《Food Chemistry》：Novel insight into the flavor formation mechanism during air frying of tilapia by volatile and non-volatile metabolomics: Construction of correlation networks and formation pathways of key flavor metabolites
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空气炸制鲈鱼过程中物理性质与风味代谢物变化及形成机制研究。采用低场核磁共振和磁共振成像分析水分迁移规律，通过顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用和超高效液相色谱-串联质谱联用技术检测到31种关键挥发性代谢物和234种差异非挥发性代谢物，揭示氧化降解与热解作用对风味形成的影响机制。
陈天宇|陈胜军|黄辉|岑建伟|吴彦彦|李春生
农业部与农村事务部水产品加工重点实验室，国家水产品加工研发中心，中国水产科学院南海渔业研究所，广州510300，中国
摘要
空气炸制可以有效减少烤鱼的用油量，但其对鱼类物理性质和风味的影响却很少有系统性的研究。本研究探讨了罗非鱼在空气炸制过程中物理性质和风味代谢物的变化，并揭示了其形成机制。通过低场核磁共振（LF-NMR）和磁共振成像（MRI）观察到水分流失，尤其是固定水的减少。通过代谢组学检测，共筛选出31种挥发性代谢物和234种非挥发性代谢物。相关性分析和形成途径表明，空气炸制后产生的主要香气代谢物（如麦芽香、果香、黄油香和草香）是由不饱和脂肪酸和氨基酸的氧化降解产生的，而关键的风味代谢物主要是通过大分子营养素的热降解形成的。本研究为高质量空气炸制罗非鱼的生产提供了重要的理论和技术支持。
引言
罗非鱼（Oreochromis属）由于其生长速度快和适应性强，是全球最具经济价值的水产养殖物种之一。烤制作为一种流行的深加工方法，可以为鱼类产品提供芳香和极佳的口感，有效提升其附加值（Chen等人，2024年）。传统的赋予鱼类烤制香气的方法主要包括油炸、煎炸和烘烤。然而，这些方法通常需要大量油脂，并容易产生有害物质，这不符合现代健康饮食的需求（Shi等人，2024年）。近年来，空气炸制作为一种新的烤制技术因高热传递效率和低用油量而受到越来越多的关注，这与健康生活的理念相符（de Oliveira等人，2024年）。在空气炸制过程中，烤箱内部充满热空气，从而实现高效的热传递。高温气流包围食物，使热空气、水分和食物内部的油脂之间快速进行物质交换（Téllez-Morales、Rodríguez-Miranda和Aguilar-Garay，2024年）。因此，空气炸制技术可以有效降低食物中的油脂含量，并产生类似油炸或烘烤罗非鱼的诱人外观，从而提升其食用品质（Ghaitaranpour、Koocheki、Mohebbi和Ngadi，2018年）。传统烤制方法已广泛研究了罗非鱼的风味物质，如1-戊醛、2-甲基丁醛和乙酸乙酯（Chen、Li等人，2024年）。然而，关于罗非鱼在空气炸制过程中风味物质的变化及其通过热反应形成的机制的研究尚不足。
在热处理过程中，鱼类中的蛋白质和脂质被氧化分解，形成小分子风味代谢物，赋予鱼类独特的香气和味道（Shahidi和Hossain，2022年）。挥发性代谢物（主要包括醛类、酮类、醇类和酯类）对空气炸制鱼类的独特香气贡献最大（Chen等人，2024年），而非挥发性代谢物（包括核苷酸、氨基酸和小肽）则在罗非鱼独特风味中起关键作用（Li等人，2021年；Li等人，2021年）。对这些挥发性和非挥发性代谢物的研究有助于揭示烤制过程中的风味形成机制，从而有助于生产高质量烤制产品。气相色谱-质谱（GC–MS）结合顶空固相微萃取（HS-SPME）技术是挥发性代谢物定量分析的优良方法（Zhao等人，2021年）。此外，挥发性代谢物的气味活性值（OAV）常作为评估鱼类挥发性代谢物整体香气特征的关键指标（Hu、Jiang、Wang、Li和Tu，2023年；Wei等人，2023年）。
基于液相色谱-质谱（LC-MS）的非靶向代谢组学为识别食品样本中的风味物质和香气前体（如脂肪酸）提供了强有力的方法（Chen等人，2024年）。为了确定冷藏罗非鱼片香气变质的机制，通过将HS-SPME-GC–MS与LC-MS结合来研究风味物质的代谢途径（Cheng、Mei和Xie，2023年）。因此，挥发性和非挥发性代谢组学技术可用于构建高温下的风味物质形成途径，进一步揭示空气炸制罗非鱼的风味形成机制。
因此，在本研究中，分析了罗非鱼在空气炸制过程中的物理性质变化，并通过LF-NMR和MRI确定了水分迁移规律。随后分别使用HS-SPME-GC–MS和UHPLC-MS/MS分析了挥发性和非挥发性代谢物的变化。根据OAV≥1和VIP>1的标准筛选出关键挥发性和非挥发性代谢物。构建了关键风味代谢物的相关性网络和形成途径，以揭示罗非鱼在空气炸制过程中的风味形成机制。本研究有望为高质量烤制罗非鱼的生产提供科学理论基础。
研究片段
空气炸制罗非鱼的准备
新鲜罗非鱼（800–1000克）由广州的一家当地超市提供，并在30分钟内运送到实验室。去除内脏和鳞片后，获得了带有两侧鱼皮的鱼肉，鱼肉厚度为0.5–1.5厘米。将鱼肉浸泡在含6%盐和0.6%复合磷酸盐的溶液中40分钟（CK组）。根据鱼肉的含水量，将浸泡后的罗非鱼在80°C下通过热风干燥7分钟（A0组），然后进行空气炸制。
罗非鱼在空气炸制过程中的感官性质和物理性质变化
感官评估可以全面评价空气炸制罗非鱼的食用品质。本研究展示了罗非鱼在空气炸制过程中的感官性质和物理性质变化（见图1）。如图1A和B所示，随着空气炸制时间的增加，罗非鱼的外观颜色逐渐从白色变为深金色。此外，A40组的颜色、味道、香气、口感和组织状态的感官评分均达到最高。
结论
通过MRI结果可见，空气炸制过程中发生了水分流失，主要是由于固定水和轻度结合水的减少。通过HS-SPME–GC–MS和UHPLC–MS/MS分别检测出31种关键挥发性代谢物和234种差异性非挥发性代谢物，其中大多数代谢物在空气炸制后明显增加。相关性分析表明，3-甲基丁醛、2-甲基丁醛、2-乙酰噻唑、苯乙醛、2-辛酮等代谢物的含量增加。
CRediT作者贡献声明
陈天宇：撰写初稿、方法学设计、实验实施、数据分析。陈胜军：指导、资金获取。黄辉：资金获取。岑建伟：方法学设计。吴彦彦：方法学设计、资金获取。李春生：撰写、审稿与编辑、概念构思。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本研究得到了广东省科学技术计划（2023B0202010015）、CARS专项基金（CARS-46）、茂名市科学技术计划（2023S016081）以及中央公益性科研机构基础研究基金（CAFSD2023TD74）的财政支持。
