静态顶空气相色谱法在测定热加工过程中鱼肉脂类氧化的应用

静态顶空气相色谱法在测定热加工过程中鱼肉脂类氧化的应用

I. Medinaa,*, M.T. Satué-Graciab, and E.N. Frankelb

Instituto de Investigaciones Marinas del CSIC, E-36208 Vigo, Spain, and

b

Department of Food Science and Technology, University of California, Davis,

California 95616

摘要：运用静态顶空气相色谱系统测定挥发性物质来研究鱼肉在热加工过程中的氧化现象。不同的加工温度和时间用来模拟鱼肉的工艺处理条件，主要的挥发成分有乙醛、丙醛、庚烷、2-乙基呋喃、戊醛和己醛。不同的加工时间和温度对挥发性成分的变化有影响，分析挥发性成分测定鱼肉氧化与过氧化值、共轭二烯和硫代巴比土酸指标呈正相关，在热处理和挥发性物质中应用一元和多元线性回归，表明2-乙基呋喃在鱼肉中的氧化稳定性是最好的。Paper no. J8854 in JAOCS 76, 231–236 (February 1999)。

关键词：2-乙基呋喃、鱼肉氧化、静态顶空气相色谱、热加工、挥发物质 一些文章已经描述了脂质氧化在食品加工最终产品质量中起着重要的作用

[1-3]

。脂质氧化通常与挥发性物质的数量相关联，可以由热加工食品中的多不饱

和脂肪酸（PUFA）生成[3,4]。鱼肉含高度不饱和脂肪酸，使其极易对热加工中的氧化和降解敏感[5,6]。

用不同的方法来评定鱼肉脂质氧化的机理和其总体风味质量[7,8]，这些方法主要根据特殊化合物的形成或它们在其它食物产品中的交互作用。然而，其中的一些化合物的形成非常快以至于用这些方法还没有被证实。氢过氧化合物是脂质自动氧化的初级产物，迅速地形成低分子量的各种各样的二次挥发性化合物。醛类是食物在储藏和加工中异味和气味产生的主要的二次挥发物[8-11]。几种方法已经被用来确定食物体系中的醛类物质[12-14]。最近，静态顶空气相色谱（SHS-GC）为测定醛类在鱼和植物油中的氧化提供了一个简单而快速的测定方法[15-17]。丙醛造成n-3多不饱和脂肪酸氧化，己醛造成n-6多不饱和脂肪酸氧化，与共轭二烯一起被广泛用于测定生物系统中过氧化的多不饱和脂肪酸[18,19]。这种方法的优点就是不需要抽样检查，允许从顶空注射食物或生物体系中能被消除的挥发性化合物。直接、准确的测定鱼肉的挥发性物质的分析方法通过SHS-GC需要仔细规范化的仪器参数比如样本量、平衡温度时间和温度、仪器本身条件对于挥发性物

质的分类[20,21]。

目前的工作目的是开发一种简单的SHS-GC方法，通过分析挥发性化合物的形成来测定热处理的鱼肉的氧化的程度，在鱼加工中处理的温度通常为40℃和60℃，而熏制和罐藏温度为100℃。醛类产生的数量与过氧化值、共轭二烯和硫代巴比土酸反应物（TBARS）有参数关系。 实验步骤

原料：三罐金枪鱼（当地市场上购买），买回之后立马取样进行分析。取200g白肉绞碎，包上滤纸，充分混合得到均匀样品。然后称量1g绞碎的金枪鱼肉到6mL的顶空气瓶中（Perkin-Elmer，Norwalk，CT），所有使用的化学物品和溶剂要么是分析纯的，要么是色谱纯的（Fisher Scienti?c，Pittsburgh匹兹堡，PA）。 前期试验：装好样品的顶空气瓶立即用硅橡胶帽的聚四氟乙烯密封，在黑暗环境中氧化，然后分别于40、60、100℃烤箱烘烤。采样时间：40℃和60℃为0～4天，100℃为0～150分钟，对三个瓶子的每个采样时间和温度进行分析，每个处理方法用三种不同的鱼经过相同的处理条件如上述重复三次。

挥发性物质分析：SHS-GC分析表现为一个配备了H-6顶空取样器的Sigma 3B气相色谱（Perkin-Elmer），瓶子处于平衡5～15分钟，温度在20～100℃，在注入毛细管柱DB-1701（30米×1毫米厚；J&W, Folsom, CA）之前增压与载气30秒，喷油器和烤箱温度分别设为180、70℃，载入氦的速度为20厘米/秒，离子化火焰检测器的温度在200℃。通过比较挥发性化合物保留时间与标准参数对照来识别乙醛、丙醛、庚醛、戊醛、己醛和2-乙基呋喃（Sigma, St. Louis, MO），对单个峰面积和整体峰面积进行整合，丙醛和戊醛（Sigma）作为外部标准。 气相色谱-质谱（GC-MS）：用型号为5890的惠普加气相色谱外加一个5898型号的质谱系统和一个7694型号的静态顶空系统测定挥发性化合物，气相色谱条件如上所述，质谱仪要在电子碰撞电离模式下进行（70eV），传输管和离子源的温度都设置为280℃。

脂质提取：分析挥发成分后，小心打开瓶子，用Bligh和Dyer方法从金枪鱼肉中提取脂质[22]，用两次湿重的百分率来表示脂质的百分含量[23]，热处理前从金枪鱼中提取脂质用来测定初始脂肪酸的组成。

金枪鱼初始脂肪酸测定：两份能被消除的油转变成甲酯[24]，用Christie所描

述的气相色谱法进行分析[25]。

氧化法的测定结果：用硫氰酸铁法测定过氧化值(mmoL/kg脂肪)[26]，根据AOCS法Ti 1a-64测定共轭二烯值(绝对吸收率/mg脂肪)[27]，脂肪中能被消除的提取物能够在氮气下蒸发干燥，溶解在5mL的异辛烷中，在234nm测其吸光度，根据Vyncke法测定TBARS值(mg丙二醛/kg干燥鱼肉)[28]，所有的测定均做1个平行。

统计分析：Forward Stepwise Regression使用统计软件包计算出多元回归[29]，计算出了反映每个变量因素对回归模型单独作用的BETA值，这些数据根据Sokal and Rohlf经过单独的方差分析(ANOVA)[30]，通过ANOVA试验比较各种方法，得到使用最小二乘差异(LSD)法[29]作为单因素分析的测试手段。 SHS-GC的精密度方法：从金枪鱼中取1克鱼肉装入瓶中，共12份，密封置于0℃保存直到发生腐败，每四个瓶分为一组，每组单独置于40℃培养4天，然后用SHS-GC方法分析，比较每组之间的方差系数。 结果与讨论

在脂肪氧化之前分析金枪鱼的脂肪酸表明：多不饱和脂肪酸（PUFA）尤其是n-3PUFA（见表1）含量非常多，脂质分数的25%为22:6n-3，7.4%为5n-3，饱和脂肪酸和单不饱和脂肪酸含量很低，这些都与以前的结果一致（见表1）[7,30]。由于金枪鱼高含量的多不饱和脂肪酸，在鱼肉腐败之前脂质含量（2.5±0.8% 湿重），多不饱和脂肪酸在热氧化过程中能明显促进氢过氧化合物在鱼肉热加工降解[3,4]。

表一 最初鱼肉的脂肪酸组成（总脂肪酸的湿重百分率） 脂肪酸 14:0 15:0 16:0 16:1n-9 16:1n-7 16:1n-5 17:0 18:0 百分比 2.1±0.3 0.5±0.0 19.3±0.3 0.3±0.0 2.1±0.3 0.1±0.0 0.90±0.1 7.7±0.6 脂肪酸 18:3n-3 20:1n-9 20:4n-6 20:4n-3 20:5n-3 22:1n-1 21:4n-3 22:5n-3 百分比 0.4±0.1 4.3±0.2 1.8±0.1 0.6±0.2 7.4±0.4 1.2±0.3 0.75±0.2 1.6±0.1 18:1n-9 18:1n-7 18:1n-5 18.7±0.9 2.6±0.3 1.5±0.1 22:6n-3 24:1n-9 25.0±1.6 1.1±0.1 数据表示为：平均值±标准偏差 三种不同鱼

SHS-GC：平衡的时间和温度被认为是用SHS-GC法分析挥发性物质的重要影响因素[20]，用SHS-GC法分析挥发性成分，使1g的金枪鱼肉样品在不同的平衡时间和温度下标准化，峰值强度取决于总挥发性物质，平衡温度在60℃以上峰个数增加（见图1），由于鱼肉脂质在平衡时的进一步氧化分解导致挥发性物质的形成速度在80℃以上急剧增加，为了使SHS-GC分析过程中的误差最小化，金枪鱼肉的平衡条件设置为60℃15分钟。

图1. 培养温度和时间对总挥发物的影响

鱼肉氧化的稳定性：样品鱼在40℃和60℃氧化，氧化程度用过氧化值、共轭二烯、硫代巴比土酸反应物（TBARS）和挥发性物质来表示。鱼肉未经过处理培养1天后，过氧化值在40℃和60℃氧化时达到最大值，第一天到第四天均下降（见表2）。过氧化值在40℃和60℃氧化与鱼肉氧化稳定性没有显著性差异。过氧化值反映了氢过氧化物在鱼肉加热过程中有明显的分解[31-33]，与过氧化值相比，一天之后，共轭二烯的形成速度在40℃和60℃显著增加（见表2）。硫代巴比土酸反应物（TBARS）从0天到2天增加达到最大值，接下来2天逐渐下降（见表2），正如先前所报道的，鱼肉在热加工过程中其TBARS值逐渐减少

[32]

，TBARS值测定加热时醛类和其他生物化合物的相互形成[34]。

表2 鱼肉在40、60、100℃腐败后脂质氧化和挥发成分形成的分析

40℃ 0天 1天 2天 3天 4天 60℃ 0天 1天 2天 3天 4天 100℃ 0min 30min 60min 90min 120min 150min 过氧化物 共轭二烯 TBARS 乙醛 丙醛 庚烷 2-乙基呋喃 戊醛 己醛 0.64±0.23a 5.80±0.65b 4.31±1.02b,c 3.59±0.32c,d 2.65±0.71d 0.388±0.018a 0.408±0.21a 0.474±0.08b 0.545±0.032c 0.594±0.017d 1.01±0.35a 2.15±0.21b 3.53±0.43c 3.06±0.17c,d 2.56±0.07b,d 321±43a 1125±124b 4405±302c 5561±718c,d 6779±431d 387±68a 2041±76b 3778±238c 3848±179c 4480±466c 0±0a 0±0a 208±16b 938±85c 1562±332c 0±0a 0±0a 32±12b 69±9c 136±7d 0±0a 101±9b 340±32c 584±66d 987±52e 0±0a 0±0a 22±7b 75±36c 186±27d 0.64±0.16a 4.86±0.15b 4.57±0.22b 3.23±0.35c 1.65±0.76d 0.409±0.025a 0.437±0.048a,b 0.488±0.009b 0.560±0.037c 0.670±0.033d 1.00±0.32a 3.20±0.10b 4.53±0.18c 3.95±0.23c 3.21±0.08b 390±11a 4618±545b 6812±921b,c 8124±479c 8829±357c 493±15a 5706±652b 7328±748b 10447±621c 12706±901c 0±0a 325±37b 359±3b 428±54b,c 545±66c 0±0a 975±51b 4210±320c 12234±743d 23427±1407e 0±0a 277±34b 482±5c 916±150d 1357±148e 0±0a 60±5b 148±21c 293±19d 442±28e 0.64±0.16a 0.87±0.23a 1.62±0.13b 2.32±0.31c 3.40±0.56d 1.90±0.42b,c 0.405±0.030a 1.058±215b 2.283±117c 2.831±65d 2.717±125d 1.526±89e 1.01±0.22a 1.55±0.04b 1.29±0.18a,b 1.06±0.09a 0.42±0.08c 0.36±0.11c 127±20a 2973±20b 11057±1047c 15126±2023c 22455±1876d 26146±3257d 368±68a 2580±145b 7345±901c 9719±847c,d 12837±1103d 17101±503e 0±0a 250±22b 398±49c 515±57c,d 651±37d,e 791±91e 0±0a 154±22b 1826±233c 4824±126d 10425±133e 22319±1187f 0±0a 172±15b 353±32c 575±47d 920±157e 1533±168f 0±0a 58±8b 184±62c 214±27c 329±24d 424±12e

a表示：三个平行样平均值±标准偏差，氢过氧化物单位为mmol/kg，共轭二烯单位为

绝对吸收度/mg脂质，TBARS为mg丙二醛/kg干燥鱼肉，挥发成分用顶空气相色谱的面积表示，每列的值与后面的字母无差异（P<0.01）。

SHS-GC分析金枪鱼肉在40℃氧化时挥发性物质的测定显示了乙醛、丙醛、庚烷、2-乙基呋喃、戊醛和己醛（见图2、表2）的形成，除了2-乙基呋喃，这些挥发性组分被报道是起因于不同的氧化油脂所含有的n-3不饱和脂肪酸[15,17]。丙醛来源于亚麻酸盐氢过氧化物的腐败变质，己醛和戊醛来源于亚油酸盐氢过氧化物的腐败变质[10]，庚烷也在罐头鲑鱼中被大量发现[20]，低含量的2-乙基呋喃也被发现存在干燥和烟熏的鱼粉里[35]，最近2-乙基呋喃也被报道存在热加工的鱼油中[36]。

图2 鱼肉样品在40℃培养4天氧化过程中挥发性物质的静态顶空气相色谱图

确认峰点如下：1-乙醛，2-丙醛，3-庚烷，4-2-乙基呋喃，5-戊醛，6-己醛

研究发现丙醛含量比戊醛和己醛要高得多，正如样品鱼的n-3PFUA（35.7%）比n-6PFUA（3.3%）含量高一样（见表1），丙醛的形成表明无诱导期或者停滞期为在40℃可以维持4天（见表2），这一结果与之前所报道的鲱鱼和沙丁鱼在

50℃无诱导期条件下油脂氧化形成高含量的丙醛的一样[15]，n-3PFUA热分解形成丙醛比n-6PFUA分解形成己醛要容易得多，这之前所显示的丙醛的活化能比己醛的要低有关[15]。丙醛和乙醛在40℃和60℃氧化的前两天表现出显著性增加，在后两天达到平衡（见表2）。2-乙基呋喃、戊醛和己醛在40℃和60℃氧化表明在大约一天左右存在缓慢的诱导期，但在氧化时显著增加（见表2）。观察鱼肉在60℃氧化时挥发性物质的形成趋势与40℃很相似，然而，庚烷在60℃的形成表明无诱导期，在第一天氧化后达到平衡值直到第四天都没有显著性增加（见表2）。这些挥发性物质形成的区别有可能表明不同的氢过氧化物的分解随氧化温度的不同而变化。

研究了金枪鱼肉在100℃的氧化稳定性，因为在罐头加工中经常用这一温度（比如，临界杀伤力、时间需在250℉、温度为121℃杀灭肉毒杆菌，1012杀菌4～6min）。鱼肉的过氧化值和共轭二烯在氧化过程中需在100℃加热90～120分钟，增加达到最大值（见表2）。TBARS值在100℃30min后显著增加，在30～150min之间明显下降（见表2）。在高温下，氢过氧化物将产生大量的复杂二次产物[9]，观察100℃时主要挥发性物质的形成方法与40、60℃相同，也就是测定乙醛、丙醛、庚烷、2-乙基呋喃、戊醛和己醛（见表2）。鱼肉在100℃氧化时乙醛和丙醛迅速形成没有诱导期出现，在前60min时它们的值有显著差异（见表2），之后就没有差异。庚烷的形成从0min到150min都增加，2-乙基呋喃、戊醛和己醛在每个不同时间段增加速度比其它挥发性物质都要慢，鱼肉在100℃氧化时2-乙基呋喃的形成速度最快。

SHS-GC程序的验证：SHS-GC测定鱼肉挥发性物质有着良好的精密度，正如同一鱼的一组四个不同样在40℃培养4天的标准偏差相对较低（见表3），各组间的方差系数与同组平行的样品方差系数相近。 表3

鱼肉挥发性物质的分析

挥发性物质 乙醛 丙醛 庚烷 平均值 5125.00 4378.00 2041.50 S.D 500.29 466.21 219.44 C.V 9.8 10.6 10.6 2-乙基呋喃 戊醛 己醛 201.25 873.25 149.25 7.36 52.87 14.12 3.7 6.1 9.5 a表示：每种挥发性物质所占总峰面积，同一鱼的一组四个不同样在40℃培养4天后的平均值、标准偏差（S.D.）和变异系数（C.V.）。

由40、60和100℃所测值可得到乙醛和丙醛生产时在热加工初期存在明显差异，戊醛、2-乙基呋喃和己醛则在加工末期形成。结果表明，醛类物质的分析，如乙醛和丙醛能被用来测定鱼肉在热加工处理早期中的氧化，2-乙基呋喃、庚烷、戊醛和己醛可用在鱼肉热氧化后期，乙醛的使用有局限性，由于它在氧化过程中很难与戊醛及一些早期峰分离出来。

为了测定挥发性组分在热加工过程中怎样形成能被用来测定鱼肉氧化的稳定性，回归分析在每种挥发成分和过氧化值、共轭二烯和TBARS值中进行，数据为三个不同的处理方式处理的鱼肉在40℃和100℃的值，测定过氧化值和挥发性组分之间没有明显的关系，由于氢过氧化物的降解，挥发性组分开始增加时过氧化值则减少（见表2）。

计算BETA值确定共轭二烯和TBARS及被选定的挥发性物质之间的多元线性回归关系，体现了每种挥发性组分在这模型中的单独作用。在线性回归中鱼肉样品在40℃氧化时共轭二烯、2-乙基呋喃和戊醛有良好的相关性，且R2均为0.724（见表4）。2-乙基呋喃的数目在多变量回归中的独立作用最大（BETA为1.44526），TBARS和丙醛、己醛是多变量回归的重要参数（R2为0.995），丙醛的单独作用很强，其BETA为1.39031。多元回归分析表明40℃的热加工时间和2-乙基呋喃、己醛、丙醛有高度的相关性（R2为0.934）。再者，2-乙基呋喃对加热时间有最好的预测效果（BETA为0.51550）。

表4 分析三种不同方法处理的鱼肉的挥发性物质，因变量的回归总结a：共轭二烯、TBRAS值、40℃和100℃的热处理时间

40℃ 挥发性物质 共轭二烯(R2=0.724)b TBARS(R2=0.995)b BETA 2-乙基呋喃 1.44526 P-水平 0.00005 BETA P-水平 时间(R2=0.934)b BETA 0.51550 P-水平 0.00085 戊醛 丙醛 己醛 庚烷 -1.54012 0.00040 100℃ 1.39031 0.00278 0.30758 0.46652 0.00384 0.00002 -0.72465 0.00936 乙醛 (2-乙基呋喃) (2-乙基呋喃)4 (2-乙基呋喃)1/2 (2-乙基呋喃)3 共轭二烯(R2=0.969)b TBARS(R2=0.993)c 2.10183 -1.65339 0.00253 0.00508 时间(R2=0.934)c 1.16024 0.20117 0.00045 0.00941 -1.91540 0.00443 1.11464 0.00993 a表示：所采用的数据为每种挥发性物质所占总峰面积

b表示：多元回归系数，BETA：每种挥发性物质对回归模型的作用

c表示：非线性回归系数，BETA：每种挥发性物质对回归模型的作用，数值上标表示功能，其显著性是在P<0.01，为缩写见表2

100℃氧化150min，加热时间和挥发性组分的形成可用单、多变量回归计算（见表4），非线性回归可以计算2-乙基呋喃100℃培养的时间（R2为0.999），通过多元回归可知共轭二烯值与乙醛数高度相关（R2为0.969）。得到TBARS值的最好方法是使用2-乙基呋喃形成数目的非线性函数（R2为0.993）。 2-乙基呋喃对在40℃培养4天和100℃放置150min的鱼肉氧化稳定性的预测的单独作用最强，鱼肉中n-3PUFA氧化形成2-乙基呋喃能被认为在相同的机制条件下由n-6PUFA氧化生成[10]（见图3）。12-亚麻酸氢过氧化物（18:3n-3）、14-二十碳五烯酸氢过氧化物（20:5n-3）和16-二十六碳六烯酸氢过氧化物（22::6n-3）能经受β分解产生一个共轭二烯自由基，这个自由基可以和氧气生成一个氢过氧化乙烯基，氢过氧化乙烯基失去羟基形成烷氧基自由基经过环化作用生成2-乙基呋喃。

图3 2-乙基呋喃的形成机理

SHS-GC分析为乙醛、丙醛、庚烷、2-乙基呋喃、戊醛和己醛提供了一个快速、无损、简易的监测鱼肉热氧化的方法，此方法可以研究不同变量在鱼肉加工中使用热处理对挥发性物质的影响。由40℃和100℃回归模型可知，2-乙基呋喃对鱼肉热加工过程中的挥发性物质的测定有很大的帮助，挥发性物质的可能性利用在评价过热食品质量是可以被考虑的，丙醛的测定可能对鱼肉热氧化的早期阶段有用。 致谢

我们感谢西班牙地方政府（Xunta de Galicia）（对即时通信）和西班牙教育和文化部门（对海龟专家）财政上的支持， 真诚地感谢Vigo and Dr Manolo Marcos大学的科学技术研究中心为我们提供质谱分析的技术资源。 参考文献

[1]Cheftel,J.,and H.Cheftel,Agentes y Mecanismos de Deterioración de los Alimentos,in Introducción a la Biología y Tecnología de Alimentos,edited by J.Cheftel and H.Cheftel, Acribia, Zaragoza, 1976, pp.239–318.

[2]Pearson, A.,J.Love,and F.Shorland,Warmed-Over Flavour in Meat,Poultry and

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/lp13.html