大闸蟹是中国著名的淡水水产品,是中华绒螯蟹(Eriocheir sinensis)的俗称,属于真核生物超界动物界甲壳动物亚门真软甲亚纲短尾下目弓蟹科弓蟹亚科绒螯蟹属[1]。大闸蟹以其个体大、肉质优良和产量高的特点受到消费者的欢迎,大闸蟹养殖区域在我国分布广泛;根据2016—2022年《中国渔业统计年鉴》的数据,大闸蟹的产量和需求量呈逐年上升的趋势,2022年全国大闸蟹产量达78.22万t[2]。

大闸蟹鲜美的风味特点是影响消费者选择的重要原因[3]。近年来,随着对食品风味和感官体验研究的深入,大闸蟹的风味也引起了研究人员的广泛关注。大闸蟹风味的形成是一个复杂的过程,涉及多种化学成分的相互作用或协同作用。一方面,大闸蟹的可食部分富含矿质元素、蛋白、粗脂肪、氨基酸和核苷酸等非挥发性化合物。其中,氨基酸和核苷酸是大闸蟹风味中的重要组成部分,它们不仅赋予了大闸蟹鲜味,还参与了复杂的化学反应,例如酶促反应和美拉德反应,进一步丰富了大闸蟹的风味特点[4-5]。另一方面,气味化合物被认为是大闸蟹风味中的重要组成部分,赋予了其独特的气味特征。

气相色谱-质谱联用技术(gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS)作为一种常用的气味分析手段,被广泛应用于探究大闸蟹中的气味化合物的组成[4, 6-7]。例如,采用GC-MS从大闸蟹的不同可食用部位(体肉、足肉、性腺和钳肉)中共鉴定出了58种气味化合物[8]。通过对比阳澄湖大闸蟹和池塘蟹中气味化合物的组成,发现大闸蟹不仅与池塘蟹在整体的气味化合物上存在差异,而且不同的可食用部位(足肉、体肉和蟹膏)之间也存在差异[9]。然而,在食品的气味感知中,只有少部分的气味化合物起到了关键作用,即气味活性化合物。例如,Chen等[10]采用(gas chromatography-olfactometry-mass spectrometry,GC-O-MS)技术对大闸蟹的气味活性化合物进行了分析,结果发现在37种气味化合物中,仅有14种化合物具有气味活性;于慧子采用GC/MS-O系统从大闸蟹中鉴定出了26种气味活性化合物,但有8种气味活性化合物仅在嗅闻过程中被检测到而未被MS检测到,因此并未被鉴定出来[6]。目前,现有研究中大闸蟹的气味活性化合物存在着检出种类少,且部分化合物无法被MS检测到的问题。因此本研究采用具有更为强大分离能力的全二维气相色谱技术-嗅闻-质谱技术(comprehensive two-dimensional gas chromatography-olfactometry-mass spectrometry,GC×GC-O-MS)对大闸蟹的气味进行分析检测。GC×GC-O-MS通过2根不同极性色谱柱的协同分离作用,缩短了样品的分析时长,减少了分析人员的工作量,被广泛应用于多种食品的挥发性成分分析[11-12]。

本研究旨在采用GC×GC-O-MS和高效液相色谱-二极管阵列检测器(high performance liquid chromatograph-diode array detection,HPLC-DAD)对大闸蟹中的关键风味物质(气味和滋味化合物)进行分析,以便更好地理解大闸蟹风味的形成机制。同时,对不同产地大闸蟹中的风味骨架成分进行差异分析,以探寻地域对其风味的影响。希望本研究有助于进一步加深人们对大闸蟹风味的认知,为大闸蟹及其相关产品的风味开发提供理论指导。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

5个不同产地的鲜活大闸蟹样品分别来自江苏苏州阳澄湖(阳澄湖DZX)、江苏南京固城湖(固城湖DZX)、江苏苏州太湖(太湖DZX)、江苏兴化(兴化红膏DZX)和湖北武汉(武汉DZX)。每个产地8只大闸蟹,均为母蟹,每只质量约为150 g。将螃蟹用自来水冲洗以去除异物,然后上锅蒸20 min,再将蟹肉(包括腿肉、爪肉和体肉)与蟹膏分离,并在冰浴条件下经均质机均质3 min,转速为6 000 r/min。处理好的样品立即用于后续分析。

正己烷、正构烷烃(C8～C25)、2-甲基-3-庚酮、己醛、庚醛、2,5-二甲基吡嗪、二甲基三硫醚、壬醛、1-辛烯-3-醇、苯甲醛、3-甲基丁醛、2-戊基呋喃、(E)-2-辛烯醛、苯乙醛、3-甲基-1-丁醇、芳樟醇、(Z)-4-庚烯醛、(E)-2-壬烯醛、三甲胺、癸醛、辛醛、5’-肌苷酸二钠(IMP)、5’-鸟苷酸二钠(GMP)和5’-腺苷酸二钠(AMP),美国Sigma公司;(E,Z)-2,6-壬二烯醛、2-甲基丁醛、β-月桂烯、(E)-2-己烯醛、2,3-丁二酮、(Z)-2-癸烯醛、(E,E)-2,4-庚二烯醛、3-羟基-2-丁酮和2-壬酮,中国阿拉丁试剂(上海)有限公司;0.01 mol/L盐酸、甲醇、乙腈、NaH2PO4溶液,北京迈瑞达科技有限公司;氨基酸混合标准试剂、邻苯二甲醛、9-芴甲基氯甲酸酯和硼酸盐缓冲溶液,美国Agilent公司;磷酸和正己烷,色谱纯,美国Fisher Scientific公司;磷酸二氢钠(色谱纯)、磷酸二氢钾(色谱纯)和氢氧化钠(分析纯),国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

GC×GC-O-MS系统配置8890A-5977B型GC-MS联用仪,美国Agilent公司;SSM1800型固态调制器,中国J&X Technologies公司;ODP4型嗅闻仪,德国GERSTEL公司;极性DB-WAX毛细管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)和中极性DB-17ms毛细管柱(1.85 m×0.18 mm×0.18 μm),美国J&W Scientific公司。1200型HPLC-DAD仪、Zorbax Eclipse-AAA 色谱柱(4.6 mm×150 mm×5 μm)和Zorbax Eclipse XDB-C18色谱柱(4.6 mm×250 mm×5 μm),美国Agilent公司;JZ-Ⅱ型均质器,中国天津四方设备有限公司;50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取纤维(2 cm)、手动固相微萃取手柄,美国Supleco公司。

1.3 实验方法

1.3.1 感官评价

气味轮廓评估以Yu等[13]的方法作为参考。感官评价小组由北京工商大学分子感官科学实验室中12名训练有素的感官评价人员组成。为保证感官评价人员能够准确识别大闸蟹中的气味和滋味,对其进行了为期一个月的大闸蟹样品的每日感官培训。经过感官评价人员的讨论,筛选出6种气味属性(肉香、油脂味、腥味、青草味、甜香和泥土味)和6种滋味属性(酸味、苦味、鲜味、咸味、甜味和涩味)构成大闸蟹整体的风味轮廓。为使感官评价人员能够准确识别不同样品间的感官差异,每一种气味和滋味属性都设置了对应的参照样品及其属性强度:以30 μL/100 mL的己醛溶液(含体积分数为5%的乙醇)作为青草味的参照物,属性强度定义为3分;以精炼鸡油作为油脂味的参照物,属性强度定义为3分;以煮熟去脂鸡胸肉作为肉香的参照物,属性强度定义为3分;以湿润的泥土作为泥土味的参照物,属性强度定义为3分;以罐装金枪鱼汁作为腥味的参照物,属性强度定义为3分;以50 μL/100 mL的苯乙醛溶液(含体积分数为5%的乙醇)作为甜香的参照物,属性强度定义为3分;以质量分数为2.12%蔗糖水溶液作为甜味的参照物,属性强度定义为3分;以质量分数为0.105%奎宁水溶液作为苦味的参照物,属性强度定义为3分;以质量分数为0.050%柠檬酸水溶液作为酸味的参照物,属性强度定义为3分;以质量分数为0.100%氯化钠水溶液作为咸味的参照物,属性强度定义为3分;以质量分数为0.035%谷氨酸钠水溶液作为鲜味的参照物,属性强度定义为3分;以质量分数为0.10%明矾水溶液作为涩味的参照物,属性强度定义为3分。随后,在0分(无)至5分(非常强烈)的范围内,评价小组对大闸蟹样品的每个属性进行评估。小组成员在评价不同样品之间有2 min的休息时间,以便通过嗅觉恢复。感官评价人员对每个样品进行3次盲评。

1.3.2 气味化合物的提取

大闸蟹中气味化合物的萃取参考文献描述的方法,并适当的改进[14]。将均质后的1.5 g大闸蟹样品置于20 mL顶空瓶中,并添加1 μL 2-甲基-3-庚酮作为内标(0.816 μg/μL)。随后将顶空瓶置于40 ℃的水浴锅中平衡20 min,再插入SPME萃取头进行气味吸附40 min。吸附结束后在GC进样口解析5 min。

1.3.3 GC×GC-O-MS参数设置

1.3.3.1 色谱条件

色谱柱为极性DB-Wax柱和中极性DB-17ms柱。升温程序为柱温箱的初始温度设定40 ℃,保持3 min,然后以4 ℃/min的升温速率升至230 ℃。进样口温度为250 ℃。载气为纯度99.999%的氦气,流速为1.2 mL/min;分流模式设置为不分流。

1.3.3.2 固态调制器条件

固态调制器的入口和出口加热区温度分别为70 ℃和160 ℃,冷区温度为-50 ℃。调制周期为4 s,调制器的采样频率为23 Hz。

1.3.3.3 质谱条件

离子源使用电子轰击,电子能量为70 eV,温度设置为230 ℃。四极杆温度设置为220 ℃,质量扫描范围m/z设置为35～500。溶剂延迟设置为4 min。

1.3.4 气味化合物的分析

1.3.4.1 气味化合物的定性

通过将大闸蟹样品中气味化合物的质谱(mass spectrometry,MS)、保留指数(retention index,RI)和气味描述(olfactory results,O)结果与标准化合物(standard compounds,STD)对应的数据比较,来鉴定样品中的气味化合物。每个气味化合物的实际RI是在相同的色谱条件下,使用一系列正构烷烃(C8～C25)计算得到的[15]。

1.3.4.2 气味化合物的气味强度

时间强度法用于评估大闸蟹中气味化合物的气味强度。筛选了3名具有丰富嗅闻经验的感官评价人员(两女一男,平均年龄26岁),用于判断气味强度值。为确保判断准确,感官评价人员在嗅闻前接受了短期的气味识别培训。在嗅闻实验过程中,感官评价人员被要求记录嗅闻到的化合物的气味特征和出峰时间,并通过6点强度法(0～5分)对气味化合物的气味强度进行评分。且每名感官人员进行3次平行实验,气味化合物的气味强度以评分的均值表示。

1.3.4.3 气味活性值的计算

气味化合物对于样品气味的贡献,应综合考虑化合物的浓度及其气味阈值,并计算气味活性值(odor activity values,OAV)[15]。考虑到成熟大闸蟹中大约含有82%的水分[4],OAV是通过将气味活性化合物的浓度与其在水中的阈值进行比较计算得出的。

1.3.4.4 气味活性化合物的定量

从大闸蟹样品中筛选出了20个左右的重要气味活性化合物,它们对应的混合标准溶液参照之前研究进行准确定量分析[11]。以2-甲基-3-庚酮(1 μL,81.6 μg/mL)为内部标准来校准待定量的化合物。因此,每种气味活性化合物的峰面积(Ax)和质量浓度(Cx)分别为Ax/Ai和Cx/Ci(i角标代表内标物质),并根据线性拟合得到的定量校准曲线来计算每种化合物的浓度[16]。

1.3.5 非挥发性风味化合物提取

1.3.5.1 游离氨基酸的提取

参照文献[4]的方法并进行适当修改。取大闸蟹的均质物1.5 g于25 mL的容量瓶中,加入体积分数为5%三氯乙酸溶液并定容。随后将混合溶液用滤纸过滤到50 mL离心管中,以5 000 r/min的转速离心10 min。取上清液用于游离氨基酸测定。

1.3.5.2 游离核苷酸的提取

参照文献[4]的方法并进行适当修改。称取3.5 g大闸蟹的均质物,加30 mL体积分数为5%高氯酸进行匀浆。均质机转速为6 000 r/min,匀浆3 min。随后,将匀浆液转移到50 mL的离心瓶中,以3 500 r/min离心10 min。用5 mol/L NaOH溶液调上清液至pH=6.75,再用超纯水定容至100 mL。

1.3.6 高效液相色谱测定条件

1.3.6.1 游离氨基酸测定

参照文献的方法并进行适当修改[17]。使用HPLC-DAD方法对样品中的16种游离氨基酸进行分离和检测,包括天冬氨酸(Asp)、谷氨酸(Glu)、丝氨酸(Ser)、组氨酸(His)、甘氨酸(Gly)、苏氨酸(Thr)、精氨酸(Arg)、丙氨酸(Ala)、酪氨酸(Tyr)、半胱氨酸(Cys)、缬氨酸(Val)、甲硫氨酸(Met)、脯氨酸(Phe)、异亮氨酸(Ile)、亮氨酸(Leu)和赖氨酸(Lys)。色谱柱为Zorbax Eclipse-AAA。采用外标定量法进行定量,将氨基酸混合标准品进行适当稀释,并通过绘制各氨基酸浓度与其测定的峰面积的标准曲线对样品中的氨基酸定量。

1.3.6.2 游离核苷酸测定

参照文献的方法并进行适当修改[18]。采用HPLC-DAD对核苷酸进行分离检测,色谱柱为Zorbax Eclipse XDB-C18,流动相为0.02 mol/L KH2PO4(pH=3.80),流速为1 mL/min;进样量为1 μL,二极管阵列检测波长为254 nm,柱温为35 ℃。采用外标定量法进行定量,将5’-肌苷酸二钠(IMP-Na2)、5’-腺苷酸二钠(AMP-Na2)、5’-鸟苷酸二钠(GMP-Na2)分别配置为400、200、100、50、8 mg/L的标准溶液,并通过绘制各核苷酸浓度与其测定的峰面积的标准曲线对样品中核苷酸进行定量。

1.4 统计学分析

所有样品的测定均重复3次,实验数据以“平均值±标准偏差”表示。均值和方差分析使用Microsoft Office Excel 2019;雷达图绘制使用OriginPro 2021b;主成分分析(principal component analysis,PCA)和正交偏最小二乘判别分析(orthogonal partial least squares-discriminant analysis,OPLS-DA)采用SIMCA-P 14.1;采用 IMB SPSS Statistics 25进行单因素方差分析和显著性分析,显著性分析采用Duncan检验。

2 结果与分析

2.1 大闸蟹风味轮廓的感官分析

大闸蟹的风味轮廓见图1。气味轮廓主要是由肉香、油脂味、腥味、青草味、甜香和泥土味这6种气味属性构成。其中,肉香和油脂香是大闸蟹最主要的气味特征,对应的气味属性感官得分分别介于2.1～3.7和2.2～3.3分,与文献关于大闸蟹气味的感官结果一致[4]。同时,大闸蟹还具有介于较弱和中等强度的甜香(2.0～2.3分)、腥味(1.9～2.9分)和青草味(1.5～2.4分),以及微弱的泥土味(0.8～2.2分)。这4种气味属性也是多种水产品气味的基本组成部分[19]。此外,酸味、苦味、鲜味、咸味、甜味和涩味这6种属性构成了大闸蟹的整体滋味轮廓。甜味和鲜味是大闸蟹中最突出的滋味属性,其感官强度分别介于3.8～4.3分和3.0～3.7分,其次为咸味和苦味,味感强度均介于弱(1分)到较弱(2分)之间。这与郭宏慧[14]通过电子舌测得的大闸蟹可食部位的滋味强度相一致。而大闸蟹中几乎无法察觉到酸味和涩味。

尽管不同地域的大闸蟹都具有良好的风味品质,但无论是气味轮廓还是滋味轮廓,样品之间存在一定的差异性,见表1。在气味轮廓方面,不同地域大闸蟹的肉香、青草味和泥土味具有突出的差异:阳澄湖大闸蟹、太湖大闸蟹和武汉大闸蟹的肉香味明显高于固城湖大闸蟹和兴化红膏大闸蟹,其中阳澄湖大闸蟹的肉香强度是固城湖大闸蟹的1.5倍;太湖大闸蟹的青草味强度明显高于其他地域的大闸蟹;泥土味在固城湖大闸蟹中较为突出,而在武汉大闸蟹几乎感知不到。在滋味轮廓方面,不同产地大闸蟹的咸味和苦味具有一定的差异,尤其是太湖大闸蟹和兴化红膏大闸蟹的苦味和咸味强度远高于其他地域。

2.2 大闸蟹中挥发性风味成分的鉴定

2.2.1 气味活性化合物分析

在5个不同地域的大闸蟹样品中共鉴定出了68种气味化合物(表2),其中包括21种醛类、17种醇类、9种酮类、5种酸类、4种含氮、3种酯类、4种芳香族类和5种其他类化合物。在这68种气味化合物中,有30种是在不同产地的大闸蟹中共同存在的,其中以醛类化合物为最多,共有13种。醛类化合物通常是脂肪氧化和美拉德反应的常见产物[20]。大闸蟹样品的高温熟制过程以及大闸蟹样品本身丰富的氨基酸含量都会促进脂肪氧化和美拉德反应的进行[21],从而赋予大闸蟹肉香和油脂味。

由表2可知,通过GC×GC-O-MS系统,在5个不同地域的大闸蟹样品中共鉴定出了33种气味活性化合物,包括17种醛类化合物、4种醇类化合物、3种酮类化合物、3种含氮类化合物、1种芳香族化合物和5种其他类化合物。这些化合物的气味强度为1.00～4.67分。

醛类化合物是大闸蟹中检测到且嗅闻到数量最多的一类化合物,这与其他文献报道的关于大闸蟹气味活性化合物的研究结果一致[6]。除了苯甲醛、(E)-2-辛烯醛、苯乙醛和戊醛外,其他13种醛类化合物在所有大闸蟹样品中均被检测到并能嗅闻到。因此,醛类化合物对大闸蟹的气味起着重要的作用。在大闸蟹样品中,3-甲基丁醛(2.17～4.33分)、(Z)-4-庚烯醛(3.67～4.50分)、(E)-2-壬烯醛(2.40～4.00分)、壬醛(2.33～4.50分)、癸醛(1.33～3.83分)、己醛(1.00～3.83分)、辛醛(1.00～4.17分)和(E,Z)-2,6-壬二烯醛(1.83～3.50分)这8种气味活性化合物均具有较高的气味强度。脂肪醛类化合物通常由多不饱和脂肪酸通过氧化降解产生。它们除了可以为大闸蟹提供油脂香,也还被证实是水产品土腥味的重要来源,例如己醛、庚醛、辛醛等[22]。因此,它们也可能是造成大闸蟹腥味较高的重要原因[22-23]。和脂肪醛类似,动物源食品中的烯醛和二烯醛多来自亚麻酸和亚油酸的氧化降解,例如(Z)-4-庚烯醛、(E)-2-壬烯醛和(E,Z)-2,6-壬二烯醛等[24]。它们已被证实是熟制甲壳类动物中重要的气味化合物[25]。此外,不同产地的大闸蟹中均显示出3-甲基丁醛具有较高的气味强度,该化合物可由亮氨酸通过Strecker降解反应生成[26-27]。

5个不同地域的大闸蟹中共鉴定出4种醇类气味活性化合物,分别是1-辛烯-3-醇(1.83～3.5分)、芳樟醇(1～4.5分)、(Z)-6-壬烯-1-醇(0～1.17分)和3-甲基-1-丁醇(0～3.33分)。其中,1-辛烯-3-醇和芳樟醇在所有的样品中均可以被嗅闻到。1-辛烯-3-醇可能来源于不饱和脂肪酸亚油酸或花生四烯酸的降解[24]。这种不饱和醇的气味阈值比饱和醇低,通常呈现出蘑菇味和泥土的香味,因此它可能是大闸蟹泥土味的重要贡献者。芳樟醇常见于发酵食品中,表现为令人愉悦的花香味,首次在大闸蟹中被鉴定为气味活性化合物,可能对大闸蟹的甜味有贡献。

酮类(3种)、含氮类化合物(3种)、萜烯类化合物(2种)、呋喃类化合物(2种)、芳香族类(1种)和含硫化合物(2种)同也是大闸蟹气味组成中的重要组成部分。尽管它们的种类不多,但在多数的样品中可以被嗅闻到,因此它们对于大闸蟹的气味做出了贡献。其中,2,3-丁二酮(1.17～4.67分)和三甲胺(1.17～2.67分)在所有大闸蟹样品中都可以被嗅闻到。2,3-丁二酮(奶油,焦糖)通常被认为是通过美拉德反应形成的, 对熟制的甲壳类动物的气味构成很重要[25]。同样,三甲胺也被证明是蟹肉中的重要气味化合物,可能是由微生物还原三甲胺氧化物而产生的[25-26]。

2.2.2 重要气味活性化合物的含量及其OAV分析

为了筛选出了20个左右的重要气味活性化合物,将平均嗅闻强度定为大于等于2。研究将不低于2的23种重要的气味活性化合物进行定量分析,定量结果见表3[28]。这些化合物对应的标准曲线的R2均高于0.98,表明定量线性方程拟合良好。在不同产地的大闸蟹中,(E)-2-己烯醛(清新味,脂肪味)和(E,E)-2,4-庚二烯醛(脂肪味、青草味)的含量最丰富。尤其是在太湖大闸蟹中,(E)-2-己烯醛的含量高达(44.1±3.12)μg/kg。

OAV常用来描述化合物对样品气味的贡献程度。当化合物的OAV值大于1时,被认为具有气味活性[29]。除了2-壬酮、β-月桂烯、2-甲基丁醛、3-甲基-1-丁醇、苯乙醛、2-戊基呋喃和(E)-2-辛烯醛之外,其他气味活性化合物在所有产地的大闸蟹中的浓度均高于其感知阈值,这些化合物对大闸蟹的气味有着不可替代的贡献,是构成大闸蟹气味的骨架成分。(E)-2-壬烯醛(脂肪味,OAV为13～41)、1-辛烯-3-醇(蘑菇味、金属味,OAV为5～13)、2,3-丁二酮(奶油味、甜味,OAV为3～17)、壬醛(脂肪味、柑橘味,OA为V4～14)、3-甲基丁醛(坚果味、巧克力味,OAV为3～8)和辛醛(脂肪味,OAV为2～10)在多数大闸蟹样品中具有较高的数值。表明这些气味活性化合物是大闸蟹整体气味轮廓的重要组成部分,主要呈现出脂肪香、甜香、肉香味和金属/腥味。此外,尽管2-壬酮在大闸蟹样品中的嗅闻强度大于2,但其OAV值在所有样品中均小于1。表明评估气味化合物的贡献程度时,不能仅通过嗅闻强度来确定样品中气味活性化合物的贡献,结合气味化合物的OAV值进行评估是必要的[16]。

2.3 大闸蟹中非挥发性风味成分的分析

2.3.1 游离氨基酸含量

不同产地大闸蟹中游离氨基酸含量见表4[30-31],总含量介于32.8～40.7 mg/g,其中太湖大闸蟹中总含量最高,而武汉大闸蟹的含量最低。此外,Arg(12.0～18.3 mg/g)、Gly(5.23～12.6 mg/g)和Ala(6.13～8.92 mg/g)是大闸蟹中含量最为丰富的3种游离氨基酸,占总游离氨基酸含量的77%以上,这与陈德慰的研究结果相一致[4]。

采用滋味活性值(taste activity values,TAV)评估了各个氨基酸对大闸蟹味道的贡献程度。尽管大闸蟹的氨基酸种类丰富,但仅Arg(苦/甜)、Ala(甜)、Glu(鲜)、Ser(甜)、Gly(甜)和Phe(苦)这6种氨基酸的TAV值≥1,对大闸蟹的味道有重要贡献。Arg的TAV最高,介于24～36。其次为Ala(10～14)和Gly(4～9),它们可能是大闸蟹的甜味的主要来源。Gly和Ala也广泛存在于水产品中,通常可以为水产品提供令人愉悦的甜味[32-33]。Glu在不同产地的大闸蟹中的含量均小于3 mg/g,但其TAV值均≥3,因此可能是大闸蟹鲜味的重要来源。此外,Phe在所有大闸蟹中都被检测到,仅在太湖和兴化红膏大闸蟹的TAV≥1,可能会导致大闸蟹具有一定的苦味。

2.3.2 大闸蟹中的游离核苷酸含量及其对滋味的影响

由表4可知,AMP是大闸蟹中含量最高的呈味核苷酸,其浓度介于0.63～1.32 mg/g;其次是IMP,浓度介于0.29～0.57 mg/g;而GMP的含量很低,仅在阳澄湖大闸蟹和兴化红膏大闸蟹中被检测到,浓度分别为0.05 mg/g和0.03 mg/g。IMP和GMP具有强烈的鲜味,而AMP的味道会随其浓度的变化而变化。在浓度低于1 mg/mL时,AMP呈现甜味;而当浓度高于1 mg/mL时,甜味逐渐降低,鲜味逐渐增强[4]。同时,AMP与IMP之间存在协同作用,即在低浓度下,IMP的存在可以增强AMP的鲜味,同时增强其甜味[34]。此外,所有样品中AMP和IMP的TAV均大于1,而GMP均小于1。因此,AMP和 IMP是大闸蟹中重要的风味物质,可能对其甜味和鲜味具有贡献。

因此,Arg、Ala、Glu、Gly、IMP和AMP在所有产地的大闸蟹中的TAV均大于1,是大闸蟹的滋味骨架成分。

2.4 基于风味骨架成分的大闸蟹地域性差异分析

为解释大闸蟹地域性差异对其风味轮廓的影响,采用PCA和OPLS-DA对不同产地大闸蟹中风味骨架成分及其感官的差异进行分析,结果见图2。

在PCA图中,样本之间的距离越远,表示它们之间的差异越大,分类也就越明显。由图2(a)可知,阳澄湖大闸蟹、兴化红膏大闸蟹和武汉大闸蟹在图中的位置较接近,可以被归为同一类别;而固城湖大闸蟹和太湖大闸蟹则分别归为不同的类别。经Hotelling’s T2和DModX(Dcrit=0.05)检验,所有气味骨架成分的数据均在95%的置信区间内,且无异常值。因此,所有数据均可用于后续的OPLS-DA模型分析,以揭示不同产地大闸蟹间的聚类差异。

采用7倍交叉验证(7-flod cross validation),对模型的质量进行检验。模型的R2x和R2y(模型对分类变量x和y的解释度)和Q2(模型的预测性)分别为0.829、0.954和0.943。Q2接近1.0,表明模型是好的[36]。在模型得分图的左下象限中的泥土味与右下象限中的青草味和油脂味分别与固城湖大闸蟹和太湖大闸蟹靠近,这说明这3种感官描述的得分对于区分这2类大闸蟹起到了重要作用。这与感官评价(气味轮廓)的结果一致,即泥土味在固城湖大闸蟹中最为突出,而青草味和油脂味的感官评分在太湖大闸蟹中最高。这也证明了所鉴定出的气味骨架成分可以较好地表征样品的真实信息。此外,预测模型中的变量投影重要度(variable important in projection, VIP)是衡量各代谢物组分含量对样品分类的强度和解释力,可用来表明挥发性风味代谢化合物组之间的差异性。通常,VIP大于1的化合物对于区分不同样品的气味特征具有重要意义。结合OPLS-DA分析[图2(b)中标注为红色]和VIP图谱[图2(c)],(E)-2-己烯醛、(E)-2-癸烯醛、芳樟醇、壬醛、己醛和1-辛烯-3醇的VIP值均大于1,这些化合物是导致不同产地大闸蟹样品气味差异的指标性骨架成分。其中,(E)-2-己烯醛的VIP值最高(1.78),其他指标性气味骨架成分的VIP值范围在1.04～1.62。

基于滋味骨架成分的分析结果表明:太湖大闸蟹和兴化红膏大闸蟹相距较近,可聚为一类;而固城湖大闸蟹、阳澄湖大闸蟹和太湖大闸蟹可划分为另一类[图2(d)]。这与感官评价(滋味轮廓)的结果相符,即太湖大闸蟹和兴化红膏大闸蟹呈现出更高的苦味和咸味,OPLS-DA分析也验证了这一结果[图2(e)]。具有苦味/甜味的Arg与太湖大闸蟹和兴化红膏大闸蟹相距较近,结合其在这两类大闸蟹中更高的含量,说明它可能是太湖大闸蟹和兴化红膏大闸蟹苦味更明显的重要原因。预测模型中VIP值的结果显示[图2(f)],Arg、Ala和Gly可作为区分不同产地大闸蟹的指标性滋味骨架成分。

3 结 论

本研究采用感官评价结合GC×GC-O-MS和HPLC-DAD分析技术,深入阐述了大闸蟹独特的风味特点。从分子层面对大闸蟹中的风味成分进行了全面鉴定和分析,特别是气味活性化合物、呈味氨基酸和核苷酸。揭示了大闸蟹的风味骨架成分,包括16种气味骨架成分和6种滋味骨架成分,并明确了它们对大闸蟹风味的贡献程度。采用PCA和OPLS-DA方法探究了地域性差异对大闸蟹风味的影响,筛选出了可以区分不同地域大闸蟹的指标性化合物,包括6种气味指标物[(E)-2-己烯醛、(E)-2-癸烯醛、芳樟醇、壬醛、己醛和1-辛烯-3醇]和3种滋味指标物(Arg、Ala和Gly)。希望本研究可为大闸蟹食品的后续加工工艺和产品开发提供理论指导,从而提升消费者的感官体验。今后,仍需加强对大闸蟹风味的复杂性和多样性的研究,以便更全面地理解其风味特点的形成和调控机制。

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Flavor Characterization and Differences of Flavor Skeleton Components of Hairy Crabs from Different Origins

YU Mingguang1, CHEN Mingzhao1, SONG Huanlu1,*, ZHU Jianshe2, QIU Caohua2
(1.School of Food and Health,Beijing Technology and Business University,Beijing 100048,China;2.GERSTEL (Shanghai) Co. Ltd., Shanghai 201206, China)

Abstract：Hairy crabs are popular among consumers for their fresh flavor characteristics. The comprehensive analysis of the characteristic flavor substances in hairy crabs from different origins using comprehensive two-dimensional gas chromatography-sniffing-mass spectrometry and liquid chromatography-diode array detector analysis techniques were presented, and the influence of region on the flavor skeleton components of hairy crabs was analyzed by combining principat component analysis and orthogonal partial least squcoes discriminant analysis. The results showed that 68 odor compounds and 19 taste compounds were identified in hairy crabs from five different origins, including 21 aldehydes, 17 alcohols, 9 ketones, 5 acids, 4 nitrogenous compounds, 3 esters, 4 aromatics, 5 other odor compounds, 16 amino acids and 3 nucleotides. Through accurate quantification and odor/taste activity value assessment, the flavor skeleton compounds (odor activity value or taste activity value≥1 in all samples) of hairy crab were identified, containing 16 odor and 6 taste compounds. In addition, 6 odor compounds, including (E)-2-hexenal, (E)-2-decenal, linalool, nonanal, hexanal and 1-octen-3-ol, and three taste compounds, including arginine, alanine and glycine, could be used as indicator compounds to distinguish hairy crabs from different origins.

Keywords：Eriocheir sinensis; odor components; taste components; comprehensive two-dimensional gas chromatography-olfactometry-mass spectrometry; indicator compounds

中图分类号：TS254.1

文献标志码：A

doi：10.12301/spxb202300471

文章编号：2095-6002(2024)04-0135-13

引用格式：于明光, 陈明昭, 宋焕禄, 等. 不同产地大闸蟹风味表征及风味骨架成分差异[J]. 食品科学技术学报,2024,42(4):135-147.
YU Mingguang, CHEN Mingzhao, SONG Huanlu, et al. Flavor characterization and differences of flavor skeleton components of hairy crabs from different origins[J]. Journal of Food Science and Technology, 2024,42(4):135-147.

收稿日期：2023-07-31

第一作者：于明光,男,博士研究生,研究方向为食品风味化学。

*通信作者：宋焕禄,男,教授,博士,主要从事食品风味化学方面的研究。

(责任编辑：李 宁)