OAV和GC-MS-O法鑒定內蒙古風干牛肉風味活性物質

陳海濤,孫　杰,蒲丹丹,孫寶國,張玉玉

(1.北京食品營養與人類健康高精尖創新中心,北京工商大學,北京 100048;2.北京市食品風味化學重點實驗室,北京工商大學,北京 100048;3.食品質量與安全北京實驗室,北京工商大學,北京 100048)

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OAV和GC-MS-O法鑒定內蒙古風干牛肉風味活性物質

陳海濤1,孫杰1,蒲丹丹2,孫寶國1,張玉玉3

(1.北京食品營養與人類健康高精尖創新中心,北京工商大學,北京 100048;2.北京市食品風味化學重點實驗室,北京工商大學,北京 100048;3.食品質量與安全北京實驗室,北京工商大學,北京 100048)

采用同時蒸餾萃取法對內蒙古風干牛肉中揮發性化合物進行提取,并利用香氣活性值(odor activity value,OAV)和氣相-質譜-嗅聞(GC-MS-O)聯用的方法對其中的風味活性物質進行鑒定。結果表明共發現59種揮發性化合物,OAV法和GC-MS-O法分別確定了25種和21種風味活性物質。內蒙古風干牛肉中含有豐富的風味物質,其中重要的風味活性物質主要包括α-蒎烯、萜品烯、β-甜沒藥烯、反-2-辛烯醛、月桂醛、苯乙醛、肉豆蔻醛、壬醛、癸醛、糠硫醇、甲基庚烯酮、茴香腦、草蒿腦、3-乙基-2,5-二甲基吡嗪、2-乙基-3,5-二甲基吡嗪、2,5-二甲基吡嗪、2,3,5-三甲基吡嗪、2,3,5,6-四甲基吡嗪。

內蒙古風干牛肉,同時蒸餾萃取(SDE),風味活性物質,氣相-質譜-嗅聞(GC-MS-O),香氣活性值

內蒙古風干牛肉是備受蒙古民族喜愛的草原美食,它富有蒙古民族傳統民間飲食文化內涵,其口感獨特,營養豐富,攜帶方便。目前對于風干牛肉的研究主要有不同口味牛肉干的研制、牛肉干生產新工藝的研究、牛肉干中雜環胺的測定以及牛肉干在貯藏期間氧化穩定性的研究等。對于風干牛肉獨特風味的研究還很少,沙坤等[1]采用固相微萃取-氣質聯用法分析五種新疆風干牛肉中的揮發性風味成分,共鑒定出48種化合物。

同時蒸餾萃取法是集溶劑萃取和蒸汽蒸餾于一體的揮發性成分提取方法,具有成本低、操作方便、對微量成分提取效率高的特點,具有良好的重復性和較高的萃取量,便于定量分析[2-3]。風味活性物質單體在產品整體風味中的貢獻取決于其閾值及其絕對含量[4],只靠質譜分析可能很難判斷某個風味活性物質的重要性,因此可通過GC-MS-O技術分析風味活性物質呈味強度及對總體香氣的貢獻從而挑選一些能夠代表樣品特征風味的化合物。香氣活性值是香氣物質的濃度與其閾值的比值,能夠體現該香成分對整體香氣的作用[5]。化合物的OAV大于或者等于1,則認為該化合物對其香氣有作用,且OAV越大,對整體香氣的貢獻度就越大[6],因此可通過風味活性物質OAV值的比較,來分析各風味活性物質對內蒙古風干牛肉整體風味的貢獻大小。

本研究通過同時蒸餾萃取法結合GC-MS-O技術分析鑒定內蒙古風干牛肉中的風味物質,采用內標法定量,結合OAV,找到對內蒙古風干牛肉整體風味有重要貢獻的風味活性物質,為其生產工藝的控制、風味評價等方面提供實驗基礎。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

內蒙古風干牛肉內蒙古蘇尼特右旗今朝食業有限公司(凈含量160 g)。

二氯甲烷(分析純)、無水硫酸鈉(分析純)、鄰二氯苯(130 μg/mL,溶劑為二氯甲烷)國藥集團化學試劑有限公司;C6～C30正構烷烴(色譜純)美國Sigma-Aldrich公司;氮氣(純度99.9%)北京氦普北分氣體工業有限公司。

氣相色譜-質譜聯用儀(ISQ1310)美國賽默飛世爾科技公司;ODP3嗅聞檢測器德國 Gerstal 公司;SDE裝置肯堡博美(北京)實驗器皿有限公司;A-100S旋轉蒸發儀日本EYELA公司;DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器鞏義市予華儀器有限責任公司。

1.2實驗方法

1.2.1SDE法提取揮發性成分準確稱取100 g切碎的內蒙古風干牛肉,置于1000 mL 圓底燒瓶中,加入300 mL蒸餾水,攪拌均勻,置于同時蒸餾萃取裝置的輕相端,油浴加熱,溫度為(130±1) ℃,磁力攪拌;另取50 mL重蒸的二氯甲烷于100 mL圓底燒瓶中,置于同時蒸餾萃取裝置的重相端,恒溫水浴加熱,溫度控制在(50±1) ℃。待兩側都開始回流時計時,同時蒸餾萃取3 h。待萃取液冷卻至室溫后,加入適量無水硫酸鈉,冷凍脫水12 h、過濾除去硫酸鈉。所得濾液用旋轉蒸發儀濃縮至1.0～1.5 mL,然后用氮吹儀吹掃至0.5 mL,得到香氣濃郁的透明液體,待GC-MS-O分析。

1.2.2GC-MS-O分析采用 GC-MS-O對內蒙古風干牛肉中揮發性風味成分進行分析。GC-MS-O是由氣相色譜-質譜(ISQ1310)和嗅聞(ODP3)裝置組成。樣品經進樣口解析5 min后,經GC分離后分別進入質譜檢測器和嗅聞檢測器,分流比為 1∶1。由6名經過訓練的實驗人員在嗅聞口記錄所聞到的香味特征和強度(1=微弱的的味道;2=清強烈的味道;3=非常強烈的味道),對氣味的描述和強度記錄須有3名以上實驗人員嗅聞到才能被確定為風味活性物質。

1.2.3色譜條件色譜條件:HP-DBWax毛細管色譜柱(30 m×250 μm×0.25 μm),進樣口溫度250 ℃;升溫程序:起始柱溫35 ℃,保持1 min;以10 ℃/min升溫到100 ℃,保持3 min;以4 ℃/min升至120 ℃,保持2 min;以6 ℃/min升至200 ℃,保持3 min;最后以8 ℃/min升至220 ℃,保持2 min;載氣為氦氣,流速1.2 mL/min,進樣量1.0 μL,分流比50∶1。

質譜條件:電子轟擊(Electron Impact,EI)離子源,電子能量70 eV,離子源溫度230 ℃,四級桿溫度150 ℃,質量掃描范圍 40～450 u。掃描方式:全掃描;溶劑延遲5 min;調諧文件為標準調諧。

1.2.4定性定量分析定性分析:以NIST11譜庫檢索保留指數定性對檢測結果進行分析,結合相關文獻進行人工譜圖解析。保留指數是在分析樣品中添加了C6～C30的正構烷烴內標物后,根據公式(1)進行計算。

式(1)

式中:t′(i)-待測組分的調整保留時間[t′(n)

定量分析:對內蒙古風干牛肉中揮發性香氣化合物進行分離鑒定時添加鄰二氯苯。根據添加鄰二氯苯的量、揮發性香氣化合物的色譜峰面積與鄰二氯苯的色譜峰面積進行比較,計算出每一種揮發性香氣化合物相對于鄰二氯苯的量,認定內標的因子為1[7]。

式(2)

注:Ci是未知化合物的濃度,Si是鄰二氯苯的濃度,CA是未知化合物的峰面積,SA是鄰二氯苯的峰面積,Vi為萃取液的體積/mL;n0/i為混合液中所含的內標物體積與萃取液體積之比;ms為前處理前樣品的質量(g)。

2　結果與討論

2.1內蒙古風干牛肉中揮發性成分的種類及含量

采用SDE提取內蒙古風干牛肉中風味物質,定量分析結果(表1)表明共鑒定出59種物質,包括烴類10種、醛類15種、酮類4種、酸類1種、醇類9種、酯類3種、醚類2種、酚類2種、含氮及其他雜環化合物13種。其中含量最高的為醛類化合物,為27.13 μg/g,其次為含氮及其他雜環化合物(20.44 μg/g),烴類(12.43 μg/g),醇類(10.17 μg/g),酮類(2.26 μg/g),酯類(1.36 μg/g),醚類(0.68 μg/g),酚類(0.68 μg/g),酸類(0.23 μg/g)。其中順-13-十六烯醛、2-乙酰基吡咯、3,5-二乙基-2-甲基吡嗪、2,3,5,6-四甲基吡嗪、α-姜黃烯、肉豆蔻醛、β-倍半水芹烯、大茴香醛等化合物的含量較高,它們多為牛肉干提供辛香和烤香,這些醛類和烴類物質多與牛肉干腌制過程中加入的天然香辛料有關,而含氮及雜環化合物多與牛肉干風干晾曬的加工工藝有關。檢出的壬醛、苯甲醛在發酵牛肉[8]和紅燒牛肉罐頭[9]中也均有檢出,雖含量都較低,但它們對肉香的揮發有輔助作用。

表1　內蒙古風干牛肉中揮發性成分的定性定量結果Table 1　Qualitative and quantitative analysis results in Inner Mongolia dried beef

續表

注:定性方法中,MS為質譜分析法,RI為保留指數法。

2.2內蒙古風干牛肉風味活性物質的OAV分析

在檢測出的59種揮發性物質中有25種物質的OAV值大于1,如表2所示。這說明它們對內蒙古風干牛肉的香氣有貢獻作用。分別包括了8種含氮及其他雜環化合物,7種醛類物質,4種醇類物質,3種烴類物質,2種酮類物質和1種酚類物質。在所有揮發性組分中含量和種類較多的也是醛類物質和含氮及其他雜環化合物,在一定程度上說明香氣物質質量濃度的大小決定其香氣值的大小[10]。而糠硫醇的含量雖然較低,但OAV值較高,說明香氣物質的OAV值不僅取決于物質的濃度而且與香氣閾值大小有關。

在25種內蒙古風干牛肉香氣活性物質中,OAV>200的物質有9種,其中OAV值最高的是糠硫醇,其次為反-2-辛烯醛、3-乙基-2,5二甲基吡嗪、2-乙基-3,5-二甲基吡嗪、月桂醛、壬醛、癸醛、苯乙醛、α-蒎烯,糠硫醇是產生基本肉香味的關鍵化合物[11-12],陳海濤等[13]已在牛肉的香氣中發現糠硫醇。吡嗪類化合物是美拉德反應的特征產物[14],主要產生烘烤香氣和堅果香氣,如三甲基吡嗪被認為是Maillard的降解產物和Henys重排化合物或是在葡萄糖-茶氨酸體系中的產物[15]。醛類化合物主要產生脂肪香、花香和果香。這些化合物共同構成了內蒙古風干牛肉獨特的香氣。

表2　OAV值確定內蒙古風干牛肉中風味活性物質Table 2　Flavor-active Compounds in Inner Mongolia dried beef identified by OAV value

注:1.閾值為水中的氣味閾值;2. OAV=氣味物質濃度/氣味閾值。

表3　GC-MS-O法鑒定內蒙古風干牛肉中風味活性物質Table 3　Flavor-active compounds in Inner Mongolia dried beef identified by GC-MS-O

注:a.至少3 個實驗員嗅聞到的化合物;b.實驗員在嗅聞口聞到的香味描述。

2.3內蒙古風干牛肉風味活性物質的GC-MS-O分析

表3列出了由ODP3檢測到的21種風味活性物質,包括烴類5種、醇類1種、醚類2種、醛類5種、酮類1種、含氮及雜環化合物7種,而由質譜檢測的揮發性物質有59種,可見大部分揮發性化合物沒有香氣特征。結合表2可知OAV法和GC-MS-O法兩種方法共同檢測到11種物質,包括α-蒎烯、萜品烯、芳樟醇、月桂醛、苯乙醛、2-戊基呋喃、2,3,5-三甲基吡嗪、3-乙基-2,5-二甲基吡嗪、2-乙酰基吡咯、2,3,5,6-、四甲基吡嗪、2-乙基-3,5-二甲基吡嗪。內蒙古風干牛肉的主要香氣包括肉香、堅果香、奶香、烤香、甜香、果香、青香、大茴香等。由表3中強度的數據可知,氣味非常強烈的為α-蒎烯(木頭味、巧克力味)、萜品烯(果香)、β-甜沒藥烯(茴香味、芹菜味)、茴香腦(大茴香、甜香)、草蒿腦(大茴香)、肉豆蔻醛(奶香、脂肪香)、苯乙醛(花香、甜香)、甲基庚烯酮(新鮮蔬菜味、柑橘味)、2,5-二甲基吡嗪(堅果香)、2,3,5-三甲基吡嗪(堅果香、泥土香氣)、3-乙基-2,5-二甲基吡嗪(青香)、2,3,5,6-四甲基吡嗪(牛肉味)、2-乙基-3,5-二甲基吡嗪(炒花生味),這些化合物對內蒙古風干牛肉風味貢獻最大,是起主要作用的風味成分。茴香腦、草蒿腦、肉豆蔻醛是腌制過程中添加的輔料如茴香、大料、肉桂等的揮發性成分[17-18]。通常認為烴類閾值較高,對風味的貢獻較小[19],但是檢測到的α-蒎烯、萜品烯、β-甜沒藥烯、β-羅勒烯、β-倍半水芹烯是天然香辛料的特征風味物質[20],這與內蒙古風干牛肉在腌制過程中加入的天然香辛料有關。

3　結論

OAV法和GC-MS-O法兩種方法共同檢測到11種物質,說明兩種方法在鑒定內蒙古風干牛肉風味活性物質方面具有一致性。反-2-辛烯醛、糠硫醇、壬醛、癸醛的OAV值較大,而在GC-MS-O法中沒有被嗅聞到,這說明上述兩種關鍵香氣分析方法存在某些不足之處[10]。

研究結果表明:對內蒙古風干牛肉風味起主要作用的風味活性物質包括烴類、醛類、酮類、醇類、酮類、醚類和含氮及其他雜環化合物。依據OAV值和嗅聞的結果可知(OAV>200或氣味強度為3)主要的風味活性物質為α-蒎烯、萜品烯、β-甜沒藥烯、反-2-辛烯醛、月桂醛、苯乙醛、肉豆蔻醛、壬醛、癸醛、糠硫醇、甲基庚烯酮、茴香腦、草蒿腦、3-乙基-2,5-二甲基吡嗪、2-乙基-3,5-二甲基吡嗪、2,5-二甲基吡嗪、2,3,5-三甲基吡嗪、2,3,5,6-四甲基吡嗪。它們為內蒙古風干牛肉在生產工藝的控制、風味評價等方面提供了實驗依據。

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Identification of flavor-active compounds in Inner Mongolia dried beef by OAV calculation and GC-MS-O

CHEN Hai-tao1,SUN Jie1,PU Dan-dan2,SUN Bao-guo1,ZHANG Yu-yu3

(1.Beijing Advanced Innovation Center for Food Nutrition and Human Health Beijing Technology and Business University(BTBU),Beijing 100048,China;2.Beijing Key Laboratory of Flavor Chemistry,Beijing Technology and Business University(BTBU),Beijing 100048,China;3.Beijing Laboratory for Food Quality and Safety,Beijing Technology & Business University(BTBU),Beijing 100048,China)

The volatile flavor components in Inner Mongolia dried beef were extracted by simultaneous distillation extraction(SDE)and analyzed by odor activity value(OAV)and gas chromatography-mass spectrometry-olfactometry(GC-MS-O). The results indicated that a total of 59 volatile compounds were identified in Inner Mongolia dried beef,and 25 and 21 flavor-active compounds were identified by OAV calculation and GC-MS-O. Inner Mongolia dried beef contains rich flavor substances. The important flavor-active compounds in Inner Mongolia dried beef wereα-pinene,γ-terpinene,β-bisabolene,(E)-2-octenal,dodecanal,phenylacetaldehyde,tetradecanal,nonanal,decanal,2-furfurylthiol,6-methyl-5-hepten-2-one,anethole,estragole,3-ethyl-2,5-dimethyl-pyrazine,2-ethyl-3,5-dimethyl-pyrazine,2,5-dimethyl-pyrazine,trimethyl-pyrazine,tetramethyl-pyrazine.

Inner Mongolia dried beef;simultaneous distillation extraction;flavor-active compounds;gas chromatography-mass spectrometry-olfactometry;odor activity value

2016-02-26

陳海濤(1973-),男,碩士，副教授,研究方向:香精香料,E-mail:chenht@th.btbu.edu.cn。

“十二五”國家科技支撐計劃項目(2014BAD04B06)。

TS207.3

A

1002-0306(2016)15-0304-06

10.13386/j.issn1002-0306.2016.15.050