预制烤鱼水分分布及关键挥发性风味物质分析

张 艳，王圣开，付 勋，冯婷婷，李 翔，聂青玉,

（1.重庆三峡职业学院农林科技学院，重庆 404155；2.重庆市万州食品药品检验所，重庆 404000）

烤鱼发源于重庆，融合腌、烤、炖3 种烹饪工艺技术，口味奇绝、营养丰富。2021 年我国烤鱼产值达1104.5 亿元，同比增长13.8%。受餐饮企业对预制菜需求增大，零售端受益于宅经济等因素影响，开发食用方便、快捷的即热型烤鱼产品，有利于促进烤鱼“食品化菜品”发展、提高烤鱼产值[1]。

烤制是烤鱼加工的重要工序，烤制过程中水分变化影响产品质地及风味。近年来，采用LF-NMR技术分析水产品低温贮藏[2]、蒸制[3]、烤制[4]过程中的水分迁移研究较多。赵洪雷等[3]得出随蒸制时间延长，海鲈鱼肉的质量损失率显著上升，鱼肉的不易流动水逐渐向自由水转化并流失。梁瑞等[4]得出随着烤制时间的增加，南美白对虾的横向弛豫时间（T2）变小，水分流动性变低。加工过程中，水分子状态与蛋白质、脂质等之间作用强度对产品风味的挥发特性有影响[5]。烤制强化鱼肉特征挥发性风味形成[6]，不同加热条件对鱼肉风味具有重要影响[7-9]。蔡路昀等[10]得出烤制的沙丁鱼块中酮类、酯类、烃类等化合物随烘烤温度升高含量降低，而醇类、醛类、酸类、含氮化合物含量随温度明显升高；盛金凤等[11]得出即食罗非鱼片挥发性物质在加热进程中不断增加的结果。高温烤制可加速脂质氧化、氨基酸降解，对鱼肉风味有促进作用，但过度加热也可能导致鱼肉本身风味的损失[12]。目前关于预制烤鱼研究主要集中在烤鱼调味料、原料风味等方面[13-14]，对不同电烤条件预制烤鱼水分迁移及风味的研究报道较少。采用电烤方式加工预制烤鱼较传统碳烤工艺更易进行工业化安全生产及控制，且多环芳烃等致癌物质生成量较碳烤低，提高产品质量安全[15]，但市售电烤烤鱼存在与传统碳烤烤鱼风味差异大的问题。本研究选用鲤鱼为原料生产即热型电烤烤鱼，以传统碳烤为对照，采用LF-NMR、HS-SPME-GC-MS 技术分析不同电烤条件下烤鱼水分及挥发性风味物质，结合主成分分析（principal component analysis，PCA）找寻不同烤制条件下烤鱼关键挥发性风味物质差异，并对烤鱼水分和关键性风味物质进行皮尔森相关性分析，为即热型预制烤鱼工业化开发及风味优化提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

鲤鱼（Cyprinus carpio，1～1.2 kg）梁平养殖基地；肉蔻、砂仁、小茴香、八角等香辛料 均购于重庆万州区家益超市；复合磷酸盐（食品级）徐州添安食品添加剂有限公司；氯化钠（色谱纯）国药集团化学试剂有限公司。

KH20R 离心机 湖南凯达科学仪器有限公司；Thermo 1300 气相色谱-质谱联用仪 美国Thermo Fisher 公司；MesoMR 23-60H-I 核磁共振分析仪苏州纽迈分析仪器股份有限公司；NVE402ZH 电子天平 奥豪斯电子仪器有限公司；YXD-90C 电烤箱广州市赛思达机械设备有限公司；DZ-600-2SB 真空包装机 温州市惠泰机械有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 预制烤鱼样品制备 自制香油：将肉蔻5 g、砂仁5 g、小茴香5 g 和八角10 g 碾成粉末后装入碗内，植物油1 L 加热至130 ℃时起锅淋入香料碗内，搅拌均匀，制成香油。

烤鱼样品：鲜鲤鱼宰杀清洗后，从背部剖开，腌制20 min（腌制液：0.5%的复合磷酸盐、6%的食盐、少许料酒、老姜），沥干，刷香油，在200、250、300 和350 ℃进行烤制至熟化。因肌原纤维蛋白提取率＜10%，水产品达熟化状态[4]。预试验参照梁瑞等[4]方法，定时进行肌原纤维蛋白提取率测定，以低于10%为目标得到样品组，分别为200 ℃-28 min、250 ℃-20 min、300 ℃-16 min、350 ℃-10 min，并采用传统碳烤烤鱼为对照CK（碳烤烤制，约20 min），冷却后无菌真空包装。

1.2.2 加工损失率测定 烤鱼烤制前后质量之差与烤制前样品质量之比即为加工损失率，按公式（1）计算。

式中：m1、m2为烤制前后鱼肉质量，g。

1.2.3 持水力测定 参照王雪松等[16]方法，称取2～3 g 烤制后鱼肉，滤纸包好放入离心管中，4 ℃、5000 r/min 条件下离心10 min，称量离心后鱼肉质量，离心前后质量之比，即为持水力，按公式（2）计算。

式中：m3、m4为离心前后鱼肉质量，g。

1.2.4 低场核磁共振测定 取烤鱼的背部肌肉切成2.0 cm×2.0 cm×1.0 cm 鱼块，放入核磁管中，T2采样为CPMG 脉冲序列参数：SF=12 MHz，O1=559029.1 Hz，P1=6 μs，P2=10 μs，调整参数：SW=125 kHz，TW=1500 ms，RFD=0.08 ms，RG1=20，DRG1=2，NS=8，DR=1，PRG=0，NECH=3300，TE=0.15 ms，迭代反演之后得到横向弛豫时间T2图谱，每个样品平行测定3 次。

1.2.5 挥发性成分测定 参照方法[14]，称取搅碎后鱼肉2.00 g，加入饱和氯化钠溶液，迅速置于10 mL顶空瓶中，加盖。于80 ℃水浴加热30 min，插入已活化固相微萃取头，吸附时间30 min，插入进样口解吸5 min，进行GC-MS 分析。

色谱条件：HP-5MS 石英毛细管柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；程序升温：柱初温50 ℃，保持2 min，以5 ℃/min 的升温速率升至180 ℃，保持5 min，以10 ℃/min 的升温速率升至250 ℃，保持5 min；载气（He）流速：1.0 mL/min；不分流进样；进样口温度250 ℃。质谱条件：电子能量70 eV，离子源温度230 ℃，四极杆温度150 ℃，传输线温度280 ℃；离子采集模式：全扫描，质量范围35～350 m/z[17]。

定性分析：取正构烷烃（C6～C26）混标与样品进行相同的GC-MS 分析，按公式（1）计算各化合物的保留指数（Retention index，RI），利用NIST 数据库对比鉴定。采用峰面积归一化法计算挥发性成分相对含量。

式中：n 为正构烷烃的碳原子数，Ri、Rtn及Rt（n+1）分别为未知物、碳原子n 及碳原子n＋1 的正构烷烃的保留时间，min。

1.2.6 关键风味成分确定 采用ROAV 法[18]，对样品总体风味贡献最大的组分ROAVst=100，其余组分按公式（2）计算：

式中：Ci和Ti为各挥发物质的相对含量和感觉阈值；Cst和Tst分别为样品总体风味贡献最大组分的相对含量和感觉阈值。0≤ROAV≤100，ROAV值越大表明该组分对样品总体风味贡献程度越大；以ROAV≥1 的物质确定为样品关键风味物质。

1.3 数据处理

实验重复测定3 次。所得数据均为3 次平行实验的平均值，结果以平均值±标准偏差表示。采用SPSS 26.0 进行差异显著性分析（P＜0.05），采用Origin 2021 进行关键风味物质的主成分分析及水分与关键风味物质的皮尔森相关性分析，并绘图。

2 结果与分析

2.1 加工损失率与持水力

原料鱼加热过程中，肌肉组织中蛋白质变性、肌原纤维收缩，储水空间变小，导致鱼肉持水力降低；部分蛋白质、脂肪等物质流失，加工损失率增高。加工损失率和持水力与食物食用品质呈负相关[9]。由表1可知，200 ℃烤制烤鱼加工损失率最高，持水力最低，250 ℃样品加工损失率最低，持水力最高，加工损失率与对照组差异显著（P＜0.05），250、300 和350 ℃三组样品加工损失率和持水率均无显著差异（P＞0.05）。这可能是200 ℃烤制时间较长，蛋白质变性程度高，脂肪降解程度高，汁液流失大，表现出持水性低，损失率高。从250 ℃开始，因温度高，短时间内在鱼体表面存在硬化现象，一定程度上阻止汁液的流失。

表1 不同烤制处理预制烤鱼的加工损失率和持水力Table 1 Processing loss and water holding capacity of prepared grilled fish with different roasting treatments

2.2 低场核磁共振分析

在LF-NMR 分析中，5 组烤鱼T2弛豫信息如图1 所示。由图1 可知，在烤鱼LF-NMR 反演图谱中共检出4 个峰T2b、T21、T22和T23，其中T2b、T21在0.01～10 ms 之间，为强结合水和弱结合水，T22在10～100 ms 之间，为不易流动水，T23在 100～1000 ms之间，为自由水[19]。不同状态水的峰面积相对百分含量分别用A2b、A21、A22和A23表示，结果见表2。

表2 不同预制条件烤鱼弛豫时间与相对含量变化Table 2 Changes in relaxation time and relative content of grilled fish under different prepared conditions

图1 不同预制条件烤鱼的T2 反演谱Fig.1 T2 inversion spectra of grilled fish under different prepared conditions

弛豫时间T2表征水的自由度，T2值越大，水分自由度高；反之，自由度低。由表2 可知，5 组烤鱼T2b、T21值较低，250 ℃烤制20 min 的烤鱼未检出T2b，T21亦最低，显著低于对照组（P＜0.05），说明该样品中结合水与鱼肉蛋白等物质作用力最大，350 ℃的T2b和200 ℃的T21最高；4 组电烤烤鱼的T22和T23均低于CK 组，且差异显著（P＜0.05）。其中200 ℃烤鱼T22、T23均最低，其次是250 ℃，这是因为两组样品烤制时间较长，大分子反应产物积累越多，T2反演谱整体向左移动。其次，鱼肉肌原纤维结构紧缩，鱼肉内部水分向外扩散，组织结构对水的束缚作用增大，导致水分流动性降低，这与吴琼等[20]报道结果相似。300 ℃、350 ℃的T22、T23较高，说明不易流动水和自由水流动性增大，这可能是因为鱼肉烤制温度高，内部温度上升快，水分扩散加快，不易流动水含量降低，持水力减弱。

低场核磁峰面积占比可表征各种水组分的分布状态和水分迁移情况。由表2 可知，200 ℃烤鱼的A2b和A21最高，A22最低，与其他组差异显著（P＜0.05）。这是因为烤制时间长，不易流动水、自由水向外扩散，百分占比降低，因而结合水百分比上升，与上述该样品T22和T23的结果一致。烤鱼中水分主要为不易流动水，占比达88.73%～94.03%。A22在250 ℃烤鱼中最高，与其他组差异显著（P＜0.05），其次是350 ℃、CK 和300 ℃ 3 组样品，且A22无显著差异（P＞0.05）。A23在250 ℃烤鱼最低，与其他组差异显著（P＜0.05）。这可能是因为不易流动水处于肌原纤维内，相较于自由水不易失去，250 ℃的烤制随着时间较长，散失的自由水大于不易流动水向自由水的转化，导致不易流动水相对含量上升，自由水降低。烤鱼烤制温度越高，鱼肉中心温度上升越快，导致鱼肉组织结构收缩，挤压不易流动水向自由水转化，因此表现出300、350 ℃的自由水较高。此外，T2、A2值与烤制过程中脂肪氧化、蛋白质降解等产生的挥发性物质的反应程度与产物积累相关[21]。综上所述，250 ℃烤制20 min 的烤鱼A22最高、A23最低，说明肌肉组织持水较优。

2.3 预制烤鱼挥发性成分分析

不同预制条件烤鱼挥发性成分分析结果见表3和图2。由表3 可知，烤鱼共鉴定出70 种挥发性成分，其中醛类9 种，酮类7 种，醇类17 种，酸类5 种，酯类6 种，烃类12 种，酚类4 种，芳香族及其他类10 种。碳烤与200、250、300、350 ℃电烤烤鱼分别鉴定出36、26、27、31 和35 种挥发性物质，主要以醛类、酮类、醇类及烃类为主，物质种类及相对含量存在明显差异。己醛、苯甲醛、对异丙基苯甲醛、壬醛、肉桂醛、2,3-辛二酮、乙醇、戊醇、1-辛烯-3-醇、D-柠檬烯、十六烷、茴香脑、4-烯丙基-2-甲氧基苯酚、肉豆蔻醚和2-戊基呋喃共15 种挥发性物质在5 组烤鱼中均有检出，其中乙醇、D-柠檬烯、茴香脑、肉桂醛、4-烯丙基-2-甲氧基苯酚和肉豆蔻醚来自于预制烤鱼腌制过程中的香辛料[14]。

表3 不同预制条件烤鱼挥发性风味物质Table 3 Volatile flavor compounds of prefabricated grilled fishes at different prepared conditions

图2 预制烤鱼挥发性组分相对含量对比Fig.2 Comparison of relative content of volatile compounds in prepared grilled fishes

由表3 和图2 可知，醛类物质在5 组样品中分别检出7、6、8、7、7 种，与其它类物质相比，相对含量最高，为28.09%～36.69%，其中200 和250 ℃烤鱼的醛类含量相对较高，分别为36.69%和36.47%，明显高于对照组。醛类物质受烤制温度和时间影响。温度高，脂肪酸氧化程度高，表现为醛类物质含量增高，随着烤制温度和时间延长，加速脂肪酸氧化降解[23-25]，部分醛类氧化降解为醇类、杂环类等其他挥发性物质。酮类在5 组样品中检出种类较少，相对含量较低，其中300 和350 ℃烤鱼中2,3-辛二酮含量较高，2,3-辛二酮可能来源于美拉德反应，呈现烤豆香味。芳香和其他类挥发性物质在5 组样品中相对含量为15.02%～23.47%，部分芳香类物质如茴香脑、肉豆蔻醚来自于香辛调味料。含氮杂环类化合物，如哌啶、吡嗪、吡啶等是美拉德反应衍生化合物[6]，在300 ℃、350 ℃样品中检出，呈坚果和烘烤香气[22]。醇类物质在5 组样品中相对含量为8.12%～27.87%，相对含量较高的有1-辛烯-3-醇和戊醇。醇类检出种类及相对含量差异较大，这与烤制过程中醛类物质还原及鱼肉蛋白质、脂肪降解程度等有关；烃类来源于脂肪酸烷氧基裂解，在5 种烤鱼中检出种类和含量差异较大，因阈值高，对风味影响较小；酚类物质在碳烤样品中检出相对含量最高，达12.97%，除4-烯丙基-2-甲氧基苯酚为共有物质外，愈创木酚和2-甲氧基苯酚仅在碳烤样品中检出，这两种物质的产生与碳烤烟熏有关[26]。酯类和酸类检出种类和含量较少，样品间种类和含量差异可能是鱼肉自身含量偏低以及加工损失导致。

2.4 烤鱼关键风味成分分析

烤鱼总体风味由挥发性成分的相对含量及感觉阈值决定[27]。结合相对气味活度值确定不同烤制条件下烤鱼的关键风味物质。由表4 可知，5 组样品分别有12、9、11、8、8 种关键风味物质（ROAV≥1），其中己醛、1-辛烯-3-醇、壬醛等相对气味活度值较高。共有关键物质有6 种，分别为己醛、壬醛、2,3-辛二酮、1-辛烯-3-醇、4-烯丙基-2-甲氧基苯酚和2-戊基呋喃。

表4 预制烤鱼挥发性化合物的相对气味活度值Table 4 Relative odor activity value of volatile compounds in prepared grilled fishes

2.4.1 醛酮类物质 醛类化合物是脂肪氧化形成的过氧化物降解的主要产物，其气味阈值低，对鱼肉的整体风味具有重要贡献作用。壬醛、己醛是5 组样品中共有的关键风味物质（ROAV≥1），壬醛作为直链醛具有鱼腥味和辛辣味[24]，在200、300、350 ℃样品中ROAV 最大，是风味贡献最大物质，在碳烤和250 ℃样品中ROAV 亦较高；己醛、庚醛是鱼类典型的腥味物质[28-29]，己醛ROAV 值为29.42～56.22，庚醛仅在碳烤和200 ℃样品中检出，ROAV 分别为5.71 和10.79，对两组烤鱼样品风味有重要贡献。低分子的醛类物质和二烯醛对鱼肉香气贡献较大，2-甲基丁醛、（E,E）-2,4-庚二烯醛在250、300、350 ℃样品中检出，ROAV 值均大于1，对风味有重要贡献。（E,E）-2,4-庚二烯醛主要来源于氢过氧化物的自动氧化，2-甲基丁醛是加热过程中美拉德反应产生，可赋予鱼肉焙烧气味[30]；异戊醛在碳烤和250 ℃样品中检出，ROAV 分别为2.07 和3.38，对产品风味有重要影响。

酮类物质为不饱和脂肪酸氧化、氨基酸降解和美拉德反应产生[31]。5 组样品中2,3-辛二酮的ROAV值均较高，为18.00～37.78。研究表明，二酮类物质是美拉德反应初级阶段产物[31]，具有肉香味。除200 ℃烤制样品外，其余4 组样品均检出2,3-丁二酮，但仅在碳烤和250 ℃样品中ROAV 值大于1，是关键风味物质。

2.4.2 醇类 醇类物质主要来源于糖、氨基酸和醛类物质的还原[17]。因大多数醇类阈值高，对风味起补充作用。而1-辛烯-3-醇具有典型的土腥味，阈值低，在5 组样品中ROAV 值均较高，在碳烤和250 ℃烤制样品中ROAV 值最大，是影响风味最大的关键物质。

2.4.3 酚类、酯类和其他类物质 愈创木酚和4-甲基苯酚是碳烤样品特有的关键风味物质，ROAV 值分别为22.79 和1.49，愈创木酚具有烟熏、辛辣、药用、香草、咸味[22]，这与碳烤材料中木质素分解生成有关[26]，与盛金凤等[11]研究结果相符。碳烤特有的酚类风味物质的确定，可为电烤烤鱼还原碳烤风味提供依据。酯类物质会赋予食品香甜的果香味[22,31]，丙位辛内酯对200 ℃烤鱼风味形成有贡献作用。2-正戊基呋喃阈值低，呈焦香果蔬味[32]，可作为肉品脂质氧化的指示物。

2.4.4 预制烤鱼关键挥发成分的PCA 分析 对烤鱼中15 种主体风味物质（ROAV≥1）进行主成分分析，其中PC1、PC2 方差贡献率分别为44.1%、29.5%，PC1 和PC2 能代表大部分关键性风味物质。如图3所示，碳烤鱼位于第一象限，与PC1、PC2 呈正相关，代表性挥发性物质为异戊醛、愈创木酚、4-甲基苯酚和1-辛烯-3-醇；250 ℃烤鱼在第一、二象限之间，与PC2 呈正相关，代表挥发物质为2,3-丁二酮、2-甲基丁醛、（E,E）-2,4-庚二烯醛等；200 ℃烤鱼位于第四象限，与PC1 呈正相关，PC2 呈负相关，代表性挥发物质为己醛、庚醛、肉豆蔻醚和丙位辛内酯；300、350 ℃烤制样品较为接近，位于第三象限，代表性挥发物质为壬醛、2-戊基呋喃和2,3-辛二酮。由此可见，不同烤制条件烤鱼主体风味物质差异较大。

图3 不同烤制条件预制烤鱼关键挥发性风味物质主成分分析Fig.3 Principal component analysis diagram of key volatile flavor compounds in prefabricated grilled fishes at different prepared conditions

2.5 相关性分析

预制烤鱼水分分布与关键性风味物质的相关性分析结果见图4。由图4 可知，A22与异戊醛、庚醛和2,3-辛二酮呈显著正相关（P＜0.05），与壬醛和愈创木酚呈显著负相关（P＜0.05）；A21与2-甲基丁醛、壬醛和愈创木酚呈正相关（P＜0.05），与2,3-辛二酮和4-甲基苯酚呈负显著相关（P＜0.05）。李秀等[33]报道羊皮中A22与挥发成分无显著相关，辛醛含量与A21呈正相关，结果与烤鱼中水分与风味物质相关性有差异。这是因为食品水分状态与美拉德反应、脂质氧化等有关，同时食品中水分存在状态的变化影响蛋白质结构的变化，蛋白质与挥发性物质的结合位点发生改变，从而影响挥发性风味物质的产生[34]。

图4 烤鱼水分与挥发性物质的相关性分析Fig.4 Correlation analysis of moisture and volatile substances in grilled fishes

3 结论

不同烤制条件对即热型预制烤鱼水分分布及挥发性风味物质有影响。预制烤鱼水分主要形式为不易流动水，在250 ℃电烤20 min 的烤鱼其加工损失率最低，持水力最高，且A22最高，A23最低，表明其肌肉组织持水较优；碳烤与200、250、300、350 ℃电烤烤鱼分别鉴定出36、26、27、31 和35 种挥发性物质，主要以醛类、酮类、醇类及烃类为主。5 组烤鱼样品通过ROAV 值分别筛选出12、9、11、8 和8 种关键风味物质，其中共有关键物质为己醛、壬醛、2,3-辛二酮、1-辛烯-3-醇、4-烯丙基-2-甲氧基苯酚和2-戊基呋喃；愈创木酚和4-甲基苯酚是碳烤烤鱼特有的关键风味物质；PCA 分析发现5 组样品的关键性风味物质存在明显差异。相关性分析表明，A22与异戊醛、庚醛和2,3-辛二酮呈显著正相关（P＜0.05），与壬醛和愈创木酚呈显著负相关（P＜0.05）。下一步将对不同工艺烤鱼关键风味进行内标定量研究，结合烤鱼品质、贮藏过程中产品风味变化进行综合分析，指导即热型预制烤鱼产品开发。