不同復熱處理牛肉特征風味物質(zhì)分析

許蜜蜜,邱月,王旭驊,謝雪華,丁玉庭,呂飛

(浙江工業(yè)大學 食品科學與工程學院,浙江 杭州,310014)

牛肉富含蛋白質(zhì)和多不飽和脂肪酸,且氨基酸組成接近人體所需比例,符合當前人們健康飲食的需要。近二十年,中國牛肉消費量呈快速增長趨勢,由2000年的500萬t增至2019年的770萬t[1],快餐牛肉制品隨著速食文化流行,市場逐步擴大,烤制牛肉是國民主要食用方式之一,因其風味獨特、營養(yǎng)豐富,廣受消費者歡迎。肉制品的風味是氣味和滋味的復雜結(jié)合,對肉的食用品質(zhì)具有重要的影響,是消費者決定購買的關(guān)鍵因素之一。預制牛肉制品經(jīng)過貯藏運輸,再由消費者進行復熱處理,排除預制牛肉制品本身因素干擾,其風味仍會因貯藏時間和溫度、復熱時間和溫度等因素使風味產(chǎn)生變化,最終發(fā)展成不良風味。

微波、蒸制是食品加工中常見的熱處理方式,可運用于各類食品的滅菌、加熱、烹煮[2-3],區(qū)別于煎制、烤制、油炸、燉煮等傳統(tǒng)肉制品加熱方式[4],微波、蒸制是餐飲行業(yè)如快餐、航空餐、便利店等最常使用的復熱方式。目前國內(nèi)外大多數(shù)學者主要圍繞不同復熱方式處理預制食品品質(zhì)變化及控制方法[4-7]、異味形成及其影響因素[8-9]等開展研究,而探究復熱處理后預制品特征風味變化的研究鮮見報道,因此對復熱預制牛肉制品特征風味進行解析具有現(xiàn)實必要性。復熱溫度過高通常使肉制品中風味前體物質(zhì)進一步降解并產(chǎn)生新的風味物質(zhì)[10],多數(shù)研究將復熱樣品中心溫度控制于70～85 ℃利于復熱風味的保持[10],本研究以新鮮和貯藏24 h的烤制牛肉為對照組,采用微波、蒸制對烤制牛肉進行復熱處理,復熱終點中心溫度達到75 ℃為止,對不同處理牛肉的揮發(fā)性風味物質(zhì)、核苷酸、氨基酸進行了檢測。分析烤制牛肉復熱后的風味特征及變化規(guī)律,以期為復熱預制牛肉特征風味解析提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

冷鮮牛里脊,杭州聯(lián)華華商集團有限公司;2,4,6-三甲基吡啶、腺苷三磷酸、腺苷酸、肌苷酸、次黃嘌呤核苷、次黃嘌呤、鳥苷酸二鈉標準品,美國Sigma公司;其余試劑均為色譜純或分析純。

1.2 儀器與設備

EG720FF1-NS微波爐,佛山市順德區(qū)美的微波電器制造有限公司;ST28D-X7電蒸烤箱,深圳市凱度電器有限公司;AT4202多路溫度測試儀,常州安柏精密儀器有限公司;DZ-400/2L多功能真空包裝機,上海祥正機械有限公司;7890A-5975C氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀,美國Agilent公司;e2695高效液相色譜儀,美國Waters公司;L8900全自動氨基酸分析儀,日本日立公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 樣品處理

新鮮牛里脊清水沖洗表面后用廚房紙巾吸干,以垂直牛里脊肌纖維的方向?qū)⑴＠锛骨懈畛珊穸葹? cm的肉片,將肉片繼續(xù)處理成長寬高為3 cm×3 cm×1 cm的長方體肉塊,進行烤制?？局茥l件根據(jù)預實驗中對牛肉采用不同烤制溫度、時間處理,最終通過感官喜好評分確定為:烤箱180 ℃上下火,正反面烤制時間均為7 min,總烤制時間14 min?？局婆Ｈ怆S機分4組,每組質(zhì)量為(100.00±2.00) g,將其中3組真空包裝后置于4 ℃冰箱中冷藏,貯藏24 h后取出,2組打開包裝分別進行不同復熱處理,復熱條件由預實驗確定,選取微波最大功率700 W及蒸箱100 ℃條件,隨即使用多路溫度測試儀測量牛肉的中心溫度,當復熱牛肉中心溫度為(75.00±2.00) ℃時,停止復熱,確定加熱條件為微波(700 W,55 s)和蒸制(100 ℃,10 min),分別標記為Mb和Ssb。另外一組作為貯藏后的對照組Sb。新鮮烤制牛肉作為原品對照,標記為Rb。

1.3.2 揮發(fā)性風味物質(zhì)(volatile organic compounds,VOCs)

固相微萃取(solid phase micro-extraction,SPME)條件:稱取絞碎樣品(3.00±0.01) g于20 mL頂空瓶中,加入內(nèi)標2,4,6-三甲基吡啶(10-5g/L)300 μL,置于60 ℃水浴中平衡10 min,使用75 μm CAR/PDMS于60 ℃水浴吸附40 min。

GC條件:HP-5MS毛細管柱(30 m × 0.250 mm,0.5 μm);升溫程序:柱初溫 40 ℃,保持3 min,以5 ℃/min速度升溫至200 ℃,再以10 ℃/min速度升溫至230 ℃,保持3 min。載氣(He)流量 1.0 mL/min。解吸溫度250 ℃,解吸時間5 min,不分流模式。

質(zhì)譜條件:EI能量源;電子能量70 eV,質(zhì)量掃描范圍35～450m/z,離子源溫度220 ℃,傳輸線溫度250 ℃。

定量分析:采用內(nèi)標法,以質(zhì)量濃度為10-5g/mL的2,4,6-三甲基吡啶為內(nèi)標,在水浴前加入樣品中共同孵育,通過計算物質(zhì)峰面積與內(nèi)標物峰面積比值關(guān)系求得物質(zhì)含量,計算如公式(1)所示:

(1)

式中:M為物質(zhì)含量,ng/g;S物為物質(zhì)峰面積;S標為標品峰面積;m物為選取樣品質(zhì)量,g;0.3為所加標品體積,mL;10-5為標品質(zhì)量濃度,g/mL。

1.3.3 風味物質(zhì)評價

香氣活性值(odor activity value,OAV)和味覺活性值(taste activity value,TAV)的計算分別如公式(2)、公式(3)所示:

(2)

(3)

等鮮濃度(equivalent umami concentration,EUC)反映了鮮味氨基酸及鮮味核苷酸的協(xié)同鮮味強度,相當于單一味精鮮度的質(zhì)量濃度[12],計算如公式(4)所示:

EUC=∑(aibi)+1218∑(aibi)(ajbj)

(4)

式中:EUC為等鮮濃度,g/100 g;ai和aj為鮮味氨基酸和鮮味核苷酸質(zhì)量濃度,g/100 g;bi和bj為鮮味氨基酸和鮮味核苷酸的鮮度系數(shù)[谷氨酸(glutamate,Glu)為1,天冬氨酸(aspartic acid,Asp)為0.077,腺苷酸(adenosine monophosphate,AMP)為0.18,肌苷酸(inosine monophosphate,IMP)為1,鳥苷酸(guanosine monophosphate,GMP)為2.3];1 218為協(xié)同作用系數(shù)。

1.3.4 游離氨基酸

游離氨基酸測定中提取部分參考汪倩[6]的方法,稍作修改。采用氨基酸分析儀檢測,色譜柱:Na+型陽離子交換柱(4.6 mm ID×60 mm,3 μm顆粒);離子交換樹脂2622,檢測器為紫外可見光檢測器;顯色劑為茚三酮/醋酸鈉緩沖液;緩沖液系統(tǒng)為檸檬酸緩沖液B1(pH 3.2),B2(pH 3.0),B3(pH 4.0),B4(pH 4.9);緩沖液流速0.4 mL/min;柱溫55 ℃,反應室溫135 ℃。

1.3.5 核苷酸

核苷酸含量參照中華人民共和國水產(chǎn)行業(yè)標準SC/T 3048—2014進行測定[13],每組3個平行處理。

1.4 數(shù)據(jù)分析

根據(jù)物質(zhì)保留時間與NIST2014譜庫(美國國家標準技術(shù)研究院)對比鑒定,選取正反相似指數(shù)均大于800的物質(zhì)。揮發(fā)性風味物質(zhì)香氣特征參考http://www.flavornet.org進行解釋。通過在線應用Metabo Analyst 5.0(https://www.metaboanalyst.ca/)和SICMA13.0 (瑞典umalmo)對揮發(fā)性風味物質(zhì)數(shù)據(jù)進行t檢驗和偏最小二乘判別分析(partial least squares discriminant analysis,PLS-DA)分析作圖;SPSS Statistics 26(美國 IBM)對數(shù)據(jù)進行平均值、標準偏差計算及顯著性(P<0.05)差異分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同復熱處理下烤制牛肉氣味特征分析

2.1.1 揮發(fā)性風味物質(zhì)定性、定量及OAV分析

對各樣本的GC-MS 總離子流色譜圖經(jīng)數(shù)據(jù)處理后,根據(jù)正反匹配度>800篩選出揮發(fā)性物質(zhì)65種,將其分為醛類(21種)、醇類(7種)、酮類(3種)、烴類(22種)、酯類(2種)、酸類(3種)、雜環(huán)類(4種)及其他類(3種)八類物質(zhì),結(jié)果見附表1(https://doi.org/10.13995/j.cnki.11-1802/ts.032775)。在Rb、Sb、Mb、Ssb組中分別檢測出62、64、58、64種揮發(fā)性物質(zhì),總含量分別為7 153.45、5 854.61、4 285.17、6 038.33 μg/kg。Mb組的風味物質(zhì)種類及含量最少,張凱華等[14]的研究也表明當復熱中心溫度控制一致,肉制品復熱風味物質(zhì)的含量與處理方式有關(guān),蒸制由于加熱時間長,風味前體物質(zhì)消耗更多,產(chǎn)生比較豐富的揮發(fā)性物質(zhì)。

表1 復熱處理對烤制牛肉OAV影響Table 1 Effect of storage and reheat treatment on OAV of roast beef

烤制牛肉的特征風味成分由風味物質(zhì)的含量及香味閾值共同決定,各組揮發(fā)性風味物質(zhì)的OAV經(jīng)計算結(jié)果如表1所示。結(jié)合附表1(https://doi.org/10.13995/j.cnki.11-1802/ts.032775)可知,4組中醛類物質(zhì)含量占八類揮發(fā)性物質(zhì)首位,醛類占總揮發(fā)性物質(zhì)含量77%以上。所有檢出的醛類物質(zhì)OAV值均大于1,OAV值>100的醛類物質(zhì)由高到低有:十三醛、(Z)-4-癸烯醛、壬醛、辛醛、癸醛、己醛、十六醛、(E)-2-壬烯醛、(E,E)-2,4-癸二烯醛。通常認為直鏈醛是亞麻酸、花生四烯酸等不飽和脂肪酸氧化的產(chǎn)物,支鏈醛可由游離氨基酸參與strecker醛降解脫氨脫羧產(chǎn)生[10,15],本實驗中不存在支鏈醛,表明脂質(zhì)氧化對烤制牛肉及其復熱風味貢獻更大。Sb組中十三醛、(Z)-4-癸烯醛、十六醛、(E,E)-2,4-癸二烯醛4種物質(zhì)OAV值較Rb組上升;復熱后部分醛類物質(zhì)OAV值較Rb、Sb組下降,但Mb組中的(Z)-4-癸烯醛、(E,E)-2,4-癸二烯醛、十六醛,Ssb組中的十三醛、(Z)-4-癸烯醛、壬醛、己醛、(E,E)-2,4-癸二烯醛OAV值較Rb、Sb組存在不同程度上升,上述醛類物質(zhì)表明脂肪氧化持續(xù)作用于烤制牛肉的貯藏、復熱過程中,且相關(guān)醛類產(chǎn)物在不同的復熱處理中含量進一步升高,對復熱牛肉風味影響較大。壬醛、己醛、辛醛主要被描述為水果甜味、柑橘香氣、玫瑰花香味、青草香味[16-17],在XIE等[10]的研究中指出,己醛、壬醛、辛醛與油酸、亞油酸、γ-亞麻酸的含量呈負相關(guān),被認為是來自于油酸、亞油酸、γ-亞麻酸的代謝產(chǎn)物。十三醛的OAV值最大(6 307.00≤OAV≤11 047.00),根據(jù)基質(zhì)中的濃度不同可呈花香味、潮濕霉味,Ssb組中其OAV值約為其余組的2倍,對蒸制復熱牛肉風味影響較大;十六醛同為長鏈脂肪醛,具有紙板味;(Z)-4-癸烯醛、(E,E)-2,4-癸二烯醛及其他不飽和醛的氣味特征通常被賦予清香、脂肪、炸土豆氣味等氣味特征,豐富牛肉特征風味。

醇類也是重要的風味物質(zhì),鏈長增加時氣味特征更為明顯[18]。4組中醇類物質(zhì)OAV值均大于1的物質(zhì)是1-辛烯-3-醇、1-己醇,對牛肉風味貢獻較大。1-己醇為高分子質(zhì)量脂肪醇,被形容為具有果香、青草香[18],1-辛烯-3-醇主要是由花生四烯酸經(jīng)脂肪氧化酶氧化形成蘑菇、清新氣味[19],其相對含量經(jīng)復熱后升高,花生四烯酸含量在復熱處理后下降,兩者具有一定相關(guān)性。醛、醇類物質(zhì)可以通過進一步氧化形成酸類物質(zhì),來源較復雜,己酸、正壬酸可呈汗味、青草味、脂肪味。Mb組中己酸的OAV值約為Ssb組3倍,Ssb組中正壬酸的OAV值約為Mb組8倍,己酸、正壬酸分別對Mb、Ssb組牛肉風味影響較大。呋喃類物質(zhì)可以通過美拉德反應、硫胺素降解或脂質(zhì)氧化產(chǎn)物與strecker醛降解產(chǎn)物相互作用產(chǎn)生[20],2-正戊基呋喃、2-正丁基呋喃具有黃油和青豆香氣[8]。此外,其他揮發(fā)性風味物質(zhì)如烴類、酯類與酮類含量低,總體氣味閾值較高,對風味貢獻較小。

2.1.2t檢驗及PLS-DA分析

t檢驗為兩個總體方差相近,正態(tài)或近似正態(tài)的獨立樣本間差異性分析,ZANG等[8]利用t檢驗從56個風味物質(zhì)中篩選出15種關(guān)鍵風味物質(zhì)并對這15種物質(zhì)進行主成分分析,明確了預煮豬肉復熱后產(chǎn)生WOF異味的特征物質(zhì),因此t檢驗可用于樣品風味變化前后風味數(shù)據(jù)的提取,篩選出關(guān)鍵揮發(fā)性物質(zhì),作為后續(xù)分析的基礎(chǔ)?；诖?本研究將處理組與對照組及處理組間分別進行t檢驗,并從結(jié)果中篩選出OAV值≥1的關(guān)鍵風味差異性物質(zhì)。4組中共存在16種關(guān)鍵風味差異性物質(zhì)分別為:戊醛、己醛、1-己醇、2-正丁基呋喃、庚醛、己酸、(Z)-2-庚烯醛、2-正戊基呋喃、辛醛、壬醛、(E)-2-壬烯醛、癸醛、十三醛、十四醛、十五醛、十六醛。

為有效區(qū)分不同復熱處理烤制牛肉關(guān)鍵風味物質(zhì),對16種關(guān)鍵性香氣差異物質(zhì)進行PLS-DA分析。4組牛肉揮發(fā)性風味組成的化學模式可用4個主成分來描述,其中主成分1、2占總方差的84.8%、5.3%,模型累計預測能力Q2(cum)=0.93及Y軸累計解釋度R2Y(cum)=0.73,均大于0.5,表明模型具有較好的預測能力與擬合度。如圖1所示,4組烤制牛肉在主成分1、2中得到有效區(qū)分,Rb與庚醛、辛醛、癸醛僅在主成分1中呈顯著正相關(guān);Sb與坐標原點相近,與主成分1、2相關(guān)性較低;Ssb與主成分2呈顯著正相關(guān),與(Z)-2-庚烯醛、十三醛、十四醛、十五醛、十六醛相關(guān)程度較高;Mb與主成分1、主成分2均呈現(xiàn)顯著負相關(guān),與己酸呈高相關(guān)性。由此可知,不同復熱處理的烤制牛肉之間香氣特征存在差異,庚醛、辛醛、癸醛通常被形容為脂香、果香味,表明烤制牛肉總體氣味特征較其余組具有更明顯的脂香、辛甜、果香味;(Z)-2-庚烯醛被描述為具有肉味[21],十三醛、十六醛等屬于長鏈脂肪醛,在Ssb組中含量接近Rb組的2倍,當在基質(zhì)中濃度增加時呈潮濕霉味、蠟味、油脂味、硬紙板味,且十三醛OAV值為總風味物質(zhì)中最高(6 307.00≤OAV≤11 047.00),表明蒸制復熱易導致長鏈脂肪醛的增加使牛肉風味劣變。此外,有研究認為長鏈脂肪醛可作為揮發(fā)性飽和醛或不飽和醛的前體物質(zhì)[22],Ssb組后續(xù)風味劣變速度可能相應增加;己酸呈汗味,通常源自脂質(zhì)自氧化及醛氧化,與微波處理相關(guān)性強,其含量及OAV值均小于十三醛、十六醛,由此可知,微波處理對復熱牛肉產(chǎn)生不良風味的影響小于蒸制處理。

5-戊醛;8-己醛;11-1-己醇;14-2-正丁基呋喃;15-庚醛;19-己酸;20-(Z)-2-庚烯醛;25-2-正戊基呋喃;27-辛醛;34-壬醛;37-(E)-2-壬烯醛;42-癸醛;60-十三醛;62-十四醛;63-十五醛;64-十六醛圖1 不同復熱處理烤制牛肉關(guān)鍵風味成分雙標圖Fig.1 Biplot of key flavor components in roast beef with different reheat treatments

2.2 不同復熱處理下烤制牛肉滋味分析

2.2.1 游離氨基酸

游離氨基酸是牛肉中重要的呈味物質(zhì),根據(jù)呈味特征,分為呈鮮、呈甜、呈苦及無味氨基酸[6,23],檢測各組牛肉中的游離氨基酸并進行TAV分析,結(jié)果見表2。Rb和Sb兩組樣品的游離氨基酸總量無顯著差異,復熱處理使總游離氨基酸含量顯著下降,Mb、Ssb組間呈顯著差異。復熱組中8種呈苦味氨基酸[苯丙氨酸(phenylalanine,Phe)、半胱氨酸(cysteine,Cys)、纈氨酸(valine,Val)、甲硫氨酸(methionine,Met)、異亮氨酸(isoleucine,Ile)、亮氨酸(leucine,Leu)、組氨酸(histidine,His)、精氨酸(arginine,Arg)]的含量較Rb組顯著下降,Ssb組含量下降最顯著;Mb組中2種呈鮮甜味氨基酸[Asp、甘氨酸(glycine,Gly)]的TAV值顯著高于Ssb組。Asp、Glu、Arg是4組中對牛肉滋味貢獻度較大的3種游離氨基酸,TAV值均>100,其中Asp對牛肉滋味貢獻度最高(2 106.30≤TAV≤2 166.65),其TAV值在Mb組中最高(TAV=2 166.67)。分析原因如下:牛肉復熱后,肌纖維蛋白和膠原蛋白降解生成游離氨基酸的程度小且游離氨基酸作為重要的風味前體物參與其他熱降解途徑發(fā)生損耗,因此造成復熱處理后總游離氨基酸含量顯著下降。研究結(jié)果中8種含量發(fā)生變化的呈苦味氨基酸(Phe、Cys、Val、Met、Ile、Leu、His、Arg)均是能夠參與風味反應如美拉德反應、strecker醛降解的重要氨基酸。微波、蒸制復熱中苦味氨基酸含量顯著不同可能與加熱時間有關(guān),蒸制由于熱傳遞效率較微波加熱慢,加熱時間更長,使更多游離氨基酸參與了風味生成途徑。因此,本研究中微波復熱在保持烤制牛肉的滋味特性及氨基酸營養(yǎng)保留方面優(yōu)于蒸制復熱方式。

表2 貯藏、復熱處理下烤制牛肉游離氨基酸含量及滋味活力值Table 2 Free amino acid content and TAV of roast beef under storage and reheat treatments

2.2.2 核苷酸

核苷酸含量影響肉制品的滋味及風味。腺苷三磷酸(ATP)作為次級核苷酸代謝反應的源頭物質(zhì),可逐步降解可產(chǎn)生AMP、IMP、次黃嘌呤核苷(inosine,HxR)和次黃嘌呤(hypoxanthine,Hx)。GMP、AMP、IMP是肉中呈鮮味核苷酸,Hx、HxR是呈苦味核苷酸[11],不同處理牛肉中的6種核苷酸檢測結(jié)果如圖2所示。相對于Rb組,ATP含量在Sb、Mb與Ssb 3組中均呈下降趨勢,但僅Mb組較Rb組下降顯著;IMP含量在Sb、Mb和Ssb組中均呈下降趨勢,但僅Sb組較Rb組下降顯著,復熱處理對IMP含量無顯著影響;3組GMP含量均較Rb組顯著下降,組間無顯著差異?？辔逗塑账酘xR含量在Sb、Mb和Ssb組中顯著上升,3組間無顯著差異,表明貯藏、復熱處理會使呈苦味核苷酸含量增加,可能對肉的滋味產(chǎn)生負面影響。4組中AMP、Hx的含量均不存在顯著差異。綜上,貯藏、微波、蒸制復熱處理均會使烤制牛肉中的鮮味核苷酸GMP含量下降,苦味核苷酸HxR含量上升,但復熱處理對核苷酸的影響與儲藏處理相似,核苷酸種類及含量無顯著差異。鮮味核苷酸(GMP、AMP、IMP)與鮮味氨基酸(Asp、Glu)之間存在鮮味協(xié)同作用[12],可用等鮮濃度來解釋。經(jīng)計算Rb、Sb、Mb和Ssb組樣品的EUC值分別為 403.32、372.32、365.45和342.50。經(jīng)貯藏、復熱處理后牛肉的等鮮濃度值均下降,其中微波處理的牛肉等鮮濃度值較蒸制高,更適用于復熱烤制牛肉的滋味保持。

圖2 貯藏、復熱處理對烤制牛肉核苷酸含量變化的影響Fig.2 Effect of storage and reheat treatment on the nucleotide content of roast beef注:同種核苷酸小寫字母不同表示差異顯著(P<0.05)。

3 結(jié)論

本研究通過對微波和蒸制復熱牛肉特征風味的分析發(fā)現(xiàn),(Z)-2-庚烯醛、十三醛、十四醛、十五醛、十六醛是蒸制復熱牛肉的特征風味物質(zhì),與蒸制復熱牛肉的潮濕霉味、油脂、蠟味、硬紙板味有關(guān)。己酸可以作為微波復熱牛肉的特征風味物質(zhì)。從滋味物質(zhì)分析,2種復熱處理牛肉中氨基酸較兩組對照組顯著下降,主要是由于呈苦味氨基酸含量下降導致,微波處理使牛肉中的呈鮮甜味氨基酸Asp、Gly的TAV值顯著上升;復熱處理使牛肉的核苷酸總量下降,但呈苦味核苷酸含量升高,復熱組間無差異。等鮮濃度結(jié)果表明,微波復熱的烤制牛肉具有更高的鮮度。研究可為復熱牛肉特征風味的解析提供一定的理論基礎(chǔ)。