冷凍干燥與恒溫干燥牦牛肉風(fēng)味物質(zhì)對比研究

趙娟紅，羅 章，馬美湖，辜雪冬，張素紅，楊 林，孫術(shù)國,*

（1.中南林業(yè)科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，湖南 長沙 410004；2.西藏農(nóng)牧學(xué)院食品科學(xué)學(xué)院，西藏 林芝 860000；3.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢 430070）

牦牛是主要分布在青海-西藏高原和我國周邊地區(qū)的稀缺寶貴物種，被譽(yù)為“高原之寶”，是西藏地區(qū)農(nóng)牧民重要的生活資料、生產(chǎn)工具和交通工具，具有較高的開發(fā)價值[1]。牦牛肉蛋白質(zhì)和礦物質(zhì)含量豐富、脂肪含量低、營養(yǎng)價值高、肉質(zhì)鮮美[2-3]。由于西藏遠(yuǎn)離內(nèi)陸，保鮮和運(yùn)輸是限制西藏地區(qū)牦牛肉進(jìn)入內(nèi)陸地區(qū)的主要因素，內(nèi)陸的消費(fèi)者很難吃到這種美味且營養(yǎng)豐富的牛肉。因此在西藏，人們常將牦牛肉制成肉干等干制品，既有利于產(chǎn)品保存，又有利于牦牛肉的長時間、遠(yuǎn)距離運(yùn)輸。采用冷凍干燥方法得到的牦牛肉產(chǎn)品能夠克服自然風(fēng)干牦牛肉質(zhì)地緊密、顏色暗沉、營養(yǎng)損失較大等缺點(diǎn)，最大限度保留牦牛肉原有的色、香、風(fēng)味和營養(yǎng)成分[4]。牦牛肉經(jīng)干燥之后可以提高其安全性和穩(wěn)定性，而且不利于有害微生物的生長繁殖。李美君等[5]研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過恒溫干燥的羊肉色澤較紅潤，生物胺含量較低，有利于產(chǎn)品貯藏。近年來，頂空-固相微萃?。╤eadspace solid phase microextraction，HS-SPME）已被廣泛應(yīng)用于各類肉制品中風(fēng)味物質(zhì)成分的提取，相比于過去使用較多的蒸餾萃取[6]和減壓蒸餾萃取，HS-SPME法更簡單、靈敏度高、減少了人為誤差，且不需要任何有機(jī)溶劑，縮短了繁瑣的樣品前處理過程[7]。

通過不同干燥方式獲得的干牦牛肉中的風(fēng)味物質(zhì)千差萬別，種類繁多，這些風(fēng)味物質(zhì)決定了牦牛肉的風(fēng)味特征[8-9]。本研究利用SPME技術(shù)對干燥牦牛肉進(jìn)行揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)富集，用氣相色譜-質(zhì)譜（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）法進(jìn)行組分分析，準(zhǔn)確了解通過冷凍干燥與恒溫干燥2 種干燥方式獲得的牦牛肉的主要風(fēng)味物質(zhì)組成與特點(diǎn)，為牦牛肉制品的加工提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

從西藏林芝地區(qū)肉牛屠宰場隨機(jī)選取生長發(fā)育正常、健康無病、2～3 歲齡的成年公牦牛進(jìn)行屠宰，牦牛平均體質(zhì)量200～300 kg，以臀部肉為研究對象。

1.2 儀器與設(shè)備

AR 2140分析天平 美國奧豪斯公司；FD-18S冷凍干燥機(jī) 北京德天佑科技發(fā)展有限公司；ORW2S-3Z微波干燥器 南京澳潤微波科技有限公司；G8023DHL-V8微波爐 廣東格蘭仕集團(tuán)有限公司。

1.3 方法

1.3.1 干牦牛肉的制備

冷凍干燥牛肉：將新鮮牦牛肉在－18 ℃條件下凍結(jié)，冷凍干燥48 h，置于4 ℃的干燥環(huán)境條件下存放備用。

水煮后恒溫干燥牛肉：將牦牛肉切成2 cm見方的肉塊，稱取約10 g，置于300 mL飲用水中（每組8 塊肉），添加質(zhì)量濃度為0.5 g/100 mL的食鹽，混合均勻，采用常壓水煮，使肉塊中心溫度達(dá)到75 ℃。冷卻后，將樣品在60 ℃恒溫干燥箱中烘干至與冷凍干燥產(chǎn)品具有相同的含水量（15%）；取出樣品，于4 ℃的干燥環(huán)境條件下存放備用。

1.3.2 取樣

參照GB/T 9695.19—2008《肉與肉制品 取樣方法》[10]。將樣品真空包裝后置于4 ℃條件下，備用，取樣后及時分析，樣品保藏時間不超過7 d。

1.3.3 揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的提取

取熟牛肉樣品，在5～10 ℃條件下將其迅速斬拌成直徑為0.3～0.5 mm的肉糜；準(zhǔn)確稱取肉糜8 g，裝入15 mL頂空萃取瓶（15 cm×1 cm）中，采用靜態(tài)HS-SPME方法進(jìn)行風(fēng)味物質(zhì)的提取。將復(fù)合式碳分子篩/聚二甲基硅氧烷（carboxen/polydimethylsioxane，Car/PDMS）萃取頭（美國Supelco公司，涂膜厚度75 μm，涂層為Car/PDMS）插入密封的萃取瓶內(nèi)，萃取頭暴露在瓶內(nèi)樣品上部的頂空中，于50 ℃條件下萃取40 min。

1.3.4 風(fēng)味物質(zhì)的鑒定

參考羅章等[11]的方法，并稍作修改。J&W Scientific DB-5MS毛細(xì)管柱，柱長60 m，內(nèi)徑0.32 mm，膜厚1 μm，涂層為多聚（二甲酯雙氧基）多聚（1,4-雙（二甲基硅氧烷基）次苯基）硅氧烷；載氣為氦氣；進(jìn)樣口溫度250 ℃，采用不分流進(jìn)樣模式，不分流時間為2 min；柱流速2 mL/min，分流比10∶1；采用三階段式程序升溫：初始溫度40 ℃，保持1 min；從40 ℃升溫至130 ℃，升溫速率5 ℃/min；從130 ℃升溫至200 ℃，升溫速率8 ℃/min；從200 ℃升溫至250 ℃，升溫速率12 ℃/min，并于250 ℃保持7 min。

MS條件：電子轟擊（electron impact，EI）離子源，發(fā)射電流200 μA，電子能量70 eV，接口溫度250 ℃，離子源溫度200 ℃，質(zhì)量掃描范圍33～450 m/z，檢測電壓350 V。

1.3.5 風(fēng)味物質(zhì)的MS分析

利用計算機(jī)將樣品的MS數(shù)據(jù)和MAINLIB、NISTDEMO、REPLIB、WILLEY 4 個標(biāo)準(zhǔn)譜庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，以相似指數(shù)和反相似指數(shù)均大于800作為定性依據(jù)，以環(huán)已酮作為內(nèi)標(biāo)物進(jìn)行定量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用SPSS軟件對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 冷凍干燥和水煮后恒溫干燥牦牛肉的風(fēng)味化合物測定結(jié)果

牦牛肉經(jīng)真空冷凍干燥和恒溫干燥后，獲得的產(chǎn)品經(jīng)GC-MS分析，結(jié)果如圖1～2所示，牦牛肉中共檢測出風(fēng)味化合物138 種，匹配度較高的組分如表1所示。

圖1 冷凍干燥牦牛肉的總離子流色譜圖Fig. 1 Total ion current chromatogram for freeze-dried yak meat

圖2 常壓水煮后恒溫干燥牦牛肉的總離子流色譜圖Fig. 2 Total ion current chromatogram for cooked and dried yak meat

表1 冷凍干燥和常壓水煮后恒溫干燥牦牛肉的主要風(fēng)味成分Table 1 Main volatile compounds in two dried yak meat

續(xù)表1

續(xù)表1

續(xù)表1

由圖1和表1可知，冷凍干燥牦牛肉含烴類物質(zhì)15 種、環(huán)烴類25 種、酸類16 種、芳香類6 種、含硫化合物3 種、醇類9 種、酯類20 種、醛類5 種、酮類5 種。牛肉在煮熟及干燥過程中經(jīng)歷了脂肪氧化[12]、蛋白質(zhì)變性和降解以及非酶褐變[13]，這些過程對牛肉干風(fēng)味的形成至關(guān)重要。由圖2和表1可知，經(jīng)煮熟后恒溫干燥得到的牦牛肉中共檢測出157 種風(fēng)味物質(zhì)，包括烴類物質(zhì)19 種、環(huán)烴類23 種、酸類14 種、芳香類2 種、含硫化合物1 種、醇類7 種、酯類12 種、醛類3 種、酮類13 種。

2.2 不同方式干燥牦牛肉的風(fēng)味物質(zhì)特點(diǎn)

2.2.1 烴類化合物

牦牛肉中對牛肉風(fēng)味貢獻(xiàn)較大的物質(zhì)是烴類、脂肪酸、醛類和酯類[14]，經(jīng)過冷凍干燥之后，這些物質(zhì)的含量占總風(fēng)味物質(zhì)含量的98.52%，經(jīng)常壓煮熟恒溫干燥之后占84.40%。從風(fēng)味物質(zhì)類別上比較，通過2 種干燥方式獲得的產(chǎn)品風(fēng)味物質(zhì)中，烴類、酯類、酮類物質(zhì)的相對含量有很大差別。對于烴類物質(zhì)來說，冷凍干燥干牛肉的烴類物質(zhì)含量為72.90%，水煮熟恒溫干燥干牛肉為40.40%。冷凍干燥干牛肉中角鯊烯含量極高，達(dá)328.28 μg/L，但是常壓煮熟恒溫干燥牦牛肉中不含角鯊烯，可以推測，熱處理促進(jìn)了牦牛肉中角鯊烯的降解。角鯊烯一般是從棲息在深海環(huán)境中的大型鯊魚肝臟中提取出的天然活性物質(zhì)[15]，陸地上其他動物，譬如豬、羊體內(nèi)雖然也含有，但含量極低（＜10.00 μg/L），西藏高原地區(qū)牦牛肉中角鯊烯的高含量能部分解釋牦牛在高原缺氧的情況下仍能維持機(jī)體正常運(yùn)轉(zhuǎn)[16]。冷凍干燥干牛肉中D-檸檬烯的含量為10.43 μg/L，D-檸檬烯賦予干牛肉一定的果香味[17]，冷凍干燥之后的牛肉中，D-檸檬烯的含量占2.15%，水煮熟后恒溫干燥牛肉中的D-檸檬烯占30.04%。3-蒈烯賦予牛肉干松木的香味[18]。水煮熟后恒溫干燥牦牛肉的脂肪烴和脂環(huán)烴在干牛肉風(fēng)味組分中所占的比例較高，達(dá)40%以上，雖然它們的香氣閾值較高，但由于其含量高，因此能夠促進(jìn)牦牛肉肉味的產(chǎn)生[19]。

2.2.2 醛、酯類化合物

醛類物質(zhì)是牛肉特征風(fēng)味的來源之一，其來自于脂肪氧化，盡管醛類物質(zhì)在干牛肉中含量較低，但其香氣閾值很低[20]，具有脂肪香味[21]，因此主導(dǎo)了干牛肉的風(fēng)味，譬如苯甲醛賦予牛肉一定的類似苦杏仁的香氣，己烯醛具有綠葉清香和水果香氣[22]，常壓煮熟恒溫干燥牦牛肉的苯甲醛、乙醛相對含量比冷凍干燥牦牛肉高，這幾種醛類物質(zhì)賦予牛肉愉快的甜香味和水果味[23]。

酸、醇來源于脂肪的氧化降解，脂肪酸和醇縮合形成酯，一般認(rèn)為除內(nèi)酯和硫酯以外的酯閾值較高。酯類以油香氣息占主導(dǎo)[24]，與冷凍干燥干牛肉相比，水煮熟后恒溫干燥牦牛肉的最大變化是脂肪酸含量由109.48 μg/L降至10.45 μg/L，說明脂肪在加熱過程中發(fā)生氧化反應(yīng)，生成了其他物質(zhì)，譬如形成短鏈脂肪酸、飽和脂肪醛及多不飽和脂肪醛等[25]。冷凍干燥牦牛肉中的酯類物質(zhì)含量占總風(fēng)味化合物含量的2.91%，其中乙酸乙酯具有醚香、甜如菠蘿的果香及葡萄、櫻桃香韻，同時還有酒味，可能是對牦牛肉干風(fēng)味有貢獻(xiàn)的化合物[26]。水煮熟恒溫干燥牦牛肉的酯類物質(zhì)的百分含量比冷凍干燥牦牛肉高14.29%，很多酯類物質(zhì)的風(fēng)味閾值非常低，雖然其含量不高，但是對風(fēng)味的貢獻(xiàn)很大。

2.2.3 含硫化合物、芳香類化合物

含氮、含硫或雜環(huán)類化合物主要來自美拉德反應(yīng)的產(chǎn)物或氨基酸的熱解，閾值較低，是肉品中最重要的呈味物質(zhì)[27]。含硫化合物賦予干牛肉類似卷心菜的香氣，經(jīng)過2 種方式干燥后的牛肉中含硫化合物種類有很大差別。冷凍干燥牛肉中檢測出3 種含硫化合物，水煮熟后恒溫干燥牛肉中僅檢測出1 種。

在較高的溫度下，糖會發(fā)生焦糖化反應(yīng)，生成糠醛、甲基糠醛，再進(jìn)一步加熱，便會產(chǎn)生具有芳香氣味的呋喃衍生物、羰基化合物、醇類、脂肪烴和芳香烴類物質(zhì)，產(chǎn)生非常強(qiáng)烈的肉香氣[28]。芳香類物質(zhì)在干牛肉中種類少、含量低，由于其香氣閾值較低，因此對肉香風(fēng)味能起到增效作用[29]。與冷凍干燥牛肉相比，水煮熟后恒溫干燥牛肉中的芳香類物質(zhì)種類減少，但是其含量提高，比冷凍干燥牛肉高0.76%。

2.2.4 酮、醇類化合物

酮類和醇類風(fēng)味組分由高溫條件下的脂肪氧化產(chǎn)生，這些化合物賦予牦牛肉甜香味、焦糖香味、清香和果香[30]。與冷凍干燥牛肉相比，水煮熟后恒溫干燥牛肉中酮類物質(zhì)的種類和含量均增加，其中含量增加了4.55%。水煮熟后恒溫干燥牛肉中醇類物質(zhì)的含量比冷凍干燥牛肉高1.59%，但是由于醇類物質(zhì)的風(fēng)味閾值較高，其對牛肉風(fēng)味的貢獻(xiàn)并不大[31]。

3 結(jié) 論

選用SPME技術(shù)富集通過不同干燥方式（冷凍干燥、常壓恒溫干燥）獲得的牦牛肉中的風(fēng)味物質(zhì)，利用GC-MS進(jìn)行分析。結(jié)果表明：冷凍干燥牦牛肉中檢測出138 種風(fēng)味物質(zhì)，恒溫干燥烘干的牦牛肉中檢測出157 種風(fēng)味物質(zhì)；2 種干燥方式獲得的牦牛肉的風(fēng)味物質(zhì)種類和含量均存在差異；2 種牦牛肉中的主要風(fēng)味物質(zhì)為烴類、環(huán)烴類、酸類、芳香類、含硫化合物、醇類、酯類、醛類及酮類物質(zhì)，牦牛肉風(fēng)味的形成是上述風(fēng)味物質(zhì)綜合作用的結(jié)果；2 種干燥方式獲得的干牦牛肉的風(fēng)味物質(zhì)差異主要體現(xiàn)在烴類、酯類和脂肪酸的含量上，與冷凍干燥相比，水煮熟后恒溫干燥牛肉中烴類物質(zhì)的含量減少32.50%，酯類物質(zhì)增加14.29%，脂肪酸增加3.60%；冷凍干燥牛肉的主要風(fēng)味物質(zhì)為角鯊烯（67.66%）、庚烷（2.32%）、D-檸檬烯（2.15%）、N-棕櫚酸（13.67%）、2-乙基十四烷基酯（1.70%）、油酸（2.37%）和硬脂酸（2.47%）；水煮熟后恒溫干燥牛肉的主要風(fēng)味物質(zhì)為D-檸檬烯（30.04%）、N-棕櫚酸（19.30%）、十四烷基酯（5.00%）、乙醛（0.40%）和環(huán)十五烷酮（3.05%）；與冷凍干燥相比，水煮熟后恒溫干燥的牦牛肉風(fēng)味物質(zhì)更加豐富，賦予牦牛肉更特殊的風(fēng)味。

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