卵形鯧鲹脫腥工藝優化及基于GC-IMS對脫腥前后風味物質分析

陳秋翰，楊學博，劉壽春,2,3，劉美嬌，黎鑄毅，周春霞,3，洪鵬志,2,3

（1.廣東海洋大學食品科技學院/廣東省水產品加工與安全重點實驗室/廣東省海洋食品工程技術研究中心/廣東省水產預制食品加工與品質控制工程技術研究中心，廣東 湛江 524088；2.南方海洋科學與工程廣東省實驗室（湛江），廣東 湛江 524004；3.海洋食品精深加工關鍵技術省部共建協同創新中心，大連工業大學，遼寧 大連 116034）

卵形鯧鲹（Trachinotus ovatus）俗稱金鯧魚，生活于熱帶及溫帶海洋中，在我國主要分布于渤海、東海、南海等海域。近年來，隨著深海網箱、海洋牧場等養殖技術的不斷推廣應用，金鯧魚養殖產量逐年增加，在2022年達到24.54萬t[1]，已成為南方沿海規模化生產的魚類之一[2]。為提高大眾的可接受度，水產品脫腥是關鍵問題。水產品中腥味物質的形成主要是由于不適當的儲存與運輸，造成內部氧化三甲胺的分解、脂肪酸的氧化分解、其他物質酶的催化轉化以及游離脂肪酸的自動氧化分解；也包括環境中藻類和微生物的代謝產物在水產品體內積累，以及水產品肌肉對揮發性物質的吸收等[3-4]。感官掩蔽法和酸堿鹽處理法等是目前應用最為廣泛的脫腥方法[5]。藿香（Pogostemon cablin）為唇形科刺蕊草屬植物，是我國傳統藥食同源植物，其莖葉具有抗炎抑菌、祛暑解表等作用，常用于暑濕時令和消化系統疾病[6-7]，在川渝地區也常用作天然脫腥劑。紫蘇（Perilla frutescens）為唇形科草本植物，是一種藥食同源的中藥[8]，常用作為天然脫腥劑，如刑貴鵬等[9]使用紫蘇液對羅非魚浸泡脫腥，使其腥味成分降幅達到14%～15%。酵母提取物是一種應用廣泛的天然調味料，劉鈺琪等[10]研究發現，在白鰱（Hypophthalmichthys molitrix）魚糜中添加酵母提取物可有效降低魚糜凝膠的腥味及過熟味等異味。復合脫腥技術主要是利用各方法之間的互補和協同增效作用，有助于獲得更優的除腥效果[11]。吳國強等[12]研究表明，添加質量分數1%的酵母抽提物及質量分數5%的紫蘇不僅可減少醛類等腥味物質的含量，還產生具有清新香氣的醇類及酮類。為在加工過程中有效去除金鯧魚腥味物質，本研究采用復合脫腥劑對金鯧魚進行脫腥，以腥度值和感官評分為指標，優化脫腥工藝，以三甲胺、電子鼻、氣相離子遷移譜（GC-IMS）對比分析脫腥前后腥味物質種類及含量變化來評價脫腥效果，以期為后續研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

金鯧魚購于市場，加冰塊保活并于2 h 內運至實驗室，以保證金鯧魚的鮮活度。藿香提取物（棕黃色粉末）、紫蘇提取物（棕色精細粉末），河南龍騰生物科技有限公司；酵母提取物，湖北安琪酵母股份有限公司；鹽酸、氫氧化鈉，購于國藥集團化學試劑有限公司；氯化鈉、三氯乙酸，西隴科學股份有限公司；三甲胺鹽酸鹽，中國計量科學研究院化學所；以上試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

Flavour Spec?風味分析儀，德國G.A.S.公司；色譜柱MXT-5 15 m×0.53 mm ID，中國山東氣體海南科學儀器有限公司；Inert Cap?Pure-WAX石英毛細柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm），日本島津公司；PEN3型電子鼻，德國AIRSENSE公司；DF-101S型集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，鞏義市予華儀器有限責任公司；TU-20HT 恒溫水浴鍋，英國Bibby Scientific公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 樣品預處理 新鮮金鯧魚采買后，宰殺去內臟去骨，經清水洗滌至不再有血水，將魚肉切為5.0 cm×5.0 cm×2.0 cm的魚塊并進行分組。

1.3.2 脫腥液配方優化 配方優化：進行藿香、紫蘇、酵母提取物3 種脫腥劑的濃度單因素實驗（紫蘇、藿香提取物質量分數均取0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%、0.30%；酵母提取物質量分數取0.06%、0.08%、0.10%、0.12%、0.14%、0.16%）。設置腥味評價標準分別為無腥味0 分、腥味極弱1 分、腥味較弱2 分、有腥味3 分、腥味一般4 分、腥味略重5分、腥味重6 分。選取單因素實驗后3 個質量分數水平，進行響應面實驗，參考GB/T 37062—2018 水產品感官評價指南制定綜合感官（表1）判定標準，以獲得最優配比。

表1 感官評價標準Table 1 Sensory evaluation standard

感官評定：選擇食品專業學生20名（10名男性，10名女性，年齡為20-25歲），做感官評定前對評定人員進行培訓，使其熟悉不同濃度三甲胺的味道及熟練掌握各類感官描述詞語，根據腥味評價標準與表1 對金鯧魚進行感官評價打分，整個感官評定過程處于恒溫（25 ℃）無異味的通風環境中進行。

將魚塊以料液質量體積比1∶3 g/mL 完全浸沒在脫腥液中，溫度4 ℃浸泡40 min 后取出，微波爐95 ℃加熱4 min[13]，將加熱后的樣品進行腥味值判定。腥度值計算公式如下：

其中，V—腥度，n—樣品感官評價人數，Qi—第i位評價人員的腥氣分值，Wi—第i位評價人員的腥味分值。

1.3.3 三甲胺含量測定 三甲胺含量參考GB 5009.179—2016《食品安全國家標準食品中三甲胺的測定》中的頂空氣相色譜-質譜聯用法。

1.3.4 電子鼻分析 稱取5 g金鯧魚樣品置于20 mL頂空瓶中密封，室溫（25 ℃）靜置30 min，待樣品氣味充滿頂空瓶后，將電子鼻探頭插入頂空瓶檢測揮發性風味物質，每個樣品重復測定3次，獲得數據用自帶軟件進行處理，電子鼻傳感器名稱及其代表性敏感物質見表2。

表2 PEN3型電子鼻及代表性敏感物質Table 2 PEN3 sensors and corresponding representative sensitive materials

1.3.5 HS-GC-IMS 分析 參考Zheng 等[14]方法，稱取2 g 金鯧魚樣品放入頂空瓶中，在60 ℃下孵育10 min，孵化轉速500 r/min，在500 μL 的頂空樣品以80 ℃的無分裂模式注入頂空自動進樣器。色譜條件：色譜柱溫度60 ℃；載氣為N2（純度≥99.999%）；載氣流速程序為初始流速2.0 mL/min,保持2 min，然后22 min 內線性升至100 mL/min 并保持5 min。IMS 條件：漂移管長5.3 cm，在45 ℃和150 mL/min的恒溫和流速下運行，放射源為β射線，離子化模式為正離子。

1.3.6 相對氣味活性值 參考文獻[15-16]中的方法評價金鯧魚樣品中的香氣組分對主體香氣的貢獻度。樣品總體風味貢獻最大的組分設定為相對氣味活性值rstan=100。其他組分的相對氣味活性值r按以下公式計算：

其中，Ci和Ti分別為揮發性化合物的相對含量（%）和水中化合物的感覺閾值（μg/kg），Cstan和Tstan分別為貢獻最大的揮發性成分的相對含量（%）和感覺閾值（μg/kg）。

1.3.7 數據統計與分析 GC-IMS 數據利用設備自帶Laboratory Analytical Viewer 分析軟件及插件進行定量定性分析；利用SPSS 17.0 軟件對數據進行方差分析，采用Duncan's 法進行顯著性分析和多重比較；用Origin 2021軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 脫腥液配方優化

2.1.1 藿香、紫蘇、酵母提取物質量分數對金鯧魚腥味的影響 分別控制添加的紫蘇、藿香提取物質量分數為0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%、0.30%，酵母提取物質量分數為0.06%、0.08%、0.10%、0.12%、0.14%，0.16%，溫度4 ℃浸泡40 min 后進行腥度值評定。由圖1(a)可知，隨著添加的紫蘇質量分數增加，腥度值隨之降低，當紫蘇質量分數為0.15%時，脫腥效果最好，而當紫蘇質量分數超過0.15%時，腥度值無顯著變化，且會影響魚肉的風味。姚正穎等[17]將紫蘇運用到魚丸中表現出良好的脫腥效果，本研究與其結果一致。由圖1(b)可知，隨著添加的藿香質量分數增加，腥度值隨之降低，當藿香質量分數為0.20%時腥度值最低，且此時藿香可遮蓋腥味又表現出藿香本身的清香，而當藿香質量分數超過0.20%時，藿香的脫腥效果變化不明顯，且會對魚肉色澤產生影響。由圖1(c)得知，添加的酵母提取物質量分數為0.12%最適宜，具有激發本身風味作用。姚曉波等[18]研究表明，酵母提取物中所含特征性氣味物質和滋味物質對鱸魚感官具有一定的去腥提味作用，本研究與其結果一致。

圖1 紫蘇提取物（a）、藿香提取物（b）與酵母提取物（c）質量分數對腥味值的影響Fig.1 Effect of mass fraction of perilla frutescens extract(a),patchouli extract(b)and yeast extract(c)on fishy smell values

2.1.2 Box-Benhnken 實驗結果與分析 為進一步優化脫腥條件，在單因素實驗的分析基礎上進行響應面實驗（A、B、C分別為紫蘇、藿香、酵母提取物質量分數，實驗因素水平設置見表3），響應面實驗結果見表4。

表3 Box-Benhnken實驗因素水平設置Table 3 Experiment factor level of Box-Benhnken

表4 響應面實驗設計及結果Table 4 Design and results of response surface experiment

利用響應面軟件對金鯧魚脫腥的實驗結果進行回歸擬合及方差分析，得到以感官評分（Y）對紫蘇提取物質量分數（A）、藿香提取物質量分數（B）、酵母提取物質量分數（C）的二次回歸方程0.27A+0.03B+0.18C-0.18AB+0.11BC-0.97A2-0.95B2-0.53C2。由表5 可知，回歸模型差異極顯著（P＜0.01），失擬項差異不顯著（P＞0.05），R2=0.986 5 說明該模型與實驗有較高的擬合度，由模型中因子A、B、C、交互項AB和二次項A2、B2、C2的F值可知，各因素對感官評分的影響程度依次是A＞C＞B。

表5 感官評分回歸模型的方差分析結果Table 5 Analysis results of variance of the sensory score regression mode

圖2(a、b、c)直觀表現各因素交互作用對感官評分的影響，響應面的彎曲程度反映各因素對響應值的影響大小，曲面圖中曲線的彎曲程度越大，說明相應的因素對響應值的影響越顯著[3,19]。由圖2 可知，A、B的交互對金鯧魚的感官評分有顯著影響；當藿香提取物質量分數固定不變時，隨著紫蘇提取物質量分數增加，魚肉感官評價逐漸提高，在紫蘇提取物質量分數0.15%左右，感官評價達到最低值，之后隨著紫蘇提取物質量分數增加而感官評價值變化不大，說明紫蘇提取物質量分數0.15%以上對感官評價值的影響不大。

圖2 各因素交互作用對腥味值的影響Fig.2 Effects of interaction between two factors on fishy smell value

獲得優化獲得脫腥工藝條件：紫蘇提取物質量分數為0.15%、藿香提取物質量分數為0.20%、酵母提取物質量分數為0.12%，在此條件下的感官評分為38.17。為驗證模型的合理性，以紫蘇提取物質量分數為0.15%、藿香提取物質量分數為0.20%、酵母提取物質量分數為0.12%，料液質量體積比1∶3 g/mL，溫度4 ℃浸泡40 min，進行重復驗證實驗，得到感官評分為37.96 ± 0.40，與預測結果相近，說明該響應面模型與實際情況相符。

2.2 脫腥前后三甲胺質量分數的變化

氧化三甲胺是水產品體內本身存在的含氮化合物，其本身不具異味，但其在一定條件下可分解為三甲胺、二甲胺和甲醛。三甲胺、二甲胺等脂肪族胺類物質具有刺激的魚腥臭味，當其與魚體內的δ-氨基戊酸、六氫吡啶等物質共存時，會使魚的腥臭味增強[20-21]，因此，三甲胺是評價脫腥效果的重要指標。通過測定脫腥前后三甲胺質量分數對比發現（圖3）：脫腥前三甲胺質量分數為（20.38 ± 0.64）mg/kg，經本研究的脫腥工藝處理后，三甲胺質量分數為（11.68 ± 0.35）mg/kg，三甲胺質量分數明顯降低42.69%，表明該脫腥工藝對金鯧魚有明顯的脫腥效果。

圖3 脫腥前后三甲胺質量分數的變化Fig.3 Changes in trimethylamine mass fraction before and after deodorization

2.3 脫腥前后風味特性的電子鼻分析

電子鼻快速和客觀檢測的特點常用產品揮發性風味物質檢測[22]。雷達圖的差異一定程度反映了揮發性物質響應強弱的差異，由圖4(a)可知，脫腥后的揮發性物質在傳感器W5S（氮氧化合物）和W1W（硫化物）響應信號值顯著降低（P＜0.05），說明脫腥處理對金鯧魚的風味物質產生明顯影響。主成分分析（PCA）對電子鼻檢測到的揮發性化合物進行降維分析，可表征脫腥前后起主要區分作用的組分[23]。由圖4(b)可知，第一主成分（PC1）和第二主成分（PC2）的累計貢獻率達到90.8%，涵蓋樣品的大部分信息，其中PC1 貢獻率為75.0%，PC2 貢獻率為15.8%，由此可知，脫腥前后的差異主要體現在第一主成分上[24]。脫腥前后揮發性風味可以區分但存在部分重疊，說明脫腥前后的風味具有差異。

圖4 脫腥前后電子鼻雷達（a）與主成分分析（b）Fig.4 Electronic nose radargrams(a)and principal component analysis(b)before and after deodorization

2.4 脫腥前后揮發性風味物質二維圖譜及指紋圖譜分析

采用GC-IMS 對金鯧魚脫腥前后揮發性物質進行分析獲得二維圖譜（圖5），二維圖譜中的每個點代表從樣品中分離和鑒定的揮發性化合物[25]。為清晰比較樣品間差異，在二維圖譜中以脫腥前的譜作為參考，脫腥后的譜作為扣除參比圖譜。揮發性化合物濃度相同則背景為白色，化合物濃度低于參考為藍色，化合物濃度高于參考為紅色[26-27]。觀察圖5二維圖譜的紅框部分可知，脫腥前后揮發性物質的差異及變化較為明顯，與電子鼻的分析結果一致。

圖5 脫腥前后金鯧魚的二維圖譜Fig.5 2D profiles of trachinotus ovatus before and after deodorization

此外，對脫腥前后揮發性成分進行比較，并通過Gallery Plot 繪制指紋圖譜（圖6）。指紋圖譜可直觀表明每種物質的動態變化，通過顏色明暗反映揮發性成分含量的差異，顏色越亮說明含量越高，反之則低。結合圖6中指紋圖譜A、B框可觀察到，脫腥后己醛、庚醛、癸醛等醛類物質構成魚腥味的關鍵物質的減少，同時增加了一些芳香化合物，與馬玉琴等[28]的研究結果一致，表明脫腥前后的風味物質有顯著差異。

圖6 脫腥前后金鯧魚的指紋圖譜Fig.6 Fingerprints of Trachinotus ovatus before and after deodorization

2.5 脫腥前后揮發性風味物質定性分析

為進一步比較脫腥前后揮發性化合物的變化，利用GC-IMS內置的數據庫對脫腥前后揮發性成分進行定性分析（表6）。脫腥前后鑒定的揮發性化合物有44 種，醇類（12）、酯類（8）、酮類（7）、醛類（6）、烯類（3）、其他類（8）。

表6 脫腥前后金鯧魚揮發性物質的定性分析Table 6 Qualitative analysis of volatile components of Trachinotus ovatus before and after deodorization

醛類揮發性物質的嗅聞閾值較低，即在濃度很低的情況下也能被聞到，并且散發出令人不愉悅的氣味，醛類物質主要是不飽和脂肪酸氧化產生穩定性低的氫過氧化物，在一定條件下裂解為小分子醛類[29]。己醛主要表現為青草氣味和魚腥味；庚醛、癸醛具有土腥味及強烈的油脂氣味[30]；醛類物質是魚類產品的主要腥味物質[31]，經脫腥處理后醛類的相A B對含量顯著降低29.80%。酮類揮發性物質的閾值較高但對腥味的表達有增效協同作用，主要是不飽和脂肪酸熱降解產生，其對魚肉風味的貢獻值較小[32]。3-辛酮、5-甲基-3-庚酮主要表現為青草、水果的氣味；3-羥基-2-丁酮具有強烈的奶油、脂肪香氣，是美拉德反應的前體物質，巨曉軍等[32]研究發現部分酮類物質對腥味表達有消減作用。醇類物質主要包括正己醇、糠醇、(E)-3-己烯-1-醇、(E)-2-己烯-1-醇、1-戊醇等，其中不飽和醇的閾值相對較低為主要的氣味貢獻者[33]，主要表現為水果和花香，脫腥后醇類物質的相對含量增加43.30%。酯類物質主要由游離脂肪酸和醇反應生成，也可通過酯交換反應合成。酯類物質通常表現為水果、青草氣味，其相對含量增加6.41%，對腥味的表達具有一定改善作用[34]。烴類化合物閾值高對整體風味的形成無顯著影響，不飽和烴類主要呈現出柑橘、青草等清新氣味，具有修助整體風味的作用[35]。

2.6 脫腥前后金鯧魚中關鍵性風味物質相對氣味活性值分析

關鍵性揮發性風味物質的決定性因素包括總體相對含量的高低及其氣味閾值。因此，從脫腥前后檢測到的44 種化合物中篩選特定的香氣活性化合物，一般使用相對氣味活性值（r）評價脫腥前后風味的影響[36]。如表7 所示，3-甲基丁醛在樣品中的相對含量較高，且閾值較低（0.2 μg/kg），故選擇3-甲基丁醛作為金鯧魚脫腥前后關鍵性風味物質，即rstan為100。脫腥前后r≥1 的關鍵性風味物質包括癸醛、己醛、丁酸-2-甲基丙酯、1-丙硫醇。短鏈醛類主要源于油酸的氧化，混合在一起對魚腥味有較大貢獻，經脫腥處理后癸醛、己醛的r值顯著降低，證明脫腥液可以掩蓋醛類等主要腥味物質。酮類主要是不飽和脂肪酸熱氧化及氨基酸降解產生[37]（表現為水果、黃油、青草氣味），低閾值的酮類與醛類及其他化合物可能存在相互作用，可使腥味增強或改變[38]。醇類及酯類的相對含量隨著脫腥液的加入顯著增加（表現為水果氣味），對脫腥前后金鯧魚的風味具有修飾作用。上述結果表明，脫腥后金鯧魚的整體風味評價明顯高于脫腥前的樣品。

表7 脫腥前后金鯧魚揮發性風味物質閾值及相對氣味活性值Table 7 Threshold value and relative odour activity value of volatile flavor compounds of trachinotus ovatus before and after deodorization

3 結論

本研究采用紫蘇-藿香-酵母復合脫腥液降低金鯧魚腥味，通過響應面法優化得到的脫腥工藝為：紫蘇提取物質量分數為0.15%、藿香提取物質量分數為0.20%、酵母提取物質量分數為0.12%，料液質量體積比1∶3 g/mL，溫度4 ℃浸泡40 min，在此脫腥條件下其感官評價最優。結合GC-IMS 及相對氣味活性值對金鯧魚脫腥前后風味分析可知，經脫腥處理的金鯧魚醛類等腥味的物質種類及含量都顯著降低，與電子鼻的研究結果一致。本研究可為水產品脫腥及相關領域提供理論與數據參考。