孫慧娟，李 璐，馬凱華，陳援援，馬儷珍，任小青

（天津農(nóng)學(xué)院食品科學(xué)與生物工程學(xué)院 天津 300384）

隨著人們對水產(chǎn)品需求的不斷增加，大量水產(chǎn)品被加工利用，而加工也伴隨大量副產(chǎn)物的產(chǎn)生。全世界水產(chǎn)品加工產(chǎn)業(yè)所余留的副產(chǎn)物已超過其加工總量的60%[1]。例如：生產(chǎn)100 t 冷凍魚糜約產(chǎn)生200～250 t 副產(chǎn)物[2]。魚皮是加工副產(chǎn)物之一，占魚體總質(zhì)量的4%～8%[3]。目前許多學(xué)者已對南極冰魚[4]、河鲀魚[5]、刺鲃魚[6]等魚的魚皮展開大量的營養(yǎng)成分分析，結(jié)果表明魚皮含有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，膠原蛋白含量最高可占蛋白質(zhì)總量的80%左右[7]。魚皮可被用來制作動物飼料，生產(chǎn)皮革材料，提取膠原蛋白，生產(chǎn)膠原蛋白肽，在飼料、化妝品、保健品、食品、生物制藥等方面都有廣泛的應(yīng)用[8-10]。

影響魚皮高值化利用的主要因素之一是其自身的揮發(fā)性物質(zhì)。一般來說，揮發(fā)性物質(zhì)種類多樣，主要包括醛類、酸類、醇類、酯類、酮類等，這些風(fēng)味物質(zhì)主要來自養(yǎng)殖環(huán)境、貯藏加工時脂肪的氧化分解和酶的催化分解[11]。目前國內(nèi)外學(xué)者對魚皮風(fēng)味物質(zhì)的研究還較少。革胡子鯰魚（Clarias fuscus）又名埃及胡子鯰、埃及塘鲺等，因骨刺少、產(chǎn)量高、價格便宜等優(yōu)點迅速得以推廣[1]。伴隨著革胡子鯰魚肉加工，產(chǎn)生了大量魚皮。目前關(guān)于其魚皮營養(yǎng)成分和揮發(fā)性物質(zhì)尚未見研究報道。

本文以革胡子鯰魚皮為對象，研究其營養(yǎng)成分，利用GC-MS 和GC-IMS 技術(shù)對魚皮的揮發(fā)性物質(zhì)進(jìn)行定量分析，旨在為其精深加工、利用提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

八須革胡子鯰魚購買于天津仁德農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司，30 min 內(nèi)送回食品車間，宰殺剝皮后將魚皮立即放入-80 ℃冰箱中貯藏備用。

鹽酸、乙醚、氫氧化鈉、十七烷酸甲酯、95%乙醇、14%三氟化硼甲醇、焦性沒食子酸、苯酚、葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液、淀粉酶、碘化鉀、硼酸，均為分析純級，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；正己烷、正庚烷，均為色譜純級，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

UDK159 全自動凱氏定氮儀、DKL 消化爐，意大利Velp 公司；7890B 氣相色譜儀，美國安捷倫公司；TU-1800 紫外分光光度計，日本Hmadzu 公司；S433D 氨基酸自動分析儀，德國SYKam 公司；GC-IMS Flavour SpecR風(fēng)味分析儀，德國G.A.S 公司。

1.3 方法

1.3.1 基本營養(yǎng)成分測定 水分含量參考GB 5009.3-2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中水分的測定》中的方法，在105 ℃下干燥直至恒重；粗蛋白質(zhì)含量參考GB 5009.5-2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中蛋白質(zhì)的測定》中的自動凱氏定氮法進(jìn)行測定；粗脂肪含量參考GB 5009.6-2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中脂肪的測定》中的無水乙醚索氏抽提法；灰分含量參考GB 5009.4-2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中灰分的測定》中的方法，用550 ℃左右的高溫灰化的方法；總糖含量參考GB/T 9695.31-2008《肉制品 總糖含量測定》中的方法，在波長470 nm 處用分光光度計測定。

1.3.2 總氨基酸含量的測定 參考GB 5009.124-2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中氨基酸的測定》中的方法，其中色氨酸采用高效液相色譜法，胱氨酸采用氨基酸分析儀法。

1.3.3 營養(yǎng)品質(zhì)的評價方法 參考蔣左玉等[12]的評價方法。氨基酸評分標(biāo)準(zhǔn)參考FAO/WHO 的提議，雞蛋蛋白質(zhì)的化學(xué)評分根據(jù)中國預(yù)防醫(yī)學(xué)科學(xué)院的提議[13]，通過氨基酸評分（AAS）、化學(xué)評分（CS）評價樣品中的營養(yǎng)物質(zhì)。

式中，m——樣品蛋白質(zhì)中某種必需氨基酸含量，mg/g；A（FAO/WHO）——FAO/WHO 評分基準(zhǔn)中同一必需氨基酸的含量，mg/g；A（Egg）——雞蛋蛋白質(zhì)中同種必需氨基酸含量，mg/g。

1.3.4 游離氨基酸含量測定 稱取5 g 攪碎的魚皮樣品，參考寧云霞等[14]的方法測定游離氨基酸含量。

1.3.5 滋味活性值（Taste activity value，TAV）測定 參考Yamaguchi 等[15]的方法測定TAV 值，計算方式見式（3）。

1.3.6 礦物質(zhì)元素測定 鈣、銅、鐵、鉀、鎂、錳、鈉、鋅的含量采用GB 5009.268-2016 第二法電感耦合等離子體發(fā)射光譜法（ICP-OES）測定，硒的含量采用GB 5009.93-2017《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中硒的測定》第一法 氫化物原子熒光光譜法測定。

1.3.7 脂肪酸含量測定 參考朱曦淳等[16]的方法測定脂肪酸含量。脂肪提取步驟如下：準(zhǔn)確稱取5 g 左右的魚皮并移入250 mL 的容量瓶中，加入0.1 g 焦性沒食子酸和3 粒沸石，加1 mL 十七烷酸甲酯（內(nèi)標(biāo)），加2 mL 95%乙醇及4 mL 純水混勻，加10 mL HCl 溶液，混勻后封口，在80 ℃水浴鍋中水解40 min，每10 min 振蕩一次，水解后取出冷卻至室溫，加10 mL 95%乙醇混勻，轉(zhuǎn)移到分液漏斗用30 mL 乙醚清洗3 次，加蓋震搖將下層有色溶液倒掉，收集提取液，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮，得到脂肪。

甲酯化步驟如下：在脂肪提取物中加2%NaOH 甲醇溶液8 mL，80 ℃水浴鍋回流冷凝30 min，至油滴消失，加7 mL 14% BF3甲醇溶液，回流2 min，加2 mL 純水回流3 min，取出立即冷卻至室溫，加30 mL 正庚烷，振蕩2 min，加20 mL 飽和NaCl 溶液靜置分層，取5 mL 上層溶液于離心管中加5 g 無水硫酸鈉，振蕩1 min，靜置5 min，過0.22 μm 有機相濾膜，注入進(jìn)樣瓶待測。

氣相色譜條件如下：DB-WAX 石英毛細(xì)管柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；進(jìn)樣器溫度：270 ℃；檢測器溫度：280 ℃。程序升溫：初始溫度100 ℃，保持10 min，以6.5 ℃/min，升至170 ℃，以1 ℃/min升至200 ℃保持20 min，以2.75 ℃/min 升至215℃保持32 min，以4 ℃/min 升至230 ℃保持15 min。載氣：N2；分流比：50∶1。

1.3.8 GC-MS 測定 稱取5 g 剪碎樣品，參考陳援援等[17]的方法進(jìn)行GC-MS 測定。

1.3.9 氣味活度值（Odor activity value，OAV）評價方法 參考陳實等[18]的方法進(jìn)行氣味活度值評價，OAV 的計算方式見式（4）。

式中，C——試驗測定計算所得揮發(fā)性化合物含量，μg/kg；T——該化合物在水中的感覺閾值，μg/kg。

1.3.10 GC-IMS 測定 自動進(jìn)樣條件如下：準(zhǔn)確稱取3.0 g 樣品置于20 mL 頂空瓶中，孵育溫度40 ℃，孵化轉(zhuǎn)數(shù)500 r/min，孵育時間10 min，采用頂空自動進(jìn)樣的方式，進(jìn)樣量為500 μL，進(jìn)樣針溫度85 ℃，不分流模式進(jìn)樣。

GC 條件如下：采用石英毛細(xì)管色譜柱FSSE-54-CB-1（15 m×0.53 mm，1 μm），柱溫60 ℃，載氣為氮氣（≥99.999%），載氣的流速程序為：IMS溫度45 ℃，分析時間30 min，載氣/漂移氣為N2。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

本試驗采用Excel 2016 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，采用SPSS 19 軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析，每個樣品重復(fù)3 次，結(jié)果用平均值±標(biāo)準(zhǔn)方差表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 革胡子鯰魚皮基本營養(yǎng)成分分析

由表1 可知，革胡子鯰魚皮基本營養(yǎng)成分較豐富，其中水分、粗蛋白、粗脂肪、粗灰分、總糖含量分別為62.85%，27.50%，5.28%，0.15%和3.84%?？偺呛窟_(dá)到3.84%，可能是由于魚皮體表分泌了大量的黏液，黏液的主要成分是黏多糖和糖蛋白，而黏多糖作為生物活性物質(zhì)在抗衰老、抗氧化等方面具有一定的功效[19]。

表1 革胡子鯰魚皮基本營養(yǎng)成分分析（%）Table 1 Basic components of catfish skin（%）

2.2 革胡子鯰魚皮總氨基酸成分及營養(yǎng)評價

由表2 可知，革胡子鯰魚皮中共檢出18 種氨基酸，總氨基酸含量為89.17 g/100 g，革胡子鯰魚皮鮮味氨基酸含量較高，所以革胡子鯰魚皮具有濃郁的鮮甜風(fēng)味。表中甘氨酸含量最高，為21.6 g/100 g，脯氨酸含量次之，為14.8 g/100 g，甘氨酸和脯氨酸總和占革胡子鯰魚皮氨基酸總量的40.82%，符合膠原蛋白氨基酸組成的特點。依據(jù)FAO/WHO 提出的理想模式，質(zhì)量較優(yōu)的蛋白質(zhì)氨基酸組成是∑EAA/∑TAA 約為40%左右[5]，而革胡子鯰魚皮的氨基酸組成中，EAA/TAA 為18.62%，低于標(biāo)準(zhǔn)，屬于不完全蛋白。

表2 革胡子鯰魚皮總氨基酸組成與含量Table 2 Total amino acid composition and content of of catfish skin

根據(jù)FAO/WHO 的氨基酸評分、雞蛋蛋白質(zhì)評分的標(biāo)準(zhǔn)模式，計算并評價革胡子鯰魚皮的氨基酸評分（AAS）和化學(xué)評分（CS），因半胱氨酸和酪氨酸分別由蛋氨酸與苯丙氨酸轉(zhuǎn)變而成，即將苯丙氨酸和酪氨酸，蛋氨酸和胱氨酸分別合并計算，因限制氨基酸AAS 或CS 值小于1[20]，由表3可知，第1 限制氨基酸均為色氨酸（Trp）。

表3 革胡子鯰魚皮必須氨基酸營養(yǎng)學(xué)評價Table 3 Catfish skin nutritional evaluation of essential amino acids

2.3 革胡子鯰魚皮游離氨基酸含量分析

游離氨基酸是主要呈味物質(zhì)之一，主要有鮮、甜、苦3 種味道，游離氨基酸種類和各游離氨基酸含量的不同會使產(chǎn)品呈現(xiàn)出不同的滋味[21]。由表4可知，共檢出27 種游離氨基酸，游離氨基酸的總量為195.49 mg/100 g，必須游離氨基酸總量為52.6 mg/100 g，革胡子鯰魚皮中牛磺酸的含量最高，為28.34 mg/100 g，?；撬崾侨梭w身體內(nèi)必需的含硫β 氨基酸亞磺酸類似物，能夠減緩心肌缺血損傷，保護(hù)心肌細(xì)胞、抗心力衰竭等作用[22]。鮮味氨基酸總量為30.54 mg/100 g，分別是天冬氨酸、谷氨酸、甘氨酸和丙氨酸，這些氨基酸對腦組織生化代謝比較重要[23]，甜味氨基酸含量為29.82 mg/100 g，苦味氨基酸總量為30.67 mg/100 g。因游離氨基酸的滋味閾值各不相同，即單個游離氨基酸對整體滋味的貢獻(xiàn)強度可根據(jù)TAV 得到，若TAV>1，認(rèn)為對整體滋味貢獻(xiàn)較大[24]，由表4 可知，所有游離氨基酸的含量均低于其滋味閾值，其中賴氨酸TAV 最高，為0.30，其次是酪氨酸，為0.23。

表4 革胡子鯰魚皮游離氨基酸含量Table 4 Content of free amino acids in skin of catfish

（續(xù)表4）

2.4 革胡子鯰魚皮礦物質(zhì)成分分析

礦物質(zhì)對于提供機體能量、組成機體結(jié)構(gòu)以及生理調(diào)節(jié)功能都比較重要[26]，適當(dāng)攝入對于機體生長發(fā)育或不可缺，當(dāng)?shù)V物質(zhì)元素缺乏或不平衡時，會對人體造成很大的健康隱患。由表5 可知，含量最高的為Na（293 mg/kg），其次是K（282 mg/kg），K 和Na 是維持人體液體平衡的重要元素，K 還具有參與代謝，維持體內(nèi)酸堿平衡的作用，攝入鉀能夠加強血管功能[27]，Ca 含量為（119 mg/kg），Ca 可以降低神經(jīng)細(xì)胞的興奮性，是一種天然的鎮(zhèn)靜劑[28]。微量元素參與蛋白質(zhì)的合成、轉(zhuǎn)運以及細(xì)胞調(diào)節(jié)，是生物體的重要組成成分[29]，Zn 的含量最高（13.7 mg/kg），是兒童生長發(fā)育所必須的重要微量元素[30]，富鋅產(chǎn)品的Zn 含量應(yīng)該≥11 mg/kg，可見革胡子鯰魚皮是較好的富鋅產(chǎn)品，F(xiàn)e的含量次之，F(xiàn)e 在人體中具有造血功能，促進(jìn)人體生長的作用[6]；富硒水產(chǎn)品中硒含量應(yīng)在0.05～1.00 mg/kg 之間，即革胡子鯰魚皮也是富硒水產(chǎn)品，其具有抗氧化的作用，與肝功能及肌肉代謝等有關(guān)[31]；人體的礦物質(zhì)主要通過飲食來獲得，因此，食用革胡子鯰魚皮是較好的獲得礦物質(zhì)的途徑。

表5 革胡子鯰魚皮礦物質(zhì)含量（mg/kg）Table 5 Mineral content of catfish skin（mg/kg）

2.5 革胡子鯰魚皮脂肪酸成分分析

隨著社會的發(fā)展，人們逐漸意識到脂肪酸的益處，尤其是其對疾病有明顯的預(yù)防作用。由表6可知，革胡子鯰魚皮中共檢測出12 中脂肪酸，其中飽和脂肪酸（SFA）有8 種，占脂肪酸總量的48%左右，單不飽和脂肪酸（MUFA）有3 種，占脂肪酸總量的50%左右，多不飽和脂肪酸（PUFA）有1 種，占脂肪酸總量的2.54%左右，飽和脂肪酸中含量最多的是棕櫚酸（1.10 mg/mL），不飽和脂肪酸中含量最多的是順油酸（1.18 mg/mL），棕櫚酸對于動脈粥樣硬化及心血管疾病有預(yù)防的效果，對糖尿病人和高血脂病人起到很好的保健作用[32]，油酸對于降低血清總膽固醇和低密度脂蛋白膽固醇含量有一定效果，可減少機體內(nèi)的氧化應(yīng)激產(chǎn)物，對機體的過度性炎癥反應(yīng)有很好的降低作用[33]，因此，革胡子鯰魚皮可作為較好的食物來源，

表6 革胡子鯰魚皮脂肪酸種類及含量（mg/mL）Table 6 Species and content of fatty acids in skin of catfish（mg/mL）

提供給需要補充油酸等單不飽和脂肪酸的特殊人群。

2.6 革胡子鯰魚皮GC-MS 結(jié)果與分析

由表7 可知，革胡子鯰魚皮共檢出28 種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，其中醛類11 種，相對含量為2 112.99 μg/kg，醇類6 種，相對含量為805.681 μg/kg，酯類4 種，相對含量為1 336.41 μg/kg，酸類3 種，相對含量為312.92 μg/kg，其它類4 種，相對含量為301.36 μg/kg，化合物中相對含量較高的為壬醛、己醛、苯甲醛、異戊酸桂酯、壬酸等。

醛類主要是通過脂肪氧化降解及氨基酸Strecker 反應(yīng)產(chǎn)生，支鏈、短鏈醛由氨基酸的脫氨基降解生成，不飽和醛由脂酸降解生成[34-35]，大多呈堅果香和甜香，氣味閾值較低，在水產(chǎn)品特征氣味中起重要的作用[3]，由表7 知，壬醛、正辛醛、苯乙醛、癸醛、（E，E）-2，4-壬二烯醛、（E，E）-2，4-癸二烯醛、己醛等OAV 值大于1，對整體風(fēng)味貢獻(xiàn)較大，大多呈清香、水果香；苯甲醛、反-2-辛烯醛OAV 在0～1 之間，對整體風(fēng)味具有潛在貢獻(xiàn)，多呈脂肪香氣、堅果味。

醇類可通過脂肪氧化、糖代謝等途徑產(chǎn)生[36]，閾值較高的是飽和醇類物質(zhì)，對整體風(fēng)味影響較小，閾值較低的是不飽和醇類物質(zhì)，對整體風(fēng)味影響較大，由表7 知，庚醇、1-辛醇和1-辛烯-3-醇OAV 大于1，對整體風(fēng)味貢獻(xiàn)較大，多呈脂肪香味；正己醇OAV 在0～1 之間，對整體風(fēng)味具有潛在貢獻(xiàn)，呈辛辣、魚腥味。

表7 革胡子鯰魚皮揮發(fā)性成分的GC-MS 與OAV 分析Table 7 GC-MS and OAV analysis of volatile components in catfish skin

酸類由脂肪氧化裂解或脂肪水解過程中變?yōu)榈图壷舅岫a(chǎn)生[37]，壬酸OAV 大于1，對整體風(fēng)味貢獻(xiàn)較大，呈脂肪、奶酪的香味。酮類可能是脂質(zhì)氧化、美拉德反應(yīng)、氨基酸降解、微生物氧化和熱降解形成的產(chǎn)物[38]，2，3-辛二酮OAV 大于1，對整體風(fēng)味影響較大，呈脂肪香味、辛辣味、并伴隨有香菜的香氣。烷烴類閾值較高，十二烷OAV 在0～1 之間，對整體風(fēng)味影響較小，呈清香、甜香味。

2.7 革胡子鯰魚皮GC-IMS 結(jié)果與分析

利用GC-IMS 技術(shù)對革胡子鯰魚皮的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行分析鑒定，如圖1 和圖2所示，背景為藍(lán)色，橫坐標(biāo)是離子遷移時間（ms），縱坐標(biāo)是保留時間（s），圖中1.0 處紅色豎線為反應(yīng)離子峰（RIP 峰），右側(cè)每一個點代表一種揮發(fā)性有機物，點的顏色和面積表示物質(zhì)含量的多少，顏色越深則該化合物的濃度越大[39]，許多揮發(fā)性有機物質(zhì)集中在遷移時間為1.0～1.7 ms，保留時間為100～600 s 的區(qū)域。

圖1 革胡子鯰魚皮特征風(fēng)味GC-IMS 三維譜圖FIg.1 Three-dimensional spectrum of characteristic flavor of catfish skin

圖2 革胡子鯰魚皮特征風(fēng)味二維GC-IMS 譜圖（俯視圖）Fig.2 Two-dimensional GC-IMS spectrum of characteristic flavor of catfish skin（Top view）

每種揮發(fā)性物質(zhì)的點亮度差異顯著，其中異戊醇、異戊醛、正己醛、1-戊醇、正己醇、苯甲醛、反-2-辛烯醛、丙酮、2-丙基-1-戊醇、丙醛、戊醛和2-庚酮在圖譜中顏色較深，因此，對整體風(fēng)味影響較大，異戊醛、呈脂肪、水果的香味，異戊醇、反-2-辛烯醛、1-戊醇、正己醇、2-丙基-1-戊醇多呈水果清香味，苯甲醛呈堅果、苦味，正己醛有魚腥味，丙醛呈泥土、刺鼻味，戊醛呈發(fā)酵、果漿味，2-庚酮呈水果味、辛辣味和奶油味。

通過對比揮發(fā)性物質(zhì)的遷移時間和保留時間，使用外標(biāo)正酮C4～C9作為參考，計算其保留指數(shù)，通過GC-IMS 數(shù)據(jù)庫匹配后與目前數(shù)據(jù)庫對比，結(jié)果見表8，得出革胡子鯰魚皮中已知的揮發(fā)性物質(zhì)共有21 種，包括醛類8 種、醇類7 種、酮類2 種、酸類2 種、酯類1 種、胺類1 種。因GC-IMS 數(shù)據(jù)庫不完善，有8 種成分未能定性。對比表7 的GC-MS 定性分析結(jié)果可知，GC-MS 和GC-IMS 兩種分析手段能夠共同分析得到的揮發(fā)性物質(zhì)僅有反-2-辛烯醛、苯甲醛、正己醛和正己醇，可見或許將GC-MS 和GC-IMS 兩種分析手段結(jié)合使用可以更全面地研究革胡子鯰魚皮的風(fēng)味物質(zhì)，這與Chen 等[40]的研究結(jié)果相一致。

表8 革胡子鯰魚皮揮發(fā)性成分的GC-IMS 定性分析Table 8 Qualitative analysis of volatile components in catfish skin by GC-IMS

（續(xù)表8）

3 結(jié)論

通過對革胡子鯰魚皮的營養(yǎng)成分和揮發(fā)性物質(zhì)進(jìn)行分析，得出革胡子鯰魚皮具有高蛋白、低脂肪的特點，革胡子鯰魚皮中鮮味氨基酸為主要呈味氨基酸，有多種對人體有益的礦物質(zhì)，不飽和脂肪酸較為豐富；通過GC-MS 和GC-IMS技術(shù)發(fā)現(xiàn)，革胡子鯰魚皮中的揮發(fā)性物質(zhì)分別是醛類、酮類、醇類、烷烴類、酯類、酸類等。根據(jù)GC-MS 分析結(jié)果可知，正辛醛、壬醛、癸醛、苯乙醛、（E，E）-2，4-壬二烯醛、（E，E）-2，4-癸二烯醛、己醛、庚醇、2，3-辛二酮、1-辛醇OAV>1，對整體風(fēng)味影響較大，根據(jù)GC-IMS 分析結(jié)果可知、異戊醇、異戊醛、正己醛、1-戊醇、正己醇、苯甲醛、反-2-辛烯醛、丙酮、2-丙基-1-戊醇、丙醛、戊醛和2-庚酮等點亮度較深，對整體風(fēng)味影響較大。通過對比發(fā)現(xiàn)，GC-MS 和GC-IMS 共同分析得到的揮發(fā)性物質(zhì)僅有反-2-辛烯醛、苯甲醛、正己醛和正己醇，可見結(jié)合GC-MS 和GC-IMS 兩種分析手段可以更好地研究革胡子鯰魚皮的風(fēng)味物質(zhì)。