(上海海洋大学食品学院,上海 201306)

南极磷虾(Euphausiasuperba)是一类生物贮量巨大的远洋渔业资源。据统计,近年来南极磷虾每年的捕捞量约1～1.5亿吨。由于南极磷虾具有生物贮藏量大、分布广、营养价值高等特点,近年来国内外学者对南极磷虾的蛋白质、脂类利用和蛋白酶类、虾青素、甲壳素等生物活性的保健功效进行了较多研究,并对其食用安全性以及开发应用前景进行了探索[1-3]。日本研究了南极磷虾整虾风味及其冷藏过程中的风味变化[4]。国内已有报道对整虾、虾仁以及对磷虾头胸部、腹部及整虾挥发性风味成分异同点的研究[5-8],但对不同月份南极磷虾风味比较却鲜有报道,因此值得研究和探索。

南极磷虾每年的产卵季节集中在1月下旬到3月下旬[9],本实验样品来自于南极48.1区3～8月份产卵后南极磷虾,通过顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用(HS-SPME-GC-MS)技术分析不同月份挥发性风味成分,并利用相对气味活度值(ROAV)分析挥发性风味成分对总体风味的贡献程度,对比不同月份南极磷虾关键风味成分的异同,再通过电子鼻对其做PCA分析,旨在为南极磷虾精制加工提供风味学依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

南极磷虾 2016年3～8月在南极48.1区捕获并加工成整虾样品,取体长在35～40 mm,体重在1～1.5 g的南极磷虾;氯化钠,内标(2、4、6-三甲基吡啶) 均购于国药集团。

YL-C020型组织搅碎机 九阳股份有限公司;FOX-4000电子鼻 法国Alpha MOS公司;7890A-5975C气相色谱-质谱联用仪 美国Agilent公司。

1.2 实验方法

1.2.1 样品制备 将南极磷虾取出解冻,放入组织搅拌机中打碎成均匀糜状,备用。

GC-MC样品的制备:取2.5 g样品,并加入18% NaCl溶液2.5 mL[10],匀浆后放入20 mL顶空瓶中,后加入0.05 mL内标,加盖待测。

电子鼻样品的制备:取1 g样品,并加入18% NaCl溶液1 mL,均浆后放入15 mL顶空瓶中,加盖待测。

1.2.2 挥发性成分分析

1.2.2.1 GC-MS条件 顶空瓶在气质联用仪加热装置中70 ℃平衡10 min。用CAR/PDMS萃取头在70 ℃下吸附挥发性物质45 min。完成萃取后,萃取头进入气相色谱进样口,250 ℃解吸5 min。

GC条件:色谱柱,TR-35MS毛细管柱,柱初温40 ℃,以10 ℃/min程序升温至100 ℃,再以5 ℃/min程序升温至200 ℃,最后以8 ℃/min 程序升温至250 ℃,保持5 min。

MS条件:进样口温度250 ℃;载气(He)流量1 mL/min,不分流模式进样。质谱采用电子轰击(EI)离子源,电子能量70 eV,离子源温度250 ℃,传输线温度250 ℃,检测器温度 280 ℃,质量扫描范围33～450 m/z。

1.2.2.2 定性及定量分析 将检测到的挥发性成分通过系统自带NIST 02和Wiley质谱数据库进行定性确认,通过内标对各组挥发性成分进行半定量。

1.2.2.3 风味化合物评价采用相对气味活度值(relative odor activity value,ROAV)法定义ROAV≥1的挥发性风味成分为南极磷虾的关键风味成分,对总体风味起关键的决定作用;0.1≤ROAV<1的挥发性风味成分为南极磷虾的重要风味成分,对总体风味具有重要的修饰作用[11]。

1.2.3 电子鼻分析 条件载气:合成干燥空气;流速:150 mL/min;顶空产生参数中产生的温度分别为35、45、60、80、95 ℃,产生时间是600 s;搅动速率500 r/min;顶空注射参数:注射体积2500 μL;注射速率2500 μL/s;获得参数:获得时间120 s,延滞时间600 s。

1.3 数据处理

电子鼻数据分析：采用电子鼻中自带的Alphasoft V11统计分析软件对样品数据进行采集和处理，然后将数据进行主成分分析(Principal Component Analysis，PCA)。GC-MS数据分析：样品中挥发性成分的定性分析采用计算机谱库(NIST 11)进行检索分析。各组实验数据均重复3次，用Excel和SPSS对数据进行绘图和显著性方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同月份南极磷虾挥发性物质主成分贡献率分析

主成分分析可以从多元变量中得出最主要和贡献率最大的因子,从而观察并比较不同样品的主成分分析值在空间的分布差异[12]。图1为不同月份南极磷虾挥发性成分的主成分分析图,从图1中可以看出,数据采集点所在的三角区域在主成分分析图中有特定的分布区域且互不重叠,说明主成分分析法适用于不同月份南极磷虾挥发性成分分析。第一主成分贡献率达78.125%,第二主成分贡献率为14.668%,总贡献率为92.791%,大于80%,所以这两个主成分能较好的反映原始高维矩阵的信息,能够反映不同月份南极磷虾挥发性成分的变化。7月份与8月份分布的区域较为接近,3月份与其他月份分布的区域较远,这可能是因为7月与8月风味物质较为接近,而3月风味物质与其他月份差异较大。沿PC1轴,依次为5月、7月、8月,然后是4月、6月和3月,可能是由于季节变化以及南极磷虾的进食特点,随着月份的递增,风味物质渐渐变得丰富。

图1 各月份南极磷虾挥发性成分的PCA分析Fig.1 PCA Analysis of thevolatile components of Antarctic krill in different month

2.2 不同月份南极磷虾挥发性成分分析

对不同月份南极磷虾挥发性成分进行检测,经NIST谱库检索分析,鉴定得到的结果及部分风味成分感觉阈值、气味描述见表1[13-16]。3～8月份的南极磷虾分别鉴定出24、24、49、30、34和37种挥发性化合物,主要为醛类、酮类、醇类、烷烃、烯烃、芳香族化合物等,其中壬醛、癸醛、甲基庚烯酮、2-十六醇、雪松醇至少在5个月份中均有检出。纵观6个月份,南极磷虾挥发性物质含量较高的有壬醛、癸醛、甲基庚烯酮、雪松醇、3,5,5三甲基2-辛烯、D-柠檬烯、十一烷。可以看出3月、4月被检测出风味物质种类较少,5月被检测出风味物质种类较多,6～8月被检出风味物质种类逐渐增加。导致该变化趋势的原因,可能与南极磷虾的生长习性以及南极的生态环境有关,大磷虾产卵开始时间较早(11月底至12月初),持续时间较长(3.0～3.5个月)[17],因此南极磷虾在 3～4月份产卵后,风味物质较少[18];而到了5月份,南极磷虾产卵结束,南极磷虾是植食性物种,主要以浮游植物为食,所以五月份风味物质较多[19];6～8 月份,冬季到来,南极温度持续下降,为了避免饥饿,磷虾也会以碎屑、细菌或后生动物为食,因此其被检出风味物质会逐渐增加[20]。

表1 各个月份南极磷虾挥发性成分含量(ng/100 g)Table 1 Volatile component contents in Antarctic krill about different months(%)

续表

本实验中,取2、4、6-三甲基吡啶为标准,由化合物面积比上其峰面积计算半定量,从而较为准确的得出各挥发性物质的含量。而挥发性物质对样品总体风味的贡献是由其在样品中的含量和感觉阈值共同决定的。为进一步确定不同月份南极磷虾的关键风味化合物,结合表1中各种挥发性物质的半定量和感觉阈值,其中3月份磷虾样品中辛醛含量较高,且阈值较低,为0.5 μg/kg,而4～8月份磷虾样品中,癸醛含量较高,且阈值较低,为0.1 μg/kg,故它们对各自所在的样品的总体气味贡献最大,所以定义3月份样品中辛醛 ROAVstan=100,4～8月份样品中癸醛ROAVstan=100。其它样品中的挥发性物质的ROVA由计算得出,结果见表2。

表2 各月份南极磷虾主要挥发性成分的相对气味活度Table 2 ROAV of volatile flavor compounds in different months of Antarctic krill

由表2可以看出,样品中关键风味化合物随月份而发生变化,3月份为辛醛、苯乙醛、壬醛、癸醛、二甲苯,4月份分别为壬醛、癸醛,5月份为3-甲基丁醛、2,3-辛二酮、(E,E)-2,4-庚二烯醛、苯乙醛、壬醛、反式-2-壬烯醛、癸醛、1-辛烯-3-醇、二甲苯,6月份为壬醛、癸醛、1-辛烯-3-醇,7月份为3-甲基丁醛、2-甲基丁醛、苯甲醛、苯乙醛、壬醛、癸醛、1-辛烯-3-醇、二甲苯,8月份为3-甲基丁醛、2-甲基丁醛、苯甲醛、苯乙醛、壬醛、癸醛。虽然时间不同,南极磷虾的主体风味成分主要为醛类、少许醇类和烯烃类。其中3、4月份关键风味物质较少,常见的有壬醛、癸醛等一些南极磷虾常见的风味物质[21-23]。而后4个月中,南极磷虾中风味化合物明显增多,醛类物质出现了3-甲基丁醛、2-甲基丁醛、苯乙醛等化合物。醇类物质有1-辛烯-3-醇,可能与南极磷虾虾香味的产生有关。另外,5～8月份还检测出D-柠檬稀,具有橙子香气和柠檬香气[21]。

2.2.1 醛类化合物 醛类化合物与许多其他风味成分重叠形成风味效应,其风味特征随浓度变化而呈青香、果香、坚果香和奶酪香,它们的感觉阈值通常比其他化合物的阈值低,在检出的挥发性风味成分中醛类物质是最主要的挥发性风味化合物,是南极磷虾风味形成的主要贡献物质。由表1可以看出,在6个月的南极磷虾样品中,萃取出的醛类化合物样品分别有5、2、14、12、10和13种,其含量为181.16、23.37、281.46、172.85、219.00、144.19 ng/100 g。除了3、4月份含量较低外,其他月份没有明显差异。在6个月份中,ROVA值均较大的是壬醛和癸醛,也是中华绒螯蟹、青蟹的主要风味物质,同样也存在于龙虾、扇贝等海洋甲壳类动物的挥发性成分中[22-23]。壬醛是油酸氧化的产物,有蜡香、柑橘香、脂肪香、鲜青草味,它的阈值是1 μg/kg,在6个月份的南极磷虾样品中含量均较高,且ROVA值亦较高,是南极磷虾风味形成的关键风味化合物。癸醛具有蜡香、柑橘香、花香[21]。由表2可以得出3-甲基丁醛,2-甲基丁醛在后几个月的南极磷虾样品中检出,这些醛类化合物主要由氨基酸的脱氨基作用生成,如亮氨酸经脱氨基作用转变成3-甲基丁醛或2-甲基丙醛,氢过氧化物的降解产生烯醛。

这些醛类化合物含量不高,但ROVA值较高,均大于1,是南极磷虾风味形成的重要部分。而已醛、苯甲醛、苯乙醛在5月、7月和8月中均被检出,这些醛类化合物大多有刺激性气味,含量不高,且ROVA值也不高,在1左右,是南极磷虾风味形成的修饰部分。因此得出醛类化合物为南极磷虾的关键风味物质,但是3、4月份的醛类化合物较少,推测可能由于3、4月份南极磷虾产卵后风味物质有所损失[18]。

2.2.2 酮类化合物 酮类化合物可能是不饱和脂肪酸的热氧化或降解、氨基酸降解产生,其一般具有桉叶味、脂肪味和焦燃味。在6个月份中,分别检出1、0、4、3、4、3种酮类物质,其含量为22.69、0、162.38、19.56、27.16、17.33 ng/100 g。4月份没有检出酮类物质,5～8月份酮类物质检出较多且含量并无明显差距。其中甲基庚烯酮在5月份含量较高。可以看出,酮类化合物种类较少,含量较低,且酮类化合物的阈值要远远高于醛类,所以酮类化合物对南极磷虾风味形成贡献较小。

2.2.3 醇类化合物 醇类物质主要来源于糖、氨基酸和醛类物质的还原,也有可能是由n-3和n-6不饱和脂肪酸二级氢过氧化物的降解产物。在3～8月份中,被检出的醇类化合物分别有2、7、15、8、8、8种。半定量分别为36.39、35.62、213.67、73.88、113.22、92.69 ng/100 g。5月份含量较高,其他月份并没有明显差异。与醛类相比,一般饱和醇类的阈值很高,只有在南极磷虾中含量较高时,才会对南极磷虾风味形成做出贡献。1-戊烯-3-醇在5个月份中均有检出,虽然其含量较高,但由于其阈值较高,所以难以对南极磷虾风味做出贡献。1-辛烯-3-醇属于C8醇,是一种低感觉阈值醇,且能贡献出浓郁蘑菇气味和类似植物的芳香[24]，在3个月份中均有检出,且ROVA值均大于1,故1-辛烯-3-醇是对南极磷虾总气味形成有重要贡献,是南极磷虾的关键挥发性物质。

2.2.4 烃类烃类化合物 主要来源于脂肪酸烷氧自由基的均裂。在3～8月份中,分别萃取出9、9、10、4、7、8种烃类物质,通过计算,它们在各个月份的含量分别为176.23、48.45、273.67、185.07、248.46和154.18 ng/100 g。可以看出各个月份中均检出多种烃类化合物且含量较高,可能是由于自由基的脂质自氧化过程或者类胡萝卜素(虾青素等)的分解[15],但烃类化合物感觉阈值高,因此对南极磷虾整体风味形成贡献不大。其中D-柠檬烯在5个月份中均有检出,且各个月份含量较高,但其阈值较高,为60 μg/kg。所以其ROVA值较小在0.1～1,对南极磷虾总气味有一定的修饰作用。

2.2.5 芳香族化合物及其它化合物 芳香族类化合物在各个温度下种类少、相对含量低,且它们的阈值一般很高,对鱼肉风味形成贡献较小。在3到8月份,分别检出6、6、4、0、2和3种化合物,其含量分别为65.59、40.41、25.61、0、35.86和17.02 ng/100 g。二甲苯会产生令人不愉快的风味物质,它的阈值是0.33 μg/kg,它在3月、5月、7月南极磷虾样品中均被检出,ROAV分别是15.15、5.21、4.92。表明它会对南极磷虾的风味造成些许不好的影响。另外,有一些萘类也有被检出,可能是环境污染等因素相关[25]。

3 结论

通过HS-SPME-GC-MS技术测定了不同月份南极磷虾挥发性成分,并结合感官阈值利用ROAV法对其主体风味构成进行分析,3、4月份南极磷虾主体风味物质由壬醛、癸醛和D-柠檬稀构成,5-8月份主体风味物质与3、4月有明显差别,主要由壬醛、癸醛、3-甲基丁醛、2-甲基丁醛、苯乙醛、1-辛稀-3-醇、D-柠檬稀等,D-柠檬稀存在与每个月的风味物质中,但阈值较低,其对南极磷虾风味形成有一定的修饰作用。应用电子鼻对不同月份南极磷虾挥发性物质做PCA分析所得结果与气相质谱联用仪(GC-MS)相一致,表明3、4月南极磷虾主体风味物质种类和含量较低,从5月开始,南极磷虾风味物质种类变多,且在7、8月,南极磷虾主体风味物质含量较高,适于加工成南极磷虾制品。相似的关键风味成分和不同的重要风味成分组成及相对含量的差异可能是导致南极磷虾在一年四季中有一定风味差异的主要原因。