反復(fù)燉煮雞湯中揮發(fā)性物質(zhì)的指紋圖譜分析

杜 超,戚 軍,蔡瑩暄,張 浩,張慶永,劉登勇,6,*

(1.渤海大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,生鮮農(nóng)產(chǎn)品貯藏加工及安全控制技術(shù)國家地方聯(lián)合工程研究中心,遼寧錦州 121013; 2.安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)茶與食品科技學(xué)院,安徽合肥 230036; 3.渤海大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院,遼寧錦州 121013; 4.濟南海能儀器股份有限公司,山東濟南 250000; 5.山東德州扒雞股份有限公司,山東德州 253000; 6.江蘇省肉類生產(chǎn)與加工質(zhì)量安全控制協(xié)同創(chuàng)新中心,江蘇南京 210095)

在各種類型肉制品中,適于雞肉的加工方式主要有腌制、烘烤、煎炸、煙熏和醬鹵[1],其中醬鹵是最具中國特色的加工方式[2],以“四大名雞”(德州扒雞、符離集燒雞、道口燒雞、溝幫子熏雞)為典型代表。醬鹵加工中所用的老湯是“四大名雞”歷久彌新的主要原因,前期關(guān)于雞湯風(fēng)味形成研究中發(fā)現(xiàn),隨著反復(fù)鹵煮次數(shù)的增加,由于熱抽提作用,雞湯中可溶性滋味物質(zhì)不斷積累,這些物質(zhì)主要來源于肉中糖原、游離氨基酸和呈味核苷酸的熱遷移[3-4]。加熱強度越劇烈,雞湯中鮮味物質(zhì)遷移量越多[5-6]。醬鹵老湯反復(fù)燉制過程中,由于湯中滋味物質(zhì)含量越來越多,到達一定程度后,湯中滋味與肉中滋味的傳質(zhì)過程達到平衡,這解釋了醬鹵老湯加工出的肉制品滋味較好的原因[3]。在醬鹵鹵湯的研究中,隨著反復(fù)鹵煮次數(shù)的增加,湯中風(fēng)味前體物不飽和脂肪含量增加[7]。此外,鹵湯中風(fēng)味物質(zhì)主要來源于脂肪氧化以及添加的香辛料,其中脂肪氧化反應(yīng)主要貢獻于肉制品的肉香味。另一方面,醬鹵老湯具有冷卻凝膠的特性,主要是其溶解的明膠所致[8],明膠具有較強的結(jié)合風(fēng)味能力,這些因素影響鹵湯中風(fēng)味物質(zhì)含量的變化規(guī)律。鑒于醬鹵鹵湯基質(zhì)中大分子物質(zhì)以及小分子風(fēng)味物質(zhì)較為復(fù)雜,其中大分子物質(zhì)來源原料肉,小分子風(fēng)味物質(zhì)主要來源于原料肉前體物氧化以及香辛料,且課題組前期已經(jīng)對其進行了系列研究,為了排除香辛料等的影響,弄清雞肉對老湯形成及品質(zhì)穩(wěn)定的影響,有必要設(shè)計“雞肉+雞湯”反復(fù)燉煮模擬體系,探尋傳統(tǒng)醬鹵鹵湯中大分子物質(zhì)變化及其對肉香味風(fēng)味物質(zhì)的影響。

隨著科技的發(fā)展和社會的進步,食品風(fēng)味研究方法已經(jīng)受到許多學(xué)者的關(guān)注,目前肉品的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)測定方法主要是氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)(GC-MS),具有樣品用量少、無需大量化學(xué)試劑、色譜分離率高等特點,同時存在前處理復(fù)雜、時間長、靈敏性較低等特點,同時該方法對于極性相近的物質(zhì)和同分異構(gòu)體分辨率較差,并且樣品前處理較復(fù)雜且耗時[9-10]。GC-IMS作為一種新的聯(lián)用技術(shù),發(fā)揮了高效的分離速率、無需樣品前處理和操作簡單等特點,甚至微量揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)在短時間內(nèi)也能被檢測到[11-12];該儀器對化合物高度敏感,可檢測到如醇類、醛類、酯類、酮類以及芳香類等化合物[13];已在判別冷凍肉貯藏時間以及肉品品質(zhì)等方面大量應(yīng)用。

因此,本文利用氣相-離子遷移譜構(gòu)建雞湯特征風(fēng)味指紋圖譜,并研究不同鹵煮次數(shù)雞湯揮發(fā)性物質(zhì)的變化規(guī)律,以期為醬鹵鹵湯的香味形成以及肉制品的風(fēng)味物質(zhì)調(diào)控提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

華北柴雞 日齡100 d的公雞,活雞均重800 g,山東德州扒雞股份有限公司;娃哈哈水 錦州萬達超市;2-丁酮(2-Butanone)、2-戊酮(2-Pentanone)、2-己酮(2-Hexanone)、2-庚酮(2-Heptanone)、2-辛酮(2-Octanone)、2-壬酮(2-Nonanone)等所有分離用有機溶劑 均為國產(chǎn)分析純,濃度均為1 mg/L,國藥公司。

SCCWE 102G型萬能蒸箱 德國Rational公司;YT-100型液體真空包裝機 山東小康機械有限公司;S2A-818型絞肉機 九陽股份有限公司;Flavour Spec型氣相離子遷移譜聯(lián)用儀 德國G.A.S.公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品制備 雞湯制備參考Qi等[14]的方法,共取168只雞,分為4組,用于燉煮雞湯。宰后24 h去頭、去爪、雞脖后胴體雞肉重在(500±50)g之間。用刀沿雞背均勻把雞胴體分為兩半后放入蒸煮袋中,精確調(diào)整肉重為500 g,加入娃哈哈水,肉水比為1∶4 (w/w),真空包裝。當蒸箱溫度達到99 ℃時,將蒸煮袋放入蒸箱中,當蒸箱溫度再次達到99 ℃時,開始計時,計時1 h。重復(fù)上述燉制程序20次,雞湯循環(huán)使用,雞肉每次更新。燉制結(jié)束后,蒸煮袋冰水降溫,待冷卻至室溫,取出雞肉和多余湯汁,確保剩余湯汁為2000 g,剩余湯汁用于下一次燉制,多余湯汁用于GC-IMS的測定。試驗中分別取燉煮第(1、3、5、7、10、15、20)次后的雞湯樣品進行下一步分析。

1.2.2 揮發(fā)性物質(zhì)測定 稱取4.5 g雞湯樣品至20 mL頂空瓶中,封口。每份樣品3個重復(fù),用于GC-IMS分析。

1.2.3 GC-IMS測定條件 色譜柱類型:FS-SE-54-CB-1(15 m×0.53 mm,1 μm),柱溫60 ℃,采用自動頂空進樣,進樣體積500 μL,孵育時間20 min,孵育溫度65 ℃,進樣針溫度85 ℃,孵化轉(zhuǎn)速500 r/min,載氣/漂移氣為N2,分析時間 30 min。流速:初始2 mL/min,保持2 min后在10 min內(nèi)線性增至15 mL/min,在20 min內(nèi)增至100 mL/min,之后再30 min內(nèi)增至150 mL/min。

1.3 數(shù)據(jù)處理

使用儀器配套的分析軟件LAV(Laboratory Analytical Viewer)以及GC-IMS Library Search軟件內(nèi)置的NIST2014 數(shù)據(jù)庫和IMS數(shù)據(jù)庫對特征風(fēng)味物質(zhì)進行定性分析,運用LAV中Reporter構(gòu)建揮發(fā)性物質(zhì)的差異圖譜,運用Gallery插件生成揮發(fā)性有機物指紋圖譜。

2 結(jié)果與分析

2.1 燉煮過程中雞湯的GC-IMS分析

圖1是由LAV分析軟件中的Reporter插件程序制作的燉煮過程中雞湯的3D對比圖。從色彩角度觀察,不同燉煮次數(shù)的雞湯GC-IMS譜圖具有一定的相似性,很難直觀地進行區(qū)分。圖2是將圖1的三維GC-IMS譜圖投影到二維平面上的頂視圖,可直接比較不同燉煮次數(shù)雞湯風(fēng)味物質(zhì)差異?？v坐標表示保留時間,橫坐標表示漂移時間,紅色垂直線表示反應(yīng)離子峰(reaction ion peak,RIP,歸一化后漂移時間為7.79～7.81 ms),離子峰兩側(cè)的每個點代表一種揮發(fā)性有機物,顏色的深淺表示含量的高低。紅色的斑點在200～400 s的保留時間內(nèi)更多,揮發(fā)性物質(zhì)在500～800 s變化明顯,一種化合物可能會產(chǎn)生一個、兩個或多個斑點(代表單體、二聚體或三聚體),具體取決于它們的濃度和性質(zhì)。

圖1 燉煮過程中雞湯的GC-IMS三維譜圖比較Fig.1 Comparison of GC-IMS three dimensionalspectra of chicken broth during stewing

圖2 燉煮過程中雞湯的GC-IMS二維譜圖比較Fig.2 Comparison of GC-IMS two dimensional spectra of chicken broth during stewing

圖1和圖2中明顯地看出雞湯樣品隨著燉煮次數(shù)的改變,揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的種類和濃度也會隨之變化。由圖2可以看出,燉煮過程中雞湯樣本特征揮發(fā)性組分可通過GC-IMS分離,具有各自不同的GC-IMS特征譜圖信息。隨著燉煮次數(shù)的增加,燉煮過程中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)含量會增加或減少,并且產(chǎn)生新的物質(zhì),如圖中方形和圓圈區(qū)域,這可能是由于燉煮過程中持續(xù)的脂質(zhì)氧化,會使部分風(fēng)味物質(zhì)含量大大增加[15]。此外,在燉煮過程中,伴隨著雞肉中風(fēng)味物質(zhì)遷移到雞湯中,使雞湯中的風(fēng)味物質(zhì)含量增加并且產(chǎn)生一些新的物質(zhì)。因此,雞湯中揮發(fā)性化合物的增加或減少可歸因于雞湯的脂肪氧化和風(fēng)味物質(zhì)的遷移。若要進一步觀察,需要轉(zhuǎn)換成指紋圖譜進行對比。

2.2 燉煮過程中雞湯揮發(fā)性成分的鑒定

通過比較特征性物質(zhì)保留時間和遷移時間,使用外標正酮C4～C9作為參考計算每種揮發(fā)性物質(zhì)的保留指數(shù),通過GC-IMS庫進行匹配從而對揮發(fā)物質(zhì)進行定性。如圖3,用數(shù)字標記出的點代表定性出的一種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)。由于目前軟件內(nèi)置的NIST 2014氣相保留指數(shù)數(shù)據(jù)庫與G.A.S.的IMS遷移時間數(shù)據(jù)庫二維定性數(shù)據(jù)庫還不夠完善,所以可以明確定性的揮發(fā)性物質(zhì)有57種單體及部分物質(zhì)的二聚體,主要包括醇類8種、酮類4種、醛類10種、酯類3種、烴類2種,其他類1種,酸類4種,含氮化合物2種。單體、二聚體的化學(xué)式和CAS號都相同,僅形態(tài)不同,結(jié)果如表1,圖3中數(shù)字編號與表1中物質(zhì)一一對應(yīng)。

圖3 燉煮過程中雞湯的離子光譜Fig.3 Ion spectrum of chicken broth during stewing注:數(shù)字是確定的揮發(fā)性成分。

表1 燉煮過程中雞湯的揮發(fā)性化合物的定性分析Table 1 Qualitative analysis of volatile compounds in chicken during stewing

續(xù)表

2.3 燉煮過程中雞湯特征風(fēng)味氣相-離子遷移譜(GC-IMS)指紋圖譜分析

圖4 燉煮過程中雞湯揮發(fā)性有機物的指紋圖譜Fig.4 Fingerprint of volatile organic compounds in chicken broth during stewing

為了更加直觀地對比燉煮過程中雞湯的揮發(fā)性有機物組分的差異性,選取每個試樣重復(fù)3次所得GC-IMS二維圖譜中所有的待分析峰,生成指紋圖譜。如圖4、圖5所示,每一行代表一個樣品,每一列代表不同樣品中相同的揮發(fā)性物質(zhì),指紋圖譜上有兩個相同名字的是單體和二聚體。通過圖4對比指紋圖譜可以看出,燉煮過程中雞湯樣本特征風(fēng)味有各自的特征峰區(qū)域(A、B、C、D、E、F、G),同時也有共同的風(fēng)味區(qū)域。A區(qū)域為燉煮第1次特征峰區(qū)域,主要包括2-辛酮、乙酸丁酯、(E,E)-2,4-庚二烯醛、2-甲基丁醇、丙酸乙酯和庚醛等12種特征物質(zhì);B區(qū)域為燉煮第3次的特征峰區(qū)域,主要包括乙酸丁酯、(E,E)-2,4-庚二烯醛、2-甲基丁醇、丙酸乙酯、庚醛、正己醇、1,8桉葉油醇、2-甲基丁醇、甲苯、苯乙醇、壬醛、丙酸、丁酸、乙酸、辛酸、1-戊醇等43種特征物質(zhì);C區(qū)域為燉煮第5次的特征峰區(qū)域,主要的特征物質(zhì)包括乙酸丁酯、(E,E)-2,4-庚二烯醛、2-甲基丁醇、丙酸乙酯、庚醛、2-辛酮、壬醛、丙酸、丁酸、乙酸、辛酸、1-戊醇、蒎烯、2-庚酮、甲基丙醛、2-甲基丙醇和丁醛等36種;D區(qū)域為燉煮第7次特征峰區(qū)域,隨著燉煮次數(shù)的增加,也產(chǎn)生了一些新的物質(zhì),主要的特征物質(zhì)包括乙酸丁酯、(E,E)-2,4-庚烯醛、2-甲基丁醇、丙酸乙酯、庚醛、2-辛酮、壬醛、丙酸、丁酸、乙酸、辛酸、1-戊醇、蒎烯、2-庚酮、甲基丙醛和2-甲基丙醇等34種;E區(qū)域為燉煮第10次特征峰區(qū)域,主要特征物質(zhì)包括乙酸丁酯、(E,E)-2,4-庚烯醛、2-甲基丁醇、丙酸乙酯、庚醛、壬醛、丙酸、丁酸、乙酸、辛酸、1-戊醇、蒎烯、2-庚酮、甲基丙醛、2-甲基丙醇和丁醛、1,1-二乙氧基乙烷、甲苯、己醛、三甲基吡嗪、戊醛、戊二酮、戊酮、2,4,5-三甲基噻唑、2,6-二甲基吡嗪、(E)-2-己烯醇和2-苯基乙醇等55種;F、G區(qū)域為燉煮第15次和20次區(qū)域特征峰區(qū)域,主要包括庚醛、壬醛、丙酸、丁酸、乙酸、辛酸、1-戊醇、蒎烯、2-庚酮、甲基丙醛、2-甲基丙醇和丁醛、1,1-二乙氧基乙烷、甲苯、己醛、三甲基吡嗪、戊醛、戊二酮、戊酮、2,4,5-三甲基噻唑、2,6-二甲基吡嗪、(E)-2-己烯醇和2-苯基乙醇、乙酸丁酯等68種特征物質(zhì),揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)種類和濃度變化不明顯,說明鹵湯趨于平穩(wěn),這一結(jié)果與劉登勇等[16]的老湯燉煮16次達到穩(wěn)定結(jié)果相似?？梢钥闯?醛類、酮類和醇類是以上7個樣品主要特征性風(fēng)味物質(zhì)的種類,主要是雞湯經(jīng)過長時間的燉煮發(fā)生脂質(zhì)氧化和美拉德反應(yīng)[17],與Mottram[18]的研究結(jié)果相一致。所有的樣本共有的風(fēng)味物質(zhì)定性出的有乙酸、乙酸乙酯和戊醛,并且含量相差不大,說明這些物質(zhì)在燉煮過程中較穩(wěn)定。

圖5 燉煮過程中雞湯揮發(fā)性有機物的指紋圖譜Fig.5 Fingerprint of volatile organic compounds in chicken broth during stewing

為了方便分析,將指紋圖譜分為兩個部分,見圖5A、5B所示,將特征峰強度值進行分類,具體分析燉煮過程中雞湯特征風(fēng)味物質(zhì)種類和含量的差異。燉煮過程中有代表性的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)于圖5A的a區(qū)域和圖5B的c區(qū)域,紅色區(qū)域內(nèi)的物質(zhì)種類較豐富,但是下降幅度最大,甚至最后消失。醛類物質(zhì)主要來自于脂肪氧化[19],隨著燉煮次數(shù)的增加,產(chǎn)生了戊醛、己醛、苯甲醛、(E,E)-2,4庚二烯醛、庚醛和3-甲基丁醛等醛類物質(zhì)且濃度逐漸增大,賦予雞湯濃重的肉香味[20],是產(chǎn)生肉香的主要原因,與Gasser等的研究結(jié)果相一致[21]。戊醛具有果香氣息[22],己醛是亞油酸降解形成的[23-24],3-甲基丁醛來源于Strecker降解[25],呈油脂氣味,由于其具有較低的香氣閾值,是雞肉重要的風(fēng)味物質(zhì)[26]。燉煮過程中風(fēng)味物質(zhì)含量最高的是醛類、醇類和酮類,這一結(jié)果與其他雞湯揮發(fā)性化合物的報道一致[27]。燉煮過程中產(chǎn)生己醛含量較高,與Takakura等[28]報道的結(jié)果一致。

如圖5B的c區(qū)域所示,2-辛酮、乙酸丁酯、(E,E)-2,4-庚烯醛、2-甲基丁醇、丙酸乙酯和庚醛的起初濃度比燉煮多次后濃度更高,燉煮過程中,其含量不斷下降,2-辛酮逐漸消失,酮類來自于美拉德反應(yīng)和脂肪降解[29]。2-甲基丁醇和丙酸乙酯的變化一致,在燉煮第3次時信號較強,在燉煮15次以后較弱。燉煮過程中均含有酯類化合物,丙酸乙酯和乙酸丁酯濃度逐漸增加,具有酯香氣息。醇類主要來自不飽和脂肪的氧化,不飽和醇的閾值較低,對雞湯風(fēng)味影響較大。2-甲基丁醇、2-甲基丙醇、1-戊醇和(E)-2-己烯醇等醇類物質(zhì)濃度在燉煮第5次逐漸增大,對雞湯風(fēng)味形成有重要作用,Zhang等[30]研究高溫和低溫模式對雞湯風(fēng)味的影響,也檢出庚醛、苯甲醛和1-戊醇,與本文結(jié)果相似。與此同時,如圖a區(qū)域,三甲基吡嗪、2,4,5-三甲基噻唑和2,6-二甲基吡嗪在燉煮第10次開始產(chǎn)生,隨著燉煮次數(shù)的增加,濃度逐漸增加,這是因為氨基酸熱降解產(chǎn)生噻唑類、吡嗪類以及一些含硫化合物[31-32],它們都是對肉香味形成具有重要作用的香味化合物。烴類物質(zhì)中甲苯隨燉煮次數(shù)的增加濃度逐漸增加,對雞湯風(fēng)味有一定的修飾作用。

3 結(jié)論

本研究通過GC-IMS在燉煮過程中共鑒定出57種揮發(fā)性化合物,包括一些物質(zhì)的二聚體。其中醇類、酮類、醛類的物質(zhì)濃度較高,占主導(dǎo)地位,同時有少量含氮化合物。燉煮過程中主要揮發(fā)性化合物包括甲基丙醛、3-甲基丁醛、丁醛、戊醛、己醛、庚醛、(E,E)-2,4-庚二烯醛、(E)-2-辛烯醛、壬醛和1-戊醇,其主要來源于脂肪氧化,在燉煮過程中,伴隨著雞肉中風(fēng)味物質(zhì)遷移到雞湯中,使雞湯中的風(fēng)味物質(zhì)含量增加或減少,甚至產(chǎn)生一些新的物質(zhì),說明反復(fù)鹵煮顯著影響雞湯風(fēng)味。燉煮15次后,雞湯的揮發(fā)性物質(zhì)含量趨于平穩(wěn),基本達到穩(wěn)定狀態(tài),說明鹵湯鹵制到多次后趨于穩(wěn)定。本實驗可以很好地為雞湯風(fēng)味的研究提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支持。