不同犊牛肉加工产品中挥发性风味成分分析

郭进，孙学颖，杜梅，王丹，王惠汀，赵丽华，靳烨

（内蒙古农业大学食品科学与工程学院，内蒙古 呼和浩特 010018）

犊牛肉是指用全脂奶、脂肪乳、乳替代品或复合饲料饲养的公犊或淘汰的母犊的可食用肉[1]。近年来，我国牛肉产业发展迅速，造成牛肉短缺，进口肉牛和牛肉价格上涨。在国外，犊牛肉因其柔嫩多汁、滋味特殊、低脂肪、高蛋白且富含人体所需的各种氨基酸和矿物质以及高经济价值被认为是优质蛋白的重要来源之一[1-2]，但在我国每年奶牛养殖过程中，奶牛和奶公犊被大量淘汰。目前，国外一些发达国家将犊牛肉作为中高端牛肉制品的原料，犊牛肉产业已经比较完善，但我国犊牛肉市场起步晚，主要研究集中于犊牛的饲喂方式[3]和奶公犊肉的品质[4]等方面，关于中高端牛肉制品的研发等方向较单一，且国内关于犊牛肉产品品质风味的研究鲜有报道。

食品的香气和滋味等方面是直接影响感官特性、食品品质和消费者购买意愿的重要因素[5]，其风味受到肉类来源、肉类种类及加工工艺等因素的影响[6-7]。气相色谱-质谱联用（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）技术是用于食品行业中气味分析的常用方法之一，具有灵敏度高、选择性与重现性好、便捷等优点，已广泛应用于食品风味的分析研究[8]。杜梅等[9]采用GC-MS技术对不同部位犊牛肉的风味物质进行鉴定，结果表明，犊牛肉的挥发性风味物质共有30种，主要为酮类、醛类和醇类，其中醛类多为不饱和醛。

电子鼻和电子舌是利用传感器和电子感测模仿哺乳动物嗅觉和味觉机理的一种现代感官分析仪器，可快速精确表征食品样品的整体滋味[10]。孙学颖等[11]利用固相微萃取－气质联用（solid phase microextraction-gas chromatography-mass，SPME-GC-MS）对 4 组羊肉发酵香肠样品的挥发性风味进行测定，并结合电子鼻与电子舌技术进一步分析，结果表明，电子鼻技术可对发酵香肠样品进行区分，而电子舌技术分类效果较差。

近年来，对各种食品挥发性风味成分的研究报道甚多，但在国内关于犊牛肉产品挥发性风味的研究鲜有报道。因此本研究以犊牛肉为主要原料，采用不同加工方式制作犊牛排、犊牛肉干和调理肉饼，运用电子鼻/电子舌与GC-MS技术对犊牛肉以及3种犊牛肉产品的挥发性风味成分进行检测，为我国犊牛肉生产加工过程中的风味鉴定以及品质评价提供理论依据和数据参考，对于犊牛肉产品的开发生产与加工具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

犊牛里脊肉：内蒙古金源康生物工程有限公司。白砂糖、酱油、料酒、番茄粉、黑胡椒粉、食盐、味精、变性淀粉、乙基麦芽酚、复合磷酸盐（三聚磷酸盐∶焦磷酸盐=1∶1）、红曲红色素、VC：市售，均为食品级；亚硝酸钠：上海麦克林生化科技有限公司。

1.2 仪器与设备

电子天平（BS210S）：北京赛多利斯仪器系统有限公司；气质联用仪（Thermo Trace 1300ISQ型）：美国热电有限公司；便携式电子鼻传感器（PEN3）：德国Airsense公司；电子舌（SA402B）：北京盈盛恒泰科技有限责任公司。

1.3 方法

1.3.1 犊牛肉产品的制作

参照杜梅[12]的方法制作犊牛肉产品。

1.3.1.1 犊牛排的制作工艺

犊牛肉→解冻→修整→切片→腌制（4℃，1 h）→煎制→冷却→包装→成品。

腌制剂配方：食盐1%，白砂糖1.5%，酱油2.0%，料酒10.0%，VC0.2%，亚硝酸钠0.000 2%，番茄粉0.1%，复合磷酸盐（焦磷酸盐∶三聚磷酸盐=1∶1）0.3%，黑胡椒0.2%。

1.3.1.2 犊牛肉干的制作工艺

犊牛肉→预处理→腌制（4℃，16 h）→烤制（2 h，50℃～90℃）→成熟（1 h，150℃）。

腌制剂配方：食盐0.5%，亚硝酸钠0.000 2%，葡萄糖0.1%，白砂糖0.5%，酱油0.5%。

1.3.1.3 调理犊牛肉饼的制作工艺

犊牛肉→预处理→辅料的配制→腌制（4℃，20 h～24 h）→成形→速冻（-18℃，12 h～14 h）→解冻→烤制（180℃，10 min）→成品。

腌制剂配方：食盐2%、味精0.5%、酱油0.3%、VC0.03%、亚硝酸钠0.000 2%，红曲红色素0.15%、变性淀粉12%、水20%。

1.3.2 电子鼻传感器检测

参照李双艳等[13]的方法并略作修改，称取5 g肉糜放入10 mL专用顶空瓶中60℃水浴，40 min后取出静置10 min，运用电子鼻传感器在25℃恒温环境条件下对样品进行检测。电子鼻传感器性能描述参考孙学颖等[11]的方法。

电子鼻条件：取样间隔时间1 s，清洗时间90 s，信号采集时间为200 s（传感器信号在60 s后基本稳定），零点修剪时间为1 s，每组样品做3次平行重复。PEN3型电子鼻10种不同传感器性能描述如表1所示。

表1 PEN3型电子鼻传感器性能描述Table 1 Properties of sensor on PEN3 electronic nose

1.3.3 电子舌测定

参照范文教等[14]的方法并略作修改，取10 g肉样切碎后置于锥形瓶中，加入100 mL 0.1 mol/L氯化钾溶液，并在磁力加热搅拌器上搅拌浸提30 min后过滤，将滤液收集倒入电子舌专用容器中，上机测定，每个样品平行测定3次。电子舌传感器经活化校准后在室温下交替进行样品采集与清洗，样品数据采集时间为90 s，采集周期 1.0 s，采集延迟 0 s，搅拌速率 1 r/s，清洗（基准液）时间为336 s，截止时间为20 s。SA402B型电子舌5个传感器（人工双分子膜传感器）的性能描述参考孙学颖等[11]的方法，如表2所示。

表2 SA402B型电子舌传感器性能描述Table 2 Properties of sensor on SA402B electronic tongue

1.3.4 风味的测定

参照罗玉龙等[15]的方法稍作修改，采用固相微萃取法对样品进行前处理，取5 g样品置于20 mL顶空瓶中压盖，将老化后的SPME萃取头插入样品瓶顶空部分，于60℃吸附40 min，吸附后的萃取头取出插入气相色谱进样口，于250℃解吸3 min～5 min，同时启动仪器采集数据。采用内标法进行定量，测定内标物和各成分的峰面积和相对响应值，计算出各组分在样品中的含量。

气相色谱条件：DB-5毛细管色谱柱（60 m×0.32 mm×1.8 μm），解吸 5.0 min（100 μm PDMS 萃取头和50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取头解吸温度为2℃；75 μm CAR/PDMS萃取头解吸温度为280℃），以不分流模式进样。

升温程序：色谱柱初温40℃，以4℃/min的速度升至150℃，等温保持3 min；再以5℃/min的速度升温至200℃，保持1 min；然后以20℃/min的速度升温至230℃，保持5 min，以氦气为载气，流速1.0 mL/min。

质谱条件：电离方式为电子轰击源，电子能量70 eV，离子源温度250℃，传输线温度250℃，扫描质量范围30～400 m/z，溶剂延迟时间为1 min。

定性与定量分析：将总离子流色谱图中的每个峰通过计算机检索并根据Wiley710和NISTDEMO标准谱库进行数据对比，当匹配度＞800时被保留作为鉴定依据，采用峰面积归一化法计算每种挥发性化合物的相对百分含量，单位为AU/g。

1.4 统计分析

采用SIMCA-P进行主成分分析，数据显著性分析选用SPSS 22.0软件完成。所有数据表示为平均值±标准差，平均值采用Duncan氏法进行多重比较，显著水平为 P＜0.05。

2 结果与分析

2.1 电子鼻分析犊牛肉和3组犊牛肉产品挥发性成分

通过电子鼻对犊牛肉和3组犊牛肉产品中的挥发性风味进行直观的分类，电子鼻雷达分析图谱如图1所示。

图1 犊牛肉及不同犊牛肉产品的电子鼻雷达分析图谱Fig.1 Radar map analysis of calf and different calf products by electronic nose

由图1可知，犊牛肉和3组犊牛肉产品在传感器W1S、W1W、W2S和W5S均具有较高的响应值，说明甲基类、硫化物、醇醛酮类和氮氧化合物是犊牛肉产品中主要的挥发性风味物质，其中，W1W、W1S和W2S传感器对犊牛肉和3组犊牛肉产品的响应值差异较大，说明犊牛肉和3组犊牛肉产品挥发性风味在硫化物、甲基类、醇类和醛酮类物质成分及含量差异较大；而W3S、W5S和W6S传感器响应值在不同加工方式处理组之间几乎重叠，说明犊牛肉和3组犊牛肉产品中长链烷烃、氮氧化合物和氢化物的组成和含量基本相似。与犊牛肉相比，犊牛肉产品中甲基类、醇类和醛酮类物质种类及含量降低，其主要是由加工过程脂肪氧化水解以及糖类的美拉德反应导致的[16]；而犊牛肉干中的硫化物种类及含量高于其他组，说明烘烤工艺促进美拉德反应；犊牛排与调理肉饼挥发性风味组成与含量相似，其中硫化物种类及含量却低于犊牛肉，可能是熟制工艺抑制美拉德反应所致[16]。

主成分分析目的是将数据降维，把多方面变量转化为几个主成分，并将非必要信息消除以保证所含信息利用率高[17]。图2为犊牛肉和3组犊牛肉产品电子鼻主成分分析（principal component analysis，PCA）二维图。

图2 犊牛肉及不同犊牛肉产品电子鼻PCA二维图Fig.2 Two-dimensional map of e-nose PCA of calf and different calf products

从图2可以看出，第1和第2主成分贡献率分别为62.0%和28.2%，总贡献率达90.2%（超过85%），涵盖了样品的大部分信息，可用其代表犊牛肉和3组犊牛肉产品的电子鼻整体信息。在PCA模型中，犊牛肉与3组犊牛肉产品可沿PC1轴分开，可见经过不同加工方式处理后犊牛肉产品与犊牛肉风味差异较大；犊牛肉与犊牛肉干分别聚类于不同象限，而犊牛排与调理犊牛肉饼位于同一象限且聚类在二维空间的区域距离较近，表明犊牛肉以及3组产品之间气味上有一定差别，而犊牛排与调理犊牛肉饼电子鼻特征较为相似，这与之前电子鼻雷达图特征信息一致。此外，由犊牛肉和3组犊牛肉产品在二维空间内的区域距离可知，犊牛肉和3组犊牛肉产品的风味差异较大，表明电子鼻技术结合PCA可将犊牛肉与3组犊牛肉产品分类。

2.2 电子舌分析犊牛肉和3组犊牛肉产品滋味成分

通过电子舌技术对犊牛肉和3组犊牛肉产品的滋味进行评价。SA402B电子舌共有5个传感器，根据犊牛肉和3组犊牛肉产品在5个传感器上的响应值绘制出味觉雷达图如图3所示。

图3 犊牛肉及不同犊牛肉产品的电子舌雷达分析图谱Fig.3 Radar map analysis of calf and different calf products by electronic tongue

由图3可知，犊牛肉和3组犊牛肉产品滋味轮廓变化不同，苦味、涩味、回味苦、回味涩、鲜味、丰富度和咸味传感器的响应值基本一致。此外，与犊牛肉相比，犊牛肉产品在丰富度传感器上的响应值在一定程度有所增加，酸味和甜味传感器的响应值呈显著性差异（P＜0.05）。这可能是由于加工过程中蛋白质和脂肪降解以及微生物的作用导致[18]，而犊牛肉和3组犊牛肉产品在甜味传感器上的差异可能是由于加工过程中白砂糖等辅料的添加造成的。

犊牛肉和3组犊牛肉产品电子舌PCA二维图如图4所示。

图4 犊牛肉及不同犊牛肉产品电子舌PCA二维图Fig.4 Two-dimensional map of e-tongue PCA of calf and different calf products

从图4可知，主成分PC1和PC2的贡献率分别是47.7%和35.4%，累积贡献率为83.1%（超过70%），可表达犊牛肉和3组犊牛肉产品滋味的主要信息。3组犊牛肉产品在二维空间上有聚集趋势，与犊牛肉组的区域距离较远，表明犊牛排、犊牛肉干与调理犊牛肉饼3种产品在滋味上较相似，与犊牛肉有一定差别。且犊牛排与调理犊牛肉饼在二维空间的距离最近，表明二者的滋味较为相似。犊牛肉和3组犊牛肉产品可通过电子舌结合PCA在二维空间聚类分离，结果表明利用电子舌对产品滋味进行分类判别可行。

2.3 犊牛肉及其3组犊牛肉产品的主要挥发性风味组成

通过GC-MS对犊牛肉以及3组犊牛肉产品进行检测，共检测出36种挥发性风味物质，主要包括：酸类（4种）、酯类（3种）、醛类（9种）、醇类（8种）、酮类（24种）、烃类（7种）、其它（3种），其物质含量见表3。

表3 犊牛肉及不同犊牛肉产品的挥发性风味物质相对含量Table 3 Relative content of volatile compounds in calf and different calf products

酸类风味物质主要源于肉制品中的有机酸以及在0℃～4℃环境中的糖酵解产生的乳酸，也可能是脂肪中的甘油三酯发生水解反应而产生的，4组样品中酸类风味物质占总挥发成分的1.41%～9.76%，以己酸和乙酸为主。犊牛肉及3组犊牛肉产品的乙酸差异显著（P＜0.05），可能是因为腌制剂不同所导致的。己酸又被称为羊油酸，可由己醛进一步氧化而来，邓大川等[19]研究发现己酸和己醛对兔肉腥味有直接影响，乙酸赋予产品酸醋味。犊牛排和调理犊牛肉饼在经过加工后分别增加了1.44×106AU/g和 8.74×105AU/g的异戊酸，异戊酸有刺激性酸败味，但高度稀释后则有甜润的果香，以及笃斯越橘样的香味。

酯类风味物质主要是通过脂肪酸分解、酶促反应和醇酯化等途径产生的[12]，占总挥发性风味物质的0.14%～1.16%，其中，犊牛肉中检测到的3-丁烯基异硫氰酸酯在其他3组产品中并未检测到，其具有辛辣且浓郁的味道[20]，表明通过不同处理的犊牛肉产品中的辛辣味被降低。

醛类风味物质主要来自脂肪氧化水解、微生物作用以及糖类的美拉德反应，其占总挥发性成分的20.25%～46.37%，是犊牛肉产品的主体挥发性风味物质，其中犊牛肉干和调理犊牛肉饼中醛类物质最多，达到7种。3组犊牛肉产品共有的挥发性风味物质以己醛、庚醛和壬醛为主，其中犊牛肉组的己醛仅占总挥发性物质的1.17%，其他3组占总挥发性物质的10.27%～29.80%，表明经过加工处理后的犊牛肉产品主要挥发性风味物质为己醛。己醛是亚油酸自动氧化作用产生的氢过氧化物断裂后生成的物质，具有青草香味；庚醛具有鱼腥味；壬醛具有脂肪香气[21]。

醇类风味物质是脂质氧化或者羰基化合物还原生成的醇类物质[22]，醇类化合物的风味比较柔和，通常赋予产品芳香、植物香、酸败和土气味[23]，占总挥发性风味的4.21%～20.28%。与犊牛肉相比产品组中2，3-丁二醇和1-辛烯-3醇含量显著增加（P＜0.05），1-辛烯-3醇具有发酵香和蘑菇香，2，3-丁二醇具有令人愉快的香气，对产品的整体风味品质具有重要影响。

酮类风味物质主要来源于不饱和脂肪酸的氧化降解、醇类的氧化以及酯类的降解[24]，占总挥发性成分的2.35%～9.89%，以3-羟基-2-丁酮为主。3-羟基-2-丁酮是经柠檬酸代谢产生二乙酸转化而来，具有清香奶香味[25]。

烃类风味物质是脂肪氧化的次级产物，含量随着脂肪酸的组成不同而存在较大的差异[26]，占0.64%～8.30%，对产品整体风味影响较小，其中犊牛肉组未检测到烃类。

其他物质以醚类为主，醚类是产品挥发性风味物质的重要组成部分，大多数会产生强烈而愉快的香气，尤其是含有苯环的醚类物质[27]，占总挥发性风味物质的0.84%～3.05%，其中以茴香脑为主。

不同犊牛肉产品中挥发性风味成分韦恩图见图5。

图5 犊牛肉及不同犊牛肉产品中挥发性风味成分韦恩图Fig.5 Wayne diagram of volatile flavor components in calf and different calf products

由图5可知，犊牛肉与3组犊牛肉产品中检出8种共有物质，包括乙酸、己醛、庚醛、壬醛、1-辛烯-3-醇、正己醇、3-羟基-2-丁酮和茴香脑，表明以上化合物可能是犊牛肉系列产品中风味的主要成分；犊牛排、犊牛肉干和调理犊牛肉饼中有3种相同成分，分别为戊醛、2，3-丁二醇和萘，是犊牛肉加工产品的主要风味成分。犊牛肉中检测出特有成分有3种，包括L-精氨酸、己酸和3-丁烯基异硫氰酸酯，其中己酸含量最高，对犊牛肉的风味有贡献作用；在犊牛肉干中有5种特有成分，分别是辛醛、癸醛、己醇、癸烷和正戊烷，其中辛醛、己醇和正戊烷含量较高，占犊牛肉干总挥发性风味成分的13.9%，对犊牛肉干的风味有关键贡献作用；调理犊牛肉饼中检测到1种特有成分为2-己烯醛，具有绿叶香味。

3 结论

本试验采用电子鼻/电子舌与GC-MS技术对犊牛肉和3组犊牛肉产品中挥发性风味进行鉴定、分析和区分，研究其风味物质变化规律。研究结果表明：电子鼻和电子舌技术结合雷达图谱和PCA分析可以更直观地对犊牛肉和3组犊牛肉产品的风味进行差异分析，均可实现对犊牛肉原料及产品的快速区分；基于GC-MS技术分析鉴定出36种挥发性风味物质，其中犊牛肉组、犊牛排组、犊牛肉干组和调理肉饼组分别检测出14、19、26和23种挥发性成分，韦恩图分析表明，乙酸、己醛、庚醛、壬醛、1-辛烯-3-醇、正己醇、3-羟基-2-丁酮和茴香脑为犊牛肉系列产品中风味的主要成分，而戊醛、2，3-丁二醇和萘构成3组犊牛肉加工产品的主要风味成分。综上，不同加工方式对犊牛肉产品具有一定影响，本研究可为我国犊牛肉的生产加工过程中的风味鉴定以及品质评价提供理论依据和数据参考，对于犊牛肉产品的开发生产与加工具有重要意义。