《食品科学》：广东医科大学徐德峰教授等：基于仪器分析和化学计量学识别冷藏对虾风味劣变特征组分|化学|对虾|广东医科大学|微生物|食品科学

对虾因独特的风味和营养价值而深受消费者喜爱，已成为居民膳食的重要组成部分，据《2025中国渔业统计年鉴》，2024年对虾总产量已达250万 t，其中南美白对虾（Litopenaeus vannamei）为主要品种。与冷冻和虾干相比，鲜活对虾更受市场青睐。相较于干制和冻藏，0～4 ℃冷藏在保持风味和质构品质方面具有独特优势，已成为生鲜对虾流通与消费的主要方式。然而，对虾在冷藏期间因肌肉脂质氧化和蛋白质降解而引起感官品质劣化问题尤为突出和敏感。因此，明确对虾冷藏期间风味品质劣变特征，识别关键组分及其变化规律对于进一步解析感官品质劣变分子机制，开发靶向控制技术至关重要。

从生物化学角度分析，蛋白质和脂肪成分在微生物和酶的作用下，生成醇、醛、酸、酯、酮和其他杂环类化合物，其组成变化直接影响食品的整体风味特性。食品风味包括气味和滋味，其中人们对于挥发性气味更为敏感，因此评价气味变化可更灵敏地反映食品感官品质，但气味成分复杂，精确解析气味成分需借助精密仪器分析。电子鼻是目前广泛应用的气味分析仪器，可对痕量气味成分进行大类分析。如魏紫阳等基于电子鼻分析不同油炸时间鸡米花挥发性风味特征，识别了关键挥发性风味化合物。然而，大类分析仍不足以支撑机制阐释，需进一步明确具体风味化合物及其动态变化，以揭示感官品质劣变机制并为开发调控技术提供科学依据。近年来，离子迁移色谱技术已广泛用于肉品品质变化和机制研究，如Ji Derong等基于电子鼻和顶空-气相色谱-离子迁移谱（HS-GC-IMS）分析烹饪后小龙虾尾部风味演变的机制，揭示了肝胰腺在风味形成中的关键作用。但将电子鼻与GC-IMS结合起来协同分析冷藏对虾风味成分变化的研究目前鲜见报道。

因此，湛江市食品药品检验所的廖建萌，广东医科大学海洋与热带医学学院的廖威龙、徐德峰*等人以南美白对虾为研究对象，采用电子鼻区分不同冷藏时间对虾肌肉中挥发性风味物质的气味轮廓，并利用HS-GC-IMS对挥发性风味物质进行鉴定，结合相对气味活度值（ROAVs）鉴定关键挥发性风味物质，建立偏最小二乘判别分析（PLSDA）模型，以筛选对虾冷藏期间关键差异挥发性风味化合物，揭示对虾冷藏期间肌肉感官品质劣化特征，旨在为深入理解其分子机制和开发靶向保鲜技术提供依据。

1 冷藏期间对虾挥发性成分传感器响应变化

电子鼻可用于分析样品的整体气味轮廓且能区分不同组别物质的差异性。如图1A所示，不同冷藏时间对虾肌肉的电子鼻响应值雷达图存在明显差异，表明冷藏期间对虾样品能通过电子鼻进行区分。可以看出，对虾挥发性成分对无机硫化物响应最为剧烈，其次是氢化物和氨类，其他传感器信号相对不敏感。已有研究同样表明，在草鱼（Ctenopharyngodon idella）和海参冷藏过程中，无机硫化物传感器信号逐渐加强，烷烃类传感器信号响应强度降低，对虾肌肉对W1W（无机硫化物）、W6S（氢化物）和W3C（氨类）传感器的响应更强，可能与其较高的肌原纤维蛋白和含硫氨基酸比例有关，这些成分更易被优势菌群分解，生成氮、硫代谢相关的特征风味物质。综上所述，冷藏期间对虾蛋白质降解造成三甲胺、苯类等积累，与水产品特有的腐败模式总体相符。

利用SIMCA 14.0软件对不同冷藏时间对虾肌肉样品中挥发性风味物质的含量进行主成分分析（PCA）。由图1B可以看出，冷藏期间对虾PC1和PC2累计方差贡献率为96.55%，表明这两个主成分基本代表了样品的关键风味特征。5个不同冷藏时间样品分别处于相对独立且集中的区域，说明这5个样品中挥发性风味物质的种类和含量存在差异。值得注意的是，新鲜对虾的挥发性成分主要聚集在PC1偏左及PC2偏上区域，冷藏1 d后其风味特征显著偏移，第3天和第4天时偏移最大，提示风味劣变加速。

2 冷藏期间对虾肌肉VOCs分析

为评估冷藏过程中不同挥发性化合物的变化趋势，通过扣除新鲜样本中的信号峰构建相对差异图，衡量对虾冷藏期间挥发性化合物的积累情况。如图2所示，左侧第1列为新鲜样本，红色区域代表冷藏样本相较于新鲜样本挥发性化合物浓度增加，蓝色区域表示浓度减少。在冷藏初期（0～1 d），挥发性有机化合物（VOCs）信号分布仍较为均匀，红色区域较少，说明初始阶段挥发性成分变化不明显。然而，随着冷藏时间的延长出现不同程度的VOCs积累。这种由局部零星向整体大范围积累的转变，提示冷藏对虾的风味劣变具有明显的时间依赖性，并与前期电子鼻分析所揭示的整体气味差异趋势相吻合。

GC-IMS可通过化合物的保留时间和迁移时间鉴定样品中的挥发性化合物，为了更加直观地体现5个不同冷藏时间对虾肌肉样品中挥发性物质之间的差异，进行指纹图谱分析。如图3所示，不同物质在冷藏过程中VOCs显著变化。图中颜色深浅能够反映信号强度强弱，颜色越亮信号越强。对比不同时间点的指纹图谱，并结合VOCs峰值的迁移时间和保留时间，鉴定出多种挥发性化合物（表2）。本研究在冷藏对虾肌肉中共鉴定出14种挥发性风味化合物，涵盖醛类3种、酮类2种、吡嗪类2种、含硫化合物3种、醇类1种、酯类1种、内酯/呋喃酮类1种、杂环类1种。

3 挥发性风味物质含量分析

如图4所示，对虾冷藏期间样品挥发性成分被明显区分，0～2 d样品聚为一类，挥发性物质含量较低；3～4 d样品聚为另一类，挥发性化合物含量显著升高，呈现出冷藏时间延长与风味物质累积之间的显著相关性。此外，冷藏前期对虾风味物质变化相对缓慢，3 d后代谢反应显著加剧，导致风味物质整体水平快速升高，体现了冷藏后期对虾品质劣变的分子特征。

如表3所示，从单一化合物的变化趋势来看，对虾中醛类在冷藏后期积累显著，藏花醛含量由初始值的0.00%升至4 d的0.98%（P＜0.05），3-甲基丁醛（异戊醛）从0.01%增至0.97%，醛类化合物因其极低的嗅觉阈值，对腥味和油哈味的形成贡献显著。已有研究表明，对虾游离氨基酸中亮氨酸、异亮氨酸含量相对较高，更易通过转氨与脱羧反应生成异戊醛类化合物，这与草鱼冷藏中己醛主导的模式不同。

冷藏后期，3-羟基-4-甲基-5-乙基-2(5H)呋喃酮和2,3-戊二酮快速富集，冷藏4 d时含量均显著增加至0.98%。该现象与对虾肌肉中多不饱和脂肪酸（PUFA）含量较高密切相关。脂肪酸自氧化和β-氧化可生成大量酮类，而环状酮在鱼类样品中尚鲜见报道，提示对虾冷藏劣变具有脂质特异性。

四甲基吡嗪与2-乙基-3,5-二甲基吡嗪在冷藏中后期显著增加（P＜0.05），提示微生物代谢对其形成贡献显著。对虾冷藏过程中优势菌为腐败希瓦氏菌（Shewanella baltica）和不动杆菌（Acinetobacter），与对虾不同，冷藏鲢鱼的特异性腐败菌为嗜冷假单胞菌（Pseudomonas psychrophila）和腐败希瓦氏菌（Shewanella putrefaciens）。有研究发现，在模拟发酵体系中接种Acinetobacter indicus 3B2可显著促进四甲基吡嗪与2,6-二甲基吡嗪的积累，提示不动杆菌具备合成吡嗪类化合物的代谢潜能。这也使得吡嗪在对虾中的出现时间早于多数鱼类，反映出其微生物代谢驱动的特征。

硫化物为腐败腥臭的直接来源。糠基甲基硫醚含量在1 d时短暂从0.18%升高至0.84%，而后下降，二甲基二硫醚在1 d时短暂从0.14%升高至0.20%，3 d下降至0.01%后持续升高，1-丙硫醇则持续升高，分别达到1.03%和0.95%。对虾富含半胱氨酸和蛋氨酸，肌球蛋白中硫醇基团含量高，显著高于多数白肉鱼类。冷藏期间，这些含硫底物经内源蛋白酶优先释放，并被优势菌利用，导致H2S、甲硫醇、二甲基二硫等挥发性硫化物迅速积累。

醇类与酯类也在后期增加，正戊醇含量由0 d的0.00%升至3 d的0.98%，甲酸-3-甲基丁酯在2 d显著积累，达0.98%，随后略有下降，显示醇和酯类在冷藏中后期对整体风味有一定修饰作用。吡咯烷含量在1 d显著升高至0.30%，并在3 d达到最高值（0.98%），源于氨基酸降解与微生物代谢的协同作用。

综上，聚类热图与定量分析结果一致表明，冷藏对虾在0～2 d风味物质水平较低且稳定，在3～4 d大量挥发性化合物显著累积。对虾在冷藏过程中的风味劣变由氨基酸降解、脂质氧化及腐败菌群代谢共同驱动，其特征物主要集中在异戊醛、环状酮、吡嗪及硫化物类，区别于多数鱼类的己醛主导型，凸显出物种特异性的腐败机制。

为了进一步说明关键挥发性风味物质的差异和区别，采用SIMCA 14.0软件对GC-IMS数据进行PLS-DA，分析其特征挥发性风味物质。如图5所示，0 d与1 d相比，主要差异挥发性风味物质为二甲基二硫醚和糠基甲基硫醚；0 d与2 d相比，主要差异挥发性风味物质为甲酸-3-甲基丁酯、2-甲基戊醛和二甲基二硫醚；0 d与3 d相比，主要差异挥发性风味物质为二甲基二硫醚和糠基甲基硫醚；0 d与4 d相比，主要差异挥发性风味物质为二甲基二硫醚。

为进一步表征不同冷藏时间对虾肌肉样品关键挥发性化合物的差异，基于GC-IMS数据通过PLS-DA模型计算变量投影重要性（VIP），以VIP＞1作为筛选标准。VIP值越大表明该化合物对组间分离的贡献越显著。结合VIP值与含量变化（表4），筛选出3-羟基-4-甲基-5-乙基-2(5H)呋喃酮、藏花醛、丙酮和正戊醇作为关键挥发性物质。这些化合物分别来源于脂质氧化、氨基酸降解及微生物代谢过程。PUFA双键发生氧化，生成醛类和酮类物质，导致风味变化；游离氨基酸在内源酶与微生物蛋白酶作用下被降解，释放碱性氮化合物，并与挥发性胺类共同加重腥味。综上所述，冷藏过程中对虾风味劣变可能是由脂肪氧化、蛋白质降解及微生物代谢协同作用的结果，后续研究应聚焦于这些因素的相互作用机制，以深入理解冷藏对虾风味劣变的内在机理。

结论

本研究采用电子鼻和HS-GC-IMS结合多元统计分析方法，深入探究不同冷藏时间南美白对虾肌肉中挥发性风味组成与特征分析。结果显示，冷藏过程中对虾肌肉挥发性风味化合物分布随冷藏时间延长发生显著变化，其中W1W、W6S和W3C传感器响应最强；GC-IMS鉴定出14种挥发性风味化合物，醛类、酮类、吡嗪类及含硫化合物在冷藏后期显著累积；PLS-DA筛选出3-羟基-4-甲基-5-乙基-2(5H)呋喃酮、藏花醛、丙酮和正戊醇为关键挥发性风味物质，且含量随冷藏时间延长而显著增加，为南美白对虾冷藏期间风味品质劣变的关键标志性化学组分。

作者简介

通信作者：

徐德峰，广东医科大学教授，博士研究生导师。2010年博士毕业于华南理工大学食品科学与工程专业，2013—2017年于华南理工大学-无限极（中国）有限公司从事博士后研究，2019—2020国家公派于新加坡国立大学从事访问学者研究。长期围绕水产品保鲜及保活流通、海洋酶资源开发利用、食源蛋白肽抗衰老机制解析与高效制备等领域开展系统研究，形成了比较稳定的研究方向和研究特色。主持国家重点研发计划子课题、国家自然科学基金、中国博士后科学基金、广东省科技厅、广东省教育厅、湛江市等国家及省部级和市厅级项目10余项。以第一和通信作者发表学术论文80余篇。博士后研究成果获2021年中国博士后优秀学术专著资助，由科学出版社出版发行。在冷藏对虾品质劣变的生物酶保鲜应用基础研究和产业化方面，均以第一完成人获2024年广东省科技进步二等奖、2024年国家自然资源部科学技术二等奖、2024年中国发明协会科技成果奖二等奖、2023年中国轻工业联合会科技进步二等奖、2022年中国商业联合会科技进步一等奖、2018年中国海洋学会科技进步二等奖和2019年广东省农业厅农业技术推广奖二等奖各1 项。

第一作者：

廖建萌，湛江市食品药品检验所，高级工程师，食品检验室主任。2007年本科毕业于中南民族大学应用化学专业，2013年硕士毕业于广东海洋大学食品质量与安全专业，现为广东海洋大学硕士研究生校外导师，广东医科大学海洋与热带医学学院产业导师。长期从事仪器分析，食品基质中常量及痕量组分的分析检测工作，同时参与水产品质量与安全控制科学研究工作，作为主要作者发表学术论文30 篇，授权国家发明专利5 项。在对虾保鲜方面，以主要完成人获2024年广东省科技进步二等奖、2024年中国发明协会科技成果奖二等奖、2023年中国轻工业联合会科技进步二等奖、2022年中国商业联合会科技进步一等奖、2018年中国海洋学会科技进步二等奖及2019年广东省农业技术推广二等奖各1 项。

引文格式：

廖建萌, 廖威龙, 李彩虹, 等. 基于仪器分析和化学计量学识别冷藏对虾风味劣变特征组分[J]. 食品科学, 2026, 47(6):335-341. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20251005-006.

LIAO Jianmeng, LIAO Weilong, LI Caihong, et al. Identification of key chemical components responsible for flavor deterioration in shrimp muscle during refrigeration based on instrumental analysis and chemometrics[J]. Food Science, 2026, 47(6): 335-341. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20251005-006.

实习编辑：王雨婷；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

为了帮助食品及生物学科科技人员掌握英文科技论文的撰写技巧、提高SCI期刊收录的命中率，综合提升我国食品及生物学科科技人员的高质量科技论文写作能力。中国食品杂志社拟定于2026年8月13—14日在安徽合肥举办“第13届食品与生物学科高水平SCI论文撰写与投稿技巧研修班”，为期两天。

长按或微信扫码进行注册

为系统提升我国食品营养与安全的科技创新策源能力，加速科技成果向现实生产力转化，推动食品产业向绿色化、智能化、高端化转型升级，由北京食品科学研究院、中国食品杂志社《食品科学》杂志（EI收录）、中国食品杂志社《Food Science and Human Wellness》杂志（SCI收录）、中国食品杂志社《Journal of Future Foods》杂志（ESCI收录）主办，合肥工业大学、安徽省食品行业协会、安徽大学、合肥大学、合肥师范学院、北京工商大学、中国科技大学附属第一医院临床营养科、安徽粮食工程职业学院、皖西学院、滁州学院、蚌埠学院共同主办的“ 第六届食品科学与人类健康国际研讨会 ”，将于 2026年8月15-16日（8月14日全天报到）在中国安徽合肥召开。

长按或微信扫码进行注册

为对标农业农村部2035年科技规划及“十四五”“十五五”发展方向，推动农产品加工与储运的工程化、智能化、绿色化升级，由湖南省农业科学院、湖南农业大学、北京食品科学研究院、国际食品科技联盟（IUFoST）、中国农业大学、岳麓山工业创新中心主办，湖南大学、中南林业科技大学、长沙理工大学、湖南中医药大学、湘潭大学、岳麓山实验室协办，中国食品杂志社、洞庭实验室、湖南省食品科学技术学会、湖南省农产品加工与质量安全研究所、湖南农业大学食品科学技术学院、Springer Nature-《Agricultural Products Processing and Storage》杂志承办的“第二届农产品加工与食品制造国际学术研讨会—创新引领绿色智造，AI赋能科技进步”，将于2026年9月19-20日（9月18日会议报到）在中国湖南长沙召开。