两种制备方式 猪肉香精挥发性风味成分差异性分析

乔凯娜,王琳涵,孔 琰,张玉玉,孙宝国,陈海涛,孙 颖

(北京市食品风味化学重点实验室,北京工商大学,北京 100048)

近年来，随着调味品行业的发展,咸味香精产品发展迅速,尤其以肉味香精占据了很大的市场份额。为了提高肉类的附加值,将肉类制成热反应肉味香精是很好的开拓途径之一[1]。通过酶解肉类蛋白得到的酶解液可以与多种氨基酸、还原糖类等物质，在高温下发生Maillard反应,产物具有浓郁、醇厚的香气,可以增加肉制品的口感协调性。生姜作为传统香辛料,适量添加能够使肉制品味道更加鲜美、醇厚。微波加热具有迅速、省时、经济节能、保持食物原有风味和营养成分等优点[2]。焙烤加热能够使食品产生独特风味,处理食品时水分不易流失,能够实现多种烹调变化。

风味是衡量肉制品品质的重要因素,也是衡量肉味香精产品品质的重要指标,不同方式制备的香精产品,其风味成分各不相同[3],为了解各种肉制品及肉味香精产品的风味特征,国内外众多学者对各种肉制品及其制备的肉味香精的挥发性成分进行了分析。秦刚等[4]通过偏最小二乘回归和电子鼻，分析荣昌猪肉烤制加工过程中的挥发性风味物质,发现对其风味贡献大的化合物有甲基硫化合物、吡嗪类化合物和呋喃类化合物及其衍生物;刘雅娜等[5]研究了微波复热和烤箱复热两种方式对烤全羊食用品质及挥发性风味物质的影响,其结果表明，烤箱复热烤全羊产生风味物质多且食用品质最好;张喆[6]等采用SPME结合全二维气相色谱-飞行时间质谱对肉味香精的挥发性成分进行分析,发现其中对肉味香精风味贡献较大的为醛类、杂环类及各物质中的含硫化合物;苏里阳等[7]探究了红外电热烤箱烤制全羊的主要香气成分,发现了芳香烃类是其主要挥发性风味成分;El-Shimi等[8]对微波炉中烹饪的牛肉进行感官评估表明,微波处理的样品具有较高的风味评分;Mottram[9]对煮猪肉和烤猪肉的研究发现，源自热氧化的醛、醇以及杂环化合物在挥发性成分中占主导地位;Meinert等[10]对油炸猪肉的挥发性风味特征分析得出，对油炸猪肉挥发性香气成分贡献大的是醛类化合物;Lotfya等[11]通过常规微波加热法将蘑菇蛋白酶解物与其他香料前体制备的两种牛肉样香精通过GC-MS进行对比研究,发现样品中含硫醇的化合物占主导地位。目前,对于微波和焙烤方式制备的肉味香精中挥发性风味成分的研究几乎未见报道。

本研究选择微波和焙烤两种方式制备猪肉香精,以猪肉为主要原料,采用蛋白酶解技术,经Maillard反应制备猪肉风味香精,同时采用固相微萃取法(solid-phase micro extraction,SPME)结合气相色谱-质谱(gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS)联用技术和气相色谱-嗅闻(gas chromatography -olfactometry,GC-O)技术对猪肉香精挥发性风味成分进行鉴定,对比分析两种不同的热反应方式对猪肉香精挥发性风味物质的差异性,旨在开发出更符合家庭菜肴的调味基料,为猪肉风味香精的工业化生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

猪后尖肉、生姜、桂皮、八角、肉蔻、小茴香、花椒 北京市永辉超市;中性蛋白酶(20万U/g)、风味蛋白酶(20万U/g)、木瓜蛋白酶(60万U/g)、纤维素酶(2万U/g) 广西南宁庞博生物有限公司;葡萄糖、木糖、硫胺素(VB1)、半胱氨酸、谷氨酸、精氨酸、脯氨酸、核苷酸二钠(I+G)(食品级) 冀州市华阳化工有限责任公司;酵母膏(食品级) 广东一品鲜生物科技有限公司;水解植物蛋白液(HVP)(食品级) 河北保定味群食品工业有限公司;猪骨油(食品级) 抚顺市独凤轩有限责任公司;C6～C30正构烷烃(色谱纯) 国药集团化学试剂有限公司;氮气(体积分数99.9%) 北京氦普北分气体工业有限公司。

G80F23CN3L-Q6(W0)格兰仕微波炉 中国格兰仕集团;809EB德普嵌入式电烤箱 北京德普厨房电器;75 μm Carboxen/PDMS固相微萃取头 美国Supelco公司;TRACE-1310气相色谱-质谱联用仪 美国Thermo公司;GERSTEL-C200 ODP嗅闻仪 德国Gerstel公司。

1.2 实验方法

1.2.1 猪肉酶解液的制备 称取猪瘦肉100 g,切成边长2 cm左右的小块,放入绞肉机中搅碎,按猪肉与水质量比为1∶1混匀,加热搅拌,待温度达到50 ℃时,加入0.1%的中性蛋白酶(0.1 g)、0.1%的木瓜蛋白酶(0.1 g)和0.2%的风味蛋白酶(0.2 g)(占猪瘦肉质量百分比)进行酶解,酶解1 h,酶解温度50 ℃。酶解结束后迅速升温至85 ℃,维持10 min灭酶活,冷却至室温,得到猪肉酶解液。

1.2.2 姜汁酶解液的制备 将生姜30 g切块,放入榨汁机中进行打浆,按料液比质量比1∶1加水混匀,加热搅拌,待温度达到50 ℃,加入0.2%纤维素酶(0.06 g)(占姜质量百分比),酶解1 h,酶解温度50 ℃。酶解结束后,迅速升温至85 ℃,维持10 min灭酶活,冷却至室温,得到姜汁酶解液。

1.2.3 猪肉香精的制备 对本实验室前期研究结果[12]进一步改进,得到了较优的热反应配方为:猪肉酶解液18.75 g、姜酶解液0.40 g、猪骨油6.20 g、酵母膏0.90 g、HVP液1.35 g、葡萄糖5.00 g、D-木糖1.00 g、半胱氨酸0.73 g、谷氨酸0.73 g、精氨酸0.73 g、脯氨酸0.73 g、VB10.27 g、I+G 0.16 g、八角0.10 g、桂皮0.02 g、肉蔻0.10 g、小茴香0.20 g、花椒0.20 g。

微波制备的猪肉香精:将热反应原料加入表面皿中，混合均匀放入微波炉中,在800 W条件下加热3 min,得到香精样品A1。

焙烤制备的猪肉香精:将热反应原料加入表面皿中，混合均匀放入烤箱中,在220 ℃下加热15 min,得到香精样品A2。

1.2.4 SPME法提取挥发性风味成分 取香精样品5 g,放入15 mL样品瓶中,用聚四氟乙烯隔垫密封,60 ℃条件下水浴平衡30 min,插入SPME萃取纤维头,顶空萃取1 h,然后在GC-MS进样口解析5 min,进行气质联机分析。

1.2.5 GC-MS联机的条件 GC条件:TG-WAXMS毛细管色谱柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm);进样口温度250 ℃;升温程序:起始温度40 ℃,保持1 min;以4 ℃/min升至100 ℃,保持1 min;以3 ℃/min升至150 ℃,保持1 min;再以6 ℃/min升至190 ℃,保持1 min;再以8 ℃/min升至230 ℃,保持1 min;载气(He)流速1.00 mL/min,不分流进样,进样量为1 μL。

MS条件:电子轰击(EI)离子源,电子能量70 eV;离子源温度230 ℃;四级杆温度150 ℃;质量扫描范围50～550 m/z。扫描方式:全扫描,调谐文件为标准调谐。

1.2.6 GC-O条件 GC-O试验由7位经过培训的感官评价人员完成,每名评价人员对样品进行嗅闻一次,记录评价员在嗅闻过程中所闻到的香气特征和对应的保留时间,结合GC-MS中挥发性风味物质对应的保留时间和保留指数，来确定嗅闻谱峰对应的化合物[13]。GC-O条件与GC-MS条件保持一致,将6位以上评价员都闻到的化合物选定为关键性风味成分[14]。

1.2.7 正构烷烃测定保留指数(rentation index,RI) 将正构烷烃作为标准物单独进样,进样量0.1 μL,分流比100∶1。升温程序和待测样品条件一致。RI的计算公式如下[15]:

式中:n为碳原子的个数;t′(i)为待测组分的调整保留时间(min);t′(n)为具有n个碳原子的正构烷烃调整保留时间(min):t′(n+1)为具有n+1个碳原子的正构烷烃调整保留时间(min)。

1.3 数据处理

定性分析:挥发性物质的鉴定结果根据NIST12谱库检索和RI结合手动检索来确定，以相似度和RI结合进行定性分析。

定量分析:采用面积归一化法进行定量分析，以确定各挥发性成分的相对含量。

2 结果与分析

2.1 两种样品的总离子流图谱

采用固相微萃取法,对微波和焙烤两种不同热处理方式制备的猪肉香精中挥发性成分进行GC-MS分析,微波制备的猪肉香精挥发性成分总离子流色谱图如图1所示,焙烤制备的猪肉香精挥发性成分总离子流色谱图如图2所示。

图1 微波制备的猪肉香精挥发性风味成分总离子流色谱图Fig.1 Total ion current of volatile flavor compounds of pork flavoring prepared by microwave

图2 焙烤制备的猪肉香精挥发性风味成分总离子流色谱图Fig.2 Total ion current of volatile flavor compounds of pork flavoring prepared by baking

2.2 微波和焙烤制备猪肉香精的风味物质

通过SPME法提取微波和焙烤制备的猪肉香精中挥发性风味成分,其GC-MS鉴定结果如表1所示。提取微波和焙烤制备的猪肉香精挥发性风味成分种类及相对含量如表2所示。嗅闻分析微波和焙烤两种方式制备的猪肉香精主要挥发性风味成分如表3、表4所示。

表1 微波和焙烤制备猪肉香精挥发性风味成分的GC-MS鉴定结果Table 1 The GC-MS identification results of volatile flavor compounds of pork flavoring made by microwave and baking

续表

续表

表2 微波和焙烤制备猪肉香精的挥发性风味成分种类及相对含量对比结果Table 2 The results of kinds and relative contents of the volatile compounds of pork flavoring by microwave and baking

表3 嗅闻分析微波制备的猪肉香精关键香气成分Table 3 Key aroma compounds of pork flavoring by microwave identified by GC-O

表4 嗅闻分析焙烤制备的猪肉香精关键香气成分Table 4 Key aroma compounds of pork flavoring by baking identified by GC-O

由表1可以看出,采用SPME法结合GC-MS和GC-O技术在微波制备的猪肉香精中共鉴定出37种挥发性成分,包括烃类3种,醛类15种,醇类8种,酯类1种,酸类5种,杂环类3种,其它化合物2种。在焙烤制备的猪肉香精中共鉴定出44种挥发性成分,包括烃类7种,醛类14种,醇类6种,酯类4种,酮类1种,酸类6种,酚类2种,杂环类化合物2种,其它化合物2种。两者中共同鉴定出的挥发性成分有24种,包括烃类2种,醛类11种,醇类4种,酸类3种,杂环类化合物2种,其它化合物2种。焙烤制备的猪肉香精挥发性成分中草蒿脑和茴香脑的含量明显多于微波制备的。

由表2可知,相比于微波方式,焙烤制备的猪肉香精中挥发性风味化合物的种类较多。两种方式制备的猪肉香精中醛类和其它类化合物的含量均较高,微波制备的猪肉香精挥发性成分中醛类、杂环类成分的含量明显多于焙烤方式制备的猪肉香精。

烃类化合物在微波制备的猪肉香精中检测到3种,而在焙烤中检测到7种。两种制备方式中均被鉴定出的有α-蒎烯、γ-衣兰油烯。烃类化合物主要来源于脂肪酸烷基自由基的均裂[41],本研究鉴定出的烃类化合物主要是萜烯类化合物,这些萜烯类化合物呈味阈值较低,在辛香料中含量丰富,如猪肉香精制备过程中所用的生姜、花椒[42]。王强伟等[43]对鲜姜挥发性风味物质进行研究,检测到α-蒎烯、雪松烯、反式-α-香柠檬烯、γ-榄香烯、γ-衣兰油烯均为鲜姜中的主要挥发性成分,这些化合物在焙烤制备的香精中检测到。于大胜等[44]在姜味物质的挥发性风味成分的提取分析中检测到了α-法尼烯,本研究焙烤制备的香精中也检测到。因此猪肉香精中检测到的烃类化合物可能多数来源于配方中的生姜。

醛类化合物在微波制备的猪肉香精中共鉴定出15种,占总挥发性成分的19.55%,焙烤制备的猪肉香精中共鉴定出14种,占总挥发性成分的12.88%。两种制备方式均鉴定出的醛类化合物有12种,分别为己醛、辛醛、壬醛、反-2-辛烯醛、苯甲醛、反-2-壬烯醛、反-2-癸烯醛、(Z)-3,7-二甲基-2,6-辛二烯醛、反,反-2,4-壬二烯醛、柠檬醛、反,反-2,4-癸二烯醛。向小乐等[45]研究了湘味烤乳猪在微波加热、高温烤箱、常压水解和高压蒸煮4种不同加热工艺下对其风味形成的影响,得出烤箱熟化湘味乳猪肉由于醛类种类多、含量高，因而风味较好,而在本实验中微波猪肉香精中检测到的醛类成分较多;张莉莉等[46]采用SPME法鉴定了高压制备的糖醋排骨香精中挥发性成分,结果表明，对糖醋排骨香精独特风味可能具有贡献的化合物有苯甲醛、糠醛、反-2-癸烯醛、反-2,4-癸二烯醛等。Wang Yao等[47]在对清炖猪肉汤香气化合物的分析中检测到反,反-2,4-壬二烯醛、壬醛。醛类化合物主要来自于脂肪氧化和氨基酸反应,油酸和亚油酸是猪肉中2种含量最丰富的脂肪酸,而辛醛、壬醛、反,反-2,4-癸二烯醛是亚油酸的主要挥发性氧化产物[48],烤箱温度较高促进了脂肪的氧化。醛类化合物能够赋予猪肉香精青香、果香和坚果的芳香气味。己醛具有柑橘香、果香和蜡香,是ω-6不饱和脂肪酸-亚油酸的氧化产物,辛醛、壬醛有青草、脂肪香气[6];苯甲醛含量较多具有杏仁、坚果香气,可能是苯丙氨酸的降解产物,也可能与加入的香辛料有关[49];反-2-辛烯醛、反-2-壬烯醛、反-2-癸烯醛、反,反-2,4-壬二烯醛有青香、坚果、脂肪香气;反,反-2,4-癸二烯醛有脂肪油炸气味,可能与猪肉香精的制备方式有关。4-异丙基苯甲醛在微波制备的猪肉香精中被鉴定出,有枯茗和桂皮类似香辛料的香气。在两种方式制备的猪肉香精中,醛类化合物含量均较高,因其具有较低的阈值,因此对猪肉香精的整体风味具有重要贡献。

醇类化合物在微波制备的猪肉香精中检测到8种,占总挥发性成分的2.03%,焙烤制备的猪肉香精中检测到6种,占总挥发性成分的3.24%。两者挥发性成分中共有的醇类化合物有芳樟醇、1-辛醇、4-萜烯醇、松油醇,其中芳樟醇在有关姜和花椒挥发性成分分析中鉴定到[50-52],具有紫丁香与玫瑰等花香,这可能与本实验添加的姜、花椒和茴香等香辛料有关;1-辛醇具有甜橙和玫瑰样的脂蜡气息,在脂解率较大的样品中含量较高,这可能与本研究香精中添加的猪骨油在一定的温度下分解有关[5];此外,在本研究中焙烤制备的猪肉香精中检测到了1-辛烯-3-醇,具有蘑菇的特征风味,可能衍生自花生四烯酸的12-氢过氧化物,其阈值仅为0.001 mg/kg,但对整体香气有重要贡献,Mottram等[9]所报道的在煮猪肉中1-辛烯-3-醇有超高浓度,发现是其关键性风味成分。醇类的风味阈值较醛酮类高,对形成肉类风味具有一定的作用[53]。

酸类化合物在微波制备的猪肉香精中鉴定到5种,焙烤制备的猪肉香精中检测到的酸类化合物有6种,两种不同制备方式均鉴定出的酸类化合物是己酸、辛酸、壬酸,己酸具有甜香气味;辛酸具有不舒适的气味和焦糊味,但稀释后呈水果香气,存在于肉豆蔻、柠檬草、苹果、葡萄酒中;壬酸具有青香、脂肪气味。酸类物质的香味阈值较高,对香精的主要风味物质贡献不大[54],但可以使本研究得到的产品风味更为愉悦柔和。

酯类化合物在微波制备的猪肉香精中鉴定到1种,占总挥发性成分的0.31%,烤箱制备的猪肉香精中检测到4种,占总挥发性成分的0.59%。酯类化合物是由肌肉组织中脂肪氧化产生的醇和游离脂肪酸之间的相互作用形成的,通常呈现水果香味,可能来源于各种醇和酸的酯化作用[53]。在加热的过程中，脂类物质发生热降解,在热降解的过程中形成酯、内酯[14]。本研究微波和焙烤制备的猪肉香精挥发性成分中酯类成分完全不同,这可能与这两种制备方式的温度和时间有关,在微波制备的猪肉香精中检测到了乙酸苏合香酯,而在焙烤制备的猪肉香精中检测到了(Z)-9-十八碳烯酸己基酯、乙酸松油酯、花生四烯酸甲酯、2,5-十八碳二炔酸甲酯。这些酯类物质的挥发性较小,对本研究猪肉香精的整体风味贡献意义不大。

微波制备的猪肉香精中未鉴定到酮类和酚类化合物,而在焙烤中检测到了酮类化合物为胡椒酮,胡椒酮是天然存在的香料,有薄荷和樟脑的香气[55],酮类化合物可能是醇的氧化产物,也可能是脂类分解的产物[56]。酚类鉴定出2种包括丁香酚和愈创木酚,其中丁香酚是丁香挥发油中最主要的风味物质,具有蜂蜜、辛香、烟熏香、熏肉样香气,愈创木酚具有烟草、甜香和草药气味[14]。顾小红等[57]应用同时蒸馏萃取和固相微萃取两种预处理方法,分析常压制备牛肉香精中的挥发性成分,发现其特征性酮类化合物为四氢-2-甲基-3(2H)-呋喃酮,而在本研究中未鉴定到,这可能与制备方式有关。与醛类物质相比,酮类物质的嗅觉阈值较高,对猪肉香精的整体风味贡献较小。

杂环类化合物(主要是含硫含氮化合物)在微波制备的猪肉香精中鉴定出3种,焙烤猪肉香精中鉴定出2种,共有成分为苯并噻唑和4-甲基-5-羟乙基噻唑,它们是硫胺素的热降解产物[58],其中4-甲基-5-羟乙基是一种名贵的香料,具有坚果豆香、奶香、蛋腥气和肉香。通过微波方式得到的猪肉香精挥发性成分中还鉴定出叔十六硫醇,它们可能形成自乙醛与甲硫醇、H2S和二甲基二硫化物[59]。含硫含氮化合物主要来源于氨基酸和还原糖之间的美拉德反应,氨基酸的降解和硫胺素的热解,这类化合物的阈值较低,多具有肉香,对猪肉特征风味的形成起关键作用[60]。钱敏[52]等以猪肉酶解物、酵母抽提物、猪油、水、木糖、葡萄糖、半胱氨酸、甘氨酸、蛋氨酸、VB1为原料,利用SPME-GC-MS的方法分析了高压制备的猪肉香精的挥发性成分,证明了呋喃、吡嗪、噻唑、噻吩类化合物是猪肉香精香气的关键性特征成分,而通过微波和焙烤得到的猪肉香精这些成分大多都未检测到,这可能与微波和焙烤的热反应方式有关,也可能与制备猪肉香精的原料不同有关。

两种不同制备方式得到香精产品中鉴定到茴香脑相对含量均最高,分别为24.50%、27.29%,因此,香辛料对于本研究制备的猪肉香精风味贡献较大。茴香脑在香辛料中特别是八角、茴香中含量较多,是八角、茴香挥发性成分中的主要成分,其带有甜味,具有茴香的特殊香气[61],是猪肉香精重要的风味物质。此外在两者中检测到了草蒿脑,草蒿脑在八角、茴香等香辛料的挥发性成分中也检测到,具有甜味和甘草、茴香的气息,这些挥发性物质的产生与热反应时加入的香辛料有关。

3 结论

微波制备的猪肉香精中共鉴定出37种挥发性成分,焙烤制备的猪肉香精中共鉴定出44种挥发性成分。焙烤制备的猪肉香精中的挥发性风味成分多于微波制备的,但微波制备的醛类和杂环类化合物的相对含量较高,在微波中为19.55%、4.43%,焙烤中为12.88%、0.88%,由于醛类和杂环类化合物对猪肉香精的风味贡献较大,这使得微波制备的猪肉香精风味更加圆润,香气更加浓郁。两者共同鉴定出的挥发性成分有24种,包括烃类2种,醛类11种,醇类4种,酸类3种,杂环类2种,其它化合物2种。两种制备方式中鉴定出茴香脑的质量分数均最高,其次是醛类和杂环类化合物。本研究制备的猪肉香精关键性香气物质为醛类和杂环类化合物。与焙烤方式制备的猪肉香精相比,微波方式制备的猪肉香精中主要挥发性风味成分较多,由此制备出的调味基料更接近厨房菜肴,这对于猪肉香精的工业化生产具有一定的指导作用。