紫菜特征挥发性物质分析

胡传明, 徐继林, 朱建一, 严小军, 骆其君, 杨家新, 许 璞

(1. 南京师范大学 生命科学学院, 江苏 南京210097; 2. 江苏省海洋水产研究所, 江苏 南通226007; 3. 宁波大学海洋生物工程重点实验室, 浙江 宁波315211; 4. 常熟理工学院 生物与食品工程系, 江苏 常熟 215500)

紫菜特征挥发性物质分析

胡传明1,2, 徐继林3, 朱建一4, 严小军3, 骆其君3, 杨家新1, 许 璞4

(1. 南京师范大学 生命科学学院, 江苏 南京210097; 2. 江苏省海洋水产研究所, 江苏 南通226007; 3. 宁波大学海洋生物工程重点实验室, 浙江 宁波315211; 4. 常熟理工学院 生物与食品工程系, 江苏 常熟 215500)

应用顶空固相微萃取和气相色谱-质谱联用技术, 对坛紫菜(Porphyra haitanensis)、条斑紫菜(Porphyra yezoensis)与其一个突变品系的生长藻体挥发性物质进行分析, 共分离鉴定出66种挥发性组分, 3个紫菜试样中分别含有36、44和45种。鉴定组分中有21种为紫菜共有挥发性物质, 其中8-十七烯和十五烷的相对量值最大, 可能是紫菜重要的挥发性风味组分, 而一些短链醛、醇及酮类与紫菜的特征嗅感物质构成有关。野生型条斑紫菜与其突变品系Y-gr之间的风味组分无显著差别, 所含挥发物中醛、酮相对量值明显高于坛紫菜。

紫菜; 挥发性化合物; SPME; GC/MS

海藻食品除了有丰富的营养成分外, 其独特的风味也是引人向往的重要因素。目前, 对于食品的风味物质研究已被关注。风味物质包括味感物质和嗅感物质, 挥发性风味物质是嗅觉感知的一类化合物组分, 包括香气物质和香味物质, 其特点是易挥发,含量极低。对食品挥发性风味物质的研究较多涉及茶叶、水果、酒类、肉制品、乳制品及食用调料等[1-6],在海产品中报道较少。

紫菜是重要的栽培海藻, 经济价值约占全世界海藻产业的 2/3。我国是主要紫菜生产国之一, 并是从事条斑紫菜和坛紫菜两种紫菜人工栽培的唯一国家[7]。紫菜因为其独特的风味和丰富的营养受到人们的喜爱, 在东亚地区尤为受欢迎。紫菜食品消费对品质的要求很高, 尤其以烤、调为主的紫菜加工品, 不仅以色泽、味感等评价产品质量, 并且还将香型等嗅觉感受作为品质的重要评价指标。

虽然作为脂肪酸与氨基酸次级代谢产物的挥发性物质在绿藻、褐藻及红藻等多种海藻中已被分析鉴定[8-9], 一些特征性挥发物组分也有阐述[10], 但很少有对紫菜挥发性物质进行专门的研究, 关于特征性的挥发风味物质组成、含量等分析研究几乎未见报道。甘紫菜藻体中已被分析含有超过 100种挥发性物质, 其鉴定物质中包括类胡萝卜素降解化合物(α-紫罗兰酮、β-紫罗兰酮和二氢猕猴桃内酯)、不饱和短链醛和长链醛等[11-13]。

食品挥发性物质的研究进展得益于分离与分析技术的进步。目前重要的分离方法有同时蒸馏萃取法(Simultaneous Distillation Extraction, SDE)、分子蒸馏法(Molecular Distillation, MD)、固相微萃取法(Solid Phase Microextraction, SPME)和顶空分析法(Head Space, HS)等。气质联用仪(GC/MS)、人工嗅辨器(GC-O)[14]及电子鼻[15]等检测技术的进步, 推动了挥发性物质的研究, 并使特征风味物质的研究成为可能。

本研究利用HS-SPME-GC/MS技术, 对坛紫菜、条斑紫菜及其一个突变品系Y-gr生长藻体的挥发性组分进行分离鉴定, 以期通过特征性化合物对紫菜风味成分的组成及作用进行分析讨论。

1 材料与方法

1.1 材料与样品制备

实验材料为紫菜叶状体藻体。坛紫菜(Porphyra haitanensis)采自浙江象山栽培海区, 条斑紫菜(Porphyra yezoensis)及其突变品系 Y-gr藻体采自江苏南通栽培海区。Y-gr为条斑紫菜的绿色突变型品系, 生长藻体在同一栽培海区与一般野生型藻体可以明晰分辨。

采集的紫菜藻体经蒸馏水洗净, -70℃冷冻干燥,4℃低温保存。分析样品经研磨成粉, 过0.45 mm筛备用。

1.2 实验方法

1.2.1 分析样品预处理

称取样品各1.00 g, 分别加入15 mL SPME顶空瓶中, 75 μm Carboxen- PDMS萃取头 GC进样口250℃老化 30 min, 80℃条件下插入顶空瓶中, 萃取45 min,室温下15 min, 取出萃取头立即插入250℃进样口, 脱吸附2 min, GC/MS分析。

1.2.2 GC/MS条件

GC条件： 采用 SPB-5毛细管柱, 进样口温度250℃, 载气为 99.999%的高纯氦, 进样时间 1 min,柱流速 1.00 mL/min,柱前压 60.5 kPa, 柱起始温度32℃, 保持 3 min, 以 5℃/min升温至 50℃, 保持 1 min, 然后以 20℃/min升温至 200℃, 保持 15 min,再以30℃/min升温至270℃, 保持15 min。

MS条件： 电子轰击(electron impact EI)源能量70 eV, 温度200 ℃, 接口温度300℃, 选取全程离子碎片扫描(SCAN)模式, 质量扫描范围为40～500 m/z,溶剂延迟3.5 min。

1.2.3 质谱检索及数据处理

NIST 147及WILEY 7谱库检索, 以标准图谱为基础, 结合弱极性SPB-5柱的特点和有关文献, 人工检索进行化合物的定性, 色谱峰面积归一法定量。

2 结果与分析

2.1 挥发性物质的鉴定

经质谱分析表明, 从分析试样的谱峰中共分离鉴定出 66种挥发性化合物, 坛紫菜、条斑紫菜和Y-gr中各含有其中的36、44和45种, 它们的相对含量见表1。

各试样含量最高的挥发性组分是 8-十七烯, 在坛紫菜、条斑紫菜和 Y-gr中分别占到 65.82%、50.64%和 21.78%, 其次是十五烷, 分别占 6.90%、4.59%和 7.64%; 醛类化合物种类最多, 坛紫菜、条斑紫菜和Y-gr试样中分别含有11、11和14种。

2.2 共同挥发性组分及其分析

3个紫菜试样中分离鉴定的共同挥发性组分 21种, 其中醛8种、酮5种、醇2种、烯烃及烷烃4种和 2种含苯化合物。其含量组成一定程度上代表了紫菜的特征风味组成。

2.2.1 醛类化合物

由紫菜试样鉴定的共同醛类物质中, (E,Z)-2,6-壬二烯醛在条斑紫菜和绿藻中已有报道[13,8],(E,Z)-2,4-庚二烯醛是鲫鱼的特征气味之一, 其被认为具有鱼腥味和金属味[16], 它们可能构成紫菜鲜腥的气味。被检出的辛醛、壬醛、癸醛和十二醛等短直链饱和醛通常产生辛辣的刺激性气味[17], 它们可能对紫菜的特征风味有重要贡献, 这些醛在条斑紫菜和Y-gr中相对含量分别为7.57%和17.10%, 远高于坛紫菜的含量(1.72%)。在孔石莼与蜈蚣藻中含量较大的十五醛未在三种紫菜试样中鉴出[18], 苯甲醛和苯乙醛在多种植物中被发现[19-20], 具有苦杏仁和花的香味, 已经广泛应用于香料工业。

2.2.2 酮类化合物

共同的酮类物质在条斑紫菜及其突变品系中分别为2.98%和8.18%, 均高于坛紫菜的含量。酮类一般由不饱和脂肪酸热氧化或降解产生[21], C7～12酮是某些天然物质的香气成分[22], 分子量较大的不饱和酮类化合物具有花香味, 碳链越长其散发的特征花香味越强烈[23]。在紫菜5个共同酮类化合物中, 碳链数均大于 7, 而在条斑紫菜绿色型品系 Y-gr含量显著, 这可能与其作为烤制品时散发的清醇香味有关。

2.2.3 烃类和醇类化合物

紫菜中的 4种烃类化合物所占含量比值最高,坛紫菜高达74.94%, 条斑紫菜为56.49%, Y-gr较低,为 33.79%。8-十七烯和十五烷含量最高, 它们已知是淡水褐藻和一些海藻的特征风味物质[24-25], 因而也可能是紫菜的重要风味物质之一。

海藻是挥发性卤素化合物的重要资源, 多种红藻中都存在卤化物[26], 本实验鉴定分析的紫菜样品中都含有 1-溴-5-十七烯, 而在条斑紫菜中还发现另一种溴化物溴代己烷。

醇类物质中的 1-辛烯-3-醇存在多种淡水鱼类和海藻中[10,27], 是水产品中常见的风味物质, 可能是腥味的来源之一。

2.3 条斑紫菜挥发物组成分析

表1结果表明, 有33种挥发性组分共存于条斑紫菜及其突变品系的生长藻体中, 它们的总含量在分析试样挥发物中, 分别占到87.54%和88.92%。利用Origin软件对条斑紫菜2个试样中的33种挥发性

物质含量进行配对t-检验(表 2), 在 95%置信区间没有显著差别, 显示条斑紫菜的特征挥发性成分在 2种被检藻体中基本相似。

表1 紫菜挥发性成分鉴定结果Tab. 1 Volatile constituents of Porphyra

续表1

表2 条斑紫菜2个试样的挥发性成分配对t-检验Tab. 2 Paired sample t-test of volatile components in two P. yezoensis

在条斑紫菜分析试样中, 相对含量较高的有烃类化合物 8-十七烯、十五烷与 3-寅炔, 以及短链醛壬醛、癸醛与辛醛。另外, 仅在条斑紫菜中被检出而为其特有的化合物中, 2种吡嗪类物质2,5-二甲基吡嗪和 3-乙基-2,5-二甲基吡嗪, 以及 β-紫罗兰酮和二氢猕猴桃内酯的含量也相对较高。吡嗪是含氮的杂环化合物, 具有独特的香味, 在烤食中经常出现[28-29],它们可能是条斑紫菜烤制食品中香味的重要来源。α-紫罗兰酮、β-紫罗兰酮和二氢猕猴桃内酯属于类胡萝卜素降解物质, 具有花香味, 曾在条斑紫菜和甘紫菜中发现[11,13]。条斑紫菜Y-gr品系的醛、酮和类胡萝卜素降解化合物相对量值明显增高, 其在感官上表现出的更具清香味可能得益于此。

2.4 坛紫菜挥发物组分分析

在坛紫菜试样中, 烃类化合物 8-十七烯含量的相对比值高达 65.82%, 其次成分是十五烷, 占6.90%, 其他化合物成分均较低。坛紫菜与条斑紫菜的特有组分中, 以短链烯醇 3-环己烯-1-乙醇与 3,6-壬二烯-1-醇含量较大, 甲醇和 2-月桂烯的量值较低,前二者与新鲜的淡水鱼类气味相关[30], 后二者多见于陆生植物中[31-32]。坛紫菜还有 5种挥发性组分与条斑紫菜突变品系 Y-gr相同, 分别为十六烷、十八烯、十九烯、十四醛与Z-2-辛烯醛, 总含量占坛紫菜5.78%。

从坛紫菜的挥发物组成看, 个别烃类化合物含量出现显著高值, 而大多数挥发性组分均为低值,这是否就决定了坛紫菜的嗅感性质？一般讲, 食品的气味与所含挥发性物质的成分、量值相关, 影响气味的感受程度与含量有紧密关系。但在另一方面,OAV(气味活化值)也是影响气味感受的重要因素之一, 不同的挥发性化合物具有不同的 OAV, 其量值与气味感受成反比, 挥发物 OAV越低, 其表现的气味越浓郁[23]。挥发物含量变化与嗅觉感受并非都成比例, 因此挥发性物质含量及组成是否能够代表紫菜食品气味的整体构架, 尚需进一步研究。

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Characteristic volatile matters inPorphyra(Bangiales)

HU Chuan-ming1,2, XU Ji-lin3, ZHU Jian-yi4, YAN Xiao-jun3, LUO Qi-jun3, YANG Jia-xin1, XU Pu3
(1. School of Life Science, Nanjing Normal University, Nanjing 210097, China; 2. Institute of Oceanology &Marine Fisheries, Nantong 226007, China; 3. Key Laboratory of Marine Biotechnology, Ningbo University,Ningbo, 315211, China; 4. Biology and Food Engineering Department, Changshu Institute of Technology,Changshu, 215500, China)

Apr., 20, 2010

Porphyra; volatile matter; SPME; GC/MS

Head space solid microextraction and GC-MS were employed to investigate the profiles of volatile compounds fromPorphyra haitanensis,Porphyra yezoensisand a green mutant ofP. yezoensis.Sixty-six volatile compounds were identified in the threePorphyrain whichPorphyra haitanensiscontains 36 components,Porphyra yezoensiscontains 44 components and the green mutant 45 components. Among the 66 volatile compounds, 21 were identified in all threePorphyrawith high relative amounts of 8-heptadecene and pentadecane, which might be reponsible for the flavor ofP. yezoensis. Volatile compounds of short chain aldehyde, alcohol and ketone forms the characteristic flavor ofP. yezoensis. The volatile components are similar between the wild-type and the green mutant ofP. yezoensis, except that aldehydes and ketones were of greater abundance inP. yezoensisthan inP. haitanensis.

TS254.5

A

1000-3096(2011)04-0106-06

2010-04-20;

2010-11-18

江苏省高技术研究项目(BG2006333); “十一五”国家 863计划项目(2006AA10A413); “十一五”国家支撑项目(2006BAD09A08-05)

胡传明(1980-), 男, 江苏新沂人, 硕士研究生, 研究方向：水产生物化学, 电话： 0513-85232689, E-mail： hucharming@gmail.com;通信作者： 许璞, E-mail： xupu66@sina.com

张培新)