劉 源， 崔智勇， 周雪珂， 王勝楠， 王文利

(上海交通大學 農業(yè)與生物學院， 上海 200240)

水產品是海洋和淡水漁業(yè)生產的動植物產品及其加工產品的總稱。據統(tǒng)計，自1961年以來，世界范圍內水產品消費量年均增速3.1%，幾乎是年度世界人口增長速度(1.6%)的兩倍[1]。水產業(yè)是國民經濟的重要組成之一，對經濟發(fā)展和居民營養(yǎng)水平的提升具有積極作用。聯(lián)合國糧食及農業(yè)組織(Food and Agriculture Organization of the United Nations，FAO)于2020年發(fā)布的《世界漁業(yè)和水產養(yǎng)殖報告》顯示，近十年來我國水產養(yǎng)殖業(yè)產量占全球60%以上，穩(wěn)居世界第一。與之對應，根據《中國統(tǒng)計年鑒》，2020年我國水產品總量6 549.0萬t，其中海水產品3 314.4萬t，淡水產品3 234.6萬t；2020年我國漁業(yè)經濟總產值達1.28萬億元，占我國農林牧漁業(yè)總產值的9.27%。

滋味是決定消費者購買意愿的重要指標之一。水產品具有鮮美的滋味特性，如河鲀、鰣魚和刀魚并稱“長江三鮮”。水產品中的呈味物質包括含氮有機化合物、非含氮有機化合物和無機離子三大類[2]。在熱加工和發(fā)酵等加工條件下形成多種成分共同決定水產品的滋味。本文對國內外水產品滋味相關研究熱點、主要研究對象進行分析，整理水產品中常見滋味成分、關鍵滋味活性成分等主要滋味物質，歸納基于組學概念的水產品滋味成分解析技術、基于人工智能技術的水產品滋味評價與精準預測技術、多技術聯(lián)用的水產品滋味感官組學等最新的水產品滋味的分析方法，以期為水產品行業(yè)發(fā)展提供參考。

1 水產品滋味研究熱點

分析Web of Science核心合集近十年水產品滋味研究論文及其關鍵詞，水產品滋味研究可分為3類：樣本來源分布類、主要滋味成分類以及加工方式類。將2011—2015年間研究關鍵詞出現的頻率從高到低進行排列，頻次最高的前5個詞是鹽(salt*)、多樣性(diversity)、食品(food)、產量(yield)和魚片(fillet)。由此表明腌制技術(鹽漬)、種類、魚片及產量等是滋味相關研究主要內容，反映了水產品隨加工機械化、自動化和智能化升級后生產規(guī)模擴大及效率提高。這與水產加工總量快速上升，加工能力穩(wěn)步增長的現狀相一致。同理，2016—2020年間研究關鍵詞出現頻率最高的五個詞是輪廓(profile)、魚類產品(fish product)、風味(flavor)、4 ℃、品質變化(quality change)。對比發(fā)現近十年間水產滋味研究從工藝(design)向流通環(huán)節(jié)(quality change)延伸。

2 水產品滋味主要研究對象

水產品滋味研究對象種類廣泛，其原料種屬主要分布如下：魚類占81.75%(以輻鰭魚綱為主)；軟體動物類占8.75%、甲殼類占7.98%、水生藻類及其他類占0.76%。

魚類研究對象依次包括鱈屬、鮭屬、鳀魚屬、草魚屬、鰱屬、鯡魚屬等。鱈魚隸屬于鱈形目鱈科，主要包括大西洋鱈魚(Gadusmorhua)、太平洋鱈魚(Gadusmacrocephalus)、格林蘭鱈魚(Gadusogac)等是主要的水產品滋味研究對象。鮭魚滋味研究論文數量僅次于鱈魚，主要包括大馬哈魚(Oncorhynchustshawytscha)、新西蘭大馬哈魚(Macruronusnovaezealandiae)及大西洋鮭(Atlanticsalmon)。以上6個魚類種屬都是廣泛養(yǎng)殖或捕撈的大宗經濟類魚屬，海參與海膽等高值水產品的滋味研究較少。

3 水產品主要滋味成分

3.1 水產品中常見滋味成分

水產品中的滋味成分包括含氮有機化合物(氨基酸、核苷酸及其關聯(lián)化合物、有機堿、呈味肽等)、非含氮有機化合物(有機酸、糖類等)和無機離子三大類，水產品中滋味組分數量眾多，具有多元化的呈味特性。

水產品以“鮮美”著稱，主要的滋味感官屬性包括鮮和甜。研究發(fā)現Glu、Asp等是水產品如魚露[3]、蟹醬[4]中的主要鮮味氨基酸。5′-肌苷酸(inosine-5′-monophosphate，IMP)在魚中的含量很高，是魚鮮味的主要貢獻者[5]，而5′-腺苷酸(adenosine-5′-monophosphate，AMP)主要存在于甲殼和軟體類水產品中。琥珀酸是貝類的主要呈鮮物質之一，起輔助增味作用[6]。水產品是發(fā)掘新型鮮味肽的重要蛋白資源[7]，近年來從水產品中鑒定出43條鮮味肽[8]，它們能提升水產品整體鮮味強度和適口性。甜味是水產品的第二重要的滋味屬性，特別是甲殼類水產品(蝦蟹等[9])具有“鮮甜”的特征。除甜味氨基酸外，有機堿類尤其是甜菜堿，具有甜味，對海產品的甜味貢獻突出[10]。水產品的酸味、苦味等較弱，近年來水產品濃厚味受到較多關注，主要由濃厚感肽如γ-Glu型賦予，在蝦[10]、扇貝[11]等中均有報道。

3.2 水產品中關鍵滋味活性成分

水產品的關鍵滋味成分是其區(qū)分于不同水產品的“味覺名片”?；诜肿痈泄倏茖W方法，即通過建立理化分析(定量潛在滋味成分)和感官評價(滋味輪廓分析、滋味重組、減除- 添加實驗等)之間的橋梁，可確定樣品中關鍵滋味活性組分和各組分的滋味貢獻。表1匯總了已報道的水產品中44種關鍵滋味成分。

4 水產品滋味物質分析方法

水產品滋味成分分析包括定性和定量分析，除了已闡明結構和感官特性的滋味化合物，新型滋味成分發(fā)掘一直是國際上的研究熱點。傳統(tǒng)的滋味分析包括滋味物質的提取、分離、純化、鑒定和感官評價等步驟。隨著代謝組學、人工智能和感官組學等技術的發(fā)展，水產滋味分析逐漸向多元化和智能化方向邁進。傳統(tǒng)與現代水產品滋味分析技術對比見圖1。

表1 水產品中關鍵滋味活性組分Tab.1 Key taste-active compounds in aquatic products

圖1 傳統(tǒng)與現代水產品滋味分析技術Fig.1 Traditional and modern analysis techniques of aquatic products taste

4.1 傳統(tǒng)水產品滋味成分分析方法

為了避免大分子物質如蛋白和油脂的影響，水產品滋味成分的提取通常采用物理或化學方法如酸沉、離心等。進一步分離和純化方法包括膜分離法、連續(xù)色譜法[28]等。定性定量分析通常采用原子吸收光譜、高效液相色譜、液質等基于色譜的技術進行。目前常見滋味物質的分析方法比較成熟，但存在環(huán)境不友好、耗時費力效率低下等問題。水產滋味成分的感官定性分析，需要大量的分離純化以獲取足量樣本用于感官評價，且效率低下，是傳統(tǒng)分析方法的痛點。

4.2 現代水產品滋味物質分析方法

基于水產滋味研究的深入需求如新型滋味成分高效發(fā)掘、滋味成分的形成機制等，對滋味分析技術提出了新的要求和挑戰(zhàn)。組學技術、人工智能技術等為水產品滋味分析研究提供了支撐。

4.2.1基于組學概念的水產品滋味成分解析

近年來代謝組學與蛋白質組學在水產品滋味研究較多，主要采用質譜、核磁共振法(nuclear magnetic resonance，NMR)、光譜技術等解析水產品滋味成分形成和分布。

新型質譜技術具有超高分辨率，如基質輔助激光解吸/電離飛行時間質譜(MALDI- TOF MS)[28]、MALDI- TOF/TOF MS/MS、串聯(lián)質譜[34]等。在3種河鲀包括菊黃東方鲀(Takifuguflavidus)、暗紋東方鲀(Takifuguobscurus)、紅鰭東方鲀(Takifugurubripes)魚湯中鑒定了若干滋味成分，包括鮮味肽(Tyr-Gly-Gly-Thr-Pro-Phe-Val，836.4 Da)[28]。魚露自發(fā)發(fā)酵過程中共發(fā)現包括氨基酸、小肽(Arg和Pro代謝而成)、有機酸、胺、碳水化合物和核酸在內的46種代謝物[3]。

NMR可以提供分子化學結構和鑒定物質種類。基于1H NMR技術和多變量統(tǒng)計方法可探索生與熟菊黃東方鲀(Takifuguflavidus)肌肉代謝組差異，發(fā)現11種代謝物變化明顯(P<0.05)，包括9種氨基酸(Ala、Leu、Met、酪氨酸、谷氨酸、甘氨酸、精氨酸、賴氨酸、牛磺酸)，1種有機酸(乳酸)和1種生物堿(甜菜堿)[35]。

多種技術聯(lián)用可以相互驗證水產滋味成分的貢獻，如Mabuchi等[36]基于氣相色譜- 質譜法分析4種白魚肉(Thamnaconusmodestus，Sebastiscusmarmoratus，Inimicusjaponicus，Pagrusmajor)的滋味差異，使用偏最小二乘法將代謝組數據與電子舌測量值建立預測模型，以此判定與滋味相關的主要代謝成分。結果發(fā)現，磷酸、乳酸和肌酐等化合物是建立預測模型的重要指標，特別是磷酸在預測模型中顯示出最高的預測變量重要性分數(variable important for projection，VIP)。

4.2.2基于人工智能技術的水產品滋味評價與精準預測

人工智能技術在水產品滋味分析中的應用包括仿生傳感評價和人工智能學習。仿生味覺傳感器以酶、組織、細胞以及受體等作為識別滋味成分的敏感元件，結合二級傳感器檢測敏感元件和水產滋味成分之間的特異性反應[37]。韓國Park團隊[38]和國內王平教授團隊[39]較早開發(fā)了系列鮮味、甜味等仿生傳感評價技術。筆者研究團隊從組織- 細胞- 受體感知通路出發(fā)，研制了響應各類鮮味刺激(GMP、MSG、IMP和WSA等)的生物傳感器體系，從傳感器穩(wěn)定性、重復性、鮮味評價精準性與特異性等角度佐證各傳感器定量評價鮮味成分的(強度)性能，為水產滋味的智能化評價提供了解決方案[40-41]。

虛擬篩選是人工智能學習在水產滋味成分篩選和預測的新型應用手段[42]。基于配體的虛擬篩選主要通過分子指紋、氨基酸序列、分子線性輸入規(guī)范(simplified molecular input line entry system，SMILES)等方法表征目標物質，進而結合人工智能技術建立模型從而實現快速判斷?；谑荏w結構的虛擬篩選主要采用分子對接、分子動力學模擬等方法，通過量化分析不同滋味受體和配體之間的相互作用模式，從而實現虛擬判斷。Charoenkwan等[43]和筆者研究團隊從鮮味肽出發(fā)，均建立了鮮味肽虛擬篩選判斷策略。筆者研究團隊提出了一種基于最高占有分子軌道- 最低未占有分子軌道位點(highest occupied molecular orbital-lowest unoccupied molecular orbital，HOMO- LUMO)和分子對接結果的多級虛擬篩選鮮味肽理論，并建立了一套從氨基酸序列直接到鮮味判斷的端對端預測模型Umami_YYDS[7,44]。對于LC- MS/MS識別水產品中滋味物質特殊峰困難的情況，人工智能學習可以擬合非靶向代謝數據庫中多級代謝物的保留時間，提高了模型預測保留時間的準確度，從而增加質譜物質鑒別率[45]。

4.2.3多技術聯(lián)用的水產品滋味感官組學

滋味感官組學包括滋味物質的精準定性定量分析、基于感官閾值和TAV值等的初步篩選、不同模型體系中結合減除/添加實驗和描述性分析驗證等，最終實現整體滋味的重組和復現。目前基于滋味感官組學策略的基礎研究已在水產品中初步展開(圖2)。此外，結合心理物理學、計算化學、分子模擬、腦電圖(electroencephalogram，EEG)、功能性核磁共振成像(functional magnetic resonance imaging，fMRI)等多技術聯(lián)用可進一步提升感官組學策略研究效果。

新興感官方法的發(fā)展為感官組學信息的挖掘提供了更多的途徑。時間- 強度法(time-intensity，TI)、選擇合適項目法(check-all-that-apply，CATA)和評估合適項目法(rate-all-that-apply，RATA)具有相對快速、簡單培訓且更多關注動態(tài)感知的特性。目前，這些新興方法的應用多見于水產品香氣評價中，未來在水產品滋味評價中大有可為。

圖2 水產品滋味感官組學概況Fig.2 Sensoryomics profile of aquatic products taste

5 總結與展望

近十年來水產品滋味研究逐年增加，研究對象以魚類為主，研究方向更加聚焦，研究從工藝向流通環(huán)節(jié)延伸。水產品滋味以鮮甜為主要特征，成分包括含氮有機化合物、非含氮有機化合物和無機離子三大類。水產品的關鍵滋味活性組分具有高度相似性，但探明的水產品種類較少。組學技術、人工智能等現代新技術為水產品滋味的高效深入研究提供了有力支撐。

基于未來可持續(xù)發(fā)展和人類命運共同體理念，水產品產業(yè)具有廣闊的發(fā)展空間。面向未來，個性化食品風味需求，對食品行業(yè)提出了更高要求和挑戰(zhàn)。水產品種類多樣，但目前已研究其特征滋味的水產品僅占FAO收錄食用種類數目的11%，限制了其規(guī)模化開發(fā)和食品化推廣的原動力。各類水產品滋味屬性和關鍵呈味組分解析，可推動各類水產品向餐桌食品轉化的步伐，同時也可豐富食品調味多元化及個性化口味定制需求，也有助于解決因水產品分布和生產時令差異造成的時空限制。此外，采用多學科交叉技術聯(lián)用，如分子模擬、多組學融合、腦電成像、智能感知等對水產品呈味特性進行系統(tǒng)研究，將更加客觀高效地揭示水產品滋味成分(間)的作用機制和形成- 調控機制，為水產品高值化開發(fā)提供支持。