淡水鱼腥味物质检测及脱腥技术研究进展

黄磊，孙纪录，张彩璇，张海恩，郭明珠*

（1.河北农业大学食品科技学院，河北保定 071001；2.唐山海都水产食品有限公司，河北唐山 063500）

我国是世界上水产品产量和水产养殖量最大的国家。据《中国渔业统计年鉴》[1]统计，2022年，全国水产品总产量为6 965.91 万t；图1、图2 为我国近十年淡水产品产量趋势图以及水产经济产值构成图。自2012年开始，全国淡水产品总产量及水产经济产值整体呈逐年递增趋势，淡水产品总产量由2012年的2 874 万t 增长到2022年的3 406 万t，涨幅约18.51%，2022年淡水养殖经济产值占比水产经济总量的49%。淡水鱼类养殖产量大，占淡水养殖总产量的80% 以上，具有高蛋白、低脂肪、低胆固醇等特点，富含维生素、ω-3 系不饱和脂肪酸和多种微量元素，常被作为饮食首选[2]。我国淡水养殖的历史悠久，如鲤鱼原产于我国东部，现已成为世界最广泛的一种淡水养殖鱼类，目前淡水鱼多以鲜销为主，但加工水平不足10%，远低于我国其他水产品加工水平[3]。

图1 近十年全国淡水产品产量变化Fig.1 Changes in the freshwater product production in China in the last decade

图2 近十年全国水产经济产值及构成Fig.2 Output value and composition of aquatic products in China in the last decade

近年来，随着食品安全、健康饮食等成为关注热点以及扩内需、促消费相关政策的颁布，餐饮市场逐渐回暖，居民对于新鲜、健康、高品质食材的需求也在不断增加，淡水鱼类在市场的刚需性明显。但是淡水产品本身不易去除的土霉味与鱼腥味，是限制其产业深加工与产业升级的重要原因[4]。因此如何更有效地脱腥是淡水鱼类深加工亟待解决的问题。随着这一认识的提高，关于鱼类腥味物质的研究逐步开展，Huang 等[5]发现己醛、庚醛、辛醛、壬醛、E-2-辛烯醛、1-辛烯-3-醇和癸醛是造成鲢鱼鱼腥味的主要成分；Huang 等[6]研究证实迷迭香萃取物具有显著降低鲢鱼鱼腥味的作用，且萃取物中总酚含量越低，效果越差。

目前普遍的分析、检测方法主要包括感官分析、气相色谱-质谱联用法（gas chromatography mass spectrometry，GC-MS）、气相色谱-质谱-嗅觉法（gas chromatography mass spectrometry olfactometry，GC-MS-O）和电子鼻等仪器分析法。除腥方式主要有物理吸附、分子包埋等传统脱腥方法、辐照和微胶囊脱腥等新兴脱腥方法以及生物脱腥方法。尽管腥味物质的检测及脱除技术已有一定进展，但是淡水鱼因其经济价值低，异味问题仍长期存在。因此，该文明确阐述淡水鱼类的腥味物质及其形成机理，对比分析腥味物质的检测方法及除腥方式，系统归纳扩展可行的脱腥方案，有利于改善淡水渔业的初加工和低附加值状态，以期为淡水鱼深入研究和产业升级，构建高效完善的研发和生产体系提供参考。

1 淡水鱼类腥味物质的形成

水产品的腥味主要来源于养殖环境中的醇类、醛类、酮类、呋喃类、三甲胺类等化合物和体内脂质氧化、酶促反应代谢产生的化合物。研究发现烷烃类、醇类、醛类、酮类、酸类、胺类、含硫化合物等12 类近60 种挥发性化合物参与水产品腥味的产生[7]。表1 介绍了扇贝、中华绒螯蟹和甲鱼的主要腥味物质。其中，淡水鱼中最主要的鱼腥味化合物是养殖环境中的蓝细菌和放线菌通过代谢途径产生的2-甲基异茨醇（2-methylisoborneol，MIB）和土臭素（geosmin，GSM），而MIB 和GSM 在水中的阈值较低，因此改善水产养殖环境是减少鱼腥味的有效途径之一[8]。

表1 水产品主要腥味物质Table 1 Main odor substances of aquatic products

随着腥味物质研究的开展，其产生的相关机理也渐渐探明。表2、图3 阐述了淡水鱼类腥味物质的5种形成原因及相关机理。

图3 腥味形成机理Fig.3 Formation mechanism of fishy odor

2 腥味物质分析与检测

2.1 人工感官评价

感官评价法具有迅速、直观、操作简单等特点，虽然不能达到定性、定量检测的目的，也无法多次重复试验结果，但可以对水产品整体的风味做出最直观的评价[20]。感官评价人员的选择、评价方法以及评价地点等，应严格遵循GB/T 10220—2012《感官分析方法学总论》。Todeschini 等[21]使用感官分析法证明了在中性pH 值与碱性pH 值条件下对鲱鱼水解物的脱气处理相结合，TMA 含量降低70%。感官评价法有利有弊，由于感官评价法是由不同的人来进行评价，会因嗅觉差异、主观性强、味觉疲劳等问题，导致结果不准确，所以使用仪器分析结合感官评价来分析和检测腥味物质的应用越来越广泛。

2.2 电子感官评价

仪器分析具有分析速度快、样品用量小等特点，同时也可弥补感官分析无法定性、定量的不足。仪器分析方法主要有GC-MS、气相色谱-嗅觉法（gas chromatography olfactometry，GC-O）、GC-MS-O、电子鼻、电子舌等。表3 列举了4 种检测方法的特点，GC-MS 可进行定性、定量分析，GC-O 可分析单一风味化合物对气味的影响程度，GC-MS-O 能分析挥发性化合物的个别成分对气味的贡献程度，电子鼻评估范围广、检测速度快。GCMS 是检测挥发性化合物的主流方法，Bai 等[22]利用GCMS 分析出马哈鱼中的20 种风味化合物和金枪鱼中的16 种挥发性化合物。将GC-MS 与固相微萃取（solidphase microextraction，SPME）结合使用，可精准定量分析挥发性化合物，Chen 等[23]利用固相微萃取-气相色谱-质谱（headspace solid phase microextraction-gas chromatography-massspectrometry，SPME-GC-MS）联用技术分析出罗非鱼肉主要有醛、酮、醇等43 种挥发性化合物。

表3 腥味物质检测方法Table 3 Detection methods of fishy substances

电子鼻作为一种模仿生物嗅觉的检测仪器，弥补了感官评价非客观性的不足，与传统的分析方法相比，电子鼻具有操作简单、分析速度迅速以及无损检测等优点。由于电子鼻只能对不同的挥发性化合物进行区分，因此通常与GC-MS 进行联用，以此对挥发性化合物进行更为细致地判断[24]。Wu 等[25]采用电子鼻、GCO 分析出3-甲基-1-丁醛、辛醛、1-辛烯-3-醇、壬醛等化合物是市售干腌鲅鱼的主要风味物质。GC-O 可以确定每种化合物对异味的影响程度。Cai 等[26]通过GCMS、GC-O 分析出大口黑鲈鱼片中含有24 种挥发性化合物，其中有14 种化合物对腥味有贡献作用。利用气相色谱-质谱-嗅觉联用技术对海洋胶原肽和明胶胶原肽进行分析，检测到甲硫醛、二甲基三硫醚和二甲基四硫醚为海洋胶原肽和明胶胶原肽的腥味物质[27]。总体而言，GC-O 对测定某种挥发性物质对异味的贡献能力是有效的，但是也存在一定的局限性，需与GC-MS 联合使用。

3 腥味物质脱除方式

3.1 传统脱腥技术

3.1.1 物理吸附

吸附法主要利用吸附剂较大的比表面积、丰富的孔隙结构和表面结构从气体或者液体中吸附某些成分到其表面并积累的吸附作用。吸附剂较稳定且对腥味物质有很好的吸附效果。目前而言，主要有两种类型的吸附剂用于淡水鱼类的脱腥。一类是活性炭、沸石等。李琦[33]对比了活性炭、β-环糊精、酵母对河鲀鱼皮明胶的脱腥效果，结果发现活性炭的脱腥效果优于其他两组。另外，因沸石具有较大的表面积和孔体积，可以在溶液中可以吸附约65% 的TMA[34]。但这一类吸附剂不具有选择性，会吸附某些营养物质，引起鱼类营养质量的下降。另一类吸附剂是具有选择性的大孔树脂，主要通过范德华力和氢键作用对腥味物质进行吸附。胡凌豪[35]筛选出DA201-C 型大孔树脂对凤尾鱼蛋白肽脱腥处理的最佳工艺条件为pH6、大孔树脂量加入量5%、脱腥脱色时间1.5 h、温度25 ℃。

总体而言，吸附法成本低，是最简单的脱腥方法，但是无法完全去除腥味物质[36]，因此选择合适的吸附剂和吸附条件，对腥味物质进行最大程度的吸附是目前的研究重点。

3.1.2 分子包埋

β-环糊精（β-cyclodextrin，β-CD）是由7 个葡萄糖单位通过α-1，4-糖苷键连接而成的环状葡萄糖低聚物，其物理化学性质稳定，具有内部疏水、外部亲水的中空环状结构，能够包埋腥味物质在内的各种化合物分子，从而达到脱腥的目的。Yang 等[37]研究了β-环糊精对明胶挥发性化合物及其功能性质的影响，结果表明，β-CD 的脱腥效果有效，并且β-CD 的加入对明胶的成胶能力、乳化活性无明显影响。另外，研究表明，β-CD 可以有效地去除鱼腥味，降低河鲀皮明胶的凝胶强度，增加乳化稳定性指数[38]。β-CD 生产成本低、操作简单，且已被用作食品添加剂，无毒易消化，同时可最大限度地保证蛋白质的功能特性[39]。但是β-环糊精主要应用于液体产品的脱腥，且对大分子腥味物质的脱腥效果并不理想，应用范围受到限制。

3.1.3 香料掩蔽

掩蔽法通过花椒、八角、姜、葱等具有特殊香味的香料来达到掩盖鱼类中的腥味、增强香味的目的。马凯迪等[40]优化了茶、生姜、紫苏的联合脱腥工艺，研究表明，红茶、生姜、紫苏的添加量分别为1%、1%、4%时，对鳜鱼的脱腥效果最好，并通过GC-MS 分析得出，鱼肉中己醛和壬醛含量明显下降。掩盖法的香味原料成本低，且操作简单、安全，目前掩蔽法的应用主要集中在预制菜肴和烹饪食材方面[41]。

3.1.4 酸碱处理

酸碱法是利用酸碱使蛋白质发生变性，使与之结合的腥味物质分离，从而达到除腥的目的，另外酸碱处理也可使脂质和色素溶解，抑制脂质氧化产生的异味。马晨阳等[42]通过对白鲢鱼肉的脱腥试验证明了迷迭香酸是迷迭香水提物的脱腥活性物质，同时随着其浓度的增加，迷迭香酸的腥味脱除能力也随之增加。另外据相关研究报道，有机酸具有杀菌和消除组胺的作用，低pH 值有助于抑制鱼类加工和储存过程中微生物的生长。但是酸碱处理可能会导致蛋白质的损伤，同时产生的废液也会引起一系列的环境问题，这些都是亟待解决的问题[43]。

3.1.5 应用抗氧化剂

抗氧化剂主要通过抑制脂质氧化来减少水产品腥味物质的生成，从而降低水产品中的腥味。常见的抗氧化剂有多酚类、萜烯类以及黄酮类等。钱攀等[44]比较了红茶浸泡、活性炭吸附、包埋、酵母发酵4 种方法对鲢鱼鱼肉的脱腥效果，结果表明红茶浸泡工艺条件为添加2% 红茶粉、浸泡时间50 min、浸泡温度50 ℃时脱腥效果最为显著，且在脱腥过程中会产生特殊的香味。此方法成本低，不仅具有脱腥效果，而且具有抑菌、改善产品品质的作用。

3.1.6 臭氧氧化

臭氧是一种具有极强氧化能力的氧化剂，可分解产生活泼且氧化能力强的单原子氧和羟基自由基。Qian 等[45]研究了臭氧对三文鱼腥味的影响，结果表明，臭氧处理能有效降低鱼腥味，还可以产生新鲜的果香味，同时也可抑制细菌的生长，未来可应用于三文鱼鱼片的保鲜。臭氧脱腥法具有快速、高效等特点，同时具有脱色、杀菌的作用，可降解为氧气，无毒、安全性好，但脱腥效果受臭氧水浓度和pH 值影响较大[7]。

3.1.7 有机溶剂萃取

有机溶剂萃取主要是利用乙醇、乙醚等有机溶剂将不同溶解度的腥味物质萃取出来，从而实现腥味的去除。据报道，向鲐鱼水解液中加入50%乙醚进行萃取脱腥处理，重复3 次操作的脱腥效果较好[46]。萃取法脱腥效果较好，且可抑制脂肪氧化，但存在有机溶剂易残留、蛋白质易变性等问题。

传统脱腥技术优缺点比较总结见表4。

表4 传统脱腥技术优缺点比较Table 4 Advantages and disadvantages of conventional deodorization technologies

3.2 新兴脱腥技术

3.2.1 辐照脱腥

辐照脱腥法是利用60Co-γ 射线的电离作用对水产品进行处理，使得腥味物质的结构发生改变，从而达到脱腥的目的。Jeong 等[47]研究了将经过γ 射线辐照处理后的白腹鲭鱼肉冷藏20 d，结果发现，三甲胺含量明显降低，且乙醇、2-丁酮、3-甲基丁醛、反式-2-戊烯醛等会因鱼的腐败而引起异味的物质含量也明显降低。辐照法不涉及热处理操作，可保持水产品的营养性，可大量操作且操作简单、高效，但是经过辐照处理后水产品的安全性一直是消费者较为关心的问题，也是阻碍其广泛应用的主要原因。据相关研究报道，辐照是一种绿色技术。相反，利用辐照技术可保持产品营养价值和延长贮藏期[48]。Li等[49]使用60Co-γ 射线对克氏原螯虾肉进行辐照处理，研究其对肉质的影响，结果表明，3.32 kGy 的辐照剂量既能达到杀菌效果，又能最大限度地保持其营养价值。

3.2.2 微胶囊脱腥

微胶囊法与分子包埋法原理较为相似。利用天然或合成的高分子材料形成薄膜，将腥味物质包埋起来，以此达到脱腥的目的。此方法稳定性较好，且减少了光和氧的影响，避免不饱和脂肪酸的氧化，在保证脱腥效果的同时，也保持了水产品本身的产品质量，但受操作设备影响较大[50]。王正云等[51]使用壳聚糖和大豆分离蛋白来制备青鱼内脏鱼油胶囊，结果表明，可以有效地掩蔽鱼腥味，其中通过喷雾干燥、冷冻干燥制备的微胶囊的包埋率分别为（71.98±0.16）%、（56.76±0.37）%。

3.2.3 蒸汽脱腥

蒸汽脱腥分为通过加热由水蒸气带出腥味物质的水蒸气脱腥和利用真空装置在微加热情况下使得腥味物质挥发的真空脱腥[52]。周瑜[53]利用高温高压蒸汽脱腥对金枪鱼骨进行处理，结果表明，脱腥时间为60 min时，可有效去除腥味、增加香味，且鱼骨硬度减小，便于粉碎。另外，蒸汽脱腥法不额外加入其他物质，在保证脱腥效果的同时，也避免引入杂质和营养成分的大量破坏等问题，因此蒸汽脱腥法的应用较为广泛。

3.2.4 超滤脱腥

超滤脱腥法是一种膜分离方法，利用半透膜的微孔结构将大分子量的腥味物质进行分离，再利用其他方法对小分子量的腥味物质进行去除。研究表明，超滤有助于金枪鱼头酶解液的脱腥，其效果随着孔径的减小而增强[54]。超滤脱腥法效率较高、能耗较低且操作简单，但单一使用无法去除小分子物质，需与其他脱腥方法联合使用可达到更高的脱腥效果。

3.2.5 美拉德反应脱腥

美拉德反应是羰基化合物和氨基化合物之间的非酶促反应，故又称羰氨反应。该反应可以利用蛋白质水解产物中的小肽、氨基酸和还原糖来产生一系列令人愉快的风味化合物，以此来掩盖水产品本身的腥味[55]。Zhang 等[56]研究了美拉德反应对暗纹东方鲀副产物水解物的影响，通过对美拉德反应产物的风味特征进行综合分析表明，美拉德反应对酶解产物的风味特征有明显的改善，增强鲜味的同时降低了苦味和鱼腥味。总体而言，美拉德反应有很好的除腥、改善水产品风味的效果，但是应尽量在最佳反应条件下进行，以此保证最小的氨基酸损失率。

新兴脱腥技术优缺点比较总结见表5。

表5 新兴脱腥技术优缺点比较Table 5 Advantages and disadvantages of emerging deodorization technologies

3.3 生物脱腥技术

生物法主要是利用微生物代谢、微生物酶作用，将腥味物质降解或对分子结构进行修饰和转化[57]。常用的微生物为酵母、乳酸菌等。据报道，酵母脱腥的机理主要包括3 个途径：1）因为酵母本身的疏松结构，可吸附腥味物质。2）酵母中的酶可催化腥味物质的转化；3）酵母发酵的中间产物具有特殊的香味，可掩盖水产品本身的腥味，同时也可起到增香的作用[58]。目前，酵母发酵法主要应用于液体和发酵水产品中，应用范围有一定的限制。Li 等[59]使用酵母发酵、活性炭吸附、β-环糊精对罗非鱼酶解液进行脱腥处理，比较3 种方法的脱腥效果，结果发现，酵母发酵的脱腥效果最好；通过GC-MS 分析，主要腥味物质的含量和种类都有所减少。对于乳酸菌而言，主要是利用在其发酵过程中产生的香味化合物来掩盖水产品的腥味。陈珍珍等[60]通过单因素试验优化了银鲫生物发酵脱腥工艺，当植物乳杆菌和酵母菌的添加量分别为8%和3%、处理时间为3 h 时，脱腥效果最好。

通过微生物发酵来去除腥味是可行的，但要注意发酵过程中产生的异味及菌种本身的气味。另一方面，生物脱腥不具有专一性，在降解腥味物质的同时也会造成营养成分的流失。因此要筛选合适的菌种及严格控制微生物的接种量、发酵时间和温度，以确保最佳的脱腥效果的同时保留产品本身的营养成分。

3.4 复合脱腥技术

目前，单一的脱腥方法均存在去除效果不佳、引入杂质、适用性受限等缺陷，所以采用2 种或3 种方法进行组合，利用彼此间的协同增效作用以此获得最佳的脱腥效果。姜鹏飞等[61]对比了β-环状糊精包埋法、葱姜蒜料酒掩蔽法、料酒白醋姜汁复合法、番茄浓缩汁复合法对罗非鱼肉的脱腥效果，从结果看，料酒白醋姜汁复合法脱腥处理后罗非鱼肉中醛类物质含量明显减少，脱腥效果最佳，这可能是姜汁、料酒将风味物质带入以及白醋降低了腥味物质吸附的原因。从结果来看，复合脱腥法可将单一脱腥法的优缺点互补，使得脱腥效果更好。

4 结语与展望

淡水产品应用于食品、医药、化妆品等领域，并随着水产行业的发展，产业范围不断扩大，但是我国淡水鱼产业发展滞后，多以初级冷冻产品直接供应市场，形式单一，关键技术和相关应用研究仍然匮乏。目前，腥味物质是制约淡水鱼发展的关键因素，因此在后续的研究中依据淡水鱼原料特性差异创制高效、绿色、无污染的脱腥技术是解决淡水鱼发展瓶颈问题的有效途径。但是单一的脱腥技术具有局限性。因此，深入研究不同脱腥方式的机理差异与协同互作的高脱除技术，是未来的一个发展方向。此外，深入研究腥味物质的形成机理，实现关键腥味靶点的内源调控与外源特异性脱除，为以淡水鱼类脱腥技术为主导的食品科学研究提供理论支持与可行性思路，同时有助于促进淡水鱼产品的质量提升与多元化，推动淡水鱼产业链转型升级和高质量可持续发展。