吳容,陶寧萍,劉源,王錫昌
(上海海洋大學食品學院,上海,201306)
河豚魚(fugu)英文名pufferfish,與鰣魚、刀魚并稱“長江三鮮”。長期以來,我國沿海地區一直有吃河豚魚的習慣;日本人、韓國人也把河豚魚視為珍饈佳肴。近年來由于野生資源過度利用、控毒技術的日益完善、養殖規模不斷擴大,養殖河豚魚越來越受到國內外消費者的歡迎。人們對開放鮮河豚市場的呼聲也越來越高,養殖河豚魚巨大的市場經濟價值越來越突顯。統計數據顯示,目前國內食用較多的品種為淡水養殖的暗紋東方鲀,多以熟食為主。而目前對暗紋東方鲀的研究報道主要集中在毒性及一些營養評價,但對風味物質的研究國內外鮮有報道,因此探究河豚魚美味奧秘及不同養殖環境下風味的差異能夠為河豚魚的養殖和加工食用及改善河豚魚肉品質提供指導,具有十分現實的意義。
近年來,關于魚肉中揮發性成分提取的方法有溶劑萃取法、固相微萃取、溶劑輔助蒸餾萃取技術和頂空吹掃捕集、同時蒸餾萃取法等,前4種前處理方法存在一定缺陷,如溶劑萃取法耗時、風味物質損失大;固相微萃取萃取頭對風味物質有較大選擇性;溶劑輔助蒸餾萃取技術裝置比較復雜,儀器的清洗比較費時;頂空吹掃捕集不利于揮發性低的化合物的捕集。而其中同時蒸餾萃取是近年來使用較多的一種提取、分離和富集試樣中揮發性、半揮發性成分的有效方法,能將水蒸氣蒸餾與溶劑萃取合二為一,從而減少了試驗步驟,縮短了分析時間,節省了萃取溶劑[2]。而目前有關河豚魚風味研究報道國內僅有鄧捷春等[1]采用了頂空固相微萃取技術結合GC-MS對其揮發性成分進行了研究。所以本實驗分別以二氯甲烷和乙醚作溶劑,采用同時蒸餾萃取法(SDE),提取養殖暗紋東方鲀肉中的揮發性成分,結合感官評價和電子鼻技術對提取的揮發性成分進行比較,采用氣相色譜-質譜聯用(GC-MS)對揮發性成分進行定性和內標定量分析,并采用主成分分析(PCA)對揮發性成分進行數據挖掘。旨在為探究河豚魚美味奧秘及改善河豚魚肉品質等方面提供有參考意義的基礎理論數據。
暗紋東方鲀:采自江蘇省中洋集團河豚魚養殖基地,2齡魚,平均體重350g左右(12條),置于充水、充氧的聚乙烯袋中,運回實驗室活殺。去眼、皮及內臟等廢棄物后,魚肉于-18℃貯藏待用。
無水Na2SO4(將分析純Na2SO4在550℃下灼燒2 h,冷卻后置于干燥器內備用);重蒸二氯甲烷、乙醚(將分析純二氯甲烷、乙醚蒸餾,去掉前30 mL以及后30 mL的餾分,取中間二氯甲烷、乙醚餾分備用,重蒸后的二氯甲烷、乙醚經GC-MS檢測無雜質峰出現);氯化鈉(分析純),以上試劑購自上海國藥試劑公司。C7-C30飽和烷烴(1 000 μg/mL,溶于正己烷溶液中)購自美國 sigma公司,2,4,6-三甲基吡啶(純度,99%)(內標)購自上海安譜科學儀器有限公司。
同時蒸餾萃取裝置(安徽優信玻璃儀器廠);Oldershow濃縮柱(浙江臺州玻璃儀器廠);5975B型質譜和6890N型氣相色譜(美國Agilent公司);DHT型攪拌調溫電熱套(山東鄄城創新儀器有限公司);恒溫水浴鍋(上海申生科技有限公司);DL-2020節能型低溫冷卻循環泵(寧波新芝生物科技股份有限公司);FOX4000電子鼻(阿法莫斯公司)。
將貯于-18℃冰箱中的暗紋東方鲀肉在4℃冰箱中解凍12 h,然后將已解凍的魚置冰上用刀取其背肉。將取下的肉置玻璃皿中,蓋上玻璃皿蓋,放在蒸鍋中用電磁爐蒸20 min以保證魚肉全熟。蒸好后迅速置于冰上冷卻,再將冷卻后的魚肉絞碎備用。
取處理好的魚肉樣品150 g加250 mL去離子水,加入 50 μg 2,4,6-三甲基吡啶后,用勻漿機勻漿后置于1 000 mL圓底燒瓶中,加入沸石和磁力攪拌子,接SDE裝置的右端,用電熱套加熱至微沸;裝置的左端接100 mL圓底燒瓶,內裝50 mL重蒸乙醚,恒溫50℃水浴加熱保持乙醚沸騰;用-5℃的乙醇作冷卻循環液,萃取3h后在萃取液中加入5 g無水硫酸鈉,放入-18℃冰箱內冷凍過夜;過濾,濾液用Oldershow柱濃縮至1 mL時,停止加熱,靜置使柱內的溶液滴下,總量約為3 mL,再轉入帶刻度試管中,用氮氣吹至0.5 mL。由于乙醚的密度比水小,二氯甲烷的密度比水大,所以采用二氯甲烷為萃取溶劑時,SDE裝置左右兩端的搭建方式交換,將水浴溫度設為55℃。其它操作程序不變。
色譜條件:色譜柱HP-INnowax,60 m×0.25 mm×0.25 μm毛細管柱,載氣為He氣,流量1 mL/min,進樣量為2 μL,不分流進樣。程序升溫:柱初溫40℃,保持5 min,以4℃/min升溫至230℃,保持20 min;溶劑延遲3 min。
質譜條件:傳輸線溫度 280℃,離子源溫度230℃,四極桿溫度150℃,電子能量70 eV;質量掃描范圍30~400 m/z。
定性:實驗數據處理由Xcalibur軟件系統完成。揮發性成分通過NIST和Wiley譜庫確認定性,僅報道匹配度大于80(最大值為100)的鑒定結果。采用相同的升溫程序,以C7~C30的飽和烷烴作為標準,以保留時間計算樣品測試中的化合物Kovats保留指數(Kovats retention indices,RI),并與文獻值相比較,與數據庫檢索結果共同定性。


其中:S為所測揮發物峰面積與內標物2,4,6-三甲基吡啶峰面積的比值。
采用origin8.0、PAST1.79和R2.11.1軟件對實驗結果進行分析,根據不同方法得到的色譜總離子圖中峰數量和相對含量判斷不同方法的優劣。
其中:Rt(i)、Rt(n)、Rt(n+1)分別為待測揮發物、含n及n+1個碳原子的飽和烷烴保留時間。
定量:對于SDE提取的揮發性成分采用內標定量法計算相對含量。
采用GC-MS對兩種溶劑的萃取液進行檢測分析,得到相應的質譜總離子流圖如圖1所示。根據譜庫檢索結果和人工質譜解析等手段,鑒定出養殖暗紋東方鲀肉中的揮發性成分見表1。從鑒定出的揮發性成分測定結果可以看出,養殖暗紋東方鲀肌肉的主要揮發性成分為醛類、酮類、醇類、含氮含硫及雜環類、酯類、酸類和烷烴類。

圖1 SDE法乙醚(1)、二氯甲烷(2)提取GC-MS總離子圖疊圖

表1 養殖暗紋東方鲀肉中揮發性成分GC-MS分析結果

續表1

續表1
2種萃取液經GC-MS檢測得到的揮發性成分種類數和相對含量見圖2。
功能訓練帶捆綁技術是利用有彈性的訓練帶纏繞于患者肢體不同部位,起到改善患者運動控制能力的一種康復治療方法[8]。本研究的功能性肌力訓練帶后拉法對帕金森病患者的平衡功能訓練療效的明顯改善,BBS評分觀察組的提升幅度明顯大于常規訓練組,觀察組提升了約7分。TUGT測試觀察組訓練后的成績提高業明顯優于對照組,大大縮短了PD患者的步行時間,提高了約6s。從研究結果看單腿站立平衡測試觀察組的訓練效果也比對照組要明顯,提升了2.4s的站立時間。

圖2 養殖暗紋東方鲀肉中揮發性成分相對含量和種類數
從圖2可以看出,從種類上看,二氯甲烷萃取液中,檢測到的揮發性成分種類數(78種)多于乙醚萃取液(57種)。乙醚萃取液中除檢測到的烷烴較二氯甲烷萃取液多1種外,其它化合物種類數都比二氯甲烷萃取液的要少。尤其是二氯甲烷萃取液中檢測出的醛類物質比乙醚萃取液多10種,在二氯甲烷萃取液中檢測出的可能對風味有貢獻的物質,如(E)-2-庚烯醛、庚醛、(Z)-4-庚烯醛、(E)-2-壬烯醛等物質,在乙醚萃取液中均未檢出。出現差異性的原因可能與2種溶劑的揮發性有關,乙醚的揮發性比二氯甲烷要強,在SDE提取過程中損失較多,尤其是在用oldershow和氮吹濃縮的過程中損失較多。所以檢測出的化合物種類數少于二氯甲烷。從極性方面看,乙醚是弱極性溶劑,對非極性和弱極性微量成分萃取效果好;二氯甲烷是中等極性溶劑,萃取的極性成分更多[3]。另一方面,實驗中采用的強極性毛細管柱(Wax),也利于極性物質的檢出,因此,單從定性方面,二氯甲烷為溶劑萃取的效果較好。
從含量上看,乙醚萃取液中主要是醛類(9 179.41 ng/g)、酸類(4 729.69 ng/g)和酮類(1 408.01 ng/g);二氯甲烷萃取液中主要是醛類(3 506.4 ng/g)、酮類(2 362.58 ng/g)和含氮含硫及雜環類(811.48 ng/g)。乙醚萃取液中物質的相對含量明顯高于二氯甲烷萃取液中的物質。可以看出,乙醚溶劑可能對某些低含量物質的提取有更好的效果。其中乙醚萃取液中含量較高的有十四醛(4 963.71 ng/g)、十八醛(1 171.51 ng/g)、(Z)-13-十八醛(2 007.21 ng/g)、乙酸乙酯(1 148.44 ng/g)、十六酸(4 639.90 ng/g)等;二氯甲烷萃取液中,含量較高的有十六醛(2 381.77 ng/g)、2,3-丁二酮(1 267.40 ng/g)、十六酸(545.08 ng/g)等。2種溶劑中含量最多的都是醛類,但乙醚萃取液中的醛類物質相對含量是二氯甲烷萃取液的近3倍,可以看出,醛類物質可能對養殖暗紋東方鲀肉風味有很大貢獻。因此,單從定量方面乙醚溶劑萃取效果較好。
從以上分析可以看出,將2種溶劑結合起來有利于對養殖暗紋東方鲀肉中揮發性成分進行綜合分析。
2種溶劑萃取一共檢測出96種化合物,其中醛類29種、酮類11種、醇類16種、含氮含硫及雜環類化合物22種、酯類7種、酸類3種、烷烴類8種。
2.2.1 醛類
魚肉中的醛類物質一般來源于不飽和脂肪酸中碳碳雙鍵氧化后產生的氫過氧化物和甘油三酯自動氧化降解產物,閾值一般比較低,通常具有脂肪、奶油、草香以及清香等氣味[4-7]。其中飽和醛類物質一般主要來自n-6或n-9的PUFA或MUFA的氧化降解[8]。尤其是C6~C12飽和醛類物質閾值一般較低,對風味貢獻較大。如本試驗種檢測到的飽和醛有己醛、庚醛、辛醛、壬醛等,其中己醛被報道主要是來自于亞油酸的氧化,亞油酸在自動氧化作用下產生了亞油酸的13-氫過氧化物,13-氫過氧化物斷裂生成己醛[9]。在適宜濃度下,己醛被感覺清香和草香味,濃度過大時,己醛具有不愉快的酸敗味和刺激性辛辣味,此外壬醛被認為呈清香味,辛醛為生嫩的新香[10-11],壬醛則在濃度過大時表現出明顯的動物油脂味[12]。也有報道醛類物質與 Maillard和 Strecker反應有著重要聯系,在長時間的加熱過程中,氨基酸的氨基與糖類物質的羰基發生反應生成了醛類物質[13]。如本試驗中檢測到的苯甲醛已經被鑒定是由氨基酸的Strecker反應生成的,被感覺具有令人愉快的杏仁香、堅果香和水果香[14]。本實驗中除了檢測到了大量閾值比較低的醛類物質外,還檢測出了含量比較高的醛類物質,如十四醛(4 963.71 ng/g)、十六醛(2 381.77 ng/g)、十八醛(1 171.51 ng/g)、(Z)-13-十八醛(2 007.21 ng/g)等,這幾種醛屬于長鏈飽和醛類物質,一般具有較高的閾值,可能對風味的貢獻較小。
2.2.2 酮類
酮類的閾值一般遠遠高于其同分異構體的醛類[15],對于魚肉風味的貢獻相對較小。酮類可能是由于不飽和脂肪酸的熱氧化或降解產生[16-17]。也有文獻報道,氨基酸的降解、Maillard反應和微生物氧化也是形成酮類物質的重要來源[18]。酮類一般被認為呈桉葉味、脂肪味和焦燃味,并且隨著碳鏈的增長給出更強的花香特征。二酮類一般是Maillard反應最初階段的產物,被感覺具有肉香和黃油香,在本次試驗中檢測到的有 2,3-丁二酮、2,3-戊二酮、2,3-辛二酮,其中檢測到的2,3-丁二酮相對含量高達1 267.40 ng/g,曾被報道對奶油香氣有貢獻。烯酮類如3-戊烯-2-酮、3-甲基-2-丁酮等則被認為是在加熱期間生成的脂質氧化產物且有一種青葉芳香[11]。另外酮類被報道對腥味物質有增強作用,可使腥味物質增強或改變。在本實驗中酮類物質在總的揮發性物質中所占相對含量雖然不高,但可能對2種河豚魚的特征風味有貢獻。
醇類物質可能是由n-3和n-6不飽和脂肪酸二級氫過氧化物的降解產物[19]。飽和醇類一般是在加熱過程中脂肪經氧化分解生成的或是有羰基化合物還原而生成,一般閾值較高,在濃度較高時可能對魚肉的風味有貢獻[20]。本次試驗中檢測的飽和醇有丙醇(24.50 ng/g)、丁醇(33.98 ng/g)、辛醇(11.55 ng/g)等,相對含量較低,此外檢測到的2-乙基-1-己醇被報道具有蘑菇香氣[21],可能對暗紋東方鲀的風味有貢獻。不飽和醇類化合物的閾值通常比飽和醇類化合物高,它們對魚類制品風味貢獻一般較大[22]。如檢測到的1-戊烯-3-醇具有魚腥味,是構成美國紅魚肉的主要腥味成分[23]。1-辛烯-3-醇是亞油酸的氫過氧化物降解的產物,它呈類似于蘑菇和泥土的氣味,普遍存在于淡水魚和海水魚的揮發性氣味物質中[24]。
2.2.4 含氮、含硫及雜環化合物
含硫化合物主要來自于含硫的氨基酸如甲硫氨酸、半胱氨酸和胱氨酸,它們通過Strecker降解形成硫醇[25],如 2-乙基-1-己硫醇,能貢獻給產品理想的芳香和不良的氣味。含氮、含硫及雜環化合物的閾值一般很低,對魚肉的整體風味貢獻很大。據報道,三甲胺是一種強風味化合物,與魚組織中的脂肪反應產生了魚的特殊氣味。呋喃類有一種強烈的、香脂的、甜的風味和似煙草的氣味,如檢測到了被報道有火腿香味的2-乙基呋喃主要是由亞油酸氧化而來[26]。2-戊基呋喃可能會對魚腥味有一些影響。幾種含苯化合物如1-甲基萘、2-甲基萘等會造成魚肉中令人不愉快的風味,可能是從環境中轉移到魚體內的,說明魚肉的風味也可能會受到環境污染物質的影響[27]。吡嗪類化合物是美拉德反應的產物,它們一般形成于食品的烹飪過程[28],因為SDE法控制的溫度為微沸狀態,所以本實驗中檢測到的吡嗪類物質很少,如2-甲基吡嗪通常是堅果香、烘烤香的特征物質[29]。含硫化合物通常對魚肉的整體風味影響很大。本試驗中檢測到的2-乙酰基吡咯具有烤香和焦甜氣,曾被報道是構成霉干菜的主體香氣成分[30]。
2.2.5 酯類、酸類、烷烴類
酯類化合物是由羧酸和醇經酯化而成。一般而言,短鏈酸形成的酯如乙酸乙酯具有水果香味,本試驗中檢測到的乙酸乙酯含量高達1 148.44 ng/g。而長鏈酸形成的酯具有輕微的油脂味[11],檢測到的有十六酸甲酯、鄰苯二甲酸二異丁酯、鄰苯二甲酸二丁酯等,故酯類對整體風味也做出了貢獻。短鏈的揮發性酸如乙酸會產生非常強烈的令人不愉快的汗味,被認為是魚油風味品質的重要標志[31]。各種烷烴(C6~C19)已經被鑒定存在于某些魚肉的揮發物中,由于它們的閾值較高,因此烷烴對于食品整體的風味貢獻很小[32]。本試驗中檢測到的酯類、酸類、烷烴類的化合物種類都較少,但乙醚溶劑中檢測出的酸類含量很高,這可能是樣品中的油脂被乙醚溶解導致的,也可能是在高溫蒸煮過程中相應的醇、醛等化合物氧化而來的。
以4個樣本的面積百分含量和它們的平均值為特征值,數據標準化后用PAST軟件進行PCA分析,得到圖3。從圖3中可以看出,二氯甲烷萃取液和乙醚萃取液各2個樣本檢測結果較分散,說明SDE法的重現性差,但二氯甲烷溶劑與總物質的距離近,比較接近總物質。

圖3 養殖暗紋東方鲀肉中揮發性成分面積百分含量PCA分析圖譜
以4個樣本的峰面積為特征值,將數據標準化后用R軟件進行PCA分析,得到載荷圖4(a)和圖4(b)。從圖4(a)中可以看出,SDE法中二氯甲烷萃取液之間的距離較近,乙醚萃取液之間距離較遠,說明二氯甲烷溶劑的重復性較好。圖4(b)表示了96種揮發性成分的主成分分析結果:每個箭頭對應某一種揮發物(不同顏色對應不同類揮發物)。將圖4(a)和圖4(b)比對后發現,若圖4(b)中“箭頭”和圖4(a)中“樣品點”在各自圖中所處位置相近,則兩者相關性較高。從將圖4(b)中部分具有分類意義的組分可劃分為2個區域。第一象限中對應的物質可能是乙醚萃取液中的主要揮發性成分;第二象限中對應的物質可能是二氯甲烷萃取液中的主要揮發性成分。從圖4也可以看出2種溶劑檢測到的揮發性成分,在組分和含量上具有一定差異,與GC-MS分析的結果基本相吻合。

圖4 養殖暗紋東方鲀肉中96種揮發性成分PCA分析圖譜
本研究對SDE法中的萃取溶劑進行了選擇,通過GC-MS分析,乙醚為溶劑時,總共鑒定到了57種成分,以二氯甲烷為溶劑時,總共鑒定到了78種成分。比較得出,二氯甲烷溶劑在定性方面有優勢,乙醚溶劑在定量方面效果較好。2種溶劑萃取一共檢測出96種化合物,其中醛類29種、酮類11種、醇類16種、含氮含硫及雜環類化合物22種、酯類7種、酸類3種、烷烴類8種。從PCA分析雖然可以初步確定暗紋東方鲀熟肉中的揮發性主體成分,但是還需要與感官分析結合進行分析,同時為了能更好的檢測出養殖暗紋東方鲀中的揮發性成分,希望能與其它前處理方法結合起來共同鑒定。
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