清真冷鲜雪花牛肉复合保鲜剂配比优化及挥发性风味物质检测

李俊丽,罗瑞明,张同刚,李亚蕾,*

(宁夏大学农学院,宁夏银川 750021)



清真冷鲜雪花牛肉复合保鲜剂配比优化及挥发性风味物质检测

李俊丽1,罗瑞明2,张同刚3,李亚蕾1,*

(宁夏大学农学院,宁夏银川 750021)

研究了有机酸与食盐复配的保鲜剂对清真冷鲜雪花牛肉保鲜效果和品质的影响。通过响应面分析优化复合保鲜剂配比,并采用顶空固相微萃取和气质联用技术分析经复合保鲜剂处理的清真冷鲜雪花牛肉中的主要挥发性风味物质。结果表明:该复合保鲜剂中各种组分的最佳添加比例为乳酸3.5%、乙酸0.6%、柠檬酸1.63%、食盐1.16%,此时TVB-N值为(80.79±0.79) mg/100 g。同时,采用顶空固相微萃取与气相色谱联用技术在被最佳配比复合保鲜剂处理的清真冷鲜雪花牛肉中检测出烃类、杂环类化合物、醛类、酯类、醇类、酮类、酸类、醚类等共49种挥发性风味物质。

清真冷鲜雪花牛肉,复合保鲜剂,顶空固相微萃取,气相色谱,挥发性风味物质

清真冷鲜雪花牛肉是指以伊斯兰规定方式屠宰的雪花肉牛,屠宰后采用快速冷却使胴体温度在24 h内下降至0～4 ℃。雪花牛肉是指脂肪沉积到肌肉纤维之间,形成明显的红、白相间,状似大理石花纹的牛肉[1]，其与普通牛肉里的牛油成分不同，其中脂肪酸含量非常高,且含有大量人体所需的脂肪酸,但胆固醇含量较低,而且随着牛肉里脂肪含量增高,胆固醇的含量反而下降[2]。另外，还含有丰富的蛋白质,氨基酸等[3]。在肉类加工中,即使采用现代化的加工技术和管理方式,也很难完全防止细菌污染,而难于预防肉品腐败变质。有机酸能在常温或室温条件下延缓肉品腐败变质,应用比较简便、经济[4-5]。

此外,盐类通常会影响肉制品的功能性质[6],并且对收缩,蛋白-蛋白间的相互作用,蛋白质的溶解度,蛋白水解酶的活性以及蛋白质晶格膨胀有影响[7]。随着冷鲜肉日益成为肉类消费的主流,保鲜方法的研究越来越多[8-9]。国内外有研究用单个有机酸或复合有机酸对肉品进行保鲜,但是不同种类有机酸的不同浓度与食盐复配混合处理对肉品保鲜效果如何还未见报道。本实验选用乳酸、乙酸、柠檬酸与食盐复配制成复合保鲜剂，在单因素实验的基础上,将TVB-N含量作为响应值,采用Box-Behnken实验设计与响应面分析对其进行配比优化,并测其风味物质。为清真冷鲜雪花牛肉的保鲜技术提供参考,推动清真冷鲜雪花牛肉产业的发展。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

2～3周龄的雪花肉牛背最长肌 宁夏中卫市夏华肥牛有限公司;柠檬酸、乙酸、乳酸、食盐均为食品级 银川超越食品添加剂有限公司。

TDL-5-4飞鸽牌台式离心机 北京安亭科学仪器厂制造;UDK127自动凯氏定氮仪 意大利 VELP公司;65μmPDMS/DVB萃取头 日本岛津公司;GC/MS-QP2010 Plus型气相色谱-质谱联用仪 日本岛津公司;HH.SY21-Ni6-C型高速组织捣碎机 江苏金坛市亿通电子有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 样品预处理 实验雪花肉牛按照伊斯兰屠宰方式屠宰,取下背最长肌，分割成大小均匀的肉块(约10 g)。将食盐、乳酸、乙酸、柠檬酸混合并充分溶解,制成复合保鲜剂。将肉样分别于配制好的200 mL复合保鲜液中浸泡1 min,取出于室温沥干后,分装到无菌自封袋中于4 ℃冰箱中保藏。

1.2.2 响应面实验设计 在前期单因素实验的基础上,利用Box-Behnken采用四因素三水平的响应面分析方法设计实验,将乳酸、乙酸、柠檬酸、食盐保鲜剂的添加量作为响应变量,以第0、2、4、6、8、10 d肉样中TVB-N值的总和作为响应值,通过响应面分析对该复合保鲜剂的最佳添加量进行优化,实验因素水平设置见表1。

表1 响应面因素水平表

1.2.3 TVB-N值的测定 参照GB/T 5009.44-2003《肉与肉制品卫生标准的分析方法》[10]。

1.2.4 复合保鲜剂处理的清真冷鲜雪花牛肉挥发性风味物质的提取

1.2.4.1 样品预处理 经最佳优化复合保鲜剂处理的清真冷鲜雪花牛肉样品放入高速组织捣碎机中制成糜状待用。

1.2.4.2 固相微萃取 根据张同刚[11]的方法,进行修改如下:加3 g样品到20 mL顶空瓶中,再加0.6 g NaCl,混匀,将其放入水浴锅中60 ℃恒温加热30 min,然后将已老化好的SPME针头插入顶空瓶中萃取。30 min后将萃取头拔出,再插入到GC/MS进样器中,解吸5 min,收回纤维头,拔出萃取头。

1.2.5 复合保鲜剂处理的清真冷鲜雪花牛肉挥发性风味物质的检测

1.2.5.1 气谱条件 根据张同刚[11]的方法,进行修改如下:DB-5MS毛细管柱(30 m×0.25 mm×0.5 μm;Agilent Technologies),载气为He,恒定流速为3.7 mL/min,不分流模式;进样口温度为250 ℃,FID检测器温度为250 ℃,柱初温为50 ℃,保持2 min,以15 ℃/min 升温到100 ℃,然后再以5 ℃/min升温到220 ℃,保持10 min,之后以10 ℃/min 升温到260 ℃,最后以5 ℃/min 升温到 280 ℃。

1.2.5.2 质谱条件 离子源温度230 ℃;接口温度250 ℃;灯丝电流150 μA;检测电压为350 V;扫描速率最高达10000 amu/sec;质谱质量扫描范围为20～450 amu[11]。

1.3 数据分析

所有实验数据用Excle进行绘图,上述实验进行3次重复,结果采用平均值±标准差表示。采用Design-Expert 8.0.6软件进行响应曲面图的绘制。

2 结果与分析

2.1 复合保鲜剂配比优化

2.1.1 Box-Behnken实验结果 结果如表2,其中共29个实验点,25～29为中心实验点。利用Design Expert 软件,对数据进行二次多元逐步回归拟合,得到TVB-N值对乳酸、乙酸、柠檬酸、食盐的二次多项逐步回归方程:

Y=79.29-1.68A-1.42B-1.52C-2.40D-0.84AB-0.097AC-0.42AD-0.05BC+0.79BD+0.06CD+2.19A2+1.93B2+2.93C2+3.46D2

表2 复合保鲜剂浓度的响应面实验方案与结果

表3 响应面回归模型的方差分析

注:**.差异极显著,p<0.01;*.差异显著,p<0.05 。

2.1.2 模型显著性检验 对回归方程进行方差分析,结果见表3。上述回归方程描述与响应面值之间的关系时因其模型的p<0.01(极显著),失拟项检验的p=0.1004(不显著),R2=0.8403表明模型充分拟合实验数据[12-13],该方程是冷鲜雪花牛肉中总TVB-N值与复合保鲜剂配比的合适数学模型,所以可利用此回归方程确定复合保鲜剂的最佳配比。A、D、A2、C2、D2对结果的影响表现为极显著(p<0.01),B、C、B2对结果的影响表现为显著(p<0.05),各影响因素对TVB-N值影响大小的顺序为食盐、乳酸、柠檬酸和乙酸。

图1 乳酸和柠檬酸的交互作用对TVB-N含量影响的响应面图Fig.1 Response surface for the effect of interaction between lactic acid and acetic acid on TVB-N value

2.1.3 复合保鲜剂各用量的响应曲面分析 复合保鲜剂之间的交互作用对TVB-N值的影响响应面图见图1～图6。由图1可知,乳酸浓度一定时,随着柠檬酸浓度的增加,TVB-N值先减少,后增加。柠檬酸浓度一定时,随着乳酸浓度的增加,TVB-N值先减少,后逐渐平缓。由图2可知,乳酸与乙酸的交互作用和乳酸与柠檬酸的交互作用对TVB-N值得影响基本相同。由图3可知,乳酸浓度一定时,随着食盐浓度的增加,TVB-N值先减少,后逐渐平缓。食盐浓度一定时,随着乳酸浓度的增加,TVB-N值一直减少,但是变化幅度不大。由图4可知,乙酸浓度一定时,随着柠檬酸浓度的增加,TVB-N值先减少,后增加。柠檬酸浓度一定时,乙酸浓度对TVB-N值的影响不大。由图5可知,乙酸浓度一定时,随着食盐浓度的增加,TVB-N值先减少,后增加。食盐浓度一定时,随乙酸浓度的增加,TVB-N值也是先减少,后增加，并且变化幅度较大。由图6可知,柠檬酸与食盐的交互作用和乙酸与食盐的交互作用对TVB-N值的影响基本相同。

图2 乳酸和乙酸的交互作用对TVB-N含量影响的响应面图Fig.2 Response surface and for the effect of interaction between lactic acid and citric acid on TVB-N value

图3 乳酸和食盐的交互作用对TVB-N含量影响的响应面图Fig.3 Response surface for the effect of interaction between lactic acid and salt on TVB-N value

图4 乙酸和柠檬酸的交互作用对TVB-N含量影响的响应面图Fig.4 Response surface for the effect of interaction between acetic acid and citric acid on TVB-N value

图5 乙酸和食盐的交互作用对TVB-N含量影响的响应面图Fig.5 Response surface for the effect of interaction between acetic acid and salt on TVB-N value

图6 柠檬酸和食盐的交互作用对TVB-N含量影响的响应面图Fig.6 Response surface for the effect of interaction between citric acid and salt on TVB-N value

进一步分析可知,回归方程存在稳定点,即极小值点,即乳酸、乙酸、柠檬酸、食盐的最佳浓度分别为3.5%、0.6%、1.63%、1.16%,此时TVB-N值总和最低,为(77.98±2.02) mg/100 g。在此基础上进行验证实验,TVB-N值总和达到(80.79±0.79)mg/100 g,与理论值相差3.60%,测定结果稳定,偏差不大,证明该结果合理可靠。

2.2 复合保鲜剂对清真冷鲜雪花牛肉挥发性风味物质的检测

采用SPME与GC-MS联用,分析添加复合保鲜剂的清真冷鲜雪花牛肉中的挥发性风味物质,检索出部分匹配率髙的物质,得到总离子流图(图7)。

图7 添加复合保鲜剂的清真冷鲜雪花牛肉挥发性风味成分总离子流图Fig.7 Total complex preservatives of volatile flavor compounds in chilled halal snowflake beef

表4 复合保鲜剂处理的清真冷鲜雪花牛肉中挥发性风味物质组分

续表

由表4可知,共检测出挥发性风味物质成分49种。其中烃类14种、醇类4种、醛类7种、酯类8种、酮类4种、酸类4种、醚类1种、杂环类化合物7种。从含量分布来看,酯类含量最高,为23.41%;其次为醛类、烃类、杂环类化合物、酮类、酸类、醇类、醚类的含量分别为22.52%、7.64%、4.59%、2.98%、2.15%、1.66%、0.19%。由相对含量可以看出,经复合保鲜剂处理过的雪花牛肉中最主要的风味物质为酯类物质和醛类物质。其中酯类物质中邻苯二甲酸二异辛酯最多,醛类物质正壬醛最多。

通过分析以上检测出的各种风味物质的成分可知:长链烷烃(十六烷、十四烷等)可能来自于肉中脂肪酸的降解,部分短链烷烃(氧杂环丁烷、乙烷)是脂肪自动氧化的次级产物,产生烷烃一般还会伴随着有醇、酮、醛的产生[14]。醛类物质主要是由脂肪氧化降解产生的,6个碳原子以上的饱和醛是脂肪氧化的典型产物,如十三醛、十四醛、壬醛等;其他的醛类除来源于脂肪外还可能来自蛋白质的降解或蛋白质和糖类物质的相互反应。另外,己醛在每个样品检测中均可以检测到,己醛是一种新鲜肉品中的常见风味物质,其具有清香和青草味[15]。不饱和脂肪酸自动氧化生成的酮类使牛肉产生不良气味,本实验检测出的酮类物质是脂肪酸经氧化生成过氧化物,然后反应分解产生的[16]。醇类物质主要是脂质氧化产生的自由基促使糖类物质分解产生的[15]。

3 结论

本实验研究表明,通过单因素实验与响应面分析,得出各因素对TVB-N值影响的大小,并确定该复合保鲜剂中各种组分的最佳添加比例为乳酸3.5%、乙酸0.6%、柠檬酸1.63%、食盐1.16%。同时,采用顶空固相微萃取与气相色谱联用技术检测出烃类、杂环类化合物、醛类、酯类、醇类、酮类、酸类、醚类等共49种挥发性风味物质,其中烃类14种、醇类4种、醛类7种、酯类8种、酮类4种、酸类4种、醚类1种、杂环类化合物7种。

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Optimization of the complex preservatives of chilled halal snowflake beef and detection of volatile flavor compounds

LI Jun-li1,LUO Rui-ming2,ZHANG Tong-gang3,LI Ya-lei1,*

(College of Agricultural,Ningxia University,Yinchuan 750021,China)

It was studied the effect of organic acid and salt complex preservatives on preservation effect and quality of chilled halal snowflake beef.Optimization of complex preservatives ratio by response surface analysis,and volatile compounds in chilled halal snowflake beef that complex preservatives treated were determined by solid-phase microextraction and gas chromatography-mass spectrometry.The results showed that the best adding proportion of various components in the complex preservative was lactic acid 3.5%,acetic acid 0.6%,citric acid 1.63%,salt 1.16%,the TVB-N value was(80.79±0.79) mg/100 g.And 49 kinds of main volatile flavor compounds were found in chilled halal snowflake beef including hydrocarbons,heterocyclic compounds,aldehydes,esters,alcohols,ketones,acids,ethers.

chilled halal snowflake beef;complex preservatives;HS—SPME;GC-MS;volatile flavor

2016-05-06

李俊丽(1990-)，女，硕士研究生，研究方向：畜产品贮藏与加工，E-mail:1192528503@qq.com。

*通讯作者:李亚蕾(1966-)，女，硕士，教授，研究方向：食品安全与加工，E-mail:yaleili.cn@163.com。

宁夏回族自治区科技支撑(攻关)计划。

TS251

B

1002-0306(2016)22-0290-06

10.13386/j.issn1002-0306.2016.22.048