GC-MS結(jié)合電子鼻分析溫度對肉味香精風(fēng)味品質(zhì)的影響

李迎楠，劉文營，成曉瑜*（北京食品科學(xué)研究院，中國肉類食品綜合研究中心，國家肉類加工工程技術(shù)研究中心，北京 100068）

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GC-MS結(jié)合電子鼻分析溫度對肉味香精風(fēng)味品質(zhì)的影響

李迎楠，劉文營，成曉瑜*
（北京食品科學(xué)研究院，中國肉類食品綜合研究中心，國家肉類加工工程技術(shù)研究中心，北京 100068）

以肉味香精為研究對象，從感官品質(zhì)、揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)組成和電子鼻分析角度研究不同反應(yīng)溫度對其風(fēng)味品質(zhì)的影響。結(jié)果表明，不同溫度條件下肉味香精在感官評價(jià)、揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)等方面都有較大的差異性。105 ℃條件下的肉味香精產(chǎn)品風(fēng)味和口感相對較好；經(jīng)氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀分析，該條件得到的肉味香精中揮發(fā)性物質(zhì)相對含量較高，達(dá)到93.62%，其中具有特征風(fēng)味的吡嗪類化合物高達(dá)8.19%，醛、酮類化合物的相對含量較高；在此條件下得到的肉味香精，色澤呈現(xiàn)深褐色，香味濃郁，回味悠長。運(yùn)用電子鼻技術(shù)分析發(fā)現(xiàn)，不同溫度條件下樣品存在顯著性差異，風(fēng)味有所改變。

肉味香精；揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)；溫度；美拉德反應(yīng)

美拉德反應(yīng)是發(fā)生在氨基酸的氨基組分與還原糖的羰基之間的熱反應(yīng)，以動(dòng)物和植物蛋白作為原料通過美拉德反應(yīng)形成自然風(fēng)味的天然香料日益受到關(guān)注，通過美拉德反應(yīng)制備的肉味香精現(xiàn)已被廣泛用于肉類食品的加工，風(fēng)味改善及增香［1］。

美拉德反應(yīng)受到許多環(huán)境因素的影響，其中不同反應(yīng)溫度形成的風(fēng)味物質(zhì)有很大的差異，Lin等［2］研究發(fā)現(xiàn)美拉德反應(yīng)產(chǎn)物隨著烘焙溫度和時(shí)間的延長而增多。Karangwa等［3］研究發(fā)現(xiàn)向葵粕多肽中添加D-木糖和半胱氨酸在120 ℃條件下美拉德反應(yīng)產(chǎn)物具有更明顯的肉香風(fēng)味，且升高溫度會加速高分子肽降解。Jiang Zhangmei等［4］研究發(fā)現(xiàn)隨著溫度的升高，半乳糖-牛酪蛋白肽美拉德反應(yīng)的褐變程度及游離氨基含量也隨之增加。Aurea等［5］研究發(fā)現(xiàn)燒烤和煎漢堡中心溫度低于90 ℃時(shí)主要形成呋喃素，當(dāng)溫度達(dá)到90～100 ℃時(shí)，呋喃素含量減少36%，熒光化合物增加了98%，同樣的溫度采用水煮處理則美拉德反應(yīng)產(chǎn)物很少。鄭曉杰等［6］以雞骨為原料，研究發(fā)現(xiàn)隨著溫度的升高，雞骨酶解液-木糖美拉德反應(yīng)產(chǎn)物中多數(shù)游離氨基酸含量顯著降低，其損失率總體上與溫度呈現(xiàn)正相關(guān)，其中丙氨酸、色氨酸、蘇氨酸和亮氨酸等損失率高達(dá)50%以上。章銀良等［7］研究發(fā)現(xiàn)不同溫度條件下的酪蛋白-木糖美拉德反應(yīng)褐變程度隨著溫度的升高而增加，在100～160 ℃范圍內(nèi)差異顯著（P＜0.05），酪蛋白-木糖美拉德反應(yīng)產(chǎn)物抗氧化物質(zhì)主要是醛類、酮類、酚類、烯烴和雜環(huán)類物質(zhì)。

目前，國內(nèi)外研究多集中于溫度對美拉德反應(yīng)產(chǎn)物化學(xué)性質(zhì)變化的影響，包括褐變程度、游離氨基酸含量及抗氧化性等，或是通過改變處理?xiàng)l件優(yōu)化美拉德反應(yīng)，而關(guān)于反應(yīng)溫度對制備肉味香精風(fēng)味影響的研究相對較少。常規(guī)的肉味香精制備多選用牛肉酶解物［8-10］，通過添加適量的牛骨酶解物制備肉味香精的研究，對牛的副產(chǎn)物綜合利用具有更深的意義。

本研究利用食品級生物酶試劑制備牛肉酶解物及牛骨酶解物，通過氣相色譜-質(zhì)譜（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）聯(lián)用、電子鼻等高科技分析手段，分析不同溫度對肉味香精風(fēng)味品質(zhì)的影響，優(yōu)選出適宜的反應(yīng)溫度，為肉味香精的開發(fā)及其產(chǎn)業(yè)化提供理論技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

牛肉、牛骨 市購；復(fù)合動(dòng)物蛋白酶（食品級，酶活力8.9×104U/g）、風(fēng)味蛋白酶（食品級，酶活力4.2×104U/g） 諾維信（中國）投資有限公司；木糖、葡萄糖、酵母提取物、半胱氨酸、水解植物蛋白（hydrolyzed vegetable protein，HVP）、丙氨酸、甘氨酸均為食品級。

1.2 儀器與設(shè)備

TRACE 1310 GC-TSQ8000 MS聯(lián)用儀 美國Thermo公司；PEN3型便攜式電子鼻傳感器 德國Airsense公司；SHB-Ⅲ循環(huán)水式多用真空泵 鄭州長城科工貿(mào)有限公司；LGJ-30D冷凍干燥機(jī) 北京四環(huán)科學(xué)儀器廠有限公司。

1.3 方法

1.3.1 牛骨酶解物制備

［11］方法，并稍作修改。取新鮮牛骨，去肉破碎后加熱至110 ℃，保溫15 min；除去油脂后取下層骨渣進(jìn)行酶解，酶解溫度為60 ℃，料液比為1∶1（g/g），復(fù)合動(dòng)物蛋白酶15 mg/g，酶解4 h；風(fēng)味蛋白酶10 mg/g，酶解2 h后終止反應(yīng)；將酶解液真空抽濾、取濾液凍干成粉后備用。

1.3.2 牛肉酶解液制備

參考文獻(xiàn)［12］方法，并稍作修改。稱取50 g新鮮牛肉，按肉水比1∶1（g/g）加入水，經(jīng)組織搗碎機(jī)攪碎，加入0.2 g風(fēng)味蛋白酶，55 ℃酶解4 h后終止反應(yīng)，冷卻至室溫備用。

1.3.3 美拉德反應(yīng)制備肉味香精

取牛肉水解液50 g，加入木糖5 g、葡萄糖2 g、酵母1 g、半胱氨酸5 g、牛油5 g、HVP 30 g、丙氨酸1.5 g、甘氨酸3 g、牛骨酶解物2 g混合均勻，美拉德反應(yīng)時(shí)間為75 min，考察反應(yīng)溫度（90、95、100、105、110 ℃）對肉味香精風(fēng)味品質(zhì)的影響。

1.3.4 固相微萃?。╯olid phase microextraction，SPME）法

取1 mL肉味香精樣品裝入SPME小瓶，將小瓶放入50 ℃水浴鍋中平衡30 min，將已老化好的SPME針頭插入樣品瓶中，使石英纖維頭暴露于頂空的氣體中，萃取30 min后，將吸附了分析組分的萃取頭插入GC-MS進(jìn)行分離和分析［12］。

1.3.5 GC-MS測定方法

G C條件：色譜柱D B-Wa x極性柱（3 0 m× 0.25 mm，0.25 μm）；載氣He（99.99%）；流速1.0 mL/min。升溫程序：進(jìn)樣口溫度250 ℃；柱溫起始35 ℃保持3 min，以5 ℃/min升溫到200 ℃，再以10 ℃/min升到250 ℃保持5 min。

MS條件：傳輸線溫度260 ℃；離子源溫度280 ℃；質(zhì)量掃描范圍40～600 u；掃描方式為全掃描。

1.3.6 電子鼻傳感器檢測

PEN3型電子鼻傳感器由10 種金屬氧化物半導(dǎo)體型化學(xué)傳感元件組成，如表1所示，每種傳感元件對應(yīng)的敏感物質(zhì)類型不同。不同反應(yīng)溫度得到的美拉德反應(yīng)產(chǎn)物不同，進(jìn)而影響風(fēng)味物質(zhì)的種類和含量，在傳感器上呈現(xiàn)不同的氣味感應(yīng)信號［13-14］。

準(zhǔn)確量取1 mL肉味香精，放入樣品瓶，25 ℃恒溫環(huán)境平衡2 h，運(yùn)用PEN3型電子鼻傳感器對不同樣品進(jìn)行檢測。傳感型號在60 s后基本穩(wěn)定，選定信號采集時(shí)間為70 s。每種樣品分別做5 次平行重復(fù)。

表1 化學(xué)傳感器對不同物質(zhì)的響應(yīng)類型Table 1 Chemical sensors corresp on d in g to different typess of vo latile substan ce s

1.3.7 感官評價(jià)

由15 人組成的感官評定小組，采用接受性檢驗(yàn)法［15］，將不同溫度條件下的肉味香精稀釋同一體積分?jǐn)?shù)，將樣品進(jìn)行編號，按照個(gè)人喜好程度進(jìn)行打分，評分指標(biāo)包括色澤、肉香味、焦香味、咸味、回味。計(jì)分采用10 分制。感官評定具體標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

表2 感官評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Criteria for sensoryevaluati on of Mailardreacti on p roducts

1.4 數(shù)據(jù)處理

風(fēng)味組分的MS分析：根據(jù)所得MS圖，通過檢索NIST和Willey譜庫，對不同溫度條件下美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的揮發(fā)性組分進(jìn)行定性分析，其中化合物的確定以匹配度和反匹配度均大于800為準(zhǔn)，并根據(jù)面積歸一化法求得各成分的相對含量。

電子鼻數(shù)據(jù)分析：運(yùn)用Winmuster軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析（principal component analysis，PCA）和線性判別分析（linear discriminant analysis，LDA）。

感官評價(jià)數(shù)據(jù)分析：運(yùn)用SPSS軟件對感官數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同反應(yīng)溫度肉味香精感官評價(jià)結(jié)果

如表3所示，不同溫度條件下肉味香精在色澤、香味、回味、焦味方面具有一定的差異性。105 ℃條件下的肉味香精色澤呈現(xiàn)深褐色、香味更加濃郁、回味悠長，且無焦味，其評價(jià)結(jié)果要顯著優(yōu)于其他條件（P＜0.05）。其中，100 ℃條件下被描述為咸味更突出，但其色澤及香味指標(biāo)低于105 ℃，而90 ℃和110 ℃則表現(xiàn)出較差的評分，其中110 ℃具有明顯的焦味，可能是由于在同一時(shí)間條件下溫度過高引起的，90 ℃條件下肉味香精色澤呈現(xiàn)為淺褐色，香味不夠突出，可能是由于反應(yīng)不夠充分。綜上所述，105 ℃條件下肉味香精整體感覺相對較好，最容易被接受，其次為100 ℃。

表3 感官評價(jià)結(jié)果Table3 Results of sensory analysis of Mailardreacti on products ob ta in ed atd ifferent reacti on temp eratures

2.2 不同反應(yīng)溫度肉味香精風(fēng)味物質(zhì)分析

圖1 不同溫度條件下GC-MS總離子流圖Fig.1 GC-MS total ion current chromatograms of Mailard reaction products obtained at different reaction temperatures

表4 不同 溫度 條件 下?lián)] 發(fā)性 風(fēng)味 物質(zhì) 分析Table4 Analysis of volatileflavorcompounds in Mailard reacti on produ ctsobta in ed atd ifferent reacti on temp eratures

續(xù)表4

續(xù)表4

表5 不同 溫度 條件 下?lián)] 發(fā)性 風(fēng)味 物質(zhì) 相對 含量 對比Table 5 Relativec on tents of v olatileflavor compounds in Mailard re ac ti on p ro du cts ob ta in e d at di ffer en tr eacti on tem pe ra tures

由表4、5可知，不同溫度條件下肉味香精經(jīng)GC-MS分析，從90、95、100、105、110 ℃條件下分別檢測出37、44、39、46、42 種揮發(fā)性風(fēng)味成分，相對含量分別為89.52%、92.15%、93.62%、93.75%、93.67%，而研究［12，16］發(fā)現(xiàn)，牛骨酶解物中添加還原糖、氨基酸等物質(zhì)進(jìn)行美拉德反應(yīng)，得到的揮發(fā)性化合物多為60 種以上，本研究得到的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)種類較少，但相對含量較高。揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的總量由高到低依次為105 ℃＞110 ℃＞100 ℃＞95 ℃＞90 ℃，其中反應(yīng)溫度105 ℃條件下?lián)]發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)相對含量高達(dá)93.75%。醇類化合物對食品的風(fēng)味貢獻(xiàn)很小，其作用主要體現(xiàn)在感官分析方面，且對美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的總體氣味有協(xié)同效應(yīng)［17］。例如糠醇具有焦糖香、甜香及咖啡香等氣味，且相對含量較高。反應(yīng)溫度100、105 ℃和110 ℃條件下醇類化合物相對含量較高，且較為接近，這與感官分析結(jié)果較為接近。這表明反應(yīng)溫度對肉味香精中醇類化合物影響較大。醛、酮類化合物是由美拉德反應(yīng)引起脂肪酸降解產(chǎn)生的［18］，使肉味香精的風(fēng)味更加圓潤、有層次感，其對產(chǎn)品中肉香味的構(gòu)成起到不可替代的作用［19］。本研究中羰基類化合物相對含量較高，這與相關(guān)文獻(xiàn)［20］研究結(jié)果較為一致，其中醛類化合物中相對含量較高的2-甲基丁醛具有果香、堅(jiān)果香及青香風(fēng)味，苯甲醛、苯乙醛可能賦予產(chǎn)物脂香風(fēng)味。而酮類化合物中3-羥基-2-丁酮具有甜香，并帶有脂肪的油膩氣息；2-甲基四氫呋喃-3-酮具有果香、豆香及青香；2-乙?；秽?-甲基-2-乙?；秽哂锌鞠?、煙熏香、清甜及烤面包的氣味［21］，二者在110 ℃條件下未檢出。反應(yīng)溫度為105 ℃條件下醛、酮類化合物種類最多，這與感官分析結(jié)果一致，而110 ℃條件下醛、酮類化合物相對含量最低。

酸類化合物可能是由相應(yīng)的醇、醛在美拉德反應(yīng)過程中高溫氧化得到的，也可能是由長鏈脂肪酸降解生產(chǎn)的。5 種反應(yīng)溫度條件下，除110 ℃外其余溫度酸類化合物相對含量相差不大，其中相對含量較高的乙酸具有刺激、尖酸的氣息，105 ℃條件下的酸類化合物種類相對較多，酸類化合物對整體的香氣貢獻(xiàn)不大。

酯類化合物主要是游離的脂肪酸和脂肪氧化產(chǎn)生的醇酯化產(chǎn)生的。張佳敏等［22］研究發(fā)現(xiàn)酯類化合物在檢測到的風(fēng)味物質(zhì)中占有較大比例，而本研究中相對含量較低，可能是由于原料的差異性，以豬肉、羊肉為原料制作的香精中酯類化合物含量高于牛肉，其中相對含量較高的乙酸酯類具有愉快的水果香氣；而γ-戊內(nèi)酯具有果香及甜香。除90 ℃外其余溫度條件下酯類化合物含量及種類相差不大。含氮類、含硫類化合物在美拉德反應(yīng)產(chǎn)物中多具有烤肉香氣，共同構(gòu)成了肉味香精的特征風(fēng)味［23］。具有堅(jiān)果味和烤香味的含氮吡嗪類化合物是揮發(fā)性風(fēng)味成分中的重要組分。研究發(fā)現(xiàn)，肉味香精中雜環(huán)類化合物中主要有吡咯類、噻唑類和吡嗪類，本研究中檢測出豐富的吡嗪類，這可能是區(qū)別于其他香精的突出風(fēng)味物質(zhì)，吡咯類相對含量較少，且未檢測出噻唑類化合物。吡嗪類化合物受溫度、時(shí)間、pH值及前體物質(zhì)的量等諸多因素影響，pH值偏高環(huán)境中可能促進(jìn)吡嗪的生成，氨基酸和還原糖可分別為吡嗪的生成提供氮和碳原子［24］。其中相對含量較高的2-甲基吡嗪具有堅(jiān)果香及烤香；2，3-二甲基吡嗪具有可可、咖啡及面包樣氣味，反應(yīng)溫度為105 ℃及110 ℃時(shí)，吡嗪類化合物種類相對較多，且反應(yīng)溫度為105 ℃時(shí)吡嗪類化合物相對含量最高達(dá)到8.19%，這與感官評價(jià)結(jié)果相一致。因此該條件下肉味香精烤香味較為明顯，同時(shí)含硫類化合物也是肉類風(fēng)味的重要貢獻(xiàn)者。

醚類、酚類化合物檢測出的種類較少，二糠基醚具有咖啡、榛子、堅(jiān)果香氣，而愈創(chuàng)木酚具有可口的肉香及煙熏味；2，6-二甲氧基苯酚具有甜香、木香及煙熏香［21］。綜合上述分析得到，反應(yīng)溫度為105 ℃條件下，美拉德反應(yīng)制備的肉味香精的揮發(fā)性物質(zhì)相對含量較高，其中具有特征風(fēng)味的吡嗪類化合物、醛、酮類化合物的相對含量較高，結(jié)合感官評價(jià)分析，肉味香精在該反應(yīng)條件下較為適宜。

2.3 電子鼻測定結(jié)果

圖2 不同溫度條件下肉味香精的P CA（ A）和 LD A（ B）Fig.2 PCA analysis （A） and LDA analysis （B） of Mailard reaction products obtained at different reaction temperatures

利用電子鼻技術(shù)從整體香氣成分水平上對不同溫度條件下肉味香精進(jìn)行PCA和LDA。PCA轉(zhuǎn)換中得到的PC1 和PC2的貢獻(xiàn)率越大，則主要成分可以更好地反映多指標(biāo)信息［25］。如圖2A所示，PC1、PC2的方差貢獻(xiàn)率分別為53.13%和27.58%，PC1、PC2的總貢獻(xiàn)率為80.71%，且不同溫度條件處理組之間無重合區(qū)域，數(shù)據(jù)點(diǎn)均分布在各自的區(qū)域內(nèi)，說明不同溫度條件下肉味香精的主成分之間有顯著性差異。如圖2B所示，LD1、LD2的方差貢獻(xiàn)率分別為87.77%和6.59%，LD1、LD2的總貢獻(xiàn)率為94.36%，其中110 ℃與其他溫度條件之間距離較遠(yuǎn)，說明110 ℃與其他溫度條件主成分有明顯差異。因此，采用PCA和LDA方法，能夠區(qū)分出這5種溫度條件下樣品存在顯著性差異，風(fēng)味有所改變。

3 結(jié) 論

不同溫度條件下肉味香精在感官評價(jià)、揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)等方面都有較大的差異性，可見溫度對肉味香精的風(fēng)味品質(zhì)有很大的影響。感官分析結(jié)果表明，105 ℃條件下的肉味香精產(chǎn)品風(fēng)味和口感相對較好，最容易被接受；GC-MS分析結(jié)果顯示，反應(yīng)溫度為105 ℃條件下，肉味香精中揮發(fā)性物質(zhì)相對含量較高，達(dá)到93.62%，其中具有特征風(fēng)味的吡嗪類化合物、醛、酮類化合物的相對含量較高，結(jié)合感官評價(jià)分析，肉味香精在該反應(yīng)條件下較為適宜；運(yùn)用電子鼻技術(shù)分析發(fā)現(xiàn)，不同溫度條件下樣品存在顯著性差異，風(fēng)味有所改變。在此條件下得到的肉味香精，色澤呈現(xiàn)深褐色，香味濃郁，回味悠長。

目前，美拉德反應(yīng)制備香精的反應(yīng)溫度各有不同。本研究通過對美拉德反應(yīng)產(chǎn)物風(fēng)味品質(zhì)進(jìn)行分析，判斷出較為適宜的反應(yīng)溫度，同時(shí)得到風(fēng)味較好的肉味香精，為肉味香精的自動(dòng)化生產(chǎn)提供一定的理論參考，有關(guān)其他因素（反應(yīng)時(shí)間、pH值等）對反應(yīng)產(chǎn)物風(fēng)味的影響有待進(jìn)一步研究。

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Effect of Temperature on Sensory and Flavor Characteristics of Maillard Reaction Products Derived from Bovine Bone Hydrolsate as Analyzed by GC-MS and Electronic Sensor

LI Yingnan， LIU Wenying， CHENG Xiaoyu*
（Beijing Academy of Food Sciences， China Meat Research Center， China Meat Processing and Engineering Center，Beijing 100068， China）

The effect of different reaction temperatures on sensory quality and volatile flavor compounds of Maillard reaction products （MRPs） derived from bovine bone hydrolysate was determined by gas chromatography-mass spectrometry （GC-MS） and electronic nose.The results showed that MRPs generated at different temperatures exhibited high variability in sensory quality and volatile flavor.The meat flavor produced at 105 ℃ had obvious advantages in the terms of flavor and taste.In the meantime， it contained much more volatile flavor substances， which could reach 93.62% as detected by GCMS.In particular， pyrazine compounds as characteristic flavor components accounted for 8.19%.The contents of aldehydes and ketones were higher as well.The meat flavor manufactured under this condition was dark brown， and had full bodied fragrance and a lasting aftertaste.At the same time， electronic nose analysis revealed that products obtained at different reaction temperatures had significant differences in volatile flavor composition.

meat flavor； volatile flavor composition； temperature； Maillard reaction

10.7506/spkx1002-6630-201614018

TS251.94

A

1002-6630（2016）14-0104-06

李迎楠， 劉文營， 成曉瑜.GC-MS結(jié)合電子鼻分析溫度對肉味香精風(fēng)味品質(zhì)的影響［J］.食品科學(xué)， 2016， 37（14）: 104-109.

DOI:10.7506/spkx1002-6630-201614018. http://www.spkx.net.cn

LI Yingnan， LIU Wenying， CHENG Xiaoyu.Effect of temperature on sensory and flavor characteristics of Maillard reaction products derived from bovine bone hydrolsate as analyzed by GC-MS and electronic sensor［J］.Food Science， 2016， 37（14）: 104-109.（in Chinese with English abstract） DOI:10.7506/spkx1002-6630-201614018. http://www.spkx.net.cn

2015-11-26

公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項(xiàng)（201303082）；“十二五”國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2012BAD28B09）

李迎楠（1989—），女，工程師，碩士，研究方向?yàn)楦碑a(chǎn)物綜合利用。E-mail：liyingnan_love@126.com

*通信作者：成曉瑜（1972—），女，高級工程師，碩士，研究方向?yàn)楦碑a(chǎn)物綜合利用。E-mail：chxyey@aliyun.com