排酸時間與熟制程度對牛肉揮發(fā)性風味物質(zhì)的影響

王恒鵬 吳 鵬 陳勝姝 屠明亮 高子武 謝 靜 楊天意 陳 昌 孟祥忍

(揚州大學，江蘇 揚州 225127)

目前，牛肉已成為中國肉類消費增長的熱點，消費市場呈逐步擴大之勢，但中國牛肉產(chǎn)品主要集中于醬鹵類制品[1]。作為牛肉的一種深加工產(chǎn)品，牛排的引入打破了中國牛肉產(chǎn)品原有的單一現(xiàn)狀。西方人將牛排的熟制程度分為一成熟、三成熟、五成熟、七成熟及全熟[2]。牛排在煎、烤過程中會發(fā)生脂肪酸的熱氧化、Maillard反應(yīng)與Strecker降解反應(yīng)[3]，產(chǎn)生大量風味物質(zhì)。李輝[4]比較了直接煎制與水浴后煎制牛排的風味差異，發(fā)現(xiàn)2種加熱方式對牛排揮發(fā)性風味化合物的種類與含量均有較大影響。

排酸是改善牛肉生產(chǎn)品質(zhì)的重要工藝[5]，排酸過程主要涉及細胞凋亡與內(nèi)源性蛋白酶對結(jié)構(gòu)蛋白降解等變化[6]，會對肉類風味前體物產(chǎn)生一定的影響[7]，因此適宜的排酸時間除了能使牛肉具有較好的嫩度外，還能收獲較佳的風味。Bruce等[8]研究發(fā)現(xiàn)與未經(jīng)排酸的牛肉相比，排酸后的牛肉具備特殊的咸味或燒烤香味。

目前，國內(nèi)外對牛肉排酸機理的研究已較為深入[9-10]，但結(jié)合宰后排酸過程來指導牛肉后期加工的研究甚少，僅有的是對其食用品質(zhì)如質(zhì)構(gòu)、感官、保水性等方面的研究[11-12]，未見有排酸期間不同熟制度牛肉揮發(fā)性風味物質(zhì)的相關(guān)研究。因此，本試驗選取排酸期間的牛肉，嚴格控制肉塊中心溫度制作不同熟制程度牛排，分析排酸時間與熟制程度對牛肉揮發(fā)性風味物質(zhì)的影響，并結(jié)合主成分分析(principal component analysis，PCA)與綜合因子評分法，整合、簡化數(shù)據(jù)體系，篩選出對牛肉揮發(fā)性風味物質(zhì)形成最有利的排酸時間及其對應(yīng)的熟制程度，旨在為中國牛排加工行業(yè)的科學化與規(guī)范化生產(chǎn)提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

試驗牛：隨機選取的5頭12月齡的中國西門塔爾牛，常規(guī)育肥6個月，無錫天鵬集團有限公司；

甲醇、正己烷：GC級，國藥集團化學試劑有限公司。

Na2S·9H2O、KOH：AR級，國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

熱電偶接觸式測溫儀：MK-301型，杭州美控自動化技術(shù)有限公司；

電子天平：BS210S(1/1 000)型，北京賽多斯儀器系統(tǒng)有限公司；

韓式自動恒溫電扒爐：GEG-820型，河北德科機械設(shè)備有限公司；

萬能蒸烤箱：SCC101E型，北京豐匯加機電設(shè)備銷售有限公司；

萃取頭：Supelco 75 μm Carboxen，上海楚定分析儀器有限公司；

氣質(zhì)聯(lián)用儀：Trace ISQ II型，美國熱電公司。

1.3 方法

1.3.1 牛排的制作 按照標準(GB/T 19477—2004)屠宰工藝進行屠宰，在胴體12～13根肋骨處取背最長肌肉樣，置于4 ℃排酸庫中進行排酸處理[13]。序時取出宰后放置3，5，7 d的牛肉，將其切成規(guī)格為6 cm×6 cm×3 cm厚塊。為減少烤制過程中牛肉內(nèi)部的汁液流失，將電扒爐預(yù)熱至180 ℃，加少許油先煎制牛排的4個面，每個面分別煎制20 s后取出置于烤盤中，以確保牛肉外層率先成熟。后將熱電偶插入牛排幾何中心處(為確保精確，在幾何中心插入3個熱電偶來記錄溫度)，烤箱預(yù)熱至220 ℃后，將烤盤送入烤箱的中間一層進行烤制，嚴格控制肉塊中心溫度，分別制作五成熟(ME，60～63 ℃)、七成熟(MW，66～68 ℃)、全熟(WD，71 ℃)牛排[14]。按測試要求取樣。

1.3.2 揮發(fā)性風味物質(zhì)

(1) 樣品預(yù)處理：取3，5，7 d不同熟制程度牛肉樣品用高速組織搗碎機絞碎，在液氮中粉碎成粉末，在-20 ℃條件下儲藏，直至揮發(fā)性化合物檢測。

(2) 頂空固相微萃取：肉樣解凍后，稱取2.0 g，加入1 mL 的飽和食鹽水，勻漿后置于20 mL萃取瓶中，以封口膜立即密封瓶口。將經(jīng)250 ℃老化40 min后的萃取頭穿過頂空瓶口的橡膠密封塞插入到萃取瓶中，然后在60 ℃水浴條件下頂空萃取40 min，萃取結(jié)束后迅速拔出萃取頭插入氣質(zhì)聯(lián)用儀進樣口，啟動氣質(zhì)聯(lián)用儀采集數(shù)據(jù)進行分析、鑒定。

(3) GC-MS檢測：色譜條件：色譜柱為DB-Wax(30 m×0.25 mm×0.25 μm)，載氣為氦氣。流速為1.0 mL/min，不分流進樣，進樣口溫度為250 ℃；升溫程序：起始溫度為40 ℃，保持2 min，以4 ℃/min升到120 ℃，再以8 ℃/min升到240 ℃，保持7 min；質(zhì)譜條件：離子源溫度240 ℃；電離方式EI+；電子能量70 eV；燈絲電流150 μA；質(zhì)量掃描范圍：30～450m/z。

(4) 揮發(fā)性化合物的定性、定量分析：用TuborMass 4.1.1數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，對GC-MS結(jié)果進行分析，通過對比系統(tǒng)自帶的NBS、Nist等數(shù)據(jù)庫進行人工解析，各物質(zhì)峰所得質(zhì)譜圖與標準數(shù)據(jù)庫進行比對，根據(jù)其匹配度鑒定各揮發(fā)性化合物，同時采用峰面積歸一化法計算出各揮發(fā)性風味成分的相對含量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

所有數(shù)據(jù)用平均值±標準差表示。采用Microsoft Office Excel 2003軟件與SPSS 17.0全因子模型對測試結(jié)果進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析與主成分分析，差異顯著水平α為0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 揮發(fā)性風味化合物的組分與變化

不同排酸時間下各熟制度牛肉的揮發(fā)性風味物質(zhì)的變化如表1所示。

風味是牛肉的重要屬性之一，Matsuishi等[15]研究表明風味是能在多種動物肉樣中鑒定出不同肉類品種的首要指標，其次才是質(zhì)地。由表1可知，在不同排酸時間下各熟制程度牛肉中共檢測出50種揮發(fā)性風味化合物，包括酮類6種、醛類7種、醇類12種、烴類11種、酸類2種、酯類5種、其它類7種。這些風味物質(zhì)主要是由脂肪酸的熱氧化、Maillard反應(yīng)與Strecker降解反應(yīng)所形成。由脂肪酸熱氧化與降解產(chǎn)生的化合物主要包括醛類、醇類、酮類和烴類化合物，而由Maillard反應(yīng)所產(chǎn)生的化合物主要包括含硫、含氮及雜環(huán)化合物[16]。由表1～3可知，9組樣品中檢測出共有的酮類化合物2種，酮類化合物在排酸7 d的五成熟牛肉中相對含量最高，占2.87%，與其它各組差異顯著(P<0.05)。酮類化合物主要由不飽和脂肪酸的氧化、降解及Maillard反應(yīng)產(chǎn)生，其閾值較高，對風味影響較小，可輔助形成雜環(huán)化合物，使肉品的香味更加飽滿[17]。隨著熟制程度的提高，酮類物質(zhì)的相對含量在排酸5 d與排酸7 d的牛肉樣品中呈明顯遞減趨勢(P<0.05)，顯示牛肉中的部分酮類化合物可能轉(zhuǎn)化形成了雜環(huán)類化合物。而排酸3 d牛肉樣品中的酮類物質(zhì)隨熟制程度的提高呈先增加后減少趨勢，可能是此排酸期間牛肉中不飽和脂肪酸的熱氧化程度提高所致。

醛類化合物主要源于原料肉中脂肪酸的氧化分解與氨基酸的Strecker降解[18]，且閾值較低，對肉品風味有一定的貢獻作用。9組牛排樣品中檢測出共有的醛類化合物4種，排酸3 d的五成熟牛肉中己醛含量最高，達49.53%，且隨著熟制程度的提高總體呈明顯遞減趨勢(P<0.05)，己醛主要由亞油酸氧化產(chǎn)生，具有刺激性的辛辣味，是肉品重要的風味物質(zhì)[19]。排酸7 d的全熟牛肉中壬醛與十一醛的含量最高，隨著熟制程度的提高呈明顯遞增趨勢(P<0.05)，壬醛、十一醛具有柑橘、玫瑰等香氣，油脂氣味濃厚，可賦予牛排濃郁的肉香味[20]。不同排酸時間下各熟制程度牛肉的醛類化合物含量差異較大，可能與排酸和熟制過程中牛肉的脂肪酸氧化程度有關(guān)。

表1 不同排酸時間下各熟制度牛肉的揮發(fā)性風味物質(zhì)含量?Table 1 The volatile flavor substances of all mature degrees of beef under different ripening time (n=54)

續(xù)表1

醇類化合物主要由脂肪氧化產(chǎn)生，其閾值較高，對肉品風味貢獻較小，對整體風味起協(xié)同作用[21]。表1顯示，9組牛排樣品中檢測出共有的醇類化合物4種，每組檢出數(shù)均在8種以上。表2顯示，排酸7 d的五成熟牛肉中醇類物質(zhì)的相對含量最高，達22.07%，而排酸5 d全熟牛肉中醇類物質(zhì)的相對含量最低，僅占11.07%。反式-2-己烯-1-醇為脂肪族不飽和醇，具有蘑菇香氣，閾值較低，對風味起重要作用[22]，此化合物的相對含量在排酸7 d的五成熟牛肉中達到最高。

烴類化合物主要來自脂肪酸烷氧自由基的均裂，萜烯類除外[23]，其閾值較高，對肉品風味貢獻較小，但可作為形成雜環(huán)化合物的重要中間體[24]。五成熟牛肉中烴類化合物的相對含量隨排酸時間的延長逐漸增加，全熟牛肉的變化趨勢則與之相反，可能因排酸過程中的牛肉發(fā)生脂質(zhì)過氧化反應(yīng)進一步產(chǎn)生烷氧自由基，而熟制程度的提升則使部分烴類化合物轉(zhuǎn)化為雜環(huán)類化合物。

酸類化合物主要由中性脂肪降解及氨基酸脫氨反應(yīng)產(chǎn)生，揮發(fā)性較低，對肉品風味有微弱的調(diào)節(jié)作用。從表1可以看出，不同排酸時間下各熟制程度牛肉樣品中酸類化合物的相對含量較低，檢出量少。且在排酸7 d制作的牛排中未檢測出反式2-己烯基己酸。酯類化合物主要因游離脂肪酸與脂肪氧化產(chǎn)生的醇酯化反應(yīng)形成，短鏈脂肪酸酯化產(chǎn)生的酯具有果香味，而長鏈脂肪酸酯化生成酯呈油脂味[25]。牛肉中酯類化合物的相對含量隨排酸時間的延長總體呈明顯遞增趨勢(P<0.05)，可能與排酸牛肉中游離脂肪酸的釋放程度增加有關(guān)(表3)。排酸7 d的五成熟牛肉中的丙位十二內(nèi)酯相對含量最高，與其它各組差異顯著(P<0.05)，丙位十二內(nèi)酯具有油脂香氣與桃子香韻，香氣較持久，使牛排的風味更具層次感(表1)。

表2 不同排酸時間下各熟制程度牛肉揮發(fā)性化合物的種類Table 2 The volatile flavorspecies of all mature degrees of beef under different ripening time (n=54)

表3 不同排酸時間下各熟制程度牛肉揮發(fā)性化合物的含量Table 3 The volatile flavor contents of all mature degrees of beef under different ripening time (n=54) %

其它類化合物主要由醚類、呋喃類、雜環(huán)類等物質(zhì)組成，僅在排酸7 d的牛肉中檢測出2-正戊基呋喃，2-正戊基呋喃主要由Maillard反應(yīng)產(chǎn)生，具有豆香、果香及類似蔬菜的香味[26]，對牛排風味形成具有重要的調(diào)節(jié)作用，且在排酸7 d的五成熟牛肉中相對含量最高。

2.2 揮發(fā)性化合物的主成分分析(PCA)

表4 揮發(fā)性風味化合物的主成分因子特征值及方差貢獻率Table 4 Eigenvalue and variance contribution rate of principal component factor of volatile compounds

表5 揮發(fā)性風味化合物的主成分載荷矩陣與特征向量Table 5 Principal component load matrix and eigenvector of volatile compounds

Y1=0.463X1-0.470X2+0.436X3+0.229X4+0.233X5+0.409X6+0.319X7，

(1)

Y2=-0.062X1+0.086X2+0.107X3+0.584X4+0.623X5-0.351X6-0.035X7。

(2)

式中：

Y1——表示第1主成分的評分；

Y2——表示第2主成分的評分；

系數(shù)——各化合物的特征向量；

X1～X7——分別為醛類、酮類、醇類、酯類、其它類、酸類、烴類化合物標準化后的數(shù)據(jù)。

結(jié)合第1、第2主成分初始特征根的方差貢獻率，可得每組樣品的綜合評分表達式：

(3)

式中：

Y——樣品綜合評分；

系數(shù)——各主成分的方差貢獻率。

通過計算可得9組風味樣品的第1、第2主成分評分與綜合評分，如表6所示。

載荷絕對值越大，對主成分的貢獻越大[28]，由表4可知，酮類、醛類、醇類、酯類是第1主成分的重要風味物質(zhì)，貢獻率大小依次為醛類>酮類>醇類>酯類。第2主成分的重要風味物質(zhì)只有烴類和酸類，貢獻率大小為酸類>烴類。

表6 第1、第2主成分評分及綜合得分Table 6 First and second principal component scores and comprehensive scores

由表6可知，排酸7 d的五成熟牛肉PC1評分最高，且綜合評分遠高于其它樣品組。結(jié)合不同排酸時間下各熟制程度牛肉揮發(fā)性風味物質(zhì)的變化情況，顯示排酸7 d的五成熟牛肉中反式-2-己烯-1-醇、丙位十二內(nèi)酯、2-正戊基呋喃等物質(zhì)的相對含量最高(表1)，這些化合物閾值較低，均具有特殊的果蔬香氣，對風味有重要的貢獻作用，該條件下牛肉樣品風味物質(zhì)的綜合評分最高。因此，從利于揮發(fā)性風味物質(zhì)形成的角度考慮，宜選擇排酸7 d的牛肉來制作五成熟牛排。

3 結(jié)論

采用HS-SPME-GC-MS法分析牛肉的風味品質(zhì)，發(fā)現(xiàn)排酸時間與熟制程度對牛肉揮發(fā)性風味物質(zhì)的組分與其含量變化有顯著影響。在不同排酸時間下的各熟制程度牛肉中共檢測出50種揮發(fā)性風味化合物，有且僅在排酸7 d的牛肉中檢測出對風味組成具有重要貢獻作用的呋喃類化合物。PCA與綜合因子評分結(jié)果顯示醛類、醇類、酮類、酯類與其它類、酸類與烴類化合物的共同作用構(gòu)成了牛肉的主體特征風味，排酸7 d的五成熟牛肉的風味化合物綜合評分最高，此條件最利于風味物質(zhì)的形成。本研究僅對排酸過程中的不同熟制度牛肉的揮發(fā)性風味化合物進行了測定與分析，并未深入探究風味物質(zhì)的形成機理，后續(xù)研究可通過監(jiān)測相關(guān)風味前體物質(zhì)的變化情況，闡明排酸期間的不同熟制度牛肉揮發(fā)性風味化合物的形成機理。