《食品科学》：河北农业大学孙纪录教授等：发酵温度对低盐虾酱中主要风味物质的影响

虾酱是由小毛虾等低值虾类与食盐混合、发酵制成的糊状食品，其味道鲜美，富含蛋白质、脂肪、类胡萝卜素和微量元素等多种营养物质。低盐虾酱是与传统虾酱发酵方法相似但含盐量较低（10%～12%）的一种新型虾酱。由于低盐虾酱盐含量较低，为控制微生物引发的腐败变质，目前低盐虾酱只能在寒冷季节通过自然发酵生产，从而导致发酵周期长，易受温度、天气等不可控因素的影响，产品质量不稳定，风味受影响较大。在适宜的温度下进行低盐虾酱的恒温发酵，是目前克服依赖寒冷季节自然发酵低盐虾酱诸多缺陷的一个重要途径。

河北农业大学食品科技学院的杨兵兵、王利文、孙纪录*等人分别在10、15、20 ℃和25 ℃条件下进行低盐虾酱的恒温发酵。采用高效液相色谱（HPLC）法及气相色谱（GC）法分别检测虾酱中的游离氨基酸和游离脂肪酸的含量。利用气相色谱-离子迁移谱（GC-IMS）分析鉴定虾酱中的挥发性化合物种类，从多个方面分析不同温度发酵的低盐虾酱中挥发性化合物的差异，以期为推动低盐虾酱工厂生产中实现恒温发酵提供理论基础。

1不同温度发酵的低盐虾酱中游离氨基酸组成分析

由表1可知，10 ℃与15 ℃两组低盐虾酱中游离氨基酸总量相近，分别为10.398%和10.174%；20 ℃与25 ℃两组的游离氨基酸总量也相近，但却显著低于10 ℃与15 ℃两组（P＜0.05），分别为6.405%和6.433%。进一步分析发现，当发酵温度达到或超过20 ℃时，低盐虾酱中的每种游离氨基酸含量将显著降低。该结果表明，发酵温度的升高不利于低盐虾酱中游离氨基酸的积累，这可能是由于较高温度能够加速促进虾酱中游离氨基酸形成新的风味物质。

游离氨基酸本身也具有风味特征，17 种游离氨基酸根据其呈味特性被分为鲜味氨基酸（Asp、Glu）、甜味氨基酸（Thr、Ser、Pro、Gly、Ala和Lys）、苦味氨基酸（Val、Met、Ile、Leu、Tyr、Phe、Arg和His）和无味氨基酸（Cys）4 类呈味氨基酸。由图1可知，甜味氨基酸和苦味氨基酸在各组低盐虾酱中均占主导位置，且10 ℃和15 ℃发酵的低盐虾酱中鲜味氨基酸、甜味氨基酸和苦味氨基酸的含量显著（P＜0.05）高于其他两组，表明低温发酵能够赋予低盐虾酱更浓郁的滋味。其中，Glu在各组低盐虾酱呈味氨基酸中含量均较高，并在10 ℃发酵的低盐虾酱中含量最高（表1），因此，Glu被认为是低盐虾酱味道鲜美的关键氨基酸。Ala能够为发酵产品提供香甜的味道，它在10 ℃和15 ℃发酵的虾酱中含量较高，能够赋予该温度发酵虾酱味道香甜温和的特点；Ala还可以作为酸味矫正剂，改善虾酱中的酸味。综上，低盐虾酱中游离氨基酸的存在能够促进虾酱风味的形成。

2不同温度发酵的低盐虾酱中游离脂肪酸组成分析

由表2可知，各组低盐虾酱中均检出了26种游离脂肪酸，其组成主要以肉豆蔻酸（C14:0）、棕榈酸（C16:0）、硬脂酸（C18:0）、亚油酸（C18:2）以及顺-5,8,11,14,17-二十碳五烯酸（EPA）和顺-4,7,10,13,16,19-二十二碳六烯酸（DHA）为主。然而，不同温度发酵的虾酱中游离脂肪酸含量存在显著差异。其中，20 ℃发酵的虾酱中游离脂肪酸总含量为786.814 μg/g，显著高于其他温度发酵的虾酱。并且，饱和脂肪酸、单不饱和脂肪酸以及多不饱和脂肪酸在20 ℃发酵的虾酱中含量均高于其他温度发酵的虾酱。

不同温度发酵的虾酱中，各种游离脂肪酸（除丁酸外）含量均随着温度升高呈先上升后下降的趋势，并在20 ℃发酵的虾酱中达到最高值。该变化可能是由于发酵温度高，虾酱中游离脂肪酸的氧化分解速度加快导致。其中含量较高的C14:0、C16:0和C18:2与虾酱的酸味相关，能够赋予虾酱酸味特征；EPA和DHA具有抗肿瘤、抗炎症的作用，可增加虾酱的营养价值。

3不同温度发酵的低盐虾酱中挥发性化合物分析

3.1挥发性化合物的差异谱图分析

由图2可知，不同温度发酵的低盐虾酱中挥发性化合物的离子迁移时间基本都集中在1.0～1.5 ms，保留时间集中在300～700 s。以未发酵的虾酱样本（0 d）为背景参照时，不同温度发酵的各组虾酱样本谱图中均呈现大量高于参照样本的红色斑点，表明经过发酵，低盐虾酱中挥发性化合物种类或含量大幅度增多。并且发酵温度不同，低盐虾酱中挥发性化合物变化也不同。该结果是由于发酵温度会影响微生物的生长繁殖，从而影响挥发性化合物的生成。

3.2挥发性化合物的定性分析

根据保留指数、保留时间以及离子迁移时间，利用NIST数据库及IMS数据库对不同温度发酵的低盐虾酱中挥发性化合物进行定性分析，结果如表3所示，相对含量分布图如图3所示。

从表3可以看出，不同温度发酵的低盐虾酱中可明确定性的挥发性化合物共有69种（单体、二聚体及三聚体），包括醇类19种、醛类13种、酮类13种、酯类12种、烯类2种、醚类2种、酸类1种和其他挥发性化合物7种。其中醇类最多，醛类、酮类次之。

结合表3和图3可以看出，20 ℃和25 ℃发酵的虾酱中氨相对含量较高，会为虾酱带来刺激性气味。这可能是由于该温度发酵会使蛋白质分解过度，生成大量氨物质。因此，其他挥发性化合物分类中由于氨的存在，其相对含量随着发酵温度的升高逐渐升高。此外，不同温度发酵的低盐虾酱中挥发性化合物相对含量最高的均为醇类。醇类是发酵虾酱中主要的挥发性化合物，其在15 ℃发酵的虾酱中相对含量最高，为45%。虾酱中的不饱和脂肪酸能够通过氧化降解产生挥发性羰基化合物和醇类物质。20 ℃发酵虾酱中不饱和脂肪酸含量最高，但醛类和醇类相对含 量较低。其次是酮类，酮类是由不饱和脂肪酸的氧化或氨基酸降解产生，能够赋予虾酱花香和果香的气味。其在未发酵的虾酱中相对含量最高，为17%。随着发酵温度的升高，含量逐渐降低。这可能是由于发酵温度升高，不利于该物质的积累。

3.3挥发性化合物的指纹图谱分析

由图4可知，不同发酵温度的低盐虾酱中挥发性化合物存在显著差异。经过发酵后，虾酱中的挥发性化合物明显高于未发酵时的虾酱（0 d）。

10 ℃发酵的低盐虾酱中，3-甲基丁醇、丁酮、丙酮、乙酸异戊酯、2,3-丁二酮等物质含量较高。3-甲基丁醇能够由缬氨酸和异亮氨酸转化而成，赋予发酵虾酱焦糖香味和香油味，2,3-丁二酮是发酵虾酱中蘑菇香气的重要来源。15 ℃发酵的虾酱中，乙醇、乙酸乙酯、α-松油烯、3-羟基-2-丁酮、丁酸丁酯、戊醇等物质含量较高。3-羟基-2-丁酮能够提供令人愉悦的奶油香味，该物质是传统虾酱中典型的特征挥发性化合物，α-松油烯、乙酸乙酯能够赋予虾酱水果香气。20 ℃发酵的虾酱中，2-甲基戊酸乙酯、3-己烯醇、2,5-二甲基吡嗪、2-甲基丁醛、异戊酸甲酯、氨等物质含量较高。3-己烯醇、异戊酸甲酯可赋予虾酱水果香气，2,5-二甲基吡嗪能够为虾酱带来烘培香气，有研究表明，温度较高能够促进美拉德反应产生吡嗪类化合物。25 ℃发酵的虾酱中，戊醛、2-庚酮、甲基庚烯酮、丙酸异丁酯、苯甲醛以及氨含量较高。戊醛、2-庚酮可赋予虾酱水果、杏仁和麦芽香气，甲基庚烯酮、丙酸异丁酯可赋予虾酱水果香气和清香香气，较高浓度的苯甲醛有助于虾酱有更明显的坚果和杏仁香气。但是，20 ℃和25 ℃发酵的虾酱中氨含量过高，导致整体风味较差。由此可以看出，发酵温度对低盐虾酱中挥发性化合物的种类及含量具有较大影响，该指纹图谱可实现对不同发酵温度低盐虾酱的特征识别。

3.4挥发性化合物的PCA

从图5可以看出，PC1和PC2的贡献率分别为42.5%和32.1%，累计贡献率为74.6%，可以很好地反映大部分虾酱样品中的特征。虾酱样品中挥发性化合物在分布图中有很好的区分，其中不同温度发酵的低盐虾酱样品中挥发物化合物之间距离较远，同一温度发酵的低盐虾酱样品中挥发性化合物聚集在一起，表明不同温度发酵低盐虾酱中挥发性化合物之间存在差异，并且单个样品的重复性较好。该结果表明通过GC-IMS可以将不同温度发酵的低盐虾酱中挥发性化合物区分开。

3.5挥发性化合物OPLS-DA

从图6A可知，=0.994，=1，Q2=0.984，说明该模型对不同温度发酵的低盐虾酱中挥发性化合物具有较好的预测能力。对OPLS-DA模型进行100 次置换模拟，结果如图6B所示。模型Q回归线与横坐标交叉，可认为没有发生过拟合，该模型的预测能力很好，能够用来描述不同温度发酵的低盐虾酱中挥发性化合物的差异。从图6可以看出，不同温度发酵的低盐虾酱中挥发性化合物存在显著差异，该结果与PCA结果一致。

3.6差异挥发性化合物的筛选与分析

由图7可知，不同温度发酵的低盐虾酱共筛选出12种特征挥发性化合物（VIP＞1），包括醇类5种、酯类3种、酮类2种以及氨。在发酵过程中醇类和酮类由不饱和脂肪酸的氧化降解、氨基酸降解或微生物氧化产生。其中3-甲基丁醇（单体和二聚体）、乙酸乙酯二聚体、丙烯酸乙酯、2-甲基丁醛二聚体和氨单体6种特征挥发性化合物的P值小于0.05，可作为不同温度发酵的低盐虾酱中差异挥发性化合物。为了更好地区别它们在不同温度发酵的低盐虾酱中的差异，根据这些物质的峰面积值绘制聚类热图，结果如图8所示。

由图8可知，6种差异挥发性化合物能够将不同温度发酵的低盐虾酱分为两类，分别为低温发酵（10 ℃和15 ℃）和常温发酵（20 ℃和25 ℃）。在低温发酵的低盐虾酱中，3-甲基丁醇（单体和二聚体）表达呈正相关，2-甲基丁醛二聚体在10 ℃发酵的低盐虾酱中表达呈正相关，乙酸乙酯二聚体在15 ℃发酵的低盐虾酱中表达呈正相关；在高温发酵的虾酱中，氨含量达到最高，这会对虾酱的风味造成一定的影响。由此可知，低盐虾酱中风味物质的形成与发酵温度密切相关。

结 论

本研究评估不同发酵温度对低盐虾酱中主要风味物质的影响。结果表明，各组低盐虾酱均含有17 种游离氨基酸和26 种游离脂肪酸，其中10 ℃和15 ℃发酵的虾酱中呈味氨基酸含量高于其他两组，以甜味及苦味氨基酸为主；20 ℃发酵的虾酱中游离脂肪酸含量最高。低盐虾酱中鉴别出69 种挥发性化合物，包括醇类19 种、醛类13 种、酮类13 种、酯类12 种、烯类2 种、醚类2 种、酸类1 种和其他化合物7 种。10 ℃发酵的低盐虾酱中，3-甲基丁醇、丁酮、丙酮、乙酸异戊酯、2,3-丁二酮等含量较高。15 ℃发酵的虾酱中，乙醇、乙酸乙酯、α-松油烯、3-羟基-2-丁酮、丁酸丁酯、戊醇等含量较高。20 ℃发酵的虾酱中，2-甲基戊酸乙酯、3-己烯醇、2,5-二甲基吡嗪、2-甲基丁醛、异戊酸甲酯、氨等含量较高。25 ℃发酵的虾酱中，戊醛、2-庚酮、甲基庚烯酮、丙酸异丁酯、苯甲醛以及氨等含量较高。20 ℃和25 ℃发酵的低盐虾酱中氨含量较高，导致其风味较差。筛选出6 种差异挥发性化合物，分别为3-甲基丁醇（单体和二聚体）、乙酸乙酯二聚体、丙烯酸乙酯、2-甲基丁醛二聚体和氨单体。6 种差异挥发性化合物能够将不同温度发酵的低盐虾酱分为两类，分别为低温发酵（10 ℃和15 ℃）和常温发酵（20 ℃和25 ℃）。本研究结果能够为推进商品化低盐虾酱的恒温发酵提供理论参考。

作者简介

通信作者

孙纪录，男，教授，博士，硕士生导师。河北省现代农业产业技术体系淡水养殖创新团队水产品深加工岗位专家。1994年于北京农业大学食品科学系获学士学位，2002年于河北农业大学食品科技学院获硕士学位，2012年于中国农业大学食品科学与营养工程学院获博士学位。自1994年7月起，一直在河北农业大学任教。主要从事水产品加工与贮藏、食品生物技术领域的研究，近年来的主要研究方向为传统发酵水产品生产工艺改良、甲壳类水产品加工废弃物的综合利用、水产品蛋白质的改性和过敏原削减。主持完成河北省自然科学基金项目1 项，河北省重点研发计划项目2 项。获得河北省科技进步一等奖2 项：“酶工程技术及其在农产品深加工中的应用研究”（2007，排名第2），“乳酸菌优良菌种选育及直投式酸奶发酵剂研制”（2009，排名第6）。获得河北省教学成果奖1 项：“深化教学改革，创建面向21世纪食品微生物学教学新模式”（2005，排名第5）。以第一作者或通讯作者发表科技论文40余篇（其中SCI/EI收录20余篇）。

第一作者

杨兵兵，女，硕士研究生，研究方向为食品工程。

本文《发酵温度对低盐虾酱中主要风味物质的影响》来源于《食品科学》2023年44卷第20期300-308页，作者：杨兵兵，王利文，陈智慧，刘杨柳，陈椿江，孙纪录。10.7506/spkx1002-6630-20221122-253。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

实习编辑；云南农业大学食品科技学院 李曦明；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网。