冷凍干燥與恒溫干燥牦牛肉風味物質對比研究

趙娟紅，羅 章，馬美湖，辜雪冬，張素紅，楊 林，孫術國,*

（1.中南林業科技大學食品科學與工程學院，湖南 長沙 410004；2.西藏農牧學院食品科學學院，西藏 林芝 860000；3.華中農業大學食品科學與技術學院，湖北 武漢 430070）

牦牛是主要分布在青海-西藏高原和我國周邊地區的稀缺寶貴物種，被譽為“高原之寶”，是西藏地區農牧民重要的生活資料、生產工具和交通工具，具有較高的開發價值[1]。牦牛肉蛋白質和礦物質含量豐富、脂肪含量低、營養價值高、肉質鮮美[2-3]。由于西藏遠離內陸，保鮮和運輸是限制西藏地區牦牛肉進入內陸地區的主要因素，內陸的消費者很難吃到這種美味且營養豐富的牛肉。因此在西藏，人們常將牦牛肉制成肉干等干制品，既有利于產品保存，又有利于牦牛肉的長時間、遠距離運輸。采用冷凍干燥方法得到的牦牛肉產品能夠克服自然風干牦牛肉質地緊密、顏色暗沉、營養損失較大等缺點，最大限度保留牦牛肉原有的色、香、風味和營養成分[4]。牦牛肉經干燥之后可以提高其安全性和穩定性，而且不利于有害微生物的生長繁殖。李美君等[5]研究發現，經過恒溫干燥的羊肉色澤較紅潤，生物胺含量較低，有利于產品貯藏。近年來，頂空-固相微萃取（headspace solid phase microextraction，HS-SPME）已被廣泛應用于各類肉制品中風味物質成分的提取，相比于過去使用較多的蒸餾萃取[6]和減壓蒸餾萃取，HS-SPME法更簡單、靈敏度高、減少了人為誤差，且不需要任何有機溶劑，縮短了繁瑣的樣品前處理過程[7]。

通過不同干燥方式獲得的干牦牛肉中的風味物質千差萬別，種類繁多，這些風味物質決定了牦牛肉的風味特征[8-9]。本研究利用SPME技術對干燥牦牛肉進行揮發性風味物質富集，用氣相色譜-質譜（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）法進行組分分析，準確了解通過冷凍干燥與恒溫干燥2 種干燥方式獲得的牦牛肉的主要風味物質組成與特點，為牦牛肉制品的加工提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

從西藏林芝地區肉牛屠宰場隨機選取生長發育正常、健康無病、2～3 歲齡的成年公牦牛進行屠宰，牦牛平均體質量200～300 kg，以臀部肉為研究對象。

1.2 儀器與設備

AR 2140分析天平 美國奧豪斯公司；FD-18S冷凍干燥機 北京德天佑科技發展有限公司；ORW2S-3Z微波干燥器 南京澳潤微波科技有限公司；G8023DHL-V8微波爐 廣東格蘭仕集團有限公司。

1.3 方法

1.3.1 干牦牛肉的制備

冷凍干燥牛肉：將新鮮牦牛肉在－18 ℃條件下凍結，冷凍干燥48 h，置于4 ℃的干燥環境條件下存放備用。

水煮后恒溫干燥牛肉：將牦牛肉切成2 cm見方的肉塊，稱取約10 g，置于300 mL飲用水中（每組8 塊肉），添加質量濃度為0.5 g/100 mL的食鹽，混合均勻，采用常壓水煮，使肉塊中心溫度達到75 ℃。冷卻后，將樣品在60 ℃恒溫干燥箱中烘干至與冷凍干燥產品具有相同的含水量（15%）；取出樣品，于4 ℃的干燥環境條件下存放備用。

1.3.2 取樣

參照GB/T 9695.19—2008《肉與肉制品 取樣方法》[10]。將樣品真空包裝后置于4 ℃條件下，備用，取樣后及時分析，樣品保藏時間不超過7 d。

1.3.3 揮發性風味物質的提取

取熟牛肉樣品，在5～10 ℃條件下將其迅速斬拌成直徑為0.3～0.5 mm的肉糜；準確稱取肉糜8 g，裝入15 mL頂空萃取瓶（15 cm×1 cm）中，采用靜態HS-SPME方法進行風味物質的提取。將復合式碳分子篩/聚二甲基硅氧烷（carboxen/polydimethylsioxane，Car/PDMS）萃取頭（美國Supelco公司，涂膜厚度75 μm，涂層為Car/PDMS）插入密封的萃取瓶內，萃取頭暴露在瓶內樣品上部的頂空中，于50 ℃條件下萃取40 min。

1.3.4 風味物質的鑒定

參考羅章等[11]的方法，并稍作修改。J&W Scientific DB-5MS毛細管柱，柱長60 m，內徑0.32 mm，膜厚1 μm，涂層為多聚（二甲酯雙氧基）多聚（1,4-雙（二甲基硅氧烷基）次苯基）硅氧烷；載氣為氦氣；進樣口溫度250 ℃，采用不分流進樣模式，不分流時間為2 min；柱流速2 mL/min，分流比10∶1；采用三階段式程序升溫：初始溫度40 ℃，保持1 min；從40 ℃升溫至130 ℃，升溫速率5 ℃/min；從130 ℃升溫至200 ℃，升溫速率8 ℃/min；從200 ℃升溫至250 ℃，升溫速率12 ℃/min，并于250 ℃保持7 min。

MS條件：電子轟擊（electron impact，EI）離子源，發射電流200 μA，電子能量70 eV，接口溫度250 ℃，離子源溫度200 ℃，質量掃描范圍33～450 m/z，檢測電壓350 V。

1.3.5 風味物質的MS分析

利用計算機將樣品的MS數據和MAINLIB、NISTDEMO、REPLIB、WILLEY 4 個標準譜庫中的數據進行比對，以相似指數和反相似指數均大于800作為定性依據，以環已酮作為內標物進行定量。

1.4 數據處理

利用SPSS軟件對實驗數據進行處理和分析。

2 結果與分析

2.1 冷凍干燥和水煮后恒溫干燥牦牛肉的風味化合物測定結果

牦牛肉經真空冷凍干燥和恒溫干燥后，獲得的產品經GC-MS分析，結果如圖1～2所示，牦牛肉中共檢測出風味化合物138 種，匹配度較高的組分如表1所示。

圖1 冷凍干燥牦牛肉的總離子流色譜圖Fig. 1 Total ion current chromatogram for freeze-dried yak meat

圖2 常壓水煮后恒溫干燥牦牛肉的總離子流色譜圖Fig. 2 Total ion current chromatogram for cooked and dried yak meat

表1 冷凍干燥和常壓水煮后恒溫干燥牦牛肉的主要風味成分Table 1 Main volatile compounds in two dried yak meat

續表1

續表1

續表1

由圖1和表1可知，冷凍干燥牦牛肉含烴類物質15 種、環烴類25 種、酸類16 種、芳香類6 種、含硫化合物3 種、醇類9 種、酯類20 種、醛類5 種、酮類5 種。牛肉在煮熟及干燥過程中經歷了脂肪氧化[12]、蛋白質變性和降解以及非酶褐變[13]，這些過程對牛肉干風味的形成至關重要。由圖2和表1可知，經煮熟后恒溫干燥得到的牦牛肉中共檢測出157 種風味物質，包括烴類物質19 種、環烴類23 種、酸類14 種、芳香類2 種、含硫化合物1 種、醇類7 種、酯類12 種、醛類3 種、酮類13 種。

2.2 不同方式干燥牦牛肉的風味物質特點

2.2.1 烴類化合物

牦牛肉中對牛肉風味貢獻較大的物質是烴類、脂肪酸、醛類和酯類[14]，經過冷凍干燥之后，這些物質的含量占總風味物質含量的98.52%，經常壓煮熟恒溫干燥之后占84.40%。從風味物質類別上比較，通過2 種干燥方式獲得的產品風味物質中，烴類、酯類、酮類物質的相對含量有很大差別。對于烴類物質來說，冷凍干燥干牛肉的烴類物質含量為72.90%，水煮熟恒溫干燥干牛肉為40.40%。冷凍干燥干牛肉中角鯊烯含量極高，達328.28 μg/L，但是常壓煮熟恒溫干燥牦牛肉中不含角鯊烯，可以推測，熱處理促進了牦牛肉中角鯊烯的降解。角鯊烯一般是從棲息在深海環境中的大型鯊魚肝臟中提取出的天然活性物質[15]，陸地上其他動物，譬如豬、羊體內雖然也含有，但含量極低（＜10.00 μg/L），西藏高原地區牦牛肉中角鯊烯的高含量能部分解釋牦牛在高原缺氧的情況下仍能維持機體正常運轉[16]。冷凍干燥干牛肉中D-檸檬烯的含量為10.43 μg/L，D-檸檬烯賦予干牛肉一定的果香味[17]，冷凍干燥之后的牛肉中，D-檸檬烯的含量占2.15%，水煮熟后恒溫干燥牛肉中的D-檸檬烯占30.04%。3-蒈烯賦予牛肉干松木的香味[18]。水煮熟后恒溫干燥牦牛肉的脂肪烴和脂環烴在干牛肉風味組分中所占的比例較高，達40%以上，雖然它們的香氣閾值較高，但由于其含量高，因此能夠促進牦牛肉肉味的產生[19]。

2.2.2 醛、酯類化合物

醛類物質是牛肉特征風味的來源之一，其來自于脂肪氧化，盡管醛類物質在干牛肉中含量較低，但其香氣閾值很低[20]，具有脂肪香味[21]，因此主導了干牛肉的風味，譬如苯甲醛賦予牛肉一定的類似苦杏仁的香氣，己烯醛具有綠葉清香和水果香氣[22]，常壓煮熟恒溫干燥牦牛肉的苯甲醛、乙醛相對含量比冷凍干燥牦牛肉高，這幾種醛類物質賦予牛肉愉快的甜香味和水果味[23]。

酸、醇來源于脂肪的氧化降解，脂肪酸和醇縮合形成酯，一般認為除內酯和硫酯以外的酯閾值較高。酯類以油香氣息占主導[24]，與冷凍干燥干牛肉相比，水煮熟后恒溫干燥牦牛肉的最大變化是脂肪酸含量由109.48 μg/L降至10.45 μg/L，說明脂肪在加熱過程中發生氧化反應，生成了其他物質，譬如形成短鏈脂肪酸、飽和脂肪醛及多不飽和脂肪醛等[25]。冷凍干燥牦牛肉中的酯類物質含量占總風味化合物含量的2.91%，其中乙酸乙酯具有醚香、甜如菠蘿的果香及葡萄、櫻桃香韻，同時還有酒味，可能是對牦牛肉干風味有貢獻的化合物[26]。水煮熟恒溫干燥牦牛肉的酯類物質的百分含量比冷凍干燥牦牛肉高14.29%，很多酯類物質的風味閾值非常低，雖然其含量不高，但是對風味的貢獻很大。

2.2.3 含硫化合物、芳香類化合物

含氮、含硫或雜環類化合物主要來自美拉德反應的產物或氨基酸的熱解，閾值較低，是肉品中最重要的呈味物質[27]。含硫化合物賦予干牛肉類似卷心菜的香氣，經過2 種方式干燥后的牛肉中含硫化合物種類有很大差別。冷凍干燥牛肉中檢測出3 種含硫化合物，水煮熟后恒溫干燥牛肉中僅檢測出1 種。

在較高的溫度下，糖會發生焦糖化反應，生成糠醛、甲基糠醛，再進一步加熱，便會產生具有芳香氣味的呋喃衍生物、羰基化合物、醇類、脂肪烴和芳香烴類物質，產生非常強烈的肉香氣[28]。芳香類物質在干牛肉中種類少、含量低，由于其香氣閾值較低，因此對肉香風味能起到增效作用[29]。與冷凍干燥牛肉相比，水煮熟后恒溫干燥牛肉中的芳香類物質種類減少，但是其含量提高，比冷凍干燥牛肉高0.76%。

2.2.4 酮、醇類化合物

酮類和醇類風味組分由高溫條件下的脂肪氧化產生，這些化合物賦予牦牛肉甜香味、焦糖香味、清香和果香[30]。與冷凍干燥牛肉相比，水煮熟后恒溫干燥牛肉中酮類物質的種類和含量均增加，其中含量增加了4.55%。水煮熟后恒溫干燥牛肉中醇類物質的含量比冷凍干燥牛肉高1.59%，但是由于醇類物質的風味閾值較高，其對牛肉風味的貢獻并不大[31]。

3 結 論

選用SPME技術富集通過不同干燥方式（冷凍干燥、常壓恒溫干燥）獲得的牦牛肉中的風味物質，利用GC-MS進行分析。結果表明：冷凍干燥牦牛肉中檢測出138 種風味物質，恒溫干燥烘干的牦牛肉中檢測出157 種風味物質；2 種干燥方式獲得的牦牛肉的風味物質種類和含量均存在差異；2 種牦牛肉中的主要風味物質為烴類、環烴類、酸類、芳香類、含硫化合物、醇類、酯類、醛類及酮類物質，牦牛肉風味的形成是上述風味物質綜合作用的結果；2 種干燥方式獲得的干牦牛肉的風味物質差異主要體現在烴類、酯類和脂肪酸的含量上，與冷凍干燥相比，水煮熟后恒溫干燥牛肉中烴類物質的含量減少32.50%，酯類物質增加14.29%，脂肪酸增加3.60%；冷凍干燥牛肉的主要風味物質為角鯊烯（67.66%）、庚烷（2.32%）、D-檸檬烯（2.15%）、N-棕櫚酸（13.67%）、2-乙基十四烷基酯（1.70%）、油酸（2.37%）和硬脂酸（2.47%）；水煮熟后恒溫干燥牛肉的主要風味物質為D-檸檬烯（30.04%）、N-棕櫚酸（19.30%）、十四烷基酯（5.00%）、乙醛（0.40%）和環十五烷酮（3.05%）；與冷凍干燥相比，水煮熟后恒溫干燥的牦牛肉風味物質更加豐富，賦予牦牛肉更特殊的風味。

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