同时蒸馏萃取法分析兰州牛肉面汤熬煮 过程中挥发性风味成分的变化

◎ 李 铭，葛静微，杜喜利，张琪玮

（甘肃省产品质量监督检验研究院，甘肃 兰州 730050）

兰州牛肉面是兰州特色面食，以其“汤清者镜、肉烂者香、面细者长”的独特风味在全国范围内享有良好的评价。汤料是兰州牛肉面的灵魂，其以牛肉为主料，辅以八角、花椒、桂皮、沙姜、丁香、肉桂、草果、茴香和山奈等几十种香料熬制而成。每家兰州牛肉面馆都有着秘而不宣的配方，不同配比的香料与牛肉复合而成的香味不相同，主要体现在挥发性风味成分的差异。兰州牛肉面汤料煮好后，在供堂食的5～6 h 内，一直处于加热熬煮状态，保证食客随到随吃。在实际中，牛肉汤的挥发性风味成分会随熬煮时间不断变化，从而影响兰州牛肉面的口味。近几年，肉制品和肉汤中的风味成分及变化情况引起了很多研究者关注。张静等[1]利用电磁加热、电热盘加热和瓦罐煮制等不同烹制模式研究鸡汤中营养成分和风味特征成分的变化，结果表明不同的烹制方式对鸡肉感官品质和营养特性具有较大影响。武苏苏等[2]利用主成分分析法研究了不同煮制时间下卤制鸡肉风味物质的变化。贡慧等[3]对不同煮制次数的酱牛肉老汤中挥发性风味物质及变化趋势进行了分析，结果显示挥发性风味物质的相对含量随煮制次数的增加而逐渐降低。杨平[4]探究了不同熬制条件下猪肉汤中风味成分的变化。熊雅雯等[5]研究了不同煮制条件对罗非鱼片色泽、质构特性、感官评价及微观结构的影响。目前，鲜有对兰州牛肉面汤料烹煮过程中挥发性风味成分变化的研究。

同时蒸馏萃取（Simultaneous Distillation-Extraction， SDE）是通过同时将样品水相和有机相溶剂加热至沸腾，样品蒸汽和有机溶剂蒸汽在蒸馏装置中混合，在充分混合的过程中进行有机相对水相中挥发性成分的萃取，当混合蒸汽进入冷凝管后被冷凝，并在U形管中分开，分别流向两侧的烧瓶中[6]。本文采用同时蒸馏萃取法，以二氯甲烷作为萃取剂，提取兰州牛肉面汤料中的挥发性风味成分，配合气相色谱-质谱联用（Gas Chromatography-Mass Spectrometry，GC-MS）技术，分析牛肉面汤料在0 h、1.5 h、3.0 h、4.5 h和 6.0 h时挥发性风味成分的变化规律。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

二氯甲烷（色谱纯）：国药集团化学试剂有限公司；无水硫酸钠（分析纯）：广东西陇化工有限公司； 1,2-二氯苯（色谱纯）：天津大茂化学试剂厂。

1.2 仪器与设备

5977A-7890B气相色谱-质谱联用仪（安捷伦）；同时蒸馏萃取装置。

1.3 试验方法

1.3.1 样品前处理

取6份新熬制的兰州牛肉面汤料，依次编号为 1号、2号、3号、4号、5号和6号，分别对样品进行0 h、 1.5 h、3.0 h、4.5 h和6.0 h的熬煮，熬煮过程中在汤中加入少量水，保证熬煮过程中汤的浓度不变。

以二氯甲烷作为萃取剂，利用同时蒸馏萃取装置（SDE）进行挥发性风味物质的萃取，装置一侧取牛肉汤料100 g放入1 000 mL圆底烧瓶中并加入500 mL H2O，另一侧取200 mL二氯甲烷放入500 mL圆底烧瓶中，连接同时萃取装置，其中水相样品圆底烧瓶与高端连接，有机相与低端连接，水相采用可控温电炉加热，使水相保持微沸状态，有机相采用水浴锅加热，温度维持在58 ℃，萃取时间为2.5 h，收集有机相，加入25 g无水硫酸钠放置于冰箱冷藏过夜，备用。制得的有机相经旋转蒸发，浓缩至接近2 mL，并用二氯甲烷定容至2 mL。定容后，瓶口密封，放置冰箱冷冻，备用。进行定量分析时，将萃取液与已知浓度的1,2-二氯苯（作为内标物）按比例配制，然后进行GC-MS分析。

1.3.2 仪器条件

（1）气相色谱条件。HP-5 GC毛细管柱（30 m× 0.25 mm×0.25 µm）；进样口温度250 ℃；载气He；流速1.0 mL·min-1；升温程序：起始温度40 ℃，保持2 min，以3 ℃·min-1速率升至165 ℃，再以5 ℃·min-1速率升至240 ℃，保持10 min。

（2）质谱条件。电子电离源，电子能量70 eV，离子源温度230 ℃，四极杆温度150 ℃，扫描范围35～400 amu。

1.3.3 挥发性成分的定性与定量分析

（1）定性分析。将提取的各组分质谱信息与NIST 08质谱库进行对照，筛除匹配度小于80%的物质，选择匹配度较高的物质作为定性结果。通过CAS号查询中英文名称，以MS解析所得峰面积代表各组分的含量。

（2）定量分析。以浓度为0.02 µg·µL-1的1,2-二氯苯为内标，通过计算峰面积的比值，得到目标物的浓度[6-8]。

2 结果与分析

2.1 兰州牛肉面汤料中挥发性风味成分的鉴定

兰州牛肉面汤料中主要检出的挥发性化合物种类主要有烯烃、醇类、醛类、酚类、酯类、醚类、烷烃、芳香族、酮类和酸类等（表1）。6份牛肉面汤料检出的挥发性化合物总数分别为71种、58种、44种、 55种、31种及45种。1号样品所含挥发性化合物种类最多，有71种，其气味丰富、香气浓郁，回味十足；挥发性化合物种类最少的是5号样品，只有4种，闻其气味较单一。经分析鉴定，6份兰州牛肉面汤料中挥发性风味化合物检出情况如下。①烯烃类化合物共检出17种，6份汤料样品中普遍存在的烯烃类物质有(+)-柠檬烯、α-姜黄烯、β-红没药烯、反式石竹烯和榄香烯等，其中含量最高的是(+)-7-表-倍半萜烯，在1号样品中含量为6.13%，其次是反式石竹烯。②醇类化合物共检出21种，普遍存在的是芳樟醇、桉叶油醇、4-萜烯醇、α-松油醇和橙花醇，含量最高的是芳樟醇，1号样品中含量为2.56%。③醛类物质共检测到12种，共有的物质是肉桂醛、胡椒醛、茴香醛，其中含量最高的是肉桂醛，在5号样品中含量高达15.82%。④酯类化合物共检出20种，主要是分子量较大的长链脂肪酸酯，如棕榈酸甲酯、亚油酸乙酯、棕榈酸乙酯、反油酸乙酯、油酸乙酯及亚油酸甲酯。⑤烷烃物质共检出24种，直链烷烃化合物还有部分带支链的烷烃化合物，其阈值较高，对牛肉面汤的风味贡献很小。⑥酚类成分共检出7种，普遍存在的有丁香酚和甲基丁香酚，其中丁香酚在3号样品中含量最高达7.25%。⑦醚类物质3种，分别为茴香脑、肉豆蔻醚及4-烯丙基苯甲醚。⑧还有11种酮类化合物， 9种芳香烃化合物、6种酸类物质。另外，还有含氮含硫及杂环类化合物，主要来源于蒜类物质、氨基酸的美拉德反应、氨基酸的热解和硫胺素的降解等，阈值较低，多数具有肉香，是一类重要的挥发性风味化合物[9]。

表1 牛肉面汤料中挥发性风味化合物表

2.2 熬煮过程中兰州牛肉面汤料中挥发性风味成分变化

通过研究6份兰州牛肉面汤料样品中挥发性风味成分随熬煮时间的变化情况，发现其规律存在一致性，以下以1号样品为例进行分析，1号兰州牛肉面汤料挥发性风味成分总离子流图见图1，不同熬煮时间下各类物质及含量如表2所示。

表2 兰州牛肉面汤料熬煮过程中挥发性成分含量表 （1号样品）

烯烃类物质主要来自烹调过程中加入的香辛调味料，如柠檬烯、反式石竹烯主要来自白胡椒；β-水芹烯主要来自花椒；石竹烯、δ-杜松烯来自丁香；榄香烯来自肉蔻；β-红没药烯主要来自八角；姜烯主要来自生姜。这些物质都具有特色的香味，D-柠檬烯有柠檬香、橙香的清淡香气[10]；石竹烯有辛香和药草味；月桂烯具有辛辣味、香料味、柠檬味，所有的香气形成了兰州牛肉面汤料独特的风味[11]。汤料随着熬煮时间的延长，几乎所有的烯烃类物质的含量都呈现逐渐降低的趋势，其原因可能是经煮制后这些物质部分或全部迁移至牛肉面汤料中或逸散到空气中。

直链饱和醇的阈值较高，来源于脂肪酸氧化，对牛肉面的风味贡献较小。不饱和醇具有令人愉快的香气，阈值较低，为牛肉面汤料贡献了较独特的醇香风味，且大多来源于香辛调味料[12-13]。桉叶油醇味辛冷，有与樟脑相似的气味，来自草果；芳樟醇具有甜味、花香[12]，来自花椒、八角；4-萜烯醇带有新鲜的清香和柑橘香调，来自花椒[14]；肉桂醇来自桂皮，苯乙醇、α-松油醇主要来自草果等香辛料。样品中醇类物质呈现随熬煮时间增加含量减少的趋势。

醛类主要来自脂肪氧化，由于其阈值较低，对兰州牛肉面的风味形成具有重要作用[15-16]。主要的醛类物质有胡椒醛，呈甜的香草气味；肉桂醛来源于桂皮、肉蔻，有强烈的桂皮油和肉桂油的香气；茴香醛来自小茴香，具有辛香甜味，它们均是香辛料的主要成分。醛类物质含量都是随煮制时间的增加而逐渐减小。

酯类物质是具有芳香型气味的挥发性化合物，乙酸香叶酯具清香带甜、似香柠檬和薰衣草的香气，存在于丁香、桂皮、肉蔻及八角茴香中，它们随着时间增加含量逐渐减少至零[17]；而反油酸乙酯、亚油酸乙酯、亚油酸甲酯、油酸甲酯等脂类物质呈油脂味，含量在熬煮时间不断增加时，呈现先增加后保持恒定的趋势，究其原因脂类物质的生成途径复杂，主要是酯化反应和各种产物之间的相互反应， 并不断累积[18-19]。

烷烃类物质主要来源于脂肪酸烷氧自由基的断裂，由于其阈值较高，对风味贡献不大。芳香烃化合物，虽然阈值较低，但所检测出的含量甚微，所以也对兰州牛肉面的风味影响较小，在熬煮过程中，含量逐渐减少[15]。

酚类和醚类中的重要风味成分是丁香酚、6-姜烯酚、茴香脑和肉豆蔻醚。丁香酚来自丁香，有强烈的丁香气味[20]；茴香脑来自八角和小茴香，肉豆蔻醚来自肉蔻，是兰州牛肉面的特色风味物质。在熬煮过程中均呈现逐渐减少的趋势，丁香酚是1号牛肉面汤料中含量最高的挥发性风味成分，在不断熬煮的过程中，含量从最高的5.01%，逐渐减少至熬煮到达3.0 h含量基本趋于零。

酮类物质阈值低，气味多清香，对兰州牛肉面汤料风味有增强作用，在熬煮过程中随着不饱和脂肪酸受热氧化分解以及美拉德反应过程中不断产生积累[21-22]， 同时在高温下缓慢分解，但总含量在熬煮过程中基本保持恒定。

酸类化合物由脂肪酸甘油酯和磷脂加热氧化或酶解产生，但一般酸的挥发性较低，对肉香气贡献较小[23]。在牛肉汤料熬煮的过程中，随着时间的延长，棕榈酸、亚油酸、肉豆蔻酸的含量均逐渐升高，此时具有香味的成分迁移，挥发后，汤料中大部分为酸类物质，此时的汤料香气很淡，更明显的是油脂味。

2.3 各熬煮时间条件下兰州牛肉面汤料样品主成分分析

利用R语言对1号兰州牛肉面汤料样品在不同熬煮时间的挥发性风味物质进行样本分析。图2中1、2、3、4、5分别代表0 h、1.5 h、3.0 h、4.5 h和6.0 h熬煮时间下样本点。在一定程度上，样本点分布的疏密程度反映样本的相似关系。

由图2可知，0 h样本与1.5 h、3.0 h、4.5 h和6.0 h 在第一主成分上存在明显差异，同时结合样品挥发性风味成分含量结果（表2），0 h样本中风味成分烯烃、醇类、醛类、烷烃、醚类和芳香族等化合物含量均与其他时间段样品存在较大差异，这与主成分分析结果趋势一致。1.5 h、3.0 h、4.5 h 3个时间段样品分布点在第一和第二主成分均相似，且与6.0 h样品在第二主成分存在差异，在表2中这3个时间段的 11大类挥发性化合物含量接近，且明显不同于0 h、 6.0 h时间段样品，与主成分分析结论相一致。通过气相色谱-质谱分析和主成分分析，结果表明挥发性风味成分及含量随煮制时间增加不断变化，牛肉面汤料在煮制初期变化较快，随后逐渐变慢，煮制1.5 h以上趋于稳定。

3 结论

本文研究了兰州牛肉面汤料在熬煮时间分别为0 h、 1.5 h、3.0 h、4.5 h及6.0 h时，挥发性风味成分的变化。牛肉面汤料中挥发性风味化合物主要包括烯烃类、醇类、醛类、酚类、醚类和烷烃类、芳香族化合物，其中烯、醇、醛、酚、醚和芳香族等化合物大多来源于香辛调味料，主要形成于汤料熬煮初期，且含量随着熬煮时间的延长不断下降。酸类和酯类化合物分别来自脂肪水解和酯化反应而不断产生累积，使得含量呈增加趋势。利用主成分分析研究挥发性风味物质随着熬煮时间的变化，汤料熬煮0 h样本与1.5 h、3.0 h、 4.5 h和6.0 h在第一主成分上存在明显差异，1.5 h、 3.0 h、4.5 h和6.0 h在第二主成分上有所区分，说明兰州牛肉面汤料风味从熬煮1.5 h开始发生较大变化，这与挥发性风味成分含量变化趋势存在一致性。由此可见，兰州牛肉面汤料在熬煮制作过程中不应熬煮过长时间，否则，牛肉汤料特有的醇香气味会减少，而油脂味增加，因此，生产者需要随熬煮时间的增加适当加入调味料以保证汤料的特色风味。