劉 源， 崔智勇， 周雪珂， 王勝楠， 王文利

(上海交通大學 農(nóng)業(yè)與生物學院， 上海 200240)

水產(chǎn)品是海洋和淡水漁業(yè)生產(chǎn)的動植物產(chǎn)品及其加工產(chǎn)品的總稱。據(jù)統(tǒng)計，自1961年以來，世界范圍內(nèi)水產(chǎn)品消費量年均增速3.1%，幾乎是年度世界人口增長速度(1.6%)的兩倍[1]。水產(chǎn)業(yè)是國民經(jīng)濟的重要組成之一，對經(jīng)濟發(fā)展和居民營養(yǎng)水平的提升具有積極作用。聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織(Food and Agriculture Organization of the United Nations，F(xiàn)AO)于2020年發(fā)布的《世界漁業(yè)和水產(chǎn)養(yǎng)殖報告》顯示，近十年來我國水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)產(chǎn)量占全球60%以上，穩(wěn)居世界第一。與之對應，根據(jù)《中國統(tǒng)計年鑒》，2020年我國水產(chǎn)品總量6 549.0萬t，其中海水產(chǎn)品3 314.4萬t，淡水產(chǎn)品3 234.6萬t；2020年我國漁業(yè)經(jīng)濟總產(chǎn)值達1.28萬億元，占我國農(nóng)林牧漁業(yè)總產(chǎn)值的9.27%。

滋味是決定消費者購買意愿的重要指標之一。水產(chǎn)品具有鮮美的滋味特性，如河鲀、鰣魚和刀魚并稱“長江三鮮”。水產(chǎn)品中的呈味物質(zhì)包括含氮有機化合物、非含氮有機化合物和無機離子三大類[2]。在熱加工和發(fā)酵等加工條件下形成多種成分共同決定水產(chǎn)品的滋味。本文對國內(nèi)外水產(chǎn)品滋味相關研究熱點、主要研究對象進行分析，整理水產(chǎn)品中常見滋味成分、關鍵滋味活性成分等主要滋味物質(zhì)，歸納基于組學概念的水產(chǎn)品滋味成分解析技術、基于人工智能技術的水產(chǎn)品滋味評價與精準預測技術、多技術聯(lián)用的水產(chǎn)品滋味感官組學等最新的水產(chǎn)品滋味的分析方法，以期為水產(chǎn)品行業(yè)發(fā)展提供參考。

1 水產(chǎn)品滋味研究熱點

分析Web of Science核心合集近十年水產(chǎn)品滋味研究論文及其關鍵詞，水產(chǎn)品滋味研究可分為3類：樣本來源分布類、主要滋味成分類以及加工方式類。將2011—2015年間研究關鍵詞出現(xiàn)的頻率從高到低進行排列，頻次最高的前5個詞是鹽(salt*)、多樣性(diversity)、食品(food)、產(chǎn)量(yield)和魚片(fillet)。由此表明腌制技術(鹽漬)、種類、魚片及產(chǎn)量等是滋味相關研究主要內(nèi)容，反映了水產(chǎn)品隨加工機械化、自動化和智能化升級后生產(chǎn)規(guī)模擴大及效率提高。這與水產(chǎn)加工總量快速上升，加工能力穩(wěn)步增長的現(xiàn)狀相一致。同理，2016—2020年間研究關鍵詞出現(xiàn)頻率最高的五個詞是輪廓(profile)、魚類產(chǎn)品(fish product)、風味(flavor)、4 ℃、品質(zhì)變化(quality change)。對比發(fā)現(xiàn)近十年間水產(chǎn)滋味研究從工藝(design)向流通環(huán)節(jié)(quality change)延伸。

2 水產(chǎn)品滋味主要研究對象

水產(chǎn)品滋味研究對象種類廣泛，其原料種屬主要分布如下：魚類占81.75%(以輻鰭魚綱為主)；軟體動物類占8.75%、甲殼類占7.98%、水生藻類及其他類占0.76%。

魚類研究對象依次包括鱈屬、鮭屬、鳀魚屬、草魚屬、鰱屬、鯡魚屬等。鱈魚隸屬于鱈形目鱈科，主要包括大西洋鱈魚(Gadusmorhua)、太平洋鱈魚(Gadusmacrocephalus)、格林蘭鱈魚(Gadusogac)等是主要的水產(chǎn)品滋味研究對象。鮭魚滋味研究論文數(shù)量僅次于鱈魚，主要包括大馬哈魚(Oncorhynchustshawytscha)、新西蘭大馬哈魚(Macruronusnovaezealandiae)及大西洋鮭(Atlanticsalmon)。以上6個魚類種屬都是廣泛養(yǎng)殖或捕撈的大宗經(jīng)濟類魚屬，海參與海膽等高值水產(chǎn)品的滋味研究較少。

3 水產(chǎn)品主要滋味成分

3.1 水產(chǎn)品中常見滋味成分

水產(chǎn)品中的滋味成分包括含氮有機化合物(氨基酸、核苷酸及其關聯(lián)化合物、有機堿、呈味肽等)、非含氮有機化合物(有機酸、糖類等)和無機離子三大類，水產(chǎn)品中滋味組分數(shù)量眾多，具有多元化的呈味特性。

水產(chǎn)品以“鮮美”著稱，主要的滋味感官屬性包括鮮和甜。研究發(fā)現(xiàn)Glu、Asp等是水產(chǎn)品如魚露[3]、蟹醬[4]中的主要鮮味氨基酸。5′-肌苷酸(inosine-5′-monophosphate，IMP)在魚中的含量很高，是魚鮮味的主要貢獻者[5]，而5′-腺苷酸(adenosine-5′-monophosphate，AMP)主要存在于甲殼和軟體類水產(chǎn)品中。琥珀酸是貝類的主要呈鮮物質(zhì)之一，起輔助增味作用[6]。水產(chǎn)品是發(fā)掘新型鮮味肽的重要蛋白資源[7]，近年來從水產(chǎn)品中鑒定出43條鮮味肽[8]，它們能提升水產(chǎn)品整體鮮味強度和適口性。甜味是水產(chǎn)品的第二重要的滋味屬性，特別是甲殼類水產(chǎn)品(蝦蟹等[9])具有“鮮甜”的特征。除甜味氨基酸外，有機堿類尤其是甜菜堿，具有甜味，對海產(chǎn)品的甜味貢獻突出[10]。水產(chǎn)品的酸味、苦味等較弱，近年來水產(chǎn)品濃厚味受到較多關注，主要由濃厚感肽如γ-Glu型賦予，在蝦[10]、扇貝[11]等中均有報道。

3.2 水產(chǎn)品中關鍵滋味活性成分

水產(chǎn)品的關鍵滋味成分是其區(qū)分于不同水產(chǎn)品的“味覺名片”?；诜肿痈泄倏茖W方法，即通過建立理化分析(定量潛在滋味成分)和感官評價(滋味輪廓分析、滋味重組、減除- 添加實驗等)之間的橋梁，可確定樣品中關鍵滋味活性組分和各組分的滋味貢獻。表1匯總了已報道的水產(chǎn)品中44種關鍵滋味成分。

4 水產(chǎn)品滋味物質(zhì)分析方法

水產(chǎn)品滋味成分分析包括定性和定量分析，除了已闡明結構和感官特性的滋味化合物，新型滋味成分發(fā)掘一直是國際上的研究熱點。傳統(tǒng)的滋味分析包括滋味物質(zhì)的提取、分離、純化、鑒定和感官評價等步驟。隨著代謝組學、人工智能和感官組學等技術的發(fā)展，水產(chǎn)滋味分析逐漸向多元化和智能化方向邁進。傳統(tǒng)與現(xiàn)代水產(chǎn)品滋味分析技術對比見圖1。

表1 水產(chǎn)品中關鍵滋味活性組分Tab.1 Key taste-active compounds in aquatic products

圖1 傳統(tǒng)與現(xiàn)代水產(chǎn)品滋味分析技術Fig.1 Traditional and modern analysis techniques of aquatic products taste

4.1 傳統(tǒng)水產(chǎn)品滋味成分分析方法

為了避免大分子物質(zhì)如蛋白和油脂的影響，水產(chǎn)品滋味成分的提取通常采用物理或化學方法如酸沉、離心等。進一步分離和純化方法包括膜分離法、連續(xù)色譜法[28]等。定性定量分析通常采用原子吸收光譜、高效液相色譜、液質(zhì)等基于色譜的技術進行。目前常見滋味物質(zhì)的分析方法比較成熟，但存在環(huán)境不友好、耗時費力效率低下等問題。水產(chǎn)滋味成分的感官定性分析，需要大量的分離純化以獲取足量樣本用于感官評價，且效率低下，是傳統(tǒng)分析方法的痛點。

4.2 現(xiàn)代水產(chǎn)品滋味物質(zhì)分析方法

基于水產(chǎn)滋味研究的深入需求如新型滋味成分高效發(fā)掘、滋味成分的形成機制等，對滋味分析技術提出了新的要求和挑戰(zhàn)。組學技術、人工智能技術等為水產(chǎn)品滋味分析研究提供了支撐。

4.2.1基于組學概念的水產(chǎn)品滋味成分解析

近年來代謝組學與蛋白質(zhì)組學在水產(chǎn)品滋味研究較多，主要采用質(zhì)譜、核磁共振法(nuclear magnetic resonance，NMR)、光譜技術等解析水產(chǎn)品滋味成分形成和分布。

新型質(zhì)譜技術具有超高分辨率，如基質(zhì)輔助激光解吸/電離飛行時間質(zhì)譜(MALDI- TOF MS)[28]、MALDI- TOF/TOF MS/MS、串聯(lián)質(zhì)譜[34]等。在3種河鲀包括菊黃東方鲀(Takifuguflavidus)、暗紋東方鲀(Takifuguobscurus)、紅鰭東方鲀(Takifugurubripes)魚湯中鑒定了若干滋味成分，包括鮮味肽(Tyr-Gly-Gly-Thr-Pro-Phe-Val，836.4 Da)[28]。魚露自發(fā)發(fā)酵過程中共發(fā)現(xiàn)包括氨基酸、小肽(Arg和Pro代謝而成)、有機酸、胺、碳水化合物和核酸在內(nèi)的46種代謝物[3]。

NMR可以提供分子化學結構和鑒定物質(zhì)種類?；?H NMR技術和多變量統(tǒng)計方法可探索生與熟菊黃東方鲀(Takifuguflavidus)肌肉代謝組差異，發(fā)現(xiàn)11種代謝物變化明顯(P<0.05)，包括9種氨基酸(Ala、Leu、Met、酪氨酸、谷氨酸、甘氨酸、精氨酸、賴氨酸、牛磺酸)，1種有機酸(乳酸)和1種生物堿(甜菜堿)[35]。

多種技術聯(lián)用可以相互驗證水產(chǎn)滋味成分的貢獻，如Mabuchi等[36]基于氣相色譜- 質(zhì)譜法分析4種白魚肉(Thamnaconusmodestus，Sebastiscusmarmoratus，Inimicusjaponicus，Pagrusmajor)的滋味差異，使用偏最小二乘法將代謝組數(shù)據(jù)與電子舌測量值建立預測模型，以此判定與滋味相關的主要代謝成分。結果發(fā)現(xiàn)，磷酸、乳酸和肌酐等化合物是建立預測模型的重要指標，特別是磷酸在預測模型中顯示出最高的預測變量重要性分數(shù)(variable important for projection，VIP)。

4.2.2基于人工智能技術的水產(chǎn)品滋味評價與精準預測

人工智能技術在水產(chǎn)品滋味分析中的應用包括仿生傳感評價和人工智能學習。仿生味覺傳感器以酶、組織、細胞以及受體等作為識別滋味成分的敏感元件，結合二級傳感器檢測敏感元件和水產(chǎn)滋味成分之間的特異性反應[37]。韓國Park團隊[38]和國內(nèi)王平教授團隊[39]較早開發(fā)了系列鮮味、甜味等仿生傳感評價技術。筆者研究團隊從組織- 細胞- 受體感知通路出發(fā)，研制了響應各類鮮味刺激(GMP、MSG、IMP和WSA等)的生物傳感器體系，從傳感器穩(wěn)定性、重復性、鮮味評價精準性與特異性等角度佐證各傳感器定量評價鮮味成分的(強度)性能，為水產(chǎn)滋味的智能化評價提供了解決方案[40-41]。

虛擬篩選是人工智能學習在水產(chǎn)滋味成分篩選和預測的新型應用手段[42]?；谂潴w的虛擬篩選主要通過分子指紋、氨基酸序列、分子線性輸入規(guī)范(simplified molecular input line entry system，SMILES)等方法表征目標物質(zhì)，進而結合人工智能技術建立模型從而實現(xiàn)快速判斷。基于受體結構的虛擬篩選主要采用分子對接、分子動力學模擬等方法，通過量化分析不同滋味受體和配體之間的相互作用模式，從而實現(xiàn)虛擬判斷。Charoenkwan等[43]和筆者研究團隊從鮮味肽出發(fā)，均建立了鮮味肽虛擬篩選判斷策略。筆者研究團隊提出了一種基于最高占有分子軌道- 最低未占有分子軌道位點(highest occupied molecular orbital-lowest unoccupied molecular orbital，HOMO- LUMO)和分子對接結果的多級虛擬篩選鮮味肽理論，并建立了一套從氨基酸序列直接到鮮味判斷的端對端預測模型Umami_YYDS[7,44]。對于LC- MS/MS識別水產(chǎn)品中滋味物質(zhì)特殊峰困難的情況，人工智能學習可以擬合非靶向代謝數(shù)據(jù)庫中多級代謝物的保留時間，提高了模型預測保留時間的準確度，從而增加質(zhì)譜物質(zhì)鑒別率[45]。

4.2.3多技術聯(lián)用的水產(chǎn)品滋味感官組學

滋味感官組學包括滋味物質(zhì)的精準定性定量分析、基于感官閾值和TAV值等的初步篩選、不同模型體系中結合減除/添加實驗和描述性分析驗證等，最終實現(xiàn)整體滋味的重組和復現(xiàn)。目前基于滋味感官組學策略的基礎研究已在水產(chǎn)品中初步展開(圖2)。此外，結合心理物理學、計算化學、分子模擬、腦電圖(electroencephalogram，EEG)、功能性核磁共振成像(functional magnetic resonance imaging，fMRI)等多技術聯(lián)用可進一步提升感官組學策略研究效果。

新興感官方法的發(fā)展為感官組學信息的挖掘提供了更多的途徑。時間- 強度法(time-intensity，TI)、選擇合適項目法(check-all-that-apply，CATA)和評估合適項目法(rate-all-that-apply，RATA)具有相對快速、簡單培訓且更多關注動態(tài)感知的特性。目前，這些新興方法的應用多見于水產(chǎn)品香氣評價中，未來在水產(chǎn)品滋味評價中大有可為。

圖2 水產(chǎn)品滋味感官組學概況Fig.2 Sensoryomics profile of aquatic products taste

5 總結與展望

近十年來水產(chǎn)品滋味研究逐年增加，研究對象以魚類為主，研究方向更加聚焦，研究從工藝向流通環(huán)節(jié)延伸。水產(chǎn)品滋味以鮮甜為主要特征，成分包括含氮有機化合物、非含氮有機化合物和無機離子三大類。水產(chǎn)品的關鍵滋味活性組分具有高度相似性，但探明的水產(chǎn)品種類較少。組學技術、人工智能等現(xiàn)代新技術為水產(chǎn)品滋味的高效深入研究提供了有力支撐。

基于未來可持續(xù)發(fā)展和人類命運共同體理念，水產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)具有廣闊的發(fā)展空間。面向未來，個性化食品風味需求，對食品行業(yè)提出了更高要求和挑戰(zhàn)。水產(chǎn)品種類多樣，但目前已研究其特征滋味的水產(chǎn)品僅占FAO收錄食用種類數(shù)目的11%，限制了其規(guī)?；_發(fā)和食品化推廣的原動力。各類水產(chǎn)品滋味屬性和關鍵呈味組分解析，可推動各類水產(chǎn)品向餐桌食品轉化的步伐，同時也可豐富食品調(diào)味多元化及個性化口味定制需求，也有助于解決因水產(chǎn)品分布和生產(chǎn)時令差異造成的時空限制。此外，采用多學科交叉技術聯(lián)用，如分子模擬、多組學融合、腦電成像、智能感知等對水產(chǎn)品呈味特性進行系統(tǒng)研究，將更加客觀高效地揭示水產(chǎn)品滋味成分(間)的作用機制和形成- 調(diào)控機制，為水產(chǎn)品高值化開發(fā)提供支持。