臭氧处理对洞庭青鲫鱼肉挥发性成分的影响

王伯华,王美焱,王晨曦,雷颂*

1(湖南文理学院 生命与环境科学学院,湖南 常德,415000)2(省部共建淡水鱼类发育生物学国家重点实验室鱼类健康养殖分中心,湖南 常德,415000)(环洞庭湖水产健康养殖及加工湖南省重点实验室,湖南 常德,415000)

洞庭青鲫(Carassiusauratusvar.Dongting)是近年来在洞庭湖区澧水北民湖水域发现的天然二倍体鲫新品系[1],属鲤形目(Cypriniformes)鲤科(Cyprininae)鲫属(Carassius),在我国洞庭湖区广泛分布,是湖南水域特有的鱼类资源。洞庭青鲫与其他种鲫鱼及同水域的彭泽鲫相比,具有生长速度快,肌肉含量高,蛋白质含量高,氨基酸种类齐全,味道鲜美等优势,经济效益显著[2-3]。

水产品的腥味一直是影响其品质和消费的关键因素。其腥味物质并不是单一物质,是由多种挥发性物质共同作用而成,主要有醛类、醇类、烃类、酮类、萜烯衍生物以及少量的硫醚、呋喃、萘类等[4]。随着消费水平的提高,人们对食品风味的要求也不断提高,而腥味严重限制了水产品的加工应用。目前,水产品的脱腥方法[5-6]主要包括物理脱腥法、化学脱腥法、生物脱腥法和感官掩蔽脱腥法等[7]。化学法中的臭氧脱腥法在水产品中的研究与应用越来越广泛,臭氧具有强氧化性,能够在水中产生极活泼的单原子态氧和羟基自由基,可氧化水中的还原性物质,同时与一些有机物发生反应,改变腥味物质的结构,生成腥味阈值更大或无腥味的物质,从而实现脱腥[4,8]。臭氧还具有杀菌和脱色作用,降低腥味的同时能提高鱼肉白度,改善鱼肉的质构特性和持水能力等特点[8-9],此外,臭氧作用后可分解成氧气,应用于食品中较为安全和高效。周鸿宇等[10]发现与传统漂洗相比,使用臭氧气浮漂洗鲢鱼糜可有效减轻鱼糜腥味。杜国伟[11]发现臭氧处理可有效减轻或脱除35种以上鲢鱼鱼糜中的挥发性成分,提高鲢鱼鱼糜品质。

目前,关于洞庭青鲫在腥味物质分析及脱腥方面的研究较少。因此,本试验以洞庭青鲫为研究对象,采用顶空固相微萃取结合气质联用法(headspace solid-phase microextraction coupled with gas chromatography-mass spectrometry, HS-SPME-GC-MS)结合气味活度值(odor activity value,OAV),通过偏最小二乘判别分析(orthogonal partial least squares-discriminant analysis,OPLS-DA)系统研究臭氧处理的脱腥效果,为提高洞庭青鲫的食用品质提供数据支撑。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

鲜活洞庭青鲫,体重0.5～1.0 kg左右,由本实验室提供;NaCl、无水乙醇,均为分析纯,国药集团化学试剂有限公司;2,4,6-三甲基吡啶标准溶液,Sigma公司。

1.2 仪器与设备

OGP-YDZ10G型臭氧发生器,广州奥普发环保科技有限公司;XH-C型旋涡混合器,常州越新仪器制造有限公司;PL203型电子天平,梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司;7890B-5977型气相色谱质谱仪,安捷伦科技有限公司;50/30 μm CAR/PDMS/DVB固相微萃取头,美国Supelco公司;Multifuge X1R型高速冷冻离心机,赛默飞世尔科技有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 样品制备

鲜活洞庭青鲫去内脏、去鳞、去头、去尾,清洗干净后去皮剔骨采肉,按料液比1∶5(g∶mL)加蒸馏水漂洗3次,4 ℃、5 000 r/min离心10 min后去上清液,即得试验样品。

1.3.2 臭氧脱腥处理

向0～4 ℃蒸馏水(pH自然,约为7)中通入臭氧20 min,制得质量浓度约为2.5 mg/L的臭氧水。取一定质量的洞庭青鲫鱼肉样品,按料液比1∶3(g∶mL)加入上述臭氧水,分别浸泡5、10、15、20 min,浸泡处理的同时持续通入臭氧,以维持臭氧浓度。未经臭氧处理的样品记为浸泡0 min。处理后各样品于4 ℃、5 000 r/min离心10 min后去上清液备用。

1.3.3 感官评定标准

参照杜国伟[11]的综合评分法进行改良,将脱腥前后的样品由10名(5男5女)经培训的食品专业学生根据感官评定标准进行感官评分,腥味评分为0～5分,无腥味记5分,腥味很轻记4分,腥味较轻记3分,腥味一般记2分,腥味较重记1分,腥味极重记0分。得分取平均值,结果以平均值±标准偏差表示。

1.3.4 挥发性成分分析方法

样品前处理:称取3 g洞庭青鲫鱼肉,加入0.15 g NaCl并搅匀,转至15 mL顶空瓶中,添加33 μL的内标物(采用乙醇稀释的2,4,6-三甲基吡啶,91.7 μg/mL),盖紧瓶盖。将顶空瓶在80 ℃平衡15 min,顶空瓶中插入老化好的SPME萃取头(250 ℃老化120 min),推出纤维头,80 ℃吸附萃取40 min后迅速取出,将SPME纤维头在气质联用仪进样口高温下吸附解析5 min后,通过GC-MS进行分析鉴定。

气相条件:色谱柱:Rxi-1MS(30 m×0.25 mm,0.25 μm)毛细管柱;升温程序:初始温度35 ℃保持3 min,以10 ℃/min升至200 ℃,再以20 ℃/min升至260 ℃保持8 min;进样口温度250 ℃;载气(He)流速1.5 mL/min;不分流进样。

质谱条件:电子轰击离子源,离子源温度230 ℃,接口温度280 ℃,电子能量70 eV,质量扫描范围30～500m/z。

1.3.5 数据处理

定性分析:根据GC-MS分析得到挥发性成分的总离子色谱图,利用计算机数据分析系统进行检索,参照NIST14.L谱库检索比对,结合保留指数(retention index,RI)和相关文献资料,进行定性分析,并描述特征风味。

参照刘青青等[12]的方法,以2,4,6-三甲基吡啶(内标),采用内标物定量法按公式(1)计算鱼肉中各挥发性成分的含量:

(1)

式中:x待测,待测组分的绝对含量,μg/g;A待测,待测组分峰面积;A内标,内标物峰面积;m内标,内标物质量,μg;m,样品质量,g。

1.3.6 主体挥发性风味成分评定方法

OAV是指各个风味物质的浓度与阈值之比,可评价各化合物对总体风味的贡献。采用OAV法鉴别关键特征性风味物,参照朱文政等[13]的方法,按公式(2)计算:

(2)

式中:w,各挥发性风味物质的绝对含量,μg/g;T,各挥发性风味物质对应的阈值,μg/g。

当OAV>1时,表示该挥发性风味物质为关键化合物,对总体风味起主要作用;当0.1

1.3.7 数据统计分析

每组试验独立重复3次,结果以平均值±标准差表示。采用SPSS 24.0进行显著性分析,用Origin 2017和Excel 2016绘图,用SIMCA-P 14.1软件分析OPLS-DA结果,绘制得分图和载荷图,进行变量投影重要性(variable importance in projection,VIP)值分析。

2 结果与分析

2.1 不同臭氧处理时间洞庭青鲫鱼肉的腥味评定

臭氧本身具有强氧化作用,臭氧浸泡处理样品后,可起到一定的脱腥作用,臭氧脱腥后的腥味评分如图1所示。由图1可知,经过臭氧处理,腥味有所下降,随着臭氧处理时间的增加,脱腥效果呈现先升高再降低的趋势,臭氧处理5～10 min时,感官评分较高,脱腥效果较好;臭氧处理时间继续延长,其感官评分反而有所下降,脱腥效果减弱。

图1 不同臭氧处理时间腥味评分

2.2 脱腥前后洞庭青鲫鱼肉的挥发性成分分析

对不同臭氧水浸泡时间的洞庭青鲫鱼肉进行挥发性物质检测,通过HS-SPME-GC-MS技术共检出35种成分,挥发性物质数量和相对含量如图2和图3所示。

图2 不同臭氧处理时间洞庭青鲫肉中的挥发性物质数量

图3 不同臭氧处理时间洞庭青鲫肉中的挥发性物质相对含量

检测出的35种挥发性化合物中包含醇类物质6种,醛类物质13种,酮类物质1种,烷烃类物质7种,酯类物质5种,其他类物质3种。其中醇类、醛类、其他类物质的数量随着臭氧处理时间的增加,呈现先减少再增加的趋势,在处理10～15 min时这3类挥发性物质的数量较少,三者的相对含量变化情况也与此类似。烷烃类物质的数量没有发生变化,但其相对含量随时间的延长先增加再减少,在10 min相对含量达到最大。检测到的酮类和酯类物质较少,相对含量也较低。

2.3 臭氧处理对洞庭青鲫鱼肉脱腥效果的影响

2.3.1 醛类物质

醛类化合物是水产品中重要的特征性风味,其主要源于不饱和脂肪酸的氧化,低分子质量的醛类物质具有较低的阈值,产生特殊气味。由表1可知,醛类物质的总含量在各处理组中均为最高,臭氧处理后鱼肉中醛类物质的总含量都降低了,其中十七碳醛和典型腥味物质(E,E)-2,4-庚二烯醛化合物被彻底脱除,对臭氧较为敏感且有腥味的正壬醛、正己醛[14]经臭氧处理后,含量均有所降低,臭氧处理10 min时,(E)-2-癸烯醛和(E)-2-壬烯醛等腥味物质[15]被彻底脱除,具有苦杏仁味的4-乙基苯甲醛含量显著性降低。当臭氧处理时间继续延长时,醛类物质含量反而有所上升,并且新增了正庚醛。正庚醛存在于多种水产品中,具有油脂味和腥臭味[16],产生的原因可能是臭氧加速了脂质氧化,导致了醛类物质含量的增加[17]。

表1 不同臭氧处理时间洞庭青鲫鱼肉的挥发性风味物质

2.3.2 醇类物质

醇类物质主要由脂肪酸氢过氧化物降解或醛酮类等羰基化合物还原产生[16],阈值较低,对洞庭青鲫总体风味有一定修饰作用。经臭氧脱腥后,醇类物质总含量下降,2-辛炔-1-醇、1-壬醇和正己醇的含量均有所降低,臭氧处理5 min时,具淡水鱼腥味物质的2-辛炔-1-醇[11]含量降至最低;臭氧处理10 min时,醇类物质总含量最低,具有青草味的正己醇、金属味的2-乙基己醇和脂蜡味的1-壬醇被完全脱除。与醛类物质一样,随着臭氧处理时间的增加,醇类物质含量有所上升,脱腥效果降低。

2.3.3 其他挥发性物质

洞庭青鲫鱼肉中仅检测出一种酮类物质3-壬烯-2-酮,虽然其绝对含量较低,但有研究表明其对腥味有加强作用[18]。臭氧处理后,3-壬烯-2-酮显著减少(P<0.05)。烷基自由基的脂质自动氧化或类胡萝卜素分解可产生烷烃类物质[19],但其阈值较大,对总体气味贡献较低。酯类物质总含量较低,且阈值较大,对总体风味影响不大。1,3,5-三甲苯等其他物质含量均很低。

2.4 不同臭氧处理时间洞庭青鲫鱼肉的关键挥发性成分分析

未经臭氧处理的洞庭青鲫鱼肉中共检测到30种挥发性化合物,但不是每一种挥发性物质都对整体风味具有贡献,通常由挥发性物质的种类、含量以及阈值共同决定其整体风味,OAV可评估各组分对总体风味的贡献程度,对总体风味起主要作用的称为关键化合物。已有研究表明,鱼肉特征腥味物质主要为醛类、烯醛类、含氮含硫类物质等,包括己醛、壬醛、辛醛、庚醛、苯甲醛、二烯庚醛、二烯癸醛、土味素、三甲胺等,主要源于藻类代谢和水体环境[20-21]。

由表2可知,共有10种物质的OAV>1,包括8种醛类物质、2种醇类物质,其中,(E)-2-壬烯醛、正壬醛、(E)-2-癸烯醛、(E,E)-2,4-癸二烯醛、1-辛醛等5种物质OAV>100,为洞庭青鲫鱼肉的关键化合物,这些醇醛类挥发性化合物共同决定了整体风味特征。可见,洞庭青鲫鱼肉整体风味主要由油脂味、土腥味、青草味构成。其次,正己醛的OAV较大,对风味影响较大。苯甲醛和正己醇为修饰化合物(0.1

表2 臭氧处理过程中挥发性风味物质的阈值及OAV

从表2看出,经臭氧处理,构成土腥味、油脂味、青草味主体风味的(E)-2-壬烯醛、正壬醛、(E)-2-癸烯醛、(E,E)-2,4-癸二烯醛、1-辛醛、正己醛等挥发性物质均有不同程度的降低,(E,E)-2,4-庚二烯醛被脱除。由表2可知,随着臭氧时间的增加,具有油脂味的(E,E)-2,4-癸二烯醛OAV不断降低,处理15 min后被全部脱除。在臭氧处理过程中,具有土腥味、青草味、油脂味等不愉快气味的(E)-2-壬烯醛、正壬醛、(E)-2-癸烯醛、1-辛醛均呈现出OAV先降低后增加的趋势,可能是由于臭氧促进脂肪酸和醇类氧化,随着处理时间延长,醛类物质增加,与周鸿宇等[10]探究臭氧气浮漂洗鲢鱼糜脱腥时的研究规律类似。其中,(E)-2-癸烯醛在处理10和15 min时能完全去除,(E)-2-壬烯醛在处理10 min时被脱除,正壬醛和1-辛醛在处理5 min时OAV降至最低。此外,处理20 min时产生了新的异味物质(E)-石竹烯。

2.5 基于关键挥发性成分的OPLS-DA

对不同臭氧处理的洞庭青鲫肉中检测到11种关键挥发性化合物进行OPLS-DA。OPLS-DA得分图(图4)显示,鱼肉大致聚类成未经臭氧处理组、处理5～15 min组、处理20 min组三大类,说明这三大类样品的整体挥发性物质特征发生了明显变化。

图4 洞庭青鲫臭氧处理过程中的OPLS-DA得分图

其中,未经臭氧处理组在载荷图(图5)上与(E,E)-2,4-庚二烯醛、(E,E)-2,4-癸二烯醛、(E)-2-壬烯醛、(E)-2-癸烯醛、1-辛醛等物质相距较近,相关性较高;处理20 min组主要与正庚醛、(E)-石竹烯、1-壬醇等物质相关性较高;而5～15 min处理组中,挥发性成分较为相近。将模型中VIP值>1的挥发性物质筛选为特征风味成分,共得到6种风味特征标志物,分别是正庚醛、(E,E)-2,4-癸二烯醛、(E)-2-癸烯醛、(E,E)-2,4-庚二烯醛、(E)-2-壬烯醛、(E)-石竹烯。

图5 洞庭青鲫臭氧处理过程中的OPLS-DA载荷图

2.6 不同臭氧处理时间洞庭青鲫特征挥发性成分聚类分析

为更直观地区分臭氧处理过程中洞庭青鲫特征挥发性物质的变化,根据特征挥发物质含量绘制了聚类热图(图6)。不同臭氧处理时间下,样品中11种特征挥发性物质存在差异。未经臭氧处理样品中,(E,E)-2,4-庚二烯醛、E-2-庚烯醛、(E,E)-2,4-癸二烯醛、(E)-2-壬烯醛、(E)-2-癸烯醛、1-辛醛等含量相对较多;5～15 min处理样品中,各特征物质种类和含量逐渐降低,部分物质如正己醛、正庚醛含量略有增加;臭氧处理 20 min时,(E)-石竹烯、正庚醛、1-壬醇含量相对较多。说明臭氧与挥发性物质发生氧化作用,造成了不同处理时间各挥发性物质的动态变化。结合感官评价,臭氧处理5～10 min可对洞庭青鲫起到较好的脱腥效果。

图6 臭氧处理过程中洞庭青鲫特征挥发性物质聚类热图

3 结论

采用HS-SPME-GC-MS技术分析了臭氧处理过程中洞庭青鲫鱼肉挥发性物质的变化。臭氧脱腥过程中,共检测鉴定出35种挥发性物质,包括醇类6种、醛类13种、酮类1种、烷烃类7种、酯类5种和其他类3种。其中,(E)-2-壬烯醛、正壬醛、(E)-2-癸烯醛、(E,E)-2,4-癸二烯醛、1-辛醛等5种物质OAV>100,为关键风味化合物,这些醇醛类挥发性化合物共同决定了洞庭青鲫油脂味、土腥味、青草味的整体风味特征。

经臭氧脱腥处理的洞庭青鲫鱼肉,挥发性物质种类及含量均有不同程度的降低。其中,典型腥味物质(E,E)-2,4-庚二烯醛、脂蜡味的1-壬醇及气味活性低的十七碳醛被完全脱除。醇醛类物质总含量和OAV在臭氧处理5～15 min时降至较低,其感官评分亦较高,脱腥效果较好,随着臭氧处理时间进一步延长,脱腥效果不再增加,并且产生(E)-石竹烯等新的异味物质。腥味物质正己醛和正壬醛,苦杏仁味的苯甲醛和4-乙基苯甲醛,青草味的1-辛醛、(2Z)-2-辛烯-1-醇和2-辛炔-1-醇不饱和醇类物质,经臭氧处理后虽不能完全脱除,但含量下降,但继续延长臭氧处理时间,反而会促进脂肪氧化产生醛类物质。经OPLS-DA筛选到6种风味特征标志物(VIP >1),分别是正庚醛、(E,E)-2,4-癸二烯醛、(E)-2-癸烯醛、(E,E)-2,4-庚二烯醛、(E)-2-壬烯醛、(E)-石竹烯。OPLS-DA结合聚类分析表明,臭氧处理能有效减轻洞庭青鲫鱼肉腥味,臭氧脱腥处理5～10 min时洞庭青鲫肉的主体风味特征接近,且可根据特征标志物含量对不同脱腥程度的样品进行有效区分。