萝卜羊肉汤配方优化及其挥发性风味成分分析

(哈尔滨商业大学旅游烹饪学院,黑龙江哈尔滨 150028)

烹调中的“汤”作为烹饪中不可或缺的重要部分,有着深远的历史,随着饮食文化的不断发展,汤类逐渐发展成为各类菜肴风味的重要组成之一[1]。目前大部分汤类产品都是以鸡肉、牛肉、羊肉、猪肉、鸭肉等为主[2-4]。萝卜含有丰富的维生素、糖分、微量元素等营养物质[5]。羊肉肉质细嫩、口味独特、高蛋白、低热量，富含人体所必需的氨基酸和微量元素[6],有益于人体健康。因此以萝卜和羊肉为原料,开发味道鲜美、营养丰富的萝卜羊肉汤,能够极大丰富汤类品种,为消费者提供多样化的选择。目前关于汤类加工工艺的研究众多,主要集中在鸡汤、菌汤、鱼汤、鸭汤以及骨头汤等[7-9]。李金林等[10]利用固相微萃取和气相色谱-质谱联用技术,研究油煎、调料添加和煮制时间对鱼汤烹制过程中挥发性成分变化的影响,发现鱼汤风味化合物形成的主要原因是油煎和调料添加;柯丽霞等[11]对香菇菌汤呈味核苷酸溶出的熬制工艺进行了优化研究,得到了香菇菌汤呈味核苷酸溶出的最佳熬制工艺;韩科研等[12]通过研究反应温度、反应时间和pH对鸭骨汤酶解液美拉德反应的颜色和风味的影响,确定了最佳的反应条件。

目前针对萝卜羊肉汤的相关研究较少,对萝卜羊肉汤加工过程中风味物质的形成规律及挥发性风味物质成分还缺乏系统的研究。本研究在萝卜羊肉汤配方优化的基础上,结合电子鼻和气质联用技术,对熬制的萝卜羊肉汤挥发性风味变化和风味物质成分进行研究和测定,探索关键节点对萝卜羊肉汤品质的影响,从而为进一步开发高品质的萝卜羊肉汤提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

羊后腿肉、经典碘盐、料酒、葱、姜、白萝卜 哈尔滨北京华联超市(埃德蒙顿路店)。

JD200-3电子天平 沈阳天平仪器有限公司;TB60A1砂锅 浙江苏泊尔股份有限公司;AR350红外线温度枪 香港恒高电子集团;ST-20140504211电子鼻 上海瑞玢国际贸易有限公司;65 μm DVB/CAR/PDMS固相微萃取器(SPME) 美国SUPELCO公司;Agilent19091S-433气相色谱-质谱联用仪 美国Agilent公司。

1.2 实验方法

1.2.1 萝卜羊肉汤制备工艺流程 羊肉焯水→焯水处理的羊肉放入清水中,加入葱姜、料酒,大火煮沸8 min→熬制60 min→加入萝卜继续炖煮10 min→出锅时加盐调味。

1.2.2 萝卜羊肉汤的制作工艺要点 焯水:羊后腿肉200 g洗净后切均匀小块,料酒15 g,姜片20 g,葱段25 g放入500 g冷水中焯3 min以去除羊肉膻味,将焯水后的羊肉用清水清洗。熬煮:砂锅中加入900 g清水,放入焯好的羊肉,加入姜片10 g,葱段15 g,料酒20 g,大火煮沸8 min后熬制60 min(控制温度在80 ℃左右),加入100 g萝卜块继续炖煮10 min。在汤熬制的过程中温度控制十分关键,为保持温度一致,使用红外线温度枪定时测量汤的中心温度,注意测量时动作要迅速。调味:临出锅时加入5 g食盐。

1.2.3 单因素实验 基于萝卜羊肉汤的基础配方,固定羊肉重量200 g,水的重量800 g,料水比1∶4 g/mL,萝卜的量50%,加盐量2.5%,熬制温度80 ℃,熬制时间60 min,改变其中任意一项,研究料水比(1∶2、1∶3、1∶4、1∶5、1∶6 g/mL)、萝卜添加量(10%、30%、50%、70%、90%,萝卜的量/羊肉的量,g/g)、盐添加量(0.5%、1.5%、2.5%、3.5%、4.5%,盐的质量/羊肉质量,g/g)、熬制温度(60、70、80、90、100 ℃)及熬制时间(20、40、60、80、100 min)对萝卜羊肉汤感官品质及电子鼻结果的影响。

1.2.4 正交试验 在上述单因素实验的基础上,选择料水比、萝卜添加量、加盐量和熬制时间这四个对萝卜羊肉汤品质影响显著的因素进一步进行正交实验,确定萝卜羊肉汤的最优配方,每个因素设3个水平,设计L9(34)正交实验。正交实验因素与水平表见表1。

表1 萝卜羊肉汤熬制工艺的正交试验因素水平表Table 1 Factors and levels of orthogonal array design

1.2.5 感官评定 10名烹饪科学专业的研究生以萝卜羊肉汤的色泽、香气、滋味、稠度为指标进行感官评价,以100分为满分计,取其平均值作为最后结果。感官评分标准见表2。

表2 萝卜羊肉汤感官评价标准Table 2 Criteria for sensory evaluation of radish lamb soup

1.2.6 电子鼻检测 当样品温度降为50 ℃时,将萝卜羊肉汤装入40 mL样品瓶中,加盖密封,平衡后直接将进样针头插入样品瓶,采用顶空吸气法进行电子鼻分析实验。测定条件:样品准备时间10 s,气体检测时间60 s,进样流量500 mL/min,传感器清洗时间120 s。在每一次测量样品前,首先清洗传感器。对所得电子鼻数据进行主成分分析(PCA),电子鼻传感器敏感成分表如表3所示。

表3 电子鼻传感器敏感成分表Table 3 Sensitive components of electronic nose sensor

1.2.7 固相微萃取及GC-MS分析 选取正交实验中的最优组样品5 g置于玻璃管中进行固相微萃取(SPME),取65 μm PDMS/DVB萃取头置GC-MS进样口于250 ℃老化10 min后备用,样品在60 ℃吸附30 min,分析样品挥发性风味物质。

顶空进样条件:样品瓶加热温度100 ℃,样品环温度150 ℃,传输线温度170 ℃,样品环平衡时间0.05 min,进样时间1 min。

GC-MS分析条件:色谱条件为安捷伦19091S-433毛细管柱(30 m×25 μm,0.25 μm),载气为高纯氦气(纯度>99.999%),流速1 mL/min,进样口温度250 ℃,分流比为20∶1。程序升温步骤:起始温度40 ℃,保留3 min;以5 ℃/min升至130 ℃,保留3 min;再以8 ℃/min升至200 ℃,保持2 min;最后以2 ℃/min升至250 ℃,保留2 min。质谱条件:EI电离源,电子轰击能量70 eV,离子源温度230 ℃,4级杆温度150 ℃,质谱扫描范围35～400 amu,溶剂延迟4 min,辅助温度280 ℃。调谐文件为标准调谐,扫描模式为全扫描。

定性和定量分析:挥发性成分的定性运用 NIST08.LIB和NIST08s.LIB标准谱库对GC-MS质谱数据进行检索,保留匹配度大于800(最大值为1000)的化合物,再结合相关文献进行解析;采用峰面积归一化法进行简单定量,求得各挥发性成分的相对含量。

1.3 数据处理

采用Statistix 8.1软件中的Tukey HSD程序对实验数据进行差异性显著性分析(P=0.05);采用Excel软件制作表格;电子鼻测定数据采用自带的软件系统进行主成分分析(principal component analysis,PCA);每个样品进行5次平行样的测定,实验结果以平均值±标准差表示。

2 结果与分析

2.1 萝卜羊肉汤熬制工艺的单因素实验结果

2.1.1 料水比对萝卜羊肉汤品质的影响 料水比对萝卜羊肉汤感官品质的影响如表4所示,随着料水比的增加,萝卜羊肉汤的感官评分呈先升高后降低的趋势。当料水比为1∶3 g/mL时,萝卜羊肉汤的感官评分最高,且不同料水比对萝卜羊肉汤品质的影响有显著性差异(P<0.05)。随着料水比的增加,即增加水的比例时,萝卜羊肉汤中的可溶性固形物浓度降低[13],导致汤汁的稠度降低,风味偏淡;当减少萝卜羊肉汤中水的比例时,汤汁中的风味成分和营养物质不能完全溶出,最终造成萝卜羊肉汤的稠度偏高。

表4 料水比对萝卜羊肉汤感官品质的影响Table 4 Effect of material-to-water ratio on sensory quality of radish lamb soup

不同料水比熬制的萝卜羊肉汤的PCA图谱见图1。图1显示的判别指数为99.6%,说明不同料水比的5组萝卜羊肉汤可以用电子鼻区分出来。第一主成分的贡献率为93.2%,第二主成分的贡献率为6.2%,累计贡献率为99.4%,表明提取的信息能够反映原始数据大部分信息。料水比为1∶2和1∶3 g/mL的样品组在图谱中相距较近,说明它们的挥发性气味差异相对较小,可能是由于两组样品中水的比例较小,从而能够更好的使汤中的风味物质呈现出来。其他条件下的3组样品数据分布相对较远,能明显区分开。结合感官评价,料水比为1∶3 g/mL时感官评分最高。

图1 不同料水比萝卜羊肉汤气味的PCA图Fig.1 PCA plot of flavor of radish lamb soup with different material-to-water ratios

2.1.2 萝卜添加量对萝卜羊肉汤品质的影响 萝卜添加量对萝卜羊肉汤感官品质的影响如表5所示,当萝卜添加量为50%时,萝卜羊肉汤的感官评分最高,此条件下汤汁与萝卜添加量为30%的汤汁在色泽上没有显著差异(P>0.05),但在滋味、香气和稠度上存在显著差异(P<0.05)。当萝卜添加量为50%时,萝卜羊肉汤在滋味、香气及稠度上均优于其他组。当萝卜所占比例过少时,汤汁味感单一,香气淡薄,影响最终汤汁滋味和香气的呈现;当萝卜比例过多时,汤汁量减少,过于浓稠,颜色加深,影响汤汁的感官品质。

表5 萝卜添加量对萝卜羊肉汤感官品质的影响Table 5 Effect of radish dosage on sensory quality of radish lamb soup

不同萝卜用量的电子鼻PCA图见图2。由图2可知,第一主成分和第二主成分的贡献率分别为97.8%和2.0%,总贡献率为99.8%,能够描述挥发性风味物质随不同萝卜添加量的变化趋势。DI为98.8%,图谱中各组分数据均匀分布在各自的区域内,没有重叠现象。当萝卜添加量为10%、30%、50% 时样品图谱均分布在Y轴的左侧,且在横坐标方向上相距较近,风味较为相近。剩余两组条件下样品且与其他3组相距较远,表明气味存在明显差异,这可能是因为随着萝卜添加量的增加,对最终汤中风味物质产生了一定影响。结合感官评价可知,萝卜用量为50%的感官评分最高。

图2 不同萝卜添加量的电子鼻PCA图Fig.2 Electronic nose PCA diagram of different radish dosages

2.1.3 加盐量对萝卜羊肉汤品质的影响 加盐量对萝卜羊肉汤感官品质的影响如表6所示,感官评价结果表明,加盐量为2.5%时,萝卜羊肉汤的感官评分达到最大值,且与其他加盐量的样品组有显著性差异(P<0.05)。盐对于萝卜羊肉汤味道的形成具有至关重要的作用。研究表明,在汤熬制的过程中加入食盐,可以改变肌原纤维的结构和肌球蛋白的提取率以及完整性,从而影响蛋白质的功能特性[14]。食盐的添加能够促进萝卜羊肉汤中蛋白质的溶解及降解,有利于被人体吸收和利用[15-16]。加盐量过高或过低时都会影响汤汁最终的味道,从而影响其感官评价。

表6 加盐量对萝卜羊肉汤感官品质的影响Table 6 Effect of salt content on sensory quality of radish lamb soup

盐用量的电子鼻PCA图见图3。由图3可知,主成分1和主成分2贡献率分别为86.5%和12.0%,累计贡献率为98.5%,判别指数为97.6%,表明样品间有明显差异。当盐的添加量为1.5%、2.5%、3.5%时,3个样品的数据分布相对较近,表明萝卜羊肉汤在3个条件下风味差异相对较小。而盐的添加量为4.5%的萝卜羊肉汤数据信息分布在第四象限,表明整体风味上较其他4组样品有一定差异。这可能是因为随着盐量的增加,促进了原料中蛋白质的溶出,加速萝卜和羊肉中风味物质成分的释放[17]。结合感官评价,盐的添加量为2.5%时感官评分最高。

图3 不同盐的用量的电子鼻PCA图Fig.3 Electronic nose PCA diagram of different salt dosages

2.1.4 熬制温度对萝卜羊肉汤品质的影响 熬制温度对萝卜羊肉汤感官品质的影响如表7所示,随着熬制温度的增加,感官评分呈先升高后降低的趋势,熬制温度80 ℃时感官评分最高,与其他熬制温度的样品组具有显著性差异(P<0.05)。此时的萝卜羊肉汤口感香醇、香味浓郁、色泽微黄,汤汁品质味道俱佳。这可能是由于随着熬制温度的升高,羊肉中的蛋白质降解渗出,有利于汤汁色泽、滋味和香气的形成。而温度较低时,影响了萝卜羊肉汤的风味[18],熬制温度过高时,虽然香气和滋味较好,但是汤汁色泽暗淡、形态浑浊,影响了其感官评价。

表7 熬制温度对萝卜羊肉汤感官品质的影响Table 7 Effect of boiling temperature on sensory quality of radish lamb soup

不同熬制温度的电子鼻PCA图见图4。2个主成分的贡献率分别为99.6%和0.3%,总贡献率为99.9%,说明两个主成分能够反映样品的整体信息。判别指数为98.2%,说明不同熬制温度条件下的萝卜羊肉汤气味有明显区别。由图4可知,熬制温度为60、70、80 ℃的3组样品在气味上比较相近。熬制温度为90和100 ℃样品数据的分布区域较远,说明在气味上差异明显。这可能是由于熬制温度过高时,原料与水能够形成强烈对流,提高了羊肉和萝卜中水溶性物风味物质的溶出速率,从而能更好的将汤中萝卜和羊肉的风味挥发出来[19]。结合感官评价的结果可知,熬制温度80 ℃汤汁感官评分最高。

图4 不同熬制温度萝卜羊肉汤气味的PCA图Fig.4 PCA plot of volatile aroma of radish lamb soup with different boiling temperatures

2.1.5 熬制时间对萝卜羊肉汤品质的影响 熬制时间对萝卜羊肉汤感官品质的影响如表8所示,当熬制时间为60 min时,萝卜羊肉汤的感官评分最高。且与其他熬制时间有显著性差异(P<0.05)。这种变化可能是由于熬制过程中产生了大量新的风味成分,由于原料中的风味物质比较丰富,加热使其发生了降解,并促使降解产物之间的相互作用,从而使汤汁形成独特的风味[20]。当熬制时间较短时,汤汁的总体色泽、香气和滋味偏弱;当熬制时间较长时,汤汁的色泽和滋味偏浓,随着熬制时间的增加,汤汁中的水分大量蒸发,出汤量明显减少,从而影响了汤汁的品质。

表8 熬制时间对萝卜羊肉汤感官品质的影响Table 8 Effect of boiling time on sensory quality of radish lamb soup

不同熬制时间的电子鼻PCA见图5。第一主成分的贡献率为99.2%,第二主成分的贡献率为0.5%,总贡献率为99.7%,说明这两个主成分构成的二维平面可以表征不同熬制时间萝卜羊肉汤气味的差异。判别指数达到87.3%,说明5组样品在气味上存在着显著差别。

由图5可知,熬制时间为20 min的样品的气味明显区别其他四组样品。熬制时间为60、80、100 min样品的挥发性气味比较相近。这可能是因为当熬制时间为20 min时,汤汁中的香味物质溶出不足,随着熬制时间的增加,萝卜羊肉汤中的风味物质逐渐溶入汤中,香气增加。结合感官评价,熬制时间60 min萝卜羊肉汤的感官评分最高。

图5 不同熬制时间萝卜羊肉汤气味的PCA图Fig.5 PCA plot of volatile aroma of radish lamb soup with different boiling times

2.2 萝卜羊肉汤熬制工艺的正交试验结果

萝卜羊肉汤熬制工艺的正交试验结果见表9,由表中极差大小可得,试验因素主次顺序为料水比>熬制时间>加盐量>萝卜添加量。从每个因素的k1、k2、k3中选取最大值,确定萝卜羊肉汤熬制条件的最优组合是A1B3C1D3,即料水比为1∶2.5 g/mL、萝卜添加量60%、加盐量2%、熬制时间70 min,按照此工艺参数制得的萝卜羊肉汤感官评分为(95.80±1.09)分,在此工艺条件下熬制的萝卜羊肉汤味道浓郁,口感醇厚,回味持久。

表9 萝卜羊肉汤熬制工艺的正交试验结果Table 9 Orthogonal array design with experimental results

由图6可知,累计贡献率为95.3%,判别指数DI值达到99.6%,说明9组萝卜羊肉汤气味存在明显差异,能够反映样品的整体信息[21]。其中,4、5、6号样品的风味相近,结合试验条件分析可知,3组样品的料水比相同。1号样品的数据点分布在第一象限,在PCA图中明显远离其他8组样品,表明1号样品与其他样品组的气味成分差异很大,这是因为1号样品采用的实验条件均为最小值,相比于其他样品组,汤汁的各风味成分含量较低,从而造成了汤汁风味的差异。

图6 萝卜羊肉汤熬制工艺正交试验样品的气味PCA图Fig.6 PCA plot of volatile aroma of samples obtained from orthogonal array design

2.3 样品挥发性风味物质GC-MS分析

在正交试验的基础上,选取正交试验中的最优方案,即料水比1∶2.5 g/mL、萝卜添加量60%、加盐量2%、熬制时间70 min,对该条件下熬制的萝卜羊肉汤样品采用顶空固相微萃取技术收集其挥发性风味成分,通过气质联用,测定样品中挥发性风味物质的种类和含量,萝卜羊肉汤挥发性风味成分及相对含量见表10,总离子图见图7。

图7 萝卜羊肉汤总离子流图Fig.7 Total ion flow chart of radish lamb soup

萝卜羊肉汤的GC-MS总离子流如图7,样品的挥发性风味物质成分见表10。分析表10可知,在萝卜羊肉汤中共检测出68种挥发性成分,检测出的醛类物质共5种,包括壬醛、己醛、癸醛、苯甲醛、2-硝基苯甲醛,占总挥发性物质含量的2.02%。醛类物质一般来源于脂质的氧化和降解,具有较强的挥发性和脂肪香味,阈值较低,对风味的贡献较大[22]。

表10 萝卜羊肉汤挥发性风味物质成分Table 10 Volatile components of radish lamb soup

续表

壬醛和己醛是油酸和亚油酸氧化的产物,壬醛具有清香气味,己醛呈现水果香气和油脂味,癸醛呈现柑橘皮味和甜橙味,其主要来源于脂肪的氧化,苯甲醛具有特殊的杏仁香味,对于脂香风味的形成具有重要影响[23-26]。检测出的醇类物质共7种,占总含量的2.15%,醇类物质对风味的形成至关重要,醇类风味物质的阈值比醛酮类高,还能与脂肪酸缩合形成酯,产生清香和脂肪香味。检测出的酮类物质1种,占总含量的0.203%。酮是脂质氧化及降解的主要产物之一[27-29],氨基酸降解和微生物氧化可以产生酮类物质,酮类物质的感觉阈值较高,本试验样品中检测到的酮类物质含量相对较少,对萝卜羊肉汤气味的贡献相对较小。样品中检测到5种酸类物质和6种酯类物质,分别占总含量的0.534%和0.753%。虽然检测出的挥发性烃类物质含量相对较高,但烃类来源于脂肪酸烷氧自由基的断裂,阈值较高,对总体风味贡献不大[30]。另外,萝卜羊肉汤中检测出4种芳香族化合物,占总含量的3.609%,芳香族成分对萝卜羊肉汤的气味贡献较大,有利于芳香气味的形成,对风味贡献较大。结合风味物质相对含量和对风味贡献的大小可知,萝卜羊肉汤的主要风味贡献物质为D-柠檬烯、1-甲基-4-(1-甲基乙基)-1,4-环己二烯、β-月桂烯、3,7-二甲基-1,6-辛二烯-3-醇。

3 结论

利用感官评价结合电子鼻对熬制萝卜羊肉汤品质进行探究以确定萝卜羊肉汤熬制的最佳工艺条件,通过正交试验明确最佳工艺条件为料水比1∶2.5 g/mL、萝卜添加量60%、加盐量2%、熬制时间70 min,此条件下制得的萝卜羊肉汤感官评分达到95.80分;电子鼻的PCA结果显示,萝卜羊肉汤气味存在明显差异;利用气相色谱质谱联用检测萝卜羊肉汤中挥发性风味成分,发现汤汁中的主要风味贡献物质成分为D-柠檬烯、1-甲基-4-(1-甲基乙基)-1,4-环己二烯、β-月桂烯、3,7-二甲基-1,6-辛二烯-3-醇,总含量达到78.06%,研究结果为开发高品质的萝卜羊肉汤提供理论依据。