真空減壓濃縮工藝對(duì)牛骨湯揮發(fā)性化合物的影響

楊濯羽，李永鵬，余群力,*，張 麗，張文華，張玉斌

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；2.寧夏夏華清真肉食品有限公司，寧夏 中衛(wèi) 755002)

骨湯在中國(guó)悠久的烹飪文化占有重要的地位，它是制作菜肴的一種重要原輔料。牛骨湯營(yíng)養(yǎng)豐富，富含鈣質(zhì)，并由于其獨(dú)特的口感與芳香，深受人們的歡迎。然而，牛骨湯獨(dú)特的風(fēng)味往往與其中的揮發(fā)性化合物密切相關(guān)。真空減壓濃縮是在真空狀態(tài)下對(duì)物料進(jìn)行低溫濃縮的過(guò)程。在真空狀態(tài)下，液體蒸汽壓升高，沸點(diǎn)降低，可以在低溫下發(fā)生沸騰汽化現(xiàn)象，從而達(dá)到物料濃縮的效果。同時(shí)，在真空減壓濃縮下，溫度較低，避免了營(yíng)養(yǎng)和香氣成分的損失。這種工藝被廣泛應(yīng)用于化學(xué)、食品、生物制藥等工業(yè)中，而將真空減壓濃縮工藝運(yùn)用于牛骨湯產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)具有良好的市場(chǎng)前景。因此，研究真空減壓濃縮工藝對(duì)牛骨湯揮發(fā)性化合物的影響具有重大意義。

近年來(lái)，我國(guó)對(duì)于畜骨的利用研究也取得了很多成就。據(jù)報(bào)道文鵬程等[1]對(duì)于牛骨進(jìn)行了微膠囊營(yíng)養(yǎng)骨粉加工工藝的研究，謝雯雯等[2]對(duì)于排骨湯的貯藏特性和動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了研究，指出加工過(guò)程對(duì)骨湯儲(chǔ)藏特性具有明顯影響。國(guó)外也有一些針對(duì)肉及其揮發(fā)性物質(zhì)的報(bào)道，Kantha等[3]對(duì)罐頭牛肉湯進(jìn)行了高效液相色譜法測(cè)定，Elmore等[4]研究了羔羊的脂肪酸組成及揮發(fā)性化合物。然而目前國(guó)內(nèi)關(guān)于真空減壓濃縮工藝對(duì)牛骨湯揮發(fā)性化合物影響的研究幾乎未見(jiàn)報(bào)道。

本研究選取成年黃牛棒骨，在有無(wú)真空減壓濃縮工藝的情況下分別制備骨湯，然后通過(guò)固相微萃取(solidphase microextraction，SPME)進(jìn)行揮發(fā)性化合物的采集，再運(yùn)用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)(gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS)對(duì)牛骨湯中的揮發(fā)性化合物進(jìn)行測(cè)定，通過(guò)比較有無(wú)濃縮條件下牛骨湯產(chǎn)品揮發(fā)性化合物的差異，分析真空減壓濃縮工藝對(duì)于牛骨湯揮發(fā)性物質(zhì)的影響，以期最終為牛骨湯生產(chǎn)工藝的改善提供理論依據(jù)和技術(shù)方法。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

隨機(jī)選取寧夏回族自治區(qū)中衛(wèi)市自然放牧條件下，發(fā)育正常、健康無(wú)病、月齡在18個(gè)月的公黃牛，來(lái)自寧夏夏華清真肉食品有限公司。牛屠宰剔骨后，采集牛棒骨，并將其切分為3cm長(zhǎng)的骨塊，以備牛骨湯制備。

氯化鈉(分析純) 天津市光復(fù)科技發(fā)展有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

AUTOSYSTEM XL- TURBOMASS型氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀 美國(guó)Perkinelmer公司；固相微萃取手動(dòng)進(jìn)樣器(50/30μmDVB/CAR/PDMS) 美國(guó)Supelco公司；DS-Ⅱ型電熱三用水箱 北京市醫(yī)療設(shè)備廠(chǎng)；DZF-6030A型真空干燥箱 上海一恒科學(xué)儀器有限公司；YX-280A18L型不銹鋼手提式電熱壓力蒸汽滅菌器 北京華威興業(yè)科技有限公司。

1.3 牛骨湯的制備

表 1 牛骨湯原料及濃縮參數(shù)Table 1 Raw materials and processing parameters for preparation of beef stock

牛骨湯預(yù)制：取500g棒骨塊，清洗浸泡30min，除去棒骨中血水，加水預(yù)煮，直到沸騰，去浮沫，撈出牛骨。將預(yù)處理后的棒骨放入高壓斧中，溫度121～126℃，壓力0.1～0.15MPa，高壓煮骨1h后，打開(kāi)高壓釜蓋，添加食鹽、胡椒、花椒、蔥、姜(表1)。然后，進(jìn)行常壓煮制60min，制成預(yù)制牛骨湯。

普通牛骨湯的制備：將預(yù)制好的牛骨湯用文火再煮制3h后，去除表面油脂，用濾布分離湯渣，得到普通牛骨湯，其得率為40%。

濃縮牛骨湯的制備：將預(yù)制好的牛骨湯用文火再煮制3h后，去除表面油脂，用濾布分離湯渣，然后使用真空減壓濃縮罐在真空度0.08MPa、溫度70℃條件下進(jìn)行減壓濃縮，濃縮時(shí)間為6h。濃縮后即為濃縮牛骨湯，其得率為30%。

兩組牛骨湯均選取同樣的牛骨進(jìn)行制備，每組制備6份，然后各取50mL裝入100mL點(diǎn)滴瓶中，用封口膠密封后以備揮發(fā)性化合物測(cè)定。

1.4 揮發(fā)性化合物測(cè)定

將裝有骨湯樣品的點(diǎn)滴瓶放入90℃水浴鍋中，加熱60min，然后冷卻至60℃，并保持在60℃恒溫水域條件下，使用手動(dòng)SPME進(jìn)樣器，通過(guò)靜態(tài)頂空方法吸附30min，吸附過(guò)程中點(diǎn)滴瓶始終保持密封狀態(tài)。吸附完畢之后退出SPME進(jìn)樣器，進(jìn)行GC-MS分析。

色譜條件：色譜柱為OV1701色譜柱(50m×0.2mm，0.33μm)；升溫程序：50℃保持2min，以3℃/min升至225℃，保持1min；載氣(He)流速0.8mL/min，分流進(jìn)樣，20min后打開(kāi)分流閥，分流比1：20；進(jìn)樣解吸溫度250℃，解吸時(shí)間2min。

質(zhì)譜條件：電子電離(electron inoization，EI)源；電子能量70eV；離子源溫度200℃；質(zhì)量掃描范圍10～400m/z。

1.5 數(shù)據(jù)處理

用TuborMass 4.1.1數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，對(duì)GC-MS結(jié)果進(jìn)行分析，通過(guò)對(duì)比系統(tǒng)自帶的NBS、Nist等數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行人工解析，對(duì)離子流圖中各物質(zhì)的峰面積進(jìn)行加和(排除峰面積小于100或無(wú)法定性的雜質(zhì)峰)，得到總峰面積，然后利用如下公式：相對(duì)含量/%=各物質(zhì)離子流圖峰面積/總峰面積×100，計(jì)算出各揮發(fā)性成分的相對(duì)含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 普通牛骨湯與濃縮牛骨湯總離子流圖

普通牛骨湯的總離子流圖如圖1所示，通過(guò)GC-MS測(cè)定可看出普通牛骨湯中的揮發(fā)性化合物的出峰時(shí)間主要集中在2～50min。

圖 1 普通牛骨湯的揮發(fā)性化合物總離子流圖Fig.1 Total ion chromatograms of volatile compounds from control beef stock

濃縮牛骨湯的總離子流圖如圖2所示，通過(guò)GC-MS測(cè)定可看出濃縮牛骨湯中的揮發(fā)性化合物的出峰時(shí)間同樣主要集中在2～50min。

圖 2 濃縮牛骨湯的總離子流圖Fig.2 Total ion chromatograms of volatile compounds from concentrated beef stock

2.2 普通牛骨湯與濃縮牛骨湯的揮發(fā)性化合物種類(lèi)比較

圖 3 濃縮牛骨湯與普通牛骨湯揮發(fā)性化合物種類(lèi)及其含量Fig.3 Volatile compounds and their relative contents in control and concentrated beef stock

普通牛骨湯與濃縮牛骨湯的揮發(fā)性化合物種類(lèi)的差異如圖3所示，普通牛骨湯中含有烴類(lèi)、醇類(lèi)、醛類(lèi)、酮類(lèi)、酯類(lèi)、芳香族化合物、雜環(huán)類(lèi)化合物、其他類(lèi)，其中相對(duì)含量最高的物質(zhì)為醛類(lèi)物質(zhì)，且相對(duì)含量高達(dá)65.40%；雜環(huán)類(lèi)化合物排名第二，其相對(duì)含量明顯低于醛類(lèi)物質(zhì)。烴類(lèi)、酮類(lèi)及芳香族化合物相對(duì)含量依次降低，分別為8.39%、6.72%和6.24%。醇類(lèi)和酯類(lèi)含量較低，均不到5%，含量最少的是醚類(lèi)物質(zhì)。經(jīng)濃縮處理后，除了含有上述9類(lèi)物質(zhì)外，還增加了酸類(lèi)物質(zhì)，兩種牛骨湯在各類(lèi)化合物的含量上也發(fā)生了變化。濃縮牛骨湯與普通牛骨湯相同，含量最高的同樣是醛類(lèi)物質(zhì)，但其相對(duì)含量下降了42.57%，與此同時(shí)濃縮牛骨湯中的芳香族化合物含量增加了17.26%，增加程度最大，是濃縮處理前的4倍。經(jīng)過(guò)濃縮處理后，烴類(lèi)物質(zhì)增加了11.78%，增加了1倍多，酯類(lèi)物質(zhì)增加了7.39%，醇類(lèi)物質(zhì)增加了1.43%。濃縮牛骨湯與普通牛骨湯的酮類(lèi)物質(zhì)與其他類(lèi)物質(zhì)相對(duì)含量變化不明顯。

2.3 濃縮處理對(duì)牛骨湯中各種化合物的影響

濃縮牛骨湯與普通牛骨湯中檢出的各種化合物如表2所示，普通牛骨湯中共檢出61種物質(zhì)，經(jīng)濃縮處理后，濃縮牛骨湯共檢出物質(zhì)74種，比普通牛骨湯多13種。濃縮處理后醛類(lèi)物質(zhì)的變化明顯，產(chǎn)生了許多普通牛骨湯中未發(fā)現(xiàn)的醛類(lèi)物質(zhì)，例如2-丁烯醛、乙縮醛、反,反-2,6-壬二烯醛、苯甲醛、對(duì)甲氧基苯甲醛、反式-2-十二醛。同時(shí)還有一些物質(zhì)，例如反-2-己烯醛、反-2-庚烯醛等物質(zhì)在濃縮骨湯中未被檢測(cè)到，同時(shí)可以看出，在濃縮骨湯中，壬醛、己醛、庚醛、辛醛相對(duì)含量分別降低了11.31%、10.44%、9.75%、5.96%，同時(shí)濃縮牛骨湯醛類(lèi)的物質(zhì)均極顯著低于普通牛骨湯，且反式-2,4-癸二烯醛在2種牛骨湯中的含量變化明顯，其P值為0.049，其他醛類(lèi)物質(zhì)含量無(wú)顯著影響。

濃縮處理對(duì)牛骨湯中的芳香族化合物也影響顯著，使牛骨湯中產(chǎn)生了1,5-二甲基萘，但同時(shí)2,6-二甲基萘與1,3-二乙基苯未被檢測(cè)到。其中濃縮骨湯的1-甲基萘與1,3-二甲基萘的含量是濃縮前的10倍左右。濃縮牛骨湯的烴類(lèi)化合物比普通牛骨湯高出11.78%，且產(chǎn)生了二乙氧基甲烷、3-甲基壬烷、1,3,5-環(huán)庚烯、β-倍半水芹烯。同時(shí)還有一些烴類(lèi)物質(zhì)，例如三氯甲烷、辛烷等在濃縮骨湯中未被檢出，濃縮骨湯中產(chǎn)生的β-倍半水芹烯相對(duì)含量為3.03%，被人們是一類(lèi)具有特征香氣的物質(zhì)。濃縮骨湯中的酯類(lèi)物質(zhì)含量也變化顯著，由1.27%增加到8.66%，這主要是由于乙酸乙酯的含量變化明顯，濃縮后的骨湯中乙酸乙酯的相對(duì)含量是濃縮前的的8倍多。同時(shí)濃縮骨湯中產(chǎn)生了普通骨湯中未檢測(cè)到得酸類(lèi)物質(zhì)，含量為2.57%，主要為一些飽和酸。濃縮處理對(duì)于醇類(lèi)、酮類(lèi)、雜環(huán)類(lèi)化合物以及其他類(lèi)化合物的相對(duì)含量影響不明顯，但2種骨湯在組成上略有差異。普通牛骨湯經(jīng)過(guò)濃縮產(chǎn)生了1-辛烯-3-醇、2-苯基-2-丙醇、2,3-戊二酮這些物質(zhì)外還產(chǎn)生了一些2,5-二甲基吡嗪、2,3-二甲基吡嗪、2,2-二甲基-3-亞甲基二環(huán)、二甲基二硫，這些物質(zhì)通常被認(rèn)為是對(duì)于骨湯風(fēng)味有特殊貢獻(xiàn)的物質(zhì)。

表 2 濃縮骨湯與原骨湯的揮發(fā)性化合物Table 2 List of volatile compounds from control and concentrated beef stock

續(xù)表2

濃縮牛骨湯中的醛類(lèi)物質(zhì)顯著低于普通牛骨湯，芳香族化合物、烴類(lèi)、酯類(lèi)物質(zhì)的相對(duì)含量變化顯著，對(duì)于其余化合物的相對(duì)含量影響不明顯，但它們的組成有所不同。

3 討 論

濃縮處理后的牛骨湯不僅含有普通牛骨湯中所含有的烴類(lèi)、醇類(lèi)、醛類(lèi)、酮類(lèi)、酯類(lèi)、芳香族化合物、雜環(huán)類(lèi)化合物、其他類(lèi)外，還增加了酸類(lèi)物質(zhì)。這與成堅(jiān)等[5]對(duì)于鵝肉湯中揮發(fā)性成分以及Calkins等[6]對(duì)于肉中所含基本揮發(fā)性化合物的種類(lèi)的分析基本一致。濃縮處理后產(chǎn)生的酸類(lèi)物質(zhì)，多為短鏈脂肪酸，這些物質(zhì)一般被認(rèn)為是加熱或者其他加工過(guò)程中通過(guò)與其他物質(zhì)間的相互反應(yīng)和裂解生成。根據(jù)Howard[7]的理論，水解度越高，產(chǎn)生揮發(fā)性化合物的種類(lèi)和數(shù)量就越多，實(shí)驗(yàn)中同樣也證明了這一觀(guān)點(diǎn)，濃縮后產(chǎn)生的揮發(fā)性化合物比濃縮前多13種，證明濃縮處理對(duì)于增加牛骨湯揮發(fā)性化合物具有良好的作用。

濃縮牛骨湯與普通牛骨湯中檢出醛類(lèi)物質(zhì)均為17種，但其相對(duì)含量由65.4%下降到22.83%，且濃縮骨湯中飽和醛的含量明顯下降。研究表明己醛和2,4-癸二烯醛是亞油酸氧化的基本產(chǎn)物，亞油酸的自氧化作用產(chǎn)生了亞油酸的9-氫過(guò)氧化物和13-氫過(guò)氧化物。13-氫過(guò)氧化物斷裂生成己醛，9-氫過(guò)氧化物斷裂生成2,4-癸二烯醛[8]。濃縮牛骨湯中的己醛含量明顯下降，說(shuō)明濃縮處理可以減緩脂肪酸的氧化[9]。有文獻(xiàn)指出酯類(lèi)在高溫氧化過(guò)程中生成較多的2,4-癸二烯[10]，結(jié)果顯示濃縮牛骨湯中的2,4-癸二烯的含量低于普通牛骨湯，這一結(jié)果與文獻(xiàn)報(bào)道基本一致。濃縮后產(chǎn)生的2-丁烯醛、乙縮醛、苯甲醛等，其中苯甲醛通常被認(rèn)為是Strecker氨基酸反應(yīng)生成的[11]，本實(shí)驗(yàn)證明經(jīng)過(guò)濃縮處理同樣也可以產(chǎn)生該物質(zhì)。

濃縮牛骨湯中烴類(lèi)化合物相對(duì)含量增長(zhǎng)了11.78%，濃縮牛骨湯中與普通牛骨湯中的烷烴均為10種，但濃縮牛骨湯中的烯烴種類(lèi)為7種，多于普通骨湯。濃縮牛骨湯中十三烷、十四烷、十五烷的含量顯著增長(zhǎng)，且產(chǎn)生了許多烯烴類(lèi)物質(zhì)。不飽和炔烴和烯烴則是由肉中的不飽和脂肪酸通過(guò)水解、氧化、分解等一系列反應(yīng)生成，他們可能對(duì)確定某些肉制品的特征風(fēng)味具有重要作用，與Hadorn等[12]對(duì)于脂肪酸與揮發(fā)性化合物的相關(guān)性的研究基本一致。故推斷濃縮處理能夠增加骨湯中的風(fēng)味物質(zhì)。反式石竹烯含量的增長(zhǎng)與β-倍半水芹烯的產(chǎn)生可以反映出動(dòng)物放牧地點(diǎn)的牧草特色[13]。

濃縮牛骨湯與普通牛骨湯中2-戊基呋喃的差異顯著(P=0.043)，它的閾值相對(duì)較低(大約為4×10-9)，具有蔬菜芳香[14]。2-戊基呋喃作為肉品脂質(zhì)氧化的指示物可能對(duì)牛骨湯的整體風(fēng)味作用較大大。增加的物質(zhì)還有2,5-二甲基吡嗪、2,3-二甲基吡嗪等雜環(huán)類(lèi)化合物，2,3-戊二酮、苯乙酮等酮類(lèi)物質(zhì)。雜環(huán)類(lèi)化合物來(lái)源較廣，劉源等[15]認(rèn)為烷基吡嗪的形成途徑可能是二分子一胺基酮縮合，濃縮處理可能加劇了該反應(yīng)的進(jìn)行，增加了雜環(huán)類(lèi)化合物的種類(lèi)。肉制品中常見(jiàn)的揮發(fā)性雜環(huán)化合物主要有：吡啶、吡嗪、噻吩、噻唑和呋喃等物質(zhì)。這些物質(zhì)一般呈味閾值比較低，同時(shí)又具有重要的感官特性，對(duì)肉制品的風(fēng)味產(chǎn)生較大的影響[16]。濃縮處理后產(chǎn)生了吡嗪類(lèi)物質(zhì)，結(jié)果證實(shí)了Rivas-Ca?edo等[17]的假設(shè)，吡嗪的產(chǎn)生主要與熱加工有關(guān)，隨著反應(yīng)溫度的上升，吡嗪類(lèi)含量均有所增加[18]。酮類(lèi)物質(zhì)也是美拉德反應(yīng)的重要產(chǎn)物，濃縮后的牛骨湯產(chǎn)生了2,3-戊二酮，它被認(rèn)為具有強(qiáng)烈的奶油味，這可能會(huì)使?jié)饪s牛骨湯的奶油香味增強(qiáng)。所以，濃縮工藝對(duì)于增加牛骨湯中的揮發(fā)性化合物有重要作用。

4 結(jié) 論

濃縮工藝增加了牛骨湯中揮發(fā)性物質(zhì)的種類(lèi)，且對(duì)其相對(duì)含量也有影響。濃縮牛骨湯不僅含有普通牛骨湯中所含有的烴類(lèi)、醇類(lèi)、醛類(lèi)、酮類(lèi)、酯類(lèi)、芳香族化合物、雜環(huán)類(lèi)化合物、其他類(lèi)外，還增加了酸類(lèi)物質(zhì)。且濃縮處理對(duì)于牛骨湯中醛類(lèi)物質(zhì)含量顯著降低，芳香族化合物、烴類(lèi)、酯類(lèi)物質(zhì)含量有明顯增加，對(duì)于其余化合物的相對(duì)含量影響不顯著。最重要的是濃縮工藝使牛骨湯產(chǎn)生了一些具有獨(dú)特風(fēng)味的揮發(fā)性化合物，例如β-倍半水芹烯、2,5-二甲基吡嗪、2,3-二甲基吡嗪、2,3-戊二酮等揮發(fā)性物質(zhì)。結(jié)果表明，真空減壓濃縮工藝能夠提升芳香族和烴類(lèi)化合物含量，并減少醛類(lèi)物質(zhì)，因而對(duì)牛骨湯中揮發(fā)性化合物具有明顯影響。

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