基于脂质热氧化降解解析中华绒螯蟹关键香气物质的形成机制

摘要

中华绒螯蟹（Eriocheir sinensis）香气独特、味道鲜美，深受消费者青睐，初步研究发现蒸制后由脂质降解生成的醛类、酮类等为其主要香气物质，但有关其香气物质的形成机制尚未明晰。本研究以此为出发点，通过研究中华绒螯蟹蒸制前后可食部位中脂质及脂肪酸的含量变化，探讨蒸制过程中关键香气物质形成与脂质组成变化间的关系，初步确定中华绒螯蟹关键香气物质的主要来源部位和脂质；在此基础上，通过构建以温度-时间为主的脂质热氧化体系，系统研究中华绒螯蟹各可食部位中分离纯化的脂质成分、人工合成的特定脂质成分及脂肪酸纯品在加热过程中的氧化降解特性，确定其关键香气物质的来源脂质成分及脂肪酸，以解析和验证中华绒螯蟹脂质来源关键香气物质的形成机制，主要研究结果如下：
　　1.中华绒螯蟹重要可食部位中关键香气物质的确定。（1）雌、雄蟹性腺、肝胰腺得率约占总可食部位的35~50％，且性腺具“高蛋白”，肝胰腺具有“高脂肪”的特征，是中华绒螯蟹中香气物质的主要来源；（2）采用感官分析和电子鼻技术对性腺、肝胰腺及蟹黄/蟹膏整体香气轮廓进行区分，雌蟹性腺和肝胰腺对蟹黄香气轮廓的形成均有较大作用，而雄蟹仅肝胰腺对蟹膏香气轮廓的形成有较为显著的影响，因此在今后的研究中雄蟹性腺将不作为主要研究对象；（3）蒸制雌蟹性腺中关键香气物质为：三甲胺、3-甲基丁醛、庚醛和苯甲醛，雌蟹肝胰腺：三甲胺、3-甲基丁醛、戊醛、己醛、庚醛、壬醛、糠醛、1-辛烯-3-酮和2-戊基呋喃，雄蟹肝胰腺：三甲胺、2-甲基丁醛、3-甲基丁醛、己醛、庚醛、壬醛、(E,E)-2,4-庚二烯醛、苯甲醛、2-壬酮和2-戊基呋喃；（4）中华绒螯蟹性腺/肝胰腺中关键香气物质主要包括醛类、酮类，它们主要来自于脂类/脂肪酸的热氧化降解，因此中华绒螯蟹体内的脂质和脂肪酸组成对其香气形成可能具有极其重要的作用。总之，对蟹黄、蟹膏香气轮廓贡献显著的重要可食部位为雌蟹性腺、肝胰腺和雄蟹肝胰腺，但基于对不同可食部位中香气物质气味强度的检测，本研究今后将以总体气味强度最高的雄蟹肝胰腺作为主要研究对象，对其关键香气物质研究机制进行深入探讨。
　　2.中华绒螯蟹重要可食部位中关键脂质及脂肪酸的确定。（1）蒸制前后雌、雄中华绒螯蟹性腺、肝胰腺中总脂含量均显著性下降，其中雌蟹性腺在蒸制过程脂质含量下降是以甘油三酯（triacylglycerol, TG）、甘油二酯（diacylglycerol, DG）和游离脂肪酸（free fatty acids,FFA）的变化为主，而雌、雄蟹肝胰腺以脑磷脂（phosphatidylethanolamine, PE）和FFA的变化为主；（2）蒸制过程中，对雌蟹性腺关键香气物质形成有重要作用的关键脂肪酸为：TG型C18:1n-9c、C18:2n-6c、C18:3n-3、C20:5n-3和C22:6n-3，DG型C14:1、C16:1、C17:1n-7、C18:1n-9t、C18:1n-9c、C24:1n-9、C18:3n-6和C20:3n-6，FFA型C14:1、C16:1、C18:1n-9t、C18:1n-9c和C18:2n-6c；（3）对雌蟹肝胰腺关键香气物质形成有重要作用的关键脂肪酸为：PE型C16:1、C18:1n-9t、C18:2n-6c、C20:2n-6、C18:3n-6、C20:3n-6、C20:4n-6、C20:5n-3和C22:6n-3，FFA型C14:1、C16:1、C18:1n-9t、C18:1n-9c、C18:2n-6c、C18:3n-3、C20:3n-6和 C20:5n-3；（4）对雄蟹肝胰腺中关键香气物质形成有重要作用的关键脂肪酸为：PE型C16:1、C22:1n-9、C18:2n-6c、C20:4n-6、C20:5n-3和C22:6n-3， FFA型C17:1n-7、C18:1n-9c、C22:1n-9和C18:2n-6c。
　　3.基于雄蟹肝胰腺中分离纯化得到的PE和FFA脂质热氧化体系的构建。（1）以雄蟹肝胰腺样品中的关键香气物质含量为指标，确定 PE优化的热氧化条件为175℃加热60min，FFA优化的热氧化条件为175℃加热90min；（2）在优化的热氧化条件下，PE中共检测到香气物质22种，其中包括关键香气物质己醛、庚醛、壬醛、(E,E)-2,4-庚二烯醛、苯甲醛、2-壬酮和2-戊基呋喃；FFA中共检测到19种，其中包括关键香气物质己醛、庚醛、壬醛、(E,E)-2,4-庚二烯醛、苯甲醛和2-戊基呋喃；（3）无论是PE还是FFA，在优化条件下获得的氧化脂质中香气物质含量均显著升高，其中醛类和呋喃类香气物质变化最为明显，主要是由于脂肪在氧化过程中，不饱和脂肪酸氧化降解产生较多小分子醛、酮类等羰基基化合物，从而使得优化条件下氧化脂质中醛类和呋喃类物质的含量明显升高。
　　4.优化的脂质热氧化体系下，雄蟹肝胰腺中PE和FFA关键脂质分子种的鉴定。（1）无论是PE还是FFA，在优化的热氧化条件下加热前后，脂肪酸含量显著下降，且下降趋势与雄蟹肝胰腺样品蒸制条件下PE、FFA变化趋势一致，进一步说明PE和FFA组分对雄蟹肝胰腺中小分子挥发性风味物质形成的显著贡献；（2）在优化的热氧化条件下加热前后，PE组分中含量显著下降的PE分子种为：PE(18:2/20:4)、PE(18:0/22:6)、PE(16:0/20:5)、PE(18:0/20:4)、PE(16:0/22:6)、PE(16:0/20:4)、PE(16:0/18:2)、PE(20:5/18:2)、PE(18:0/18:2)，其变化显著的PE分子种的酰基不饱和脂肪酸链分别是C18:2、C20:4、C20:5和C22:6，与前期研究结果一致，这9种分子种可作为对雄蟹肝胰腺样品中关键香气物质形成贡献显著的前体物质；（3）在优化的热氧化条件下加热前后，FFA组分中含量显著下降的脂肪酸为：C17:1n-7、C18:1n9-c、C22:1n-9和C18:2n-6c，可作为对雄蟹肝胰腺样品中关键香气物质形成贡献显著的前体物质。
　　5.优化的脂质热氧化体系中，人工合成关键脂质分子种中关键香气物质的鉴定。优化的脂质热氧化条件下，雄蟹肝胰腺中关键香气物质己醛的产生来源为：PE(16:0/18:2)、PE(18:0/18:2)、PE(18:0/20:4)、PE(16:0/22:6)、PE(18:0/22:6)、FFA(C17:1)、FFA(C18:1)和FFA(C18:2)；庚醛为：PE(16:0/18:2)、PE(18:0/18:2)、PE(18:0/20:4)、PE(16:0/22:6)、FFA(C17:1)、FFA(C18:1)、FFA(22:1)和FFA(C18:2)；壬醛为PE(16:0/18:2)、PE(18:0/18:2)、PE(18:0/20:4)、PE(16:0/22:6)、PE(18:0/22:6)和FFA(22:1)；(E,E)-2,4-庚二烯醛为：PE(16:0/22:6)和PE(18:0/22:6)；苯甲醛为：PE(16:0/18:2)、PE(18:0/18:2)、PE(18:0/20:4)、PE(16:0/22:6)和PE(18:0/22:6)；2-壬酮为：PE(16:0/18:2)和PE(18:0/18:2)；2-戊基呋喃为：PE(16:0/18:2)、PE(18:0/18:2)、PE(18:0/20:4)、FFA(22:1)和FFA(18:2)。
　　6.蒸制条件下，添加人工合成关键脂质分子种对雄蟹肝胰腺中关键香气物质形成作用的验证。（1）添加5种PE分子种能显著提高雄蟹肝胰腺样品热反应体系中己醛、庚醛、壬醛、苯甲醛、(E,E)-2,4-庚二烯醛、2-壬酮和2-戊基呋喃这7种关键香气物质的含量，尤其是添加PE(18:0/18:2)和PE(18:0/22:6)这2种PE分子种，其次是添加PE(16:0/18:2)和PE(18:0/20:4)。添加4种FFA分子种能显著提高蟹样热反应体系中除苯甲醛和2-壬酮外的5种关键香气物质的含量；（2）不同FFA分子种标准品产生的醛、酮类香气物质的含量高于 PE分子种。这可能是由于 PE分子种在加热过程中，一部分PE分子种的脂肪酸直接降解为香气物质，而另一部分PE分子种上的脂肪酸先断裂为 FFA后，FFA再进一步降解生成香气物质，因此FFA比PE等其他脂质组分更易发生氧化降解产生挥发性物质；（3）PE分子种结构中Sn-2位点上结合C18:2时，Sn-1位点上结合C16:0的PE分子种比结合C18:0的更具易氧化降解能力；当PE分子种结构中Sn-2位点上结合C22:6时，Sn-1位点上结合C18:0比结合C16:0的更具易氧化降解能力。而当Sn-1位点结合的脂肪酸相同时，Sn-2位点上结合不同脂肪酸产生香气物质的含量随脂肪酸链长和不饱和度的增加而增加，尤其是醛、酮、醇、呋喃类香气物质，它们被报道为不饱和脂肪酸双键加热氧化的产物。

目录

声明

主要缩略语表

第一章 绪论

1.1 中华绒螯蟹简介

1.2 中华绒螯蟹香气物质的研究进展

1.3 中华绒螯蟹热加工过程中脂质的研究进展

1.4 脂质热氧化降解与香气物质的形成

1.5 本课题的立论依据、研究意义及主要研究内容

第二章 中华绒螯蟹重要可食部位中关键香气物质的确定

2.1 前言

2.2材料与方法

2.3结果与讨论

2.4 本章小结

第三章 中华绒螯蟹重要可食部位中关键脂质/脂肪酸的确定

3.1 前言

3.2 材料与方法

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第四章 关键脂质热氧化体系的构建及其分子种的鉴定

4.1 前言

4.2 材料与方法

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

第五章 关键脂质分子种中关键香气物质的测定及验证

5.1 前言

5.2 材料与方法

5.3 结果与讨论

5.4 本章小结

第六章 结论与创新点

6.1 结论

6.2 创新点

参考文献

致谢

攻读博士期间发表的相关论文与工作成果