加热温度对新疆马脂理化性质、脂肪酸及挥发性风味化合物的影响

符成刚，刘文玉，陈友志，李玉梅，李欢康，周 靖，张孔雀，魏长庆

（石河子大学食品学院，新疆 石河子 832003）

新疆自古以来是我国的养马大区，为了农牧民增收，升级马产业可促进多产业的深度融合与发展。近几年来，我国马匹总存栏量在350万 匹左右，其中，新疆马匹存栏量占比约在20.0%以上，是我国较大的马匹养殖区[1]。马脂是由马的皮下或内脏脂肪经提炼而成，在常温呈现为黄色、橙黄色的软膏状，经提纯精炼后呈近似白色透明的油状物，无特殊异味[2]。

近些年关于马脂的研究主要集中在营养成分分析、护肤产品开发及少量生物柴油开发等方面[3]。现有研究发现，马脂多不饱和脂肪酸的相对含量较其他动物油脂高，其富含亚油酸，亚油酸含量超过11%，且不饱和脂肪酸流变性及其提取方法与脂肪酸结构变化及不饱和脂肪酸的富集程度有关[4-6]；姚新奎等[7]比较了马脂、猪脂、牛脂、羊脂的理化指标差异，其中马脂的碘价最高且胆固醇含量最低；Song Shiqing等[8]在加热的牛脂中鉴定出醛、酮、醇、游离脂肪酸、内酯、烷烃、含氮化合物和烯烃等挥发香气化合物，也可以通过美拉德反应进一步增加挥发香气化合物的含量[9]。

加热可以使马脂氧化产生香气，在加热过程中适度氧化脂质有助于产生理想的芳香物质。影响脂质氧化的因素很多，包括甘油三酸酯的组成和含量及微量成分，例如抗氧化剂、金属离子，但是影响脂质氧化最重要的参数是热处理条件[10]。然而，分析不同加热温度马脂的理化指标、脂肪酸、挥发性化合物和特征性风味成分的系统研究还很少。

本实验的主要目的是评估马脂在加热过程中过氧化值（peroxide value，POV）、茴香胺值（p-anisidine value，p-AV）、酸价（acid value，AV）及色度值等理化指标的变化，并分析马脂中的脂肪酸含量及挥发性化合物的变化规律，对马脂风味进行感官评价，以期为新疆马脂的品质控制及风味改良提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

马板油 新疆昌吉屠宰场；95%乙醇溶液、冰乙酸、三氯甲烷、异辛烷、三氟化硼-甲醇溶液（均为分析纯）天津市风船化学试剂科技有限公司；甲醇、正己烷（均为色谱纯） 天津市富宇精细化工有限公司；酚酞、氢氧化钠、碘化钾、硫代硫酸钠、无水硫酸钠可溶性淀粉、茴香胺（均为分析纯） 天津市致远化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

WSC-S测色色差计、XB 220A分析天平 上海精密科学仪器有限公司；DK-8D恒温水浴锅 金坛市医疗仪器厂；酶标仪 美国BioTek公司；GC156气相色谱仪日本岛津公司；7890B-5977A气相色谱-质谱联用仪美国Agilent公司。

1.3 方法

1.3.1 不同加热温度马脂的制备

将马板油绞碎后投料于带有搅拌功能的水煮罐中，经80～90 ℃水煮6 h得到马脂肪，然后将分层的水和油过滤、离心得到粗马脂。最后将得到的马脂分别置于100、120、140、160、180、200 ℃的烤箱内加热2 h，分别取上层马脂于-18 ℃保存备用。

1.3.2 色度值的测量

使用测色色差计测量亮度（L*）、红度（a*）和黄度（b*）以确定油样的颜色。

1.3.3 理化指标测定

1.3.3.1 酸价的测定

按GB 5009.229—2016《食品中酸价的测定》[11]中的热乙醇法测定酸价。

1.3.3.2 过氧化值的测定

按GB 5009.227—2016《食品中过氧化值的测定》[12]方法测定过氧化值。

1.3.3.3 茴香胺值的测定

按GB/T 24304—2009《动植物油脂 茴香胺值的测定》[13]方法测定茴香胺值。

1.3.4 脂肪酸测定

甲酯化按照GB 5009.168—2016《食品中脂肪酸的测定》[14]方法对脂肪酸的进行前处理。

色谱条件：HP-5ms色谱柱（30 m×250 μm，0.25 μm）；氮气流量1.5 mL/min；氢气流量30.0 mL/min；空气流量450 mL/min；尾吹气（氮气）流量30 mL/min；进样口温度210 ℃；柱温180 ℃；氢火焰检测器温度300 ℃。

1.3.5 挥发性化合物测定

顶空条件：加热箱160 ℃，时间30 min；进样时间30 s，进样量1 μL；传输线温度180 ℃；定量环温度185 ℃。

气相色谱条件：HP-5ms毛细管色谱柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；载气为He，流速1.5 mL/min；不分流进样；程序升温：起始温度40 ℃，保持2 min，以5 ℃/min升温到100 ℃，然后以12 ℃/min升温到230 ℃，保持10 min；检测器温度250 ℃。

质谱条件：传输线温度280 ℃；接口温度250 ℃；离子源温度230 ℃；四极杆温度150 ℃；电子电离源；电子能量70 eV；质量扫描范围m/z30～450。

挥发性化合物采用NIST 11谱库的标准质谱图对得到的谱图数据进行串联检索和人工解析，获得未知化合物与质谱库中已知化合物的匹配度，匹配度大于80即初步确定未知物为该物质，以1 个组分的峰面积占总峰面积的比值表示组分相对含量[15]。

1.3.6 相对气味活度值的计算

通常用相对气味活度值（relative odor activity value，ROAV）评价物质的关键挥发性化合物，本实验定义对样品贡献最大组分的ROAVmax＝100，参考李梓铭等[16]确定食品关键风味化合物的方法，以下式计算其他香气的ROAV：

式中：Ci、Ti分别为各风味物质的相对含量和感觉阈值；Cmax、Tmax分别为对样品总体风味贡献最大组分的相对含量和感觉阈值。若ROAV≥1，说明该物质为样品的关键风味成分，且在ROAV≤100的范围内，ROAV越大说明该物质对总体风味贡献越大；若0.1≤ROAV＜1，说明该物质对整体风味有修饰作用[17]。

1.3.7 感官评价

参照李燕杰等[18]的方法。12 名培训后的相关从业人员（4 名男性、8 名女性）对制备的马脂以10 分制的计分方式（10 分：非常强；8 分：强；6 分：中等；4 分：弱；2 分：非常弱；0 分：未检测到）进行感官评价，同时选择了7 种气味属性（坚果味、烘烤味、焦糊味、清香味、腥味、肉味、总体风味）作描述性分析。

1.4 数据处理

采用SPSS软件对数据进行平均值、标准偏差及显著性差异分析，P＜0.05，差异显著；采用Origin软件进行主成分分析（principal component analysis，PCA）及作图。

2 结果与分析

2.1 不同温度马脂的色度值分析

如图1所示，a*值随温度的升高而上升，L*值反之。a*、L*值在100 ℃时分别为9.85、65.46，在200 ℃时分别为45.17、12.48。b*值在温度从100 ℃到180 ℃呈增加的趋势，但在180 ℃之后呈下降趋势，而在温度达到160 ℃之后，L*值、a*值、b*值的差异显著（P＜0.05）。因此，随着温度的升高，马脂的颜色会逐渐加深，达到180 ℃后颜色的加深趋势变得更加明显，此现象可能与蛋白质和碳水化合物因高温而发生美拉德反应、Strecker降解反应、焦糖化反应和热解反应等有关[8]。另外，以上反应过程中会产生很多酮和醛等含氧成分，其易发生氧化、聚合、焦化等反应而加深体系颜色[19]。

图1 不同加热温度的马脂色度值变化Fig. 1 Changes in color parameters of horse fat under different heating temperatures

2.2 不同加热温度马脂的理化指标分析

马脂加热2 h[20]，温度对AV、POV和p-AV的影响如图2所示。POV在160 ℃时达到最大值0.124 g/100 g，随着温度从160 ℃的进一步升高，POV开始下降，但p-AV小幅上升，在160 ℃为37.187，160 ℃之后p-AV增加的趋势变缓，到200 ℃仅增加了3.259。AV在100～200 ℃范围内从1.24 mg/g开始持续增加到4.40 mg/g，并且AV在160 ℃的1.62 mg/g之后随着温度升高而增加得更快。虽然较高的温度有利于形成挥发性化合物的前体物质，但是过高的温度会生成更多酸性化合物，从而导致酸败，上述现象与Song Shiqing等[8]发现牛脂的化学参数变化趋势一致。综上所述，马脂氧化的合适热处理温度应为160 ℃。

图2 不同加热温度的马脂理化常数变化Fig. 2 Changes in AV, POV and p-AV of horse fat under different heating temperatures

2.3 不同加热温度马脂的脂肪酸分析

马脂中主要脂肪酸为棕榈酸（C16:0）、硬脂酸（C18:0）、油酸（C18:1）、亚油酸（C18:2）和亚麻酸（C18:3），其中亚油酸（C18:2）和亚麻酸（C18:3）是人体必需脂肪酸，由表1可知，100、120、140、160、180、200 ℃共6 个温度中上述5 种脂肪酸的相对含量依次为29.56%～35.20%、41.73%～45.21%、5.47%～6.14%、13.59%～20.06%、0.72%～0.95%，饱和脂肪酸为棕榈酸、硬脂酸；不饱和脂肪酸为油酸、亚油酸和亚麻酸；饱和脂肪酸占脂肪酸总含量的71.29%～80.41%，不饱和脂肪酸占脂肪酸总含量的19.78%～27.01%。不同温度所得的马脂中脂肪酸的相对含量略有不同，其中亚麻酸含量最低，均不超过1.00%，因此亚麻酸的相对含量略有上升趋势，说明亚麻酸较其余4 种脂肪酸的绝对含量略有增大趋势。牛脂中亚油酸的含量只有约2%[21]，大部分品种猪的亚麻酸含量在4%～10%[22]，而马脂中亚油酸相对含量高达20.06%，因此与其他的动物油脂相比，其含量较高。马脂在加热到160 ℃之后，脂肪酸的相对含量具有显著性差异，随着温度的升高，马脂中的反式脂肪酸种类及其含量均增加。由于不饱和键多，热稳定性差，所以温度达到160 ℃时，反亚麻酸（C18:3t）开始生成，随着温度继续升高，反油酸（C18:1t）和反亚油酸（C18:2t）也逐渐生成，因此不饱和脂肪酸的相对含量减少，由于饱和脂肪酸的含量保持在较高水平所以其相对含量较高[23]。

表1 不同加热温度的马脂脂肪酸相对含量（n=3）Table 1 Changes in relative contents of fatty acids in horse fat at different heating temperatures (n = 3)

2.4 不同加热温度马脂的挥发性化合物分析

不同加热条件的马脂主要挥发性化合物可以分为醛类、醇类、酮类、酸类、呋喃类、酯类，其相对含量如图3所示。醛和醇类化合物是马脂风味物质中相对含量最多的化合物。在所有的加热温度中，醛类的相对含量均最高，醇类化合物次之。醛类化合物含量最高的是在200 ℃，其相对含量达到67.92%；最高的醇类化合物相对含量在140 ℃高达32.8%。

图3 不同加热温度的不同种马脂挥发性化合物相对含量Fig. 3 Relative contents of volatile compounds in horse fat at different heating temperatures

挥发性化合物是亚油酸、油酸和亚麻酸氧化过程中形成的氢过氧化物的分解产物。其可能有助于整体香气，例如脂肪味、马肉味、辛辣味、烘烤味[21]。如表2所示，鉴定出的主要化合物共63 种，包括27 种醛、4 种酮、18 种醇、5种 酸、7 种酯、2 种呋喃。

醛类风味物质是马脂挥发性化合物中的主要物质，醛的感官特性主要与脂肪香气有关。不饱和醛对于脂肪香气尤其重要，并且可能在特征风味中起一定作用[24]。根据Zhou Qi等[25]的研究，己醛、庚醛、(E,E)-2,4-癸二烯醛是商业菜籽油中的芳香活性化合物，此类小分子醛的形成涉及2 个主要途径：1）不饱和脂肪酸如油酸和亚油酸的自氧化；2）马脂加热过程中氨基酸的Strecker降解反应。大多数醛均会随马脂的加热温度增加而显著增加。醛类物质在化合物的总含量中占57.60%～71.92%，最高在200 ℃时达到71.92%，己醛、戊醛、(E,E)-2,4-庚二烯醛源于亚油酸的氧化；庚二烯醛和己烯醛源于亚麻酸的氧化；辛醛、壬醛源于油酸的氧化[26]。己醛是所有样品中含量最高的醛类化合物，其含量为13.58%～19.81%。(E,E)-2,4-庚二烯醛次之，Song Shiqing等[8]发现(E,E)-2,4-庚二烯醛是牛肉风味的特征前体挥发物，其在100、120、140、160、180、200 ℃共6 个温度相对含量分别为7.408%、6.129%、21.665%、16.786%、13.210%、5.124%，其在140 ℃的含量最高，这与马雪平等[27]的研究结果一致。此外，E-2-辛烯醛只在100、160 ℃产生，可见随着加热温度的变化，马脂进行了美拉德反应和脂质氧化等化学反应，这表明加热对马脂的挥发性成分影响显著[28]。

100、120、140、160、180、200 ℃共6 个温度的马脂中分别检测出11、14、10、9、14、11 种醇类风味物质，其来源于油脂中不饱和脂肪酸的生物降解，且醇类物质是生成酯类物质的主要前体物质，其多见于果类产品的特征香气中，其种类多、含量差异不同，如Miyazaki等[29]发现E-2-辛烯醇在橘子中含量较多，但对整体风味贡献较小。在马脂中含量最多的2 种醇分别是1-辛烯-3-醇和3-甲基环己醇，二者占总化合物含量的16.03%～30.81%。

杂环类挥发性化合物主要以呋喃类化合物为主，其种类和相对含量较低，只有5-庚二氢-2(3H)-呋喃和5-己基二氢-2(3H)-呋喃共2 种呋喃化合物，5-己基二氢-2(3H)-呋喃在180 ℃才可检测到，且在200 ℃含量更高，说明5-己基二氢-2(3H)-呋喃在高温的情况才会产生。酯类化合物在油脂的整体风味中起着非常重要的作用，马脂中的酯类化合物有7 种，分别是丙酸己酯、草酸环己基异丁酯、戊酸烯丙酯、丙酸辛酯、草酸烯丙基十五酯、草酸烯丙基十六酯和丙位庚内酯，含量最高的是丙酸己酯。丙酸辛酯和草酸烯丙基十六酯在加热100 ℃时未检测到，说明这2 种酯要达到一定的温度才会产生。此外，多数酯类化合物的相对含量均随温度的升高而增加。

可以看出表2中部分物质有一定的变化规律，其均由于样品挥发性物质种类及其含量随着工艺条件的变化而产生不同变化。庚酸相对含量随着温度的升高而一直增加，己醛由于亚油酸的氧化，其相对含量先随着温度的增加而增加，但到180 ℃，其含量又会降低，因为己醛会在该温度会生成酸。而之所以并未发现个别物质含量变化的变化规律是由于样品挥发性物质的形成可能与脂肪酸氧化、美拉德反应、有机物热降解等众多反应[30]。

表2 不同加热温度的马脂挥发性化合物含量（n=3）Table 2 Contents of volatile compounds in horse fat under different heating temperatures (n = 3)

续表2

2.5 PCA

采用PCA对表2风味物质进行分析的结果如图4a、b所示，在6 个温度PC1、PC2对于总方差的贡献率分别为90%、6%，累计贡献率为96%，这表明PC1和PC2可以反映原始数据的信息。如图4a所示，加热温度在100、120、140 ℃时和在160、180、200 ℃时分布于分值图的上下两侧，且马脂的挥发性成分同样分布在上下两侧，具有明显的分离趋势，表明温度对于马脂的挥发性成分有一定的影响。其中，在温度达到160 ℃时样品的PC1与PC2呈正相关，同时载荷图上则有己醛、三甲基环己醇、4-戊烯醛、(E,E)-2,4-癸二烯醛等物质也与PC2呈正相关，表明这些物质可能对160 ℃以上加热温度的马脂具有更大的贡献；而低于140 ℃时与PC2呈负相关，载荷图上则有(E,E)-2,4-庚二烯醛、1-辛烯-3-醇、E-2-戊烯醛等也与PC2呈负相关，表明这些物质可能对加热温度低于140 ℃的马脂有更大的贡献。

图4 不同加热温度的马脂挥发性化合物PCA图Fig. 4 Principal component analysis plots showing the effect of heating temperature on volatile compounds in horse fat

2.6 不同加热温度制备马脂的特征风味成分分析

结合对马脂理化指标和脂肪酸的分析，通过相应物质的感觉阈值[17,31-32]及其气味描述[33-35]计算160 ℃时ROAV大于0.1的风味物质。不同加热温度的15 种马脂主要香气化合物ROAV见表3。100、140、160、180 ℃对风味贡献最大的均为(E,E)-2,4-庚二烯醛，然而在120、200 ℃是(E,E)-2,4-癸二烯醛，这归因于2 种化合物的感觉阈值很低且含量相对较高。醛类物质一般产生较好的风味，主要有油脂味、坚果味和青草味，多数醛类对油脂风味起到积极贡献作用[27]。在160 ℃时，有11 种主体挥发性香气成分（ROAV≥1），如(E,E)-2,4-庚二烯醛、(E,E)-2,4-癸二烯醛、E-2-壬烯醛等。起修饰作用的香气成分（0.1≤ROAV＜1）有4 种，分别是十二醛、丙酸辛酯、2-辛烯醛、E-2-庚烯醛，其中E-2-庚烯醛是腥味的最主要来源。由此可见，马脂的风味是多种物质协同作用的结果。由PCA的载荷图可知3-甲基环己醇也是含量较高的化合物，但由于感觉阈值较高，故对马脂的风味贡献较小。

表3 不同加热温度马脂特征风味化合物及对应的ROAVTable 3 ROAVs of characteristic flavor compounds of horse fat at different heating temperatures

2.7 感官评价分析

感官研究的目的是表征每个样品的不同风味特征。通过不同加热温度获得的马脂风味分数如图5所示，在加热过程中，对单一风味而言，6 种温度的马脂在所有的气味得分上均有差异。对于腥味而言，在100 ℃时的评分最高，随着温度的升高，腥味也会逐渐减弱。烘烤味在160 ℃时分数最高，为8.36。总体风味在温度较低时分数也较低，在160 ℃时才达到了较强的风味等级，但是在200 ℃时总体风味的分数降低，可见适度加热有助于马脂整体风味的提升。总体而言，在160 ℃和180 ℃的风味比较理想。综合上述顶空气相色谱-质谱联用与特征风味成分分析的结论，适度加热条件对马脂的风味及挥发性化合物含量有很大影响。

图5 不同加热温度马脂的感官风味评价Fig. 5 Sensory flavor evaluation of horse fat after different heating temperatures

3 结 论

通过对马脂进行不同温度的热处理，进行理化指标、脂肪酸、挥发性化合物及特征香气成分分析，可以得出控制热处理温度能适度氧化马脂并优化其风味的结论，160 ℃是马脂的最佳热处理温度。随着温度的升高，马脂的AV和p-AV呈增加趋势，POV先增加后降低。160 ℃的AV、POV、p-AV分别为1.62 mg/g、0.124 g/100 g、37.187，较高的p-AV和较低的AV作为理想的组合可以通过调整热处理温度而实现；脂肪酸的组成随温度增加也发生变化，饱和脂肪酸的相对含量增加，不饱和脂肪酸减少，160 ℃的不饱和脂肪酸相对含量为25.47%，其中亚油酸相对含量为18.93%；从63 种挥发性化合物中筛选出了马脂的关键风味化合物（ROAV≥1）和对马脂风味具有修饰作用的化合物（0.1≤ROAV＜1）共11 种。本实验为探讨马脂生产、加工过程中关键风味物质的变化机理提供参考，也为马脂的精准、适度加工提供理论依据。