沙丁鱼(sardine)隶属于真骨鱼门、鲱科(鲱形目),主要分布于中国东南海岸及黄海以北,为典型的温带海洋性中上层鱼类[1]。沙丁鱼是一种在海洋中广泛分布的鱼类,它们以其独特的营养价值而闻名。尽管沙丁鱼的体型较小,但它们却属于高脂肪鱼类,这意味着它们的体内含有较高比例的脂肪。这些脂肪主要是珍贵的不饱和脂肪酸,对人体健康大有裨益。
通过摄取高品质的沙丁鱼油,并适当地补充维生素A、维生素D 等营养素,人们可以更全面地支持身体的整体健康状态[2]。沙丁鱼油中富含多不饱和脂肪酸,这些多不饱和脂肪酸主要以甘油三酯的形式存在,占比可达总质量的10%~25%[3]。当沙丁鱼油贮藏一定时期,提取出的油脂不免会受到氧化变质的影响。探究沙丁鱼油的氧化情况、分析鱼油品质变化规律,以及如何确保沙丁鱼油价值具有更大可持续性,是十分重要的[4]。
气相色谱-离子迁移谱(gas chromatography-ion mobility spectrometry,GC-IMS)分析技术用于分析挥发性有机物,在食品风味、香精香料、油类加工等领域已被广泛应用[5]。GC-IMS 作为新兴挥发性成分检测技术,克服了电子鼻对复杂气味或低浓度气味辨识度低的缺陷,充分结合了GC 技术高分离能力和IMS 技术高辨识能力,具有灵敏性高、检测速度快、样品无需前处理、成本低等特点[6-8]。因此,本研究采用GC-IMS 技术对沙丁鱼油不同贮藏期间挥发性成分进行分析,以期为沙丁鱼油不同贮藏期间挥发性成分变化提供参考。
沙丁鱼油:浙江普罗德食品科技有限公司,样品采用低温保温箱保存,要求0.5 h 内运回实验室,在-18 ℃下储存。
DHG-9070 电热恒温鼓风干燥箱:上海一恒科学仪器有限公司;PEN3 电子鼻:德国AIRSENSE 公司;FA-1004 电子天平:上海舜宇恒平科学仪器有限公司;TGL-16M 离心机:湖南湘仪实验室仪器开发有限公司;7890A 气相色谱仪:美国Agilent 公司;Flavour-Spec®风味分析仪:德国GAS 公司。
1.3.1 样品处理
准确量取沙丁鱼油3.00 mL,置于20 mL 顶空瓶中,使用风味分析仪进行分析,每组样品3 个平行。贮藏28 d,每7 d 取样分析。
1.3.2 系统条件
风味分析系统参数见表1~表3。
表1 气相色谱-离子迁移谱参数
Table 1 GC-IMS parameters
名称分析时间色谱柱类型柱温载气/漂移气IMS 温度参数40 min MXT-WAX 30 m×0.53 mm×1 μm 60 ℃N2 45 ℃
表2 自动顶空进样参数
Table 2 Automatic headspace injection parameters
名称进样体积孵育时间孵育温度进样针温度孵化转速参数200 μL 15 min 60 ℃85 ℃500 r/min
表3 气相色谱参数
Table 3 Gas chromatographic conditions
时间00∶00 02∶00 10∶00 25∶00 30∶00载气量/(mL/min)150 150 150 150 150梯度流量/(mL/min)2 2 1 0记录开始100 100停止
1.3.3 鱼油理化指标的测定
酸值参考GB 5009.229—2016《食品安全国家标准 食品中酸价的测定》进行测定;过氧化值参考GB 5009.227—2016《食品安全国家标准 食品中过氧化值的测定》进行测定;茴香胺值参考GB/T 24304—2009《动植物油脂 茴香胺值的测定》进行测定;共轭二烯值参考赵腾飞等[9]的方法测定。
1.3.4 鱼油脂肪酸组成分析
鱼油脂肪酸含量GB 5009.168—2016《食品安全国家标准 食品中脂肪酸的测定》参考。
仪器参数为色谱柱TG-FAME(50 m×0.25 mm×0.20 μm);升温程序:80 ℃保持1 min,以20 ℃/min 的速率升温至160 ℃,保持1.5 min,再以3 ℃/min 的速率升温至250 ℃,保持3 min;进样口温度270 ℃;载气:氮气,流速0.63 mL/min;分流进样,分流比100∶1;检测器:氢火焰离子化检测器(flame ionization detector,FID);检测器温度280 ℃[10-12]。
脂肪酸含量计算公式如下[10-12]。
式中:W 为试样脂肪酸含量,g/100 g;C 为试样测定液中脂肪酸甲酯的浓度,mg/L;V 为定容体积,mL;k为各脂肪酸甲酯转化为脂肪酸的换算系数;N 为稀释倍数;m 为试样的质量,g;10-4 为换算系数。
1.3.5 沙丁鱼油关键挥发性物质评价方法
气味活度值(odor activity value,OAV)的计算公式如下。
式中:O 为气味活度值;CA为物质A 的绝对浓度,μg/kg;TA 为物质A 的香气阈值,μg/kg。
采用VOCal、Reporter、Gallery Plot、Dynamic PCA等软件工具对沙丁鱼油进行分析。利用Origin 2022和Excel 软件进行试验数据的处理和绘图。
贮藏时期沙丁鱼油基本理化指标变化见图1。
图1 贮藏时期沙丁鱼油基本理化指标变化
Fig.1 Basic physicochemical indexes of sardine oil in different storage periods
A.酸值;B.过氧化值;C.茴香胺值;D.共轭二烯值。
由图1A 可知,贮藏0~28 d 期间,沙丁鱼油酸值均呈上升趋势,其中在贮藏7~14 d 时,沙丁鱼油的酸值增速较为缓慢,而贮藏后期21~28 d 时酸值的增速加快。贮藏初期,沙丁鱼油的酸值为(0.62±0.04)mg/g,但在贮藏末期,沙丁鱼油酸值升至(1.59±0.03)mg/g。由图1B 可知,沙丁鱼油的过氧化值在贮藏期间持续升高,贮藏0~14 d 期间,由(0.70±0.10)mmol/kg 快速上升至(4.77±0.14)mmol/kg,这是因为甘油三酯和其他有关物质的异构化和分解速度加快。由图1C 可知,在贮藏前期(0~14 d)沙丁鱼油的茴香胺值由6.28±0.52 增加至7.50±0.57,增长速度较为缓慢。但在贮藏后期(14~28 d),沙丁鱼油的茴香胺值上升速度加快,由7.50±0.57 快速上升至13.64±0.80。由图1D 可知,沙丁鱼油中的共轭二烯值持续增加,由19.80±0.30 快速上升至26.72±0.42,这是因为沙丁鱼油在贮藏期间其脂质发生了氧化,导致沙丁鱼油品质下降。
贮藏期间沙丁鱼油脂肪酸含量的变化见表4。
表4 贮藏期间沙丁鱼油脂肪酸含量的变化
Table 4 Changes in fatty acid content of sardine oil during storage
脂肪酸名称葵酸(C10∶0)月桂酸(C12∶0)十三碳酸(C13∶0)肉豆蔻酸(C14∶0)肉豆蔻油酸(C14∶1)十五碳酸(C15∶0)棕榈酸(C16∶0)脂肪酸含量/(g/100 g)贮藏0 d 0.028 1 0.247 8 0.068 6 12.181 0 0.071 2 0.716 6 21.756 3贮藏14 d 0.027 4 0.247 6 0.067 3 11.688 0 0.071 3 0.726 4 20.256 6贮藏28 d 0.025 9 0.233 2 0.058 5 10.760 7 0.061 6 0.760 7 19.632 4
续表4 贮藏期间沙丁鱼油脂肪酸含量的变化
Continue table 4 Changes in fatty acid content of sardine oil during storage
脂肪酸名称棕榈油酸(C16∶1)十七碳酸(C17∶0)硬脂酸(C18∶0)油酸(C18∶1;n-9c)亚油酸(C18∶2;n-6c)γ-亚麻酸(C18∶3;n-6)α-亚麻酸(C18∶3;n-3)二十碳一烯酸(C20∶1)二十碳五烯酸(C20∶5;n-3)二十二碳六烯酸甲酯(C22∶6;n-3)饱和脂肪酸单不饱和脂肪酸多不饱和脂肪酸脂肪酸含量/(g/100 g)贮藏0 d 9.553 1 0.282 5 0.631 6 13.032 7 0.559 5 0.088 7 0.232 2 0.028 9 6.195 6 16.756 0 35.912 5 22.685 9 23.832 0贮藏14 d 9.166 0 0.271 1 0.594 7 12.882 4 0.525 3 0.076 0 0.211 8 0.029 0 5.812 8 15.106 8 33.879 1 22.148 7 21.732 7贮藏28 d 8.253 7 0.266 2 0.566 7 12.593 1 0.443 0 0.071 2 0.163 6 0.031 8 5.460 7 14.004 4 32.204 3 20.940 2 20.142 9
由表4 可知,贮藏0、14、28 d 时,3 个样品共检出17 种脂肪酸,其中饱和脂肪酸8 种、单不饱和脂肪酸4 种、多不饱和脂肪酸5 种,且脂肪酸含量在贮藏期间整体呈下降趋势。在0~28 d 常温贮藏期间,饱和脂肪酸含量下降3.71%,单不饱和脂肪酸下降1.47%,多不饱和脂肪酸下降3.69%。十五碳酸、二十碳一烯含量略微上升。
贮藏期间沙丁鱼油样品GC-IMS 三维图见图2。
图2 贮藏期间沙丁鱼油的挥发性有机物的GC-IMS 三维谱图
Fig.2 GC-IMS three-dimensional spectra of volatile organic compounds in sardine oil at different storage periods
由图2 可知,样品中物质的峰体积表明,贮藏28 d的沙丁鱼油整体的风味成分含量明显高于贮藏0 d,初步判断贮藏28 d 的沙丁鱼油比0 d 气味丰富程度高。
三维谱图可以直观看出不同贮藏期鱼油挥发性有机物的差异。但为了更便于观察,取俯视图进行差异对比[13]。不同贮藏期间沙丁鱼油挥发性成分二维地形图见图3。
图3 不同贮藏期沙丁鱼油的二维地形图
Fig.3 Two-dimensional topography of sardine oil at different storage periods (direct comparison)
由图3 可知,通过比较分析储存期间沙丁鱼油的二维地形图,可直观发现在贮藏后期,沙丁鱼油中挥发性成分的信号强于贮藏前期,表明其风味比贮藏前期更丰富。
采用差异模式进行比较,选取0 d 鱼油的光谱作为参考,减去其他样品的光谱。若两种挥发性有机物一致,则相减后的背景为白色。红色表示该物质的浓度高于标准浓度,蓝色表示该物质的浓度低于标准浓度[14]。贮藏期间沙丁鱼油的差异对比二维地形图见图4。
图4 贮藏期间沙丁鱼油的差异对比二维地形图
Fig.4 Two-dimensional topography of sardine oil at different storage periods(comparison of differences)
从图4 中可以看到,贮藏14 d 的沙丁鱼油中挥发性物质多于贮藏0 d 沙丁鱼油,而贮藏28 d 的沙丁鱼油中挥发性物质最多。
不同贮藏期沙丁鱼油特征风味物质的GC-IMS 定性结果,见图5。对沙丁鱼油中挥发性风味物质进行定量分析,结果见表5。
图5 不同贮藏期沙丁鱼油特征风味物质的GC-IMS 定性结果
Fig.5 GC-IMS characterization results of characteristic flavor substances of sardine oil at different storage periods
表5 沙丁鱼油特征风味物质定性分析(n=3)
Table 5 Qualitative analysis of characteristic flavor substances in sardine oil (n=3)
注:同行不同字母表示差异显著(P<0.05)。
类别醛类编号相对含量/%化合物己醛-M己醛-D戊醛丙醛庚醛-M(E)-2-庚烯醛(E)-2-己烯醛-M戊醛(E)-2-己烯醛-D辛醛庚醛-D 2-己烯醛-M 2-己烯醛-D(E)-2-戊烯醛-M(E)-2-戊烯醛-D丙烯醛丁醛(Z)-2-戊烯醛-D总含量丙酮2-丁酮-M 1-羟基-2-丙酮-M 1-羟基-2-丙酮-D环己酮-M环己酮-D 2-丁酮-D 2,3-丁二酮1-戊烯-3-酮-M 1-戊烯-3-酮-D相对含量/%类别编号1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0醇类29 30 31 32 33 34 35 36 11 12 13 14 15 16 17 18酯类贮藏0 d 1.10±0.01c 2.59±0.06c 2.18±0.06b 1.47±0.09b 1.00±0.03c 0.74±0.08b 5.97±0.02c 1.68±0.03c 0.96±0.03c 0.90±0.03c 5.42±0.07c 2.77±0.06c 0.41±0.02c 1.87±0.04b 0.85±0.01c 1.85±0.03c 5.98±0.08c 2.15±0.09c 38.89±0.84 5.16±0.18c 7.74±0.02b 1.84±0.06c 1.25±0.07c 1.83±0.10c 0.76±0.01c 2.99±0.05c 12.59±0.80a 6.74±0.05b 2.97±0.03c贮藏14 d 2.49±0.04b 4.23±0.05b 1.02±0.08c 1.63±0.08a 2.40±0.05b 2.07±0.06b 8.09±0.03b 3.03±0.05b 1.52±0.04b 1.03±0.05b 6.17±0.10c 4.08±0.09b 1.55±0.05b 2.78±0.06a 1.09±0.04b 2.87±0.09b 6.10±0.09b 2.94±0.05b 52.54±1.10 7.50±0.31b 9.04±0.12a 4.10±0.08b 3.85±0.34b 3.26±0.08b 1.50±0.08b 5.09±0.08b 6.67±0.20c 6.96±0.08a 5.49±0.06b贮藏28 d 3.05±0.05a 6.01±0.08a 3.90±0.09a 1.27±0.05a 3.35±0.06a 4.60±0.09a 10.16±0.05a 5.41±0.06a 2.05±0.05a 2.96±0.08a 8.91±0.12a 7.18±0.13a 2.18±0.04a 1.77±0.02c 3.03±0.09a 4.25±0.10a 6.13±0.06a 5.22±0.06a 81.43±1.28 8.88±0.17a 5.09±0.08c 7.01±0.07a 5.09±0.24a 5.11±0.05a 2.37±0.07a 8.63±0.07a 7.71±0.02b 6.22±0.02c 7.24±0.02a 37 38 39 40 41 42 43酸类酮类19 20 21 22 23 24 25 26 27 28醚类其他类44 45 46 47 48 49 50 51 52 53化合物总含量2-乙基-1-己醇-M 2-乙基-1-己醇-D(Z)-3-己烯醇1-丙醇乙醇1-丁醇1-戊烯-3-醇-M 1-戊烯-3-醇-D总含量己酸乙酯乙酸乙酯丙酸乙酯戊酸乙酯-M戊酸乙酯-D丁酸乙酯-M丁酸乙酯-D总含量丙酸乙酸-M乙酸-D二甲基硫醚二甲基二硫醚噻吩哌嗪对异丙烯-M对异丙烯-D 1,1-二乙氧基乙烷总含量贮藏0 d 43.87±1.37 3.94±0.06a 2.48±0.02a 0.57±0.09b 3.09±0.05c 9.70±0.27c 1.46±0.02c 4.22±0.05c 3.39±0.08c 28.85±0.42 2.87±0.03b 2.88±0.06c 0.86±0.03c 3.85±0.10c 2.71±0.11c 2.46±0.09c 2.30±0.09c 17.93±0.39 3.10±0.03c 2.56±0.06c 2.28±0.05c 3.46±0.07a 1.76±0.03c 5.99±0.10a 0.93±0.06c 0.59±0.08c 0.37±0.07c 1.67±0.12a 22.71±0.67贮藏14 d 53.46±1.25 3.40±0.02a 2.54±0.07a 0.76±0.01b 6.93±0.09a 15.77±0.28b 1.72±0.05b 5.79±0.09b 4.29±0.06b 41.2±0.67 2.81±0.03c 3.41±0.17b 4.11±0.09b 4.83±0.14b 4.23±0.15b 6.02±0.10b 4.29±0.12b 29.7±0.8 4.85±0.05b 4.38±0.06b 4.02±0.04b 2.47±0.11c 4.55±0.10b 4.88±0.12b 1.94±0.02b 1.51±0.06b 1.19±0.90b 1.81±0.10b 31.60±0.75贮藏28 d 63.35±0.81 2.41±0.03b 2.70±0.08a 5.06±0.22a 5.74±0.06b 17.12±0.35a 2.31±0.07a 6.22±0.06a 5.47±0.08a 47.03±0.95 3.78±0.02a 5.27±0.10a 5.96±0.06a 7.02±0.16a 6.73±0.10a 10.79±0.05a 7.32±0.15a 46.87±0.64 6.13±0.03a 6.17±0.10a 5.90±0.04a 2.91±0.06b 6.04±0.08a 2.95±0.06c 2.88±0.02a 5.20±0.13a 4.10±0.06a 2.11±0.14c 44.39±0.72
从图5 和表5 中可以看出,共有53 种挥发性成分被检出,这些成分按照化学类别可以分为醛类18 种、酮类10 种、醇类8 种、酯类7 种、酸类2 种、醚类2 种、其他类6 种,这些挥发性成分在食品的风味和香气中起着关键作用,直接影响鱼油的感官品质[15]。对鱼油风味起主要作用的成分有己酸乙酯、(Z)-3-己烯醇、(E)-2-己烯醛-D、辛醛、环己酮、2-己烯醛、戊酸乙酯-M、乙酸乙酯、丙酸乙酯、丁酸乙酯、己醛-M、己醛-D等。酯类在贮藏后期相对含量达到最大值。二甲基二硫醚、戊酸乙酯、庚醛-D、1-丙醇、乙酸、丙酸等风味成分的大量出现则表明鱼油的氧化情况加剧,品质降低。
当鱼油中挥发性物质相对含量较高时,不能直接判定该物质对鱼油的整体风味贡献值较大,因为整体风味是由挥发性成分浓度和感觉阈值共同决定[16-17],因此,采用气味活度值法对贮藏期间沙丁鱼油的关键风味成分进行分析,结果见表6。
表6 贮藏期间沙丁鱼油关键风味成分的OAV 及其气味特征
Table 6 OAV of key flavor components of sardine oil during storage and their odor characteristics
类别醛类OAV酮类酯类化合物己醛-D庚醛丁醛2,3-丁二酮2-丁酮戊酸乙酯己酸乙酯香气特征鱼腥味、青草香脂蜡味、似果香味稀释后有清香味稀释后有奶油味具有薄荷香味有果香、味道厚重具有果香感觉阈值/(μg/kg)4.50 2.80 9.00 2.30 50 000.00 1.50 1.00贮藏0 d 0.58 1.94 0.66 5.47<0.01 2.57 2.87贮藏14 d 0.94 2.20 0.68 2.90<0.01 3.22 2.81贮藏28 d 1.34 3.18 0.68 3.35<0.01 4.68 3.78
醛类和酯类物质的感觉阈值普遍偏低,对沙丁鱼油的整体风味具有重要影响;酮类化合物的感觉阈值普遍较低,对鱼油整体挥发性风味有一定贡献。因此将对部分主要的醛类、酮类和酯类化合物进行气味活度计算分析,进一步得出影响沙丁鱼油整体风味的关键物质。
当OAV≥1 时,则表示该挥发性物质对样品的整体气味具有重要作用;当0<OAV<1 时,表示该物质对样品整体气味具有一定作用;当OAV≤1 时,表示该物质对样品的整体气味无明显作用[18-22]。具有青草香的己醛-D 和果香味的庚醛的相对含量高,且感觉阈值较低,故OAV 较高,对鱼油的风味具有重要贡献价值;丁醛的感觉阈值偏高,其气味活度值小于1,对鱼油的整体风味具有一定的贡献;此外2,3-丁二酮、戊酸乙酯和己酸乙酯的气味活度值均大于1,为沙丁鱼油的关键风味物质。比如2-丁酮,其相对含量较高,同时感觉阈值也较高,使得其气味活度值偏低,均小于0.01,对沙丁鱼油的整体风味几乎无影响。
贮藏期间沙丁鱼油挥发性成分指纹图谱分析结果见图6。
图6 不同贮藏期沙丁鱼油中挥发性风味物质指纹图谱
Fig.6 Fingerprint of volatile flavor substances in sardine oil at different storage periods
A、B、C 区域分别代表沙丁鱼油在贮藏0、14、28 d 的风味浓厚区域。
由图6 可知,A、B、C 区域响度值较高。A 区域为贮藏0 d 沙丁鱼油风味浓厚区,主要风味物质包括乙醇、噻吩、丙醛、丙烯醛、丁醛、1,1-二乙氧基乙烷等。其中的己酸乙酯具有清新淡雅的水果香味,形成鱼油的基础风味。B 区域为贮藏14 d 沙丁鱼油风味浓厚区,其主要挥发性风味物质包括1-丙醇、乙醇、丙酮、丙醛、(E)-2-戊烯醛-M、丙烯醛、二甲基硫醚、丁醛等。C区域为贮藏28 d 沙丁鱼油风味浓厚区,主要风味物质包括(Z)-3-己烯醇,丙醛、乙醇、戊醛、辛醛、对异丙烯-D、对异丙烯-M、丙烯醛、丁醛、乙酸乙酯等。随着沙丁鱼油贮藏时间延长,乙醇、丙酮、1-丁醇、二甲基二硫醚等成分含量呈上升趋势,1-丙醇、噻吩、二甲基硫醚、丁醛含量呈下降趋势;1-丙醇、1-戊烯-3-酮-M 含量在沙丁鱼油贮藏后期呈现先上升后下降的趋势。
通过GC-IMS 技术初步分析了沙丁鱼油在25 ℃贮藏期间挥发性成分轮廓,共鉴定了53 种挥发性成分,其中醇类8 种、酯类7 种、酮类10 种、醛类18 种、酸类2 种、醚类2 种和其他挥发性风味物质6 种。结合OAV 分析得出对沙丁鱼油的整体风味具有重要贡献的成分有醛类(己醛、庚醛、丁醛)、酮类(2,3-丁二酮、2-丁酮)、酯类(戊酸乙酯、己酸乙酯等),其中醛类为主要贡献成分。沙丁鱼油的酸值、过氧化值、茴香胺值、共轭二烯值均随贮藏时间的延长而增加。沙丁鱼鱼油脂肪酸含量在整个贮藏期间呈下降趋势,在常温贮藏0~28 d 期间,饱和脂肪酸含量下降3.71%,单不饱和脂肪酸下降1.47%,多不饱和脂肪酸下降3.69%。研究结果对沙丁鱼油的贮藏品质变化研究具有一定的指导作用。
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