响应面优化美国大口胭脂鱼脱腥条件

刘方芳，卢祺，刘津延，包建强,2,3*

1(上海海洋大学 食品学院, 上海， 201306)2(上海水产品加工及贮藏工程技术研究中心, 上海， 201306)3(农业部水产品贮藏保鲜质量安全风险评估实验室(上海)，上海， 201306)

美国大口胭脂鱼，产自北美洲，是大型淡水经济鱼类，它又被称为牛鲤、巨口牛脂鱼，其蛋白质含量高，肉嫩味鲜。美国大口胭脂鱼个体较大、生长很快、繁殖力较强、适应能力强、其食物杂而多样，并且逃避凶猛鱼类的能力极强[1]。水产品腥味的产生严重制约了水产品的进一步发展[2]。目前，水产品的鱼腥味是制约水产品加工及开发的关键因素，不同类型的水产品会产生不同的腥味物质。水产品腥味物质来源广，种类多，并不是单一的成分，往往是很多种挥发性成分相互协同的结果，主要有醇类、醛类、酮类、烃类和萘类等[3]。美国大口胭脂鱼也存在着淡水鱼的通病—腥味问题。因此，减轻美国大口胭脂鱼的腥味，改善其品质是当前需要解决的问题。鱼腥味形成的主要原因有：(1)微生物的代谢与繁殖,在厌氧微生物或酶的作用下，三甲胺、二甲胺等腥味物质被氧化三甲胺分解产生[4]；(2)鱼从外部环境中吸收挥发性有机化合物；(3)鱼类或其环境中的物质积聚在生物体内[5]。脱腥的方法多种多样，抗氧化剂脱腥法是较为常见的，陈漪等[6]在对金枪鱼得脱腥实验中得到其最佳条件是绿茶用量为25 g/L，脱腥3 h。徐永霞等[7]在优化茶多酚脱腥实验中，得到茶多酚溶液质量浓度3 g/L、脱腥时间70 min、浸泡温度40 ℃时，腥味物质变化较大。

红茶中含有的茶多酚，儿茶素等物质是天然的氧化剂，可以去除腥味，并增添红茶特有的茶香味，本文采用红茶脱腥法对美国大口胭脂鱼去腥，用响应面软件优化设计其脱腥工艺，采用整体材料吸附萃取与气相色谱-质谱-嗅闻联用方法(gas chromatography-mass spectrometry-olfactometry，GC-MS-O)分析测定美国大口胭脂鱼在脱腥前后的腥味成分的相对含量的变化，得到最适脱腥条件，从而为美国大口胭脂鱼脱腥提供依据。

1 材料与方法

1.1 原料与主要试剂

美国大口胭脂鱼，北京京泰科技实业公司上海分公司,野生平均5年以上，聚集在密西西比河流域孟菲斯市，从休斯顿港口到上海约30 d，全程-18 ℃冷冻,将鱼肉分切后放于小包装袋中, 在-20 ℃下冻藏待用。

柠檬酸，CaCl2，NaCl(0.18 g/mol)，上海国药试剂公司；立顿红茶，上海联合利华公司。

1.2 仪器与设备

MonoTrap RCC18,2.9mm×5 mm,日本GL sciences公司；7890-5975C GC-MS联用仪,美国Agilent公司生产；Fox 4000 Sensory Array Fingerprint Analyzer,法国Alpha MOS公司；ODP-3 嗅辨仪,德国Gerstel公司。

1.3 实验方法

1.3.1 美国大口胭脂鱼前处理

将解冻、去除鱼皮和鱼脊骨的美国大口胭脂鱼的背部肌肉洗净，待冲洗干净后沥干备用。

1.3.2 气相色谱-嗅闻法(gas chromatography-olfactometry，GC-O)条件

色谱柱：DB-5MS弹性毛细管柱(60 m×0.32 mm×0.25 μm)；设置进样口的温度为250 ℃，柱温为40 ℃，此条件保持3 min，再以3 ℃/min程序升到100 ℃，以5 ℃/min升到230 ℃，保持5 min，不分流模式进样。载气为He，流量0.8 mL/min；汽化室温度240 ℃。为确保嗅闻实验结果准确，检测时同时通入氦气和湿润空气。

1.3.3 质谱条件

电子轰击(EI)离子源；电子能量设置为70 eV，灯丝发射电流为200 μA，离子源的温度为200 ℃，检测器的电压为350 V。

1.4 单因素实验

参照钱攀等[8]和葛胜晗等[9]研究，有所改动，取3 g的美国大口胭脂鱼的背部肌肉和一定量的红茶粉混合，在一定温度下水浴，按照表1进行实验。

表1 红茶脱腥单因素实验因素水平表Table 1 Single factor experiment level of black tea deodorization

1.4.1 红茶用量对脱腥效果的影响

脱腥时间为40 min，脱腥温度为30 ℃时，探究红茶质量浓度为10，15，20，25 g/L时对美国大口胭脂鱼脱腥效果的影响。

1.4.2 脱腥温度对脱腥效果的影响

红茶用量为10 g/L，脱腥时间为40 min时，探究脱腥温度为30、40、50、60 ℃时对美国大口胭脂鱼脱腥效果的影响。

1.4.3 脱腥时间对脱腥效果的影响

红茶用量为10 g/L，脱腥温度为30 ℃时，探究脱腥时间分别为为30、40、50、60 min时对脱腥效果得影响。

1.5 响应面实验

根据单因素实验，以腥味物质的相对含量为响应值，做响应面实验，优化红茶脱腥工艺，其因素与水平设置如表2所示，按照表2进行响应面实验。

表2 Box-Behnken中心组合因素水平Table 2 Box-Behnken center combination factor level

1.6 数据分析

将实验得到的数据经GC-MSD化学工作站处理，挥发性物质的谱图与NIST 2011和NIST 2.0标准谱库匹配用来定性，且只有当正反的匹配度都大于800时的鉴定结果才会予以报道。将实验数据通过 Excel处理,用归一法求得各化学成分的相对含量。

2 结果与分析

2.1 红茶脱腥结果分析

2.1.1 红茶用量对脱腥效果的影响

红茶用量对美国大口胭脂鱼脱腥的影响如图1所示，结果表明，随着红茶用量的增加，鱼肉的腥味物质含量也随之下降，当红茶用量超过15 g/L时，鱼肉腥味物质含量变化不是太明显，但当红茶用量达到25 g/L时，鱼肉中的红茶味较为明显，使鱼肉的原有味道受到影响，所以选取15 g/L作为红茶的最佳用量。

图1 红茶用量对脱腥效果的影响Fig.1 Effect of black tea dosage on deodorization effect

2.1.2 脱腥温度对脱腥效果的影响

脱腥温度对鱼肉脱腥效果的影响如图2所示，脱腥效果随着脱腥温度的增加会有一定的改善，但当温度达到40 ℃时，腥味物质含量变化不明显，且温度过高时，鱼肉的风味物质会严重流失，鱼肉的质地会发生一定不良的变化，所以选取40 ℃为最佳脱腥温度。

图2 脱腥温度对脱腥效果的影响Fig.2 Effect of soaking temperature on deodorization effect

2.1.3 脱腥时间对脱腥效果的影响

脱腥时间对美国大口胭脂鱼脱腥效果的影响如图3所示，随着脱腥时间的增加，美国大口胭脂鱼的腥味物质含量有所减少，当脱腥时间达到40 min时，再增加脱腥时间，则鱼肉的质地会发生不良变化，因此选取脱腥时间为40 min为最佳脱腥时间。

图3 脱腥时间对脱腥效果的影响Fig.3 Effect of soaking time on deodorization effect

2.1.4 红茶脱腥条件的优化

经过单因素实验，再采用响应面脱腥实验，实验结果与设计见表3，并对实验结果进行回归拟合和方差分析，对美国大口胭脂鱼脱腥的实验数据回归拟合得到腥味物质相对含量(Y)对红茶用量(A),脱腥时间(B),脱腥温度(C)的二次回归方程式：

Y=35.68-0.096A-0.15B-0.45C-0.34AB+0.97AC+0.54BC+0.49A2+0.40B2+0.93C2

回归方程模型高度显著(P<0.000 1)，模型的相关系数为R2=0.994 9，失拟项不显著(P=0.213 6,大于0.05)，表明模型与实验有较高的拟合度，产生的实验误差不会影响实验结果，因此可使用此模型来对实验结果进行分析。由表4可知，各因素对腥味物质相对含量的影响大小为脱腥温度(C)>脱腥时间(B)>红茶用量(A)，即脱腥温度对脱腥的结果影响最大，其次是脱腥时间。

表3 响应面实验设计及响应值Table 3 Response surface experiment design and response values

表4 响应面模型方差分析表Table 4 ANOVA for response surface quadratic model

当脱腥温度固定不变时，如图4所示，当脱腥时间一定时，红茶用量增加时，美国大口胭脂鱼的腥味物质的相对含量有所下降；红茶用量不变时，鱼肉的腥味物质含量随脱腥时间的增加而下降，与单因素实验结果一致。

当脱腥的时间固定时，如图5所示，脱腥温度一定时，美国大口胭脂鱼腥味物质的相对含量随着脱腥时间的增加而有所减少；红茶用量不变时，脱腥温度升高以后，美国大口胭脂鱼腥味物质的相对含量随之下降。

当红茶用量一定时，如图6所示，脱腥温度一定时，鱼肉的腥味物质相对含量随脱腥时间的增加而减少；脱腥时间一定时，美国大口胭脂鱼腥味物质的相对含量随脱腥温度的增加而减少，与单因素实验结果相符。

图4 红茶用量和脱腥时间对腥味物质的影响Fig.4 Effect of black tea dosage and soaking time on fishy substances

图5 红茶用量和脱腥温度对腥味物质含量的影响Fig.5 Effect of black tea dosage and soaking temperature on the content of fishy substances

图6 脱腥时间和脱腥温度对腥味物质含量的影响Fig.6 Effect of soaking time and temperature on the content of fishy substances

经响应面软件分析，分析美国大口胭脂鱼的腥味物质相对含量模型，得到最佳条件为：红茶用量为15 g/L，脱腥时间为40.28 min，脱腥温度为42.35 ℃，此时，美国大口胭脂鱼的理论腥味物质含量为35.62%，通过验证最佳模型条件，在此条件下对胭脂鱼进行3次脱腥实验验证，得到美国大口胭脂鱼的腥味物质的相对含量为35.74%，与预测结果相近，说明此实验设计和实验模型具有可靠性。

2.2 脱腥后美国大口胭脂鱼中的挥发性成分

红茶对美国大口胭脂鱼进行脱腥处理，经响应面软件分析得到胭脂鱼的最优脱腥条件：红茶用量15 g/L，脱腥时间41 min，脱腥温度为43 ℃，对美国大口胭脂鱼进行脱腥处理，将脱腥后的胭脂鱼肉通过MMSE-GC-MC-O联用检测美国大口胭脂鱼肉中的挥发性物质，比较其被红茶脱腥前后挥发性成分的变化。胭脂鱼中的挥发性物质主要为醇类、羰基类化合物和芳香类化合物，醇类物质和醛类是淡水鱼产生腥味的主要原因，而鱼腥味在很大程度上被己醛、壬醛等物质影响着。经红茶脱腥后，美国大口胭脂鱼的腥味减轻，主要体现在醛类、酮类和醇类减少，主要为1-戊烯-3-醇、1-辛烯-3-醇、己醇、戊醇、己醛、辛醛、壬醛、苯甲醛、癸醛、2,3-戊二酮、6-甲基-5-庚烯-2-酮和3,5-辛二烯-2-酮等物质(见表5)。

脱腥后，美国大口胭脂鱼的腥味减轻，醇类的阈值较低，对鱼肉腥味的影响较大[10]，1-辛烯-3-醇经脱腥后由2.14%降为1.12%，1-辛烯-3-醇是亚油酸氧化而产生的，呈现出蘑菇味和土腥味[11]，1-戊烯-3-醇的相对含量在脱腥前为8.54%，经红茶脱腥后降为4.02%，1-戊烯-3-醇是微生物的代谢产物[12]，具有青草味和蘑菇味，应该是美国大口胭脂鱼鱼肉腥味物质的重要组成部分，1-戊醇脱腥前的相对含量为2.08%，脱腥后降为0.72%；1-辛烯-3-醇为亚油酸的氢过氧化物的降解产物，被认为有蘑菇气味和土腥味[13-14]，郑平安等在鲐鱼肉加热前后挥发性成分的变化的研究中证实1-戊烯-3-醇和1-辛烯-3-醇是鲐鱼鱼腥味的重要组成成分[15]；醛类的阈值较低，可能对鱼肉风味的形成有重要的贡献[16]，当其含量高于阈值时会产生腥味，脱腥后的醛类物质降为11.35%，其中己醛的相对含量下降相对较为明显，由12.44%降为4.38%，己醛已被证实对鱼肉的腥味有一定的贡献[17]，并已被鉴定出普遍存在于淡水鱼及海水鱼中[18-19]，表明其对鱼肉的腥味的影响很大；壬醛的相对含量不高，其相对含量由2.99%降为1.28%，但其阈值很低，对美国大口胭脂鱼的腥味起着不可或缺的作用，辛醛的相对含量在脱腥前为1.04%，经脱腥后其相对含量降为0.91%，壬醛与辛醛是油酸经过氧化产生的[20]，SERKAN等[21]用GC-MS-O 联用的方法对虹鳟鱼肉的腥味成分进行鉴定分析，确定了壬醛是虹鳟鱼的关键腥味物质之一。苯甲醛不仅仅有脂香味，还会呈现出清香味，对鱼肉的味道具有一定的提鲜作用[22]，脱腥后的美国大口胭脂鱼中的戊醛的相对含量减少了0.21%，脱腥后的美国大口胭脂鱼中未检测到(E)-2-甲基-2-丁烯醛和十一醛；脱腥后的美国大口胭脂鱼中的酮类物质的相对含量有所减少，不饱和的酮和醛作用在一起时对腥味有叠加作用，6-甲基-5-庚烯-2-酮的相对含量由1.81%降为1.47%，呈现出蔬菜味，因此，6-甲基-5-庚烯-2-酮也应该是胭脂鱼肉腥味的重要组成部分；2,3-戊二酮的相对含量变化较为明显，脱腥后降为3.45%，表明6-甲基-5-庚烯-2-酮和2,3-戊二酮与美国大口胭脂鱼的腥味密切相关，2,3-辛二酮的相对含量由脱腥前的1.02%变为2.12%，脱腥处理后的2,3-辛二酮的相对含量有所升高。脱腥后的芳香类物质的总相对含量变化不大，脱腥后的苯的相对含量降为8.58%，但乙苯的相对含量有所上升，上升了0.93%，可能是因为美国大口胭脂鱼在其生长环境被污染造成的，一般来说，美国大口胭脂鱼的风味不会受烃类物质的影响。

表5 脱腥前后美国大口胭脂鱼主要挥发性成分相对含量的变化 单位：%

图7 脱腥前后美国大口胭脂鱼中挥发性物质的种类对比Fig.7 Comparison of volatile substances in American bigmouth bass before and after deodorization

3 结论

在本研究中，采用红茶对美国大口胭脂鱼进行脱腥处理，经响应面软件分析得到胭脂鱼的最优脱腥条件：红茶用量为15 g/L，脱腥时间为41 min，脱腥温度为43 ℃，且红茶脱腥效果明显。通过比较，发现脱腥后的挥发性物质相对含量基本都有所减少，鱼肉腥味明显减弱，脱腥后的美国大口胭脂鱼中的醇类物质降为7.38%；醛类物质降为11.35%；酮类物质降为7.04%，其中，己醛、1-戊烯-3-醇和1-辛烯-3-醇辛醛和壬醛等物质相对含量变化明显，总体分析，红茶脱腥法的效果较好。