肉的風味物質 及其檢測技術研究進展

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(1.南京農業大學食品科技學院,江蘇省肉類生產與加工質量安全控制協同創新中心, 肉品加工質量安全控制協同創新中心,江蘇南京 210095; 2.云南農業大學云南省畜產品加工工程研究中心,云南昆明 650000)

風味是評定肉品品質的重要指標之一,其是由風味前體物質在熱加工過程發生熱降解、美拉德反應、碳水化合物焦糖化等一系列化學變化而產生的滋味和氣味[1]。風味前體物質是研究肉品風味的基礎,也是肉品品質的重要組成部分,肉類風味的主要前體物質包括產生滋味的水溶性成分和產生香氣的脂質部分。不同品種原料肉由于所含風味物質前體物的組成不同,加工后所產生的特征風味有很大差異。

基于風味特征成分的微量性與復雜性,采用較完善的綜合分析方法,才能達到分析研究的目的和要求。近年來,隨著電子鼻、電子舌、超高效液相色譜、高分辨率色譜質譜聯用、核磁共振等技術的發展,肉的風味物質檢測技術得以迅速發展。本文主要針對肉品風味物質的形成途徑、影響因素及其檢測分析技術進行綜述,展望肉品風味研究發展趨勢,旨在為肉品風味物質研究提供理論依據,并為實際生產提供科學指導。

1 肉的風味化合物

1.1 肉中風味化合物種類

食品風味的定義有許多,最早是由Hall于1986年提出,他認為食品風味是攝入口腔的食物使人的感覺器官所產生的感覺印象總和,其中包括了嗅覺、味覺、觸覺、溫覺及痛覺等[2]。生肉基本沒有香味,肉品的香味主要是加熱后產生的。當受熱時,肉中風味前體物發生分解、氧化、還原等化學反應,產生的各種揮發性風味物質(烯、醇、醛、酮、醚、酯、羧酸、含氮及含硫化合物等)共同形成肉的特殊風味[3-4]。肉品滋味來源于肉中的呈味物質如無機鹽、游離氨基酸、小肽和核酸代謝產物如肌苷酸、核糖等;而香味則來源于肉在受熱過程中所產生的揮發性風味物質如不飽和醛酮、含硫化合物以及一些雜環化合物等[5]。近年來對肉品風味的研究主要側重于對肉品香味的研究,也就是能夠通過嗅覺感受到的氣味。目前,在牛、羊、豬、雞肉中已有超過幾千種風味物質被鑒定出來。

1.2 風味物質的產生途徑

烹調過程中,肉的香味主要是由風味前體物質在加熱過程中發生的一系列化學反應產生的,包括美拉德反應、氨基酸和肽的熱解、脂肪的熱降解、硫胺素、碳水化合物及核甘酸的降解等。這些復雜反應的初級以及次級反應產物之間再相互轉化,從而產生大量的揮發性風味化合物[6]。其中美拉德反應、脂質降解以及硫胺素熱降解是產生肉風味的主要化學反應。肉的揮發性物質的主要生成途徑見圖1[7]。

圖1 肉中風味物質生成的主要途徑Fig.1 Main pathway for the production of meat volatiles

熟肉中揮發性物質在生肉中以風味物質前體物的形式存在,主要可分為兩大類:水溶性成分和脂質。水溶性前體物質包括游離氨基酸、肽、核苷酸、核糖、游離糖及含氮化合物等。其中氨基酸、肽、半胱氨酸和木糖這些加熱后分子量小于200相對分子質量的可溶小分子化合物是重要的肉類風味前體物質[8]。Mottram等研究表明:脂質,特別是磷脂是肉品風味的重要前體物質。磷脂富含不飽和脂肪酸,如亞麻油酸和花生四烯酸等,其產物直接影響揮發性風味成分的組成,從而改變肉品風味[9]。這些物質通過加熱后轉化為風味化合物,為熟肉提供了酸、甜、苦、咸及對風味有增強作用的鮮味[10]。

因此,肉的風味是指肉在加熱過程中,肉中不具有揮發性的風味物質前體物經過熱誘導后產生一系列復雜化學反應最終形成的多種揮發性化合物,產生肉特有的風味。肉品中風味物質的主要前體物質、反應方式及主要芳香成分見表1[11-13]。

表1 肉制品中風味物質的形成Table 1 Formation of flavor compounds in meat product

2 影響肉風味的因素

影響肉風味的因素很多,主要分為遺傳因素(畜種與品種)、性別及年齡、日糧營養水平及飼養方式因素、屠宰加工因素四大類。其中屠宰加工因素又包括屠宰前應激與屠宰工藝、肉的成熟及加工方式等因素。

2.1 遺傳因素

畜種間的風味差異主要由不同畜種脂肪成分不同造成,Ramarathnam等比較了雞、豬、牛間的主要不同風味物質成分,其中雞肉中特有香氣成分為葵醛、2-己醛、4-乙基苯甲醛;豬肉香氣的特有成分為苯甲醛、2,3-辛二酮和2,4-癸二烯醛;而2-十五酮、2-己酮、3,3-二甲基己醛是牛肉香氣特有成分[14]。綿羊脂肪的特殊風味與百里酚、甲基異丙基酚、2-異丙基酚、3,4-二甲基酚及3-異丙基酚有關[15],而公山羊的膻味與4-甲基辛酸、4-甲基壬酸等帶甲基側鏈的脂肪酸有關[16]。

同一畜種間不同品種也會造成肉制品風味差異。豬肉方面,選育程度低的地方豬種在風味物質前體物含量及肌內脂肪等指標優于選育程度高的豬種[17]。雞肉方面,有關品種對風味物質的影響研究主要集中在選育程度較高的白羽肉雞及選育程度較低的地方雞之間。由于遺傳基因不同,造成雞的生產性能以及胴體品質的差異,而風味的差異歸根結底由于肉中與風味形成的有關物質含量及組成差異造成的,研究表明雞肉風味的差異主要與肌肉中呈味氨基酸及肌苷酸的含量有關[18]。此外,動物體內的不飽和脂肪酸的含量對肉的風味起著重要的作用。舒希凡等[19]對江西幾個地方雞種與白羽肉雞進行比較,地方雞的不飽和脂肪酸的含量顯著高于飽和脂肪酸的含量,說明地方雞可能具有較好的肉質和風味。而白羽肉雞的總脂肪含量比地方雞低,且主要分布于腹部及內臟表面,土雞的脂肪則均勻,分布于肌間及皮下,所以土雞肉味道濃郁、可口[20]。

由此可見,畜種間風味的差異主要由動物肌內脂肪含量及脂肪中醛、酮、酚、酸等化合物種類及含量不同造成,而同一畜種間,選育程度低的地方品種通常具有較高的肌內脂肪含量從而能夠擁有較好的風味。

2.2 性別及年齡

通常母雞的肉質較為細嫩,有一定日齡,或經閹割后育肥的公雞風味也較好[21]。諶澄光等[22]對江西寧都黃雞公、母之間進行品質測定表明,母雞的風味優于公雞。Kazala等[23]和郎玉苗等[24]的研究都表明母牛的脂肪含量高于公牛,其肉質口感更好、嫩度更高。如果從膻味對肉品質的影響來看,公畜或公禽因為雄性激素的影響,會有膻味而影響肉品質。而公畜或公禽去勢后,不能分泌雄性激素,肉質都顯著高于對照組[25-26]。

動物肌肉中風味物質含量的組成隨著年齡增長逐漸發生改變,因此,肉品的風味也受年齡的影響[27]。盧桂松[28]對秦川牛的研究表明,牛肉特殊清香味隨著年齡的增長逐漸增強,在1～3歲間牛肉的風味物質前體物在體內的積累速度較快,這段時期肉的肌內脂肪含量明顯增加。劉春利[29]以櫻桃谷鴨為研究對象,分析了從27～500 d飼養日齡鴨肉中揮發性風味化合物的種類、含量差異,發現不同日齡鴨肉中揮發性風味物質種類相差較小,但各種揮發性成分的相對百分含量有明顯的差異,日齡越大、風味越強烈。由此可見,動物體內呈味物質隨飼養日齡的增長而增加。公畜(禽)因為體內產生雄性激素的原因較母畜(禽)會有一些異味存在,影響了肉的總體風味。

2.3 日糧營養水平及飼養方式

日糧營養水平是影響胴體脂肪含量和組成的重要因素。飼料營養水平對豬和雞肉中肌苷酸、肌內脂肪及其飽和脂肪酸(saturated fatty acid,SFA)、單不飽和脂肪酸(monounsaturated fatty acid,MUFA)、多不飽和脂肪酸(polyunsaturated fatty acid,PUFA)及總氨基酸含量有顯著影響。達到相同體重的情況下,低營養水平飼喂的豬肉肌內脂肪增加40%,從而具有更好的風味。有研究表明[30],和田雞在低營養飼喂水平狀態下的香味和鮮味都高于高營養水平狀態,這可能是由于動物攝入的能量和蛋白不足,造成肌肉能量代謝多方面的不平衡,有利于肌內脂肪含量增加。

飼養方式不同會造成胴體脂肪結構差異,一般分為舍飼、半舍飼及放養三種。研究表明放養的畜禽由于食物種類的多樣性以及相對較多的運動量,其風味物質比圈養的更好。Lewis等[31]報道散養雞胸肉和腿肉比舍飼雞有更誘人的風味。也有研究表明[32],半舍飼與舍飼及放養兩種方式相比,提高了風味物質脂肪酸、肌苷酸的含量,影響了揮發性風味物質的相對含量。相對于舍飼肉牛脂肪主要沉積于皮下及臟器周圍,放養組肉牛脂肪沉積偏向于肌肉間,且放養組肉品質指標均優于舍飼組[33]。達到相同體重的情況下,低營養水平日糧及放養的畜禽,其肌內脂肪、肌苷酸含量更高,通常具有更好的風味。

2.4 屠宰及加工

減少動物屠宰前的應激反應,采用先進的屠宰技術及安全衛生的屠宰環境是保障肉品質的前提,過度應激、放血不充分、宰后分解操作環境溫度過高等不良因素會直接影響肌肉顏色、系水力等指標,容易導致PSE肉的發生,最終改變肉品質,導致風味下降[34]。宰后成熟是影響肉品風味的一個重要因素,動物屠宰后胴體在內源酶的作用下持續發生一系列的復雜反應,如排酸及肉風味物質的增強[35]。宰后成熟過程中脂肪酸氧化產生的醛、酮及烴類化合物增強肉風味物質[36]。在牛肉中,較長的宰后成熟時間可以增加肉中游離氨基酸和風味前體物質的含量,提供更多的肉鮮味及濃郁的黃油味[37]。

烹調方式的不同也影響著食物最終的風味,其主要體現為溫度升高速率、加熱時間和溫度的不同導致了加熱過程中產生化學物質的不同,形成不同的風味[38]。加熱過程中脂肪氧化的重要影響因素是加熱時間及加熱溫度[39]。脂肪氧化在肉的風味物質中扮演重要作用,在不同的烹飪方式下,隨著溫度的增加,呈現出更多的風味物質,其中最主要的物質為醛類及一些直鏈烷烴類物質[40]。

因此,減少宰前應激、采用先進屠宰技術、宰后進行成熟處理,選用符合大眾口味的烹飪方式進行加工,是獲得具有優良風味肉品的前提條件。

3 肉品風味化合物分析方法

人們最早評判肉品風味好壞是使用鼻子嗅聞得到最直觀的感受,隨著科技的發展人們認識到這些風味是由不同化學物質組成,因此研究肉的風味化合物就是對肉中所含揮發性化學物質定性和定量的研究,而研究肉中風味物質前體物則是研究肉品風味物質的前提和基礎,分析及解釋風味物質前體物是闡述肉味起源和實質的重要途徑。常見的風味分析方法有色譜技術、包括氣相色譜(gas chromatography,GC)和液相色譜(liquid chromatography,LC),質譜技術(mass spectrometry,MS)、核磁共振技術(nuclear magnetic resonance spectroscopy,NMR)、電子鼻、電子舌等。下文僅對核磁共振技術、電子鼻技術以及幾種復合聯用技術做詳細綜述。

3.1 核磁共振技術(nuclear magnetic resonance spectroscopy,NMR)

核磁共振(NMR)技術是基于具有自旋性質的原子核在核外磁場作用下,吸收射頻輻射而產生能級躍遷產生共振吸收信號的一種波譜技術,利用其原理可以鑒定化合物結構。核磁共振技術在醫學上已經獲得廣泛運用并取得巨大成功。而在食品上,主要用于對食品的蛋白質、脂肪、碳水化合物及一些微量元素的分析檢測。通過測定分析食品中化學物質的變化來探尋食品的風味物質、顏色、肉品嫩度等變化的機理及原因。在肉品風味方面,NMR則主要用于測定肉中風味物質化合物。如Graham等[41]利用NMR技術測定牛背最長肌宰后不同時間段內代謝產物的變化情況,發現肉宰后成熟過程中代謝產物變化明顯,特別是肉中游離氨基酸的含量受到蛋白質分解的影響而顯著增加。Xiao等[42]運用NMR技術分析武定雞肌肉在煮制過程中水溶性化合物的變化情況。Liu等[43]運用NMR技術研究日齡對鴨肉代謝物質的影響,其中乳酸、鵝肌肽隨著日齡的增加而增加,而延胡索酸、甜菜堿、氨基乙磺酸、肌苷和擁有多烷基支鏈的游離氨基酸隨著日齡的增加而顯著降低。

3.2 電子鼻(electronic nose)

電子鼻又稱氣味掃描儀,它的主要部件是氣體傳感器、信號處理系統、模式識別系統,其工作原理是氣味分子被氣敏傳感器陣列吸附而產生信號,生成的信號被送到信號處理子系統進行處理和加工,并最終由模式識別子系統對信號處理的結果作出判斷[44]。電子鼻不需要對揮發物進行分離,是一種快速檢測系統,適用于大量樣品的檢測。如Otero等[45]運用電子鼻技術區分不同種類的伊比利亞火腿,以及判定火腿加工時間。榮建華等[46]運用電子鼻能夠很好區別鯇魚肉在不同加熱溫度下蒸、煮、烤3種不同加工方式。在不同品種肉制品辨識方面,電子鼻也比傳統的DNA檢測更為方便快捷,如張淼等利用電子鼻成功的對牦牛肉、牛肉及豬肉進行了識別鑒定[47]。但電子鼻的最大缺陷是其傳感器具有選擇性和限制性,通常只能對一些相對固定的場合的簡單混合氣體進行測定,對不同的物質快速檢測需要配備不同的傳感器,如煙草專用電子鼻、肉用電子鼻等。

3.3 復合聯用技術

3.3.1 氣相色譜-質聯用技術(gas chromatography-mass spectrometer,GC-MS) 選用氣象色譜法先進行風味物質的分離,然后使用質譜進行檢測分析,通過質譜庫檢索出化合物的結構信息,一個復雜的混合物在較短時間內即可分析完畢。近年來,各種香味成分的研究檢測多使用GC-MS,例如通過揮發性物質判定人參的年齡[48]。對金華火腿的風味物質進行分析,為監測金華火腿加工中的風味變化提供合適方法等[49]。

3.3.2 氣相色譜-嗅聞-質聯聯用技術(GC-O-MS) GC-MS是一種間接的測量方法,有一定局限性,一般只能檢測出含量豐富的揮發性物質,無法確定各個組分對整體香味的貢獻大小,也就無法確定食品香味中的關鍵風味活性成分[50]。因此,GC-MS不能對揮發性物質中閾值比較小和含量較低的物質進行測定,但是往往這些物質又對食品風味有所貢獻,于是氣相色譜-嗅聞-質譜聯用技術(GC-O-MS)應運而生。Zhao等[51]使用GC-O-MS法來測定中國黑豬肉湯中的揮發性風味成分,鑒定出104種揮發性化合物,其中2-甲基-3-呋喃硫醇、3-甲硫基丙醛、糠(基)硫醇和γ-癸內酯等27種化合物通過嗅聞確定了氣味活性值。張青等[52]采用 GC-O-MS技術對鰱魚肉中的揮發性氣味活性物質進行了特征評價和定性分析,得到的31種揮發性風味物質中有11種具有氣味活性主要體現為魚腥、青草味、油脂和蘑菇等氣味,并且發現對鰱魚肉的腥味有貢獻最大的是(E)-2-辛烯醛和3-甲硫基丙醛。

3.3.3 全二維氣相色譜法/飛行時間質譜(GC-GC/TOFMS) 全二維氣相色譜法/飛行時間質譜(GC-GC/TOFMS)聯用是新近發展起來的一種高分辨、高靈敏度的分離鑒定技術。與普通的一維氣相色譜和四極桿質譜相比,全二維氣相色譜具有分辨率高、靈敏度好、峰容量大、分析速度快以及定性更有規律可循等特點,因而該技術在復雜體系的分析方面具有其它方法無法比擬的優勢,食品中一些長期難以分離、鑒定不了的微量成分隨著此技術的應用得以解決。

谷風林等使用GC-GC/TOFMS的方法在香蘭草中鑒定出181 種香氣成分,較之前的報道多出85種香氣成分。因此,全二維氣相色譜/飛行時間質譜適用于香草蘭這類復雜化學成分體系中揮發性、半揮發性組分的研究分析[53]。Santos等[54]用GC-GC/TOFMS方法第一次在胡椒中測定其揮發性成分并確定了幾種主要成分所占比例,在這種植物的葉、莖、花制成的精油中分別檢出163、119和110種化合物,比起傳統的一維氣相色譜,二維氣相色譜能夠測定出更多的化合物。Duan等[55]運用GC-GC/TOFMS 的方法測定德州扒雞的風味物質,確定了羰基化合物為其主要呈香物質,而2-烯醛和2,4-二烯醛類化合物是對德州扒雞雞肉風味貢獻最大的2種物質。用GC-GC/TOFMS方法檢測出了6種不穩定的極性2-烯醛、2,4-二烯醛類物質、3種不穩定的呋喃酮物質、一些含硫及含氮化合物,這些物質可能在雞肉呈香物質中扮演了重要角色,且這些成分只能被GC-GC/TOFMS 這種方法檢測出來。

3.3.4 高效液相色譜-質譜(HPLC-MS) 高效液相色譜-質譜(HPLC-MS)法是一種具有高靈敏度、低檢測限、強選擇性且分析速度快的分析手段,常用于測定次生代謝物及易電離的物質,適合運用于目標性代謝物及脂質組學研究。相對氣相色譜技術而言,液相色譜法在風味物質上的研究運用相對較少,對風味物質的檢測主要集中在非揮發成分和低揮發成分的檢測上。如康翠欣等運用HPLC和GC-MS/MS法對比分析食用油中4種多環芳烴的含量,相對于GC-MS/MS法,HPLC法具有靈敏、準確、可靠、適合大批量樣品檢測等特點[56]。程威威等[57]從方法學角度比較HPLC-FLD 法和GC-MS法對芝麻油中苯并芘的適用性,發現HPLC-FLD法檢測限顯著低于GC-MS法,檢測準確性高于GC-MS法。

4 結論與展望

肉品風味的形成機制十分復雜,影響因素較多,近年來,隨著儀器分析水平的提高,不同肉品的風味前體物及其特征風味成分得以深入研究。然而,對于風味前體物的研究仍集中在水溶性小分子化合物及游離脂肪酸組成分析,對于大分子呈味肽類的含量與組成研究相對不足。同時,雖然目前能夠定性、定量檢測出不同肉品特征風味物質的化學成分及結構,但對于不同條件下肉品特征風味物質的產生途徑仍需深入探討,確定其分子形成機制,以利于進一步對這些特征風味物質開展人工合成研究。

對于風味前體物及特征風味成分進行鑒定,無論是提取方法還是分析技術,如果只采用一種手段來進行分析必然有一定局限性。因此,檢測時需根據研究目的,分析對象性質,分析時間等因素綜合考慮,采取兩個或多個提取方法及分析技術進行分析,綜合考慮各個方法技術的優劣,才能準確、完整的測定揮發性風味物質的成分及組成,得到更加全面的數據對關鍵風味物質進行分析,有效推動肉品風味領域研究快速發展。