宰后成熟过程对牦牛肉中挥发性风味化合物的影响

李永鹏，余群力*

(甘肃农业大学食品科学与工程学院，甘肃 兰州 730070)

宰后成熟过程对牦牛肉中挥发性风味化合物的影响

李永鹏，余群力*

(甘肃农业大学食品科学与工程学院，甘肃 兰州 730070)

宰后冷却成熟会影响肉类风味，本实验研究冷却成熟对牦牛肉挥发性风味化合物的影响。取甘肃肃南裕固族自治县天然放牧牦牛的背最长肌，用气相色谱-质谱(GC-MS)法检测其成熟前后的挥发性化合物，分析冷却成熟对其种类和相对含量的影响。成熟后的牦牛肉中，含硫化合物(肉香味)比成熟前增加了24%，特别是2-乙酰基噻唑(肉香)、甲硫基丙醛(肉汤味)分别增加了100%和78%；羰基化合物增加了311%，其中3-羟基-2-丁酮(奶香回味)增加了331%，其成熟后的相对含量高达20.54%，是牦牛肉成熟后相对含量最高、增加程度最大的挥发性物质；来自牧草中特殊成分的酚类、萜类及倍半萜类(饲源性化合物)比成熟前减少了34%，其中4-甲基酚(膻味)减少了70%，β-石竹烯减少了40%。以上结果表明，宰后成熟工艺有利于牦牛肉风味的改善，并减少牧草中特殊成分对牦牛肉风味的不良影响。

牦牛肉；冷却成熟；挥发性风味化合物；气相色谱-质谱

风味是牛肉的重要品质之一，肉中的挥发性化合物是香味的来源。宰后冷却成熟是排酸肉生产的重要工艺，成熟过程中的主要变化是细胞死亡过程和内源性蛋白酶对结构蛋白的降解[1]，由于这些变化都涉及到了肉类风味前体[2]，因此冷却成熟除了能改善肉的嫩度外，还可能对肉的风味产生影响。

牦牛是青藏高原的原始牛种，肉质鲜香可口，营养价值高[3]。目前牦牛肉的生产模式比较原始，整个产业的工业化程度不高[4]。本研究探讨冷却成熟工艺对牦牛肉挥发性风味化合物的影响，为在工业化生产过程中提高牦牛肉的风味品质提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

健康放牧牦牛，取自甘肃张掖市肃南裕固族自治县的天然牧场，于当地屠宰场进行屠宰。

氯化钠(分析纯) 天津市光复科技发展有限公司。

1.2 仪器与设备

手动SPME进样器(规格为50/30μm DVB/CAR/PDMS)美国Supelco公司；AUTOSYSTEM XL- TURBOMASS气相色谱-质谱联用仪(配有电子轰击(EI)离子源及TuborMass4.1.1数据处理系统) 美国Perkinelmer公司；DS-Ⅱ电热三用水箱 北京市医疗设备厂；PHS-3C数显酸度计 上海宇隆仪器有限公司。

1.3 肉样的采集及处理

随机选取甘肃肃南裕固族自治县的5头健康放牧牦牛，18月龄。宰前禁食12h，禁水2h，屠宰后取背最长肌。

取50g肉样，切成1cm肉丁，放置于100mL小瓶中，以封口膜密封瓶口，然后进行速冻，在－18℃条件下储藏，直至挥发性化合物检测。这些肉样作为成熟前组。

取50g肉样，切成1cm 肉丁，放置于100mL小瓶中，以封口膜密封瓶口，之后一直处于0～4℃条件下运输和保藏，以模拟商业成熟条件，成熟结束后取出速冻，在－18℃条件下储藏，直至挥发性化合物检测。这些肉样作为成熟后组。

为了确定冷却成熟的终点，另取15份肉样，每份约500g，用于pH值的测定。这15份肉样在4℃条件下冷藏，与成熟后组条件相同，宰后1h内先进行一次pH值测定，以后每隔24h测定一次，当这些肉样达到最终酸度时(即下降到最低点并有缓慢回升趋势)认定为成熟结束，然后将成熟后组肉样冷冻，直至挥发性化合物检测。

1.4 挥发性化合物检测方法

1.4.1 顶空固相萃取

肉样解冻后加入10g NaCl，然后在90℃水浴锅中加热60min，以充分熟制；在60℃恒温条件下，用手动SPME进样器吸附30min，之后进行气相色谱-质谱(GCMS)检测。

1.4.2 GC-MS检测条件

色谱条件：色谱柱为OV1701色谱柱(50m×0.2mm，0.33μm)；升温程序：50℃保持2min，以3℃/min升至225℃，保持1min；载气(He)流速0.8mL/min，分流进样，20min后打开分流阀，分流比1:50。

质谱条件：电子轰击(EI)离子源；电子能量70eV；离子源温度200℃；质量扫描范围m/z 10～400。

1.4.3 数据分析

用TuborMass4.1.1数据处理系统，对GC-MS结果进行分析，通过对比系统自带的NBS、Nist等数据库进行人工解析，各物质峰所得质谱图与标准数据库进行比对，根据其匹配度鉴定各挥发性化合物。并用峰面积归一化法计算出各挥发性成分的相对含量。

2 结果与分析

2.1 宰后成熟过程中牦牛肉的pH值及成熟终点的确定

图1 成熟过程中牦牛肉的pH值Fig.1 Change in pH of yak meat during aging process

牦牛肉pH值随成熟时间的变化如图1所示。宰后0h，牦牛肉的pH值为6.28，成熟初始阶段pH值随成熟时间延长而下降，直至宰后第6天牦牛肉pH值到达最低点5.52，第7天开始pH值趋于稳定并有回升趋势。所以认定宰后第7天成熟结束，并在此时将成熟后组肉样取出冷冻。

2.2 成熟前后牦牛肉挥发性化合物变化

成熟前的牦牛肉中共检测出挥发性化合物120种，成熟后共检测出133种。这些物质的来源有以下5类：1)美拉德反应产物；2)脂源性化合物；3)美拉德-脂质过氧化交互反应产物；4)饲源性成分；5)其他来源。将成熟前后这5种来源的挥发性化合物的总相对含量进行对比，结果见图2。美拉德反应产物增加最多，由成熟前的9.64%增加到25.53%，增加了165%；脂源性化合物和饲源性成分都减少了，分别比成熟前减少了36%和34%；此外的各类物质变化不大。根据Calkins和Vasta的综述，前4种来源的化合物是肉类风味的主要贡献者[5-6]。

图2 成熟前后牦牛肉中的挥发性化合物Fig.2 Volatile components in yak meat with and without aging treatment

表1 成熟前后牦牛肉中的美拉德反应产物相对含量对比Table 1 Comparisons on relative contents of Maillard reaction products in yak meat with and without aging treatment

2.3 成熟对美拉德反应产物的影响

许多挥发性化合物来自于美拉德反应，这是羰基与氨基的反应。主要过程是加热时氨基与羰基缩合形成糖胺，糖胺再经过Amadori重排、Strecker降解而形成一系列物质[5]。按照美拉德反应途径，这类化合物可分为3类：1)含硫化合物；2)Strecker氨基酸反应产物；3)来自糖胺分解的羰基化合物。按这3种反应途径，分类比较美拉德反应产物成熟前后的变化，结果见表1。

2.3.1 含硫化合物

由表1可见，成熟前后的牦牛肉中共检测到8种含硫化合物，总相对含量由1.11%增加到1.38%，比成熟前增加了24%。除苯并噻唑外，其他物质相对含量都增加了。相比于成熟前，成熟过程中相对增加程度最大的4种物质是乙酸甲硫醇酯、2-乙酰基噻唑、甲硫基丙醛、二甲基二硫，其中乙酸甲硫醇酯增加了约3倍，2-乙酰基噻唑增加了100%，甲硫基丙醛也增加了78%。其中2-乙酰基噻唑(肉香)和甲硫基丙醛(肉汤味)被认为是牛肉的特征香味化合物[2]，这两者的大幅增加暗示出成熟可以增强牦牛肉的牛肉香味。

牦牛肉成熟前后相对增加程度最大的3种含硫化合物是乙酸甲硫醇酯、2-乙酰基噻唑和甲硫基丙醛。根据Mottram[7]的综述，这三者的生成途径为：蛋氨酸和半胱氨酸通过Strecker降解形成了甲硫醇和硫化氢，然后这两种物质再与美拉德反应中间体缩合得到含硫化合物。成熟后这3种含硫化合物的显著增加，很可能是因为牦牛肉在成熟期间释放了大量的游离蛋氨酸和半胱氨酸。Koutsidis等[8]和Polak等[9]在研究成熟期间牛肉游离氨基酸含量变化时发现游离蛋氨酸和半胱氨酸含量大幅增加，他们推测成熟可能会引起牛肉中含硫挥发性化合物的增加，只是这些研究者没能进一步通过实验来证实这个推测。本实验中，牦牛肉在成熟后含硫挥发物含量提高的结果在一定程度上证实了Koutsidis等[8]和Polak等[9]的观点。

2.3.2 Strecker氨基酸反应产物

Strecker氨基酸反应有2种途径：1)由羰基氨类生成吡嗪；2)通过降解得到Strecker醛[7]。这类产物共有8种(表1)，其总相对含量增加了5%；其中吡嗪有3种，Strecker醛有5种。

3种吡嗪都减少了，吡嗪类化合物总含量由0.9%减少到0.61%，减少了32%。相对减少程度最多的是2,5-二甲基吡嗪，比成熟前降低了48%。Parker等[10]发现在牛肉中添加葡萄糖后会抑制吡嗪的形成，成熟后牦牛肉中吡嗪类化合物的减少可能与游离糖的增多有关。

除乙醛外，其余4种Strecker醛相对含量都增加了，这4种醛总含量由0.67%增加到1.19%，增加了78%。相对增加程度最大的Strecker醛是异戊醛和2-甲基丁醛，分别比成熟前增加了320%和175%。

异戊醛和2-甲基丁醛分别来自于亮氨酸和异亮氨酸[5]，Strecker醛的增加很可能与牦牛肉在成熟过程中相应Strecker氨基酸的释放有关。乙醛是来自丙氨酸的Strecker醛[7]，同时还是很多反应的底物，也许正因为成熟后牦牛肉中各类反应的加剧，导致乙醛的相对含量不如成熟前高。增加幅度最大的异戊醛和2-甲基丁醛都是具有果香的化合物，所以成熟可能会增强牦牛肉的果香香韵。

2.3.3 羰基化合物

羰基化合物有5种(表1)，总相对含量由5.2%增加到21.35%，增加了311%，这类化合物对美拉德反应产物的总增加量贡献最大，其增加量占总增加量的98%。除2-丁酮外所有羰基化合物都增加了。其中相对增加程度最大的是3-羟基-2-丁酮，比成熟前增加了331%，其成熟后的相对含量高达20.54%，这也是牦牛肉中含量最高的、成熟过程中增加幅度最大的挥发性化合物。3-羟基-2-丁酮具有奶香样的回味感[2]，因而冷却成熟可能会引起牦牛肉的奶香回味的增强。

表2 成熟前后牦牛肉中的芳烃类物质相对含量Table 2 Aromatics in yak meat with and without aging treatment

2.4 成熟对脂源性化合物的影响

挥发性化合物最主要的来源是脂肪，这具体包括2种途径：1)脂质过氧化；2)脂质高温反应。脂质过氧化是指脂肪酸在游离基等诱发下先变成氢过氧化物，再通过β断裂形成各种产物。过氧化产物反映了肉类风味中的品种差异[7]。脂质高温反应主要生成芳香族碳氢化合物，即芳烃类。

2.4.1 脂质过氧化产物

脂质过氧化产物按照其β断裂方式的不同，能形成具有各种特征结构的化合物：饱和脂肪醛、单不饱和脂肪醛、多不饱和脂肪醛、末端烯醇(简称烯醇，如1-辛烯-3-醇)、2号位羰基酮(简称甲基酮，如2-庚酮)、脂肪酸、内酯[7]。牦牛肉中共检测到31种过氧化产物，其总相对含量由36.67%下降到21.98%，比成熟前减少了40%。

以特征结构分类，各种脂质过氧化产物在成熟前后的相对含量如图3所示。饱和醛从10.08%下降到4.07%，单不饱和醛从11.94%下降到2.38%，这两类醛是所有过氧化产物中相对减少程度最大的，进而直接影响到挥发性成分的总体比例。醛类物质主要代表了牛肉中的脂肪气味[2]。甲基酮、烯醇类、内酯类都增加了，烯醇比成熟前增加了2倍，内酯增加了1倍。但是除了饱和醛与单不饱和醛以外，其他脂质过氧化产物相对含量的绝对变化幅度在－0.49%～0.63%之间，对挥发性成分总体比例影响不大。

图3 成熟前后牦牛肉中的脂质过氧化产物Fig.3 Products of lipid peroxidation in meat of yak pre-and post-aging

2.4.2 脂质热反应产物(芳烃类)

芳烃类共有10种(表2)。牦牛肉成熟后，该类物质总含量由1.79%增加到2.62%，比成熟前增加了46%。每一种芳烃的相对含量都有所增加，对二甲苯增加了6倍多，其中甲苯也增加了18%，这与Insausti等[11]所发现的甲苯会随成熟时间延长而增加的现象一致。肉中像甲苯这样的芳烃与涂料味有关[11]，成熟会在一定程度上加强牦牛肉中的涂料气味；但这类物质的相对含量不高，而且阈值较大，所以对牦牛肉总体风味影响不大。

2.5 美拉德-脂质交互反应产物

表3 成熟前后牦牛肉中的美拉德-脂质交互反应产物相对含量Table 3 Maillard-lipid cross-interaction products in yak meat with and without aging treatment

美拉德反应中间体与脂肪过氧化产物之间发生反应，会形成烷基噻唑、烷基噻吩等特殊产物[7]。实验中共检测到6种交互反应产物(表3)，这些物质总含量几乎没有变化，每种化合物含量的相对增减程度也仅在－20%～33%之间，即使是含量变化幅度最大的2-戊基呋喃，其含量也只减少了0.05%。且成熟前后各物质含量差异均不显著(P＞0.05)。可见成熟对牦牛肉挥发性化合物中的美拉德-脂质交互反应产物影响不明显。

2.6 食源性成分

动物饮食会影响到肉的风味，这主要是因为牧草中的一些特殊成分转移到了肉中。实验中共检测到10种食源性成分，主要包括酚类、萜类、倍半萜类(表4)。其中酚类3种，萜类4种，倍半萜3种。

经过成熟，食源性成分总含量由2.42%减少到1.59%，比成熟前减少了34%。4-甲基酚含量由0.2%减少到0.06%，比成熟前减少了70%。这种酚来源于牧草中的木质素，其含量可以说明动物的放养程度[6]，同时有文献称该化合物与反刍动物的“膻味”有关[2]。植物-2-烯含量由0.11%减少到0.09%，比成熟前减少了18%。Elmore等[12]指出凭借植物-2-烯的含量可以区分出动物所食用的饲料是不是天然牧草。β-石竹烯由0.05%减少到0.03%，比成熟前减少了40%。Priolo等[13]发现β-石竹烯可以反映出动物放牧地点的牧草特色。Schreurs等[14]指出来自牧草中特殊成分挥发性化合物会使得肉品风味更不易被消费者所接受。在本实验中，成熟前后这类物质的减少表明：冷却成熟工艺可以减少牧草中特殊成分对牦牛肉风味的不良影响。

表4 成熟前后牦牛肉中的食源性成分相对含量Table 4 Foodborne components in yak meat with and without aging treatment

3 结 论

成熟过程调整了牦牛肉中各类挥发性风味化合物的比例。1)美拉德反应产物，含硫化合物(牛肉香)相比于成熟前增加了24%，特别是牛肉的特征香味物质2-乙酰基噻唑(肉香)、甲硫基丙醛(肉汤味)比成熟前分别增加了100%和78%；Strecker醛(甜香)有所增加，吡嗪类(烤香)有所减少，但相对含量的变化幅度都不大；羰基化合物比成熟前增加了311%，其中3-羟基-2-丁酮(奶香回味)增加了331%，其成熟后的含量高达20.54%，是成熟后的牦牛肉中相对含量最大、增加量最多的挥发性化合物。2)脂源性化合物，脂质过氧化产物中，饱和醛和单不饱和醛变化最明显，这两类化合物总相对含量降低了15.57%，比成熟前减少了70%，而其他脂质过氧化产物变化不大。脂质高温反应产生的芳烃类化合物都增加了，但对挥发性化合物的总体比例影响不大。3)美拉德-脂质交互反应产物相对含量变化不大。4)食源性成分相对含量都减少了，总相对含量比成熟前减少了34%，其中4-甲基酚(膻味)减少了70%，β-石竹烯减少了40%。

将以上结果与各类挥发性化合物的风味特征联系起来，可以做出以下推断：冷却成熟强化了牦牛肉的肉香味，巩固了以奶香为主的回味感，并减弱了脂肪气息以及来自于牧草的不良风味。因此，经过冷却成熟工艺的牦牛肉更具深加工价值，有利于提高牦牛肉的风味品质，减少牧草特殊成分对牦牛肉风味的不良影响。

[1] OUALI A, HERRERA-MENDEZ C H, COULIS G, et al. Revisiting the conversion of muscle into meat and the underlying mechanisms[J].Meat Science, 2006, 74(1): 44-58.

[2] SHAHIDI F. 肉制品与水产风味[M]. 2版. 李洁, 朱国斌, 译. 北京:中国轻工业出版社, 2001: 1-10.

[3] 余群力, 蒋玉梅, 王存堂, 等. 白牦牛肉成分分析及评价[J]. 中国食品学报, 2005, 5(4): 124-127.

[4] 梁春年, 阎萍, 牛春娥. 甘南牦牛资源现状调查及开发对策研究[C]//沈广. 第三届中国牛业发展大会. 黑龙江穆棱市: 中国畜牧业协会,2008: 199-202.

[5] CALKINS C R, HODGEN J M. A fresh look at meat flavor[J]. Meat Science, 2007, 77(1): 63-80.

[6] VASTA V, PRIOLO A. Ruminant fat volatiles as affected by diet: a review[J]. Meat Science, 2006, 73(2): 218-228.

[7] MOTTRAM D S. Flavour formation in meat and meat products: a review[J]. Food Chemistry, 1998, 62(4): 415-424.

[8] KOUTSIDIS G, ELMORE J S, ORUNA-CONCHA M J, et al. Watersoluble precursors of beef flavour. part II: effect of post-mortem conditioning[J]. Meat Science, 2008, 79(2): 270-277.

[10] PARKER J K, ARKOUDI A, MOTTRAM D S, et al. Aroma formation in beef muscle and beef liver[J]. Developments in Food Science, 2006,43: 335-338.

[11] INSAUSTI K, BERIAIN M J, GORRAIZ C, et al. Volatile compounds of raw beef from 5 local spanish cattle breeds stored under modified atmosphere[J]. Journal of Food Science, 2002, 67(4): 1580-1589.

[12] ELMORE J S, WARREN H E, MOTTRAM D S, et al. A comparison of the aroma volatiles and fatty acid compositions of grilled beef muscle from Aberdeen Angus and Holstein-Fresian steers fed diets based on silage or concentrates[J]. Meat Science, 2004, 68(1): 27-33.

[13] PRIOLO A, CORNU A, PRACHE S, et al. Fat volatiles tracers of grass feeding in sheep[J]. Meat Science, 2004, 66(2): 475-481.

[14] SCHREURS N M, LANE G A, TAVENDALE M H, et al. Pastoral flavour in meat products from ruminants fed fresh forages and its amelioration by forage condensed tannins[J]. Animal Feed Science and Technology, 2008, 146(3): 193-221.

Effect of Postmortem Aging Process on Volatile Flavor Components in Yak Meat

LI Yong-peng，YU Qun-li*
(College of Food Science and Engineering, Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, China)

Postmortem cooling aging can affect flavor components of meat. In order to explore the effect of cooling aging process on volatile flavor components in yak meat, the Longissimus dorsi muscle from yak in Sunan county was used to determine volatile flavor components by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). Compared with yak meat without aging treatment,the sulfur compounds (meat flavor) in yak meat with aging treatment exhibited an increase of 24%, especially for 2-acetyl thiazole (meat flavor) and methylthiopropionaldehyde (broth flavor). Both kinds of compounds in yak meat with cooling aging treatment exhibited an increase of 100% and 78%, respectively. Meanwhile, the content of carbonyl compounds exhibited an increase of 311%, including an increase of 331% for 3-hydroxyl-2-butanone (milky aftertaste). The relative content of 3-hydroxyl-2-butanone in yak meat with aging treatment was up to 20.54%. This volatile compound exhibited the highest relative content and the highest level of increase in yak meat with aging treatment. However, phenols, terpenes and sesquiterpenes derived from herbage exhibited a decrease of 34%, which included a reduction of 70% for 4-methyl phenol (pastoral flavor),and a decline of 40% for β-caryophyllene. Therefore, postmortem aging process is beneficial to the improvement of flavor components in yak meat and the reduction of negative impact on the flavor of yak meat due to some special components in herbage.

yak meat；cooling aging；volatile flavor component；gas chromatography-mass spectrometry(GC-MS)

TS251.52

A

1002-6630(2011)05-0001-05

2010-05-24

国家自然科学基金项目(31060221)；国家现代农业(肉牛牦牛)产业技术体系资助项目(nycytx-38)

李永鹏(1984—)，男，硕士研究生，研究方向为食品工艺。E-mail：283212324@qq.com

*通信作者：余群力(1962—)，男，教授，博士，研究方向为畜产品贮藏加工。E-mail：yuqunlihl@sina.com