北京地区酱卤牛肉中挥发性风味物质剖面分析

李 娟 韩 东 米 思 李 侠 张春晖

(中国农业科学院农产品加工研究所/农业农村部农产品加工综合性重点实验室,北京 100193)

酱卤牛肉是我国传统特色肉制品的典型代表之一,因特有的色、香、味而深受广大消费者喜爱。拥有百年历史的北京酱卤牛肉,以其咸淡适口、风味浓郁的产品特点,成为驰名中外的佳品。风味是酱卤牛肉品质重要的考察指标,酱卤牛肉的独特风味主要由加工过程中脂肪氧化降解、美拉德反应、硫胺素热降解等反应共同作用产生[1-2]。目前,酱卤牛肉挥发性风味成分的测定大多采用气相色谱-质谱(gas chromatographmass spectrometry,GC-MS)联用技术,通过该方法可以明确酱卤牛肉中风味物质种类及含量,但无法确定各挥发性成分对总体风味的贡献情况[3-9]。国内外专家学者多借助 GC-MS[10-11]、气相色谱嗅闻法(gas chromatograph-olfactory,GC-O)[9]和电子鼻(electronic nose,E-nose)[12]等分析手段对酱卤牛肉中挥发性风味物质进行研究,而运用气味活性值(odor activity value,OAV)探讨各风味化合物的贡献尚鲜见报道。因此,本研究运用顶空固相微萃取(headspace solid phase micro-extraction,HS-SPME)-GC-MS技术对北京地区老字号酱卤牛肉(稻香村、天福号、月盛斋、东来顺)进行挥发性风味物质内标法定量,并引入剖面分析法——OAV[13],即利用各风味成分的质量浓度与其阈值的比值,评价风味成分对酱卤牛肉整体风味的贡献作用,确定酱卤牛肉中风味活性物质的贡献大小,以期为北京地区老字号酱卤牛肉产品的风味调控研究提供有益借鉴和参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

4种中华老字号酱卤牛肉(真空包装),购自北京市海淀区物美超市,其样品信息见表1。

2-甲基-3-庚酮(0.816 g·mL-1,色谱纯),美国Sigma公司；正己烷(色谱纯),美国赛默飞世尔公司。

表1 中华老字号酱卤牛肉样品信息Table 1 Information of Time-honored Brand marinated beef samples

1.2 主要仪器与设备

QP 2010 Plus型气相色谱质谱联用仪,日本岛津公司； 65 μm 聚 二 甲 基 硅 氧 烷/二 乙 基 苯(polydimethylsiloxane/divinylbenzene,PDMS/DVB)萃取头,美国Supelco公司；Waring SS110实验室组织捣碎机,上海默西科学仪器有限公司；20 mL顶空进样瓶,宁波哈迈仪器科技有限公司；赛多利斯BSA423S电子天平,赛多利斯(中国)有限公司；YC-300L低温冷藏柜,中科美菱低温科技股份有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 样品制备 酱卤牛肉去除表面冻卤、筋腱后,用实验室组织捣碎机捣碎至颗粒状。在测定样品前,称取相应量样品置于顶空进样瓶。

1.3.2 气相色谱质谱检测条件 SPME条件:65 μm PDMS/DVB萃取头在250℃老化0.5 h,取2.0 g酱卤牛肉置于20 mL顶空进样瓶,加入1 μL 0.41 mg·mL-12-甲基-3-庚酮,在70℃条件下吸附45 min,然后于240℃解析2 min。

GC条件:DB-WAX型毛细管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；柱温升温程序:起始温度 40℃保持 3 min,以5℃·min-1上升至 120℃,然后以 10℃·min-1升温至200℃,保持13 min；载气为高纯氦气,流速1.6 mL·min-1；按分流比 2∶1进样。

MS条件:电子轰击离子源(electron impact ion source,EI),电子能量70 eV,离子源温度200℃,溶剂延迟时间5 min,全扫描模式,扫描质量范围为35～500 u。

1.3.3 挥发性风味物质的定性与定量 各挥发性风味物质的鉴定,通过质谱库(NIST11)中相应谱图进行判定,只保留匹配度大于75的挥发性成分作为定性结果。以2-甲基-3-庚酮作为内标进行定量分析,样品中各挥发性风味物质质量浓度依据峰面积比计算[13](假定各挥发性成分的绝对校正因子为1.0)。

式中,0.41为内标质量,μg；2为样品质量,g。

1.3.4 挥发性风味物质评价 根据内标法定量出酱卤牛肉中各挥发性风味物质的质量浓度,参考各挥发性成分在水中的气味阈值,按照公式计算其OAV[14-15]:

式中,Ci为各挥发性风味成分的质量浓度,μg·kg-1；OTi为各挥发性风味成分在水中的气味阈值,μg·kg-1。

参考文献[16-21],以OAV作为评价样品中挥发性风味成分对总体风味的影响。0≤OAV＜1的挥发性风味成分对总体风味具有修饰作用,OAV≥1的挥发性风味成分对总体风味有直接作用,为主体风味,且OAV越大的风味成分对样品总体风味贡献越大。

1.3.5 数据处理

采用SPSS 20.0和Microsoft Office Excel 2013软件对酱牛肉气相色谱质谱数据进行处理。各试验均重复3次,结果表示为平均值±标准差。

2 结果与分析

2.1 卤酱牛肉挥发性风味物质分析

由表2可知,4种北京地区老字号酱卤牛肉(稻香村、天福号、月盛斋、东来顺)中共鉴定出78种挥发性风味成分,其中稻香村、天福号、月盛斋、东来顺样品中分别检出28、30、29、33种挥发性风味物质,质量浓度依次 为 3 743.29、3 380.33、9 298.25、7 126.65 μg·kg-1。稻香村、东来顺酱牛肉中醛类、醚类是较为丰富的风味物质,其中,稻香村酱牛肉中醛类、醚类分别占总质量浓度的61.69%、12.01%,而东来顺酱牛肉中醛类、醚类分别为19.18%和29.78%；天福号酱牛肉的挥发性风味成分主要是醇类、醛类,其分别占总质量浓度的34.10%和24.88%；月盛斋酱牛肉以醚类和醇类为主要挥发性成分,其分别占总质量浓度的41.05%和24.22%。

2.2 酱卤牛肉挥发性风味物质OAV分析

通过OAV对4种酱卤牛肉中挥发性风味物质进行剖面分析,根据所得到的OAV确定各风味成分的贡献大小,并参考国内外相关文献[22-25],准确描述各挥发性风味物质(表3)。醛类物质阈值较低,大多具有脂肪香味,其主要来源于脂肪氧化和降解[3]。由表3可知,庚醛(脂肪味、油味)、肉豆蔻醛(脂肪香味、蜡香味)仅在稻香村酱牛肉中检出,其 OAV分别为3.34、2.43；天福号、月盛斋、东来顺酱牛肉中鉴定出具有青草味和脂肪味的壬醛,其 OAV较高,分别为154.82、66.59、134.81,以上3种醛类物质对酱卤牛肉的整体风味贡献较大。此外,稻香村酱牛肉中还检测到苯甲醛(苦杏仁味),苯甲醛是苯丙氨酸降解的产物[26-27],具有最大的气味阈值(350 μg·kg-1)和最低OAV(0.13),对酱卤牛肉的整体风味起到修饰作用。

醇类物质一般阈值较高,主要来源于脂肪氧化、醛的还原及香辛料的添加[28]。由表3可知,4种酱卤牛肉中共检出7种醇类物质,其中不饱和醇芳樟醇(阈值 6 μg·kg-1)、α-松油醇(阈值 330 μg·kg-1)在 4 种样品中均被检出,且芳樟醇OAV较高,具有铃兰香味,被认为是肉类风味中最重要的香气活性物质。除东来顺酱牛肉外,其他3种酱卤牛肉中均检出桉叶油醇(阈值1.3 μg·kg-1),其OAV均高于其他醇类物质,是酱卤牛肉香气中主要的贡献组分。乙醇(阈值52 000 μg·kg-1)、(-)-4-萜品醇(阈值 340 μg·kg-1)、L-α-松油醇(阈值 330 μg·kg-1)、苯乙醇(阈值 86 μg·kg-1)均来自香辛料,其OAV较低,对酱卤牛肉风味贡献很小,但对整体风味有协同效应。

醚类物质主要来自于香辛料,具有强烈而愉快的香气[29]。由表2、3可知,草蒿脑、茴香脑是4种酱卤牛肉样品中共同检出的醚类物质,是茴香植物的主要成分[30],且质量浓度、OAV均较高。月盛斋、东来顺酱牛肉样品中草蒿脑、茴香脑的OAV较高,这与綦艳梅等[6]的研究结果一致,说明醚类物质对酱卤牛肉香气贡献很大,且具有代表性。

酮类物质阈值较高,大多具有强烈而愉快的香气,主要来自多不饱和脂肪酸氧化降解[31]和美拉德反应[32]。由表3可知,4种样品没有鉴定出共同的酮类物质,共检出3-羟基-2-丁酮、2-莰酮和胡椒酮3种酮类物质,其中3-羟基-2-丁酮为稻香村和天福号酱牛肉共同检出的物质,具有令人愉快的奶油香味,其OAV较低；2-莰酮和胡椒酮为稻香村酱牛肉独有检出物质,均为香辛料中风味物质,分别呈现樟脑味和薄荷香味,因其阈值较高,对酱卤牛肉风味贡献不大,但能对整体风味起到改善作用。

酸类物质阈值较高,主要来自脂肪水解和氧化[5]。由表3可知,4种样品中均检出乙酸(阈值22 000 μg·kg-1),其 OAV 较低；月盛斋、天福号酱牛肉中还共同检出壬酸,这与段艳等[3]在天福号酱牛肉中检出壬酸的结果一致。酸类物质挥发性较低,但对形成肉香味具有不可忽视的基底作用,因此,对酱卤牛肉整体风味有微弱的调节作用。

烃类物质分为饱和烃与不饱和烃2类,饱和烃阈值较高,主要来自脂肪酸烷氧基的均裂；不饱和烃阈值较低,主要来自香辛料,具有特殊的气味[3]。由表2、3可知,4种酱卤牛肉样品均检出不饱和烃,东来顺酱牛肉中鉴定出γ-萜品烯、大根香叶烯、榄香素等风味成分,它们来源于所添加的肉豆蔻、八角茴香、胡椒等香辛料[33-34],其中γ-萜品烯具有柑橘和柠檬香气；1-甲基萘仅在稻香村酱牛肉中检出,具有樟脑味,孙玉亮等[35]在扇贝豆酱中检出萘、2-甲基萘,推测本研究中1-甲基萘的检出可能与加入酱卤牛肉中的黄酱、酱油等辅料有关。

含氮含硫及杂环化合物阈值较低,主要来源于美拉德反应和氨基酸、硫胺素的热降解[9]。由表2、3可知,含氮化合物甲氧基苯基肟在4种酱卤牛肉中为共有的挥发性风味物质,具有霉味、肉香味[35]；2-乙酰基吡咯具有爆米花香,是脯氨酸与单糖发生美拉德反应的产物[36],在天福号、月盛斋、东来顺酱牛肉样品中均有检出；天福号、月盛斋酱牛肉样品中检测出α-呋喃甲醇(阈值2 000 μg·kg-1),其阈值较高,对整体风味有修饰作用；2-戊基呋喃、4-羟基-2,5-二甲基-3(2H)呋喃酮仅在稻香村酱牛肉中检出,2-戊基呋喃有较低的阈值(6 μg·kg-1),具有清新味和肉香味,是重要的挥发性风味物质之一；4-羟基-2,5-二甲基-3(2H)呋喃酮具有浓郁的焦糖味香气[37],该物质于60年代在菠萝、煮制牛肉或牛肉汤中发现[38]；月盛斋酱牛肉的挥发性成分中还检出吡喃衍生物,如具有焦糖香味的麦芽醇(2-甲基-3-羟基-4-吡喃酮)。

2.3 气味活性物质(OAV≥1)分析

根据有关文献的报道,OAV≥1的挥发性气味活性物质对酱卤牛肉的整体风味具有显著贡献,为酱卤牛肉的主体风味物质[39-41]。由图1可知,月盛斋酱牛肉中鉴定出最多的气味活性物质(共8种),其OAV范围为1.38～303.44,桉叶油醇、壬醛、芳樟醇、草蒿脑、茴香脑的OAV远大于1,对总体风味有较大贡献作用,为其主体风味物质；而在天福号、东来顺酱牛肉中各检出5种气味活性物质,除桉叶油醇、(-)-4-萜品醇外,其他气味活性物质在两者均有检出,且壬醛在天福号、东来顺酱牛肉中OAV(154.82,134.81)最高,对整体风味贡献较大,为两者的主体风味物质；稻香村酱牛肉中共检出7种气味活性物质,OAV范围为2.31～29.86,其中1-甲基萘、2-戊基呋喃仅在此酱牛肉中检出,且2-戊基呋喃具有特有的肉香味、蔬菜芳香[42],为稻香村酱牛肉的特征风味物质,这与臧明伍等[1]的研究结果一致。

表2 4种老字号酱卤牛肉中挥发性风味成分GC-MS分析结果Table 2 Volatile flavor compounds detected by GC-MS in four Time-honored Brand marinated beef

表2(续)

表3 4种老字号酱卤牛肉中OAV及其风味描述Table 3 OAVs and flavor descriptions in four Time-honored Brand marinated beef

图1 酱卤牛肉气味活性物质(OAV≥1)Fig.1 Odor-active compounds(OAV≥1)in marinated beef

由表3可知,4种酱卤牛肉中均检出芳樟醇(OAV范围 11.95～66.36；铃兰香味)、草蒿脑(OAV范围0.29～50.18；甘草味、茴香味)、茴香脑(29.86～234.41；甘草味、茴香味),且天福号、东来顺、月盛斋酱牛肉中均可检出有较高OAV的壬醛(OAV范围66.59-154.82；青草味、脂肪味),稻香村、天福号、月盛斋酱牛肉中均可检出有较高OAV的桉叶油醇(OAV范围20.89～303.44；草药味)。以上5种气味活性物质因具有相对较高的OAV和特殊风味,对酱牛肉的整体风味有显著贡献,被认定为北京地区老字号酱牛肉的特征风味物质。

2.4 气味活性物质的主成分分析和聚类分析

采用SPSS 20.0软件分别进行主成分分析(principal component analysis,PCA)和聚类分析(cluster analysis,CA),以研究4种不同酱卤牛肉中气味活性物质。由图 2可知,第1主成分贡献率为63.873%,第2主成分贡献率为29.190%,总贡献率为93.063%,按照贡献率大于85%的原则[43],PC1、PC2基本保持了原变量的信息,12种气味活性物质(OAV≥1)可明确区分不同酱卤牛肉间整体风味情况。进一步分析可知,4种酱卤牛肉样品分布在2个不同象限,且两两分布较近,其中天福号、东来顺在第一象限,月盛斋和稻香村在第四象限,说明同在一个象限中的酱卤牛肉其挥发性风味组成相近；天福号与稻香村分布位置相距较远,说明其挥发性风味组成有一定差异。

以“组间联结法”作为组群合并准则,以“平方欧式距离”作为度量准则,对12种气味活性物质(OAV≥1；各物质序号为表3中对应序号)进行聚类分析[44](图3),“0～25”的标度是将检测对象的评价指标按统一尺度映射后的结果。当标度为5时,可将12种气味活性物质聚为4类:茴香脑(13)为一类,该风味物质来源于调味料中,是酱卤牛肉中最重要的特征风味；桉叶油醇(6)为一类,该风味物质主要来源于香辛料；壬醛(2)为一类,该风味物质主要来源于原料肉中脂肪的氧化和降解；剩余9种气味活性物质为一类,该类风味物质主要来源于美拉德反应和香辛料的添加等,且大部分均能在4种酱卤牛肉中检出。

图2 酱卤牛肉主成分载荷图Fig.2 Biplot of principal component analysis(PCA)of marinated beef

图3 酱卤牛肉中气味活性物质聚类分析图Fig.3 Plot of cluster analysis(CA)of odor-active compounds in marinated beef

3 讨论

酱卤牛肉风味对其品质有很大影响,同时也是影响消费者购买产品的重要依据之一。本研究在OAV剖面分析的基础上,对酱卤牛肉的挥发性风味成分进行了分类,将其确定为主体风味、特征风味和修饰风味,以明确北京地区4种酱卤牛肉中贡献较大的挥发性风味成分,并以此区分各酱卤牛肉。近年来,许多专家学者采用不同前处理方法结合气相色谱质谱联用法,对酱卤牛肉中的风味物质进行研究。綦艳梅等[6]利用同时蒸馏萃取法得出,醛类、醚类、含氮含硫及杂环化合物是月盛斋酱牛肉中重要的挥发性成分；段艳等[3]采用微波辅助萃取耦合溶剂辅助风味蒸发法,认为壬醛、5-甲基糠醛、薄荷酮、茴香脑、麦芽酚、反-肉桂醛、肉桂醇可能对酱牛肉的风味有重要贡献；臧明伍等[9]利用固相微萃取发现,醛类、醚类和含氮含硫及杂环化合物在酱牛肉中风味活性较强。

本研究结果表明,醛类、醇类、醚类是北京地区老字号酱卤牛肉中主要的挥发性风味物质,对酱卤牛肉整体香气起主导作用,这与段艳等[3]、周蓓蓓等[7]及臧明伍等[9]的研究结论一致。本研究中,4种酱卤牛肉中分别检出主体风味12种[庚醛、壬醛、肉豆蔻醛、桉叶油醇、芳樟醇、(-)-4-萜品醇、L-α-松油醇、α-松油醇、草蒿脑、茴香脑、1-甲基萘、2-戊基呋喃]、特征风味5种(壬醛、桉叶油醇、芳樟醇、草蒿脑、茴香脑)及修饰风味11种(苯甲醛、乙醇、苯乙醇、3-羟基-2-丁酮、2-莰酮、胡椒酮、乙酸、壬酸、月桂酸、γ-萜品烯、α-呋喃甲醇),其中主体风味和特征风味对酱卤牛肉的整体风味具有显著贡献作用,修饰风味对酱卤牛肉的整体风味贡献较小,但对其风味有一定的调节、改善和协同作用。这与段艳等[3]、陈海涛等[4]、綦艳梅等[8]、臧明伍等[9]的研究结论基本一致,但有一些风味成分在本研究中未检出,可能是酱卤牛肉中其含量较少或不同酱卤牛肉所用配料、加工方式的不同导致的,也有可能与前处理方法、GC-MS参数设置不同有关。

本研究对北京地区酱卤牛肉产品中风味物质组成、质量浓度及整体贡献进行了分析,可为提升酱卤牛肉加工工艺以及合成牛肉香精提供有益参考,但本研究并未利用酱卤牛肉的主体风味、特征风味和修饰风味进行实际验证对比,还需进一步根据风味形成机制进行研究。

4 结论

本研究运用HS-SPME-GS-MS对4种北京地区老字号酱卤牛肉(稻香村、天福号、月盛斋、东来顺)中挥发性风味物质进行了基于OAV的剖面分析。由HSSPME-GC-MS结果可知,4种酱卤牛肉中共鉴定出78种风味化合物,其中,稻香村、天福号、月盛斋、东来顺酱牛肉中各检出28、30、29、33种风味物质。通过计算各风味成分的OAV,确定出对酱卤牛肉整体风味有显著贡献的12种主体风味(气味活性物质)、5种特征风味以及对酱卤牛肉整体风味具有调节、改善作用的11种修饰风味。PCA结果表明,4种酱卤牛肉风味轮廓差异显著,可进行有效区分；由CA结果可知,12种气味活性物质可聚为4类,每类风味物质的产生都有其不同来源,且每类都含有代表不同酱卤牛肉的风味成分。