ГХ-МС в сочетании с твердофазной микроэкстракцией для идентификации летучих органических соединений в рыбе после обработки ускоренными электронами

При разработке протоколов радиационной обработки пищевой продукции одной из целей является поиск оптимального диапазона доз для конкретного типа продукта, чтобы обеспечить подавление патогенной микрофлоры с сохранением его биохимических и органолептических свойств. При воздействии ионизирующего излучения на различные пищевые продукты образуются летучие органические соединения (ЛОС), содержание которых меняется в зависимости от дозы облучения, поэтому их можно рассматривать как маркерные для описания процессов, связанных с облучением. Предложен универсальный способ изучения профиля летучих соединений в палтусе, облученном на ускорителе электронов, с использованием газовой хромато-масс-спектрометрии в сочетании с твердофазной микроэкстракцией. Показано, что радиационная обработка существенно изменяет профиль летучих соединений палтуса и приводит к дозозависимому увеличению содержания соединений. Среди идентифицированных ЛОС были установлены соединения-маркеры радиационно-индуцированных окислительных процессов — диметилдисульфид, гептаналь, октаналь и нонаналь, а также соединения, обнаруженные лишь в облученных образцах палтуса — 3-метилбутаналь, бензол и 1,3-бис(1,1-диметилэтил)бензол, что делает их потенциальными маркерами радиационной обработки палтуса. Результаты многомерного статистического анализа (анализ методом главных компонент PCA и дискриминантный анализ методом частичных наименьших квадратов PLS-DA) подтверждают наличие выраженных дозозависимых изменений и позволяют эффективно разделять облученные и необлученные образцы. Предложенный подход к выявлению маркерных соединений и классификации образцов может быть адаптирован для других пищевых продуктов и использован при разработке универсальных методов контроля и оптимизации радиационной обработки.

1. Chernyaev A. P., Rozanov V. V., Kozlova E. K., et al. Radiation technologies for the treatment of biological objects (a review) / Moscow Univ. Phys. Bull. 2025. Vol. 80. No. 3. P. 389 – 415. DOI: 10.3103/s0027134925700572

2. Ahn D. U., Jo C., Du M., et al. Quality characteristics of pork patties irradiated and stored in different packaging and storage conditions / Meat Sci. 2000. Vol. 56. No. 2. P. 203 – 209. DOI: 10.1016/s0309-1740(00)00044-9

3. Zhang Q., Ding Y., Gu S., et al. Identification of changes in volatile compounds in dry-cured fish during storage using HS-GC-IMS / Food Res. Int. 2020. Vol. 137. 109339. DOI: 10.1016/j.foodres.2020.109339

4. Brewer M. S. Irradiation effects on meat flavor: a review / Meat Sci. 2009. Vol. 81. No. 1. P. 1 – 14. DOI: 10.1016/j.meatsci.2008.07.011

5. Rababah T., Hettiarachchy N., Horax R., et al. Thiobarbituric acid reactive substances and volatile compounds in chicken breast meat infused with plant extracts and subjected to electron beam irradiation / Poult. Sci. 2006. Vol. 85. No. 6. P. 1107 – 1113. DOI: 10.1093/ps/85.6.1107

6. Li C., He L., Jin G., et al. Effect of different irradiation dose treatment on the lipid oxidation, instrumental color and volatiles of fresh pork and their changes during storage / Meat Sci. 2017. Vol. 128. P. 68 – 76. DOI: 10.1016/j.meatsci.2017.02.009

7. Bliznyuk U. A., Borshchegovskaya P. Yu., Bolotnik T. A., et al. The effect of accelerated electrons on volatile organic compounds in poultry meat and fish / Industr. Lab. Mater. Diagn. 2023. Vol. 89. No. 1. P. 11 – 19 [in Russian]. DOI: 10.26896/1028-6861-2023-89-1-11-19

8. Bliznyuk U. A., Borshchegovskaya P. Yu., Bolotnik T. A., et al. Monitoring of aldehyde concentrations in chicken meat during storage after radiation treatment with accelerated / Industr. Lab. Mater. Diagn. 2022. Vol. 88. No. 10. P. 13 – 19 [in Russian]. DOI: 10.26896/1028-6861-2022-88-10-13-19

9. Klyuev N. A., Brodsky E. S. Modern methods of mass-spectrometric analysis of organic compounds / Ross. Khim. Zh. 2002. Vol. XLVI. No. 4. P. 57 – 63 [in Russian].

10. Milman B. L., Zhurkovich I. K. General criteria for identification of chemical compounds by chromatography-mass spectrometry / Analit. Kontrol’. 2020. Vol. 24. No. 3. P. 164 – 173 [in Russian]. DOI: 10.15826/analitika.2020.24.3.003

11. Guo H., Feng T., Qi W., et al. Effects of electron-beam irradiation on volatile flavor compounds of salmon fillets by the molecular sensory science technique / J. Food Sci. 2021. Vol. 86. No. 1. P. 184 – 193. DOI: 10.1111/1750-3841.15541

12. Oprunenko A., Bolotnik T., Ikhalaynen Y., et al. Evaluating changes in the VOC profile of different types of food products after electron beam irradiation / Appl. Sci. 2025. Vol. 15. No. 3. 1333. DOI: 10.3390/app15031333

13. Stashenko E. E., Martínez J. R., Ruíz C. A., et al. Lippia origanoides chemotype differentiation based on essential oil GC-MS and principal component analysis / J. Sep. Sci. 2010. Vol. 33. No. 1. P. 93 – 103. DOI: 10.1002/jssc.200900452

14. Nie J., Xiao L., Zheng L., et al. An integration of UPLC-DAD/ESI-Q-TOF MS, GC-MS, and PCA analysis for quality evaluation and identification of cultivars of Chrysanthemi Flos (Juhua) / Phytomedicine. 2019. Vol. 59. 152803. DOI: 10.1016/j.phymed.2018.12.026

15. Domingo-Almenara X., Siuzdak G. Metabolomics data processing using XCMS / Computational Methods and Data Analysis for Metabolomics. Methods in Molecular Biology (ed. by S. Li). Vol. 2104. — NY: Humana, 2020. P. 11 – 24. DOI: 10.1007/978-1-0716-0239-3_2

16. Gromski P. S., Xu Y., Hollywood K. A., et al. The influence of scaling metabolomics data on model classification accuracy / Metabolomics. 2015. Vol. 11. P. 684 – 695. DOI: 10.1007/s11306-014-0738-7

17. Xu M., Cai J., Wang L., et al. Identification of chemical components in three types of rose essential oils based on gas chromatography — mass spectrometry (GC-MS) and chemometric methods / Molecules. 2025. Vol. 30. No. 9. 1974. DOI: 10.3390/molecules30091974

18. Lu P., Wang C., Zhang Y., et al. Diversity of volatile profiles and nutritional traits among 29 cucumber cultivars / Foods. 2025. Vol. 14. No. 22. 3878. DOI: 10.3390/foods14223878

19. Tsutsumi T., Todoriki S., Nei D., et al. Detection of irradiated food using 2-alkylcyclobutanones as markers: verification of the European Committee standardization method EN1785 for the detection of irradiated food containing lipids / Food Hyg. Saf. Sci. 2011. Vol. 52. No. 6. P. 321 – 329. DOI: 10.3358/shokueishi.52.321

20. Feng X., Moon S., Lee H., Ahn D. U. Effect of irradiation on the parameters that influence quality characteristics of uncured and cured cooked turkey meat products / Poult. Sci. 2016. Vol. 95. No. 12. P. 2986 – 2992. DOI: 10.3382/ps/pew272

21. Jo C., Ahn D. U. Production of volatile compounds from irradiated oil emulsion containing amino acids or proteins / J. Food Sci. 2000. Vol. 65. No. 4. P. 612 – 616. DOI: 10.1111/j.1365-2621.2000.tb16059.x

22. Fan X., Sommers C. H., Thayer D. W., Lehotay S. J. Volatile sulfur compounds in irradiated precooked turkey breast analyzed with pulsed flame photometric detection / J. Agric. Food Chem. 2002. Vol. 50. No. 15. P. 4257 – 4261. DOI: 10.1021/jf020158y

23. Feng X., Lee E. J., Nam K., et al. Mechanisms of volatile production from amino acid esters by irradiation / Food Res. Int. 2016. Vol. 81. P. 100 – 107. DOI: 10.1016/j.foodres.2016.01.006

24. Bliznyuk U., Borshchegovskaya P., Bolotnik T., et al. Volatile compound markers in beef irradiated with accelerated electrons / Molecules. 2024. Vol. 29. No. 5. P. 1 – 25. DOI: 10.3390/molecules29050940

25. Wang K., Pang X., Zeng Z., et al. Research on irradiated food status and consumer acceptance: a Chinese perspective / Food Sci. Nutr. 2023. Vol. 11. No. 9. P. 4964 – 4974. DOI: 10.1002/fsn3.3511

26. Kozlova E., Bliznyuk U., Chernyaev A., et al. Optimization function for determining optimal dose range for beef and seed potato irradiation / Foods. 2024. Vol. 13. No. 23. 3729. DOI: 10.3390/foods13233729

27. TR CU 021/2011. Technical Regulations of the Customs Union. Concerning Safety of Food Products. — Introduced on December 9, 2011.

28. Bliznyuk U. A., Borchegovskaya P. Y., Chernyaev A. P., et al. Computer simulation to determine food irradiation dose levels / IOP Conf. Ser. Earth Environ. Sci. 2019. Vol. 365. No. 1. 012002. DOI: 10.1088/1755-1315/365/1/012002

29. Zhang Q., Ding Y., Gu S., et al. Identification of changes in volatile compounds in dry-cured fish during storage using HS-GC-IMS / Food Res. Int. 2020. Vol. 137. 109339. DOI: 10.1016/j.foodres.2020.109339

30. Taghvaei M., Tonyali B., Sommers C., et al. Formation kinetics of radiolytic lipid products in model food-lipid systems with gamma irradiation / J. Am. Oil Chem. Soc. 2021. Vol. 98. No. 7. P. 737 – 746. DOI: 10.1002/aocs.12513

31. Liu L., Zeng M., Xu X. Research progress of fishy odor in aquatic products: from substance identification, formation mechanism, to elimination pathway / Food Res. Int. 2024. Vol. 178. 113914. DOI: 10.1016/j.foodres.2023.113914

32. Lu X., Zhou Y., Zhang L., et al. Odor volatile compounds in aquatic products: research advances / J. Aquat. Food Prod. Technol. 2025. Vol. 34. No. 5. P. 326 – 351. DOI: 10.1080/10498850.2025.2523748

33. Zhu M. J., Lee E. J., Mendonca A., Ahn D. U. Effect of irradiation on the quality of turkey ham during storage / Meat Sci. 2004. Vol. 66. No. 1. P. 63 – 68. DOI: 10.1016/s0309-1740(03)00014-7

34. Ahn D. U., Jo C., Du M., et al. Quality characteristics of pork patties irradiated and stored in different packaging and storage conditions / Meat Sci. 2000. Vol. 56. No. 2. P. 203 – 209. DOI: 10.1016/s0309-1740(00)00044-9

35. Zhang H., Wang W., Wang H., Ye Q. Effect of e-beam irradiation and microwave heating on the fatty acid composition and volatile compound profile of grass carp surimi / Radiat. Phys. Chem. 2017. Vol. 130. P. 436 – 441. DOI: 10.1016/j.radphyschem.2016.10.007

36. Ding A., Zhu M., Qian X., et al. Effect of fatty acids on the flavor formation of fish sauce / LWT. 2020. Vol. 134. 110259. DOI: 10.1016/j.lwt.2020.110259

37. Wu T., Wang M., Wang P., et al. Advances in the formation and control methods of undesirable flavors in fish / Foods. 2022. Vol. 11. No. 16. 2504. DOI: 10.3390/foods11162504

38. Zheng Q., Wang H., Yue L., et al. Effect of irradiation on volatile compound profiles and lipid oxidation in chicken powder seasoning / Radiat. Phys. Chem. 2022. Vol. 191. 109851. DOI: 10.1016/j.radphyschem.2021.109851

39. Salviano dos Santos V. P., Salgado A. M., Torres A. G., Pereira K. S. Benzene as a chemical hazard in processed foods / Int. J. Food Sci. 2015. Vol. 2015. No. 1. 545640. DOI: 10.1155/2015/545640

40. Lacivita V., Mentana A., Centonze D., et al. Study of X-ray irradiation applied to fresh dairy cheese / LWT. 2019. Vol. 103. P. 186 – 191. DOI: 10.1016/j.lwt.2018.12.073