GC-MS结合电子鼻分析不同品牌郫县豆瓣对干煸牛肉品质的影响

陈丽兰,易宇文,吴华昌，杨芳，简强,张佳敏,袁灿*

(1.四川旅游学院，成都 610100；2.肉类加工四川省重点实验室，成都 610100)

牛肉富含高品质蛋白质、矿物质和其他易吸收的营养素，因其高蛋白、低脂肪，可强壮筋骨，提高免疫力，是运动休闲的饮食佳品，以其为主料的菜肴品种颇多[1-3]。干煸牛肉是川菜特色菜肴，以牛肉为主料，辅以多种调味辅料烹饪制成，成菜色泽棕红，麻辣咸鲜，酥香化渣，广受消费者的青睐[4]。李光辉[5]研究了干煸牛肉调味料和辅料之间的配比，研制出了多种风味类型的干煸牛肉。Duan Wen等通过高效液相色谱法分析烹饪过程中牛肉中味道化合物的含量，优化炒牛肉的烹饪工艺[6]。目前，关于干煸牛肉风味的化学成分研究报道较少，而干煸牛肉风味的化学组成研究有利于进一步指导干煸牛肉工业规模化生产，对传统川菜菜品规模化生产也有促进作用。

郫县豆瓣是干煸牛肉的主要调味料，对干煸牛肉风味的形成至关重要。目前，从郫县豆瓣香气成分中鉴定出百余种风味物质，包括醇类、醛类、酮类、酸类、酯类等，它们之间的相互作用共同决定了郫县豆瓣的香气构型[7]。由于生产工艺复杂，发酵影响因素较多，不同生产厂商加工的郫县豆瓣在营养成分和风味物质上存在明显区别[8-10]，且对于川菜菜品的风味贡献也会发生改变[11-12]。目前，关于不同品牌郫县豆瓣对干煸牛肉品质影响的研究鲜有报道。因此，本文选取了销量较大的3种郫县豆瓣，研究其对干煸牛肉品质的影响。

1 材料与方法

1.1 材料

鹃城牌红油豆瓣酱、丹丹牌红油豆瓣酱、川老汇牌红油豆瓣酱、恒都精选牛里脊肉、芹菜、蒜苗、姜、食盐、千和烹饪料酒、花椒粉、爱蜀味辣椒红油、李锦记芝麻香油、福临门纯香菜籽油、味精：均购自本地超市。

1.2 仪器与设备

MX-50L可倾式燃气炒锅 诸城市茂新机械有限公司；75 μm CAR/PDMS萃取头 美国Supelco公司；GC-MS-QP2010 Plus气相色谱-质谱仪 日本SHIMADZU公司；FOX 4000电子鼻 法国Alpha MOS公司；A200型万分之一电子天平 上海舜宇恒平科学仪器有限公司；实验室常用烹饪设备。

1.3 方法

1.3.1 干煸牛肉烹制工艺

原料肉→分割→清洗→整理切丝→煸炒→成品。

1.3.2 GC-MS条件

采用顶空固体微萃取气质联用法分析3种不同品牌制得干煸牛肉的香气成分，相关条件参照文献[13]。

1.3.2.1 萃取条件

取炒制后的干煸牛肉丝5.0 g置于密封空瓶中，60 ℃下恒温水浴30 min，将老化(250 ℃，10 min)过的固相萃取针插入样品瓶中，吸附30 min，然后在250 ℃气相色谱进样口解吸5 min。

1.3.2.2 GC条件

色谱柱：Rtx-5MS(30 m×0.25 mm,0.25 μm)，柱箱初温40 ℃，进样温度270 ℃，在压力49.5 kPa下进样，柱流量为1.00 mL/min，分流比为3∶1；柱温箱升温程序为40 ℃保持5 min，以5 ℃/min的速度升温到150 ℃保持2 min,以10 ℃/min的速度升温到280 ℃保持3 min。

1.3.2.3 MS条件

电子电离源，离子源温度200 ℃，接口温度220 ℃；溶剂延迟时间为0.1 min；MS开始时间为0.2 min，结束时间为45 min，间隔0.5 s；质量扫描范围为30～500 m/z。

1.3.2.4 定量分析条件

将GC-MS测定各组分结果与NIST 08质谱库进行检索对照，取正向和反向在800以上的挥发性成分。以浓度为1000 ng/mL的邻二氯苯(溶解于甲醇)为内标物，按照公式(1)对各组分进行定量分析。

随机选取2017年1月～8月的我院收治的患者108例检验报告作为常规检验组，其中，男67例，女41例，年龄24～56岁，平均年龄（33.66±1.1）岁，平均病程（14±8）个月，另选取2017年9月～2018年9月收治的患者108例检验报告作为PDCA改进组，其中，男58例，女50例，年龄22～60岁，平均年龄（34.2±1.2）岁，平均病程（16±7）月。两组性别、年龄、病程等一般资料比较，差异无统计学意义（P＞0.05）。

(1)

式中：Cx为未知化合物的含量，ng/g；Co为内标物的质量浓度，ng/mL；Vo为内标物进样体积，mL；Sx为未知化合物的峰面积，AU·min；So为添加的内标物峰面积，AU·min；m为试样的质量，g。

1.3.3 电子鼻条件

准确称量不同干煸牛肉样品2.00 g，移至10 mL顶空进样瓶中，密封，进行电子鼻测定。顶空加热温度70 ℃，加热时间300 s，载气流量150 mL/s，进样量(顶空气体)500 μL，数据采集时间120 s，数据采集延迟180 s。不同品牌干煸牛肉测定8次重复，取后5次稳定的测定结果进行分析。

1.4 统计与分析

电子鼻测定样品的数据，经仪器自带软件直接进行主成分分析(principal component analysis, PCA)和判别因子分析(discriminant factor analysis, DFA)，采用Unscrambler×10.4软件进行偏最小二乘法分析(partial least squares，PLS)，使用SPSS 20.0软件进行Pearson相关性分析，并使用Origin 2019作图。

2 结果与分析

2.1 干煸牛肉香气物质的电子鼻分析

电子鼻(electroninc nose)是模仿人体嗅觉机理的仿生检测设备[14]，通过电子鼻分析干煸牛肉的气味指纹图谱，也称气味雷达图，结果见图1。不同干煸牛肉对电子鼻18个传感器相应信号强度大小，其中12个传感器T40/1、T40/2、T30/1、P10/1、P10/2、P40/1、P70/2、PA/2、P30/1、P40/2、P30/2、TA/2的信号强度较为明显。通过比较不同干煸牛肉的信号响应强度可知，郫县豆瓣的添加一定程度上增加了干煸牛肉的香气。12个传感器对应敏感物质类型见表1[15]。郫县豆瓣的添加增加了碳氢化合物、苯类、胺类、醇类、烷烃类、酮类物质和氯化物的信号强度。

图1 不同干煸牛肉的电子鼻雷达图

表1 传感器对应敏感物质类型

对4种样品电子鼻数据采用主成分分析(PCA)，主成分分析通过对提取的传感器多指标信息进行数据转换和降维，并对降维后的特征向量进行线性分类，最后在主成分分析的三点图上显示主要的二维散点图，见图2。两种主成分的贡献率分别是77.8%和17.5%，累计贡献率为95.3%，大于80%，说明其降维有效，能够反映原始数据的整体信息。4种样品分布在4个不同的象限，表明4种样品气味差异性明显。主成分一(PC1)远大于主成分二(PC2)，说明样品在横坐标上距离越大，其差异性越大。样品LJ和LD在横坐标上分布距离较近，表明样品LT和LD香气较为相似。样品LC和LK的数据点在横坐标上相当，且距离样品LT距离较远，说明样品LC和LK二者的香气较为相似，与LT香气差异明显，且二者差异主要体现在PC2上。

图2 不同干煸牛肉电子鼻数据的主成分分析(PCA)二维图

2.2 干煸牛肉香气物质的GC-MS分析

3种不同品牌郫县豆瓣酱炒制的干煸牛肉挥发性风味物质检测结果见图3，不同样品各类型挥发性物质种类和含量分析比较见图4和图5。

图5 干煸牛肉挥发性风味物质含量

图3 干煸牛肉聚类分析热图

图4 干煸牛肉挥发性风味物质种类及数量

醇类物质可以为干煸牛肉提供清香、木香以及脂香，一般情况下，直链饱和醇的阈值较高，对于肉制品的风味贡献较小，而非饱和醇的阈值较低[16]。由图4可知，4种样品中共检出11种挥发性物质，饱和醇3种，非饱和醇8种，而样品中种类数基本相同，其中芳樟醇的含量在样品中最高，具有似茉莉花香，通常来源于郫县豆瓣。此外，在非饱和醇中，反式-2-辛烯-1-醇呈现蘑菇香，桉叶油醇呈现草药味，4-萜烯醇具有胡椒味，α-松油醇具有丁香香气，以上的非饱和性醇存在于添加的香辛料中，可赋予食品多样化风味。样品中醇含量的排列顺序为LT(456.94 ng/g)>LD(354.54 ng/g)>LK(253.99 ng/g)>LC(246.24 ng/g)，表明鹃城豆瓣和丹丹豆瓣增加了干煸牛肉的醇类物质含量。

酯类物质是肉类食品非常重要的呈香物质，一般很低浓度下会赋予食品水果香气，由短链的脂肪酸水解产生。在4个样品中共检测出11种酯类，共有的酯类有2种，分别为乙酸丙酯和乙酸丁酯，均呈现出果香。另外，对照组LK样品含有的乙酸芳樟酯可呈现薰衣草香，而LC样品中乳酸乙酯呈现果香。同时，3种不同品牌豆瓣制得样品共有物质2-氨基苯甲酸-3,7-二甲基-1,6-辛二烯-3-醇酯。样品中酯类含量的排列顺序为LT(491.04 ng/g)>LD(316.35 ng/g)> LC(168.96 ng/g)>LK(107.25 ng/g)，表明豆瓣的添加增加了干煸牛肉风味酯类含量。

醛类和酮类两种化合物均为羰基化合物，主要产生于脂质氧化过程，其视为肉香成分的特征物质，且二者的阈值较小，在较低浓度下就可以赋予肉类食品花果香气。4个样品中共检测出9种醛类和3种酮类，其中共有的醛类有3种，分别为2-甲基丁醛(巧克力香)、正戊醛(酒香)和壬醛(黄瓜香)，而共有的酮类物质为4-羟基-2-丁酮，可呈现奶油香气。此外，豆瓣的添加明显增加了醛的种类数，样品LT、LD和LC共有的醛类物质有4种，分别为正己醛(酒香)、正庚醛(清香)、苯甲醛(坚果香)和香茅醛(柠檬香)，其中苯甲醛来源于郫县豆瓣[17]。同时，不同品牌豆瓣制得的样品共有1种酮类物质，为3-甲基-2,4-戊二酮。样品中醛类含量的排列顺序为LT(119.46 ng/g)>LD(102.60 ng/g)> LC(65.88 ng/g)>LK(28.16 ng/g)，表明豆瓣的添加增加了干煸牛肉风味醛类含量和种类数，但与其他类型相比，醛类和酮类物质含量较小。

在4个样品中，共检测出烷烃类物质11种，其中共有物质4种。烷烃类物质主要产生于脂肪酸烷氧基氧化基均裂反应，其阈值较高，且在样品中含量不高，对于干煸牛肉的呈香贡献较小。与烷烃相比，烯烃是检测出化合物种类最多的一类物质，在4种样品中共检测出22种，其中共有物质10种，而不同品牌豆瓣制得样品独有5种烯烃化合物，分别为(2E)-3-甲基-2-壬烯、4-甲基-3-(1-甲基亚乙基)-环己烯、3,7,7-三甲基双环[4.1.0]-2-庚烯、2,6-二甲基-2,4,6-辛三烯、2-乙基-1-癸烯和雪松烯。在所有的烯烃化合物中，存在10种以上为萜类化合物，包括β-蒎烯、莰烯、3-蒈烯、月桂烯、异松油烯、(+)-柠檬烯、罗勒烯、γ-松油烯、α-姜黄烯等。萜类化合物多来源于郫县豆瓣和香辛料中，可赋予肉类松香、柑橘香和薄荷香。在萜类化合物中，(+)-柠檬烯的含量最高，具有柑橘香气味，可能主要由干煸牛肉配料调料产生，还有月桂烯和水芹烯，具有薄荷味香气。样品中烯烃类含量在不同类型化合物中含量最高，其排列顺序为LD(903.26 ng/g)>LT(884.4 ng/g)> LC(562.21 ng/g)>LK(494.40 ng/g)，说明鹃城豆瓣和丹丹豆瓣的添加明显增加了干煸牛肉的烯烃含量。

在4种样品中，其他类物质含量较少，共检测出6种，其中包含3种芳香烃、2种醚和1种吡嗪，其中有1种共有物质，为邻异丙基甲苯。2,3-二甲基-5-乙基吡嗪为含氮类化合物，具有坚果香气，可能为美拉德反应产物[18]。

2.3 电子鼻与GC-MS相关性分析

以挥发性风味物质种类为自变量X，电子鼻传感器信号强度为因变量Y进行偏最小二乘法分析(PLS)，其相关性分析结果见图6。在PLS模型中，自变量和因变量之间的距离表明二者之间的相关性，距离越近，正相关性越强，距离越远则负相关性越强[19-20]。醛类、醇类、酯类和烷烃类物质距离传感器T40/1、T40/2、T30/1、P10/1、P10/2、P40/1、P70/2、PA/2、P30/1、P40/2、P30/2、TA/2较近，表明以上类型物质与电子鼻传感器相关性密切。

图6 主要挥发性风味物质与电子鼻PLS相关性分析

为进一步探究不同样品的挥发性风味物质和电子鼻传感器的相关性，Pearson相关系数用于确定每一个电子鼻传感器信号强度正相关的挥发性风味物质。由图7可知，风味物质：正戊醇、反式-2-辛烯-1-醇、芳樟醇、4-萜烯醇、乙酸丙酯、正己醛、正庚醛、苯甲醛、壬醛、水芹烯、月桂烯、异松油烯、γ-松油烯的含量与T30/1、P10/1、P10/2、P40/1、P70/2、PA/2、P30/1、P40/2、P30/2、T40/1、T40/2和TA/2传感器的信号强度呈高度正相关，而与LY2/G、LY2/AA、LY2/GCT和LY2/GCT2呈现负相关，这与PLS分析结果相似。反式-2-辛烯-1-醇、乙酸丙酯、壬醛、正庚醛、苯甲醛和多个传感器的信号强度相关性显著(P<0.05)，4-萜烯醇、乙酸丁酯和水芹烯与T40/1、TA/2传感器的信号强度相关性显著(P<0.05)。表明电子鼻能够对不同干煸牛肉的挥发性化合物进行区分。

图7 电子鼻和挥发性风味物质Pearson相关性图

3 结论

电子鼻和GC-MS联用,结合化学计量学分析不同品牌郫县豆瓣对干煸牛肉挥发性风味的贡献,并进行风味评价。检测到样品中共有风味物质共检测到71种挥发性成分，醇类11种，酯类9种，醛类9种，酮类3种，烷烃类11种，烯烃类22种，其他化合物6种。电子鼻与GC-MS相关性分析表明，电子鼻传感器检测分析结果和GC-MS的挥发性风味物质鉴定结果间具有较高的正相关性。电子鼻主成分分析(PCA)和聚类分析(PC)表明鹃城豆瓣和丹丹豆瓣制备的成品风味相似度高。研究表明,不同品牌豆瓣对干煸牛肉化学物质的定性与定量影响存在显著差异；郫县豆瓣的添加增加了干煸牛肉风味的醛类种类数、风味酯类含量以及风味醛类含量和种类数。鹃城豆瓣和丹丹豆瓣增加了干煸牛肉的醇类物质含量，明显增加了干煸牛肉的烯烃含量，这可能也是造成成品干煸牛肉的风味差异的原因。