基于電子鼻和GC-MS分析3種市售大豆組織蛋白中揮發(fā)性豆腥味物質(zhì)

徐文，余小貞，張雪兒，杜沁嶺，何貴萍，賈冬英*

(1.四川大學(xué) 輕工科學(xué)與工程學(xué)院，成都 610065；2.成都市棒棒娃實(shí)業(yè)有限公司，成都 611731)

大豆組織蛋白(textured soybean protein，簡稱TSP)是以低溫脫脂豆粕、大豆?jié)饪s蛋白或大豆分離蛋白為主要原料，以其他植物蛋白(谷朊粉、豌豆蛋白)等為輔料，采用高溫?cái)D壓成型等方法制成的具有纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和咀嚼感的蛋白制品[1]。TSP不僅富含優(yōu)質(zhì)蛋白，而且具有多孔的組織結(jié)構(gòu)以及較好的吸水性和吸油性[2]，同時不含膽固醇，因此是肉類的最佳替代品，也可作為優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)原料用于各種肉制品和植物肉產(chǎn)品的加工。在肉制品中添加TSP可降低產(chǎn)品中膽固醇和飽和脂肪酸含量，提高其營養(yǎng)價值和降低生產(chǎn)成本[3]。然而，TSP存在的豆腥味限制了其在肉制品中的廣泛應(yīng)用。

豆腥味是大豆制品特有的不良風(fēng)味，主要源于大豆中不飽和脂肪酸在脂肪氧化酶催化下分解成醛類、醇類、酮類等有異味的小分子化合物[4]。已有研究顯示，大豆及其制品中的豆腥味物質(zhì)主要包括醛類、醇類、酮類、呋喃類等化合物[5]，其中正己醛是最主要的腥味物質(zhì)，1-辛烯-3-醇、反-2-辛烯醛、正己醇、2-戊基呋喃等物質(zhì)次之，這些豆腥味物質(zhì)分別被描述為青草味、青澀味、土腥味、生豆味和油脂味[6]。由于豆腥味是由多種化合物刺激人類嗅覺產(chǎn)生的綜合效應(yīng)，因此很難全面準(zhǔn)確概括其風(fēng)味特征。電子鼻是模擬人體嗅覺感官開發(fā)的一種新興智能感官分析儀器，可克服感官評價中主觀因素的影響[7]，定性表征食品的氣味構(gòu)成特點(diǎn)。GC-MS聯(lián)用儀可快速分析多組分混合物中的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，具有靈敏度高、結(jié)果準(zhǔn)確可靠的特點(diǎn)[8]。目前，國內(nèi)外有關(guān)電子鼻和GC-MS聯(lián)用儀聯(lián)合用于食品風(fēng)味物質(zhì)分析的報(bào)道日益增多，如調(diào)味汁、醬油和酒類等[9-11]。

目前，關(guān)于豆乳、豆粉、豆?jié){中的腥味物質(zhì)研究有一定報(bào)道，但有關(guān)大豆組織蛋白中的豆腥味物質(zhì)研究卻鮮見報(bào)道?；诖耍疚闹惺状尾捎秒娮颖桥cGC-MS儀聯(lián)用技術(shù)分析了3種市售TSP樣品中的揮發(fā)性物質(zhì)，通過風(fēng)味活度值確定其關(guān)鍵揮發(fā)性豆腥味物質(zhì)，以期為大豆組織蛋白的生產(chǎn)及其在肉制品、植物肉和復(fù)合調(diào)味品中的應(yīng)用提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

1號TSP樣品(大豆分離蛋白、谷朊粉、食用小麥淀粉、低溫脫脂豆粕和大豆?jié)饪s蛋白，擠壓溫度150 ℃，淡黃色)、2號TSP樣品(低溫脫脂豆粕，擠壓溫度180～190 ℃，褐色)、3號TSP樣品(低溫脫脂豆粕和谷朊粉，擠壓溫度150 ℃，淺黃色)：均為市售產(chǎn)品；甲醇和1,2-二氯苯：國產(chǎn)分析純試劑。

1.2 儀器與設(shè)備

DVB/CAR/PDMS萃取頭 美國Supelco公司；氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀、SH-Rxi-5Sil MS色譜柱 美國安捷倫公司；FOX 4000型電子鼻 法國Alpha MOS公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 電子鼻分析

將TSP樣品粉碎后過40目篩，取1 g樣品放入10 mL頂空瓶中，加蓋密封后進(jìn)行電子鼻測定。檢測參數(shù)為頂空產(chǎn)生時間600 s、頂空加熱溫度60 ℃、進(jìn)樣體積1 mL/s、數(shù)據(jù)采集時間120 s、數(shù)據(jù)采集延遲180 s。每種樣品重復(fù)測定5次。利用電子鼻自帶軟件對所得數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析(PCA)。

1.3.2 揮發(fā)性物質(zhì)的測定

采用頂空固相微萃取結(jié)合GC-MS法測定TSP中的揮發(fā)性物質(zhì)[12]。將3 g樣品粉碎后放于萃取瓶中，加入5 μL濃度為10 μg/mL 的1,2-二氯苯作為內(nèi)標(biāo)，選擇DVB/CAR/PDMS萃取頭于50 ℃下萃取30 min。

氣相升溫程序：進(jìn)樣口溫度250 ℃；始溫35 ℃保持5 min，以3 ℃/min上升至80 ℃，然后以4 ℃/min上升至120 ℃，再以10 ℃/min上升至230 ℃，保持8 min。載氣(He)流速1.0 mL/min，不分流。質(zhì)譜條件：電子轟擊離子源，溫度為230 ℃，接口溫度為280 ℃。按照下式計(jì)算TSP中揮發(fā)性物質(zhì)含量。

1.3.3 風(fēng)味活性值的計(jì)算

風(fēng)味活性值(odor activity value，OAV)是揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的濃度與其在水中閾值的比值[13]，其計(jì)算公式為：OAV=C/T。式中：C表示揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的濃度(μg/kg)；T表示揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)在水中的閾值(μg/kg)。

1.3.4 統(tǒng)計(jì)分析

重復(fù)測定的實(shí)驗(yàn)結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，采用SPSS 26.0軟件對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并使用Origin 2021軟件作圖。

2 結(jié)果與討論

2.1 電子鼻對3種TSP樣品的氣味分析

3種市售TSP樣品對電子鼻18個傳感器的信號強(qiáng)度(響應(yīng)值)大小見圖1中A，即氣味雷達(dá)圖?？梢钥闯?，3種TSP樣品整體氣味輪廓大致相同，但其在10個傳感器，即TA/2、T40/1、P30/2、P40/2、P30/1、PA/2、P40/1、P10/2、P10/1和T30/1處的信號強(qiáng)度存在一定差異，響應(yīng)值大小依次為3號、2號和1號，表明它們的氣味物質(zhì)構(gòu)成不盡相同。

PCA將電子鼻檢測結(jié)果進(jìn)行轉(zhuǎn)化和降維，確定貢獻(xiàn)率最大和最主要的因子，從而有效區(qū)分樣品間的差異[14]。3種TSP樣品的電子鼻主成分分析結(jié)果見圖1中B。可以看出，電子鼻主成分累計(jì)貢獻(xiàn)率(PC1為91.06%，PC2為8.17%)為99.23%，大于80.0%，表明電子鼻分析能夠反映TSP樣品氣味的整體信息。3個樣品在橫坐標(biāo)上的距離相對較接近，但相互間完全無重疊，表明其揮發(fā)性物質(zhì)有一定的差異。PC1的貢獻(xiàn)率遠(yuǎn)大于PC2，說明樣品在橫坐標(biāo)上距離越大，其差異性越大[15]。1號與3號樣品在橫坐標(biāo)上相距較遠(yuǎn)，2號與3號TSP相距最近，表明1號與3號TSP樣品的揮發(fā)性物質(zhì)差異最大。由以上分析可得，PCA法可將3種市售大豆組織蛋白的氣味進(jìn)行區(qū)分，且1號與3號樣品的氣味差異明顯。

2.2 TSP樣品中的揮發(fā)性物質(zhì)

為了進(jìn)一步研究3種TSP樣品揮發(fā)性物質(zhì)的差異，采用GC-MS法定量測定了其揮發(fā)性物質(zhì)。3種TSP樣品中揮發(fā)性物質(zhì)的種類和含量見表1。

表1 TSP樣品中揮發(fā)性物質(zhì)及其含量Table 1 The volatile compounds and their content in TSP samples

續(xù) 表

由表1可知，3種樣品中，共檢測出69種揮發(fā)性物質(zhì)，包括醇類、醛類、酮類、酯類、烴類、呋喃類等，其中醛類、呋喃類、酮類和醇類為其主要揮發(fā)性物質(zhì)，且醛類物質(zhì)的種類最多(高達(dá)10種)；共檢測出10種常見揮發(fā)性豆腥味物質(zhì)[16]，即1-戊醇、正己醛、正己醇、庚醛、1-辛烯-3-醇、2-戊基呋喃、反-2-辛烯醛、反-2-壬烯醛、2-壬烯醛、癸醛，這些物質(zhì)分別呈類青草味、強(qiáng)烈青草味、紅酒味、昆蟲味、蘑菇味、豆腥味、青草味、生豆味、脂臘味、辛辣味[17]；3號樣品揮發(fā)性豆腥味物質(zhì)的含量最高，1號樣品的含量最低，這可能與這兩種TSP樣品生產(chǎn)時所用的原料組成不同有關(guān)。1號TSP樣品的主要揮發(fā)性物質(zhì)為醛類和呋喃類，分別占總含量的52.7%和33.7%，其中2-正戊基呋喃(63.94 μg/kg)為其含量最高的揮發(fā)性豆腥味物質(zhì)。2號TSP樣品的主要揮發(fā)性物質(zhì)為醛類和醇類，分別占總含量的48.1%和22.9%，其中正己醛(119.44 μg/kg)為其含量最高的揮發(fā)性豆腥味物質(zhì)。正己醛被認(rèn)為是豆腥味的主要成分，其含量可反映大豆制品豆腥味的強(qiáng)弱。3號TSP樣品的主要揮發(fā)性物質(zhì)為呋喃類和醛類，分別占總含量的54.8%和27.8%，其中2-正戊基呋喃(372.05 μg/kg)為其含量最高的揮發(fā)性豆腥味物質(zhì)。

3種TSP樣品中的揮發(fā)性物質(zhì)不同是其所用原料和擠壓工藝不同所致。雖然2號TSP樣品中僅使用了低溫脫脂豆粕一種原料，但其豆腥味物質(zhì)的含量卻低于額外添加了谷朊粉的3號TSP樣品，這可能與二者生產(chǎn)時采用的擠壓溫度不同有關(guān)。因?yàn)?號TSP樣品生產(chǎn)時采用更高的擠壓溫度(180～190 ℃)會造成脫脂豆粕中部分不耐熱的揮發(fā)性豆腥味物質(zhì)的損失，從而降低其豆腥味。

2.3 TSP樣品中的關(guān)鍵揮發(fā)性豆腥味物質(zhì)

OAV值是表征揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)中關(guān)鍵呈味物質(zhì)的一種重要方法[18]，可以用來衡量某種揮發(fā)性物質(zhì)對產(chǎn)品整體風(fēng)味的貢獻(xiàn)大小。若OAV≥1則說明該物質(zhì)能被感知，其值越大，對產(chǎn)品的呈味越重要[19]。3種TSP樣品中不良揮發(fā)性物質(zhì)的OAV值見表2。

表2 TSP樣品中主要揮發(fā)性豆腥味物質(zhì)OAV值Table 2 The OAV values of main volatile beany compounds in TSP samples

由表2可知，3號TSP樣品中不良風(fēng)味物質(zhì)和關(guān)鍵揮發(fā)性豆腥味物質(zhì)的種類最多(分別為8種和6種)，1號次之(分別為7種和4種)，2號最少(分別為5種和4種)，這與3種TSP樣品所用的原料和擠壓溫度不同有關(guān)。1號TSP樣品的關(guān)鍵揮發(fā)性豆腥味物質(zhì)為正己醛、2-正戊基呋喃、反-2-壬烯醛和1-辛烯-3-醇；2號TSP樣品的關(guān)鍵揮發(fā)性豆腥味物質(zhì)為1-辛烯-3-醇、正己醛、2-壬烯醛和癸醛；3號TSP樣品的關(guān)鍵揮發(fā)性豆腥味物質(zhì)為2-正戊基呋喃、正己醛、反-2-壬烯醛、1-辛烯-3-醇、庚醛和反-2-辛烯醛。其中，正己醛、1-辛烯-3-醇和2-正戊基呋喃分別是3種樣品中含量最大的揮發(fā)性豆腥味物質(zhì)。正己醛來源于脂肪氧化酶催化的多不飽和脂肪酸降解過程[20]，具有強(qiáng)烈的青草味，是產(chǎn)生豆腥味的主要物質(zhì)；其含量越多，產(chǎn)品的豆腥味越大[21]。2-正戊基呋喃是豆制品中典型的豆腥味物質(zhì)，來源于特殊的光氧反應(yīng)[22]。反-2-壬烯醛也是通過類似光氧反應(yīng)生成的。1-辛烯-3-醇是大豆中常見的異味物質(zhì)，具有土腥味[23]，產(chǎn)生于大豆成熟過程[24]和儲存加工過程以及亞油酸和單線態(tài)氧介導(dǎo)的特殊光氧化反應(yīng)。反-2-辛烯醛和癸醛可能來源于低溫脫脂豆粕的擠壓過程。以上這些物質(zhì)的存在使得TSP樣品具有不良風(fēng)味。

3種樣品中關(guān)鍵揮發(fā)性豆腥味物質(zhì)的組成和含量均不同，這與所用原料和擠壓條件不同有關(guān)。張嵐等[25]發(fā)現(xiàn)采用非膨化高濕擠壓的大豆組織蛋白中均未檢出正己醛、2-正戊基呋喃及酮類等不良風(fēng)味物質(zhì)，表明高濕擠壓技術(shù)可以降低大豆組織蛋白的不良風(fēng)味。1號TSP樣品的關(guān)鍵揮發(fā)性豆腥味物質(zhì)有4種，但其含量最低，這可能是由于其配料中添加的小麥淀粉、谷朊粉等其他輔料對豆腥味具有一定的稀釋作用。

3 結(jié)論

本研究中采用電子鼻與GC-MS儀聯(lián)用技術(shù)分析了3種不同原料和擠壓溫度生產(chǎn)的TSP樣品的揮發(fā)性豆腥味物質(zhì)，通過風(fēng)味活性值(OAV)分析確定其關(guān)鍵揮發(fā)性豆腥味物質(zhì)。電子鼻分析結(jié)果顯示：3種TSP樣品的氣味存在一定差異且1號和3號樣品氣味差異明顯，2號和3號樣品差異較小。3種樣品中，共檢測出69種揮發(fā)性物質(zhì)，主要為醛類、呋喃類、酮類和醇類，包括10種常見揮發(fā)性豆腥味物質(zhì)；3號TSP樣品含有最多種類和最高含量的揮發(fā)性豆腥味物質(zhì)；3種TSP樣品的關(guān)鍵豆腥味物質(zhì)種類和構(gòu)成不同，1號、2號和3號TSP樣品中貢獻(xiàn)最大的關(guān)鍵揮發(fā)性豆腥味物質(zhì)分別為正己醛、1-辛烯-3-醇和2-正戊基呋喃。因此，不同原料和擠壓工藝生產(chǎn)的TSP具有不同的揮發(fā)性豆腥味物質(zhì)構(gòu)成和特征。