人工养殖仿刺参中挥发性物质检测方案(恶臭测定仪)

中国食品学报Journal of Chinese Institute of Food Science and TechnologyVol. 13 No.10Oct.20113第13卷 第10期2013年10月 南北人工养殖仿刺参挥发性物质的比较研究第13卷第10期223 南北人工养殖仿刺参挥发性物质的比较研究 张悦容1刘 文 夏长革 黄 健? 苏秀榕* ('宁波大学海洋学院 浙江宁波315211 ?北京普析通用有限责任公司 北京：100081) 摘要 目的：探讨南、北方人工养殖仿刺参挥发性物质的差异。方法：运用电子鼻和顶空固相微萃取气-质谱联用法(HS-SPME-GC-MS)分析不同温度加热的南、北方仿刺参。结果：不同温度的南、北方仿刺参风味物质有较大变化，在同一温度下部分物质相似。GC-MS分析可知，新鲜南方仿刺参的主要挥发性成分为烃类，北方仿刺参为烃类和醇类；100℃加热南方仿刺参为烃类和醛类，北方仿刺参为烃类和醇类；150℃加热南方仿刺参为酯类和醇类，北方仿刺参为醛类和杂环类。新鲜南方仿刺参以清香味(芳香烃、苯乙醛、丁酸乙酯)为主，经100℃加热后，开始产生少量不愉快的气味(正庚醛、1-戊烯-3-醇)。相比于南方仿刺参，新鲜北方仿刺参清香味较弱，可能呈蘑菇香气和类似金属味[4-己炔-3-醇、1-(2-乙基-3-环己烯基)乙醇]；经100℃加热后其主要挥发性成分不变，但也产生不愉快的气味。经150℃加热后，南、北仿刺参均产生浓郁的肉香味和焙烤味(2，6-二甲基吡嗪、2-乙酰吡咯)，同时也产生很多刺激性气味(胺类、乙硫醇)，且北方仿刺参肉香味较浓，南方仿刺参刺激性气味大。结论：本研究结果对仿刺参的人工养殖和加工工艺具有指导作用。 关键词 仿刺参；；电子鼻；顶空固相微萃取；气-质谱联用；挥发性成分 仿刺参(Apostichopus japonicus)属于棘皮动物门(Echinodermata)、海参纲(Holothuriodea)、盾手目动物(Aspidochirota)、刺参科(Stichopodidae)、刺参属(Apostichopus )，为典型的温带或亚热带种类。据《本草纲目拾遗》中记载，海渗“性温补，足敌人参，故名海参”，具有“补肾经、益精髓、消痰延、摄小便、壮阳疗痿和杀疮虫”的功效，并被列为补益药物，是名贵的海味八珍之一[。全世界海参有600多种，我国有50种。其中食用海参30多种。仿刺参是食用海参中质量最好的一种，与陆地人参相媲美2。仿刺参具有较高的食疗和药用价值，是不含胆固醇的动物性食品，其体内含有丰富的生理活性物质，具有极高的营养价值，已成为我国重要的人工养殖经济品种之一，也是目前市场最畅销、经济效益显著的水产品之一。 目前，很多专家学者都对水产及其加工成品 ( 收稿日期：2012-10-26 ) ( 基金项目：国家农业科技成果转化资金资助项目 (No.2007GB2C220359)；浙江省重大科技专项(No.2008C02009) ) ( 作者简介：张悦容，女，1990年出生，硕士生 ) ( 通信作者：苏秀榕 ) 的风味做了研究，尤其是在鱼类、贝类风味方面研究成果颇多。黄健等人利用气-质谱法测定了牡蛎的风味物质，Cha 对鲣鱼酱挥发性成分进行了研究4。目前对海参的风味研究尚未见报道。本文采用电子鼻和顶空固相微萃取气质联用法：(HS-SPME-GC-MS)分析比较生活在不同环境的人工养殖仿刺参挥发性物质的差异，以期探讨环境条件和加工温度对仿刺参挥发性风味成分的影响，为仿刺参的养殖和加工工艺，评价人工养殖仿刺参营养品质提供参考。 1 材料与方法 1.1 材料 北方仿刺参：葫芦岛海和水产有限公司，南方仿刺参：宁波博旺水产养殖有限公司。 1.2 方法 1.2.1 电子鼻分析南、北仿刺参挥发性成分 1.2.1.1 样品准备 分别称取1.0g绞碎的南方仿刺参和北方仿刺参于 15 mL 螺纹口样品中，旋紧瓶盖，放入恒温箱中，在70，80，90，100，120，150℃温度下加热 30 min，待测。同时按同样方法准备不作加热处理的样品，每个样品做5个重复。 1.2.1.2 测定 将样品从恒温箱中取出，冷却30min， 使之达到顶空平衡后使用电子鼻检测(PEN3，德国AIRSENSE 公司)。电子鼻数据采集时间200s，清洗时间600s，进气量 300 mL/min。 1.2.2 SPME-GC-MS分析南、北仿刺参挥发性成分 1.2.2.1 样品处理 分别称取1.0g绞碎的南方仿刺参和北方仿刺参于15 mL螺纹口样品瓶中，旋紧瓶盖，放入恒温箱中加热30 min，加热温度由电子鼻分析结果确定。将老化好的萃取头(65 uum 聚二甲基硅氧烷/二乙烯基苯，美国 Supelco 公司)插入样品瓶中，推出纤维头，在50℃水浴中吸附30min 后取下，插入气-质联用仪(GCMS-7890A，美国安捷伦公司)进行测定。 1.2.2.2 色谱条件 色谱谱：DB-5MS色谱柱(30mx0.25 mmx0.25 pm)；载气：He，流速 0.3 mL/min；不分流模式进样，恒流模式；进样口温度220℃；程序升温：起始柱温50℃保持5 min，以 5℃/min升至160℃，保持5 min，再以10℃/min升至250℃，保持2 min。 1.2.2.3 质谱条件 离子源：电子轰击源(EI)；电子能量：70eV；离子源温度：230℃；传输线温度220℃，扫描质量范围：40~400 u 1.3 数据分析 对电子鼻测定的数据进行线性判别分析(LDA)。 GC-MS数据采用计算机的NIST 质谱进行自动检索，挥发性成分的定量分析采用峰面积 图2不同温度下北方仿刺刺风味的LDA分析 归一化法。 2 结果与分析 2.1 仿刺参的电子鼻分析结果 图1、图2分别是不同加热温度的南、北方仿刺参电子鼻LDA 分析结果。随着温度的升高，南、北方仿刺参的风味呈现一定的聚类现象。新鲜、100℃和150℃加热仿刺参在LDA分析图中分别占据不同的位置，说明仿刺参的气味在100℃、150℃加热后发生了较大变化。新鲜、100℃、150℃加热的南、北方仿刺参主要挥发性物质具有一定的相似性(图3)。 第一主成分(69.80%) 图1 不同温度下南方仿刺参风味的LDA分析 Fig.1 Linear Discriminant Analysis for southApostichopus japonicus at different temperatures 图3 南北方仿刺参风味的 LDA分析 Fig.3 Linear Discriminant Analysis for south andnorth Apostichopus japonicus 2.2 挥发性物质的鉴定 从表1可以看出，从新鲜、加热100℃、150℃南方仿刺参中分别鉴定出34，53，31种成分，分别占总峰面积的99.33%，99.21%，99.86%。从新鲜、100℃、150℃加热北方仿刺参中分别鉴定出38，45，29种成分，分别占总峰面积的 98.76%，99.81%，99.80%。新鲜南、北方仿刺参主要的差异物质为烃类{[S-(R*，S*)]-5-(1，5-二甲基-4-己烯基)2-甲 基-1，3-环己二烯、3-苯基-1-丙炔}和醇类(4-己炔-3-醇)，100℃处理后主要为醇类(1-己炔-3-醇)和醛类(苯乙醛)，150℃处理后主要为酯类(乙酸环己甲酯、2-二甲氨基碳酸乙酯)和杂环类{2H-呋喃 [2，3-H]-1-苯并吡喃-2-酮、2，5-二甲基嘧啶}。这些物质构成了南、北方仿刺参挥发性风味的差异。 表1 不同温度处理仿刺参的 SPME-GC-MS分析结果 (续表1) (续表1) (续表1) 注：“-”：未出出；相对百分含量=相对峰面积/总峰面积。 由图4可知，与新鲜仿刺参相比，经100，150℃处理的南方仿刺参，烃类物质相对含量明显减少(58.67%到35.88%，13.59%)，酮类物质也相应减少(9.5%到3.54%，1.29%)，醇类、酯类、杂环类、胺类物质均呈明显增加趋势。100℃时醛类物质显著增加(7.6%到25.72%)，150C时骤减到 11.19%。 图4 不同温度处理的仿刺参挥发性成分的相对含量分类比较 Fig.4 Classification comparison of the relative contentof volatile compounds in Apostichopus japonicus 在北方仿刺参风味物质中，与新鲜仿刺参相比，经100，150℃处理的北方仿刺参，烃类物质(37.54%到28.94%，5.42%)相对含量显著减少，但醛类物质相对含量却随着加热温度的升高而逐渐增加(4.93%到7.84%，18.41%)。100℃时，醇类、酮类、杂环类略有增加，酯类、胺类略有减少。经150℃加热后，醇类相对含量大幅度减少(44.09%到16.2%)，杂环类大幅度增加(2.59%到37.52%)，酯类和胺类相对含量均有所增加，酮类略有减少。 3 讨论 3.1 环境对仿刺参挥发性组分的影响 新鲜南方仿刺参中的主要挥发性成分是烃类，其中29.58%是芳香族化合物。相对含量较高的有1，4-二甲基-2-异丙基苯(12.34%)，3-苯基-1-丙炔(5.62%)，1，2-二甲基萘(3.88%)等。芳香族化合物大都具有芳香味，大多数烃类化合物通常具有清香和甜香的风味，特别是支链的烷烃，是由脂质衍生出来的，这些烃类对海产贝类风味 的产生起非常重要的作用。烃类化合物阈值一般较高，对食品风味贡献较小，除非它以高浓度形式存在。酯类中主要有丁酸乙酯(4.26%)、4-溴苯基邻苯二甲酸乙酯(1.58%)、己酸乙酯(1.44%)等。酯类被认为是发酵或脂质代谢产物生成的羧酸和醇的酯化作用的产物，赋予食品甜香、奶油香、水果香、花香。例如丁酸乙酯是苹果的挥发性物质，具有典型的苹果香味，且阈值很低。己酸乙酯具有特殊的果香、酒香风味，是曲酒类香精中用量最大的品种之一，也是浓香型白酒的主体香料。从新鲜南方仿刺参中只鉴定出一种醛类物质苯乙醛，相对含量高达7.6%。苯乙醛有似风信子、紫丁香样的香气。 新鲜北方仿刺参中主要挥发性成分是烃类和醇类。与相应的醛和酮相比，醇类具有较高的阈值，对肉品风味的贡献较小，除非是它们以高浓度存在或者是不饱和的醇类。不饱和醇的香气阈值一般比较低，具有蘑菇香气和类似金属味0。本研究中检出的醇类物质中大多数是不饱和醇，含量较高的有4-己炔-3-醇(31.09%)、(Z，Z)-5，10-十五碳碳烯-1-醇(8.23%)、1-(2-乙基-3-环己烯基)乙醇(3，72%)。有研究认为醇类化合物一般来自支链氨基酸的代谢，同时一些 C6、C9 的醇也可由脂肪酸为前体生成。南、北方仿刺参的区别是生活环境和生长时间。 3.2加工温度对仿刺参挥发性组分的影响 3.2.1 加热100℃时仿刺参挥发性成分 经100℃加热处理的南方仿刺参中主要挥发性成分是烃类和醛类，其中苯乙乙增加至24.3%，成为主要的醛类物质。此外，具有强烈不愉快的脂肪气味和鱼腥味的正庚醛(1.42%)出现"。醇类、酯类含量有所增加，1-戊烯-3-醇增至3.83%，新检出2-乙基-1-一醇(3.47%)，1-己炔-3-醇(2.06%)，5，10-十五碳二炔-1-醇(0.95%)。由于醇类化合物的风味阈值高于醛，所以其对风味的贡献小于醛。一些不饱和醇，如1-戊烯-3-醇可能对仿刺参的香味起重要作用。1-戊烯-3-醇具有刺激性青草味和醚香味4。这4种醇类化合物可能对南方仿刺参风味的形成影响较大。 不同于南方仿刺参，北方仿刺参经100℃加热处理后主要挥发性成分仍是烃类和醇类，醛类、 酮类增加幅度较大，苯乙醛略增。新检出2-甲基戊醛(1.44%)和3-甲基己醛(0.54%)，支链醛主要来自氨基酸的 Strecker 降解，它们分别是缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸的降解产物[13-14。酮类可能由多不饱和脂肪酸的热氧化或降解，氨基酸降解或微生物氧化产生，贡献甜的花香和果香风味5。具有苹果香味的丁酸乙酯在100℃的南、北方仿刺参中均未检出，且杂环类化合物均未有明显变化。 3.2.2 加热150℃仿刺参挥发性成分 150℃加热处理的南方仿刺参和北方仿刺参中杂环类化合物都显著增加，且北方含量高于南方，主要是吡嗪、呋喃和吡咯类化合物。氨基酸与还原糖之间发生的美拉德反应是形成肉品风味最重要的途径。该反应复杂，产生了很多重要的风味化合物，包括呋喃、吡嗪、吡咯等杂环化合物。例如2，6-二甲基吡嗪被描述为烤坚果香和肉香味。检出的具有焦香气味的2-乙酰吡咯，已被鉴定存在于烤干的鱿鱼及甲壳类鱼肉的挥发性成分中。 经150℃加工后检出3种含硫化合物。据研究6，脂肪链硫醇、含硫碳酰化合物、硫取代呋喃、噻吩、噻唑、双环化合物和脂环化合物可能是硫胺素降解后产生的物质，它们大都具有煮肉的诱人 香味。乙硫醇具有强烈、持久且具刺激性的蒜臭味，在北方仿刺参中含量大于南方仿刺参。具有清香味的苯乙醛在南方仿刺参中大量减少，而在北方仿刺参中大量增加。 南、北方仿刺参均在150℃加热后被检出3种胺类物质。胺类物质一般赋予食物类似于氨气的不愉快气味。具有刺激性性草味、醚香味的1-戊烯-3-醇(19.31%)在南方仿刺参中大幅度的增加，而在北方仿刺参中仅略微增加。 3.3 南、北方仿刺参挥发性物质的差异比较 新鲜南方仿刺参中赋予果香、甜香、清香气味的芳香烃、苯乙醛、丁酸乙酯、己酸乙酯等均比新鲜北方仿刺参多。新鲜北方仿刺参清新果香味较弱，可能呈蘑菇香气和类似金属味。无论是南方仿刺参还是北方仿刺参均未检出呈腥味的物质。 经过100℃加热处理后南、北仿刺参均并未出现很强的肉香味和焦香味，这与刺参的营养成分有关。南、北方仿刺参均产生少量不愉快的刺激性气味，且南方强于北方。150℃加热处理后，南、北方仿刺参均检出浓郁的肉香味和焙烤香味，且北方仿刺参肉香味更浓。同时也产生很多刺激性、不愉快的气味，且南方仿刺参的刺激性气味强于北方仿刺参。 ( 参 考 文 献 ) ( 赵学敏.本草纲目拾遗[M].北京：商务印书馆，1995：495. ) ( 李万滋.八珍之一-刺参[J].河北渔业，1993，68(1)：35-40. ) ( 黄健，王霞，苏秀榕.加热温度对牡蛎挥发性风味成分的影响[].核农学报，2012，26(2)：311-316. ) ( Cha Y. 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Result： flavor changes greatly between southand north Apostichopus japonicus in difference temperature， but there are some similar flavor at the same temperature. Itcould be known from GC-MS analysis that hydrocarbons was the main volatile compounds of fresh south Apostichopusjaponicus， as well as hydrocarbons and Alcohols were the main volatile compounds of north one； Hydrocarbons andaldehydes were the main volatile compounds of south Apostichopus japonicus that with 100 ℃ heated， as well as hydro-carbons and Alcohols were the main volatile compounds of north one； esters and Alcohols were the main volatile compounds of 150℃ heated south Apostichopus japonicus， as well as Heterocyclic and aldehydes were the main volatilecompounds of north one. the fresh south Apostichopus japonicus has more fresh odor (Aromatic Hydrocarbons、phenylac-etaldehyde、butanoic acid ethyl ester)， After being heated at 100℃， some unpleasant odor (n-Heptaldehyde、1-Penten-3-ol) came into being. Compared with south one， fresh north Apostichopus japonicus presented less fresh odor， may hasmushroom-like flavor and Metallic flavor [4-hexyn-3-ol、1-(2-Ethyl-3-cyclohexenyl)ethanol]； After heated main volatilecompounds unchanged，some unpleasant odor are also produced. After being heated at 150 C， All produced strong meat-like smell and baking taste[2，6-dimethytpyrazine、1-(1H-pyrrol-2-yl)-Ethanone]， also a lot of irritant odor was producedmeanwhile， and north Apostichopus japonicus presented more meat-like odor， while south one presented more irritantodor. Conclusion： Artificial cultivation and processing technology of Apostichopus japonicus would be modulated based onthe results. Key words Apostichopus japonicus； electronic nose； headspace-solid phase microextraction； gas chromatography-iass spectrometry； volatile compounds