天然植物提取物复合脱腥剂对牛胃脱腥效果评价及工艺优化

马玉琴,韩玲,张锐,罗进,余群力*,张丽 *

1(甘肃农业大学 食品科学与工程学院,甘肃 兰州,730070)2(肉类加工四川省重点实验室,四川 成都,610106)

牛胃约占脏器总质量的5.94%,且占比最大,分为瘤胃、网胃、瓣胃和皱胃,占整个牛胃的80%、5%、7%、8%[1],富含蛋白质、矿物质等活性物质,是一款高蛋白低脂肪的产品[2]。近年来,国内外在牛胃的食用方面研究较少,国内主要对牛胃中的百叶(瓣胃)进行研究,少有关于瘤胃、网胃、皱胃的加工工艺和储存品质变化的研究,而牛胃病理学与生理功能则是国外学者的研究重点[3],归其原因主要是牛胃的腥味较重,导致其加工和消费降低。因此,为提高牛胃类产品的可接受度,脱腥至关重要。

脱腥方法主要有物理法、化学法、生物法、复合脱腥法等。物理脱腥最为普遍,并在一定程度上改善了肉制品风味。化学脱腥易因化学物质残留造成食品安全问题。生物脱腥局限性较大且产生异味[4]。在多种除腥方法中,单一的脱腥技术具有一定的局限性,为了保证产品品质及风味,且能较大程度地脱除腥味,需采用两种或两种以上的脱腥技术[5]。目前,对于牛副产物脱腥研究,多以牛肝、牛心为主。如尉莹[6]采用物理脱腥法(掩盖法),通过料酒、生姜、呈味核苷酸二钠对牛肝进行脱腥处理。温莉娟[7]采用生物脱腥法(酵母浸泡方式)对牛心进行脱腥处理,但对于牛胃脱腥尚未见报道。因此,需开发一种纯天然绿色复合脱腥方法来研究牛胃脱腥工艺及效果。天然植物提取物浸泡脱腥已被广泛使用,主要是由于某些植物中含有黄酮类、萜类、酚类、有机酸、儿茶素等物质,具有钝化酶、抗氧化、抗菌、抑制脂肪氧化、改善食品风味等功能,还能吸附具有不愉快气味的鱼腥味[8-9]。HUANG等[10]研究表明迷迭香提取物能显著降低鱼腥味值和鱼腥味活性物质浓度,且腥味值降低58%左右。海藻糖是一种安全的天然糖类,能较好地抑制不饱和脂肪酸的分解和挥发性醛类的生成,使产品呈现很好的矫味矫臭作用,降低腥味物质的产生,改善产品风味[11]。徐永霞等[12]研究发现海藻糖浓度4.5 g/100 mL、柠檬酸浓度0.43 g/100 mL、浸泡时间38 min,脱腥效果最佳。在物理脱腥法中,盐溶法脱腥较为常见,利用食盐(NaCl)盐析和渗透作用促进鱼体腥味物质析出,同时盐分能抑制鱼肉中酶活性,通过阻碍酶促反应减少鱼腥味物质的生成[13],采用食盐去除腥味,操作相对简单。刘子琪等[14]研究发现牛肝在10 g/L NaCl 浸泡60 min后腥味值显著降低。最近,复合脱腥技术成为了国内学者的研究热点,其主要是利用各方法之间的互补和协同增效作用获得更优的除腥效果[15]。

本试验采用迷迭香提取物(RosmarinusofficinalisL.extraction,RE)、海藻糖、NaCl作为复合脱腥剂对牛胃进行脱腥、以感官评分为指标,优化脱腥工艺,采用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用(headspace solid-phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry,HS-SPEM-GC-MS)鉴定、分析脱腥前后腥味物质种类及含量变化来评价脱腥效果,以期为牛胃的加工提供技术支持,对提高牛副产物利用率和价值具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

本试验牛胃来自发育正常、健康无病的2～3岁龄西门塔尔肉牛,甘肃康美现代农牧产业集团有限公司。

RE(食用级,脂溶性),河南森源本草天然产物股份有限公司;海藻糖(食品级,纯度≥95%),德州汇洋生物科技有限公司;食盐(食品级),中盐甘肃省盐业有限公司;仲-辛醇(色谱纯,GC≥99.5%),北京索莱宝科技有限公司。

1.2 仪器与设备

HX-202型电子天平,慈溪市天乐衡器厂;DSA50-JY2超声波清洗器,德森精工有限公司;TG16高速冷冻离心机,苏州威尔实验用品有限公司;DVB/CAR/PDMS 65 μm萃取头,美国Supelco公司;7890A-5975C气相色谱-质谱联用仪,美国安捷伦公司。

1.3 实验方法

1.3.1 样品预处理

肉牛宰前禁食24 h,按照NY/T 1341—2007《家畜屠宰质量管理规范》进行屠宰。屠宰后立即取其4个胃室,将其内容物等脏物清洗干净,剔除表面脂肪,切块分割后用聚乙烯包装袋密封,并置于-18 ℃冰箱冷冻保存。

将一定量的脂溶性RE溶于蒸馏水,搅拌均匀后,过滤、离心(6 000 r/min、10 min),收集澄清液作为脱腥剂。并依次按照一定比例加入海藻糖和NaCl作为混合脱腥剂进行脱腥试验。

1.3.2 天然植物提取物复合脱腥剂单因素试验

牛胃经过前期的脱腥预实验,确定了关于脱除牛胃腥味物质的主要因素为:料液比例、RE浓度、浸泡时间、海藻糖添加量、NaCl添加量。称取一定量牛胃进行脱腥试验,以感官评价为指标进行单因素试验,分别研究不同料液比(1∶1、1∶2、1∶3、1∶4、1∶5、1∶6,g∶mL);不同质量浓度RE(0、0.05、0.1、0.15、0.20、0.25 g/100 mL)、不同浸泡时间(0、25、30、35、40、45 min)、不同质量浓度海藻糖(0、1、2、3、4、5 g/100 mL)、不同质量浓度NaCl(0、0.3、0.6、0.9、1.2、1.5 g/100 mL)对牛胃腥味值的影响。

1.3.3 Box-Behnken试验设计

在单因素试验结果基础上,以3种脱腥剂配比为试验因素、感官评分为响应值,进行3因素3水平Box-Behnken中心组合试验设计。来确定最佳脱腥条件,具体因素水平设计见表1。

表1 Box-Behnken 试验因素与水平表 单位:g/100 mL

1.3.4 脱腥指标的测定

1.3.4.1 腥味值的测定

参考吴燕燕等[16]的方法稍加修改,根据GB/T 16291.1—2012 《感官分析 选拔、培训与管理评价员一般导则 第1部分:优选评价员》和GB/T 22210—2008 《肉与肉制品感官评定规范肉与肉制品感官评定规范》,选择10名具有食品专业背景的评价员组成感官评价小组。评判标准如表2所示。分值越大,腥味越重;反之,腥味越淡。

表2 腥味评分标准 单位:分

1.3.4.2 挥发性成分的测定

参考罗进等[17]的方法并稍做修改,准确称取样品10.00 g于20 mL顶空瓶中,再向瓶内加入 88.01 μg/L 的2-辛醇标准品5 μL作为内标物,最后加入2 g NaCl,于90 ℃水浴锅中加热平衡10 min后,用已活化好的萃取头顶空吸附30 min,迅速将萃取头插入气相色谱仪的进样口,解吸5 min。

气相色谱条件:采用OV1701毛细管(30 m×0.25 mm,0.25 μm) 色谱柱。升温程序:柱初温度35 ℃,保持5 min,以5 ℃/min的速率升温到260 ℃保持10 min,运行58 min。载气(He) 流速为1.0 mL/min。

质谱条件:接口温度260 ℃;电子能量70 eV;离子源温度230 ℃;MS1四极杆温度150 ℃;质量扫描范围40～600m/z。

样品中风味物质的含量Ci按公式(1)计算:

(1)

式中:ρ,内标物的质量浓度,μg /mL;V,内标物体积,μL;Si,各挥发性组分的峰面积;S,内标物质的峰面积;m,样品的质量,g。

1.3.4.3 相对气味活度值(relative odor activity value, ROAV)分析

参考田淑琳等[18]的方法,ROAV计算如公式(2)所示:

(2)

式中:Cr,对整体风味贡献水平最大成分的相对含量,%;Tr,对整体风味贡献水平最大成分的感觉阈值,μg/kg;Cri,待测成分相对百分含量,%;Ti,待测成分感觉阈值,μg/kg。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel对数据进行整理,SPSS软件进行统计分析,并通过Design Expert 8.0.6软件对响应面数据进行分析,用Origin 2019软件进行绘图。

2 结果与分析

2.1 单因素结果与分析

2.1.1 料液比对牛胃脱腥效果的影响

由图1可知,随着料液比的增加牛胃腥味值均呈现先下降后趋于平缓的趋势,可能是因为牛胃与料液的接触面积增大,使其覆盖均匀,有利于更好地掩盖腥味,降低腥味值[19]。料液比1∶1～1∶3时,各部位牛胃腥味值均显著下降(P<0.05),料液比大于1∶3时各部位牛胃组间和组内的腥味值差异不显著(P>0.05),但随着料液比的增加牛胃色泽会变黄加深,不利于腥味感官评价,故1∶3为最佳的牛胃脱腥料液比。

图1 料液比对牛胃脱腥效果的影响Fig.1 Effect of material-liquid ratio on deodorization of bovine stomach

2.1.2 RE对牛胃脱腥效果的影响

由图2可知,RE显著影响牛胃腥味值(P<0.05),随着RE浓度的增加牛胃腥味值呈现下降趋势。有研究发现RE在脱除白鲢鱼肉腥味和改善其加工产品风味占有优势[8],是因为RE中的去腥味活性成分(迷迭香酸、鼠尾草酸和鼠尾草酚)取代了作用于不饱和脂肪酸的自由基或者是抑制了微生物活性,从而降低了腥味值[20]。当RE质量浓度从0增加到0.15 g/100 mL时,腥味显著下降(P<0.05)。在0.2～0.25 g/100 mL时,腥味值下降不明显,且在同一添加量下瘤胃、网胃、瓣胃之间的腥味值差异不显著(P>0.05)。当浸泡液中RE质量浓度过大时,会破坏牛胃本身的风味,对其表面色泽产生影响,所以选择0.15 g/100 mL的RE为后续响应面试验的中心点。

图2 RE对牛胃脱腥效果的影响Fig.2 Effect of RE concentration on the deodorization effect of bovine stomach

2.1.3 浸泡时间对牛胃脱腥效果的影响

由图3可知,浸泡时间显著影响牛胃腥味值(P<0.05),随着浸泡时间的延长腥味值逐渐降低。当浸泡时间达到30 min后,不同浸泡时间下同一部位的牛胃腥味值无显著变化(P>0.05),且在同一浸泡时间下网胃、皱胃之间的差异不显著,但与瓣胃相比腥味值较高,差异显著(P<0.05),说明瓣胃脱腥效果较好。然而,随着浸泡时间的延长,牛胃表面组织松散,脱腥液中的色素或其他不良因素会破坏产品品质,以上结果与陈鸿彬等[21]的研究一致,故确定牛胃脱腥的最佳时间为30 min。

图3 浸泡时间对牛胃脱腥效果的影响Fig.3 Effect of soaking time on deodorization of bovine stomach

2.1.4 海藻糖对牛胃脱腥效果的影响

由图4可知,海藻糖的浓度显著影响牛胃腥味值(P<0.05)。随着海藻糖浓度的增加,脱腥效果逐渐增强,可能是由于海藻糖可以减少部分食品自身带有的涩味、苦味、酸味等不良味道,从而导致腥味值的降低[22]。在海藻糖质量浓度为2～5 g/100 mL时脱腥效果较好,且浓度超过2%后,在相同浓度下网胃、瓣胃、皱胃之间的腥味值差异不显著(P>0.05),所以综合考虑成本因素,选取2 g/100 mL海藻糖作为后续响应面试验的中心点。

图4 海藻糖对牛胃脱腥效果的影响Fig.4 Effect of trehalose concentration on deodorization of bovine stomach

2.1.5 NaCl对牛胃脱腥效果的影响

由图5可知,NaCl的浓度显著影响牛胃腥味值(P<0.05),随着NaCl浓度的增加,腥味值先降低后趋于稳定。出现这一现象的原因可能是在脱腥过程中NaCl能够抑制某些微生物的活动,减少氨类物质的产生,同时使其渗透到肉质内部,起到调味的作用,超过一定量时会对牛胃感官产生不良影响[23]。NaCl质量浓度大于0.6 g/100 mL后,相同质量浓度下各牛胃腥味值差异不显著(P>0.05)。所以综合考虑成本因素,选取NaCl质量浓度为0.6 g/100 mL作为后续响应面试验的中心点。

图5 NaCl对牛胃脱腥效果的影响Fig.5 Effect of salt concentration on deodorization of bovine stomach

2.2 响应面试验

通过单因素试验可知,在各因素达到适宜条件之后,牛胃各部分之间的腥味值差异基本不显著(P>0.05),且各部位均是牛胃的一部分,其中瘤胃在整个牛胃中占比最大(80%),考虑到要实现工业化生产,故选择瘤胃作为研究对象进行Box-Behnken试验设计,而后在最佳脱腥工艺条件下测定不同部位牛胃风味物质种类及含量。以RE、海藻糖、NaCl浓度为响应变量,以腥味值为响应值进行响应面优化。试验结果以及回归模型方差分析见表3和表4。

利用Design-Expert8.0软件将表3中试验数据进行二次多项回归拟合,得到的腥味值回归方程为Y=1.14-0.33A-0.17B-0.046C+0.017AB-0.025AC+0.032BC+0.49A2+0.32B2+0.26C2。

表3 响应面试验设计及结果Table 3 Design matrix and experiment results of response surface method

表4 腥味感官评分回归模型的方差分析结果Table 4 Analysis of variance analysis of the sensory score regression model

瘤胃腥味值响应面见图6,由图6-a可知,当海藻糖浓度固定不变时,随着RE浓度的增加,腥味感官评分值降低,当RE质量浓度达到0.16 g/100 mL时,瘤胃腥味感官评分达到最小值。由图6-b可知,当RE浓度固定不变时,随着NaCl浓度的增加,腥味感官评分值降低,当NaCl质量浓度达到0.6 g/100 mL,瘤胃腥味感官评分达到最小值。由图6-c可知,当NaCl浓度固定不变时,随着海藻糖质量浓度的增加,腥味感官评分值降低,当海藻糖质量浓度达到2 g/100 mL时,瘤胃腥味感官评分达到最小值。

a-海藻糖与RE的交互作用对腥味值的影响;b-RE与食盐的交互作用对腥味值的影响;c-食盐与海藻糖的交互作用对腥味值的影响

优化得到脱腥工艺条件:RE 0.17 g/100 mL,海藻糖2.25 g/100 mL,NaCl 0.64 g/100 mL。在上述条件下,由响应面模型预测的腥味感官评分为1.06。为了验证模型的可行性,在上述去腥条件下进行3次验证试验,测定腥味值为1.08。该结果与模型预测值基本一致,可见模型能很好地预测复合脱腥剂对牛胃的脱腥效果,模型结果可靠。

2.3 脱腥前后牛胃挥发性成分组成分析

经响应面试验优化得到瘤胃最佳脱腥工艺条件,在此条件下对网胃、瓣胃、皱胃进行脱腥处理,通过HS-SPME-GC-MS检测比较脱腥前后各牛胃中的挥发性风味物质种类及含量变化。由图7可知,牛胃(瘤胃、网胃、瓣胃、皱胃)中检测到的挥发性风味物质主要是醛类、酸类、醇类、酯类、酚类和酮类。牛胃脱腥前分别检测到17、15、12、14种挥发性风味物质,含量分别为84.38、57.29、58.14、61.58 μg/kg。脱腥后分别检测到16、15、11、11种挥发性风味物质,含量分别为63.47、41.42、48.73、30.46 μg/kg。由上述结果可知,脱腥后总的挥发性风味物质种类及含量均有不同程度的降低,其中牛胃各部位中醛类物质种类及含量明显下降,其次是酯类、酚类、酸类,酮类物质最少。说明脱腥后牛胃腥味的减弱主要表现在醛类物质的减少。

图7 脱腥前后挥发性风味物质的种类及含量变化Fig.7 Varieties and content changes of volatile flavors in bovine stomach before and after deodorization

2.4 脱腥前后牛胃挥发性成分的测定与分析

醛类化合物是脂肪氧化降解的重要产物,阈值较低,且容易被感知,分子质量低的醛具有刺激性气味,8个碳原子以上的醛具有芳香味,对腥味贡献较大[24]。由表5可知,经过复合脱腥浸泡处理后,牛胃中醛类种类均减少,瘤胃、网胃、瓣胃、皱胃醛类总量下降率分别为69%、69%、53%、59%。己醛主要由亚油酸和亚麻酸氧化分解产生,对鱼腥味的贡献是所有醛类之中最大的。庚醛、辛醛、壬醛、反-2-辛烯醛也被证实是产生腥味的主要化合物。脱腥后己醛下降率均为100%,牛胃(瘤、网、瓣、皱胃)中正辛醛、壬醛含量均呈下降趋势,辛醛下降率分别为47%、91%、43%、75%,壬醛下降率分别为71%、63%、58%、100%,庚醛和反-2-辛烯醛存在于皱胃中,下降率分别为100%、45%。这表明,经复合脱腥剂处理后可减少醛类物质含量,降低腥味,产生这一现象的原因可能是复合脱腥液中RE和海藻糖的协同作用(多酚、蛋白质和多糖可以与挥发性化合物相互作用),能够延缓脂肪酸和脂类物质氧化,抑制挥发性醛类的产生[25]。KIM等[26]研究发现RE可使肉类中脂类氧化挥发物如己醛、辛醛、壬醛、(Z)-4-庚醛等的含量降低。张朝敏等[27]采用茶多酚-海藻糖复合脱腥液处理白鲢鱼后,不但能有效去除鱼肉腥味,而且能有效抑制细菌生长,减缓脂肪氧化和蛋白质的分解。

表5 牛胃脱腥前后挥发性成分的变化 单位:μg/kg

醇类也是构成其风味的另一大物质,不饱和醇类的香气阈值较低,对鱼肉风味贡献较大[28]。1-辛烯-3-醇呈蘑菇味,普遍存在于淡水鱼和海水鱼,是鱼肉的重要腥味物质之一[29]。脱腥后1-辛烯-3-醇在瘤胃、皱胃中的下降率为87%、68%。α-松油醇在处理组中检出,可能来源于复合脱腥剂中的RE。同时也有研究[30]表明,通常醇类物质对具有一定的掩盖风味的作用,本研究中3-甲基-1-丁醇、桉叶油醇均有不同程度的增加,也增强了腥味掩盖作用。

酚类、酮类及酯类物质的阈值较高,对腥味的影响较小。酯类中草酸二丁酯微有芳香气味,略带臭味,瘤胃、网胃中下降率为100%、39%。酚类和酮类物质经脱腥后均有不同程度的降低。

酸类物质中,油酸带有酸败味,瘤胃、网胃、皱胃中下降率为100%、56%、66%;己酸有油脂腥臭、汗臭、辛辣味,瘤胃、皱胃中下降率为52%、100%,出现这一现象的原因可能是复合脱腥液中的海藻糖在一定程度上削弱了肉制品的酸味[31]。苏艳兰等[32]研究了白果软包装生鲜制品加工工艺,通过感官评定,确定最佳配方:NaCl 0.5 g/100 mL、海藻糖2 g/100 mL、柠檬酸0.2 g/100 mL,其中海藻糖很好地保持了白果的色泽、风味和质地,能缓和与掩盖部分不良味道,减少白果苦涩味。

其他类别中,吲哚带有焦油气味,网胃、皱胃中下降率为72%、45%,茴香脑在各牛胃中呈下降趋势。

2.5 关键性风味物质的分析

ROAV可以衡量挥发性风味物质中对整体风味有重要贡献的物质,一般认为ROAV越大,该物质对总体风味的贡献越大。ROAV>1的物质为关键风味物质,0.1

表6 各组关键性风味物质及对应ROAVTable 6 Key flavor substances in each group and corresponding ROAV

3 结论

响应面法优化的最优脱腥条件:RE 0.17 g/100 mL,海藻糖2.25 g/100 mL,NaCl 0.64 g/100 mL,在此条件下,脱腥效果显著,且脱腥后瘤胃、网胃、瓣胃、皱胃醛类物质的种类和含量显著下降,酯、醇、酸类等物质均有不同程度的降低。己醛、正辛醛、壬醛、1-辛烯-3-醇可能是瘤胃的腥味活性物质。正辛醛、壬醛可能是网胃的腥味活性物质。己醛、正辛醛、壬醛、4-甲基苯酚可能是瓣胃的腥味活性物质。己醛、正辛醛、壬醛、反-2-辛烯醛、1-辛烯-3-醇、己酸、油酸可能是皱胃的腥味活性物质。以上结果表明天然植物提取物复合脱腥剂可以有效抑制牛胃脂肪氧化并改善牛胃风味,对推动牛副产物加工产业的发展具有积极意义。