不同加熱溫度對羅氏沼蝦肉揮發性成分的影響

段秀霞， 施文正， 汪之和

（上海海洋大學 食品學院/上海水產品加工及貯藏工程技術研究中心，上海 201306）

羅氏沼蝦（Macrobrachium rosenbergii）俗稱大頭蝦，是一種大型淡水蝦。它生長迅速且周期短、肉質鮮美且營養，由于成熟沼蝦頭胸甲內布滿了生殖腺，因此具有一般淡水蝦風味之外的類似于蟹黃的鮮美之味，素有淡水蝦王之稱。我國羅氏沼蝦養殖產量已連續多年居世界第一[1-2]。

目前，國內外對羅氏沼蝦的研究較多，但多集中在水產養殖[3]、性別與胚胎發育[4-5]、水環境監控[6-7]及抗病免疫[8-9]等其他方面的研究。例如，豆科植物提取物[10-11]、多糖[12]、膳食葉酸[13]等對羅氏沼蝦作用的相關研究。但是，加熱羅氏沼蝦揮發性成分的研究幾乎沒有，且人們通常選擇加熱熟制作為蝦的主要食用方式，加熱熟制過程中溫度較高，其酶活下降，蛋白質和脂肪等大分子會分解，這樣會對蝦肉風味產生很大影響。電子鼻作為一種新型仿生嗅覺檢測技術，利用氣體傳感器陣列的響應圖案來識別氣味的電子系統，具備客觀準確、快速無損、重復性好等優點，并且能識別簡單和復雜的氣味，可得到與人的感官品評相一致的結果[14-15]。氣味識別技術可應用到水產品鮮度評價，也可以為水產品氣味和品質鑒定提供一定的參考依據[16]。固相微萃取法（SPME）建立在待測物在固定相和水相之間達成的平衡分配基礎上[17]，是一種無溶劑萃取技術，是一種有效，節省成本，易于自動化測定，可實現高樣品通量[18]。目前，科研領域研究水產品及水產食品的揮發性物質的主要方法是固相頂空微萃取-氣相色譜-質譜聯用法 （headspace solid phase micro-extraction gas chromatography-mass spectrometry，HS-SPMEGC-MS）[19-23]。郭美娟等[24]采用 HS-SPME-GC-MS 技術研究南美白對蝦腐敗過程中揮發性成分的變化，以此研究評價蝦的新鮮度。Wenjian Yang等[25]使用電子鼻技術和HS-SPME-GC-MS技術研究金針菇在熱風干燥過程中綜合風味特征和揮發性成分的動態變化。作者通過控制固相頂空微萃取的溫度，得到不同溫度下羅氏沼蝦蝦肉的揮發性物質，然后對揮發性物質采用氣相色譜-質譜聯用儀進行分離及定性定量分析，結合電子鼻與HS-SPME-GC-MS技術來分析不同溫度下羅氏沼蝦蝦肉的揮發性風味物質，研究不同溫度對羅氏沼蝦揮發性氣味物質的影響。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

羅氏沼蝦：購于上海市浦東新區古棕路農貿市場；AUW320電子分析天平：梅特勒-托利多儀器有限公司產品；FJ-200高速分散均質機：上海標本模型廠產品；FOX-4000氣味指紋分析儀：法國Alpha MOS公司產品；7890A-5975C GC-MS聯用儀：美國Agilent公司產品；SPME手動進樣手柄、聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane，PDMS）固相微萃取頭（涂層厚度65 μm）：美國Supelco公司產品。

1.2 方法

1.2.1 樣品前處理 取鮮活羅氏沼蝦，用冰水冷休克，去頭、殼、蝦線，得到蝦仁，進行單體速凍，-20℃凍藏備用。

1.2.2 電子鼻分析 分別準確稱取經剁碎的羅氏沼蝦蝦肉1.0 g，加入 0.18 g/mL NaCl溶液1 mL，勻漿后于自動進樣瓶中（規格：10 mL）。電子鼻條件：載氣：干燥潔凈空氣；流量：150 mL/min；頂空溫度分別為 35、50、65、80、95 ℃，頂空時間：10 min，攪動速率：500 r/min；進樣總體積：2.5 mL，注射速率：2.5 mL/s；獲取時間：2 min，延滯時間：10 min。

1.2.3 揮發性成分測定

1）SPME條件 分別準確稱取經剁碎的羅氏沼蝦蝦肉1.0 g，加入 0.18 g/mL NaCl溶液1 mL，勻漿后于20 mL萃取瓶中。采用65 μm PDMS萃取頭，萃取溫度分別為 35、50、65、80、95 ℃，萃取 40 min，磁力攪拌選用中速。萃取時間45 min。

2）GC條件 DB-5MS彈性毛細管柱（60m×0.32 mm，1 μm）；升溫程序：柱初溫 50 ℃，保持 1 min，以10℃/min速度升溫至100℃，再以5℃/min速度升溫至200℃，最后以8℃/min速度升溫至250℃，保持時間 5 min。載氣（He）流量 1.0 mL/min。解吸溫度250℃，解吸時間5 min，不分流模式。

3）MS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 m/z 35～350。

1.3 數據處理

電子鼻數據運用主成分分析法，獲得PCA圖；GC-MS數據采用Xcalibur軟件進行處理，揮發性成分通過NIST 2008和Wiley 9質譜數據庫進行比對定性分析，并根據保留指數與相關文獻進行比對[26-27]；采用SPSS 21.0軟件處理不同溫度間GC-MS數據，進行方差分析[28]。

2 材料與方法

2.1 電子鼻結果與分析

從圖1可以看出，傳感器P10/1和P40/1的響應值相對較大，達到了0.6以上，符合電子鼻響應值的要求。18根電子鼻金屬氧化物傳感器對同一溫度處理的樣品的響應值有所差異，隨著加熱溫度的增加每根傳感器的響應值也呈增加的趨勢，且各組處理均呈現比較好的重復性。其中，除了LY2/G、LY2/AA、LY2/GH、LY2/gCTL、LY2/gCT 這 5 根傳感器的響應值為負值，其余均為正值，但其絕對值都隨溫度升高而增加。說明了不同溫度下蝦肉的揮發性成分存在差異，電子鼻能夠很好的區分。另外，傳感器P10/1敏感物質類型：非極性化合物、碳氫化合物、氨和氯；傳感器P40/1敏感物質類型：氯和氟。此現象說明羅氏沼蝦蝦肉中這些物質的含量較高，可能受到環境的污染。

圖1 不同加熱溫度條件下羅氏沼蝦蝦肉揮發性氣味雷達圖Fig.1 Sensor response of E-nose to Macrobrachium rosenbergii meat at different temperatures

圖2 不同加熱溫度條件下羅氏沼蝦蝦肉揮發性氣味PCA圖Fig.2 PCA analysis of volatile flavor compounds of Macrobrachium rosenbergiimeatatdifferent temperatures

主成分分析（Principal Component Analysis，PCA）是一種可用于簡化及優化處理大量數據，且快速可視化識別模式或者關系的多元的統計分析方法[26]。圖2為以二維散點圖顯示出來的各組樣品的揮發性成分的PCA圖。其中PC1貢獻率為96.012%，PC2貢獻率為1.439%，兩者之和為97.451%，說明主成分很好的反映原來多指標的信息。由圖可以看出，這5組樣品所在的區域沒有互相重疊，其中35℃與50℃處理的樣品位于PC2軸右側，65、80、95℃溫度處理的樣品位于PC2軸左側，并且處理樣品隨溫度升高從右往左依次排列；35℃代表生蝦肉，在PCA圖中與其他組距離遠，有明顯的差異；95℃代表熟蝦肉，在PCA圖中與其他4組距離較遠，有非常明顯的差異。圖中35℃和95℃的距離最遠，說明其揮發性氣味差異最大；而65℃與80℃的距離較近，說明其揮發性氣味相似。一般說來，不同加熱溫度會影響風味物質使氨基酸、核苷酸等小分子風味物質有所丟失[29]。由此推出，不同溫度處理后的羅氏沼蝦揮發性氣味存在較大差異。

2.2HS-SPME-GC-MS結果分析

表1為不同溫度處理后的蝦肉經HS-SPMEGC-MS 處理的結果與分析[30]。在 35、50、65、80、95℃不同溫度條件下羅氏沼蝦的揮發性成分分別有 27、38、44、47、56 種，隨著溫度的升高，烷烴類揮發性成分的相對含量顯著升高，大部分醇類揮發性成分的相對含量明顯降低，部分醛類揮發性成分的相對含量少許增加，但是烯烴類、醇醛酮類揮發性成分總的百分含量較少，這與楊陽等[31]研究南美白對蝦結果相似。烷烴類物質賦予蝦肉清甜香的風味；醛類物質中的壬醛和癸醛賦予蝦青草和脂肪味；酮類物質使蝦肉具有甜的花香和果香味，可能是由脂肪氧化或者某些氨基酸分解而得，其中，6，10，14-三甲基-2-十五烷酮（又名植酮），是維生素E醋酸酯的中間體，可作為醫藥中間體。實驗中檢測出的酯類、酸類及一些芳香族化合物總的相對含量高達50%以上，酯類化合物通常是通過脂肪代謝生成的羧酸和醇的酯化作用產生的，對蝦肉風味貢獻加大[29]。

表1 不同溫度對羅氏沼蝦蝦肉揮發性成分的影響Table1 Volatile compounds of Macrobrachium rosenbergii meat at different temperatures （SD，n=3）

經SPSS處理最小顯著差數法（LSD法）方差分析結果可知，大部分重要揮發性物質的差異是顯著的（p＜0.05），進一步說明溫度對羅氏沼蝦的揮發性成分有較大影響；65℃和80℃羅氏沼蝦中檢測到的大部分主要揮發性成分差異是不顯著的，說明兩者的差別微小，結果跟電子鼻結果相吻合；95℃時的風味代表熟蝦風味。

續表1

續表1

羅氏沼蝦蝦肉中烷烴類揮發性物質的種類及其相對含量都隨著溫度的升高有增加的趨勢95℃高溫條件下增加了碳二十及其以上的烷烴，如：二十烷、二十一烷、二十二烷等。

根據GC-MS結果，羅氏沼蝦中還檢測出很多醇類物質，如雪松醇、2-乙基-1-己醇、4-甲基-1-辛烯-3-醇和鐮葉芹醇等。其中雪松醇是一種倍半萜醇，具有甘甜木香和膏香香氣，氣勢濃而溫和，留香持久；鐮葉芹醇是一類特別的黃酮物質，能有效幫助身體吸收更多抗癌物質，所以說經常吃蝦具有很好的保健功效；這兩種醇對羅氏沼蝦風味中的作用還有待通過GC-O等方法確認。一般認為，醇類化合物由脂肪酸二級氫過氧化物的分解、脂質氧化酶對脂肪酸的分解和脂肪的氧化分解生成，或由羰基化合物還原生成醇[32]。此處檢測到的是4-甲基-1-辛烯-3-醇而不是1-辛烯-3-醇，應該同樣對羅氏沼蝦的風味有著一定的貢獻。隨著溫度的升高，醇類揮發性物質總體的相對含量先上升再下降，醇類的種類也有所增加。這可能是由于溫度升高使部分蛋白質或脂肪等降解成小分子醇類物質。

與烷烴類和醇類揮發性物質相比，醛類揮發性化合物有氣味加和作用[33]，極微量存在時也可對蝦肉的總體氣味有較大的影響。醛類具有青香、果香、堅果香、奶酪香和甜香[31]，且閾值較低，對羅氏沼蝦的風味影響較大。由表1可得，羅氏沼蝦中羰基類揮發性物質的相對質量分數較低，其中檢測到小分子物質壬醛和癸醛等，有似綠色植物般的青香[34]。隨著溫度升高，慢慢開始出現烯醛類化合物，95℃時出現一些碳原子數大于10的醛類，如：十四醛、5-十四碳烯醛、（Z）-7-十六碳烯醛、十八醛和 10-十八碳烯醛等。苯甲醛是一種芳香醛，具有令人愉快的香味[29]，不過在羅氏沼蝦中未檢測到該物質。推測可能是由于高溫時多不飽和脂肪酸的受熱容易氧化分解產生大量的不同種類的小分子醛類物質[35]。在50℃和80℃溫度條件下，檢測到的酮類物質相對質量分數分別為2.59%和2.96%，其他加熱溫度條件下未檢測到酮類物質，此原因尚不明確，有待進一步證實。對于肉類物質而言，高溫會使肉質發生脂肪氧化和蛋白質水解等變化，而脂肪氧化是形成醛、酮、醇類等揮發性成分的主要途徑之一[29]。

羅氏沼蝦中還檢測出了少量烯烴類和大量芳香族及其他類化合物， 在 35、50、65、80、95 ℃溫度條件下，烯烴類相對質量分數分別為0.87%、6.4%、3.79%、2.50%、2.12%，芳香族及其他化合物質量分數所占比例分別為 64.70%、52.61%、54.38%、61.69%、51.81%。芳香族類閾值較高，低濃度時對風味貢獻較小，但從羅氏沼蝦中檢測到的相對質量分數較高，因此對其風味起到一定的貢獻。實驗中檢測到磷酸三丁酯和肉豆蔻酸異丙酯的相對質量分數都隨著溫度的升高顯著增加，兩者相對質量分數所占比例分別為：3.11%、19.86%、21.13%、28.34%、29.99%和0.40%、1.34%、1.56%、1.27%、5.65%。磷酸三丁酯可用作溶劑，還常作為增塑劑，稀有金屬的萃取劑等。肉豆蔻酸異丙脂對皮膚有極好的滲透、軟化滋潤等作用，可用作化妝品的乳化劑和潤濕劑。還檢測到蝦肉中含有甲氧基苯基-肟、萘、1-甲基-萘和1-亞乙基-1H-茚等污染物，說明羅氏沼蝦受到環境污染，此處和電子鼻的檢測結果也是相似的。不同加熱溫度條件下的相對含量所占百分比分別為：49.34%、2.73%、4.59%、0.43%、0.67%， 它們隨著加熱溫度的增加其相對含量逐漸減少，且差異極顯著，但是結合不同溫度下揮發成分有效峰面積的變化，這些污染物揮發的絕對含量在65℃溫度條件下最高，35℃次之，其它3個溫度差異不大，說明與其他揮發性成分相比，這些污染物含量受溫度變化影響較小。

2.3 溫度對羅氏沼蝦揮發性成分有效峰面積的影響

由圖3可知，羅氏沼蝦揮發性成分的有效峰面積隨溫度的升高呈現先逐漸增加后減少的變化，其中65℃和95℃的有效峰面積值比較接近，在80℃時有效峰面積達到最大值，可能是由于雖然溫度的升高使蝦肉整體揮發性物質有所增加，但是萃取頭受高溫影響吸附的揮發性成分卻有所減少，因此當溫度升高到一定值時，采用HS-SPME-GC-MS檢測到的揮發性化合物的有效峰面積先達到最大值，再下降至一定范圍內[36]。這與電子鼻實驗檢測結果相一致，因此HS-SPME-GC-MS技術所檢測的結果在一定程度上反映了不同溫度下羅氏沼蝦蝦肉的揮發性成分。

圖3 溫度對羅氏沼蝦揮發性成分有效峰面積的影響Fig.3 Total areas of volatile components of Macrobrachium rosenbergii at different temperatures

3 結語

電子鼻可以明顯區分不同溫度下羅氏沼蝦肉的揮發性成分，揮發性成分總量隨溫度升高而增大，65℃與80℃時揮發性風味最接近，但是65℃和95℃時揮發性成分的有效峰面積是相近的，在80℃時達到最大值。經過HS-SPME-GC-MS處理，羅氏沼蝦蝦肉在 35、50、65、80、95 ℃溫度下分別確定出了 27、38、44、47、56 種物質， 且揮發性物質隨溫度升高也增多，這與電子鼻結果是吻合的。35℃時羅氏沼蝦蝦肉可視為生蝦肉，檢測到的揮發性成分主要表現出生蝦肉風味。新鮮風味的醇醛類占大多數，代表羅氏沼蝦的新鮮程度的化合物如壬醛、癸醛、2-己基-1-癸醇等占有很大一部分比例。65、80℃時表示生蝦向熟蝦的轉變，95℃時羅氏沼蝦已熟制，其烷烴類揮發性物質的相對含量與種類都呈顯著性增加；醇類化合物相對含量先有所增加后減少；其中一些長碳鏈飽和醛類物質相對含量明顯增加，如十一醛、十四醛和十八醛等。