OAV和GC-MS-O法鉴定内蒙古风干牛肉风味活性物质

陈海涛,孙　杰,蒲丹丹,孙宝国,张玉玉

(1.北京食品营养与人类健康高精尖创新中心,北京工商大学,北京 100048;2.北京市食品风味化学重点实验室,北京工商大学,北京 100048;3.食品质量与安全北京实验室,北京工商大学,北京 100048)



OAV和GC-MS-O法鉴定内蒙古风干牛肉风味活性物质

陈海涛1,孙杰1,蒲丹丹2,孙宝国1,张玉玉3

(1.北京食品营养与人类健康高精尖创新中心,北京工商大学,北京 100048;2.北京市食品风味化学重点实验室,北京工商大学,北京 100048;3.食品质量与安全北京实验室,北京工商大学,北京 100048)

采用同时蒸馏萃取法对内蒙古风干牛肉中挥发性化合物进行提取,并利用香气活性值(odor activity value,OAV)和气相-质谱-嗅闻(GC-MS-O)联用的方法对其中的风味活性物质进行鉴定。结果表明共发现59种挥发性化合物,OAV法和GC-MS-O法分别确定了25种和21种风味活性物质。内蒙古风干牛肉中含有丰富的风味物质,其中重要的风味活性物质主要包括α-蒎烯、萜品烯、β-甜没药烯、反-2-辛烯醛、月桂醛、苯乙醛、肉豆蔻醛、壬醛、癸醛、糠硫醇、甲基庚烯酮、茴香脑、草蒿脑、3-乙基-2,5-二甲基吡嗪、2-乙基-3,5-二甲基吡嗪、2,5-二甲基吡嗪、2,3,5-三甲基吡嗪、2,3,5,6-四甲基吡嗪。

内蒙古风干牛肉,同时蒸馏萃取(SDE),风味活性物质,气相-质谱-嗅闻(GC-MS-O),香气活性值

内蒙古风干牛肉是备受蒙古民族喜爱的草原美食,它富有蒙古民族传统民间饮食文化内涵,其口感独特,营养丰富,携带方便。目前对于风干牛肉的研究主要有不同口味牛肉干的研制、牛肉干生产新工艺的研究、牛肉干中杂环胺的测定以及牛肉干在贮藏期间氧化稳定性的研究等。对于风干牛肉独特风味的研究还很少,沙坤等[1]采用固相微萃取-气质联用法分析五种新疆风干牛肉中的挥发性风味成分,共鉴定出48种化合物。

同时蒸馏萃取法是集溶剂萃取和蒸汽蒸馏于一体的挥发性成分提取方法,具有成本低、操作方便、对微量成分提取效率高的特点,具有良好的重复性和较高的萃取量,便于定量分析[2-3]。风味活性物质单体在产品整体风味中的贡献取决于其阈值及其绝对含量[4],只靠质谱分析可能很难判断某个风味活性物质的重要性,因此可通过GC-MS-O技术分析风味活性物质呈味强度及对总体香气的贡献从而挑选一些能够代表样品特征风味的化合物。香气活性值是香气物质的浓度与其阈值的比值,能够体现该香成分对整体香气的作用[5]。化合物的OAV大于或者等于1,则认为该化合物对其香气有作用,且OAV越大,对整体香气的贡献度就越大[6],因此可通过风味活性物质OAV值的比较,来分析各风味活性物质对内蒙古风干牛肉整体风味的贡献大小。

本研究通过同时蒸馏萃取法结合GC-MS-O技术分析鉴定内蒙古风干牛肉中的风味物质,采用内标法定量,结合OAV,找到对内蒙古风干牛肉整体风味有重要贡献的风味活性物质,为其生产工艺的控制、风味评价等方面提供实验基础。

1　材料与方法

1.1材料与仪器

内蒙古风干牛肉内蒙古苏尼特右旗今朝食业有限公司(净含量160 g)。

二氯甲烷(分析纯)、无水硫酸钠(分析纯)、邻二氯苯(130 μg/mL,溶剂为二氯甲烷)国药集团化学试剂有限公司;C6～C30正构烷烃(色谱纯)美国Sigma-Aldrich公司;氮气(纯度99.9%)北京氦普北分气体工业有限公司。

气相色谱-质谱联用仪(ISQ1310)美国赛默飞世尔科技公司;ODP3嗅闻检测器德国 Gerstal 公司;SDE装置肯堡博美(北京)实验器皿有限公司;A-100S旋转蒸发仪日本EYELA公司;DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器巩义市予华仪器有限责任公司。

1.2实验方法

1.2.1SDE法提取挥发性成分准确称取100 g切碎的内蒙古风干牛肉,置于1000 mL 圆底烧瓶中,加入300 mL蒸馏水,搅拌均匀,置于同时蒸馏萃取装置的轻相端,油浴加热,温度为(130±1) ℃,磁力搅拌;另取50 mL重蒸的二氯甲烷于100 mL圆底烧瓶中,置于同时蒸馏萃取装置的重相端,恒温水浴加热,温度控制在(50±1) ℃。待两侧都开始回流时计时,同时蒸馏萃取3 h。待萃取液冷却至室温后,加入适量无水硫酸钠,冷冻脱水12 h、过滤除去硫酸钠。所得滤液用旋转蒸发仪浓缩至1.0～1.5 mL,然后用氮吹仪吹扫至0.5 mL,得到香气浓郁的透明液体,待GC-MS-O分析。

1.2.2GC-MS-O分析采用 GC-MS-O对内蒙古风干牛肉中挥发性风味成分进行分析。GC-MS-O是由气相色谱-质谱(ISQ1310)和嗅闻(ODP3)装置组成。样品经进样口解析5 min后,经GC分离后分别进入质谱检测器和嗅闻检测器,分流比为 1∶1。由6名经过训练的实验人员在嗅闻口记录所闻到的香味特征和强度(1=微弱的的味道;2=清强烈的味道;3=非常强烈的味道),对气味的描述和强度记录须有3名以上实验人员嗅闻到才能被确定为风味活性物质。

1.2.3色谱条件色谱条件:HP-DBWax毛细管色谱柱(30 m×250 μm×0.25 μm),进样口温度250 ℃;升温程序:起始柱温35 ℃,保持1 min;以10 ℃/min升温到100 ℃,保持3 min;以4 ℃/min升至120 ℃,保持2 min;以6 ℃/min升至200 ℃,保持3 min;最后以8 ℃/min升至220 ℃,保持2 min;载气为氦气,流速1.2 mL/min,进样量1.0 μL,分流比50∶1。

质谱条件:电子轰击(Electron Impact,EI)离子源,电子能量70 eV,离子源温度230 ℃,四级杆温度150 ℃,质量扫描范围 40～450 u。扫描方式:全扫描;溶剂延迟5 min;调谐文件为标准调谐。

1.2.4定性定量分析定性分析:以NIST11谱库检索保留指数定性对检测结果进行分析,结合相关文献进行人工谱图解析。保留指数是在分析样品中添加了C6～C30的正构烷烃内标物后,根据公式(1)进行计算。

式(1)

式中:t′(i)-待测组分的调整保留时间[t′(n)

定量分析:对内蒙古风干牛肉中挥发性香气化合物进行分离鉴定时添加邻二氯苯。根据添加邻二氯苯的量、挥发性香气化合物的色谱峰面积与邻二氯苯的色谱峰面积进行比较,计算出每一种挥发性香气化合物相对于邻二氯苯的量,认定内标的因子为1[7]。

式(2)

注:Ci是未知化合物的浓度,Si是邻二氯苯的浓度,CA是未知化合物的峰面积,SA是邻二氯苯的峰面积,Vi为萃取液的体积/mL;n0/i为混合液中所含的内标物体积与萃取液体积之比;ms为前处理前样品的质量(g)。

2　结果与讨论

2.1内蒙古风干牛肉中挥发性成分的种类及含量

采用SDE提取内蒙古风干牛肉中风味物质,定量分析结果(表1)表明共鉴定出59种物质,包括烃类10种、醛类15种、酮类4种、酸类1种、醇类9种、酯类3种、醚类2种、酚类2种、含氮及其他杂环化合物13种。其中含量最高的为醛类化合物,为27.13 μg/g,其次为含氮及其他杂环化合物(20.44 μg/g),烃类(12.43 μg/g),醇类(10.17 μg/g),酮类(2.26 μg/g),酯类(1.36 μg/g),醚类(0.68 μg/g),酚类(0.68 μg/g),酸类(0.23 μg/g)。其中顺-13-十六烯醛、2-乙酰基吡咯、3,5-二乙基-2-甲基吡嗪、2,3,5,6-四甲基吡嗪、α-姜黄烯、肉豆蔻醛、β-倍半水芹烯、大茴香醛等化合物的含量较高,它们多为牛肉干提供辛香和烤香,这些醛类和烃类物质多与牛肉干腌制过程中加入的天然香辛料有关,而含氮及杂环化合物多与牛肉干风干晾晒的加工工艺有关。检出的壬醛、苯甲醛在发酵牛肉[8]和红烧牛肉罐头[9]中也均有检出,虽含量都较低,但它们对肉香的挥发有辅助作用。

表1　内蒙古风干牛肉中挥发性成分的定性定量结果Table 1　Qualitative and quantitative analysis results in Inner Mongolia dried beef

续表

注:定性方法中,MS为质谱分析法,RI为保留指数法。

2.2内蒙古风干牛肉风味活性物质的OAV分析

在检测出的59种挥发性物质中有25种物质的OAV值大于1,如表2所示。这说明它们对内蒙古风干牛肉的香气有贡献作用。分别包括了8种含氮及其他杂环化合物,7种醛类物质,4种醇类物质,3种烃类物质,2种酮类物质和1种酚类物质。在所有挥发性组分中含量和种类较多的也是醛类物质和含氮及其他杂环化合物,在一定程度上说明香气物质质量浓度的大小决定其香气值的大小[10]。而糠硫醇的含量虽然较低,但OAV值较高,说明香气物质的OAV值不仅取决于物质的浓度而且与香气阈值大小有关。

在25种内蒙古风干牛肉香气活性物质中,OAV>200的物质有9种,其中OAV值最高的是糠硫醇,其次为反-2-辛烯醛、3-乙基-2,5二甲基吡嗪、2-乙基-3,5-二甲基吡嗪、月桂醛、壬醛、癸醛、苯乙醛、α-蒎烯,糠硫醇是产生基本肉香味的关键化合物[11-12],陈海涛等[13]已在牛肉的香气中发现糠硫醇。吡嗪类化合物是美拉德反应的特征产物[14],主要产生烘烤香气和坚果香气,如三甲基吡嗪被认为是Maillard的降解产物和Henys重排化合物或是在葡萄糖-茶氨酸体系中的产物[15]。醛类化合物主要产生脂肪香、花香和果香。这些化合物共同构成了内蒙古风干牛肉独特的香气。

表2　OAV值确定内蒙古风干牛肉中风味活性物质Table 2　Flavor-active Compounds in Inner Mongolia dried beef identified by OAV value

注:1.阈值为水中的气味阈值;2. OAV=气味物质浓度/气味阈值。

表3　GC-MS-O法鉴定内蒙古风干牛肉中风味活性物质Table 3　Flavor-active compounds in Inner Mongolia dried beef identified by GC-MS-O

注:a.至少3 个实验员嗅闻到的化合物;b.实验员在嗅闻口闻到的香味描述。

2.3内蒙古风干牛肉风味活性物质的GC-MS-O分析

表3列出了由ODP3检测到的21种风味活性物质,包括烃类5种、醇类1种、醚类2种、醛类5种、酮类1种、含氮及杂环化合物7种,而由质谱检测的挥发性物质有59种,可见大部分挥发性化合物没有香气特征。结合表2可知OAV法和GC-MS-O法两种方法共同检测到11种物质,包括α-蒎烯、萜品烯、芳樟醇、月桂醛、苯乙醛、2-戊基呋喃、2,3,5-三甲基吡嗪、3-乙基-2,5-二甲基吡嗪、2-乙酰基吡咯、2,3,5,6-、四甲基吡嗪、2-乙基-3,5-二甲基吡嗪。内蒙古风干牛肉的主要香气包括肉香、坚果香、奶香、烤香、甜香、果香、青香、大茴香等。由表3中强度的数据可知,气味非常强烈的为α-蒎烯(木头味、巧克力味)、萜品烯(果香)、β-甜没药烯(茴香味、芹菜味)、茴香脑(大茴香、甜香)、草蒿脑(大茴香)、肉豆蔻醛(奶香、脂肪香)、苯乙醛(花香、甜香)、甲基庚烯酮(新鲜蔬菜味、柑橘味)、2,5-二甲基吡嗪(坚果香)、2,3,5-三甲基吡嗪(坚果香、泥土香气)、3-乙基-2,5-二甲基吡嗪(青香)、2,3,5,6-四甲基吡嗪(牛肉味)、2-乙基-3,5-二甲基吡嗪(炒花生味),这些化合物对内蒙古风干牛肉风味贡献最大,是起主要作用的风味成分。茴香脑、草蒿脑、肉豆蔻醛是腌制过程中添加的辅料如茴香、大料、肉桂等的挥发性成分[17-18]。通常认为烃类阈值较高,对风味的贡献较小[19],但是检测到的α-蒎烯、萜品烯、β-甜没药烯、β-罗勒烯、β-倍半水芹烯是天然香辛料的特征风味物质[20],这与内蒙古风干牛肉在腌制过程中加入的天然香辛料有关。

3　结论

OAV法和GC-MS-O法两种方法共同检测到11种物质,说明两种方法在鉴定内蒙古风干牛肉风味活性物质方面具有一致性。反-2-辛烯醛、糠硫醇、壬醛、癸醛的OAV值较大,而在GC-MS-O法中没有被嗅闻到,这说明上述两种关键香气分析方法存在某些不足之处[10]。

研究结果表明:对内蒙古风干牛肉风味起主要作用的风味活性物质包括烃类、醛类、酮类、醇类、酮类、醚类和含氮及其他杂环化合物。依据OAV值和嗅闻的结果可知(OAV>200或气味强度为3)主要的风味活性物质为α-蒎烯、萜品烯、β-甜没药烯、反-2-辛烯醛、月桂醛、苯乙醛、肉豆蔻醛、壬醛、癸醛、糠硫醇、甲基庚烯酮、茴香脑、草蒿脑、3-乙基-2,5-二甲基吡嗪、2-乙基-3,5-二甲基吡嗪、2,5-二甲基吡嗪、2,3,5-三甲基吡嗪、2,3,5,6-四甲基吡嗪。它们为内蒙古风干牛肉在生产工艺的控制、风味评价等方面提供了实验依据。

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Identification of flavor-active compounds in Inner Mongolia dried beef by OAV calculation and GC-MS-O

CHEN Hai-tao1,SUN Jie1,PU Dan-dan2,SUN Bao-guo1,ZHANG Yu-yu3

(1.Beijing Advanced Innovation Center for Food Nutrition and Human Health Beijing Technology and Business University(BTBU),Beijing 100048,China;2.Beijing Key Laboratory of Flavor Chemistry,Beijing Technology and Business University(BTBU),Beijing 100048,China;3.Beijing Laboratory for Food Quality and Safety,Beijing Technology & Business University(BTBU),Beijing 100048,China)

The volatile flavor components in Inner Mongolia dried beef were extracted by simultaneous distillation extraction(SDE)and analyzed by odor activity value(OAV)and gas chromatography-mass spectrometry-olfactometry(GC-MS-O). The results indicated that a total of 59 volatile compounds were identified in Inner Mongolia dried beef,and 25 and 21 flavor-active compounds were identified by OAV calculation and GC-MS-O. Inner Mongolia dried beef contains rich flavor substances. The important flavor-active compounds in Inner Mongolia dried beef wereα-pinene,γ-terpinene,β-bisabolene,(E)-2-octenal,dodecanal,phenylacetaldehyde,tetradecanal,nonanal,decanal,2-furfurylthiol,6-methyl-5-hepten-2-one,anethole,estragole,3-ethyl-2,5-dimethyl-pyrazine,2-ethyl-3,5-dimethyl-pyrazine,2,5-dimethyl-pyrazine,trimethyl-pyrazine,tetramethyl-pyrazine.

Inner Mongolia dried beef;simultaneous distillation extraction;flavor-active compounds;gas chromatography-mass spectrometry-olfactometry;odor activity value

2016-02-26

陈海涛(1973-),男,硕士，副教授,研究方向:香精香料,E-mail:chenht@th.btbu.edu.cn。

“十二五”国家科技支撑计划项目(2014BAD04B06)。

TS207.3

A

1002-0306(2016)15-0304-06

10.13386/j.issn1002-0306.2016.15.050