孙慧娟，李 璐，马凯华，陈援援，马俪珍，任小青

（天津农学院食品科学与生物工程学院 天津 300384）

随着人们对水产品需求的不断增加，大量水产品被加工利用，而加工也伴随大量副产物的产生。全世界水产品加工产业所余留的副产物已超过其加工总量的60%[1]。例如：生产100 t 冷冻鱼糜约产生200～250 t 副产物[2]。鱼皮是加工副产物之一，占鱼体总质量的4%～8%[3]。目前许多学者已对南极冰鱼[4]、河鲀鱼[5]、刺鲃鱼[6]等鱼的鱼皮展开大量的营养成分分析，结果表明鱼皮含有丰富的营养物质，胶原蛋白含量最高可占蛋白质总量的80%左右[7]。鱼皮可被用来制作动物饲料，生产皮革材料，提取胶原蛋白，生产胶原蛋白肽，在饲料、化妆品、保健品、食品、生物制药等方面都有广泛的应用[8-10]。

影响鱼皮高值化利用的主要因素之一是其自身的挥发性物质。一般来说，挥发性物质种类多样，主要包括醛类、酸类、醇类、酯类、酮类等，这些风味物质主要来自养殖环境、贮藏加工时脂肪的氧化分解和酶的催化分解[11]。目前国内外学者对鱼皮风味物质的研究还较少。革胡子鲶鱼（Clarias fuscus）又名埃及胡子鲶、埃及塘鲺等，因骨刺少、产量高、价格便宜等优点迅速得以推广[1]。伴随着革胡子鲶鱼肉加工，产生了大量鱼皮。目前关于其鱼皮营养成分和挥发性物质尚未见研究报道。

本文以革胡子鲶鱼皮为对象，研究其营养成分，利用GC-MS 和GC-IMS 技术对鱼皮的挥发性物质进行定量分析，旨在为其精深加工、利用提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

八须革胡子鲶鱼购买于天津仁德农业发展有限公司，30 min 内送回食品车间，宰杀剥皮后将鱼皮立即放入-80 ℃冰箱中贮藏备用。

盐酸、乙醚、氢氧化钠、十七烷酸甲酯、95%乙醇、14%三氟化硼甲醇、焦性没食子酸、苯酚、葡萄糖标准溶液、淀粉酶、碘化钾、硼酸，均为分析纯级，国药集团化学试剂有限公司；正己烷、正庚烷，均为色谱纯级，国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

UDK159 全自动凯氏定氮仪、DKL 消化炉，意大利Velp 公司；7890B 气相色谱仪，美国安捷伦公司；TU-1800 紫外分光光度计，日本Hmadzu 公司；S433D 氨基酸自动分析仪，德国SYKam 公司；GC-IMS Flavour SpecR风味分析仪，德国G.A.S 公司。

1.3 方法

1.3.1 基本营养成分测定 水分含量参考GB 5009.3-2016《食品安全国家标准 食品中水分的测定》中的方法，在105 ℃下干燥直至恒重；粗蛋白质含量参考GB 5009.5-2016《食品安全国家标准食品中蛋白质的测定》中的自动凯氏定氮法进行测定；粗脂肪含量参考GB 5009.6-2016《食品安全国家标准 食品中脂肪的测定》中的无水乙醚索氏抽提法；灰分含量参考GB 5009.4-2016《食品安全国家标准 食品中灰分的测定》中的方法，用550 ℃左右的高温灰化的方法；总糖含量参考GB/T 9695.31-2008《肉制品 总糖含量测定》中的方法，在波长470 nm 处用分光光度计测定。

1.3.2 总氨基酸含量的测定 参考GB 5009.124-2016《食品安全国家标准 食品中氨基酸的测定》中的方法，其中色氨酸采用高效液相色谱法，胱氨酸采用氨基酸分析仪法。

1.3.3 营养品质的评价方法 参考蒋左玉等[12]的评价方法。氨基酸评分标准参考FAO/WHO 的提议，鸡蛋蛋白质的化学评分根据中国预防医学科学院的提议[13]，通过氨基酸评分（AAS）、化学评分（CS）评价样品中的营养物质。

式中，m——样品蛋白质中某种必需氨基酸含量，mg/g；A（FAO/WHO）——FAO/WHO 评分基准中同一必需氨基酸的含量，mg/g；A（Egg）——鸡蛋蛋白质中同种必需氨基酸含量，mg/g。

1.3.4 游离氨基酸含量测定 称取5 g 搅碎的鱼皮样品，参考宁云霞等[14]的方法测定游离氨基酸含量。

1.3.5 滋味活性值（Taste activity value，TAV）测定 参考Yamaguchi 等[15]的方法测定TAV 值，计算方式见式（3）。

1.3.6 矿物质元素测定 钙、铜、铁、钾、镁、锰、钠、锌的含量采用GB 5009.268-2016 第二法电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES）测定，硒的含量采用GB 5009.93-2017《食品安全国家标准食品中硒的测定》第一法 氢化物原子荧光光谱法测定。

1.3.7 脂肪酸含量测定 参考朱曦淳等[16]的方法测定脂肪酸含量。脂肪提取步骤如下：准确称取5 g 左右的鱼皮并移入250 mL 的容量瓶中，加入0.1 g 焦性没食子酸和3 粒沸石，加1 mL 十七烷酸甲酯（内标），加2 mL 95%乙醇及4 mL 纯水混匀，加10 mL HCl 溶液，混匀后封口，在80 ℃水浴锅中水解40 min，每10 min 振荡一次，水解后取出冷却至室温，加10 mL 95%乙醇混匀，转移到分液漏斗用30 mL 乙醚清洗3 次，加盖震摇将下层有色溶液倒掉，收集提取液，旋转蒸发浓缩，得到脂肪。

甲酯化步骤如下：在脂肪提取物中加2%NaOH 甲醇溶液8 mL，80 ℃水浴锅回流冷凝30 min，至油滴消失，加7 mL 14% BF3甲醇溶液，回流2 min，加2 mL 纯水回流3 min，取出立即冷却至室温，加30 mL 正庚烷，振荡2 min，加20 mL 饱和NaCl 溶液静置分层，取5 mL 上层溶液于离心管中加5 g 无水硫酸钠，振荡1 min，静置5 min，过0.22 μm 有机相滤膜，注入进样瓶待测。

气相色谱条件如下：DB-WAX 石英毛细管柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；进样器温度：270 ℃；检测器温度：280 ℃。程序升温：初始温度100 ℃，保持10 min，以6.5 ℃/min，升至170 ℃，以1 ℃/min升至200 ℃保持20 min，以2.75 ℃/min 升至215℃保持32 min，以4 ℃/min 升至230 ℃保持15 min。载气：N2；分流比：50∶1。

1.3.8 GC-MS 测定 称取5 g 剪碎样品，参考陈援援等[17]的方法进行GC-MS 测定。

1.3.9 气味活度值（Odor activity value，OAV）评价方法 参考陈实等[18]的方法进行气味活度值评价，OAV 的计算方式见式（4）。

式中，C——试验测定计算所得挥发性化合物含量，μg/kg；T——该化合物在水中的感觉阈值，μg/kg。

1.3.10 GC-IMS 测定 自动进样条件如下：准确称取3.0 g 样品置于20 mL 顶空瓶中，孵育温度40 ℃，孵化转数500 r/min，孵育时间10 min，采用顶空自动进样的方式，进样量为500 μL，进样针温度85 ℃，不分流模式进样。

GC 条件如下：采用石英毛细管色谱柱FSSE-54-CB-1（15 m×0.53 mm，1 μm），柱温60 ℃，载气为氮气（≥99.999%），载气的流速程序为：IMS温度45 ℃，分析时间30 min，载气/漂移气为N2。

1.4 数据统计分析

本试验采用Excel 2016 进行数据处理，采用SPSS 19 软件进行统计分析，每个样品重复3 次，结果用平均值±标准方差表示。

2 结果与分析

2.1 革胡子鲶鱼皮基本营养成分分析

由表1 可知，革胡子鲶鱼皮基本营养成分较丰富，其中水分、粗蛋白、粗脂肪、粗灰分、总糖含量分别为62.85%，27.50%，5.28%，0.15%和3.84%。总糖含量达到3.84%，可能是由于鱼皮体表分泌了大量的黏液，黏液的主要成分是黏多糖和糖蛋白，而黏多糖作为生物活性物质在抗衰老、抗氧化等方面具有一定的功效[19]。

表1 革胡子鲶鱼皮基本营养成分分析（%）Table 1 Basic components of catfish skin（%）

2.2 革胡子鲶鱼皮总氨基酸成分及营养评价

由表2 可知，革胡子鲶鱼皮中共检出18 种氨基酸，总氨基酸含量为89.17 g/100 g，革胡子鲶鱼皮鲜味氨基酸含量较高，所以革胡子鲶鱼皮具有浓郁的鲜甜风味。表中甘氨酸含量最高，为21.6 g/100 g，脯氨酸含量次之，为14.8 g/100 g，甘氨酸和脯氨酸总和占革胡子鲶鱼皮氨基酸总量的40.82%，符合胶原蛋白氨基酸组成的特点。依据FAO/WHO 提出的理想模式，质量较优的蛋白质氨基酸组成是∑EAA/∑TAA 约为40%左右[5]，而革胡子鲶鱼皮的氨基酸组成中，EAA/TAA 为18.62%，低于标准，属于不完全蛋白。

表2 革胡子鲶鱼皮总氨基酸组成与含量Table 2 Total amino acid composition and content of of catfish skin

根据FAO/WHO 的氨基酸评分、鸡蛋蛋白质评分的标准模式，计算并评价革胡子鲶鱼皮的氨基酸评分（AAS）和化学评分（CS），因半胱氨酸和酪氨酸分别由蛋氨酸与苯丙氨酸转变而成，即将苯丙氨酸和酪氨酸，蛋氨酸和胱氨酸分别合并计算，因限制氨基酸AAS 或CS 值小于1[20]，由表3可知，第1 限制氨基酸均为色氨酸（Trp）。

表3 革胡子鲶鱼皮必须氨基酸营养学评价Table 3 Catfish skin nutritional evaluation of essential amino acids

2.3 革胡子鲶鱼皮游离氨基酸含量分析

游离氨基酸是主要呈味物质之一，主要有鲜、甜、苦3 种味道，游离氨基酸种类和各游离氨基酸含量的不同会使产品呈现出不同的滋味[21]。由表4可知，共检出27 种游离氨基酸，游离氨基酸的总量为195.49 mg/100 g，必须游离氨基酸总量为52.6 mg/100 g，革胡子鲶鱼皮中牛磺酸的含量最高，为28.34 mg/100 g，牛磺酸是人体身体内必需的含硫β 氨基酸亚磺酸类似物，能够减缓心肌缺血损伤，保护心肌细胞、抗心力衰竭等作用[22]。鲜味氨基酸总量为30.54 mg/100 g，分别是天冬氨酸、谷氨酸、甘氨酸和丙氨酸，这些氨基酸对脑组织生化代谢比较重要[23]，甜味氨基酸含量为29.82 mg/100 g，苦味氨基酸总量为30.67 mg/100 g。因游离氨基酸的滋味阈值各不相同，即单个游离氨基酸对整体滋味的贡献强度可根据TAV 得到，若TAV>1，认为对整体滋味贡献较大[24]，由表4 可知，所有游离氨基酸的含量均低于其滋味阈值，其中赖氨酸TAV 最高，为0.30，其次是酪氨酸，为0.23。

表4 革胡子鲶鱼皮游离氨基酸含量Table 4 Content of free amino acids in skin of catfish

（续表4）

2.4 革胡子鲶鱼皮矿物质成分分析

矿物质对于提供机体能量、组成机体结构以及生理调节功能都比较重要[26]，适当摄入对于机体生长发育或不可缺，当矿物质元素缺乏或不平衡时，会对人体造成很大的健康隐患。由表5 可知，含量最高的为Na（293 mg/kg），其次是K（282 mg/kg），K 和Na 是维持人体液体平衡的重要元素，K 还具有参与代谢，维持体内酸碱平衡的作用，摄入钾能够加强血管功能[27]，Ca 含量为（119 mg/kg），Ca 可以降低神经细胞的兴奋性，是一种天然的镇静剂[28]。微量元素参与蛋白质的合成、转运以及细胞调节，是生物体的重要组成成分[29]，Zn 的含量最高（13.7 mg/kg），是儿童生长发育所必须的重要微量元素[30]，富锌产品的Zn 含量应该≥11 mg/kg，可见革胡子鲶鱼皮是较好的富锌产品，Fe的含量次之，Fe 在人体中具有造血功能，促进人体生长的作用[6]；富硒水产品中硒含量应在0.05～1.00 mg/kg 之间，即革胡子鲶鱼皮也是富硒水产品，其具有抗氧化的作用，与肝功能及肌肉代谢等有关[31]；人体的矿物质主要通过饮食来获得，因此，食用革胡子鲶鱼皮是较好的获得矿物质的途径。

表5 革胡子鲶鱼皮矿物质含量（mg/kg）Table 5 Mineral content of catfish skin（mg/kg）

2.5 革胡子鲶鱼皮脂肪酸成分分析

随着社会的发展，人们逐渐意识到脂肪酸的益处，尤其是其对疾病有明显的预防作用。由表6可知，革胡子鲶鱼皮中共检测出12 中脂肪酸，其中饱和脂肪酸（SFA）有8 种，占脂肪酸总量的48%左右，单不饱和脂肪酸（MUFA）有3 种，占脂肪酸总量的50%左右，多不饱和脂肪酸（PUFA）有1 种，占脂肪酸总量的2.54%左右，饱和脂肪酸中含量最多的是棕榈酸（1.10 mg/mL），不饱和脂肪酸中含量最多的是顺油酸（1.18 mg/mL），棕榈酸对于动脉粥样硬化及心血管疾病有预防的效果，对糖尿病人和高血脂病人起到很好的保健作用[32]，油酸对于降低血清总胆固醇和低密度脂蛋白胆固醇含量有一定效果，可减少机体内的氧化应激产物，对机体的过度性炎症反应有很好的降低作用[33]，因此，革胡子鲶鱼皮可作为较好的食物来源，

表6 革胡子鲶鱼皮脂肪酸种类及含量（mg/mL）Table 6 Species and content of fatty acids in skin of catfish（mg/mL）

提供给需要补充油酸等单不饱和脂肪酸的特殊人群。

2.6 革胡子鲶鱼皮GC-MS 结果与分析

由表7 可知，革胡子鲶鱼皮共检出28 种挥发性风味物质，其中醛类11 种，相对含量为2 112.99 μg/kg，醇类6 种，相对含量为805.681 μg/kg，酯类4 种，相对含量为1 336.41 μg/kg，酸类3 种，相对含量为312.92 μg/kg，其它类4 种，相对含量为301.36 μg/kg，化合物中相对含量较高的为壬醛、己醛、苯甲醛、异戊酸桂酯、壬酸等。

醛类主要是通过脂肪氧化降解及氨基酸Strecker 反应产生，支链、短链醛由氨基酸的脱氨基降解生成，不饱和醛由脂酸降解生成[34-35]，大多呈坚果香和甜香，气味阈值较低，在水产品特征气味中起重要的作用[3]，由表7 知，壬醛、正辛醛、苯乙醛、癸醛、（E，E）-2，4-壬二烯醛、（E，E）-2，4-癸二烯醛、己醛等OAV 值大于1，对整体风味贡献较大，大多呈清香、水果香；苯甲醛、反-2-辛烯醛OAV 在0～1 之间，对整体风味具有潜在贡献，多呈脂肪香气、坚果味。

醇类可通过脂肪氧化、糖代谢等途径产生[36]，阈值较高的是饱和醇类物质，对整体风味影响较小，阈值较低的是不饱和醇类物质，对整体风味影响较大，由表7 知，庚醇、1-辛醇和1-辛烯-3-醇OAV 大于1，对整体风味贡献较大，多呈脂肪香味；正己醇OAV 在0～1 之间，对整体风味具有潜在贡献，呈辛辣、鱼腥味。

表7 革胡子鲶鱼皮挥发性成分的GC-MS 与OAV 分析Table 7 GC-MS and OAV analysis of volatile components in catfish skin

酸类由脂肪氧化裂解或脂肪水解过程中变为低级脂肪酸而产生[37]，壬酸OAV 大于1，对整体风味贡献较大，呈脂肪、奶酪的香味。酮类可能是脂质氧化、美拉德反应、氨基酸降解、微生物氧化和热降解形成的产物[38]，2，3-辛二酮OAV 大于1，对整体风味影响较大，呈脂肪香味、辛辣味、并伴随有香菜的香气。烷烃类阈值较高，十二烷OAV 在0～1 之间，对整体风味影响较小，呈清香、甜香味。

2.7 革胡子鲶鱼皮GC-IMS 结果与分析

利用GC-IMS 技术对革胡子鲶鱼皮的挥发性风味物质进行分析鉴定，如图1 和图2所示，背景为蓝色，横坐标是离子迁移时间（ms），纵坐标是保留时间（s），图中1.0 处红色竖线为反应离子峰（RIP 峰），右侧每一个点代表一种挥发性有机物，点的颜色和面积表示物质含量的多少，颜色越深则该化合物的浓度越大[39]，许多挥发性有机物质集中在迁移时间为1.0～1.7 ms，保留时间为100～600 s 的区域。

图1 革胡子鲶鱼皮特征风味GC-IMS 三维谱图FIg.1 Three-dimensional spectrum of characteristic flavor of catfish skin

图2 革胡子鲶鱼皮特征风味二维GC-IMS 谱图（俯视图）Fig.2 Two-dimensional GC-IMS spectrum of characteristic flavor of catfish skin（Top view）

每种挥发性物质的点亮度差异显著，其中异戊醇、异戊醛、正己醛、1-戊醇、正己醇、苯甲醛、反-2-辛烯醛、丙酮、2-丙基-1-戊醇、丙醛、戊醛和2-庚酮在图谱中颜色较深，因此，对整体风味影响较大，异戊醛、呈脂肪、水果的香味，异戊醇、反-2-辛烯醛、1-戊醇、正己醇、2-丙基-1-戊醇多呈水果清香味，苯甲醛呈坚果、苦味，正己醛有鱼腥味，丙醛呈泥土、刺鼻味，戊醛呈发酵、果浆味，2-庚酮呈水果味、辛辣味和奶油味。

通过对比挥发性物质的迁移时间和保留时间，使用外标正酮C4～C9作为参考，计算其保留指数，通过GC-IMS 数据库匹配后与目前数据库对比，结果见表8，得出革胡子鲶鱼皮中已知的挥发性物质共有21 种，包括醛类8 种、醇类7 种、酮类2 种、酸类2 种、酯类1 种、胺类1 种。因GC-IMS 数据库不完善，有8 种成分未能定性。对比表7 的GC-MS 定性分析结果可知，GC-MS 和GC-IMS 两种分析手段能够共同分析得到的挥发性物质仅有反-2-辛烯醛、苯甲醛、正己醛和正己醇，可见或许将GC-MS 和GC-IMS 两种分析手段结合使用可以更全面地研究革胡子鲶鱼皮的风味物质，这与Chen 等[40]的研究结果相一致。

表8 革胡子鲶鱼皮挥发性成分的GC-IMS 定性分析Table 8 Qualitative analysis of volatile components in catfish skin by GC-IMS

（续表8）

3 结论

通过对革胡子鲶鱼皮的营养成分和挥发性物质进行分析，得出革胡子鲶鱼皮具有高蛋白、低脂肪的特点，革胡子鲶鱼皮中鲜味氨基酸为主要呈味氨基酸，有多种对人体有益的矿物质，不饱和脂肪酸较为丰富；通过GC-MS 和GC-IMS技术发现，革胡子鲶鱼皮中的挥发性物质分别是醛类、酮类、醇类、烷烃类、酯类、酸类等。根据GC-MS 分析结果可知，正辛醛、壬醛、癸醛、苯乙醛、（E，E）-2，4-壬二烯醛、（E，E）-2，4-癸二烯醛、己醛、庚醇、2，3-辛二酮、1-辛醇OAV>1，对整体风味影响较大，根据GC-IMS 分析结果可知、异戊醇、异戊醛、正己醛、1-戊醇、正己醇、苯甲醛、反-2-辛烯醛、丙酮、2-丙基-1-戊醇、丙醛、戊醛和2-庚酮等点亮度较深，对整体风味影响较大。通过对比发现，GC-MS 和GC-IMS 共同分析得到的挥发性物质仅有反-2-辛烯醛、苯甲醛、正己醛和正己醇，可见结合GC-MS 和GC-IMS 两种分析手段可以更好地研究革胡子鲶鱼皮的风味物质。