豬脂肪控制氧化及揮發(fā)性氧化產物研究

徐永霞，張若潔，徐競一，陳清嬋，王可興，潘思軼*

(華中農業(yè)大學食品科學技術學院，湖北 武漢 430070)

豬脂肪控制氧化及揮發(fā)性氧化產物研究

徐永霞，張若潔，徐競一，陳清嬋，王可興，潘思軼*

(華中農業(yè)大學食品科學技術學院，湖北 武漢 430070)

通過單因素試驗和正交試驗研究以熱反應制備肉味香精前體物為目的的豬脂肪控制氧化工藝條件。以過氧化值(POV)、硫代巴比妥酸值(TBA)和酸值(AV)表征油脂的氧化狀態(tài)。結果表明，豬脂肪控制氧化的較佳工藝條件為：反應溫度120℃、反應時間2h、氧氣流速0.025m3/h。采用固相微萃取-氣質聯(lián)用技術對豬脂肪控制氧化產物中的揮發(fā)性成分進行分析，共鑒定出32種化合物，其中醛類化合物占52.52%，為豬脂肪控制氧化產物中的主要揮發(fā)性成分。

豬脂肪；控制氧化；肉味香精；工藝；揮發(fā)性成分

Abstract：The process conditions for the controlled oxidation of lard before the production of pork flavor via thermal reaction were optimized using orthogonal array design based on single factor and experiments. Peroxide value (POV), thiobarbituric acid (TBA) and acid value (AV) were used to evaluate oxidation status. The optimal controlled oxidation conditions of lard were found to be:reaction temperature, 120 ℃; reaction duration, 2 h; and oxygen flow rate, 0.025 m3/h. The volatile oxidation products obtained under these optimal conditions were analyzed by headspace solid phase micro-extraction (HS-SPME)combined with GC-MS. A total of 32 compounds were identified in oxidized lard. Aldehydes were the most abundant volatile components, which accounted for 52.52% of the total volatile oxidation compounds.

Key words：lard；controlled -oxidation；meat flavor；process；volatile components

肉味香精作為一種重要的食品添加劑已廣泛應用于方便食品、肉制品和膨化食品等眾多食品中，主要用于產品的調香、呈味[1]。以脂類為原料，用氧化脂肪參與熱反應制備的肉味香精，是獲得良好肉香風味的較好途徑[2]，也是近年來逐漸興起的一種方法。采用脂肪控制氧化技術制備的肉味香精，不僅肉味濃郁、和諧，而且各種肉的特征性香味突出。

研究表明[3]，不同種類的肉的特征香味來自于動物脂肪部分。如果從各種肉類(如牛、豬、雞肉等)組織中除去脂肪部分，經加熱后具有類似的香味，難以區(qū)別出各種肉的特征香氣。在空氣中加熱牛和豬的脂肪時，一開始就會產生肉的特征香味，而在氮氣中加熱時，則不能生成肉的加熱香味。這說明某種程度的脂肪氧化在香味生成上具有很重要的作用[4]。脂質對肉香味的貢獻主要從以下兩個方面來實現(xiàn)：脂質降解生成肉香味揮發(fā)性組分；脂質和Maillard 反應間的相互作用[5]。動物脂肪在高溫下發(fā)生氧化反應，脂肪酸斷裂形成很多揮發(fā)性物質，其中對風味作用比較大的是較低香氣閾值的脂肪族醛、酮、醇和內酯化合物等，具有肉香味，它們在特征肉香味形成中起重要作用[6]。

研究發(fā)現(xiàn)[7]，脂肪氧化產生的不飽和醛、酮等含羰基化合物與氨基酸、肽等含氨基化合物反應，脂肪通過降低含硫化合物的含量以及提供揮發(fā)性化合物而改善肉的香味。成堅等[8]、謝建春等[9]分別研究了雞脂肪氧化和美拉德反應制備雞肉香精。龔鋼明等[10]進行了氧化牛油Maillard反應制備牛肉香精的研究。不同的動物油脂組分和氧化程度的不同，對經美拉德反應形成特定肉風味物質起著重要的作用。本實驗通過單因素和正交試驗來研究豬脂控制氧化規(guī)律和以制備肉味香精為目的的較優(yōu)化工藝條件，并對豬脂肪控制氧化的揮發(fā)性產物進行分析。實驗結果對以動物脂肪為原料制備肉味香精的技術開發(fā)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

豬板油購自當地超市；C8～C20正構烷烴標準品德國FluKa化學公司。

Agilent 6890 N/5975氣質聯(lián)用(GC-MS)儀 美國Agilent公司；固相微萃取裝置、20mL頂空鉗口樣品瓶美國Supelco公司；DVB/CAR/PDMS 50/30μm(二乙烯基苯/碳分子篩/聚二甲基硅氧烷)；LZB-4玻璃轉子流量計。

1.2 方法

1.2.1 豬脂肪氧化指標的測定

過氧化值(POV)、硫代巴比妥酸值(TBA)和酸值(AV)的測定方法、試劑的配制及標定方法等參照文獻[11-12]進行。

1.2.2 豬脂肪控制氧化實驗

在裝有直形回流冷凝管、水銀溫度計及通氣管的500mL三口燒瓶中加入50g豬脂，置于恒溫磁力攪拌器中進行油浴加熱。當反應瓶溫度上升到指定溫度時開始通入一定流量的氧氣并計時，到達指定時間停止反應，取樣分析。

1.2.3 固相微萃取法制備樣品

取適量在70℃水浴中融化均勻的豬脂肪樣品于螺口樣品瓶中，加入磁轉子，用聚四氟乙烯隔墊密封，于磁力攪拌器上加熱平衡10min。用已活化好的DVB/CAR/PDMS 50/30μm萃取頭(270℃活化30min)頂空吸附20min后，將萃取頭插入GC進樣口，解析5min。

1.2.4 氣相色譜-質譜分析

Agilent公司6890-5973N氣相色譜-質譜儀。

氣相色譜條件：HP-5毛細管柱(30m×320μm，0.25μm)；進樣口溫度：250℃，不分流進樣；升溫程序：起始溫度40℃，以3℃/min升至120℃，保持2min，再以5℃/min升至240℃。

質譜條件：色譜-質譜接口溫度280℃，離子源溫度230℃，四極桿溫度150℃；離子化方式：EI，電子能量70eV，質量掃描范圍35～350u。

2 結果與分析

2.1 不同反應條件對氧化豬脂肪效果的影響

在參考相關文獻及大量預備實驗的基礎上，對反應時間、反應溫度及氧氣流速3個因素對POV、TBA和AV值的影響趨勢分別進行單因素試驗，從而篩選出POV、TBA適當高、AV盡可能低的氧化產物，找出較佳工藝條件組合，為熱反應制備豬肉香精提供較好的前體物質。

2.1.1 反應溫度對豬脂肪控制氧化的影響

在固定豬脂用量50g、反應時間2h、氧氣流速0.025m3/h的條件下，對豬脂肪進行氧化，平行實驗2次。測定氧化豬脂肪的POV、AV和TBA，取各項指標的平均值，考察不同反應溫度對各指標的影響，如圖1所示。

圖1 溫度對AV、POV和TBA的影響Fig.1 Effect of oxidation temperature on AV, POV and TBA

由圖1可以看出，AV隨著溫度的升高而逐漸增大。在100～120℃之間AV增加較緩慢，在120℃之后AV增幅明顯變大。從AV考慮，氧化溫度不宜超過120℃。AV可反映油脂氧化形成脂肪酸的含量，通常也被用于表示油脂酸敗的程度，油脂酸敗產生的低級脂肪酸具有臭味，AV越高酸敗和焦臭味就越嚴重。在100～130℃之間，POV隨著溫度的升高而增大，從100℃到110℃時，POV明顯上升，之后增加變緩，在130℃時POV達最大值。當溫度大于130℃時，POV又呈下降趨勢。POV的高低反映出油脂氧化形成氫過氧化物(ROOH)的含量，雖然ROOH不能提供香氣，但它的分解和熱解可提供肉香味物質或肉香味前體物，僅從制備肉香味物質或肉香味前體物考慮，高POV有利于肉香味物質的形成。油脂氧化初期，POV隨氧化程度加深而增大，而當油脂深度氧化時，ROOH的分解速度超過其生成速度，從而導致POV下降。

油脂氧化過程中，不飽和脂肪酸進一步分解產生醛、酮和低分子有機酸類等化合物，丙二醛是動物油脂變質過程中的中間產物。TBA反映了油脂氧化酸敗的程度。TBA越大說明油脂被氧化的程度越甚。當脂肪嚴重酸敗后，測得的結果反而會顯著降低。可能由于脂肪氧化成醛后，進一步氧化成酸類物質而使原醛類物質含量降低。溫度對TBA的影響較小，溫度從100℃增至120℃，TBA增加緩慢，在120℃時達最大值，之后又開始下降。

因此，綜合考慮氧化溫度對AV、POV和TBA的影響，豬脂肪氧化溫度取120℃比較適合。此時既可以得到較高的POV和TBA，這對香氣物質的產生有利，同時又可使AV處于相對低的范圍，以防止產生焦臭味等不良氣味。

2.1.2 反應時間對豬脂肪控制氧化的影響

在固定豬脂肪用量50g、反應溫度120℃、氧氣流速0.025m3/h的條件下，對豬脂肪進行氧化，平行實驗2次。測定氧化豬脂肪的POV、AV和TBA，取各項指標的平均值，考察不同反應時間對各指標的影響，如圖2所示。

圖2 時間對AV、POV和TBA的影響Fig.2 Effect of oxidation time on AV, POV and TBA

由圖2可以看出，AV隨著時間的延長而逐漸增加。在1～3h內AV增加較緩慢，在3h之后增幅明顯增大。從AV考慮，氧化時間不宜超過3h。POV在反應1h后迅速上升，之后增加幅度較緩，在反應4h后有下降的趨勢。時間對TBA值的影響較小，在1～2h之間，TBA有所增加，當反應超過2h后，TBA又逐漸下降。因此，綜合考慮反應時間對AV、POV和TBA的影響，要獲得較高的POV和TBA，控制較低的AV，較佳的反應時間應為2～3h。

2.1.3 氧氣流速對豬脂肪控制氧化的影響

在固定豬脂肪用量50g、反應溫度120℃、反應時間2h的條件下，對豬脂肪進行氧化，平行實驗2次。測定氧化豬脂肪的POV、AV和TBA，取各項指標的平均值，考察不同氧氣流速對各指標的影響，如圖3所示。

圖3 氧氣流速對AV、POV和TBA的影響Fig.3 Effect of oxygen flow rate on AV, POV and TBA

由圖3可以看出，當通氧氣時會明顯提高豬脂肪的POV、AV和TBA。AV和POV在氧氣流速0.025～0.0375m3/h之間基本保持不變，當大于0.06m3/h時有下降趨勢，總體變化趨勢都較平緩，表明氧氣流速的變化對AV和POV的影響較小。TBA隨氧氣流速增大而增加，在氧氣流速為0.0375m3/h時達最大，之后又開始降低。因此，要獲得較高的POV、TBA和盡可能低的AV值，氧氣流速選取0.0375m3/h比較適合。

2.2 豬脂肪控制氧化的正交試驗

2.2.1 各因素對氧化豬脂肪AV的影響

由表1可知，各因素對AV的影響順序是：氧化時間＞氧化溫度＞氧氣流速。溫度和時間通常是兩個有相互作用的因素。在脂類氧化過程中，當溫度選擇較低時，則時間會略長一點，而當溫度選擇較高時，則時間會比較短[13]。氧化時間延長，AV上升，在2h后，AV上升幅度明顯。其他因素的影響規(guī)律是：氧化溫度升高，AV上升，從120℃到130℃，AV上升幅度較大，在130℃時AV最高；氧氣流速對AV影響較小。

表1 正交試驗結果及分析Table 1 Orthogonal array design arrangement and experimental results

2.2.2 各因素對氧化豬脂肪POV的影響

由表1可知，各因素對POV的影響順序是：氧化時間＞氧化溫度＞氧氣流速。時間是最重要的因素。時間越長，POV越大。其他因素的影響規(guī)律是：氧化溫度升高，POV增加，但從120℃到130℃，POV增加不明顯；氧氣流速對POV影響較小。

2.2.3 各因素對氧化豬脂肪TBA的影響

由表1可知，各因素對TBA的影響順序是：氧氣流速＞氧化時間＞氧化溫度。時間和氧氣流速對TBA的影響大小無明顯差別。TBA隨氧氣流速的增大而增加。隨時間的延長，TBA增加。TBA受氧化溫度的影響不明顯。

2.2.4 豬脂肪控制氧化的較優(yōu)工藝

據以上分析，要獲得較高的POV和TBA以及較低的AV，豬脂肪控制氧化的較佳工藝條件為：氧化溫度120℃、氧化時間2h、氧氣流速0.025m3/h。

2.3 豬脂肪控制氧化揮發(fā)性成分分析

以較佳工藝下獲得的氧化豬脂肪為研究對象，采用SPME-GC-MS法分離鑒定出的揮發(fā)性氧化產物及其相對質量分數見表2。

用固相微萃取-氣質聯(lián)用技術對控制氧化豬脂肪的揮發(fā)性成分進行提取分離，通過計算機譜庫(N IST/WILEY)進行檢索及RI值，再結合相關文獻進行人工譜圖解析。由表2可知，在豬脂肪中共檢測出32種揮發(fā)性氧化產物，其中有12 種醛類化合物，總相對質量分數為52.52%，為豬脂控制氧化產物中的主要揮發(fā)性成分；5種酸類化合物，總相對質量分數為10.18%；5種醇類化合物，總相對質量分數為3.95%；呋喃類化合物1種，相對質量分數為3.19%；3種酯類化合物，總相對質量分數為0.93%；3種酮類化合物，相對質量分數為0.53%；3種烴類化合物，總相對質量分數為0.47%。其中相對質量分數較高的是己醛(1.96%)、庚醛(1.63%)、(E)-2-庚烯醛(3.03%)、辛醛(3.57%)、(E)-2-辛烯醛(7.26%)、壬醛(3.78%)、(E)-2-壬烯醛(2.55%)、2,4-壬二烯醛(1.26%)、(E)-2-癸烯醛(11.13%)、(E,E)-2,4-癸二烯醛(6.18%)、2-十一烯醛(9.19%)、己酸(5.73%)、壬酸(2.41%)、1-辛烯 -3-醇(1.32%)、1-辛醇(2.29%)、2-戊基呋喃(3.19%)。

豬脂肪控制氧化的主要揮發(fā)性成分是醛類化合物，一般認為不同種類的肉的特征香味來自于動物脂肪部分，那么，醛類作為脂肪氧化降解的主要成分，其中很可能含有某種特征香味物質[3,5]。大部分研究表明[14-15]，醛類物質是脂類氧化的主要揮發(fā)性成分，與本實驗結果一致。(E,E)-2,4-癸二烯醛是豬脂氧化的重要醛類化合物，具有油膩的脂肪味，油炸雞香味，醛香、土豆、青香，它是深度油炸食品中最重要的香味物質之一[13]。其他醛類化合物如2-十一烯醛、(E)-2-癸烯醛、2,4-壬二烯醛、(E)-2-辛烯醛、壬醛、庚醛等具有多種香味特征，如脂肪香、油炸香味、堅果味、金屬味、黃瓜味和水果味等。

此外，檢測到的醇類、酯類和酮類化合物對豬脂氧化產生的豬脂香味有貢獻。1-辛烯-3-醇是亞油酸自動氧化的產物，具有蘑菇香、青香、蔬菜香以及油膩的氣息。γ-內酯則會產生愉悅的油炸香味[13]。其他的揮發(fā)物，包括呋喃、脂肪酸、碳氫化合物對豬脂香味也有貢獻。其中2-戊基呋喃是亞油酸自動氧化的產物，可能是含脂食品中的重要的香味物質[16]。

3 結 論

研究了以熱反應制備豬肉香精為目的的豬脂肪控制氧化反應工藝條件，并以POV、AV及TBA值作為豬脂肪氧化狀態(tài)的控制指標。通過單因素及正交試驗確定了豬脂肪控制氧化的相對優(yōu)化工藝條件為：反應溫度120℃、反應時間2h、氧氣流速0.025m3/h。豬脂肪氧化程度不需太高，因為氧化程度越高，揮發(fā)性氧化產物中增加香氣的化合物會增加，但產生異味的化合物也會增加，這將對豬脂肪風味產生不利影響。

采用頂空固相微萃取-氣質聯(lián)用技術對豬脂肪控制氧化的揮發(fā)性成分進行分析，共鑒定出32種化合物，其中醛類化合物占52.52%，為豬脂肪控制氧化產物中的主要揮發(fā)性成分，它們將是參與麥拉德反應，形成豬肉香味的主要組分。此外還鑒定出5種酸類化合物(10.18%)，5種醇類化合物(3.95%)，1種呋喃類化合物(3.19%)，3種酯類化合物(0.93%)等對豬肉香味有貢獻的揮發(fā)性成分。

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Optimization of Conditions for Controlled Oxidation of Lard and Analysis of Volatile Oxidation Products

XU Yong-xia，ZHANG Ruo-jie，XU Jing-yi，CHEN Qing-chan，WANG Ke-xing，PAN Si-yi*
(College of Food Science and Technology, Huazhong Agricultural University, Wuhan 430070, China)

TS225.2

A

1002-6630(2010)21-0076-05

2010-08-31

湖北省農業(yè)科技創(chuàng)新團隊項目(2007620)

徐永霞(1983—)，女，博士研究生，研究方向為香精香料。E-mail：xuyx1009@webmail.hzau.edu.cn

*通信作者：潘思軼(1956—)，男，教授，博士，研究方向為農產品加工化學。E-mail：pansiyi@mail.hzau.edu.cn