臭鳜鱼,徽州名菜,是指将新鲜的鳜鱼进行腌制和发酵,最终鱼体散发出似臭非臭的独特风味,鱼肉变得紧致爽口、骨肉分离,形成独特的“蒜瓣肉”,具有“闻臭吃香”的特点[1]。其特殊“臭”味源于发酵,本质是微生物和内源酶作用使鱼肉蛋白质变性、脂肪氧化[2]。蛋白质代谢是臭鳜鱼特征风味物质形成的关键途径。微生物发酵过程逐步把蛋白质水解成大量小分子多肽和游离氨基酸,形成某些重要特征风味物质的前体物质[3],氨基酸在相关酶的脱羧和脱氨作用下进一步形成挥发性盐基氮、组胺、三甲胺、氨、胺类、硫化氢、吲哚、甲基吲哚等,一方面导致鱼体的腐败变质,另一方面,这些含氮、含硫化合物是臭鳜鱼的重要风味物质,尤其是具有腐败鱼肉味和氨臭味的三甲胺,是自然发酵臭鳜鱼特征风味形成的关键成分[4]。挥发性物质的另一个重要来源是脂类的氧化降解[5],脂解和脂肪氧化均是臭鳜鱼制品在加工过程中的重要生化反应,这两大反应通常是同时进行的。关于脂解反应,肌肉中的内源酶和微生物分泌的酶均参与作用,把饱和脂肪酸降解,释放出中短链脂肪酸和更多的不饱和脂肪酸[6]。臭鳜鱼的微生物脂解作用主要还是以释放多不饱和脂肪酸为主[7],一定程度上增加臭鳜鱼肉的食用价值和保健作用[6]。脂解促进脂肪酸释放的同时也易引起强烈的脂肪酸氧化[7]。脂肪酸的部分氧化可促进醛、酸、酯、酮类等挥发性物质的生成,如壬醛、辛醛、癸醛、胡椒酮等多种由脂肪酸衍生的挥发性物质均在臭鳜鱼中被检测出来,这些挥发性物质可赋予臭鳜鱼鱼腥味、油脂味、奶油香等多种气味,促进发酵风味的形成[6,8]。
可见,发酵过程引起的蛋白质变性和脂肪氧化对臭鳜鱼关键风味的形成具有决定性作用,特定微生物可促进特定风味物质的形成。如弓形杆菌(Arcobacter)和嗜冷单胞菌(Psychrobacter spp.)是褐虾在保藏过程中硫化物、酮类、氨类、醇类等重要挥发性成分产生的主要优势菌群[9];具有乳香味的双乙酰主要由乳酸菌发酵产生,适当的菌种搭配可高产双乙酰成分[10]。清酒乳杆菌(Lactobacillus sakei)可促进芳樟醇、α-松油醇、α-蒎烯和柠檬烯等香气物质的生成,抑制鱼肉甲硫醇等恶臭气味的积累[11]。大量研究表明,乳酸菌是自然发酵臭鳜鱼的优势菌群[12],人工添加优势乳酸菌干预发酵,可定向改善和提升臭鳜鱼风味。
乳酸芽孢杆菌DU-106(Bacillus sp.DU-106)是食品工业益生菌发酵剂的一株新型潜在候选菌株[13]。课题组前期研究已表明,该菌株在发酵臭鳜鱼中也表现出明显的优势[14]。本研究利用人工感官和电子鼻技术评价整体风味,顶空固相微萃取-气质联用(headspace-solid phase micro extraction-gas chromatography-mass spectrometry,HS-SPME-GC-MS)定性挥发性成分气味活性值(odor activity value,OAV)筛选关键风味物质,综合多种风味检测方法评价乳酸芽孢杆菌DU-106和植物乳杆菌(Lactobacillus planturum)混合发酵对臭鳜鱼风味特性的影响,助力新型食品工业益生菌发酵剂——乳酸芽孢杆菌DU-106在水产品发酵中的应用。
新鲜鳜鱼、生姜,购于阳江市木赉市场。
乳酸芽孢杆菌DU-106冻干粉(活菌数为3×1010 CFU/g),华南农业大学新资源食品与功能性原料研究及评价中心;植物乳杆菌nbk-MA2(活菌数为3×1010 CFU/g),诺佰克(武汉)生物科技有限公司;2,4,6-三甲基吡啶(纯度99%),上海麦克林生化科技有限公司;葡萄糖粉、可溶性膳食纤维、菊粉、花椒粉、小红椒粉、茴香粉、白糖和味精,均为食品级,购于超市。
LAB254e电子精密天平,艾德姆衡器(武汉)有限公司;SPX-250BⅢ生化培养箱,天津市泰斯特仪器有限公司;萃取头(50/30 μm DVB/CAR/PDMS),美国Supelo公司;GCMS-QP2010 UItra气质联用仪、Rtx-Wax色谱柱,日本(岛津)有限公司;PEN3电子鼻,德国AIRSENSE公司。
1.3.1 发酵臭鳜鱼的制备
原料预处理及配料:鲜活鳜鱼,去鱼鳃、鱼鳞和内脏,鱼酮体用清水冲洗干净至无血丝,沥干,称重,质量约(500±100) g。辅料配比:花椒粉10 g、小红椒粉20 g、茴香粉5 g、剁碎的生姜10 g、白糖10 g、味精5 g,临用前混合均匀。发酵剂配比参照马晓飞等[14]方法:乳酸芽孢杆菌DU-106为2.75 g,植物乳杆菌nbk-MA2为0.25 g、葡萄糖粉80.00 g、可溶性膳食纤维7.00 g、菊粉10.00 g,混合均匀,使用前先用10 mL无菌生理盐水30 ℃活化30 min。
混合乳酸菌发酵臭鳜鱼:按鱼酮体质量计算,2.8%(质量分数,下同)食盐,0.5%辅料和5.8%发酵剂混合均匀后均匀涂抹在鱼酮体表面,置于密封容器中,15 ℃发酵,每天翻1次鱼身,倒掉多余的浸出液,发酵9 d。发酵结束后清洗干净鱼身,进行风味评价。对照组为自然发酵,不添加发酵剂。
1.3.2 感官评价
对臭鳜鱼的风味进行评价,其中气味是以生鱼作评价,肉质和滋味是以熟鱼(清蒸,武火至水沸后转文火蒸10 min)作评价。采用风味剖面检验分析法分析:对风味(酸味和臭味)、肉质(弹性和蒜瓣状)、滋味(咸味和酸味)采用6分定义的标度方法(1分,不存在的;2分,非常轻微的;3分,轻微的;4分,明确的;5分,显著的;6分,非常显著的)对臭鳜鱼样品进行风味强度评价,并将所得到的结果进行风味剖面检验分析。
1.3.3 电子鼻分析
参照杨召侠等[15]方法,臭鳜鱼清洗干净,去骨去皮取肉,研钵磨成鱼糜,取5 g放入密闭顶空瓶,60 ℃恒温30 min,插入电子鼻进样针进行测定,进样流量300 mL/min,分析采样时间250 s,确保样品分析平稳,数据记录时间间隔1 s,空气清洗探针280 s。重复3次。各传感器对物质的响应类型见表1[15]。
表1 电子鼻传感器所对应的香气类型
Table 1 Aroma type corresponding to e-nose sensor
阵列序号传感器名称性能描述阵列序号传感器名称性能描述1W1C芳香成分,苯类6W1S对甲基类灵敏2W5S灵敏度大,对氮氧化合物很敏感7W1W对硫化物灵敏3W3C芳香成分灵敏,氨类8W2S对醇类、醛酮类灵敏4W6S主要对氢化合物有选择性9W2W芳香成分,对有机硫化物灵敏5W5C短链烷烃芳香成分10W3S对长链烷烃灵敏
1.3.4 挥发性成分分析检测
参照杨召侠等[15]方法,采用HS-SPME-GC-MS分析法分析臭鳜鱼挥发性成分。臭鳜鱼去骨、去皮,取肉,用研钵磨成鱼糜,待测。
顶空固相微萃取步骤:准确称取5.00 g样品和10 μL 0.1 mL/L 2,4,6-三甲基吡啶溶液放入密闭顶空瓶中,60 ℃平衡15 min,然后将已经老化好的50/30 μm DVB / CAR / PDMS萃取头插入顶空瓶中富集萃取30 min,在250 ℃脱附3 min进样。
色谱条件:DB-Wax极性毛细管柱(30 m×250 μm×0.25 μm),载气为氦气,流速为1 mL/min;恒压模式,压力112 kPa;色谱柱起始柱温为40 ℃(保持2 min),首先以8 ℃/min升到200 ℃,然后以3 ℃/min升到215 ℃,最后以10 ℃/min升到230 ℃保持4 min。进样量为10 μL,不分流。进样口温度:250 ℃,检测器温度:280 ℃。
质谱条件:EI离子源温度230 ℃,能量70 eV,扫描范围33~450 amu。数据由Xcalibur软件系统处理,未知化合物经计算机检索NIST谱库(107 k compounds)相匹配,正反匹配度>80的鉴定结果才予以报道。
化合物含量和内标物质含量计算公式分别如公式(1)和公式(2)所示:
化合物含量内标物质量含量
(1)
内标物质量含量
(2)
式中:ρ,内标物密度,视为1 g/mL;V,内标物体积,mL; c,内标物浓度,mL/L; m,鱼肉质量,g。
1.3.5 特征风味化合物鉴别
查阅相关文献获得挥发性化合物的嗅觉阈值,通过OAV确定特征风味化合物,计算如公式(3)所示:
(3)
式中:OAV>1的化合物视为对整体风味有重要贡献,其值越大,风味贡献越大。
实验数据采用Microsoft Excel 2019进行处理,并用Origin 8.0进行统计学分析。
臭鳜鱼风味剖面分析结果如图1所示。不同发酵方式制备的臭鳜鱼在酸味(风味)、蒜瓣状(口感)、滋味上有显著差异,其中混合乳酸菌发酵的臭鳜鱼在酸味(风味)上和蒜瓣状(口感)上更明显,而滋味上的咸味和酸味适当。混合乳酸菌发酵的臭鳜鱼相比对照组,在风味和滋味上明显增加了酸味,臭味减弱。
图1 臭鳜鱼风味剖面分析雷达图
Fig.1 Radar chart of flavor profile analysis of stinky mandarin fish
虽然2种发酵方式的加盐量一致,但对照组的咸味较强,而混合乳酸菌发酵组的咸味适中,这与味的相互作用有关,混合乳酸菌发酵的酸性代谢物在发酵过程中渗透到鱼肉中,酸味调和了咸味,因此表现为咸味减弱。此外,乳酸菌及其酸性代谢物对臭鳜鱼蒜瓣状的肉质形成有促进作用。混合乳酸菌发酵组的臭味明显,但评分略低于对照组非常显著的臭味,2种臭味不同,混合乳酸菌发酵的臭鳜鱼所带的酸臭味相对柔和,相比之下,对照组的臭味略带尖锐刺鼻的腐味和腥味。
臭鳜鱼风味的主成分分析结果如图2所示,第一主成分贡献率为99.38%,第二主成分贡献率为0.62%,2种处理方式得到的臭鳜鱼风味有显著差异,可明显区分开。
图2 臭鳜鱼气味的主成分分析图
Fig.2 Principal component analysis of the stinky mandarin fish flavor
传感器灵敏度如图3所示(除去灵敏度较低的1、3、4、5号传感器),对照组在2号传感器的响应值非常高,表明其氮氧化合物含量特别高,7号和9号传感器的响应值也相对较高,这2个传感器对应的化合物为含硫化合物和芳香化合物。表明对照组臭鳜鱼主体风味物质为含硫含氮氧化合物以及芳香化合物,其中氮硫化合物主要表现为腐臭、腥臭和硫化味,而且气味尖锐刺鼻(2号传感器响应值独高)。
A-对照组;B-混合乳酸菌发酵组
图3 电子鼻传感器响应值
Fig.3 Response values of e-nose sensors
混合乳酸菌发酵组虽然也是在2、7、9号传感器的响应值偏高,但相比对照组响应值低很多,而且三者的比例较恰当。此外,6、8、10号传感器响应值也较高,表明醇类、醛酮类、芳香类化合物含量也是主要的风味贡献物。由图3可知,混合乳酸菌发酵组各敏感传感器的响应值比例相对均衡,风味较对照组柔和、丰富、细腻。
臭鳜鱼的主要挥发性成分如表2所示。对照组和混合乳酸菌发酵组臭鳜鱼分别检测出30种和48种挥发性成分,含有醇类、酮类、醛类、烯炔类、芳香类、酯类、醚类、烷烃类和含氮含硫化合物。其中对照组未检测出醛类和酯类化合物,混合乳酸菌发酵组未检测出醚类化合物。共同化合物有19种。
表2 臭鳜鱼主要挥发性成分
Table 2 Main volatile components of stinky mandarin fish
化合物名称分子式对照混合乳酸菌发酵含量/(μg/100 g)相对含量/%含量/(μg/100 g)相对含量/%醇类化合物40.77323.214141.60560.654异丁醇C4H10O--0.6290.269异戊醇C5H12O3.5822.03918.4097.885正己醇C6H14O--0.9730.417反式-氧化芳樟醇C10H18O2--1.8150.7771-辛烯-3-醇C8H16O--5.5422.374β-松油醇C10H18O2.2271.2686.5232.7942,5-二甲基-3-己醇C8H18O--1.4060.6022,3-丁二醇C4H10O2--1.2810.549芳樟醇C10H18O30.37517.29482.54435.356顺-4-侧柏醇C10H18O0.8490.4833.5221.508(2R,3R)-(-)-2,3-丁二醇C4H10O2--2.6621.1404-萜烯醇C10H18O2.3641.3469.4364.042α-松油醇C10H18O1.3760.7836.8642.940酮类化合物0.9430.53741.61617.825双乙酰C5H10O--0.9680.4143-辛酮C8H16O--1.0480.449乙偶姻C4H8O2--33.08114.1702,3-辛二酮C8H14O2--1.8790.805甲基庚烯酮C8H14O0.5100.2901.6510.7072-壬酮C9H18O--0.5090.218崖柏酮C10H16O--0.6210.2662-十一酮C11H22O--0.2560.109胡椒酮C10H16O0.4330.2471.6050.687醛类化合物0.0000.00011.0394.728己醛C6H12O--4.9882.136壬醛C9H18O--3.6671.571癸醛C10H20O--1.9740.846苯甲醛C7H6O--0.4100.175含氮含硫化合物64.65536.8113.0471.305三甲胺C3H9N16.1099.172--二甲基二硫C2H6S20.8030.457--3-甲基硫代丁酸S-甲酯C6H12OS0.9950.567--硫代特戊酸C5H10OS0.3970.226--二甲基三硫C2H6S30.8290.472--2-甲基噻唑烷C4H9NS0.2880.164--3-甲硫基丙醇C4H10OS0.2080.118--甲氧基苯肟C8H9NO21.0900.621--
续表2
化合物名称分子式对照混合乳酸菌发酵含量/(μg/100 g)相对含量/%含量/(μg/100 g)相对含量/%吲哚C8H7N43.93625.0153.0471.305烯炔类化合物0.9640.5498.1243.480β-蒎烯C10H16--1.1980.513右旋萜二烯C10H160.3860.2202.6251.124罗勒烯C10H16--0.4670.200α-水芹烯C10H160.3070.1752.0300.8703,5,5-三甲基-1-己烯C9H180.2700.1541.2840.5501-十四烯-3-炔C14H24--0.5180.222芳香类化合物64.31836.62025.39010.318邻异丙基甲苯C10H14--1.3000.5571,2,3,4-四甲基苯C10H14--0.8420.361均四甲苯C10H14--0.7630.3274-乙基异丙苯C11H16--0.4800.2065,6-二甲基茚烷C11H14--0.6110.262五甲苯C11H160.8570.4881.7960.769草蒿脑C10H12O--0.8710.373萘C10H80.4680.2661.1170.478水杨酸甲酯C8H8O30.2400.136--茴香脑C10H12O2.2841.3019.5874.1061-甲基萘C11H101.6910.9632.4781.0612-甲基萘C11H100.7180.4091.1100.476苯乙醇C8H10O2.6531.5102.8761.232苯酚C6H6O55.40831.5461.5590.668酯类化合物0.0000.0001.4070.604乙酸芳樟酯C12H20O2--1.4070.604醚类化合物0.4830.2750.0000.000反式-3,4-环氧壬烷C9H18O0.4830.275--烷烃类化合物3.5031.9941.2370.5302-甲基二十四烷C25H52--1.2370.530二十一烷C21H443.5031.994--
注:-表示未检测出(下同)。
结合表2和表3,显而易见,对照组臭鳜鱼的挥发性成分为以三甲胺(9.172%)和吲哚(25.015%)为代表的含氮含硫化合物;以苯酚(31.546%)为代表的芳香类化合物;以芳樟醇(17.294%)为代表的醇类化合物为主,这三大类挥发性化合物的相对含量占总挥发性化合物含量的96.645%,三大类化合物比例约为1.6∶1.6∶1,而三甲胺、吲哚、苯酚和芳樟醇占比达83%,除了芳樟醇具有花香和柑橘香味[16],其他3种物质都具有腐败鱼肉味、土腥味和刺鼻的特殊臭味,特征气味明显,是臭鳜鱼的主要特征挥发性成分。这也与电子鼻分析结果得出对照组臭鳜鱼气味单一、某种特征气味显著偏高的结论一致。另外,对照组还检测出6种含硫化合物(表2),主要是微生物分解蛋胺产生的具有令人不愉快的硫臭味[1]。
表3 臭鳜鱼挥发性成分相对含量和种类对比
Table 3 Comparison of volatile components content and species of stinky mandarin fish
化合物种类对照混合乳酸菌发酵相对含量/%种类相对含量/%种类醇类化合物23.214660.65413酮类化合物0.537217.8259醛类化合物--4.7284含氮含硫化合物36.81191.3051烯炔类化合物0.54933.4806芳香类化合物36.620810.31813酯类化合物--0.6041醚类化合物0.2751--烷烃类化合物1.99410.5301合计100.0003099.44448
混合乳酸菌发酵臭鳜鱼以醇类、酮类、芳香类、醛类和烯炔类化合物为主,占比依次减少。最大的特点是增加了4.728%的醛类化合物(对照组未检测出醛类化合物),含氮含氧化合物含量大大降低(仅有1.305%吲哚),未检测出任何含硫化合物。醛类化合物气味阈值高,对风味贡献大,是混合乳酸菌发酵组区别于对照组的重要挥发性成分。在占比最高的醇类化合物中,除芳樟醇(35.356%)和异戊醇(7.885%)含量较高,4-萜烯醇、1-辛烯-3-醇、α-松油醇和β-松油醇含量也较高。1-辛烯-3-醇具有蘑菇、薰衣草、玫瑰和草的气味[17],其阈值较低,对臭鳜鱼风味有重要贡献,主要源于氧化酶对不饱和脂肪酸的氧化分解作用[18],也是酸鱼[17]和鱼露[19]的特征气味。酮类化合物在混合菌发酵臭鳜鱼中占比第二,主要来源于微生物发酵、多不饱和脂肪酸和氨基酸的氧化[18],同样具有较低的阈值,赋予奶油香、乳香等香气,可进一步丰富和融合臭鳜鱼风味[2,20]。混合乳酸菌发酵臭鳜鱼的酮类挥发性物质以乙偶姻(14.170%)为代表,乙偶姻具有发酵的奶酪香气,与双乙酰等8种其他酮类化合物共同赋予臭鳜鱼混合菌发酵的特殊香气。相比之下,对照组的酮类化合物只有2种,占比0.537%。在芳香类和烯炔类化合物中,除茴香脑含量略高,其他18种的占比都比较均衡,虽然每种物质含量不高,但由于种类多,对整体的风味柔和也具有很大贡献。此外,未检测出含硫化合物,也表明乳酸菌对腐败菌有一定的抑制作用,抑制腐败菌对鱼肉蛋氨的分解作用[21]。
由表4可知,对照组特征风味化合物为芳樟醇、三甲胺、二甲基二硫和吲哚。其中带有腐败鱼肉味和氨臭味的三甲胺OAV高达1 610.93,是对照组的第一特种风味化合物。三甲胺的产生源于细菌对氧化三甲胺的代谢作用及氧化三甲胺的裂解作用,这一过程是臭鳜鱼风味改变的重要过程[8]。臭鳜鱼感官评价表现出刺鼻难闻的腐臭味,与2.2节电子鼻分析中2号传感器(氮氧化合物)响应值异常高的结果一致。第二特征风味化合物为芳樟醇,赋予了对照组花卉香和柑橘气息,但贡献度只有三甲胺的3%。
表4 臭鳜鱼的特征风味化合物(OAV>1)
Table 4 Characteristic flavor compounds of stinky mandarin fish (OAV>1)
序号化合物气味描述阈值/(μg/100 g)OAV对照混合乳酸菌发酵11-辛烯-3-醇蘑菇、薰衣草、玫瑰和草的气味[17]0.15[20]-36.952芳樟醇花卉香味、柑橘气味[23]0.60[23]50.63137.573双乙酰奶油气味、焦糖香、黄油苏格兰威士忌味[20]0.01[20]-96.7742,3-辛二酮甜的奶油香[24]1.20[4]-1.575己醛青葱味、未成熟的青涩水果味[23]0.45[23]-11.086壬醛青葱味、牛脂味、脂肪香、薰衣草味[20]0.11[20]-33.347癸醛甜香、柑橘香、蜡香、花香[24]0.01[20]-197.458三甲胺腐败鱼肉味、氨臭味[20]0.01[20]1 610.93-9二甲基二硫熟卷心菜味、洋葱味[20]0.11[20]7.30-10吲哚热橡胶气味、丁香水仙花香、泥土气味[25]9.00[25]4.880.34
混合乳酸菌发酵的臭鳜鱼特征风味化合物种类较多,按贡献度由大到小排序为:癸醛、芳樟醇、双乙酰、1-辛烯-3-醇、壬醛、己醛和2,3-辛二酮。其中具有各种果香和花香的癸醛和芳樟醇以及具有发酵奶酪味的双乙酰OAV都很高,对整体风味贡献度最大,三者比例接近2∶1.5∶1,比例相对均衡。其次为具有蘑菇香、鱼味、青草、脂肪香的1-辛烯-3-醇以及具有青葱味和动物脂香的壬醛,OAV均在30以上,其中1-辛烯-3-醇常被认为是多种水产品草腥味的主要来源[5],与令人愉快的风味呈正相关[19]。此外,己醛OAV也不低(11.08),己醛具有青葱味和青涩水果味,2,3-辛二酮具有甜的奶酪味,它们共同赋予了混菌发酵臭鳜鱼各种花香、果香、鱼香、脂香、青葱、青涩和奶酪味。同时,混合乳酸菌发酵可降低三甲胺含量,达到脱腥目的[22],没有自然发酵组的单一气味,也没有难闻的腐臭味,更多的是柔和、丰富、细腻的香气。
人工感官评价和电子鼻分析均表明,传统自然发酵(对照)和混合乳酸菌发酵的臭鳜鱼风味有明显差异。混合乳酸菌发酵的臭鳜鱼酸味(风味)和蒜瓣状(口感)明显,整体风味相对柔和。电子鼻分析显示,对照组在2、7、9号传感器的响应值较高,主体风味物质为含硫、含氮氧化合物以及芳香化合物,其中在2号传感器的响应值独高,表明气味相对单一、尖锐刺鼻;混合乳酸菌发酵组同样在2、7、9号传感器的响应值偏高,但响应值比对照组低,而且比例恰当,同时,在6、8、10号传感器也有高响应值,主要的风味贡献物为醇类、醛酮类、芳香类化合物,风味相对丰富柔和,与感官评价结果一致。
HS-SPME-GC/MS分析表明,混合乳酸菌发酵的臭鳜鱼含有更多的挥发性成分,挥发性物质中增加了醛类化合物,含氮含氧化合物含量大大降低,而且未检测出任何含硫化合物;其有7种特征风味化合物(OAV>1),分别为癸醛、芳樟醇、双乙酰、1-辛烯-3-醇、壬醛、己醛和2,3-辛二酮。而对照组仅有4种特征风味化合物,为三甲胺、芳樟醇、二甲基二硫和吲哚,除了芳樟醇,其他3种带有刺鼻的腐臭味。
综上所述,利用乳酸芽孢杆菌DU-106和植物乳杆菌混合发酵产生的各种含有花香、果香、鱼香、脂香、青葱、青涩和奶酪味的风味化合物可以协调和抑制腐败菌产生的单一腐臭味、氨臭味和鱼腥味,使臭鳜鱼风味更加柔和、丰富和细腻。
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