殺菌溫度對羊蝎子風味物質的影響

吳倩蓉，潘曉倩，朱 寧，周慧敏，李 素，張順亮，劉 夢，趙 冰，王守偉，曲 超

（中國肉類食品綜合研究中心，肉類加工技術北京市重點實驗室，北京 100068）

羊肉營養價值豐富，富含蛋白質、鈣、磷、維生素等，且膽固醇含量較低，是中國傳統的藥食同源肉制品，也是冬季進補的佳品[1-3]。自古以來，羊肉就是人們消費的主要肉制品之一，且產量逐年增加，從2015年的441萬 t上漲至2018年的475萬 t[4-5]。羊蝎子是對羊脊椎骨的俗稱，因外形像蝎子而得名，是深受中國人喜愛的美食，富含鈣質，利于被人體吸收，但目前對羊蝎子產品的研究基本為空白，且缺乏工業化生產線，需要進行一系列的基礎研究以支持工業化的精細化調控。

游離氨基酸是非蛋白氮的重要組成部分，是肉制品中重要的滋味物質以及重要的風味前體物質[6-8]，當疏水性較小時，主要呈現出甜味，如蘇氨酸、丙氨酸、絲氨酸等；當氨基酸疏水性較大時，主要呈現出苦味，如精氨酸、甲硫氨酸、酪氨酸等；當其側鏈基團為酸性基團（如—COOH、—SO3H）時，則以酸味為主，如天冬氨酸和谷氨酸，這2 種氨基酸也是形成鮮味物質的重要前體物，與還原糖共同發生美拉德反應，對產品風味有重要貢獻[9]。同時，氨基酸受熱發生Strecker降解，進行脫胺、脫羧反應生成醇、醛、吡嗪、硫化物等揮發性物質[10-11]。

動態頂空制樣-熱脫附與氣相色譜-質譜（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）聯用技術先通過Tenax-TA吸附管富集樣品中的風味物質，再通過GC-MS進行分離鑒定，在肉制品的風味監測中發揮著非常重要的作用[12-14]。氣味活度值[15]（odor activity value，OAV）是風味物質濃度與其在水中閾值的比值，用于評價不同種化合物對樣品總體風味的貢獻。一般而言，OAV大于1的物質，對整體風味有貢獻[16]。

電子鼻是模擬動物嗅覺，利用氣體傳感器的響應曲線識別氣味的一種技術，其由4 個部分組成：氣體采集流量控制系統、氣體傳感器陣列（包括10 個金屬氧化物傳感器）、信號處理子系統和模式識別子系統，具有無損檢測、無預處理、實時、快速、靈敏等優點[17]。現已被廣泛運用于環境、產品質量檢測、醫學診斷等各個領域[18-21]。

已有研究表明[22-23]，二次殺菌可大大延長產品的保質期，但對產品的口感、質地、風味和營養品質均有不同程度的影響，121 ℃高溫殺菌能夠有效殺死產品中的微生物，但對風味損失極大，且容易產生蒸煮味[24]。本研究利用氨基酸分析儀、動態頂空制樣-熱脫附-GC-MS技術結合電子鼻系統分析，對不同殺菌溫度（原料肉、未殺菌樣品、90 ℃殺菌樣品、105 ℃殺菌樣品、121 ℃殺菌樣品）的羊蝎子樣品中游離氨基酸含量及揮發性風味物質進行檢測分析及區分，以期確定使羊蝎子風味保持最佳狀態的殺菌溫度及工藝條件，為羊蝎子產品的高品質工業化生產提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

羊蝎子 寧夏鹽池縣鑫海食品有限公司；煮制用輔料（鹽、糖、香辛料等） 北京金美添技術發展有限公司；正己烷（色譜純） 德國默克公司；2-甲基-3-庚酮標準品、系列正構烷烴 美國Sigma公司；稀鹽酸（優級純）、磺基水楊酸（分析純） 北京化工廠。

1.2 儀器與設備

ZT1000#殺菌釜 諸城中泰機械有限公司；L8900氨基酸分析儀 日本Hitachi公司；Gerstel TDS半自動熱脫附進樣器、Tenax-TA石英玻璃吸附管、TC-20型Tenax-TA吸附管自動凈化儀 德國Gerstel公司；TRACE 1310-TSQ 8000-GC-MS聯用儀、TG-Wax MS極性柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm） 美國賽默飛世爾科技（中國）有限公司；動態頂空制樣瓶 自制；PEN3電子鼻 德國Airsense公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品制備

未殺菌樣品：羊蝎子切塊→泡凈血水→焯水→香料包預煮10 min→大火煮制2 h→真空包裝→成品。

90 ℃殺菌樣品：羊蝎子切塊→泡凈血水→焯水→香料包預煮10 min→大火煮制2 h→真空包裝→90 ℃殺菌20 min→成品。

105 ℃殺菌樣品：羊蝎子切塊→泡凈血水→焯水→香料包預煮10 min→大火煮制2 h→真空包裝→105 ℃殺菌20 min→成品。

121 ℃殺菌樣品：羊蝎子切塊→泡凈血水→焯水→香料包預煮10 min→大火煮制2 h→真空包裝→121 ℃殺菌20 min→成品。

產品配方：配料均按照原料質量比例添加：食鹽3.5%、白砂糖0.6%、味精0.02%、老抽0.5%、生抽1%；香料包（紗布打包）：大料0.1%、草果0.06%、桂皮0.05%、白芷0.02%、肉豆蔻0.03%、小茴香0.05%、干辣椒1%、花椒0.05%、香葉0.05%、丁香0.05%、蔥1.5%、姜1.5%。

共5 個樣品，分別為原料肉、未殺菌樣品、90 ℃殺菌樣品、105 ℃殺菌樣品、121 ℃殺菌樣品。

1.3.2 游離氨基酸的測定

參照Tanimoto等[25]的方法略作修改。準確稱量1.5 g肉樣于50 mL離心管中，加入15 mL 0.02 mol/L的稀鹽酸并充分均質，超聲萃取5 min，隨后4 ℃、5 000 r/min離心10 min，收集上清液，在殘渣中再次加入15 mL 0.02 mol/L的稀鹽酸充分均質并離心，合并上清液并定容至50 mL。移取2 mL定容后的上清液，加入2 mL體積分數8%磺基水楊酸溶液，再次4 ℃、10 000 r/min離心10 min，取上清液過0.2 μm水相濾膜后，使用L8900氨基酸分析儀進行分析，每個樣品重復3 次，結果取平均值。

分析條件：1）分離柱（4.6 mm×60 mm），洗脫液流速0.4 mL/min，柱溫70 ℃，柱壓11.627 MPa；2）反應柱：茚三酮及其緩沖液流速0.35 mL/min，柱溫135 ℃，柱壓1.078 MPa。

分別統計5 個樣品中總游離氨基酸含量（total free amino acids，TFAA）、必需氨基酸含量（essential amino acids，EAA）、非必需氨基酸含量（non-essential amino acids，NEAA）、EAA/TFAA、EAA/NEAA。

1.3.3 揮發性風味物質的測定

1.3.3.1 樣品制備及熱脫附程序

切碎并準確稱量10 g肉樣置于自制的吹掃捕集瓶中，加入1 μL 2-甲基-3-庚酮作為內標物（質量濃度為0.816 μg/μL）后，（55±0.2）℃用TA管富集40 min。氮氣流速50 mL/min。每個樣品測定3 次，結果取平均值。熱脫附及GC-MS程序參考周慧敏[26]、李素[27]等的方法并適當修改調整。

熱脫附條件：標準加熱模式；氮氣流速20 mL/min，不分流；初始溫度40 ℃，以40 ℃/min上升至210 ℃并保持5 min；傳輸線溫度215 ℃。

冷進樣系統條件：標準加熱模式；液氮冷卻；初始溫度－100 ℃，以10 ℃/min升溫至215 ℃并保持5 min；分流比20∶1。

1.3.3.2 GC-MS測定揮發性風味物質

GC條件：TG-Wax MS極性柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；用高純氮氣作為載氣（＞99.99%），流速1.0 mL/min，不分流；保持2 min。

MS條件：接口溫度260 ℃，傳輸線溫度230 ℃；電壓1.2 kV；電子電離源溫度280 ℃；電子能量70 eV；全掃描模式；質量掃描范圍m/z40～600；掃描時間2 s。

1.3.3.3 揮發性風味物質組分分析

通過反相似度指數和正相似度指數均大于800確定化合物（標記為M），通過待測化合物的保留時間與相同條件下正構烷烴的保留時間計算待測化合物的保留指數（retention index，RI），對比文獻值（標記為R），RI按式（1）計算：

式中：N為低碳原子數正構烷烴的碳原子數；n為高碳原子數正構烷烴碳原子數差；tx、tN＋n、tN分別為待測化合物保留時間、低碳原子數正構烷烴保留時間和高碳原子數正構烷烴保留時間/min。

根據內標物2-甲基-3-庚酮的含量以及峰面積，計算其他每種化合物相對于內標物的含量，按式（2）計算：

式中：C為測定的揮發性化合物含量/（μg/kg）；Ax為測定揮發性化合物的峰面積/（AU·min）；C0為內標物質量濃度（0.816 μg/μL）；A0為內標物的峰面積/（AU·min）；V為內標物的進樣量/μL；m為測定樣品的質量/g。

1.3.3.4 OAV的計算

通過計算每種揮發性風味物質的OAV，找出對樣品風味有直接影響的物質，當OAV＞1時，則認為該化合物對整體風味有貢獻，反之則沒有貢獻。

OAV為風味物質濃度與其在水中閾值的比值，參照張凱華等[28]的方法，按式（3）計算：

式中：C為實驗測定計算所得揮發性化合物含量/（μg/kg）；T為同物質在水中的察覺閾值/（μg/kg）。

1.3.4 電子鼻測定

切碎并稱量2 g樣品于樣品瓶中并加蓋密封，使用PEN3電子鼻進行檢測，檢測溫度50 ℃，沖洗時間250 s，空氣流速300 mL/min，測試時間90 s。傳感信號在60 s之后基本趨于穩定，故本實驗選取第70秒的信號進行下一步分析，每個樣品重復4 次，電子鼻各傳感器對不同物質的響應類型如表1所示。數據采用電子鼻Winmuster軟件進行主成分分析（principal component analysis，PCA）以及線性判別分析（linear discriminant analysis，LDA）。

表1 電子鼻中各個傳感器的響應類型Table 1E-nose sensors responding to different odorant compounds

1.3.5 感官評價

參照GB/T 22210—2008《肉與肉制品感官評價規范》[29]的相關要求，從色澤、組織形態、口感風味三方面制定感官評價標準，選取10 名食品專業技術人員，經過感官評價培訓后，對不同殺菌溫度的羊蝎子進行感官評價。實行10 分制，根據評價員喜好程度分段式分別打分，結果取平均值，具體評分標準如表2所示。

表2 感官評價標準Table 2 Criteria for sensory evaluation of spiced lamb spine

1.4 數據分析處理

采用Excel、Origin等數據處理軟件對游離氨基酸、揮發性風味物質及感官評價原始數據進行處理，計算平均值、標準差、繪圖，并使用SPSS Statistics 21.0進行Duncan顯著性差異分析（P＜0.05，差異顯著）。

2 結果與分析

2.1 不同殺菌溫度羊蝎子中游離氨基酸含量分析

表3 不同羊蝎子樣品中游離氨基酸質量濃度Table 3 Free amino acid contents of different lamb spine samples

如表3所示，5 組樣品中分別檢測出游離氨基酸17、16、16、16、16 種，其中EAA均為7 種，分別為蘇氨酸、纈氨酸、甲硫氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸和賴氨酸。

由表3可知，原料肉樣品中TFAA和EAA含量均為最高，分別為378.68 mg/100 g和205.62 mg/100 g，隨著加工過程的進行，TFAA和EAA含量均顯著降低（P＜0.05），成品中TFAA和EAA含量分別為101.36 mg/100 g和23.84 mg/100 g，這是由于加熱過程使樣品中的蛋白質發生降解生成游離氨基酸，但游離氨基酸受熱也會發生部分降解，同時游離氨基酸作為重要的風味前提物質參與美拉德反應而使其含量減少[30]。

對于不同殺菌溫度的樣品而言，105 ℃殺菌的樣品中TFAA和EAA的含量均為最高，分別為123.19 mg/100 g和27.08 mg/100 g。氨基酸是重要的呈味物質和呈味前體物質，其中天冬氨酸和谷氨酸是肉中鮮味的主要來源，被稱為鮮味氨基酸，對樣品整體滋味具有重要貢獻。105 ℃殺菌的樣品中天冬氨酸和谷氨酸含量均顯著高于（P＜0.05）其他殺菌溫度的樣品，這可能是由于溫度會促進蛋白質的降解，殺菌溫度較低時，蛋白質降解程度也相對較低，故TFAA和EAA含量均較低；而121 ℃殺菌對樣品的結構破壞嚴重，導致大量汁液流失，部分游離氨基酸有可能隨汁液流出到湯中，使樣品中游離氨基酸含量降低[31]。

2.2 不同殺菌溫度羊蝎子中揮發性風味物質分析

表4 不同羊蝎子樣品中揮發性風味物質含量Table 4 Relative contents of volatile flavour compounds in different lambspine samples

續表4

使用動態頂空制樣-熱脫附-GC-MS對原料肉、未殺菌樣品以及3 個不同殺菌溫度羊蝎子中的揮發性風味物質進行鑒定，結果如表4所示，分別檢測到揮發性物質30、40、46、45 種和47 種，包括酯類、醇醚類、醛類、酮類、烴類以及雜環類物質。原料肉中揮發性風味物質總量最低，為1 723.68 μg/kg，隨著加工過程的進行，蛋白質受熱產生降解，風味前體物質發生美拉德反應以及氨基酸的Strecker降解，同時加工過程中添加的香辛料和輔料也有各自的風味，使未殺菌樣品中揮發性風味物質總量顯著增加，達到3 450.44 μg/kg。殺菌后樣品中揮發性風味物質含量降低，這可能是由于殺菌過程中樣品進一步發生了縮合、降解和氧化等反應，使風味物質的含量和種類發生了變化，這與孫承峰等[22]對燒肉中殺菌前后揮發性風味物質含量變化的研究結果一致。

表5 不同羊蝎子樣品中揮發性風味物質OAVTable 5 OAVs of volatile flavour compounds in different lamb spine samples

對于不同殺菌溫度的樣品，105 ℃殺菌樣品中檢測到揮發性風味物質總量最多，為2 859.24 μg/kg，明顯高于90 ℃和121 ℃殺菌的樣品，且各類化合物含量也相對較高。這可能是由于溫度越高，蛋白質降解程度越高[32]，促進糖和氨基酸發生美拉德反應和Strecker降解反應，生成各類風味化合物，但過高的溫度會加速脂類物質的降解和氧化，生成其他物質[33]；隨著殺菌溫度的升高，醛類物質顯著增加，使樣品產生過熟味，這與何苗[34]、王明[35]等的研究結果相一致。

如表5所示，5 組樣品中對羊蝎子整體風味貢獻較大，即OAV大于1的化合物分別有17、24、25、27 種和26 種，遠小于由質譜和RI法所確定的揮發性風味物質種類，說明大部分揮發性風味物質都沒有氣味特征，或其在水中閾值較高，而對產品的整體風味沒有明顯貢獻。由于添加了一系列香辛料和輔料，以及加工過程中蛋白質、脂質降解氧化作用，原料肉中OAV大于1的物質種類明顯少于其他組樣品。不同殺菌溫度的樣品中，均檢測出OAV較高的醇類、醛類等物質，是羊肉特征性風味的重要組成部分。

2.3 不同殺菌溫度羊蝎子電子鼻檢測結果分析

圖1 不同羊蝎子樣品電子鼻檢測PCA（A）和LDA（B）圖譜Fig.1 PCA (A) and LDA (B) plots of E-nose data for different lamb spine samples

由圖1可知，PC1貢獻率為93.83%，PC2貢獻率為6.03%，累計貢獻率達99.86%；LD1貢獻率為83.79%，LD2貢獻率為13.25%，累計貢獻率達97.04%，說明PCA和LDA中，2 個主成分能夠完全代表樣品的主要信息特征。原料肉與其他樣品距離較遠，這是由于加入香辛料及輔料共同煮制，形成并產生了各種風味物質；未殺菌樣品與殺菌后樣品之間也存在一定距離，這可能是由于高溫使部分風味物質分解，以及蛋白質、脂質水解產物發生美拉德反應及Strecker降解而產生新的風味物質造成的；圖1A中，105 ℃殺菌及121 ℃殺菌部分重疊，表明產生的風味物質相似，圖1B中，3 種殺菌溫度樣品沒有重疊，結合PCA和LDA圖譜分析，可以良好區分不同殺菌溫度羊蝎子樣品，為羊蝎子產品的質量分級等后期研究提供理論支持。

2.4 感官評價結果

圖2 不同殺菌溫度羊蝎子感官評分Fig.2 Sensory scores of spiced lamb spine sterilized at different temperatures

如圖2所示，隨著殺菌溫度的升高，樣品色澤、組織形態和口感風味都發生了顯著的變化。從色澤上看，殺菌溫度對于色澤的影響不顯著（P＞0.05）；隨著殺菌溫度的升高，樣品組織形態評分顯著降低（P＜0.05），說明熱處理會造成蛋白質發生變性和降解等反應，使肌肉組織變軟，彈性下降；從口感風味上看，殺菌后樣品評分均顯著低于未殺菌樣品，但105 ℃殺菌樣品評分顯著高于90 ℃和121 ℃殺菌樣品（P＜0.05），說明加熱處理一方面可以促進美拉德反應和Strecker降解反應的進行，同時也會導致脂質的變化，造成風味的改變。整體來看，105 ℃殺菌樣品的評分最接近于未殺菌樣品，而121 ℃殺菌樣品評分顯著低于其他樣品（P＜0.05），這與付麗[36]、李迎楠[37]、趙冰[38]等對不同殺菌條件對醬牛肉、清醬肉及乳化香腸品質影響的研究結果一致。

3 結 論

對不同殺菌溫度的羊蝎子樣品中游離氨基酸含量和揮發性風味物質進行檢測分析，原料肉、未殺菌樣品、90 ℃殺菌樣品、105 ℃殺菌樣品及121 ℃殺菌樣品中分別檢測出游離氨基酸17、16、16、16、16 種，其中必需氨基酸均為7 種，熟制后樣品中TFAA和EAA含量均顯著降低，對于不同殺菌溫度的樣品，105 ℃殺菌樣品中TFAA和EAA的含量均為最高，分別為123.19 mg/100 g和27.08 mg/100 g，且天冬氨酸和谷氨酸含量均顯著高于（P＜0.05）其他殺菌溫度的樣品，對羊蝎子的整體滋味具有重要貢獻。5 組樣品中分別檢測出揮發性風味物質30、40、46、45 種和47 種，總量分別為1 723.68、3 450.44、1 977.25、2 859.24、2 097.29 μg/kg，未殺菌樣品中檢測到揮發性風味物質總量最多，殺菌后均有所降低，但105 ℃殺菌樣品中揮發性物質總量顯著高于90 ℃和121 ℃殺菌的樣品（P＜0.05），各類化合物含量以及OAV大于1的物質種類也相對較高。結合電子鼻系統分析，綜合PCA和LDA圖譜，能夠區分不同殺菌溫度羊蝎子的整體風味。感官評價結果表明，105 ℃殺菌樣品在口感風味上顯著優于其他殺菌溫度的樣品（P＜0.05），且整體評分最接近未殺菌樣品。綜合以上結論，105 ℃殺菌的羊蝎子樣品風味品質明顯優于其他殺菌溫度的樣品，為羊蝎子的高品質工業化生產提供理論支持。