烹饪方式对猪肉理化特性及挥发性化合物的影响

王天杨 关雎 易宇文 刘阳 范文教 乔明峰 吴华昌 邓静

DOI：10.3969/j.issn.1000-9973.2024.05.007

引文格式：王天楊，关雎，易宇文，等.烹饪方式对猪肉理化特性及挥发性化合物的影响[J].中国调味品，2024，49（5）：38-46.

WANG T Y， GUAN J， YI Y W， et al. Effects of cooking methods on physicochemical properties and volatile compounds of pork[J].China Condiment，2024，49（5）：38-46.

摘要：为探究不同烹饪方式对猪肉口感、质地和香气的影响，该研究采用色差仪、质构仪和固相微萃取-气相色谱-质谱联用（solid phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry，SPME-GC-MS）测定分析了4种烹饪方式（蒸煮、水煮、烤箱烤制和空气炸锅炸制）对猪肉质地和挥发性化合物的影响。结果表明，不同烹饪方式下猪肉的色度、硬度、胶黏性和咀嚼性具有显著性差异（P＜0.05），经烤箱烤制和空气炸锅炸制的猪肉的L*值较低且硬度较高；GC-MS结果表明，4种烹饪方式下共有61种挥发性化合物被检出，主要包括醛类和醇类化合物；偏最小二乘判别分析（partial least squares-discriminant analysis，PLS-DA）模型进一步表明样本的分离性较好，蒸制与煮制的猪肉的挥发性风味较相似。经变量重要性投影值筛选出不同烹饪方式下猪肉的关键化合物，戊醛、3-戊烯-2-醇、环丙基甲基甲醇和磺基丙氨酸被认为是烤箱烤制和空气炸锅炸制的特征挥发性物质；煮制和蒸制的猪肉的特征挥发性物质包括壬醛、己醛、正己酸、2-乙基环丁醇和2-丁酮等。该研究旨在揭示不同烹饪方式对猪肉理化特性和挥发性化合物的影响，为猪肉深加工制品的研发提供数据支持，并为不同烹饪方式加工其他肉类制品提供一定参考。

关键词：猪肉；不同烹饪方式；理化特性；挥发性化合物；偏最小二乘判别分析

中图分类号：TS251.51      文献标志码：A      文章编号：1000-9973（2024）05-0038-09

Effects of Cooking Methods on Physicochemical Properties

and Volatile Compounds of Pork

WANG Tian-yang1， GUAN Ju2， YI Yu-wen2， LIU Yang2， FAN Wen-jiao2，

QIAO Ming-feng2， WU Hua-chang1，2*， DENG Jing2

（1.School of Food Science and Biological Engineering， Chengdu University， Chengdu 610106， China;

2.Key Laboratory of Cuisine Science， Sichuan Tourism University， Chengdu 610100， China）

Abstract：  In order to explore the effect of different cooking methods on the mouthfeel， texture and aroma of pork， in this study， colorimeter， texture analyzer and solid-phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry （SPME-GC-MS） are used to determine and analyze the effects of four cooking methods （steaming， boiling， oven baking and air fryer frying） on the texture and volatile compounds of pork. The results show that under different cooking methods， there are significant differences in the chroma， hardness， adhesiveness and chewiness of pork （P＜0.05）， and the L* values of pork cooked by oven baking and air fryer frying are lower and the hardness is higher. GC-MS results show that a total of 61 volatile compounds are identified in the pork cooked by the four cooking methods， mainly including aldehydes and alcohols. Partial least squares-discriminant analysis （PLA-DA） model further indicates that the samples have good separability， and the volatile flavor of steamed and cooked

收稿日期：2023-12-14

基金项目：四川省科技厅重点研发项目（2023ZDYF3065，2023ZYD0079）；四川省教育厅科技创新团队项目（21SCTUTG01）；肉类加工四川省重点实验室项目（22-R-30）；四川省自然科学基金项目（2022NSFSC0120）；舟曲县科技项目（2023001）

作者简介：王天杨（1998—），男，硕士研究生，研究方向：食品加工与安全。

*通信作者：吴华昌（1970—），男，教授，硕士，研究方向：传统发酵食品加工技术。

pork is similar. Key compounds of pork cooked by different cooking methods are screened out by the value of variable importance in projection， and glutaraldehyde， 3-pentene-2-ol， cyclopropylmethylmethanol and sulfonylalanine are considered as characteristic volatile substances in the pork cooked by oven baking and air fryer frying. The characteristic volatile substances in cooked pork and steamed pork include nonanal， hexanal， n-hexanoic acid， 2-ethylcyclobutanol and 2-butanone. The aim of this study is to elucidate the effect of different cooking methods on the physicochemical properties and volatile compounds of pork， which can provide data support for the development of deep processed pork products， and provide certain reference for processing other meat products using different cooking methods.

Key words： pork; different cooking methods; physicochemical properties; volatile compounds; partial least squares-discriminant analysis

猪肉因其独特的质地和香气深受我国消费者的喜爱。据粮农组织统计局2020年数据报道，全球消费量最大的肉类是猪肉，占全球消费量的36.1%，中国是全球猪肉消费量最大的国家[1-2]。猪肉既美味又营养，富含必需氨基酸、脂肪以及多种维生素和矿物质[3]，并适合多种烹饪方式，如：煎炸、炖煮、烧制和汽蒸等[4]。随着预制菜肴行业的快速发展，人们对猪肉制品的需求逐年升高[5]。

香气和质地是评估肉类质量重要的指标[6]。其中，香气与挥发性化合物密切相关。猪肉的香气由挥发性化合物产生，包括醛类、醇类和酯类化合物[7]，它们是由原料在加热过程中发生脂肪分解、蛋白质分解、硫胺降解和美拉德反应等而产生[8-10]。此前，刘杨等[11]研究发现，炸制对牛肉挥发性化合物有显著影响，炸制后的牛肉酯类物质含量高于蒸制和煮制，而酯类化合物主要由肌肉组织中脂质氧化产生的醇与游离脂肪酸之间作用形成[12]。此外，烤制能明显增强罗非鱼肉的香气[13]，蒸制和煮制对兔肉香气的影响较一致[14]。在烹饪过程中，食物被加热到足够高的温度时，蛋白质包括肌纤维蛋白、肌浆蛋白、结缔组织蛋白发生变性，导致肉的结构发生改变，进而影响质地[15]。例如煎炸烹饪会使兔肉的肌纤维结构改变，变得更有韧性[16]，鸡肉经煮制烹饪后色度指标中的红度值降低[17]。由此可见，烹饪方式是影响肉制品口感、质地和风味形成的关键。截至目前，虽然部分研究已探究了不同烹饪方式对鱼肉、兔肉和鸡肉品质的影响，但是关于烹饪猪肉的质地和风味特征的研究甚少。研究报道多数采用单一烹饪方法进行分析，缺乏基于烤箱烤制和空气炸锅等烹饪方式的综合研究。

基于此，本研究选取4种烹饪方式（蒸煮、水煮、烤箱烤制和空气炸锅炸制），采用色差仪和质构仪并结合SPME-GC-MS分析猪肉的质地和挥发性化合物在4种烹饪方式下的差异，并通过PLS-DA模型筛选出不同烹饪方式下猪肉的关键挥发性化合物，旨在揭示不同烹饪方式对猪肉的质地和挥发性化合物的影响，为猪肉深加工制品的研发提供数据支持，并为不同烹饪方式加工其他肉类制品奠定基础。

1  材料与方法

1.1  材料与试剂

猪背脊肉、食用盐：均购于四川成都市龙泉驿区永辉超市。氯化钠溶液（分析纯）：国药集团化学试剂有限公司。

1.2  仪器与设备

GZY-P10-Y型纯水仪  湖南科尔顿水务有限公司；JA503型电子天平  常州市幸运电子设备有限公司；KJ50D821型空气炸锅、C22-IH30E9型电磁炉  浙江苏泊尔家电制造有限公司；DKL-101L型烤箱  广东德玛仕智能厨房设备有限公司；BCD-452WDPF型冰箱  青岛海尔集团公司；Clarus 680型5MS色谱柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；气相色谱-质谱联用仪  法国Alpha MOS公司；TA.XT Plus型物性测试仪  英国Stable Micro Systems公司；WB2000-IXA自動型色差分析仪  上海沪粤明科学仪器有限公司。

1.3  实验方法

1.3.1  烹饪样本制备

猪肉在冷鲜条件下运送至实验室，并进行预处理，去除可见的结缔组织，冷冻保藏备用。将猪肉按照3 cm×3 cm×3 cm的大小进行切割，加入食用盐腌制30 min后进行烹制。

参考Chen等[13]的方法并稍作修改，烤箱烤制和空气炸锅炸制：温度调至200 ℃预热10 min后，将样本放入设备中间位置，每隔5 min翻动一次，烹制10 min后取出。蒸制和煮制烹饪方法的功率和时间均为1 200 W和10 min。将样本进行命名，A为烤箱烤制；B为空气炸锅炸制；C为水煮；D为蒸煮。所有烹饪后的样本均达到成熟。

1.3.2  色差的测定

采用经白板校准后的色差仪分别对4种不同烹饪方式下的猪肉外层进行测定，将亮度值L*、红度值a*和黄度值b*作为被测猪肉样本的指标。

1.3.3  质构的测定

参考王文艳等[18]的方法并稍作修改，将烹饪后的猪肉进行全质构分析测定，设置测定参数：探头型号为P36/R圆柱形探头；测前速度为2 mm/s，测中速度为1 mm/s，测后速度为1 mm/s；触发力为0.38 N，形变量为30%，选取硬度、黏附性、内聚性、弹性、胶黏性和咀嚼性为检测指标。

1.3.4  GC-MS检测

参考周蕾[19]的方法并稍作修改。

萃取和进样条件：将样本破碎后取4.0 g放入顶空瓶中，加入5 mL饱和NaCl溶液。萃取温度70 ℃，进样针温度75 ℃，传输线温度80 ℃，萃取时间1 800 s，干吹120 s，解吸10 s，顶空瓶加压/释压120 s，捕集阱保持240 s，循环4次。

色谱条件：Elite-5MS色谱柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm），载气：氦气（99.99%），流速1.0 mL/min。升温程序：进样口温度250 ℃，初始柱温40 ℃，保持3 min，然后以2 ℃/min升至160 ℃，再以10 ℃/min 升至230 ℃，保持3 min。

質谱条件：EI离子源，电子能量70 eV；离子源温度230 ℃；质谱温度260 ℃；扫描模式：全离子扫描；扫描范围（m/z）：40～600 amu。

定性、定量：去除含硅类物质后，将检测到的数据在NIST 2011谱库中完成检索和比对，挑选出正反匹配度大于800的化合物，并采用归一化法计算相对峰面积和相对含量。

1.4  数据分析

采用IBM SPSS Statistics 26处理分析并标注显著性差异；箱线图和聚类热图采用R语言中的Ggplot2和Heatmap编译包完成；主成分和重要变量分析通过平台（https：//www.metaboanalyst.ca/）完成，其余分析图使用Origin 2022b绘制。

2  结果与分析

2.1  不同烹饪方式对猪肉色泽的影响

不同烹饪方式对猪肉色泽的影响见图1。

由图1可知，样本C和D的亮度值L*、红度值a*和黄度值b*与样本A和B呈现显著性差异（P＜0.05），样本C和D的红度值a*和黄度值b*显著低于样本A和B，而亮度值L*显著高于样本A和B。

王文艳等[18]也发现蒸制和煮制肉类时红色值a*较低，这是由于烹饪过程中肉的肌红蛋白发生变性，导致肌红蛋白从鲜红色变成较浅的灰色或更浅的白色[20]。蒸制和煮制过程中，肉中的肌浆蛋白溶解到水中，导致L*值升高。Chiavaro等[21]也发现，烤制猪肉时高温会引起褐变和美拉德反应。美拉德反应是氨基酸和糖类之间的化学反应，产生的化合物会使猪肉表面变成深棕色，是样本A和B的L*值较低而a*值和b*值较高的原因。

2.2  不同烹饪方式对猪肉质地的影响

分别对烹饪后的猪肉进行硬度、黏附性、内聚性等指标的测定。猪肉理化特性见表1和图2。

由表1可知，硬度、胶黏性和咀嚼性存在显著性差异（P＜0.05），其中样本A的硬度、胶黏性和咀嚼性最高，其次是样本B，最低的是样本C。结果表明，经烤箱烤制和空气炸锅炸制的猪肉的质地较硬，有嚼劲和黏附感，而水煮和蒸煮的猪肉的质地较软，咀嚼性和黏附感较差，口感较软。

注：不同小写字母表示具有显著性差异（P＜0.05）。

烹饪方式对猪肉纤维组织的影响主要体现在对纤维蛋白的变性和破坏上。适当的热处理可以改变纤维蛋白的二级和三级结构，使其发生变性和水解，从而改变纤维组织的质地和口感。由图2可知，烤箱烤制和空气炸锅炸制是与烧烤相似的烹饪方式，长时间的高温烹饪使猪肉肌纤维失去大量水分并收缩，形成较有嚼劲的质地。而在煮制和蒸制两种烹饪方式下，猪肉呈现出较低的硬度和较高的嫩度，归因于水煮和蒸煮是以水和蒸汽来加热食物的方法。水煮和蒸煮的高热传导性相较于其他烹饪方式，减少了烹饪时间并有助于保留猪肉的嫩度，通过保持水分来增加湿润度，避免了干燥的情况。且水煮和蒸煮的烹饪方式不会产生明显的焦糖化反应，避免了食材表面的焦糖化物质，减少了嚼劲和黏附感[22]。因此，水煮和蒸煮两种烹饪方式能够保持猪肉的口感软嫩、嫩度高，同时减少黏附感。此外，内聚性、黏附性和弹性差异不大，不存在显著性差异（P>0.05）。

2.3  不同烹饪方式对猪肉挥发性化合物种类和相对含量的影响

通过GC-MS对4种烹饪方式下的猪肉中共鉴定出61种挥发性化合物，见表2。

由表2可知，烹饪后的猪肉主要包括醇类、醛类、烯类、酸类、酯类、酮类和杂环类物质。醛类物质共11种，各样本的相对含量在50.32%～63.90%之间；醇类化合物共13种，各样本的相对含量在26.94%～14.96%之间。其次是酯类和酸类化合物，相对含量分别占5.65%～15.41%和1.74%～8.61%。研究发现醛类和醇类化合物是猪肉香气主要的化合物类别。

不同烹饪方式的烹饪温度存在差异，高温会使猪肉中的蛋白质和糖类物质发生美拉德反应，从而产生醛类物质。由图3中a可知，醛类化合物占据了猪肉挥发性化合物的主要部分，这一结果与徐梓焓[23]的报道一致。在本研究中，共有11种醛类物质被检测出，醛类通常是由烹饪热处理和脂肪氧化形成的，具有水果味、青草味、黄油味、脂肪味和豆香味，虽然气味阈值较低，但是对猪肉的香气有很大的贡献[24]，包括己醛、庚醛、辛醛、苯甲醛和壬醛，呈现花果和油脂香[25]。其中己醛的相对含量最高，样本C、D中相对含量最高，可能是由于脂肪氧化的程度较高。

醇类物质赋予了猪肉独特的气味，猪肉中的醇类物质是结合醛类物质和脂肪酸反应而产生的[26]。饱和醇的感觉阈值较高，对整体风味没有显著影响，而不饱和醇的感觉阈值较低，对风味的形成起到一定的作用[27]。由表2和图3中b可知，样本A中醇类物质相对含量较高，包括1-戊醇、环丙基甲基甲醇、2-环丙基乙醇、2，3-丁二醇和3-戊烯-2-醇。其中大部分醇类化合物具有甜味、香脂和雜醇的香气，主要来自肉质中脂肪的氧化[28]。此外，醇类化合物也可能参与氧化反应，导致猪肉褐变并产生烤制食物的特征风味。

酯类物质通过酯化反应得到，猪肉中的酯类化合物给人愉悦的果香。酯类和酸类化合物对猪肉香气的贡献没有醛类明显，但对整体风味的形成起着重要作用[29]。样本B的酯类化合物相对含量较高，在Wang等[7]的研究报道中发现，酯类是烤制鸡肉中的特征性化合物，包括乙酸丁酯和乙酸庚酯等。此外，酸类化合物被认为是生成其他挥发性化合物的重要中间体[30]，相较于其他种类化合物，酸类化合物对风味的直接贡献率较低。

2.4  不同烹饪方式猪肉挥发性化合物的PLS-DA

Scavarda等[31]研究表明，采用PLS-DA可建立GC-MS检测到的挥发性化合物含量与样本类型之间的相关性模型。为进一步探索4种烹饪方式的猪肉的特征挥发性化合物，本研究采用PLS-DA模型，结合主成分和变量重要性投影分析特征挥发性化合物[32]。由图4中c可知，模型性能包括准确度（accuracy）、拟合度（R2）和预测度（Q2）3个参数[33]。在模型中当最佳的组别为4时，基于10倍的交叉验证准确度、拟合度和预测度接近于1，表明模型具有一定的可靠性[34]。由图4中a可知，在PLS-DA主成分得分图中，解释的总方差为64.2%，PC1为36%，PC2为28.2%。两样本之间距离越近，样本之间的差异越小，反之两样本之间距离越远，则差异越大[35]。结果表明，4种不同烹饪方式的猪肉样本分离性较好，组内差异较小，而组间差异较大。由图4中a可知，C与D两样本距离较近，表明样本的整体挥发性风味相似度较高。而样本A和B距离最远，离散程度大，说明与其他猪肉样本相比，烤制和炸制的猪肉整体挥发性风味差异较大。

为确定并解释4种烹饪方式下猪肉的挥发性化合物，本研究计算了变量重要性投影（variable importance in projection，VIP）值，可用于解释自变量的权重，样本中VIP值越高，组间香气成分的差异越大，对香气类型的鉴别分类越重要[36]。当VIP值大于1时，可认为该化合物在PLS-DA鉴别过程中起关键作用。由图4中b可知，共有15个化合物的VIP值大于1，表明它们在区分烹饪方式中具有重要性。15个挥发性化合物是戊醛、2-丁酮、2-乙基环丁醇、己醛、正己酸乙酯、2-甲基丁醇、2-氨基-2-氰基乙酰胺、（E）-5-戊氧基-2-戊烯、壬醛、唑啉酮、磺基丙氨酸、环丙基甲基甲醇、丁烯酮、3-戊烯-2-醇和4-氨基庚烷。

2.5  关键挥发性物质聚类热图分析

为了对4种烹饪方式下猪肉的关键挥发性化合物进行可视化，从PLS-DA模型中筛选出15种关键化合物，选用聚类热图来表征样本间的关系，见图5。

由图5可知，图例中的颜色从深色到浅色表示相对含量的高低变化，颜色越浅表示相对含量越高；颜色越深表示相对含量越低。结合聚类树发现，横坐标上的欧氏距离越短，样本的相似性越高。聚类热图中，样本大致可以归为两类，样本A和B可以归为第一类，样本C和D可以归为第二类，这一结果与PLS-DA模型中主成分分析结果相一致。根据纵坐标上的欧氏距离，挥发性化合物可以被分为三大类，戊醛、3-戊烯-2-醇、环丙基甲基甲醇和磺基丙氨酸挥发性物质为第一类，壬醛、正己酸乙酯、4-氨基庚烷、丁烯酮、（E）-5-戊氧基-2-戊烯、2-甲基丁醇和2-氨基-2-氰基乙酰胺为第二类，己醛、唑啉酮、2-乙基环丁醇、2-丁酮为第三类。

在热图中，样本A和B中戊醛、3-戊烯-2-醇、环丙基甲基甲醇和磺基丙氨酸物质的相对含量较高。戊醛具有坚果和浆果的香气，戊醛和壬醛由脂肪的氧化反应生成，存在的程度和含量因条件而异，与Chen等[13]的研究报道一致，同样在烤制的肉类中发现了戊醛化合物。通常，保藏和烹饪方式等因素会影响氧化产物，其中，戊醛的相对含量在烤制方式下显著高于其他烹饪方式，因此，认为戊醛是烤制方式下的特征风味化合物。此外，徐梓焓[23]发现戊醛是用于区分猪肉腐败等级的重要化合物。

在样本C和D中发现壬醛、己醛、正己酸、2-乙基环丁醇和2-丁酮等物质的相对含量较高，其中壬醛和己醛都属于醛类化合物，且是脂肪氧化产物之一。2-丁酮是直链酮并富有瓜果香气，己醛被认为是脂质氧化特征的标记物质。己醛是由猪肉暴露在空气中时直链醛发生氧化降解生成的醛类化合物，其中己醛是脂肪氧化的代表性化合物。蒸制和煮制是以水和水蒸气为传热介质的烹饪方法，过热的水蒸气会加快酯类的氧化反应，并且发现脂肪氧化是导致蒸制和煮制方式下猪肉产生香气的关键因素。有研究表明，己醛是蒸煮阶段猪肉中的特征化合物，同时也是煮制鸡肉的香气成分[37]。

3  结论

本研究通过理化和GC-MS分析了烤箱烤制、空气炸锅炸制、煮制和蒸制方式下猪肉理化特性和挥发性特征化合物的差异。基于方差检验的分析结果，发现不同烹饪方式对猪肉理化指标的影响较大，色度（L*值、a*值和b*值）、硬度、胶黏性和咀嚼性均存在显著性差异（P＜0.05），经烤箱烤制和空气炸锅炸制的猪肉的质地较硬，有嚼劲。基于GC-MS分析技术，所有样本共检测出61种挥发性化合物，其中猪肉主要的化合物是醛类和醇类。PLS-DA模型进一步表明，蒸制与煮制的猪肉的整体挥发性风味相似度较高。变量重要性投影值中共15种关键性化合物被筛选出。戊醛、3-戊烯-2-醇、环丙基甲基甲醇和磺基丙氨酸被认为是烤箱烤制和空气炸锅炸制的猪肉的特征挥发性物质。煮制和蒸制的猪肉的特征挥发性物质包括壬醛、己醛、正己酸、2-乙基环丁醇和2-丁酮等。值得注意的是，本文中的烹饪方式都适用于其他肉类制品的加工。因此，本研究探究了不同烹饪方式对猪肉的质地和挥发性化合物形成的影响，不仅为猪肉深加工产品的研发提供了数据支持，而且为不同烹饪方式加工其他肉类制品提供了一定参考。

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