光强度和肌红蛋白添加对腌干草鱼脂质氧化及风味形成的影响

《Journal of Agriculture and Food Research》：Impact of light intensity and myoglobin supplementation on lipid oxidation and flavor development in dry-cured grass carp

　　

光暴露和肌红蛋白添加促进氧合肌红蛋白（OMb）向高铁肌红蛋白（MMb）转化。光诱导肌红蛋白产生的单线态氧（¹O₂）显著加速脂质氧化。挥发性香气化合物对风味的贡献大于异味挥发性化合物。Mantel检验揭示了脂质氧化与风味形成之间的相关性。研究人员建议光与肌红蛋白联合应用以增强腌干鱼的风味。

**论文解读：光强度和肌红蛋白协同调控腌干草鱼脂质氧化与风味形成**

**1. 研究背景与科学问题**

草鱼（*Ctenopharyngodon idella*）是中国重要的淡水养殖鱼类，因其生长快、营养丰富和感官品质优良，成为水产加工业的主要原料。腌干草鱼作为传统水产制品，以其独特的风味和紧实质地广受青睐。风味形成是一个动态的生化过程，脂质氧化是产生关键气味物质的重要途径之一，鱼肉中丰富的不饱和脂肪酸在加工过程中发生自动氧化、酶促氧化和光氧化，生成多种挥发性化合物，共同构成产品特征风味。虽然腌干工艺包括腌制和干燥两个阶段，但干燥阶段被认为是风味积累和品质稳定的关键时期，此期间生化反应强度达到峰值，最终决定腌干鱼的感官属性。

传统日晒干燥是腌干鱼特征香气形成的基础，但自然阳光强度虽可超过100,000 lx，却受地理、季节和天气等不可控因素制约，导致生产周期长、品质不稳定。相反，人工可控光强度（最高15,000 lx）提供了一种可调节且节能的模型，能够衔接实验室研究与实际工业条件，且与先前利用人工光梯度（最高25,000 lx）促进腌干武昌鱼脂质氧化和风味积累的研究相近。现代工业技术如冷风干燥、热泵干燥和红外干燥虽提高了生产效率，但产品往往缺乏传统日晒鱼特有的“晒制”风味。这种品质差异主要源于光对脂质氧化的催化作用。在光照下，光氧化通过I型（光直接启动自由基链反应）和II型（激发态光敏剂将能量转移给三线态氧（³O₂），生成高活性单线态氧（¹O₂））两条途径发生。单线态氧可直接攻击脂肪酸双键，绕过自动氧化的诱导期，显著加速风味前体物质形成。因此，阐明光诱导风味形成的内在机制并寻找可控的人工照明替代方案，已成为腌干制品工业化的关键科学挑战。

肌红蛋白（Mb）作为鱼肉中的关键内源性成分，不仅决定肉色变化，还因其独特的光敏性而充当光氧化驱动风味形成过程中的高效光敏剂。光照下，肌红蛋白血红素基团的卟啉环发生构象变化，促进氧合肌红蛋白（OMb）向高铁肌红蛋白（MMb）转化，并释放高活性血红素铁或诱导活性氧（ROS）生成，显著降低脂质过氧化活化能，同时加速挥发性化合物形成。然而，关于光强度与肌红蛋白在干燥阶段的协同效应研究甚少，二者如何共同调控脂质降解及风味代谢演化模式仍不清楚。基于此，研究人员假设调节光强度并联合外源肌红蛋白补充可增强腌干草鱼的脂质氧化和风味形成，且该风味增强可能与肌红蛋白氧化还原转化促进ROS生成有关。

**2. 研究设计与技术方法**

本研究建立了基于草鱼的实验室可控干腌模型系统。实验原料取自杭州东新路农贸市场的15条活草鱼，平均体长60.3 ± 5.1 cm，体重2.0 ± 0.4 kg，随机分为三个独立批次（每批5条）。实验包括盐腌（9%食品级食盐，4°C腌制5天）、肌红蛋白溶液（1.6 mg/mL）或超纯水添加（CK组与Mb组）、以及在不同光强度（0、5,000、10,000、15,000 lx）下于50°C、50%相对湿度的人工气候箱中干燥24 h。方法主要包括：肌红蛋白含量及组成测定（Krzywicki和Trout法）；硫代巴比妥酸反应物（TBARS）测定；4-羟基己烯醛（4-HHE）和4-羟基壬烯醛（4-HNE）的稳定同位素稀释气相色谱-质谱联用（GC-MS）测定；脂质提取（Folch法）、固相萃取分离游离脂肪酸、磷脂和甘油三酯，并采用GC-MS分析脂肪酸谱；挥发性风味化合物采用气相色谱-离子迁移谱（GC-IMS）测定；相对气味活度值（ROAV）计算；双因素方差分析（two-way ANOVA）结合LSD事后检验评估肌红蛋白处理、光强度及交互作用，Pearson和Mantel检验用于揭示变量间相关性。

**3. 主要研究结果**

**3.1 肌红蛋白含量及组成变化**

随着光强度增加，两组样品中总肌红蛋白含量显著下降（CK组从3.81 mg/g降至3.06 mg/g，Mb组从4.60 mg/g降至3.68 mg/g），OMb比例显著降低，MMb比例显著升高，且Mb组MMb比例始终高于CK组。这表明光强度增加促进了OMb向MMb转化，且初始肌红蛋白含量越高，转化越显著。

**3.2 TBARS变化**

光强度从0 lx增至15,000 lx时，两组TBARS值均显著上升（CK组增加29.65%，Mb组增加40.64%），且Mb组在全部光照条件下均高于CK组，15,000 lx时差异最大（2.63 vs 2.23 mg MDA eq/kg）。双因素方差分析显示肌红蛋白与光强度存在显著协同效应（P_Mb×Light < 0.05），表明光照下肌红蛋白光敏作用加速脂质过氧化。

**3.3 4-HHE和4-HNE变化**

CK组4-HNE浓度随光强度增加显著上升（从47.95 μg/kg升至56.73 μg/kg），但4-HHE浓度下降（从24.56 μg/kg降至20.80 μg/kg），可能与其在强光下降解速率高于生成速率有关。Mb组中4-HHE和4-HNE均随光强度显著上升（分别增加20.04%和27.13%），且各光强下均高于CK组，表明肌红蛋白补充显著促进次级脂质氧化产物生成。

**3.4 总脂质、甘油三酯、磷脂和游离脂肪酸变化**

总脂质含量随光强度增加显著下降（CK组从4.89降至4.20 g/100 g，Mb组从4.79降至3.35 g/100 g）。甘油三酯和磷脂含量也显著降低，且Mb组降幅更大（15,000 lx时磷脂比CK组低33.33%）。游离脂肪酸（FFA）在Mb组中随光强度增加而持续上升至0.47 g/100 g，Mb组始终高于CK组。这些结果说明光暴露和肌红蛋白添加协同促进脂质水解与氧化降解。

**3.5 总脂肪酸相对含量变化**

共检出21种脂肪酸，包括8种饱和脂肪酸（SFA）、5种单不饱和脂肪酸（MUFA）和8种多不饱和脂肪酸（PUFA）。随光强度增加，两组SFA相对含量上升，不饱和脂肪酸比例下降，Mb组的不饱和脂肪酸降解速率高于CK组，主要氧化底物为油酸（C18:1n9）和亚油酸（C18:2n6），其氧化降解生成壬醛、辛醛、1-辛烯-3-醇等风味物质。

**3.6 挥发性风味化合物变化**

GC-IMS共检出42个峰对应26种挥发性化合物，包括9种醛、7种酮、6种醇、2种酯和2种杂环化合物。总挥发性风味物质信号强度随光强度增加显著上升（CK组增加2.47倍，Mb组增加3.21倍），Mb组在各光强下均高于CK组。NMDS分析显示不同光强度及肌红蛋白处理间风味谱差异显著。醛类占主导（其次为醇和酮），其中己醛信号强度最高，15,000 lx时Mb组为CK组的1.41倍。ROAV分析表明，壬醛、辛醛、己醛、3-甲基丁醛、2-戊基呋喃等香气化合物的总ROAV显著高于庚醛、(E)-2-庚烯醛和1-辛烯-3-醇等异味化合物，说明香气化合物对整体风味贡献更大。Sankey图显示己醛、3-甲基丁醛、2-甲基丁醛、乙醇和1-辛烯-3-醇是主要风味贡献物。

**3.7 风味变化与肌红蛋白及脂质氧化的相关性**

Mantel和Pearson检验显示，肌红蛋白状态与脂质氧化指标显著相关（p < 0.05）。MMb与总脂质、甘油三酯、磷脂、PUFA显著负相关，与FFA、TBARS、4-HNE显著正相关，表明MMb对脂质氧化具有显著促进作用。挥发性风味化合物（醛类、醇类、酯类）与肌红蛋白及TBARS、4-HNE、PUFA、FFA等脂质氧化指标显著正相关，证实脂质氧化与风味形成密切相关，且肌红蛋白通过光敏化作用增强脂质氧化，进而促进关键香气物质生成。

**4. 讨论与结论**

研究结果表明，光强度增加和肌红蛋白补充均能显著促进腌干草鱼的脂质氧化，表现为总脂质、甘油三酯和磷脂降低，TBARS、4-HNE、4-HHE和游离脂肪酸升高，在15,000 lx及添加肌红蛋白时氧化程度最高。该效应可能源于光照下肌红蛋白被光活化，产生单线态氧等ROS，攻击不饱和脂肪酸双键，加速脂质氧化链式反应。脂质氧化增强进一步导致挥发性风味化合物显著增加，尤其是醛类、醇类和酯类，赋予产品青草香、油脂香和果香特征。虽然后续氧化过程中也产生庚醛、1-辛烯-3-醇等异味化合物，但ROAV分析显示其风味贡献明显低于有益香气化合物。Mantel与Pearson分析揭示了肌红蛋白、脂质氧化与挥发性风味形成之间的强相关性，突出了肌红蛋白在光氧化过程中的核心地位。本研究首次系统阐明了光强度与肌红蛋白协同调控腌干鱼脂质氧化和风味演化的内在机制，为干腌水产制品的风味定向调控和质量标准化提供了理论依据和技术途径。

研究结论：调节光强度和肌红蛋白介导的光氧化可能作为调控腌干草鱼脂质氧化和风味形成的有效策略。