基于生物脱腥的洞庭青鲫鱼汤挥发性成分解析

洞庭青鲫(Carassius auratus var.Dongting)是一种天然二倍体鲫新品系[1],发现于洞庭湖区的澧水北民湖水域。属于鲤形目(Cypriniformes)、鲤科(Cyprininae)、鲫属(Carassius),广泛分布于我国湖南洞庭湖区,是该地区特有的鱼类资源。洞庭青鲫相较于其他种鲫鱼,生长快速,味道鲜美,氨基酸种类和比例优良,具有显著的经济效益[2-3]。

鱼汤以其鲜美口感和丰富营养而著称,是我国饮食文化中不可或缺的一部分。随着经济水平的发展和生活节奏的加快,人们对方便快捷且风味优良的鱼汤需求日益增长。方便鱼汤的生产不仅对水产品的深加工具有重要推动作用,还能显著提升产品的附加值。然而,腥味问题一直是制约鱼汤加工和消费的关键因素。腥味物质复杂多样[4],主要包括醛类、醇类、烃类、酮类、萜烯衍生物等,不同种类水产品腥味物质来源不同,因而有效的脱腥方法也不尽相同。目前,水产脱腥处理[5-7]主要有物理法、化学法、生物法、感官屏蔽法等。其中,吸附、包埋等物理脱腥方法的效果普遍欠佳。酸碱处理、有机溶剂萃取等化学脱腥方法存在潜在安全问题,化学法中的臭氧法因其发挥作用后可分解为氧气,无残留风险。臭氧具有强氧化性,能够快速有效杀菌[8],并在水中生成极活泼的单原子态氧和羟基自由基,与腥味物质发生反应,转化为气味阈值更大或无腥味的物质,由此发挥脱腥作用[9]。生物脱腥法常选用食品级菌株作为脱腥剂,安全性好且脱腥和改善风味效果明显。生物脱腥原理是利用微生物代谢或酶反应,对腥味物质进行降解或分子结构修饰,从而实现脱腥[10]。不同微生物的代谢途径各有差异,造成其脱腥效果也存在差异。酵母菌[11]和乳酸菌[12]是水产品生物脱腥的常用菌种,适度发酵时基本不会造成蛋白质的损失[11,13],对肌肉纤维结构的影响也较小[14]。

目前,针对洞庭青鲫脱腥技术的研究比较少[15],未见生物脱腥方面的相关报道。本试验采用臭氧水浸泡处理,结合酵母菌脱腥、酵母联合植物乳杆菌复合脱腥2种方式,解析生物脱腥对洞庭青鲫鱼汤挥发性物质的影响,为其精深加工提供技术参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

活性干酵母,安琪酵母股份有限公司;植物乳杆菌JYLP-002,山东中科嘉亿生物工程有限公司;鲜活洞庭青鲫(约重500～600 g/条),实验室提供;2,4,6-三甲基吡啶标准溶液,Sigma公司。

1.2 仪器与设备

OGP-YDZ10G臭氧发生器,广州奥普发环保科技有限公司;7890B-5977A气相色谱-质谱仪,美国Agilent公司;50/30 mm DVB/CAR/PDMS 固相微萃取头,美国Supelco 公司;AUX120电子天平,日本岛津公司。

1.3 实验方法

鱼汤制备工艺见图1。为解析生物脱腥对洞庭青鲫鱼汤主要挥发性物质的影响,制备了4组样品,具体方法参照文献[10,16]方法略作修改(表1)。

参照GB/T 16861—1997《感官分析通过多元分析方法鉴定和选择用于建立感官剖面的描述词》进行剖面描述。评价小组由12名(6男6女)经过培训的食品专业学生构成,选择腥味、油脂味、瓜果香、花草味和甜香味作为描述词,采用5分制评价风味强度,用雷达图法进行感官评定分析。

1.3.3 挥发性物质的检测

称取3 g样品至15 mL顶空瓶中,加入0.15 g NaCl和3.03 μg 2,4,6-三甲基吡啶内标液,混匀后拧紧瓶盖,65 ℃平衡20 min;插入已老化处理的固相微萃取头,65 ℃吸附萃取40 min;在进样口解析5 min后进行GC-MS检测。

气相条件:Rxi-1MS(30 m×0.25 mm,0.25 μm)毛细管色谱柱;初始温度35 ℃保持3 min后以10 ℃/min升至200 ℃,再以20 ℃/min升至260 ℃并保持8 min;进样口温度为250 ℃;载气(He)流量为1.5 mL/min;不分流进样。质谱条件:电子轰击离子源,离子源温度230 ℃,接口温度280 ℃,电子能量70 eV,质量扫描范围30～500 m/z。

通过N1ST14.L谱库的检索(匹配度高于80%),结合保留指数确定挥发性物质组成;根据内标物浓度及目标物与内标物峰面积之比,求取各挥发性物质的绝对含量[13]。

1.3.4 关键挥发性物质评价

参照文献[17]方法,采用气味活度值(odor activity value,OAV)法评价各挥发性物质对风味的贡献,公式如下:

式中:C,挥发性物质的绝对含量,μg/kg;T,该挥发性物质的感觉阈值,μg/kg。

若OAV>1,说明该物质为关键风味化合物,对总体风味贡献较大;若0.1

1.4 数据统计分析

用SPSS 26.0进行显著性分析,运用SIMCA-P 14.1软件进行正交偏最小二乘判别分析(orthogonal partial least squares-discriminant analysis,OPLS-DA),采用TBtools绘制热图。

2 结果与分析

2.1 脱腥处理对洞庭青鲫鱼汤感官评价的影响

对照组(CK组),臭氧处理组(O组),酵母脱腥组(Y组)以及混菌脱腥组(YL组)的感官评价结果如图2所示。CK组以油脂味和腥味为主,O组经臭氧处理,各风味强度均有所减弱,但风味轮廓比例变化不大,Y组和YL组可进一步减轻腥味和油脂味,Y组增加了甜香味,YL组则具有明显的瓜果香。可见臭氧处理减弱了洞庭青鲫的气味强度,而生物脱腥能够改变其风味特征。

2.2 不同处理对挥发性化合物的影响

对各样品采用顶空固相微萃取处理,通过气相色谱质谱仪进行挥发性物质解析,共检测出50种物质。从韦恩图(图3)看出,臭氧处理对挥发性组分有一定影响,生物脱腥对挥发性组分影响较大,各组共有挥发性物质占43.1%。臭氧预处理后6种成分被脱除,新增了3种成分,酵母脱腥组新增了6种成分,混菌脱腥组则新增了13种成分。

各组挥发性成分如表2所示,共有成分以醛类、烷烃类和醇类为主。CK组共检测出32种挥发性成分,其中醛类15种、醇类6种、烷烃类6种、酯类3种、其他2种;O组共检测出29种挥发性成分,其中醛类15种、醇类5种、烷烃类6种、酯类1种、其他2种;Y组共检测出34种挥发性成分,其中醛类17种、醇类6种、烷烃类7种、酯类1种、其他3种;YL组共检测出41种挥发性成分,其中醛类16种、醇类6种、酸类4种、烷烃类7种、酯类6种、其他2种。可见,酵母脱腥增加了醛类和烷烃类含量,混菌脱腥则主要新增了酸类和酯类含量。

CK组含量显著高于其他处理组的成分有:已醛、(E,E)-2,4-癸二烯醛、(E,E)-2,4-庚二烯醛、(E)-2-庚烯醛、2-乙基己醇和2,5-十八碳二炔酸甲酯,这些成分可以认为是脱腥祛除的主要成分,包括醛类、醇类和酯类。醛类物质气味阈值较低,对挥发性风味贡献较大[12],如已醛呈鱼腥味,(E,E)-2,4-癸二烯醛和(E,E)-2,4-庚二烯醛具有脂肪味。O组完全祛除或祛除较多的成分有已醛、(E)-2-辛烯醛、10-十一烯醛、(E,E)-2,4-癸二烯醛、(E,E)-2,4-庚二烯醛、(E)-2-庚烯醛、4-乙基苯甲醛、2-乙基己醇、1-壬醇、9-十六碳烯酸乙酯、棕榈酸乙酯和2,5-十八碳二炔酸甲酯,是臭氧处理祛除的主要成分。这与臭氧能够有效减轻洞庭青鲫腥味的研究[15]结果类似。

Y组脱除较多的成分是十七醛、(2Z)-2-辛烯-1-醇和十五烷,YL组脱除较多的为已醛、壬醛、十七醛、(2Z)-2-辛烯-1-醇、2-辛炔-1-醇、十五烷和1,3,5-三甲苯,可见混菌脱腥效果比单菌更为明显,主要通过降解已醛、壬醛、1,3,5-三甲苯等不愉快气味物质达到脱腥目的,可以认为是植物乳杆菌的脱腥作用。这与明庭红等[18]采用植物乳杆菌发酵处理草鱼肉能有效脱腥的结果类似。生物脱腥的原因[16]可能有2种:一种是小分子腥味物质参与微生物合成代谢后转变为了大分子无腥味物质,另一种是微生物酶对分子结构进行修饰,使其变为了无腥味物质。

Y组新增或增加较多的物质可能是酵母的特征代谢产物,包括苯甲醛、十八醛、(Z)-9-十六碳烯醛、乙醇、异辛醇、二十一烷和(E)-石竹烯,含量较多的为醛类和醇类。相较于其他组,YL组新增或增加较多的物质可能是植物乳杆菌JYLP-002的特征代谢产物,有叔十六硫醇、3,7,11-三甲基十二烷醇、棕榈酸、油酸、棕榈油酸、3-羟基月桂酸、1,2-环氧十八烷、肉豆蔻酸异丙酯、油酸乙酯和亚油酸乙酯,含量较多的是酯类、酸类和醇类。说明生物脱腥主要通过增加柔和气味的醇类、花果甜香的酯类、不同风味的醛类和酸类等物质[19-20]来改善洞庭青鲫的风味特征。石建喜等[21]采用植物乳杆菌、酿酒酵母和木糖葡萄球菌混合发酵改善了鲢鱼风味,曾欢等[22]发现植物乳杆菌和酵母菌复配发酵对大口黑鲈的脱腥增香效果明显,与本研究结果类似。

2.3 挥发性物质OAV分析

为明确不同脱腥处理对鱼汤风味的影响,基于可查阅获取的风味阈值,计算出各挥发性化合物的OAV,结果见表3。CK组的关键风味化合物(OAV>1)有己醛、(E)-2-辛烯醛、辛醛、壬醛、(E,E)-2,4-癸二烯醛、(E,E)-2,4-庚二烯醛、(E,E)-2,4-壬二烯醛、(E)-2-癸烯醛、(E)-2-庚烯醛、(E)-2-壬烯醛、4-乙基苯甲醛和1-壬醇,构成了油脂味为主,带有青草味和鱼腥味的主体风味。O组关键风味化合物与CK组大体类似,但各物质OAV均有不同程度下降,说明臭氧处理能减弱风味强度,同时脱除了(E)-2-辛烯醛,新增了庚醛和己酸乙烯酯。

相较于CK组和O组,2个生物脱腥组中各关键风味化合物对总体风味的贡献程度发生了较大变化。Y组中呈鱼腥味的已醛、油脂味的(E,E)-2,4-癸二烯醛和(E,E)-2,4-壬二烯醛等关键风味物质OAV明显降低,说明酵母脱腥进一步祛除了不愉快气味。YL组中腥味物质已醛,青草和脂肪味的壬醛,油脂味的(E,E)-2,4-癸二烯醛等物质对主体风味的贡献大大减弱,同时通过新增或明显增加呈甜味的辛醛、松香味的(E)-2-癸烯醛、黄瓜清香的(E)-2-壬烯醛、花香味的1-壬醇、水果香的己酸乙烯酯、鲜花香气的油酸乙酯、温和脂香和果香的亚油酸乙酯等关键风味化合物的贡献度,是混菌脱腥增香的主要途径。

2.4 关键挥发性成分的OPLS-DA分析

为更好地了解不同处理方式与关键挥发性组分之间的关系,进行了有监督的OPLS-DA分析(图4和图5)。CK组、O组和Y组、YL组分布于不同象限,说明主体风味差异明显,其中O组和Y组均位于第一象限,表明这2组的风味相对较为接近。由图5看出,CK组与(E)-2-庚烯醛、(E,E)-2,4-壬二烯醛、已醛等物质相关性较高;Y组与异辛醇表现出相关性;YL组与亚油酸乙酯、油酸乙酯、1-壬醇、(E)-石竹烯等物质相关性高,说明该处理赋予了样品清香、花香、果香等优良风味。

将模型中变量重要性VIP>1的6种物质筛选为风味特征标志物,分别是异辛醇、(E)-2-辛烯醛、苯甲醛、(E)-2-庚烯醛、庚醛和已酸乙烯酯,可用于区分不同处理样品。模型拟合指数

为

为0.970,Q2为0.863,拟合情况良好。通过200次置换检验可知,CK、O、Y和YL处理组的Q2回归线与纵轴交点分别为-2.12、-1.78、-2.26、-2.28,均为负值,说明无过拟合情况,模型有效。

2.5 关键挥发性物质聚类分析

为更直观地观察不同处理对样品主体风味的影响,根据关键挥发性成分绘制了聚类热图(图6)。可以看出各处理组的风味轮廓差异较大,CK组中(E,E)-2,4-壬二烯醛、(E)-2-庚烯醛、已醛、(E,E)-2,4-癸二烯醛、(E,E)-2,4-庚二烯醛和4-乙基苯甲醛等含量相对较多;O组中各风味物质含量均较低,Y组与O组风味轮廓较为接近,仅庚醛、苯甲醛和异辛醇相对较多,因而Y组和O组聚类为一组;YL组中已酸乙烯酯、油酸乙酯、亚油酸乙酯、(E)-石竹烯、(E)-2-壬烯醛、肉豆蔻醛、正己醇、辛醛和(E)-2-癸烯醛等物质含量较多,显著改变了样品的主体风味,结合感官评价可知,YL组脱腥增香效果明显。

3 结论

洞庭青鲫鱼汤挥发性成分以醛类、醇类和烷烃类为主,已醛、(E,E)-2,4-癸二烯醛、(E,E)-2,4-壬二烯醛、壬醛等醛类物质因阈值低,是其主要腥味来源。臭氧处理通过降低已醛、(E)-2-辛烯醛、10-十一烯醛、(E,E)-2,4-癸二烯醛、(E,E)-2,4-庚二烯醛等物质含量,减弱了腥味和油脂味的强度,但未能改变其风味特征。酵母及混菌脱腥均能不同程度改变主体风味特征,酵母菌的特征代谢风味产物有苯甲醛、十八醛、(Z)-9-十六碳烯醛、乙醇、异辛醇、二十一烷和(E)-石竹烯,植物乳杆菌JYLP-002的特征代谢风味产物包括叔十六硫醇、3,7,11-三甲基十二烷醇、棕榈酸、油酸、棕榈油酸、3-羟基月桂酸、1,2-环氧十八烷、肉豆蔻酸异丙酯、油酸乙酯、亚油酸乙酯等。说明混菌脱腥能产生层次更丰富的良好风味。

OAV分析显示,己酸乙烯酯、油酸乙酯、亚油酸乙酯等是混菌脱腥后新增的主体风味成分,生物脱腥可改变关键风味物质的成分和比例。OPLS-DA结合聚类分析表明,混菌脱腥有效减轻了洞庭青鲫鱼汤中的不良风味,同时产生了丰富的优良风味成分,从而有效改善了鱼汤的整体风味品质。

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