牛肉貯藏過程中的揮發性成分分析

孟　一,張玉華,,*,姜沛宏,陳東杰,張應龍,,張詠梅

(1.山東商業職業技術學院,山東省農產品貯運保鮮技術重點實驗室,山東濟南 250103;2.國家農產品現代物流工程技術研究中心,山東濟南 250103)

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牛肉貯藏過程中的揮發性成分分析

孟一1,張玉華1,2,*,姜沛宏2,陳東杰2,張應龍1,2,張詠梅1

(1.山東商業職業技術學院,山東省農產品貯運保鮮技術重點實驗室,山東濟南 250103;2.國家農產品現代物流工程技術研究中心,山東濟南 250103)

分別利用固相微萃取-氣-質聯用(SPME-GC-MS)和電子鼻對牛肉貯藏過程的揮發性成分進行檢測。0 ℃和10 ℃樣品分別檢測出37種和40種化合物,包括烴類、酮類、醇類、醛類、酸類、酯類、含硫及雜環化合物。在相同溫度下,隨貯藏時間延長,化合物總量增加,其中烴類和酮類化合物含量先減少后增加,醇類、含硫及雜環化合物不斷增加,醛類減少。在相同貯藏時間不同溫度下,烴類、酮類、醇類、含硫及雜環化合物以及化合物總量在0 ℃時低于10 ℃時的含量,而醛類相反。通過分析電子鼻主要傳感器的輸出信號,發現氨氣、胺類化合物、硫化氫和醇類含量均隨貯藏時間延長而增加,主成分分析法(PCA)可將0 ℃和10 ℃貯藏不同天數的牛肉樣品區分開。結果表明,牛肉貯藏過程中隨新鮮度的下降,揮發性成分不斷發生變化,并可利用SPME-GC-MS和電子鼻進行檢測。

牛肉,揮發性成分,固相微萃取-氣-質聯用,電子鼻

ZHANG Ying-long1,2,ZHANG Yong-mei1

氣味是表征肉新鮮度最靈敏的感官指標。在內源酶或微生物的作用下,蛋白質、脂類和碳水化合物逐步分解為氨、硫化氫、醛類、醇類、酮類和羧酸類等氣體,在此過程中,氣味成分的種類及其含量不斷變化,因此可通過氣味檢測來判斷肉的新鮮程度[1]。

氣-質聯用(GC-MS)和電子鼻是氣味檢測常用的兩種技術,前者可以實現復雜氣體混合物的定性鑒別與定量分析。鑒于脂質氧化是肉腐敗的一個重要原因,國外許多學者[2-6]利用SPME-GC-MS研究肉發生脂質氧化后揮發物的變化,從而通過該技術檢測肉的新鮮度。也有學者[7-8]通過SPME-GC-MS檢測其特征性成分,來判斷肉的新鮮程度。目前國內在該方面的研究尚處于初步階段,顧賽麒等[9]利用SPME-GC-MS結合PCA,確定出表征腐敗肉的特征性氣味物質。肖虹[10]、王小占[11]等研究了不同揮發性成分含量隨肉貯藏時間延長而發生的變化。電子鼻檢測的是揮發性成分的整體信息,也稱“指紋”數據。電子鼻主要用于肉品新鮮度的判別[12-13],品質指標[14]和貨架期的預測[15]等。總之,將SPME-GC-MS和電子鼻兩種技術結合,對肉品腐敗變質過程中揮發性成分的變化規律及其與電子鼻輸出信號間的相關性鮮有研究。

本文綜合利用SPME-GC-MS和電子鼻技術,考察牛肉在貯藏過程中揮發性成分的變化,以及電子鼻輸出信號與揮發物間的相關性,并建立牛肉新鮮度的電子鼻判別模型。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

牛肉魯西黃牛后腿肉,購自山東濟南銀座超市淄博大地集團肉牛食品專柜,置于泡沫箱內迅速運回實驗室。

Fox 4000型氣味指紋分析儀(配有HS100電子鼻配套自動進樣器和Alphasoft 11.0 統計分析軟件)法國Alpha MOS公司;Agilent 6890N-5973N氣相色譜質譜聯用儀美國Agilent公司;BPH-120A高低溫實驗箱上海一恒科學儀器有限公司。

1.2實驗方法

1.2.1牛肉的處理將牛肉切碎,用保鮮膜包好并編號,分別置于高低溫實驗箱內進行0 ℃和10 ℃恒溫貯藏實驗,每隔1 d進行SPME-GC-MS和電子鼻檢測,0 ℃樣品分別于第0、2、4、6、8、10、12和14 d檢測,共8次。10 ℃樣品分別于第0、2、4、6、8、10和12 d檢測,共7次。

1.2.2SPME-GC-MS檢測方法

1.2.2.1固相微萃取(SPME)稱取2.0 g樣品置于頂空瓶,室溫下平衡10 min后,以SPME針管插入頂空瓶的硅橡膠瓶墊,伸出75 μm CAR/PDMS萃取頭,在40 ℃下吸附40 min。吸附完畢后,取出插入GC-MS進樣口,于240 ℃解析5 min,熱脫附進行GC-MS檢測。

1.2.2.2GC-MS條件氣相色譜條件:色譜柱DB-624(30 m×0.25 mm×1.4 μm);不分流模式;升溫程序:起始柱溫40 ℃,以6 ℃/min的速率升溫至250 ℃,保持10 min;進樣口溫度:250 ℃;載氣:高純氦氣;流速:1.0 mL/min。質譜條件:電子轟擊(EI)離子源;電子能量70 eV;離子源溫度230 ℃;掃描范圍29～400 m/z。

1.2.3電子鼻檢測方法稱取一定量肉樣裝入20 mL樣品瓶,加蓋密封。檢測前先對加樣量和電子鼻測定參數進行優化,根據傳感器的響應信號,確定取樣量為2 g。頂空產生參數:產生時間600 s,溫度42 ℃,振蕩速度500 r/min;頂空注射參數:注射體積2000 μL,注射速度2000 μL/s;采集參數:總采集時間120 s,采集周期1 s,采集延滯時間400 s。每個樣品重復測定4次。

1.4數據處理方法

GC-MS得到的揮發性成分通過N1ST和Wiley譜庫確認定性,僅報道正、反匹配度大于800(最大值為1000)的鑒定結果。以峰面積表示某對應化合物物質的量;電子鼻各傳感器的響應值利用儀器自帶的Alphasoft11.0軟件進行PCA分析。

2　結果與分析

2.1牛肉的SPME-GC-MS測定結果

2.1.1揮發性成分測定結果用SPME-GC-MS法測定0、10 ℃下不同貯藏時間的牛肉揮發性成分,結果如表1所示。

采用SPME-GC-MS法對0 ℃、10 ℃貯藏的牛肉樣品進行檢測,0 ℃樣品共測出37種化合物,其中烴類2種,酮類8種,醇類6種,醛類1種,酸類3種,酯類1種,含硫及雜環化合物16種。10 ℃樣品共測出40種化合物,其中烴類3種,酮類8種,醇類6種,醛類1種,酸類4種,酯類1種,含硫及雜環化合物17種。

2.1.2揮發性成分隨貯藏溫度和時間的變化由圖1可見,牛肉在0 ℃和10 ℃貯藏過程中,在相同貯藏溫度下,隨著貯藏時間的延長,各類揮發物的含量不斷發生變化:烴類和酮類化合物含量先減少而后增加,醇類、含硫及雜環化合物含量不斷增加,醛類持續減少,化合物總量不斷增加。在相同貯藏時間不同溫度下,化合物含量不同,烴類、酮類、醇類、含硫及雜環化合物以及化合物總量在0 ℃時低于10 ℃時的含量,而醛類正好相反。這與前人的研究結果相似,肖虹等[10]用SPME-GC-MS分析了4 ℃和10 ℃貯藏的冷卻豬肉,共檢測到25種揮發性成分,發現醇類和三甲胺的相對含量隨貯藏時間的延長而增加。王小占等[11]用頂空固相微萃取-氣-質聯用檢測了豬肉在5 ℃和25 ℃貯藏過程中揮發性成分的變化,發現含氮化合物、含硫化合物以及醇類化合物的相對百分含量隨貯藏時間延長而增加。高溫條件下產生的揮發物種類比低溫條件下的多,且相同的揮發性成分中,含氮化合物、含硫化合物以及醇類化合物的相對百分含量高溫比低溫多。

表1　牛肉在0、10 ℃下貯藏期間揮發性成分SPME-GC-MS檢測結果

續表

圖1　牛肉0 ℃和10 ℃貯藏期間揮發性成分變化圖Fig.1　Volatile components chart of beef during storage at 0 ℃ and 10 ℃ 注:A.烴類;B.酮類;C.醇類;D.醛類;E.酸類;F.酯類;G.含硫及雜環化合物;H.化合物總量。

注:“-”為未檢出。

2.2牛肉的電子鼻檢測結果

2.2.1電子鼻傳感器輸出信號的變化本實驗所用的電子鼻系統包括18個傳感器,根據傳感器響應信號值的大小,選擇信號值較高的5個傳感器LY2/G、LY2/GH、LY2/gCTL、LY2/AA和P30/2,其中LY2/G和LY2/GH是對氨氣、胺類化合物敏感的傳感器,LY2/gCTL是對硫化氫敏感的傳感器,LY2/AA、P30/2是對醇類敏感的傳感器[16]。由圖2可見,牛肉在貯藏期間,上述5個傳感器的響應信號值不斷發生變化。0 ℃樣品的信號值隨貯藏時間的延長而增加,10 ℃樣品的信號值除在第10 d時有所減小外,其他時間均在增加,且在貯藏期間總的趨勢是增加的。說明牛肉中氨氣、胺類化合物、硫化氫和醇類成分的含量隨貯藏時間延長而增加。

圖2　牛肉在0 ℃和10 ℃貯藏期間電子鼻傳感器的輸出信號Fig.2　The output signals of electronic nose sensors for beef during storage at 0 ℃ and 10 ℃注:A. 0 ℃下LY2/AA、LY2/G、LY2/GH和LY2/gCTL傳感器的輸出信號;B. 10 ℃下LY2/AA、LY2/G、LY2/GH和LY2/gCTL傳感器的輸出信號;C. 0 ℃和10 ℃下P30/2傳感器的輸出信號。

2.2.2電子鼻檢測結果的PCA分析利用PCA法對5個傳感器LY2/G、LY2/GH、LY2/gCTL、LY2/AA和P30/2的響應信號值進行分析,牛肉在0 ℃和10 ℃貯藏期間的PCA分析結果如圖3(A)和3(B)所示。0 ℃樣品第一主成分(PC1)和第二主成分(PC2)貢獻率分別為84.45%和12.06%,累積貢獻率為96.51%;10 ℃樣品PC1和PC2貢獻率分別為99.50%和0.45%,累積貢獻率為99.95%。前兩個主成分的累積貢獻率較大,能較全面地代表樣品的原有信息。牛肉在0 ℃和10 ℃貯藏期間,不同貯藏天數的樣品氣味分布沒有交叉。2個溫度下PCA分析的區分指數(Diferentiation Index,DI)均為89。DI是電子鼻對樣品區分程度的表征,最大值為100,一般DI≥80表示能夠有效地區分。說明PCA分析可以將0 ℃下貯藏0～14 d和10 ℃下貯藏0～12 d的牛肉樣品區分開。

圖3　牛肉貯藏期間氣味指紋PCA分析圖Fig.3　PCA charts for odor fingerprint of beef samples during storage注：A.0 ℃;B.10 ℃。

3　結論

經SPME-GC-MS分析,0 ℃樣品共測出37種化合物,其中烴類2種,酮類8種,醇類6種,醛類1種,酸類3種,酯類1種,含硫及雜環化合物16種。10 ℃樣品共測出40種化合物,其中烴類3種,酮類8種,醇類6種,醛類1種,酸類4種,酯類1種,含硫及雜環化合物17種。在相同溫度下,隨時間的延長,烴類和酮類化合物含量先減少后增加,醇類、含硫及雜環化合物不斷增加,醛類持續減少,化合物總量增加。在相同貯藏時間不同溫度下,烴類、酮類、醇類、含硫及雜環化合物以及化合物總量在0 ℃時低于10 ℃時的含量,而醛類含量正好相反。

選擇電子鼻響應較強的5個傳感器LY2/G、LY2/GH、LY2/gCTL、LY2/AA和P30/2信號值進行分析,發現牛肉在0 ℃和10 ℃貯藏期間,氨氣、胺類化合物、硫化氫和醇類成分的含量均不同程度增加。對信號值進行PCA分析,可將0 ℃和10 ℃貯藏不同天數的牛肉樣品區分開。

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Analysis of volatile components of beef during storage

MENG Yi1,ZHANG Yu-hua1,2,*,JIANG Pei-hong2,CHEN Dong-jie2,

(1.Shandong Institute of Commerce and Technology,Shandong Key Laboratory of Storage and Transportation Technology of Agricultural Products,Ji’nan 250103,China;2.National Engineering Research Center for Agricultural Products Logistics,Ji’nan 250103,China)

Volatile components of beef were detected during storage by solid phase micro extraction-gas chromatography-mass spectrometry(SPME-GC-MS)and electronic nose. 37 kinds and 40 kinds of compounds were detected in samples stored in 0 ℃ and 10 ℃ respectively,including hydrocarbons,ketones,alcohols,aldehydes,acids,esters,sulfur and heterocyclic compounds. At the same temperature,with the extension of storage time,the total content of the compounds increased. The content of hydrocarbons and ketones first decreased and then increased. Alcohols,sulfur-containing and heterocyclic compounds increased. Aldehydes content reduced. The contents of hydrocarbons,ketones,alcohols,sulfur-containing and heterocyclic compounds,and the total content of the compounds were lower in 0 ℃ than in 10 ℃,while the content of aldehydes was opposite at the same time under different storage temperatures. It was found that the contents of ammonia,amines,hydrogen sulfide and alcohols increased with the extension of storage time by analyzing the output signals of main sensors of electronic component analysis method(PCA). The results showed that,during beef storage with the decline in freshness,volatile components were constantly changing,and SPME-GC-MS and electronic nose could be used to detect them.

beef;volatile components;SPME-GC-MS;electronic nose

2016-01-06

孟一(1972-),男,碩士,副教授,研究方向：食品質量安全,E-mail:m11f@163.com。

張玉華(1973-),女,博士,教授,研究方向：食品質量安全,E-mail:Z11F@163.com。

山東省自主創新及成果轉化專項(2014ZZCX02701);國家科技支撐計劃(2015BAD16B08)。

TS254.7

A

1002-0306(2016)16-0061-06

10.13386/j.issn1002-0306.2016.16.003