广式烧鸭不同加工阶段挥发性风味成分研究

蒋平香,戴欣玮,王勤志,*,滕建文,夏 宁,韦保耀

(1.桂林市食品药品检验所,广西桂林 541002；2.广西大学轻工与食品工程学院,广西南宁 530004)

鸭肉富含多种人体必需的钾、铁、铜、锌等微量元素,同时具有高蛋白、低脂肪、低胆固醇等特点,是人们非常喜爱的动物类烹饪食材[1],除此之外,鲜鸭还被广泛地加工成盐水鸭、酱鸭、板鸭以及烤鸭等各类产品,其中广式烧鸭因其皮脆肉香、味道醇厚、肥而不腻、滋味浓郁而深受广大消费者喜爱。

风味是评价肉制品品质的重要指标,已有很多学者对此进行了研究。目前,国外对鸭肉的风味报道极少[2],国内的研究主要集中在板鸭[3]、南京盐水鸭[4-5]、北京烤鸭[6-7]、酱鸭[8]等鸭肉制品的挥发性风味物质的组成上,而关于广式烧鸭挥发性风味物质的研究较少。目前,戴欣玮等研究了不同的加工方式(炭烤和电烤)对广式烧鸭挥发性风味成分的影响,发现炭烤烧鸭香味总量大于电烤烧鸭[9]。在不同的加工阶段,鲜鸭中的脂肪、蛋白质、碳水化合物会发生脂肪氧化、Strecker降解、Maillard反应与硫胺素反应等,产生各种挥发性风味物质,对烧鸭风味产生重要影响,而针对广式烧鸭加工过程中挥发性风味成分的变化研究还较鲜见。因此本文将重点研究广式烧鸭加工过程中挥发性风味成分种类和含量的变化以及这些变化对不同阶段烧鸭风味产生的影响。

本文利用顶空固相微萃取(Headspace Solid Phasse Micro-Extraction,SPME)技术对广式烧鸭加工过程中产生的风味成分进行提取和浓缩,并结合气相色谱-质谱(GC-MS)法进行鉴定。同时,采用气味活性化合物分析和主成分分析法,对传统广式烧鸭加工过程中挥发性风味成分进行了跟踪分析,探讨基本变化规律,为广式烧鸭的品质评价提供重要的参数,为烧鸭的质量控制、质量标准建立和烤制工艺优化提供重要的理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

樱桃谷净鸭 新食记食品有限公司提供,体重约为2.0 kg的冷冻鸭;2-甲基-3-庚酮标准品和C5～C30系列正构烷烃 色谱纯,Sigma公司。

固相微萃取装置,75 μm CAR/PDMS(57318)萃取纤维头 美国SUPELCO公司;7890A-5975C气质联用仪 美国Agilent公司;W-80型高速万能粉碎机 北京永光明;冲氧空气压缩机 市售;YKL-800旋转烤炉 上海连富机械;VS2660真空包装机 深圳爱博士实业有限公司;冰箱 合肥美菱股份有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 工艺流程 原料鸭→吹气→烫皮→挂糖→晾皮→烤制→冷却→烧鸭

操作要点:原料鸭,解冻,清洗干净;吹气,使原料鸭的皮肉分离;烫皮,温度为80 ℃,时间为7～8 s;挂糖,用糖水将鸭皮表面冲淋数遍;晾皮,温度约50 ℃,时间为10～15 min;烤制,放入炭烤炉里,按以下程序进行烤制:Ⅰ段(165±5) ℃(15 min)→Ⅱ段(190±10) ℃(10 min)→Ⅲ段(215±5) ℃(10 min),冷却,即为烧鸭成品。

选取12只樱桃谷鸭,平均分成4组,按照上述的操作流程进行烤制。1组为生料段的鸭样,2组为烤制Ⅰ段时的鸭样,3组为烤制Ⅱ段时的鸭样,4组为烤制Ⅲ段时的鸭样。分别在每段烤制程序结束后,将烧鸭冷却至室温,分离出胸、背部的鸭样,混合均匀,用聚乙烯袋真空包装,于-20 ℃冷冻储藏。为避免鸭样风味改变,用液氮将冻藏鸭样制成泥粉状样品,供SPME萃取。

1.2.2 挥发性风味化合物的提取 将75 μm CAR/PDMS萃取头在气相色谱仪的进样口300 ℃老化1 h。将鸭样放入顶空小瓶内,添加1 mL的2-甲基-3-庚酮[7]和5 mL的饱和氯化钠溶液,于55 ℃水浴中磁力搅拌,取老化好的萃取头插入顶空瓶中萃取60 min,然后将萃取针头插入GC-MS 进样器中解析5 min,抽回纤维头后拔出萃取头,同时启动仪器采集数据。

1.2.3 仪器条件 a.气相色谱条件:为有效分离和鉴别不同风味化合物,防止两种或多种化合物在同一柱子上重叠而造成漏检、误捡现象,故分别使用非极性柱HP-5MS(30 m×250 μm×0.25 μm)和极性柱HP-INNOWax(30 m×250 μm×0.25 μm)进行分析[10],采用不分流模式;

b.升温程序:非极性柱HP-5MS,起始40 ℃,保持2 min,以5 ℃·min-1升至90 ℃,再以6 ℃·min-1升至180 ℃,10 ℃·min-1升至260 ℃保持5 min,最后以10 ℃·min-1升至280 ℃;极性柱HP-INNOWax,起始35 ℃,保持2 min,以5 ℃·min-1升至125 ℃,再以3 ℃·min-1升至155 ℃,保持2 min,10 ℃·min-1升至250 ℃保持5 min。

c.质谱条件:离子源200 ℃,EI电离源,电离电压70 eV,灯丝电流150 μA,扫描质量范围30～500 m/z。

1.2.4 定性定量分析

1.2.4.1 定性 将分离出来的未知化合物与NIST Library(NIST08)谱库匹配,初步定性匹配度大于800(最大值1000)的化合物;以C5～C30系列正构烷烃作为参照标准品,以参照标准品和化合物保留时间计算所得的卡瓦茨保留指数(KI),结合相关文献对风味化合物进行辅助定性[9]。其中KI的计算公式如下:

式(1)

式(1)中,N为正构烷烃的碳数,t′R(X)为目标峰保留时间,t′R(N)为目标峰前一个相邻正构烷烃峰的保留时间,t′R(N+1)为目标峰后一个相邻正构烷烃峰的保留时间。

1.2.4.2 定量 挥发性化合物定量包括两种:a.采用峰面积归一化法计算各组分的相对含量;b.采用内标法半定量,以2-甲基-3-庚酮为内标,按式2计算出挥发性化合物的质量浓度,单位为μg·g-1。

式(2)

式中,Ci和Ai、Cs和As分别代表分析物、内标物的质量浓度和峰面积。

1.2.4.3 气味活性值(OAV)计算 通过查阅文献[11-14],找出各挥发性化合物的阈值,根据气味活性值=质量浓度/阈值进行计算。在既定条件下0.11,表明该组分可能对总体气味有直接影响,且在一定范围内OAV越大,影响越大[15-16]。

数据处理和绘图采用SPSS 18.0和Origin 8.6软件。

2 结果与分析

2.1 不同加工过程中广式烧鸭风味成分分析

表1、表2为广式烧鸭不同烤制阶段的挥发性风味化合物种类和含量。经SPME-GC-MS分离鉴定的挥发性化合物共有95种,这些物质可归类为烃类、醇类、醛类、含硫含氮杂环类、酮类、醚类、酯类和酸类。由表1和表2可知,各阶段中挥发性化合物的种类有所不同,其中生料段为55种,烤制Ⅰ段为67种,Ⅱ段为74种,Ⅲ段为69种,各阶段共有化合物39种,如烃类中二氯甲烷、苯、甲苯等;醇类中1-戊醇、1-辛烯-3-醇等;醛类中己醛、庚醛、苯甲醛等;含硫含氮杂环类中二甲基二硫醚、噻吩;酮类中2,3-辛二酮、樟脑;醚类中乙醚,酯类中乙酸乙酯、己酸戊酯等,酸类中乙酸、己酸。随着烤制程序的进行,挥发性化合物的种类由生料段中的55种增加至Ⅲ段的69种,增加了14种,增加的物质主要为含硫含氮杂环类和呋喃类化合物,其中含硫含氮杂环类如2,5-二甲基吡嗪,其可能来源于含硫氨基酸和肽的热降解,呋喃类如糠醇、2-乙酰基呋喃等。由此推测,这些增加的挥发性化合物可能是广式烧鸭具有良好风味的原因之一。此外,生料段中特有的化合物为邻异甲苯、萜品油烯、芳樟醇和3-甲基噻吩,这些物质可能来源于植物饲料或腌制过程中的香辛料。

表1 广式烧鸭各烤制段的挥发性成分及含量(n=3,μg·g-1)Table 1 Volatile components and contents of the Cantonese roast duck in different processing stages(n=3,μg·g-1)

续表

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除了种类不同,不同烤制阶段中总的挥发性化合物的含量也有所不同。从表1和表2可知,随着高温烤制的进行,挥发性风味化合物的含量不断增加,其中生料段含量最低为21.51 μg·g-1,Ⅰ段为41.69 μg·g-1,Ⅱ段为52.26 μg·g-1,Ⅲ段含量最高达79.75 μg·g-1,其中明显增加的挥发性化合物有烃类、醛类和含硫含氮类,其含量分别由生料段13.97 μg·g-1增加至Ⅲ段的49.87、2.21 μg·g-1增加至14.08 μg·g-1、0.15 μg·g-1增加至4.47 μg·g-1。最后,不同的烤制阶段中各类挥发性化合物的比例也有所不同。

表2 传统广式烧鸭烤制过程中挥发性风味物质的变化(n=3)Table 2 Changes of flavor volatiles in traditional CRD in roasting(n=3)

其中主要为己酸、乙酸和2-戊基呋喃、糠醛等;烤制Ⅲ段后的含硫含氮杂环类和酯类物质相对含量较高于其它三段,分别为5.61%、4.40%,主要为2,5-二甲基吡嗪、2,3,5-三甲基吡嗪、乙酸甲酯、乙酸乙酯等。此外,烃类物质的相对含量在各阶段均较高,分别达64.95%、42.74%、43.59%和62.53%,这主要是烧鸭在灌糖时使用了多种天然香辛料,导致各阶段烃类物质的种类和含量均较多。然而相对含量高的物质对烧鸭的整体风味贡献度并不一定大,因为有些化合物的气味阈值较高,不容易让人识别,因此这就需要结合相应的气活性值才能更好地评价各挥发物对烧鸭风味的贡献度。

2.2 风味组分OAV值结果

对已检测出的不同阶段的烧鸭挥发性化合物进行气味活性分析,具体结果如表3和图1所示。其中,表3为不同烤制阶段中气味活性组分OAV值的变化情况。由表3可知,随着烤制程序的进行,气味活性化合物的种类逐渐增加,即由生料段的16种增加至Ⅲ段的30种,各不同烤制阶段共有的活性组分有15种,其中萘、己醛、二甲基二硫醚以及乙酸乙酯在所有烤制阶段中的OAV值都大于100,说明这4种组分对广式烧鸭整体香气有极明显的影响;1-辛烯-3-醇、庚醛、辛醛、壬醛、癸醛、2,3-辛二酮在所有烤制阶段中的OAV值都大于10,说明这6种组分对广式烧鸭整体香气有很明显的影响;甲苯、1R)-(+)-α-蒎烯、D-柠檬烯、(Z)-2-庚烯醛、(E)-2-辛烯醛在所有烤制阶段中的OAV值都大于1,说明这5种组分对广式烧鸭整体香气有一定的影响。此外,部分挥发性化合物是烤制到一定阶段才具有OAV值,如1-辛醇、(Z)-2-辛烯-1-醇、戊醛、(E)-2-己烯醛、苯甲醛、(E,E)-2,4-壬二烯醛、2,4-癸二烯醛、(E,E)-2,4-庚二烯醛以及1-辛烯-3-酮是烤制至Ⅱ段时才具有OAV值,说明这9种组分对Ⅱ段的烧鸭风味有很大的影响;对二甲苯、苯乙醛、2-甲基吡嗪和3-甲硫基丙醛是烤制Ⅲ段时才具有OAV值,说明这9种组分对Ⅲ段的烧鸭风味有很大的影响。同时,随着烤制的进行,部分活性组分的OAV值也逐渐增加,甚至达到活性峰值。从表3可看出,烧鸭从生料段烤至Ⅲ段时,达到峰值的活性组分逐渐增多,具体表现为:生料段有1R)-(+)-α-蒎烯和D-柠檬烯2种活性组分达到峰值;Ⅰ段只有癸醛1种活性组分达到峰值;Ⅱ段有甲苯、1-庚醇、1-辛烯-3-醇、庚醛、(Z)-2-庚烯醛、辛醛、壬醛、(E)-2-癸烯醛等11种活性组分达到峰值;Ⅲ段有戊醛、己醛、(E)-2-己烯醛、苯乙醛、(E)-2-辛烯醛、(E,E)-2,4-壬二烯醛、2,4-癸二烯醛、(E,E)-2,4-庚二烯醛等11种活性组分达到峰值。其中,各段达到峰值的活性组分主要为醛类物质,这可能是醛类物质的阈值低,烤制过程中含量迅速增加,因此更容易达到活性峰值。

表3 传统广式烧鸭气味活性组分OAV值在烤制过程中的变化(n=3)Table 3 OAV changes of OACs in traditional CRD in roasting(n=3)

图1 传统广式烧鸭烤制过程中的各类挥发性风味物质OAV值(n=3)Fig.1 OAV value of different classes of flavor volatiles in traditional CRD roasting(n=3)

图1为不同烤制阶段活性化合物的OAV总值以及各烃类、醇类、醛类等风味化合物OAV值的变化情况。从图1中的A～G可知,随着烤制程序的进行,烃类、醇类、醛类、酮类、含氮含硫化合物、酯类以及呋喃类的OAV值均呈增加趋势,且在烤制Ⅲ段时最大。这具体表现为:经Ⅲ段烤制后,醛类化合物的OAV值是生料段的7.48倍;酮类化合物的OAV值是生料段的741倍;此外,呋喃类化合物在生料段时没有表现出气味活性值,当经Ⅲ段烤制后达最大为30。同时,从图1H可知,随着烧鸭烤制程序的进行,活性化合物OAV总值呈增加趋势,如生料段的OAV总值为2086,当烤制Ⅲ段时,OAV总值分别增加1.47、23.86倍和24.48倍。由此可知,经过Ⅱ段和Ⅲ段的高温烤制后,烧鸭风味得到明显增强,这与感官结果一致,即生鸭样只有腥味和金属味,而成品烧鸭具有浓郁的烤肉香味。这可能是烧鸭烤制至Ⅱ段和Ⅲ段时,烤炉内温度高达190～215 ℃,使得烧鸭体内的水分和香辛料很快涨沸,整个鸭体形成了“外烧内煮”的烤制模式,烧鸭中的蛋白质、脂肪和碳水化合发生脂肪氧化、美拉德反应[17]、Strecker降解等[18],产生大量的挥发性化合物如烃类、醇类、酮类、醛类等。此外高温烤制也有利于各挥发性组分之间发生化学反应及其相互作用,进一步增强了烧鸭的烤制风味。

2.3 主成分分析

为更好的研究不同烤制阶段广式烧鸭挥发性物质的变化差异,对表3中33种气味活性组分的OAV值进行了主成分分析,相关矩阵特征值如表4所示。从表4可知,广式烧鸭共抽提出4个主成分(特征值>1),分别解释了总方差的88.169%,基本保留了原始变量的信息。其中,PC1代表了33种组分的20种,具体为1-辛烯-3-醇、(E)-2-癸烯醛、乙酸乙酯、1-辛醇、(Z)-2-辛烯-1-醇、苯甲醛、(E,E)-2,4-壬二烯醛、2,4-癸二烯醛、己醛、辛醛、戊醛、庚醛、1-庚醇、2-甲基吡嗪、(E)-2-己烯醛、2,3-辛二酮、2-戊基呋喃、甲苯、2,4-癸二烯、3-甲硫基丙醛(按成分载荷有大到小排列);PC2代表了4种活性组分,具体为壬醛、(E,E)-2,4-庚二烯醛、对二甲苯、蒎烯。

表4 风味挥发物OAV数据相关矩阵特征值Table 4 Correlation matrix eigenvalues offlavor volatile OAV data

根据风味物原始数据的标准化矩阵、前两个主成分的特征值和因子载荷矩阵,计算得到广式烧鸭的第一、第二主成分得分,以第一主成分为横坐标、第二主成分为纵坐标,将广式烧鸭的样本投影到该坐标系上,作出主成分二维得分散点图(图2)。从图2A可知,不同烤制阶段的样品分布在不同的象限,烧鸭的生料段与Ⅰ段较为相近地分布于PC1的负半轴,说明两者的风味成分较为接近。烧鸭的Ⅱ段活性组分和Ⅲ段活性组分分别占据了第四象限和第一象限,说明两者的风味各不相同,同时也与生料段和Ⅰ段的风味相差较大。随着不同烤制段的温度和时间的增加,Ⅱ段和Ⅲ段的风味物质不断产生并积累,最终形成了风味浓郁的广式烧鸭成品。

图2 传统广式烧鸭各阶段样本OAV数据主成分散点图Fig.2 PCA biplot of OAV data of the samples oftraditional CRD in different stages注:图2B中,编号:30:1-辛烯-3-醇,49:(E)-2-癸烯醛,77:1-辛烯-3-酮,32:1-辛醇,33:(Z)-2-辛烯-1-醇,44:苯甲醛,51:(E,E)-2,4-壬二烯醛,52:(E,E)-2,4-癸二烯醛,40:己醛,45:辛醛,39:戊醛,42:庚醛,29:1-庚醇,59:2-甲基吡嗪,41:(E)-2-己烯醛,74:2,3-辛二酮,90:2-戊基呋喃,10:甲苯,53:2,4-癸二烯醛,62:3-甲硫基丙醛,48:壬醛,55:(E,E)-2,4-庚二烯醛,11:对二甲苯,17:1R)-(+)-α-蒎烯。

结合图2和表3可知,经过Ⅱ段和Ⅲ段高温烤制后,广式烧鸭性的活组分不断增加,同时还产生了一些能够表征不同烤制阶段的特征性风味活性组分。其中,广式烧鸭Ⅱ段的特征性风味活性组分主要是(E,E)-2,4-壬二烯醛、己醛、戊醛、(E)-2-己烯醛、1-辛烯-3-酮、辛醛、(E)-2-辛烯-1-醇;烧鸭Ⅲ段的特征性香气活性组分主要是1-庚醇、1-辛烯-3-醇、苯甲醛、庚醛、2-甲基吡嗪、1-辛醇、2,3-辛二酮、2-戊基呋喃、对二甲苯。Ⅱ段中的特征性风味活性组分主要由醛类和酮类组成,它们一起构成了烧鸭的油脂气味,这与刘源等的研究结果一致[5]。其中,直链的醛类来源于脂肪酸的氧化,如己醛、戊醛和辛醛,它们一起构成了清香、油香、脂香和牛脂香味[19]。(E,E)-2,4-壬二烯醛具有油炸食品的脂香味,也是盐水鸭的重要活性组分[4]。1-辛烯-3-酮是由脂质加热的氧化产物,具有植物芳香的气味[27]。烧鸭Ⅲ段的特征性风味活性组分由醛类、酮类、醇类以及杂环化合物等构成,具有令人愉快的烤肉香。在烧鸭炭烤至Ⅲ段时,温度高达215 ℃左右,高温诱导美拉德反应产生一些杂环化合物如2-甲基吡嗪,2-戊基呋喃等[28],这些杂环化合物可能使烧鸭形成烘烤风味,其中2-甲基吡嗪具有爆米花香、烤香以及坚果香[24],2-戊基呋喃具有火腿香味。因此,不同阶段表现出的特征性风味活性组分赋予炭烤广式烧鸭不同烤制的独特风味。

3 结论

为研究不同烤制阶段广式烧鸭风味的变化规律,解释成品烧鸭风味浓郁的原因,本试验利用HS-SPME-GC-MS技术分析了广式烧鸭的生料段、烤制Ⅰ段、Ⅱ段和Ⅲ段的挥发性风味成分的差异。对广式烧鸭不同烤制阶段的风味成分分析可知,烤制Ⅲ段的挥发性风味成分的含量(79.75 μg·g-1)远高于其它三段(21.51～52.26 μg·g-1);对不同烤制阶段的挥发性化合物进行活性组分分析得出,随着烤制程序的进行,活性组分的种类和OAV值逐渐增加,其中烃类、醇类、醛类、酮类、含氮含硫化合物以及脂类等活性组分的OAV值在烤制Ⅲ时最大,其总活性组分是生料段的24.48倍;此外,不同烤制阶段共有的活性组分有15种,其中,萘、己醛、二甲基二硫醚以及乙酸乙酯、1-辛烯-3-醇、庚醛、辛醛、壬醛、癸醛、2,3-辛二酮对广式烧鸭整体香气有很明显的影响;对活性组分进行主成分分析得出,第一、第二主成分能够很好地区分不同烤制阶段的挥发性风味化合物,烤制Ⅰ段和生料段的风味较为接近,烤制Ⅱ段和Ⅲ段的风味差别较大,其中(E,E)-2,4-壬二烯醛、己醛、戊醛、(E)-2-己烯醛、1-辛烯-3-酮、辛醛、(E)-2-辛烯-1-醇是广式烧鸭Ⅱ段的特征性风味活性组分;1-庚醇、1-辛烯-3-醇、苯甲醛、庚醛、2-甲基吡嗪、1-辛醇、2,3-辛二酮、2-戊基呋喃、对二甲苯是广式烧鸭Ⅲ段的特征性风味活性组分。综上所述,烧鸭不同烤制阶段挥发性成分含量及特征风味差异明显,研究结果可为广式烧鸭工艺改进提供一定的理论依据和参考。