条斑紫菜(Porphyra yezoensis)隶属于红藻门(Rhodophyta)、原红藻纲(Protoflorideophyceae)、红毛菜目(Bangiales)、红毛菜科(Bangiaceae)、紫菜属(Pyropia)，富含蛋白质、多糖、微量元素等，极富营养价值及药用价值(王亚等, 2012; 赵玲等, 2018)。紫菜因其独特的风味和丰富的营养而深受广大消费者喜爱。随着经济发展和消费水平的提高，消费者对风味的要求也随之提高，尤其对以烤、调为主的紫菜加工品，不仅以色泽、味感等评价产品质量，并且将香型等嗅觉感受作为品质的重要评价指标(胡传明等, 2011)。焙烤是一种重要的食品加工方法，可以改进食品的风味、色泽和质地，促进食欲(吴巧, 2012)。条斑紫菜经过烤制后，一般用于寿司料理、食品加工等，也可直接食用。
近年来，气相离子迁移谱仪(曹荣等, 2019)、人工嗅辨器(Misry et al, 1996)以及电子鼻(卞瑞姣等, 2017)等检测技术的进步，使得特征风味物质的研究成为可能。科研工作者对多种水产品的挥发性物质进行了研究，且取得了理想的研究进展(高瑞昌等, 2013; 杨欣怡等, 2015; 王当丰等, 2016; 曹荣等, 2019)，绿藻、褐藻及红藻等多种海藻的挥发性物质已被分析鉴定(Akakabe et al, 2003; Boonprab et al, 2006)，但对紫菜挥发性物质的研究较少(胡传明等, 2011; 曹荣等, 2019; 姚兴存等, 2015)，且缺少对烤制前后条斑紫菜主要风味物质变化的研究。
本研究以条斑紫菜为研究对象，分别采用电子鼻、FlavourSpec®风味分析仪和固相微萃取-气相色谱-质谱联用(SPME-GC-MS)对主要挥发性风味物质进行检测，对比分析条斑紫菜在烤制前后挥发性成分的变化，以期为条斑紫菜加工品的品质评定提供参考。
1 材料与方法 1.1 材料与仪器条斑紫菜鲜菜于2019年1月8日采自江苏省如东内沙海域，由江苏省南通海旅水产品有限公司加工成干条斑紫菜，再通过远红外线烤箱三段式焙烤获得烤制条斑紫菜，烤制过程中未加任何食品添加剂。
PEN3便携式电子鼻，德国Airsense公司；FlavourSpec®风味分析仪，德国G.A.S公司；气相色谱-质谱联用仪(7980A/5975C)，美国Agilent公司；固相微萃取装置(DVB/CAR/PDMS 50/30 μm)，美国Supelco公司。
1.2 方法 1.2.1 电子鼻检测分别称取1.0 g剪碎的烤制前条斑紫菜和烤制后的条斑紫菜，置于20 mL顶空瓶中，加盖密封，依次用电子鼻进行检测，电子鼻的10个传感器所对应的代表性化合物类型见表 1。测定参数：清洗时间100 s，气体流速200 mL/min，数据采集时间80 s。采用WinMaster软件进行数据的采集与处理，分析方法包括主成分分析(PCA)、线性判别分析(LDA)和负荷加载分析(Loadings)。
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表 1 电子鼻传感器构成及其性能 Tab.1 Composition of sensors in electronic nose and performance |
分别称取1.0 g剪碎的样品置于20 mL顶空瓶中，60℃孵育10 min后进样。采用仪器配套的分析软件(LAV和Reporter、Gallery Plot、Dynamic PCA三款插件以及GC×IMS library search)分析数据。
1.2.3 SPME-GC-MS检测参照王玉等(2018)的方法进行测定，固相微萃取方法：取1.0 g样品放入20 mL顶空瓶中，将SPME萃取头插入到顶空瓶中顶空60℃吸附30 min，迅速插入GC进样口中。色谱条件：色谱柱为HP-5MS (30 m× 0.25 mm, 0.25 µm)；进样口温度为250℃；采用分流模式进样(分流比10∶1)；载气为氦气；柱流速为1 mL/min；解吸时间为5 min；解吸温度为250℃；采用阶段式程序升温模式(初始温度40℃，5 min；10℃/min升至250℃；250℃，保持4 min)。质谱条件为电离方式EI；电子能量为70 eV；离子源温度为250℃；传输线温度为250℃。扫描质量范围为m/z 45~300。
2 结果与分析 2.1 烤制前后条斑紫菜的气味差异分析 2.1.1 主成分分析法(PCA)分析条斑紫菜烤制前后的电子鼻响应值如图 1所示，第一主成分和第二主成分的贡献率分别为95.24%和4.37%，总贡献率为99.61%，表明其基本涵盖了样品的整体信息，可以用来表征烤制前后条斑紫菜的气味组成。烤制前后条斑紫菜对应的电子鼻检测信号的特征区域没有重叠，样品距离较远，说明其有各自的气味特征，香气物质的种类或含量不同，主成分分析能较好地区分样品，表明烤制前后条斑紫菜的气味有显著差异。
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图 1 条斑紫菜烤制前后气味的PCA分析 Fig.1 PCA analysis of odors derived from P. yezoensis before and after roasting |
如图 2所示，判别式LD1和判别式LD2的贡献率分别为99.14%和0.11%，两判别式的总贡献率为99.25%，基本涵盖样品的整体信息，采用LDA分析能够明显区分烤制前后条斑紫菜的气味组成，且LDA分析比PCA分析样品间的距离远，说明线性判别分析能提高样品的分类精度。
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图 2 条斑紫菜烤制前后气味的LDA分析 Fig.2 LDA analysis of odors derived from P. yezoensis before and after roasting |
图 3为烤制前后条斑紫菜Loadings负荷加载分析，总贡献率为99.61%。
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图 3 条斑紫菜烤制前后气味的Loadings分析 Fig.3 Loadings analysis of odors derived from P. yezoensis before and after roasting |
不同传感器在负荷加载分析图中的位置可以反映传感器对于样品挥发性气味贡献率的大小；若某一传感器的响应值接近于零，说明该传感器的识别作用可以忽略；反之则说明该传感器的识别能力越强。
从图 3可以看出，W3S(烃类)、W5S(氮氧化合物)传感器对主成分贡献率最大，这说明烤制前后条斑紫菜的第一、二主成分相同，均为烃类、含氮类物质，其贡献率不同。
2.2 烤制前后条斑紫菜的特征性挥发性物质气相离子迁移谱图中每一个点代表一种挥发性化合物，颜色越深、面积越大表示含量越高。如图 4所示，烤制后，条斑紫菜中分离鉴定出35种挥发性组分，其中包含醛类、酮类、醇类、酯类以及芳香族化合物等。
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图 4 烤制后条斑紫菜的气相离子迁移谱 Fig.4 Gas phase ion mobility of P. yezoensis after roasting |
图 5中每一行代表 1个样品中选取的全部信号峰，每一列代表同一挥发性有机物在烤制前后条斑紫菜中的信号峰。从图 5中可以直观地看出，每种样品的完整挥发性有机物信息以及样品之间挥发性有机物的差异。由图 5可知，条斑紫菜烤制前后挥发性风味物质含量差异显著，烤制前，条斑紫菜中壬醛、辛醛、己醛、戊醛、苯甲醛、2-乙基呋喃等物质的含量较高；烤制后，甲基吡嗪、1-戊醇、呋喃甲醛、3-甲基丁醇、3-甲基丁醛、1-丁醇、丙酮等物质的含量较高。
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图 5 烤制前后条斑紫菜Gallery Plot图谱 Fig.5 Gallery plot of P. yezoensis before and after roasting |
焙烤过程中会发生一系列化学反应，由不同的前体物质合成或分解产生不同种类的香气物质，包括酮类、醇类、醛类、酯类以及杂环类物质(如呋喃类、吡嗪类和吡咯类等) (静玮等, 2016)。
通过SPME-GC-MS分析，烤制前后的紫菜样品分别鉴定出83种和86种挥发性物质，按结构分类的结果见表 2。由表 2可知，醛类、酮类、醇类和烷烃类是条斑紫菜挥发性成分的主要组成成分，其含量组成一定程度上代表了条斑紫菜的特征风味组成。
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表 2 烤制前后条斑紫菜的挥发性成分及相对含量 Tab.2 Changes in volatile compounds and relative contents of P. yezoensis before and after roasting |
醛类化合物的阈值较低，对气味的贡献大(高瑞昌等, 2013)。己醛通常产生一种原生味、鲜香的特征香味(赵庆喜等, 2007)，壬醛具有青草气味((阚建全, 2002; Phat et al, 2016)，(E, E)-2, 4-庚二烯醛具有鱼腥味和金属味，苯甲醛具有苦杏仁味(曹荣等, 2019)，因此，它们可能对条斑紫菜的特征风味有重要贡献，共同构成了其鲜腥的气味。烤制前后的条斑紫菜中均检测出2-甲基-丁醛、3-甲基-丁醛、戊醛、己醛、(E)-2-戊烯醛、2-甲基-2-戊烯醛、2-己烯醛、辛醛、壬醛、苯甲醛等，醛类化合物总含量分别占16.42%和11.70%。
2.3.2 酮、醇类化合物3, 5-辛二烯-2-酮对腥味有一定的增强作用，它可能对条斑紫菜的特征风味有一定的贡献；而分子量较大的不饱和酮类化合物具有花香味(陈婉珠等, 2006)，碳链越长，其散发的特征花香味越强，这可能与烤制品散发的清醇香味有关。
饱和醇的阈值较高，对气味贡献较小(刘红等, 2010)；只有含量高的醇类才会对气味产生较大的影响，而条斑紫菜样品中饱和醇类含量不高，因此，对气味的贡献值不大。醇类化合物中的1-戊烯-3-醇具有独特的鱼腥味，为不饱和醇，阈值比饱和醇的低，对整体风味有一定的贡献。
2.3.3 烷烃类化合物烤制前后的条斑紫菜中共检测出27种烷烃类化合物，其中8-十七烷烯的相对含量较高，已知其是淡水褐藻和一些海藻的特征风味物质(胡传明等, 2011)，因此，也可能是条斑紫菜的重要风味物质之一。
2.3.4 酯类化合物烤制前后的条斑紫菜中均检测出二氢猕猴桃内酯，其属于类胡萝卜素降解物质，具有花香味，所以，酯类对条斑紫菜整体风味也有一定的贡献。
2.3.5 吡嗪和呋喃类化合物吡嗪是含氮的杂环化合物，具有典型焙烤香气，在烤制食品中经常出现(Marsili et al, 1996; Mottramds et al, 1998)，它们可能是条斑紫菜烤制后香味的重要来源。条斑紫菜烤制后，吡嗪类物质包括甲基吡嗪、2, 5-二甲基吡嗪、2-乙基-5-甲基吡嗪、3-乙基-2，5-二甲基吡嗪和2-乙基-6-甲基-吡嗪等的种类和相对含量显著增加；其中，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，因仅在条斑紫菜中被检出而作为其特有的化合物(李微等, 2016)。
2-乙基呋喃有较强的焦香香气(Mottramd et al, 1998)，呋喃类化合物一般是通过葡萄糖或者果糖等糖的热降解反应产生的(静玮等, 2016)，呋喃甲醛的生成说明条斑紫菜经过烤制后其糖类物质发生了热降解反应。
3 讨论挥发性风味是水产品最典型的特征之一，是评价产品品质的一个重要指标，气味是由于其产品的挥发性成分的种类以及组成比例不同而造成的。胡传明等(2011)研究表明，浙江省象山栽培海区的坛紫菜和江苏省南通栽培海区的条斑紫菜含量最高的挥发性组分是8-十七烯，其次是十五烷，醛类化合物种类最多。曹荣等(2019)研究发现，福建省漳州海域不同采收期的坛紫菜挥发性成分差别明显，一水坛紫菜的挥发性成分以2-乙基呋喃以及一些阈值较高的酮、醇类为主；二水和三水坛紫菜中丁内酯、2-己烯-1-醇、1-辛烯-3-醇含量相对较高；四水和五水坛紫菜中具有青草味的壬醛和具有苦杏仁味的苯甲醛含量较高。由此可见，不同养殖地区的紫菜挥发性风味成分也有明显差异。
本研究采用电子鼻、FlavourSpec®风味分析仪和固相微萃取气相色谱质谱联用(SPME-GC-MS)，对比分析了江苏省如东内沙海域的条斑紫菜在烤制前后挥发性成分的变化，研究表明，条斑紫菜烤制前后挥发性成分差异显著，二者的第一、第二主成分相同，均为烃类、含氮化合物类物质，但其对主成分的贡献率不同；烤制后出现吡嗪类特征风味物质。SPME-GC- MS分析表明，醛类、醇类、酮类和烷烃类构成了条斑紫菜的主体风味，烤制后，吡嗪、甲基吡嗪、2, 5-二甲基-吡嗪、2-乙基-5-甲基-吡嗪、3-乙基-2, 5-二甲基-吡嗪和2-乙基-6-甲基-吡嗪等含量显著增加。综上所述，经过烤制，构成条斑紫菜的挥发性风味物质发生了明显变化，其中吡嗪类物质的相对含量显著增加。这有助于明确焙烤风味产生的途径，进一步优化加工工艺，但风味的形成机理尚需深入研究。
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