赵洪雷1,尹一鸣2,陈义莹2,徐永霞2*,赵佳美2,李学鹏2,励建荣2
1(渤海大学实验管理中心,辽宁 锦州,121013)2(渤海大学 食品科学与工程学院,辽宁 锦州,121013)
摘 要 采用顶空固相微萃取-气质联用技术对不同产地虾酱的挥发性物质进行分析和鉴定,结合主成分分析法对其挥发性物质组成差异进行分析。结果表明,从4个产地虾酱中共检测到89种挥发性物质,包括醛、醇、酮、酸、酯、吡嗪、含硫类和烃类化合物等。通过主成分分析可得到不同产地虾酱特有的风味物质组成,其中广东广州产的虾酱特征风味物质为乙酸,3-乙基-2,5-二甲基吡嗪,2-甲基-5-异丙基吡嗪,2-乙酰-5-甲基噻吩,3-甲氧基苯硫酚等;安徽芜湖产的虾酱特征风味物质为β-紫罗兰酮,1-辛烯-3-醇,吲哚,2-乙基吡啶,2-庚酮,(E)-2-已烯醛等;山东威海产的虾酱特征风味物质为4-萜烯醇,2,4,6-三甲基吡啶,芳樟醇,2-乙基己醇,二甲基二硫,2,4-二甲基噻吩,2,5-二甲基噻吩等。不同产地虾酱中挥发性物质组成的差异使其形成了各自的风味特征,可为虾酱产地鉴别、品质评价和控制提供一定的科学依据。
关键词 虾酱;风味;固相微萃取-气质联用;主成分分析
第一作者:硕士,讲师(徐永霞副教授为通讯作者,E-mail:xuyx 1009@126.com)。
基金项目:“十三五”国家重点研发计划课题(2016YFD0400705);国家自然科学基金青年项目(31701631);辽宁省博士启动基金项目(20170520347);大学生创新项目(201810167174)
收稿日期:2018-10-16,改回日期:2018-11-21
DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.019071
虾酱(shrimp paste)是以毛虾等小型虾类为原料经腌制、捣碎、发酵而制成的黏稠酱状食品,其味道鲜美,风味独特,富含游离氨基酸及不饱和脂肪酸等营养物质[1-2]。虾酱是我国沿海以及新加坡、马来西亚、泰国等东南亚地区常用的调味料之一,是居民饮食中的佐餐佳品,虾酱以其丰富的营养和独特的风味,深受消费者的喜爱[3-4]。风味是决定虾酱等水产调味品品质的重要因子,明确虾酱中风味物质的组成是风味调控与保持的基础。虾酱的发酵过程是一个复杂的变化,原料在微生物和酶的共同作用下,通过分解蛋白质和脂肪等基质,产生多肽、氨基酸等营养物质以及醛、酮、醇、吡嗪、含硫类等多种小分子风味化合物,对最终虾酱产品的风味和品质起到决定性的作用[5-6]。
我国传统虾酱以广东、山东和福建等地生产规模较大,仅广东省每年的虾酱产量就达1万t左右,占全国年产的30%以上[7]。另外,在我国辽宁、天津、江浙、贵州等地也有部分虾酱生产。我国生产虾酱的原料十分丰富,主要有毛虾、蜢子虾、太平洋磷虾和糠虾等,由于原料小虾、发酵环境以及加工工艺等的差异,各地生产的虾酱都具有其独特的风味品质和口感[7],其挥发性风味物质组成亦有差异,但目前关于虾酱的风味特征,尤其是不同产地虾酱的风味差异鲜见报道。本文以辽宁锦州、广东广州、山东威海以及安徽芜湖4个产地的虾酱为研究对象,采用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用技术对不同产地虾酱中挥发性物质的组成进行分析,并结合主成分分析法对获得的数据进行统计分析,以期明确不同虾酱的主体风味物质,为虾酱产地区分、品质评价和质量控制提供一定的参考。
虾酱具体信息见表1,其中虾酱I由锦州笔架山食品有限公司提供,其他3种虾酱均购于锦州大润发超市。
表1 虾酱的产地及主要虾种
Table 1 Original regions and kinds of shrimp sauce
Agilent 7890N/5975气相色谱-质谱联用仪,美国Agilent公司;手动SPME进样器、DVB/CAR/PDMS萃取头(50/30 μm)、20 mL顶空钳口样品瓶,美国Supelco公司;DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器,郑州长城科工贸有限公司。
1.3.1 样品处理
准确称取5.0 g虾酱样品于顶空瓶中,加入5 mL去离子水和磁力搅拌子,压紧瓶盖后于55 ℃磁力搅拌器中加热平衡15 min,用已活化好的萃取头顶空萃取40 min,然后将萃取头插入GC进样口,于250 ℃解吸5 min。每个样品重复试验3次。
1.3.2 气相色谱-质谱条件
气相色谱条件:HP-5MS毛细管柱(30 m×0.25 mm ×0.25 μm);载气为He,流速1.0 mL/min;不分流模式进样,进样口温度为250 ℃;程序升温:40 ℃ 保持3 min,然后以3 ℃/min 升温至120 ℃,再以5 ℃/min 升温至240 ℃,保持5 min。
质谱条件:色谱-质谱接口温度为280 ℃,离子源温度230 ℃,四极杆温度150 ℃;电离方式EI,电子能量70 eV;质量扫描范围为30-550 u。
挥发性物质的定性分析主要通过Nist 11谱库检索及结合相关资料分析,确定其化学组成。采用峰面积归一化法进行定量分析。利用SPSS 19.0软件对不同虾酱中的挥发性物质进行主成分分析。
4个产地虾酱中鉴定出的挥发性风味物质组成及其相对含量如表2所示,虾酱Ⅰ中检出38种风味化合物,虾酱Ⅱ40种,虾酱Ⅲ35种,虾酱Ⅳ39种,主要包括醇、醛、酮、酸、酯、吡嗪、吡啶、含硫类和烃类化合物等。
表2 不同产地虾酱中挥发性物质的相对含量
Table 2 Relative content of volatile compounds in shrimp sauce from different habitats
续表2
不同产地虾酱中风味成分种类和相对含量均有一定的差异,主要的共性成分有乙醇、2-乙基己醇、苯甲醛、苯乙醛、苯乙酮、香叶基丙酮、二甲基二硫、二甲基三硫、3-乙基-2,5-甲基吡嗪和2,4,6-三甲基吡啶等,其中产自广东广州、山东威海和安徽芜湖的虾酱中相对含量最高的挥发性成分均为2,4,6-三甲基吡啶,而产自辽宁锦州的虾酱中相对含量最高的挥发性成分是甲酸苯酯。
醇类是虾酱中主要的挥发性物质之一,共检测到12种醇类化合物,其中虾酱Ⅲ中检出的醇类种类最多,相对含量也最大,占总挥发性成分的22.48%,其次是虾酱Ⅰ(22.11%)。乙醇是检测到含量最高的醇类物质,在虾酱Ⅰ中相对含量高达20.57%,在虾酱Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ中含量分别为11.46%、11.76%和12.5%。2-乙基己醇在虾酱Ⅲ中含量较高,此物质曾在低值虾酱中检出[2]。1-辛烯-3-醇是亚油酸的降解产物,具有蘑菇香气和草香味,仅在虾酱Ⅱ和虾酱Ⅳ中检出,且相对含量较低;苯乙醇在Ⅰ和Ⅱ虾酱中检出,具有蜂蜜香和玫瑰花香,李莹等[5]曾在锦州笔架山虾酱中检测到。醇类主要是由脂肪酸氧化酶作用于多不饱和脂肪酸衍生而来的[8],其中不饱和醇类阈值较低,是赋予虾酱肉香味、蘑菇味和温和油脂味的主要物质[9-10]。
醛类物质主要由不饱和脂肪酸氧化产生,因其阈值很低,在发酵水产品风味特征中起重要作用[11]。虾酱中共检出14种醛类物质,其中虾酱Ⅳ中相对含量最大(11.42%),其次是虾酱Ⅰ(8.23%)。苯甲醛和苯乙醛具有令人愉快的杏仁香、水果香等风味[12],在不同产地虾酱中均检出,且相对含量较高,可能是虾酱中的特征风味化合物。3-甲基丁醛在虾酱Ⅰ和Ⅳ中检出,此物质曾在熟虾和蟹中检测到[11];(E)-2-辛烯醛仅在虾酱Ⅰ中检出,壬醛在虾酱Ⅰ和Ⅲ中检出,这些醛类化合物的存在赋予了虾酱坚果香、青香和瓜果香等风味。3-甲硫基丙醛具有肉香和马铃薯香[13],仅在虾酱Ⅰ中检出,可能是区别于其它虾酱的特征风味之一。酮类物质阈值远高于其同分异构体的醛,但由于具有独特的清香和果香味,可能对虾酱风味有一定的增强作用[14]。虾酱中共检出12种酮类物质,其中虾酱Ⅳ中检出9种,相对含量高达11.56%,其他3种虾酱中检出的酮类相对含量较低。3-辛酮具有水果微带薰衣草的气味,仅在虾酱Ⅱ中检出;香叶基丙酮有果香味、蜡味和木香味,在4个产地虾酱中均检出,其中虾酱Ⅳ中含量最高,达到1.18%;2-庚酮具有梨香味,在虾酱Ⅰ中未检出;2-壬酮具有焦糖香和脂肪味,上述这些酮类物质都曾在锦州白虾虾酱中检测到[5]。
广东广州产的虾酱Ⅱ中检出6种酸类物质,占总挥发性成分的3.55%,主要有乙酸、丙酸和丁酸等,其中乙酸可能是在虾酱生产过程中乙醇氧化或微生物发酵而成。在其他虾酱中检测到的酸类较少,说明酸类物质可能是虾酱Ⅱ中特有的风味物质。酯类化合物是由低级饱和脂肪酸和饱和脂肪醇形成的酯,据报道,酯类对虾酱风味的形成也有一定的贡献[2]。在虾酱中共检测到6种酯类物质,虾酱Ⅰ和Ⅱ中均检出甲酸苯酯,其中虾酱Ⅰ中含量最高,达到42.21%,虾酱Ⅱ中检出的含量很少,而其他2种虾酱中均未检出。
含硫类化合物也是虾酱中主要的挥发性风味物质之一,共检出15种,其中虾酱Ⅱ中含量最高(39.77%),其次是虾酱Ⅲ(32.6%)、虾酱Ⅳ(13.78%),虾酱Ⅰ中含量最低(5.62%)。4种虾酱中均检测到二甲基二硫和二甲基三硫,且相对含量较高,其中虾酱Ⅲ中二甲基二硫含量高达27.11%,虾酱Ⅱ中二甲基三硫含量最高(22.86%),其次是虾酱Ⅳ(11.79%)。二甲基二硫和二甲基三硫主要呈现蔬菜香、洋葱香,徐丹萍等[15]曾在发酵泡菜中检测到这类物质,可能是发酵类食品的特征风味物质。
吡嗪类物质是脂肪氧化产物参与美拉德反应的产物,主要呈现肉香味和烤香味,据报道,吡嗪类既是酱类的特征性风味物质,也是新鲜虾肉中主要的风味物质,可以赋予虾酱浓香的发酵味和新鲜虾味[10,16]。虾酱中共检测到5种吡嗪类化合物,其中虾酱Ⅱ中含量最高(11.21%),其次是虾酱Ⅲ(5.04%)。4种虾酱中均检出3-乙基-2,5-甲基吡嗪,其在虾酱Ⅲ中含量高达10.43%,此物质曾在锦州笔架山虾酱中检出[5]。2,3,5,6-四甲基吡嗪仅在虾酱Ⅰ中检出,其具有坚果香、可可和咖啡味[17]。
烃类物质可能来源于脂肪酸中烷氧自由基的均裂,由于阈值较高,对整体风味贡献较小。在虾酱Ⅲ中检出的烯烃类种类最多,含量也最高(8.84%),而其他3种虾酱中检出的很少。烯烃类化合物可在一定条件下形成醛和酮,是产生虾酱腥味的潜在因素[18]。虾酱中检测到的胺类物质种类较少,含量也较低,但对虾酱风味的形成有一定的影响,使其具有腥味和氨味[19],其中虾酱Ⅱ中检出4种胺类物质,包括三甲胺等,虾酱Ⅰ和Ⅲ中未检出。其他类物质包括吲哚和吡啶等,其中2,4,6-三甲基吡啶在4种虾酱中均检出,且相对含量较高,可能是虾酱中独特的风味物质。吲哚在鲜虾酱中检出的含量最高,可能是其特征风味物质,由于其阈值较低,对虾酱风味有一定的贡献。
通过SPME-GC-MS法在虾酱中共检测到89种挥发性物质,但含量高的成分不一定能代表这种虾酱典型气味的主成分,因此采用主成分分析法对检出的挥发性物质(不包括烃类)进行分析,从而反映出不同产地虾酱挥发性成分组成的差异。表3是经主成分分析得到的特征值和特征向量。由表3可知,第1成分的贡献率为38.358%,第2成分的贡献率为33.036%, 第3成分的贡献率为28.606%,3个成分的累计贡献率达到100%,能够反映样品的整体信息,故取这3个主成分作为数据分析的有效成分。
表3 3个主成分的特征值及贡献率
Table 3 Eigenvalues of 3 principal components and their contribution and cumulative contribution
图1 不同产地虾酱挥发性成分主成分分析载荷图
Fig.1 PCA load diagram of volatile compounds of the shrimp sauce from different habitats
图1所示为 3种主成分的载荷图。由图1-a可以看出,Ac39,P68,S60,S61,S64,P67,Ac40,Ac42,Ac44,Am80,Am81,Am82,Am84、Es47,Es49等与第1主成分高度正相关,这些物质分别为乙酸,3-乙基-2,5-甲基吡嗪,2-甲基-5-异丙基吡嗪,2-乙酰-5-甲基噻吩,3-甲氧基苯硫酚,4-甲氧基茴香硫醚,丙酸,棕榈油酸,十五烷酸,三甲胺,3,5-二羟基苯甲酰胺,4-乙基苯胺,2-噻吩甲胺,异丁酸异戊酯,邻苯二甲酸二丁酯。K36,Ac43,Alc3,S55,O87,Ac41,O85,K27,Ald15,Ald26,K38,Alc11等与第2主成分高度正相关,这些物质分别为β-紫罗兰酮,棕榈酸,1-辛 烯-3-醇,二甲基三硫,吲哚,丁酸,2-乙基吡啶,2-庚 酮,(E)-2-已烯醛,十六醛,4',6-二甲基-2-羟基苯乙酮,异胡薄荷醇。由图1-b可以看出Alc8,O86,Alc5,Alc4,S53,S54,S57,Alc7,Alc9,Alc10,Alc12等在第3主成分上有较高的载荷,这些物质分别为4-萜烯醇,2,4,6-三甲基吡啶,芳樟醇,2-乙基己醇,2,4-二甲基噻吩,2,5-二甲基噻吩,2-乙酰基噻唑,二甲硫基甲烷,2-茨醇,α-松油醇,(R)-3,7-二甲基-6-辛烯醇,β-桉叶醇。
将各特征向量数据标准化后,各主成分得分如表4所示。由表4可知,虾酱Ⅱ与第1主成分的相关性最大,虾酱Ⅳ与第2主成分的相关性较大,虾酱Ⅲ与第3主成分的相关性较大,由此可说明,第1主成分代表了产自广东广州的虾酱Ⅱ,第2主成分代表了产自安徽芜湖的虾酱Ⅳ,第3主成分代表了产自山东威海的虾酱Ⅲ。不同产地虾酱挥发性物质组成不同,其中广东广州产的虾酱中挥发性物质主要是含硫类、吡嗪和酸类,安徽芜湖产的虾酱中挥发性物质主要是醛、酮类和其他类化合物,山东威海产的虾酱中挥发性物质主要是醇类和含硫类化合物。
表4 标准化后的主成分得分
Table 4 Principal component scores after standardization
采用顶空固相微萃取-气质联用技术结合主成分分析法分析不同产地虾酱的风味特征,共检测出89种挥发性风味成分,其中醛类、醇类、含硫类、吡嗪和吡啶等物质含量较高。产自广东广州的虾酱中挥发性物质以含硫类、吡嗪和酸类化合物为主,特征风味物质主要是乙酸,3-乙基-2,5-甲基吡嗪,2-甲基-5-异丙基吡嗪,2-乙酰-5-甲基噻吩,3-甲氧基苯硫酚,4-甲氧基茴香硫醚,丙酸等。产自安徽芜湖的虾酱中挥发性物质以醛类、酮类、吡啶和吲哚化合物为主,特征风味物质主要是β-紫罗兰酮,1-辛烯-3-醇,吲哚,2-乙基吡啶,2-庚酮,(E)-2-已烯醛,十六醛等。产自山东威海的虾酱中挥发性物质以醇类和含硫类化合物为主,特征风味物质主要是4-萜烯醇,2,4,6-三甲基吡啶,芳樟醇,2-乙基己醇,2,4-二甲基噻吩,2,5-二甲基噻吩,2-乙酰基噻唑,2-茨醇,α-松油醇等。
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ZHAO Honglei1, YIN Yiming2, CHEN Yiying2, XU Yongxia2*, ZHAO Jiamei2, LI Xuepeng2, LI Jianrong2
1 (Laboratory Management Center, Bohai University, Jinzhou 121013, China) 2 (College of Food Science and Technology, Bohai University, Jinzhou 121013, China)
ABSTRACT The volatile components in shrimp pastes from different regions were extracted by HS-SPME and analyzed by GC-MS. The results showed that a total of 89 volatiles were identified in shrimp pastes from four regions, such as aldehydes, alcohols, ketones, acids, esters, pyrazines, sulfur-containing compounds, and hydrocarbons etc. Principle component analysis showed that shrimp pastes from different regions had characteristic volatile components. The characteristic volatile compounds of shrimp paste made from Guangzhou included acetic acid, 3-ethyl-2,5-dimethyl-pyrazine, 2-methyl-5-(1-methylethyl)-pyrazine, 2-acetyl-5-methylthiophene, and meta-methoxybenzenethiol etc. The main volatile compounds of shrimp paste from Wuhu were β-ionone, 1-octen-3-ol, indole, 2-ethyl-pyridine, 2-heptanone, and (E)-2-hexenal etc., while the characteristic volatiles in shrimp paste from Weihai were terpinen-4-ol, 2,4,6-trimethyl-pyridine, 3,7-dimethyl-1,6-octadien-3-ol, 2-ethyl-hexanol, dimethyl disulfide, 2,4-dimethyl-thiophene, and 2,5-dimethyl-thiophene etc. The differences in volatile compounds in these shrimp pastes formed their respective flavor characteristics, which provide a scientific basis for origin identification, quality assessment and control of shrimp pastes.
Key words shrimp paste; flavor; SPME-GC-MS; principal component analysis