焙烤對寧夏灘羊羊脂水分分布和關(guān)鍵性香氣成分的影響

王永瑞，柏 霜，羅瑞明，王松磊

（1.寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院，寧夏 銀川 750021；2.寧夏大學(xué)食品與葡萄酒學(xué)院，寧夏 銀川 750021）

羊肉因其獨(dú)特的風(fēng)味、較高的蛋白質(zhì)、氨基酸、鈣、鉀等含量以及較低的脂肪和膽固醇含量而倍受歡迎[1]。我國是羊肉生產(chǎn)大國，也是羊肉消費(fèi)大國，羊肉在居民肉品消費(fèi)中占據(jù)很大比例，因而具有較高的市場經(jīng)濟(jì)效益[2]。灘羊是寧夏特色養(yǎng)殖畜種，由于寧夏天然地理環(huán)境，造就了灘羊肉質(zhì)佳、風(fēng)味好的肉質(zhì)，深受消費(fèi)者喜愛[3]。

羊脂作為羊肉的副產(chǎn)物之一，價(jià)格明顯低于羊肉，但其對羊肉的風(fēng)味起主要貢獻(xiàn)作用。熱加工過程可以促進(jìn)肉類風(fēng)味物質(zhì)的形成，目前已鑒定出1 000多種揮發(fā)性化合物[4]。肌肉組織在加熱時(shí)產(chǎn)生肉類共有風(fēng)味，而脂肪則反應(yīng)生成特殊風(fēng)味，因而有研究表明如果從肉中去除脂肪，僅根據(jù)肉的感官屬性很難區(qū)分肉的種類[5]。在熱加工過程中，脂質(zhì)氧化、美拉德反應(yīng)、Strecker降解反應(yīng)、脂質(zhì)與美拉德反應(yīng)的交互作用以及硫胺素降解等是肉類風(fēng)味物質(zhì)產(chǎn)生的主要途徑[6]。脂質(zhì)主要通過其自身的氧化降解生成低分子的醛類、醇類、酮類和酸類等揮發(fā)性化合物[7]。這些物質(zhì)風(fēng)味閾值極低，一方面對于羊肉風(fēng)味的呈現(xiàn)具有重要作用；另一方面，脂肪氧化所生成的醛類、酮類和羧酸等含羰基的化合物，在反應(yīng)過程中作為羊肉風(fēng)味的前體物質(zhì)與美拉德反應(yīng)中間體存在競爭機(jī)制，改變原有美拉德反應(yīng)產(chǎn)物形成途徑，從而改善并控制理想風(fēng)味物質(zhì)的產(chǎn)生[8]。低場-核磁共振（low fieldnuclear magnetic resonance，LF-NMR）技術(shù)具有快速、準(zhǔn)確、無損、無侵入等特點(diǎn)[9]，廣泛應(yīng)用于食品、農(nóng)業(yè)、石油能源、地質(zhì)巖礦等領(lǐng)域的研究，可對樣品中的水分分布信息和水分遷移規(guī)律進(jìn)行分析[10-15]。

鑒于此，本實(shí)驗(yàn)以寧夏灘羊這一寧夏優(yōu)勢物種作為研究對象，運(yùn)用LF-NMR技術(shù)對羊脂烤制過程中水分分布遷移規(guī)律進(jìn)行探究，采用氣相色譜-質(zhì)譜（gaschromatographic mass-spectrometry，GC-MS）結(jié)合電子鼻對不同烤制時(shí)間的灘羊羊脂揮發(fā)性成分進(jìn)行定性、定量分析，通過主成分分析（principal component analysis，PCA）對肉品揮發(fā)性成分的電子鼻傳感器響應(yīng)進(jìn)行區(qū)分，以期為寧夏灘羊羊脂在烤制過程中水分分布及遷移規(guī)律提供一定理論基礎(chǔ)，也為寧夏灘羊羊脂香氣再利用奠定一定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

實(shí)驗(yàn)用于烤制的羊脂來源于9 月齡、體質(zhì)量（30±1）kg鹽池公羊羊尾 寧夏鑫海食品有限公司；1,2-二氯苯（鄰二氯苯）、C6～C26正構(gòu)烷烴 美國Sigma-Aldrich公司；甲醇 賽默飛世爾科技有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

Qp2010ultra型GC-MS聯(lián)用儀 日本Shimadzu公司；PK157330-U型手動(dòng)固相微萃?。╯olid phase microextraction，SPME）進(jìn)樣器、50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取頭 美國Supelco公司；DB-WAX毛細(xì)管柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm） 美國Agilent公司；PEN 3.5電子鼻 德國Airsence公司；WNB22型精密數(shù)顯恒溫水浴槽 上海樹立儀器儀表有限公司；LT202E型電子天平 常熟天量儀器有限責(zé)任公司；XW-80A旋渦混合儀 上海嘉鵬科技有限公司；HQ-405型電烤箱 青島漢尚電器有限公司；NMI20型NMR成像儀 上海紐邁電子有限公司。

1.3 方法

1.3.1 烤羊脂樣品的制備

將羊尾洗凈，切成1.5 cm×1.5 cm×1.0 cm的小塊，放置在墊有錫箔紙的烤盤上，四周保持5 cm間距，然后放入已預(yù)熱10 min，上、下烤制溫度250 ℃的烤箱中烤制。取烤制2、4、6、8、10、12、14、16、18 min和20 min的烤羊脂樣品進(jìn)行分析。

1.3.2 色澤的測定

使用色差計(jì)測定亮度值（L*）、紅度值（a*）和黃度值（b*），分析烤制過程中羊脂色澤的變化。

1.3.3 NMR波譜的測定

參照Li Xin等[16]的方法，橫向弛豫時(shí)間（T2）采用CPMG脈沖序列測定：質(zhì)子共振頻率18 MHz；偏移頻率382.241 65 kHz；90°和180°脈沖時(shí)間分別為16 μs和33 μs；采樣點(diǎn)數(shù)143 140；重復(fù)間隔時(shí)間1 500 ms；累加次數(shù)16；回波數(shù)2 000。掃描束后進(jìn)行信號(hào)反演獲得T2反演譜。

1.3.4 烤羊脂樣品揮發(fā)性成分分析

1.3.4.1 SPME提取揮發(fā)性成分

在使用萃取頭萃取揮發(fā)性物質(zhì)前，先將50/30 μm DVB/CAR/PDMS SPME萃取頭老化。稱?。?±0.01）g烤羊脂樣品置于15 mL頂空瓶中，向每個(gè)樣品中加入內(nèi)標(biāo)1,2-二氯苯（4 μL、6.42 μg/mL），使用渦旋儀混勻，用聚四氟乙烯隔膜將頂空瓶口密封，于55 ℃水浴20 min后將老化后的萃取頭插入密封萃取瓶中吸附，保持30 min，然后立即轉(zhuǎn)移到GC進(jìn)樣口，250 ℃解吸5 min。

1.3.4.2 GC-MS條件

GC條件：DB-WAX毛細(xì)管柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；程序升溫：起始溫度40 ℃，保持3 min，然后以5 ℃/min速率升溫至90 ℃，再以8 ℃/min速率升溫至230 ℃，保持10 min；載氣He；恒定流速1.8 mL/min，進(jìn)樣口溫度250 ℃。

MS條件：電子電離源；電子能量70 eV；離子源溫度230 ℃；四極桿溫度150 ℃；質(zhì)量掃描范圍m/z20～350；全掃描方式；溶劑延遲3 min。

1.3.4.3 定性與定量分析

揮發(fā)性物質(zhì)經(jīng)色譜柱分離后，化合物由NIST質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫對比鑒定。根據(jù)已知質(zhì)量濃度的1,2-二氯苯的峰面積，按下式計(jì)算樣品中各揮發(fā)性物含量：

式中：Ax和Ai分別為目標(biāo)化合物和內(nèi)標(biāo)化合物的峰面積；ρi為內(nèi)標(biāo)化合物質(zhì)量濃度/（μg/mL）；4為加入內(nèi)標(biāo)溶液體積/μL；2為加入樣品質(zhì)量/g；Cx為目標(biāo)化合物含量/（μg/kg）。

1.3.4.4 電子鼻檢測

準(zhǔn)確稱取2.00 g樣品于50 mL電子鼻進(jìn)樣瓶內(nèi)，用聚四氟乙烯隔膜將瓶口密封。放置于50 ℃水浴鍋內(nèi)保溫30 min，然后放置室溫平衡30 min。所有樣品在12 h內(nèi)完成檢測，以最大程度降低樣品之間的其他差異。每個(gè)樣品平行3 次。電子鼻測定參數(shù)：樣品準(zhǔn)備5 s；檢測時(shí)間100 s；測量計(jì)數(shù)1 s；自動(dòng)調(diào)零時(shí)間10 s；清洗時(shí)間300 s；內(nèi)部流量400 mL/min；進(jìn)樣流量400 mL/min。

1.4 數(shù)據(jù)處理

2 結(jié)果與分析

2.1 烤制過程中羊脂色澤的變化

如圖1所示，羊脂L*隨著烤制時(shí)間的延長而下降，a*、b*隨著烤制時(shí)間的延長呈上升趨勢，這主要與脂質(zhì)化合物因高溫發(fā)生降解反應(yīng)以及脂質(zhì)降解產(chǎn)物參與美拉德反應(yīng)有關(guān)。脂質(zhì)在受熱時(shí)首先會(huì)分解為飽和及不飽和脂肪酸，其中不飽和脂肪酸雙鍵通過自動(dòng)氧化、光氧化或酶氧化3 種方式生成氫過氧化物，氫過氧化物繼續(xù)分解產(chǎn)生醛、酮、醇、烴、羧酸、酯、呋喃及內(nèi)酯等一系列小分子化合物。酮和醛等化合物進(jìn)一步發(fā)生氧化、聚合、焦化等反應(yīng)也可導(dǎo)致羊肉顏色變深[17]。

圖1 不同烤制時(shí)間下羊脂色澤的變化Fig. 1 Effect of roasting time on color parameters of mutton tallow

2.2 羊脂烤制過程中水分遷移規(guī)律分析

2.2.1 羊脂各組分水分含量的變化

圖2 烤制過程中羊脂水分T2分布Fig. 2 Effect of roasting time on T2 distribution of mutton tallow

通過弛豫過程達(dá)到平衡狀態(tài)的時(shí)間分別用縱向弛豫時(shí)間（T1）和T2表示[18]，T2的變化以及對應(yīng)的峰面積可以用來衡量羊脂中水分的分布和區(qū)分不同狀態(tài)水之間的化學(xué)滲透交換[19-20]。如圖2所示，羊脂中的水分分為結(jié)合水（強(qiáng)結(jié)合水和弱結(jié)合水）、自由水和不易流動(dòng)水3 種狀態(tài)，其中，T21和T22峰（0.01～10 ms）分別代表與脂質(zhì)、蛋白質(zhì)等大分子物質(zhì)結(jié)合的強(qiáng)結(jié)合水和弱結(jié)合水；T23峰（10～100 ms）代表肌原纖維內(nèi)截留的不易流動(dòng)水；T24峰（100～1 000 ms）代表肌細(xì)胞間存在的自由水[21]。

表1 烤制過程中羊脂弛豫特征中不同狀態(tài)水分含量的變化Table 1 Effect of roasting time on percentages of different moisture states in mutton tallow

利用T2反演圖譜中各峰面積積分分析不同狀態(tài)水分的相對含量，由表1可知，隨著烤制時(shí)間的延長，羊脂強(qiáng)結(jié)合水相對含量沒有明顯變化規(guī)律，而弱結(jié)合水相對含量呈增加趨勢，這表明在烤制過程中羊脂具有良好的保水性[23]。隨著烤制時(shí)間的延長，羊脂表層水分損失速率快，表面干燥，減緩羊脂內(nèi)部水分損失。不易流動(dòng)水相對含量呈下降趨勢，可能是烤制過程中不易流動(dòng)水轉(zhuǎn)變?yōu)樽杂伤Ｗ杂伤鄬恳矡o明顯變化規(guī)律，其原因可能是在烤制過程中，不易流動(dòng)水和結(jié)合水轉(zhuǎn)化自由水的過程與羊肉部分汁液損失互相彌補(bǔ)[24]。

2.2.2 羊脂水分遷移變化分析

T2表征不同狀態(tài)的水分流動(dòng)性，T2越大，與大分子結(jié)合力越小，水分自由度越大，流動(dòng)性越強(qiáng)[25]。如表2所示，隨著烤制時(shí)間的延長，T21和T22變化無明顯規(guī)律，而T23呈減小趨勢，但差異不顯著，說明烤制過程中水分子與大分子物質(zhì)結(jié)合更緊密。T24整體呈無規(guī)律變化趨勢，表明羊脂中水分子的流動(dòng)性與烤制時(shí)間無關(guān)。

表2 羊脂T2隨烤制時(shí)間的變化Table 2 Effect of roasting time on T2 parameters of mutton tallow

2.3 烤制過程中羊脂中揮發(fā)性化合物變化

如表3和圖3所示，在不同烤制時(shí)間的10 份烤羊脂樣品中共檢出78 種揮發(fā)性成分，其中醛類12 種、醇類11 種、酮類9 種、烯烴類4 種、酸類10 種、酯類12 種、雜環(huán)類12 種、其他物質(zhì)8 種。羊脂烤制過程中風(fēng)味物質(zhì)復(fù)雜。隨烤制時(shí)間的延長，醛類、醇類、酮類物質(zhì)總含量呈先增加后降低再增加的趨勢，且均在烤制第20分鐘時(shí)達(dá)到最大值。烯烴類物質(zhì)主要在烤制中期含量較高，酸類物質(zhì)含量變化無明顯規(guī)律；酯類物質(zhì)除2-羥基丙酸甲酯外普遍存在于烤制初期，雜環(huán)類化合物則主要存在于烤制末期。其他類物質(zhì)在烤制末期（18～20 min）總含量明顯增加，其中N,N-二甲基乙醇胺和甲苯是其他類物質(zhì)總含量的主要貢獻(xiàn)者。

表3 不同烤制時(shí)間羊脂中的揮發(fā)性風(fēng)味化合物Table 3 Volatile flavor compounds in mutton tallow roasted for different periods μg/kg

續(xù)表3 μg/kg

醛類物質(zhì)普遍閾值較低，對氣味總體特征具有重要貢獻(xiàn)。烤羊脂揮發(fā)性物質(zhì)中，醛類物質(zhì)主要以己醛、壬醛、癸醛、(E)-2-辛烯醛、辛醛、苯甲醛等含量較高，這些C6～C9醛類物質(zhì)多數(shù)呈脂肪味、水果味和青草味[26-27]。脂肪的氧化、降解及Strecker氨基酸反應(yīng)是這些醛類物質(zhì)的主要來源。己醛、辛醛、(E)-2-辛烯醛均來源于亞油酸或亞麻酸的降解產(chǎn)物，主要呈青草味、油脂味[28]。壬醛是油酸氧化產(chǎn)物，具有水果香氣。庚醛、2-十一醛、(E,E)-2,4-癸二烯醛以及呋喃醛主要存在于羊脂烤制后期，呈油脂味、苦杏仁味以及烤肉味，主要來源于亞油酸、亞麻酸以及2-呋喃甲醇的氧化裂解。苯甲醛可能來源于苯丙氨酸的降解[29]，呈果香、苦杏仁味，能夠賦予濃厚的脂香。(E,E)-2,4-庚二烯醛主要呈油脂味，其前體是二十碳五烯酸；(Z)-2-庚烯醛呈烤肉味，是油酸、亞油酸的降解產(chǎn)物。

醇類物質(zhì)主要來源于脂肪氧化，在烤羊脂樣品中檢測到的醇類物質(zhì)多為飽和醇，如戊醇、庚醇、己醇、辛醇。飽和醇的嗅覺閾值較高，因而對烤羊脂的整體風(fēng)味貢獻(xiàn)較小，主要呈清新的花草香氣[30]。己醇來源于棕櫚酸和油酸的氧化裂解，呈青草味；庚醇是油酸的氧化產(chǎn)物，呈堅(jiān)果味；戊醇來源于亞油酸的氧化，呈青草味；辛醇來源于油酸的氧化，呈青草味；1-辛烯-3-醇屬于不飽和醇，其對烤羊脂的香氣貢獻(xiàn)較大，可通過15-脂氧合酶催化二十碳五烯酸和12-脂氧合酶催化花生四烯酸形成，主要呈令人愉悅的蘑菇味和青草香[31]。2-呋喃甲醇以及5-甲基-2-(1-甲基乙基)-1-己醇主要存在于羊脂烤制后期，其來源較為復(fù)雜，可能為高溫條件下酮和醛等化合物聚合生成。

酮類化合物不僅是美拉德反應(yīng)的產(chǎn)物，也可能是脂肪氧化的結(jié)果。賴氨酸、精氨酸、亮氨酸、甲硫氨酸與葡萄糖或果糖的美拉德反應(yīng)是酮類化合物生成的主要途徑?？狙蛑兄饕耐愶L(fēng)味物質(zhì)有3-羥基-2-丁酮、1-辛烯-3-酮、2,3-辛二酮。3-羥基-2-丁酮可能來自糖原降解[32]，也可能是2-乙基乳酸脫羧反應(yīng)的副產(chǎn)物[33]；1-辛烯-3-酮主要來源于1-辛烯-3-醇的氧化；其他酮類物質(zhì)，如2-甲基-2-環(huán)己烯-1-酮、二羥基-5-甲基-2(3H)-呋喃酮、四羥基-2H-吡喃-2-酮、2-吡咯酮以及2-十三烷酮主要存在于羊脂烤制后期，可能通過長時(shí)間高溫條件下脂肪裂解產(chǎn)物發(fā)生聚合、焦化等反應(yīng)產(chǎn)生。酮類物質(zhì)具有一定的氣味，但酮類物質(zhì)的嗅覺閾值較醛類物質(zhì)高，因而對烤羊脂的整體風(fēng)味貢獻(xiàn)較小，主要表現(xiàn)為谷香味、杏仁味以及奶香味。

酸類物質(zhì)是由脂肪氧化裂解或脂肪水解為低級脂肪酸產(chǎn)生[34]，酸類物質(zhì)由于含量較低，嗅覺閾值相對較高，對烤羊脂整體風(fēng)味貢獻(xiàn)較小?？狙蛑械孽ヮ愇镔|(zhì)除2-羥基丙酸甲酯外，其他酯類物質(zhì)如苯乙酸甲酯、庚酸甲酯、己酸甲酯、4-甲基辛酸甲酯、辛酸甲酯、癸酸甲酯以及苯甲酸甲酯主要存在于烤制初期，蛋白質(zhì)水解、糖酵解、脂肪氧化以及內(nèi)源酶作用是酯類化合物形成的重要途徑[35]。

烤羊脂中的雜環(huán)類化合物分為氮雜環(huán)類和氧雜環(huán)類化合物，主要來源于美拉德反應(yīng)、氨基酸和硫胺素的熱降解[36]。其中氮雜環(huán)化合物主要為吡嗪類、吡咯類以及嘧啶類，主要存在于烤制后期，具有明顯的烤香味以及焦糊味。氧雜環(huán)類化合物只檢測出2-戊基呋喃，具有水果香氣，而呋喃類化合物大都具有很強(qiáng)的肉香味，主要由硫胺素降解、焦糖化和碳水化合物降解產(chǎn)生[37-38]。

烷烴類化合物以十二烷和十四烷含量高，但其對烤肉整體風(fēng)味貢獻(xiàn)較小。N,N-二甲基乙醇胺以及丙酰胺主要存在于烤制后期，可能來源于氨基酸降解；甲苯作為一種有害物質(zhì)主要呈芳香味。

2.4 烤制過程中羊脂中揮發(fā)性化合物的電子鼻分析

2.4.1 電子鼻傳感器響應(yīng)信號(hào)分析

圖4 電子鼻對烤羊脂樣品響應(yīng)雷達(dá)圖Fig. 4 Radar plots of the responses of E-nose sensors to roasted mutton tallow

由圖4可知，傳感器W5C、W6S、W3C、W5S、W1C和W3S的響應(yīng)值隨著烤制時(shí)間的延長幾乎無變化，說明烷烴類化合物、氨類化合物以及大部分芳香族化合物含量較低且變化較小。W6S傳感器對由脂質(zhì)氧化產(chǎn)生的氫過氧化物敏感，表明烤羊脂樣品中沒有氫過氧化物[39]。W5S傳感器對氮氧化合物敏感，特別是硝基類化合物，表明烤羊脂樣品中的氮氧化合物含量隨著烤制時(shí)間的延長變化不大。W1W和W2W傳感器均對硫化物敏感，隨著烤制時(shí)間的延長，烤羊脂樣品的傳感器響應(yīng)值增大，表明樣品中含硫化合物含量呈增加趨勢。W1S和W2S的響應(yīng)值的變化表明醇類化合物隨著烤制時(shí)間的延長呈降低趨勢。

2.4.2 電子鼻數(shù)據(jù)的PCA

PC貢獻(xiàn)率越高，對原始多指標(biāo)信息反映越好[40]。對烤羊脂電子鼻數(shù)據(jù)進(jìn)行PCA，PC1解釋總方差的76.00%，PC2解釋總方差的14.60%。前2 個(gè)PC的累計(jì)方差貢獻(xiàn)率超過90%，說明前2 個(gè)PC覆蓋了樣品絕大多數(shù)氣味信息[41]。如圖5A所示，在烤制初期（2～8 min）烤羊脂的電子鼻數(shù)據(jù)PCA二維空間投影主要分布在第2、3象限；烤制后期（12～20 min）烤羊脂主要分布在第1、4象限。表明隨著烤制時(shí)間的延長，羊脂香氣呈現(xiàn)規(guī)律過渡。從圖5B可以看出，W6S、W3S、W2S以及W1S與烤制4、6 min烤羊脂樣品相關(guān)，W1C與烤制12 min樣品相關(guān)，W5C、W3C與烤制16、18 min樣品相關(guān)，W5S、W2W、W1W與烤制20 min樣品相關(guān)。結(jié)果表明，不同烤制加工階段對羊脂的氮氧化物、芳香族化合物和有機(jī)硫化合物、醇類化合物的影響具有明顯差異，對烷烴、氫化物和氨類化合物影響差異不明顯。

圖5 烤羊脂樣品PCA二維得分圖（A）和載荷圖（B）Fig. 5 PCA score plot (A) and loading plot (B) of roasted mutton tallow

3 結(jié) 論

隨著烤制時(shí)間的延長，羊脂L*下降，a*、b*上升?？局七^程中羊脂弱結(jié)合水相對含量呈增加趨勢，而不易流動(dòng)水相對含量呈下降趨勢，T23呈明顯減小趨勢，說明隨著烤制進(jìn)行水分子與大分子物質(zhì)結(jié)合更加緊密。

在不同烤制時(shí)間的10 份烤羊脂樣品中共檢出78 種揮發(fā)性成分，其中己醛、壬醛、1-辛烯-3-醇、3-羥基-2-丁酮、月桂烯和甲苯普遍含量較高。酯類物質(zhì)主要存在于羊脂烤制初期，而雜環(huán)類化合物特別是吡嗪類化合物主要存在于烤制后期。電子鼻數(shù)據(jù)PCA結(jié)果表明，不同烤制加工階段對羊脂的氮氧化物、芳香族化合物和有機(jī)硫化合物、醇類硫成分影響顯著，對烷烴、氫化物和氨類化合物影響不顯著。