不同部位羊油的挥发性风味物质和理化性质比较

曾志龙,潘玥蒙,薛怡,管红梅,黄大兵,覃小丽*,刘雄*

1(西南大学 食品科学学院,重庆,400715)2(重庆牧哥食品有限公司,重庆,401519)

我国羊资源丰富,是世界上羊存栏数、羊肉生产总量及羊肉消费总量最大的国家,2019年中国羊肉消费总量已达512.7万t,约占世界羊肉消费总量1/3[1]。随着我国经济的快速发展和居民生活水平的提高,肉类消费观念逐渐发生变化,羊肉具有低胆固醇、高蛋白、肉质细嫩、易消化吸收等优点,同时食用羊肉不受宗教文化的约束,因此对羊肉需求量逐年提升[2-3]。与此同时,羊油、羊骨、羊肚等副产物的加工利用问题日益受到人们关注。羊脂价格低于牛脂,易于收购,但目前羊脂应用集中在轻工业和动物饲料等方面。近年来,有研究者在羊油分提和肉味香精等方面[4-5]展开研究,相对来说羊脂在食品方面的开发与利用不足。因此,探究羊脂的品质对羊油在食品工业的应用具有重要意义。

羊脂多蓄积在内脏脂肪和皮下脂肪等结缔组织中,熬制或精炼后可作为食用羊油。一般来说,来源于不同部位的脂肪,其理化性质、脂肪酸组成和风味成分存在较大差异。目前,用于羊油加工的羊脂肪原料往往是来自羊体不同部位的混合脂肪组织,这容易造成不同批次的产品品质不稳定,进而影响销售和品质控制[6]。李涛等[7]研究哈萨克羊尾脂、肾周脂和网膜脂的组成成分(理化性质、脂肪酸等)差异,发现在食用健康性方面,哈萨克羊的尾脂优于肾周脂和网膜脂。然而,目前不同部位羊脂肪的风味成分差异程度尚不明确。风味是羊油等动物脂肪的一项重要感观特征指标,直接影响消费者的接受程度和高品质食用羊油的开发。

因此,本文以不同部位羊油为对象,利用顶空固相微萃取结合GC-MS分析羊油的挥发性成分和关键性风味物质,并比较其理化性质和脂肪酸组成,揭示这些特征与生产应用的关系,为羊脂资源的精细化加工和不同风味复合专用油脂的开发提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 实验材料

1.1.1 原料与试剂

羊肠脂肪、羊肚脂肪和羊腰脂肪各3个样品,均来自内蒙古自治区,由重庆牧哥食品有限公司提供。

1,2-二氯苯,美国Sigma-Aldrich公司;37种脂肪酸甲酯混标,上海安谱实验科技股份有限公司;所有用于色谱的有机溶剂均为色谱纯;其余溶剂均为分析纯。

1.1.2 仪器与设备

TA.XT Plus质构仪,英国Stable Micro System公司;GCMS-QP2020气相色谱-质谱联用仪,日本岛津公司;50/30 μm PDMS/CAR萃取纤维头、SPME手动进样手柄,美国Supelco公司。

1.2 实验方法

1.2.1 羊油制备

将羊脂肪切成约1 cm×1 cm×1 cm的小块,称取200.0 g切碎的羊脂肪放置于500 mL圆底烧瓶中,150 ℃油浴加热80 min至无明显大颗粒油渣,结束后室温冷却至70 ℃左右,用纱布过滤,分别得到羊肠油(C1～C3)、羊肚油(D1～D3)、羊腰油(Y1～Y3),于-20 ℃冰箱冷冻备用。

1.2.2 挥发性化合物测定

固相微萃取条件:参照SONG等[8]的方法并稍作修改。准确称取2.00 g羊油样品,放入20 mL的顶空进样瓶中,加入20 μL的1,2-二氯苯(0.05 μg/μL,溶剂为甲醇),拧紧瓶盖,在60 ℃下水浴10 min。通过隔垫将已老化(温度250 ℃、时间15 min)的75 μm PDMS/CAR 固相微萃取头插入顶空瓶中,吸附30 min后插入GC-MS的进样口,解吸5 min。

气相条件:DB-5MS 毛细管色谱柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm);进样口温度250 ℃,载气He,流速1.0 mL/min,不分流进样。升温程序:初始温度40 ℃,保持5 min,以5 ℃/min升温至60 ℃,保持1 min,以2 ℃/min升温至100 ℃,保持1 min,以4 ℃/min升温至160 ℃,保持1 min,最后以20 ℃/min升温至250 ℃,保持1 min。质谱条件:离子源EI;离子源温度250 ℃;电子能量70 eV;接口温度250 ℃;质量扫描范围为45～550m/z。

数据处理:采用NIST17.LIB质谱数据库对峰值成分进行检索,仅保留匹配度>80的成分,并去除萃取纤维柱流失的硅烷化杂质和参考有关文献确定化合物进行定性。以1,2-二氯苯为内标物对样品的挥发性成分进行定量分析。

1.2.3 关键风味化合物确定

采用气味活性值(odor activity value,OAV)分析各挥发性化合物对样品风味的贡献。计算如公式(1)所示:

(1)

式中:OAVx,挥发性化合物x的气味活度值;Cx,挥发性化合物x的含量,μg/kg;OTx,挥发性化合物x的气味阈值,μg/kg。

1.2.4 酸价测定

参照GB 5009.229—2016《食品安全国家标准 食品中酸价的测定》。

1.2.5 过氧化值测定

参照GB 5009.227—2016《食品安全国家标准 食品中过氧化值的测定》。

1.2.6 熔点测定

参照GB/T 12766—2008《动物油脂 熔点测定》。

1.2.7 硬度测定

参照曹晨等[9]的方法并稍作修改。将羊油样品置于80 ℃水浴加热,使其完全熔化后并保留10 min,分装至圆形模具(样品规格40.0 g,厚度2.5 cm),在25 ℃恒温箱中放置24 h后测定硬度。测试参数:采用锥形探头P45C,TPA模式,测前速度1.0 mm/s,测试速度1.0 mm/s,测后速度1.0 mm/s,测试形变30%,触发值5.0 g。

1.2.8 脂肪酸组成测定

脂肪酸甲酯化:参照刘琳等[10]的方法。

色谱条件:DB-5MS毛细管色谱柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm);进样口温度250 ℃,载气He,流速1.0 mL/min,分流比100∶1。升温程序:初始温度45 ℃,保持1 min,以20 ℃/min升温至140 ℃,保持2 min,以10 ℃/min升温至180 ℃,保持2 min,以4 ℃/min升温至210 ℃,保持2 min,最后以2 ℃/min升温至230 ℃,保持2 min。质谱条件:离子源EI;离子源温度230 ℃;电子能量70 eV;接口温度280 ℃;质量扫描范围为5～500m/z。

数据处理:采用NIST17.LIB质谱数据库对峰值成分进行检索,并结合37种脂肪酸甲酯混品色谱图的出峰时间和含量,判断脂肪酸种类,采用峰面积归一化法计算脂肪酸的组成。

1.2.9 数据处理

测定结果表示为平均值±标准偏差,使用SPSS 26.0软件进行单因素方差分析,并用Origin 2021软件绘图,SIMCA 14.1软件进行正交偏最小二乘判别分析(orthogonal partial least squares discrimination analysis, OPLS-DA)。

2 结果与分析

2.1 挥发性风味物质组成分析

已有研究表明醛类、酸类、酯类、醇类和酮类物质是羊油的主要风味成分[11]。如表1所示,3种不同部位羊油中共鉴定出87种挥发性成分,包括23种醛类、8种酸类、8种醇类、13种酯类、9种酮类、9种烷烃类和17种其他类化合物。

表1 不同部位羊油的挥发性风味物质组成和含量 单位:μg/kgTable 1 Composition and content of volatile flavor compound of sheep oil in different parts

不同部位羊油C1～C3、D1～D3、Y1～Y3样品分别检测到48、51、50、52、55、53、51、56、49种挥发性化合物,其中3个羊肠油样品共有成分有32种,3个羊肚油样品共有成分有41种,3个羊腰油样品共有成分有36种,总体来看羊腰油和羊肚油的挥发性化合物种类高于羊肠油。如图1所示,3种不同部位羊油共有挥发性化合物有25种,主要是醛类和酸类化合物,构成羊油的基本风味轮廓,但不同部位羊油又具有各自不同的挥发性化合物,在3种羊肠油中均检测到了4种独有成分为十二烷、十五烷、月桂酸甲酯和二氢-5-辛基-2(3H)-呋喃酮;3种羊肚油中均检测到了5种独有成分为2-哌啶酮、1-辛醇、2,6-二甲基吡嗪、(E,E)-2,4-庚二烯醛和2-甲基环戊酮;3种羊腰油中均检测到了2种独有成分为2,3-二氢噻吩和(E,E)-2,4-十二烯醛。

图1 羊肠油、羊肚油和羊腰油挥发性化合物种类Venn图(n=3)Fig.1 Venn of sheep intestine fat, sheep tripe fat, and sheep loin fat volatile flavor compound(n=3)

不同部位羊油挥发性风味物质总含量和各组分占比存在一定程度差异。如图2所示,羊腰油挥发性风味物质总含量(6 922.38 μg/kg)略高于羊肚油(6 536.72 μg/kg),两者含量显著高于羊肠油(4 046.92 μg/kg),说明羊腰油和羊肚油的风味强度大。羊油挥发性风味物质中醛类化合物含量最高,其中羊肚油和羊腰油醛类化合物相对占比在60%以上,羊肠油醛类化合物相对占比在40%以上。醛类化合物一般来源于脂肪酸的氧化降解,庚醛、辛醛、壬醛和癸醛等属于脂肪醛,由油酸、亚油酸和花生四烯酸等氧化产生,具有果清香和脂肪香[12];苯甲醛和苯乙醛属于芳香醛,由苯丙氨酸通过Strercker途径降解产生,具有苦杏仁味和蜂蜜甜味[13]。(E)-2-壬烯醛、(E)-2-癸烯醛和(E,E)-2,4-癸二烯醛3种醛类已被证明是羊油的关键风味物质[14],同时是不同部位羊油的共有成分,(E)-2-壬烯醛贡献清新的黄瓜味[15],(E)-2-癸烯醛和(E,E)-2,4-癸二烯醛贡献脂肪味[16],对羊油脂香具有重要贡献。

a-挥发性风味物质含量;b-挥发性风味物质占比图2 羊肠油、羊肚油和羊腰油挥发性风味物质含量和挥发性风味物质占比(n=3)Fig.2 Volatile flavor content and proportion of volatile compound of sheep intestine fat, sheep tripe fat, and sheep loin fat (n=3)

羊油中酸类化合物含量仅次于醛类和酮类化合物,其中羊肠油酸类化合物高于羊肚油和羊腰油,主要有戊酸、己酸、庚酸、辛酸、壬酸、正癸酸等饱和酸,庚酸、辛酸和壬酸是不同部位羊油共有的3种酸类化合物。酸类化合物与羊肉膻味的形成有很大的关系,尤其是C6、C8、C10等低级挥发性脂肪酸,其中以4-甲基辛酸、4-乙基辛酸和4-甲基壬酸为代表[17],但不同部位羊油中均没有发现上述3种甲基支链脂肪酸,说明羊油膻味较羊肉轻。

酯类化合物由游离脂肪酸与醇相互作用产生,不同碳链长度的脂肪酸酯化产生的酯具有不同气味,通常短链脂肪酸酯化产生的酯呈果香味,长链脂肪酸酯化产生的酯呈脂香味[18]。羊油中酯类化合物组成较为丰富,能够提升其他化合物的气味,有助于提高羊油的整体风味。醇类和酮类化合物是脂质氧化的重要产物,在羊油中种类较少,含量也较低,且大多数醇类和酮类化合物阈值较高,对羊油的风味影响较小。羊油酮类化合物中二氢-5-辛基-2(3H)-呋喃酮具有甜味,2-壬酮具有清新味[19],直链的低级醇(庚醇、辛醇、十三醇)总体是无风味或部分具有清新味[20],因此醇类和酮类化合物对羊油的风味起协同作用。

烷烃类化合物由脂肪酸的烷氧自由基均裂产生,一般具有较高的阈值,风味特征不明显,但烷烃类化合物是形成杂环类物质的中间体[21],可能对羊油的“肉香”味起到修饰作用。羊脂组织中除了脂质,还含有少量的氨基酸、蛋白质和糖类,通过美拉德反应生成“肉香”味的含氮、含硫和杂环类物质等[22],2-甲基吡嗪、2,5-二甲基吡嗪、2,6-二甲基吡嗪等吡嗪类物质在烤羊肉中曾检测到[23]。另外,3-甲基吲哚和对甲酚会加剧羊肉的“膻味”,并且3-甲基吲哚与代谢产物吲哚都会产生粪臭味,会带来产生不良风味[24]。

2.2 基于GC-MS数据的OPLS-DA模型分析

对9个羊油样品的GC-MS数据进行OPLS-DA,建立OPLS-DA模型进行区分,结果如图3所示。不同部位羊油均分布在坐标轴的不同象限,风味差异显著,羊肠油位于坐标右侧的第1象限和第4象限,分布较为分散,与羊肚油和羊腰油区分明显;羊肚油和羊腰油分别位于第2象限和第3象限,并且分布较为集中,这可能是由于羊腰脂肪和羊肚脂肪表面完整洁净。基于挥发性风味物质含量的差异,OPLS-DA模型可较好区分3种不同部位的羊油。

图3 基于不同部位羊油的GC-MS挥发性风味物质分析结果的OPLS-DAFig.3 OPLS-DA based on GC-MS volatile flavor compound analysis results of sheep fat in different parts

2.3 关键性风味物质分析

挥发性风味物质对羊油整体风味的贡献可结合化合物的阈值进行评价,一般来说OAV越大对总体风味贡献越大,OAV>1的挥发性风味物质对总体风味贡献较大,OAV<1的挥发性风味物质对总体风味起修饰作用[25]。基于不同部位羊油的25种共有挥发性成分,结合报道中对应化合物的阈值[26],计算得到OAV见表2。3种不同部位羊油中鉴定出10种共有香气化合物的OAV>1,是羊油的关键性风味物质,其中包含9种醛类和1种酮类化合物,分别为庚醛、辛醛、壬醛、癸醛、2-十一烯醛、(E)-2-辛烯醛、(E)-2-壬烯醛、(E)-2-癸烯醛、(E,E)-2,4-癸二烯醛、2-十一酮。酸类化合物在羊油中含量仅次于醛类和酮类化合物,但酸类化合物具有较高的阈值,对羊油风味贡献较小。另外,部分羊油样品中2-壬酮和丙位壬内酯的OAV>1,可能会对羊油风味造成比较大的影响。9个羊油样品中18个香气化合物的OAV不同,其中羊肠油的辛酸和吲哚OAV高于羊腰油和羊肚油,且羊肠油酸价显著高于羊腰油和羊肚油,可能会为羊肠油带来不良风味影响。总体来说,羊腰油和羊肚油以脂香为主,羊肠油以脂香为主并辅以酸味和膻味。

表2 不同部位羊油主要挥发性风味物质OAVTable 2 OAV of the main volatile compound of sheep fat in different parts

2.4 理化性质分析

酸价和过氧化值是评价油脂品质的重要指标,通常将两者作为油脂酸败程度的参考依据。由表3可知,羊肠油酸价显著高于羊肚油和羊腰油(P<0.05),且3种不同部位羊油的酸价和过氧化值远低GB 10146—2015《食品安全国家标准 食用动物油脂》最高限(2.50 mg/g和0.20 g/100 g)。这说明3种不同部位羊油的新鲜度和品质较好。相较于植物油脂,动物油脂的熔点高,常温下一般呈固态,导致其硬度也较高[27]。羊腰油熔点和硬度与羊肠油和羊肚油具有显著性差异,总体来看,3种不同部位羊油熔点和硬度大小均呈现为羊腰油>羊肚油>羊肠油。

表3 不同部位羊油的理化性质Table 3 Physicochemical property of sheep fat in different parts

2.5 脂肪酸组成分析

一般来说,油脂的脂肪酸组成决定了油脂的理化性质、质构特性、稳定性以及营养价值。由表4可知,羊油中共检测出17种脂肪酸,3种不同部位羊油的脂肪酸组成基本一致,主要有油酸(C18∶1n-9c)、硬脂酸(C18∶0)、棕榈酸(C16∶0)、肉豆蔻酸(C14∶0)和亚油酸(C18∶2n-6c),5种脂肪酸的累计组成占总脂肪酸的92.22%～95.20%,其中含量最高的油酸占总脂肪酸的37.76%～43.00%,整体来看羊肠油中的油酸高于羊腰油和羊肚油,油酸具有软化血管的作用,人体自身合成的油酸不能满足人体需要,因此必须从食物中摄取获得。由图4可知,羊腰油饱和脂肪酸含量与羊肠油具有显著差异,总体来看3种不同部位羊油饱和脂肪酸含量大小依次为羊腰油(54.29%)>羊肚油(52.41%)>羊肠油(50.56%),同时羊油中饱和脂肪酸含量与熔点和硬度的皮尔逊相关系数为0.82和0.85,说明羊油饱和脂肪酸含量与熔点和硬度呈显著正相关(P<0.05)。结合表3和表4可知,羊腰油熔点高、硬度大、饱和脂肪酸含量高,不易软化形变,意味着在夏季高温条件下易贮藏和运输,可操作性强。

a-脂肪酸组成;b-相关性分析图4 不同部位羊油的脂肪酸组成及脂肪酸组成与理化性质的相关性分析Fig.4 The fatty acid composition of sheep fat in different parts and correlation analysis of the fatty acid composition and physicochemical property注:“SFA”表示饱和脂肪酸;“MUFA”表示单不饱和脂肪酸;“PUFA”表示多不饱和脂肪酸。

表4 不同部位羊油的脂肪酸组成Table 4 The fatty acid composition of sheep fat in different parts

3 结论

本研究比较和分析了不同部位羊油的挥发性风味物质、基本理化性质和脂肪酸组成。结果表明,顶空固相微萃取结合GC-MS共鉴定出87种挥发性成分,羊腰油和羊肚油挥发性风味物质总含量高于羊肠油,且羊腰油和羊肚油中主要贡献脂香的醛类化合物含量高于羊肠油,根据OAV得到庚醛、辛醛、壬醛、癸醛、2-十一烯醛、(E)-2-辛烯醛、(E)-2-壬烯醛、(E)-2-癸烯醛、(E,E)-2,4-癸二烯醛和2-十一酮这10种羊油中共有关键性风味化合物,对羊油风味具有关键作用。3种不同部位羊油的酸价和过氧化值较低,品质较好,羊腰油的熔点、硬度和饱和脂肪酸含量高于羊肠油。综上,羊腰油和羊肚油在风味强度和硬度方面优于羊肠油,可为不同风味的油脂复配增香提供选择,同时夏天更易贮藏运输。本研究可为羊脂的合理利用和不同风味复合专用油脂的开发提供参考。