烤制羊肉加工工藝及揮發(fā)性風味物質的研究進展

胡燕燕，劉成江，李宇輝，盧士玲

（1.石河子大學食品學院，新疆 石河子 832000；2.新疆農墾科學院農產品加工研究所，新疆 石河子 832000）

羊肉性溫、益氣補虛，具有較好的滋補效果，深受人們的喜愛。非洲豬瘟爆發(fā)以來，羊肉因具備蛋白質含量高且脂肪和膽固醇含量低等優(yōu)點而作為豬肉的替代品，使得羊肉需求持續(xù)增長，2020年我國人均羊肉年消費量為3.31 kg，是世界人均羊肉消費量的1.88 倍[1]。常見的羊肉加工方式有涮制、燉制、烤制等，其中烤制羊肉色澤焦黃、肉質鮮嫩，深受消費者的青睞?？局蒲蛉獾臓I養(yǎng)豐富，含有VB、鐵、鈣、銅、鋅、錳等微量元素[2]。 早在兩漢時期人們就開始食用烤制羊肉，直至今日，烤制羊肉仍是廣受歡迎的食物。

基于龐大的消費市場需求，烤制羊肉的相關研究迫在眉睫，但由于烤羊肉產品的質量不穩(wěn)定，相關參數不統(tǒng)一，難以進行現代化工業(yè)生產。烤制羊肉的品質受多方面因素的影響，如羊的月齡、性別、部位、加工工藝等都會影響烤制羊肉的食用品質。風味是烤制羊肉適口性的重要特征之一，會影響消費者對羊肉及其產品的接受和喜愛程度，揮發(fā)性化合物的存在及其組成決定了烤制羊肉的特定香氣和所得產品的風味[3]。因此，對烤制羊肉風味進行全面、準確的分析可以為烤制羊肉風味研究的持續(xù)探索提供見解。本文將從加工工藝與揮發(fā)性風味物質兩方面對目前烤制羊肉現狀進行概述，為烤制羊肉的工藝改進、參數優(yōu)化及風味物質的形成提供借鑒，以期對我國烤制羊肉工業(yè)化及相關應用提供參考。

1 羊肉烤制工藝

評價烤羊肉食用品質的指標主要涉及硬度、彈性、水分含量、氯化鈉含量、嫩度、咀嚼性等，其食用品質的影響因素包括原料品種、屠宰和成熟方式、原料新鮮度、腌制條件及加工條件等。

1.1 生羊肉品質

研究發(fā)現，品種、喂養(yǎng)方式、月齡、性別、烹飪時間、不同的蛋白質熱穩(wěn)定性和肌肉的蛋白質二級結構等因素會影響烤肉的質量[4]。6～12 月齡羊肉適宜烤制且烤制出的羊肉具有良好的感官品質，能夠獲得更多消費者的喜愛，外脊、里脊、霖肉與米龍較適宜烤制，但公羊肉在烤制過程中會產生不良氣味，風味較差[5]。屠宰后羊肉會經歷僵直、解僵成熟、腐敗的過程。處在僵直前期的熱鮮羊肉具有良好的保水性、嫩度及色澤，經過烤制后其烘烤損失較低且雜環(huán)芳香胺總含量顯著降低，解僵成熟后的冷卻羊肉具有較好的嫩度，更加適合燒烤[6]。因此，合理選擇原料肉能夠有效提高烤羊肉的感官品質和消費者的喜愛程度。

1.2 腌制條件

腌制是一種簡單的處理，通過浸泡、注射等方式來改善肉類的品質和感官特性?？厩半缰颇軌蚴箍局蒲蛉獾乃趾坑胁煌潭鹊慕档?，對于肉的嫩度和亮度值有顯著改善作用[7]。同時，烤前腌制能夠顯著減少多環(huán)芳烴等有害物質的形成[8]。

腌制液成分很大程度影響烤制羊肉的品質，在腌制過程中添加菠蘿汁和碳酸氫鈉可提高烤制山羊肉的質 量[9]、添加酸乳中的酸乳清和橙皮苷腌制可提高羊肉的氧化穩(wěn)定性[10]，添加亞硝酸鈉可有效抑制脂質氧化， 添加2%多磷酸鹽能夠起到抗氧化的作用[11-12]。為減少亞硝酸鈉的使用，Xin Keqi等[13]發(fā)現，火龍果皮提取物和檸檬籽精油被用作亞硝酸鈉的部分替代品，可以實現羊肉保鮮，減少腌制過程中亞硝酸鹽的使用。

除腌制液外，腌制方式的選擇也尤為重要，目前主要的腌制方式包括干腌法、濕腌法、混合腌制法等，但其存在諸如操作復雜、腌制時間過長等缺點。為滿足生產需求，新型腌制技術（超高壓腌制技術、超聲波腌制技術、脈動真空腌制技術等）應運而生。超高壓處理（100～400 MPa、25 ℃）能夠有效改善羊腿肌肉纖維結構，200 MPa處理可有效提高腌制羊肉的嫩度[14]。超聲波處理可使羔羊肉的pH值、水分含量及產品得率增加，在超聲波頻率26 kHz、強度1 W/cm2、鹽漬12 h條件下腌制的羊肉品質最佳[15]。負離子電場中（3 kV），在4 ℃條件下腌制12 h能夠使腌制羊肉色澤鮮亮，并且負離子電場可有效延緩脂肪的氧化程度，延緩羊肉腐敗 變質[16]。使用脈動真空腌制能有效提高羊肉腌制效率，其效率較常壓腌制提高8%～26%[17]。

因此，通過不同的腌制料液及腌制技術的聯(lián)合使用能夠在一定程度上提升烤羊肉的食用品質，減少有害物質的形成，具有一定的實際應用價值。

1.3 烤制方式

目前一些傳統(tǒng)的烤制方法，如木炭烤制等會造成烤制羊肉中血紅素鐵和干物質含量的增加，從而影響羊肉的食用質量，如嫩度、多汁性、味道和顏色等[18-19]?？局七^程中干物質含量的增加，特別是脂肪含量的改變對可食用羊肉的最終成分有很大影響[20]。研究發(fā)現，電加熱空氣、微波加熱和過熱蒸汽的烤制方式均在烤制羔羊前腿中產生豐富的風味化合物，對比發(fā)現，電加熱空氣是取代傳統(tǒng)木炭烤制的好方法[21]。潘騰等[22]通過過熱蒸汽聯(lián)合紅外光波烤制羊腿發(fā)現，烤制的最佳工藝參數為過熱蒸汽烤制條件240 ℃、50 min，紅外光波烤制條件240 ℃、60 min，過熱蒸汽烤制對雜環(huán)胺有抑制作用，紅外光波烤制對烤制羊腿的綜合品質有改善作用。劉琴等[23]使用微波與光波組合烘烤，烤制羊肉中苯并芘含量僅為炭烤羊肉的5.1%（0.5 μg/kg）。過熱蒸汽烤制羊肉的揮發(fā)性化合物含量較高，而木炭和其他烤制方法的化合物含量較少，這也說明在加熱時可能會致使一些重要的揮發(fā)性化合物丟失[24]。姜三群[25]經對比認為，傳統(tǒng)無煙炭烤制的羊肉串感官品質與遠紅外電烤的羊肉串感官品質差異較小，均較好，相較而言微波燒烤的羊肉串感官品質較差。李宏燕等[26]通過紅外輻射加熱方式，使烤制肉形成“外焦里嫩”的食用品質。Pourkhalili等[27]研究傳統(tǒng)烹飪方法（煮制、燒烤、油炸）對羊肉中鐵含量變化的影響發(fā)現，烤制羊肉中血紅素鐵占總鐵含量最高可達76.01%。

由此可說明，現代加熱技術均能夠使羊肉在烤制過程中產生豐富的風味化合物，其中過熱蒸汽烤制羊肉的揮發(fā)性化合物含量較高且能夠抑制烤制羊肉中的雜環(huán)胺，微波、紅外燒烤、歐姆加熱等現代技術可以通過減少有害化合物含量、保持營養(yǎng)、微生物抑制和改善感官特性來幫助提高質量，確保肉類的安全性。對此也有研究[28]認為，用米糠（完全燃燒）明火烤制羊肉能夠保障烤制羊肉的食用安全性。因此，選用合適的烤制方式能夠提高烤羊肉的食用品質。

2 烤制羊肉中揮發(fā)性風味物質

2.1 烤制羊肉中揮發(fā)性風味物質來源

使用不同的方法烤制羊肉，有助于賦予羊肉良好的風味、改善營養(yǎng)質量并確保食品安全。然而，傳統(tǒng)烤制方法也會引起一些潛在的健康危害，即形成多環(huán)芳烴、雜環(huán)芳香胺和丙烯酰胺。在羊肉烤制加工過程中，羰基化合物和氨基化合物間發(fā)生美拉德反應，許多脂質降解產物都有自己獨特的風味，但它們也可以與美拉德反應產物發(fā)生反應，從而產生多種風味化合物。相關研究表明，烤制羊肉的風味化合物主要是由美拉德反應、硫胺素熱降解、脂質氧化3 種反應所產生[29]。

2.1.1 美拉德反應

美拉德反應能夠改變食物的性質（風味、顏色和氣味），而且還會增強氨基酸、肽和蛋白質的功能性質（抗氧化性和抑菌性）[30]。美拉德反應中間階段所產生的酮、醛等化合物是食品的風味前體和風味物質。美拉德反應中脂質衍生的活性羰基和氨基反應使得吡嗪的水平較高，為食物提供燒烤味，并且脂質降解產生的1-辛烯-3-醇具有蘑菇和烘烤香氣[31]，酮、酮醇、酮醛和其他裂解物與氨基化合物反應，進一步形成最終的美拉德反應產物，有助于加工過程中食品的整體風味感知。不同的氨基酸和羰基類型、組成或反應途徑，可形成令人愉悅的花香、堅果香、獨特肉香、辛辣等風味特征。美拉德反應產物能夠與其他脂質氧化產物相互作用，形成吡嗪類、噻唑類物質和硫醇[30,32]，對食品風味和顏色的形成起著關鍵作用。

2.1.2 硫胺素降解

硫胺素（VB1）是一種含硫、含氮的雙環(huán)化合物，也是風味前體物質，硫胺素通過熱處理降解產生芳香化合物，主要包括呋喃、噻吩、噻唑和脂肪族硫化合物，這些化合物具有非常低的氣味閾值，并且對于肉制品的香氣非常重要，有助于產生草味、肉味、烤香味等。雖然這些化合物很容易被人的鼻子所察覺，但是很難通過傳統(tǒng)的儀器檢測技術（如氣相色譜-質譜聯(lián)用 （gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS））進行分析[33]。硫胺素降解所得產物具有香味，同時還能夠與其他物質發(fā)生反應，產生更多的揮發(fā)性風味化 合物[34]。溫度、時間、pH值和基質組成等都能夠影響肉制品中硫胺素的產生。

2.1.3 脂肪降解和氧化

肉脂可分為甘油三酯和磷脂。脂肪作為基質，可通過熱誘導的氧化反應形成氣味活性揮發(fā)物[35]，如碳氫化合物、醇類、醛類和酮類，有助于香氣的形成，并且能夠與美拉德反應中的其他揮發(fā)物一同被檢測到，它們也可能進一步與美拉德產物發(fā)生反應[36]。

羊肉中氧化反應產生大量的揮發(fā)性化合物，如醇類、酮類和醛類，雖然它們的結構有助于產生特征風味，但是它們與其他化合物（如呋喃、吡咯、含硫化合物等）相比具有高氣味閾值，所以被認為是肉制品香氣的次要因素[37]。同時，脂質氧化會導致肌肉質地及功能劣化，產生不良風味，加速油脂酸敗，使得羊肉新鮮度和營養(yǎng)質量降低。另一方面，脂質氧化也是肌紅蛋白氧化的促進劑，脂質氧化的醛類產物可以引發(fā)肌紅蛋白的構象變化，導致血紅素褐變增加，從而使得肉色產生缺陷，影響消費者的購買欲[38]。

2.2 烤制羊肉中揮發(fā)性風味物質檢測方法

烤制羊肉樣品預處理后，可以通過提取和富集方法檢測揮發(fā)性風味物質，并分析主要揮發(fā)性物質的類型、含量和貢獻度[39]。由于風味特征成分的微量和復雜性，只有采用比較完善的綜合分析方法，才能夠達到風味分析研究的目的和要求[40]。目前，GC-MS、GC-離子遷移譜（GC-ion mobility spectrometry，GC-IMS）、GC-嗅聞-MS（GC-olfaction-MS，GC-O-MS）和電子鼻是識別食品中揮發(fā)性香氣化合物最常用的技術。

2.2.1 電子鼻

1998年，G?pel[41]引入“生物電子鼻（Bio-E-nose）” 的概念，自20世紀下半葉，研究人員提出了創(chuàng)建人工嗅覺系統(tǒng)的想法，通常稱為電子鼻，以檢測和區(qū)分結構相似的揮發(fā)性有機化合物。電子鼻設備由化學傳感單元和模式識別部分組成，電子鼻裝置可以模仿人體的嗅覺系統(tǒng)，對許多揮發(fā)性化合物進行蒸汽檢測。電子鼻技術簡單、價格合理而被用于食品行業(yè)，是食品工業(yè)必不可少的工具之一[42]。

利用電子鼻系統(tǒng)分析炭烤羊肉發(fā)現，醇類、醛類、酮類、烷烴、硫化物和芳香族化合物是主要的氣味化合物，電烤制與木炭烤制羊肉的風味特征不同，電烤制羊肉具有較高含量的氮氧化物、萜烯、芳烴和有機硫，顯著改變了烤羊肉的氣味特征，電子鼻可對炭烤、電烤、紅外線烤羊肉餅和過熱蒸汽烤羊肉餅的揮發(fā)性風味物質進行主成分分析，以此區(qū)分不同加工方式烤羊肉餅的揮發(fā)性化合物[43]。通過電子鼻分析，在烤制80 min時，烤羊腿富含無機硫化物、氨氧化物、有機硫化物和醇類等，在烤制100 min與120 min時，烤羊腿富含無機硫化物和有機硫化物，其次是氨氧化物、甲基化合物、醇類、醛類及酮類[44]。此外，電子鼻與GC-MS可對烤羊肉中摻入的鴨肉成分進行鑒別，鑒定出5 種特征揮發(fā)性物質，分別為1-辛醇、1-戊醇、己醛、乙酸和十二烷[45]。

2.2.2 GC-MS

GC-MS是目前最常用的風味物質分析技術，該技術基于固相微萃取、氣相分離和MS分析食品中的揮發(fā)性化合物。GC-MS定性分析依賴于保留指數的計算，通過將揮發(fā)性化合物的MS圖與MS庫中記錄的參考化合物的MS圖和保留指數進行匹配來識別揮發(fā)性成分[46]。

通過GC-MS法能夠區(qū)分羊肉在炒制、煎制、炸制加工過程中揮發(fā)性風味化合物形成、變化及差異[47]。并且GC-MS能夠構建指紋圖譜，并在此基礎上對不同品種的羊肉進行區(qū)分[48]?？梢宰C實納瓦拉羊的月齡能夠影響羊肉的揮發(fā)性化合物、氣味和風味屬性[49]。在GC-MS與主成分分析的基礎上發(fā)現，烤制羊肉揮發(fā)性有機化合物中的游離芳香族化合物主要屬于萜類化合物或其衍生物，它們被分類為醛、酮、醇、醚、酚、酸、酯、萜烯和其他類[50]，但由于食品基質的復雜性，GC-MS法在分析前往往需要進行復雜的預處理，較長的檢測時間可能無法滿足多組分分析的快速檢測要求。

2.2.3 GC-IMS

GC-IMS技術是將樣品中的揮發(fā)性組分通過色譜柱預先分離，并直接洗脫到IMS電離室進行離子遷移分析，是一種用于分離和靈敏檢測揮發(fā)性有機化合物的強大技術，利用GC-IMS技術將不可見的風味物質轉化為可見的指紋[51]。具有響應速度快、靈敏度高、操作簡單、成本低等特點，在食品新鮮度、食品摻假、食品風味分析等方面得到廣泛應用[52]。

GC-IMS可用于構建不同月齡、不同品種、不同部位羊肉的風味指紋[53]。GC-IMS技術結合指紋圖譜、主成分分析與聚類分析能夠對不同地區(qū)羊肉的揮發(fā)性風味物質進行區(qū)分，并且通過特征風味的含量來鑒別羊肉中摻入的豬肉、雞肉、狐貍肉等，對羊肉摻偽進行快速鑒別[54-55]。利用GC-IMS可鑒定烤制羊肉中82 種揮發(fā)性風味化合物，如醛（戊醛、壬醛、辛醛、己醛、庚醛、異戊醛、苯甲醛、3-甲硫基丙醛）、酮（2-庚酮、2-丁酮、甲基庚烯酮、 3-羥基-2-丁酮、γ-丁內酯）、醇（戊醇）和酯（乙酸乙酯）[56]。但目前有關羊肉風味物質方面的GC-IMS數據庫還不完整，隨著技術的發(fā)展，后續(xù)研究將建立完整的羊肉風味GC-IMS數據庫，實現快速、靈敏、自動化的表征。

2.2.4 GC-O-MS

GC-O-MS由2 個功能強大的工作單元GC-O和GC-MS組成，將2 個設備的特性融合到一個集成的儀器中，能夠有效從眾多揮發(fā)性成分中鑒定或拾取芳香活性化合物。通過與不同技術的結合，GC-O-MS可以鑒定出食品中的關鍵芳香活性化合物[57]。目前GC-O-MS已經被廣泛用于食物氣味/異味和環(huán)境（空氣、飲用水、土壤等）的揮發(fā)性有機化合物測定中。

利用GC-O-MS技術在炭烤羊肉中鑒定出33 種芳香族化合物，其中烤制前和烤制后羊肉中分別檢測到33、30 種化合物，丁酸、戊酸和2,6-二甲基吡嗪僅在未烤制羊肉中發(fā)現，GC-O-MS與快速GC-電子鼻（Flash GC-E-nose）組合也可以用來區(qū)分烤制羊肉與生羊肉，無論是烤制羊肉還是生羊肉，醛和醇含量均較高，五醛、己醛、七醛和辛醛是主要的醛類，其中己醛含量最高[58]， 3-甲基丁醛、戊醛、己醛、七醛、辛醛、壬醛和1-辛烯-3-醇 可能是重要的風味化合物，其中己醛和1-辛烯-3-醇 是關鍵風味化合物[59]。需要注意的是，雖然GC-O-MS可以有效地從復雜的混合物中篩選芳香族化合物，但是耗時耗力，因此不適用于工作量大的場合。

2.3 烤制羊肉主要揮發(fā)性風味物質

嫩度、芳香味、烤制羊肉風味及回味是消費者喜愛的屬性[60]。羊肉在烤制過程中產生的揮發(fā)性風味物質種類及含量相對較高，其嘌呤含量高于煮制與蒸制羊肉[61]。目前在烤制羊肉中發(fā)現的揮發(fā)性成分主要有醛酮類化合物、醇類化合物、酯類化合物及含氮化合物。Watkins等[62]認為，支鏈脂肪酸、3-甲基吲哚和 4-甲基苯酚會對最終羊肉產品的整體風味有所影響，減少支鏈脂肪酸和4-乙基辛酸能夠提高食用質量和消費者對熟肉產品的接受度。Liu Huan等[63]采用超高效液相色譜-電噴霧串聯(lián)四極桿質譜在羊肉烤制過程中共檢測出24 個亞類的2488 個脂質，主要包括甘油三酯、磷脂酰膽堿（phosphatidylcholine，PC）和磷脂酰乙醇胺（phosphatidylethanolamine，PE），并且發(fā)現了20 個亞類的488 個差異脂質，其中的PC和PE可能主要有助于芳香化合物的形成。該研究共鑒定出13 種香氣化合物作為烤羊肉中的特征風味物質，包括己醛、庚醛和1-辛烯-3-醇 等。馬建榮等[64]對傳統(tǒng)炭烤羊腿進行特征滋味分析，認為鮮味、咸味是傳統(tǒng)炭烤羊腿的主要滋味，谷氨酸是鮮味特征物，外源氯化鈉提供咸味。席嘉佩等[65]發(fā)現，1-辛烯-3-醇、庚醛、正戊醛、十二醛、反-4-癸烯醛、 6-甲基庚醛、對異丙基苯甲醛、癸醛、壬醛、己醛、苯甲醛、4-甲基壬酸、辛醛、2-甲基-3-甲硫基味喃、1-十四炔、萘、聯(lián)二苯為烤制羊肉中關鍵香氣成分。在不同烤制時間烤羊腿中共檢測到8 類香氣成分，主要為雜環(huán)類、酸類、酯類、醛類、醇類、酮類、烷烴類和其他類，烤制羊腿中1-辛烯-3-醇、辛醛、壬醛、(E,E)-2,4-癸二烯醛、 己醛對烤制羊腿的香氣貢獻程度較高，主要表現為肉香、油脂香、烤香和煙熏香等?？局蒲蛉庠?20 ℃爐溫條件下，隨著烤制時間的延長，檢出的揮發(fā)性物質總峰面積和種類數明顯上升，當烤制時間達到40 min時，檢出的揮發(fā)性物質種類數保持穩(wěn)定，醛類、呋喃類等各大類物質成分含量相對穩(wěn)定[66]。烤羊肉中揮發(fā)性風味物質如表1所示。

表1 烤羊肉中揮發(fā)性風味物質Table 1 Volatile flavor substances in roasted mutton

3 結語

烤制羊肉是一種在世界范圍內流行的傳統(tǒng)食品，隨著人們生活水平的提高，在追求口感的同時，對烤制羊肉生產加工及消費安全的要求也隨之增加。品種、性別、月齡、屠宰時間等原料自身因素和加工工藝等均會影響烤制羊肉的氣味和風味。不同的腌制處理、烤制方式是肉制品加工過程中的重要環(huán)節(jié)。目前研究發(fā)現，使用天然來源的腌制劑（菠蘿汁、酸乳的酸乳清、火龍果皮提取物等）、新型腌制方式（超高壓腌制技術、超聲波腌制技術、脈動真空腌制技術等）和現代加熱技術（電加熱空氣、微波加熱、過熱蒸汽等）有助于在提升烤制羊肉的食用品質及風味的同時有效減少有害物質的生成，確保家庭和工業(yè)規(guī)?；a烤制羊肉的安全性。后續(xù)可通對原料（羊肉）、烤制工藝、腌制工藝等方面的選擇來確?？局蒲蛉饽軌蚋咝?、安全進行工業(yè)化生產，加強復合聯(lián)用技術（GC-MS與GC-IMS聯(lián)用、GC-MS與電子鼻聯(lián)用、GC-O-MS與Flash GC-E-nose聯(lián)用等）在烤制羊肉風味化合物檢測中的應用，確保消費者食用健康，滿足消費者對烤制羊肉的更高需求，以推動我國烤制羊肉產業(yè)的發(fā)展。