兩種制備方式 豬肉香精揮發性風味成分差異性分析

喬凱娜,王琳涵,孔 琰,張玉玉,孫寶國,陳海濤,孫 穎

(北京市食品風味化學重點實驗室,北京工商大學,北京 100048)

近年來，隨著調味品行業的發展,咸味香精產品發展迅速,尤其以肉味香精占據了很大的市場份額。為了提高肉類的附加值,將肉類制成熱反應肉味香精是很好的開拓途徑之一[1]。通過酶解肉類蛋白得到的酶解液可以與多種氨基酸、還原糖類等物質，在高溫下發生Maillard反應,產物具有濃郁、醇厚的香氣,可以增加肉制品的口感協調性。生姜作為傳統香辛料,適量添加能夠使肉制品味道更加鮮美、醇厚。微波加熱具有迅速、省時、經濟節能、保持食物原有風味和營養成分等優點[2]。焙烤加熱能夠使食品產生獨特風味,處理食品時水分不易流失,能夠實現多種烹調變化。

風味是衡量肉制品品質的重要因素,也是衡量肉味香精產品品質的重要指標,不同方式制備的香精產品,其風味成分各不相同[3],為了解各種肉制品及肉味香精產品的風味特征,國內外眾多學者對各種肉制品及其制備的肉味香精的揮發性成分進行了分析。秦剛等[4]通過偏最小二乘回歸和電子鼻，分析榮昌豬肉烤制加工過程中的揮發性風味物質,發現對其風味貢獻大的化合物有甲基硫化合物、吡嗪類化合物和呋喃類化合物及其衍生物;劉雅娜等[5]研究了微波復熱和烤箱復熱兩種方式對烤全羊食用品質及揮發性風味物質的影響,其結果表明，烤箱復熱烤全羊產生風味物質多且食用品質最好;張喆[6]等采用SPME結合全二維氣相色譜-飛行時間質譜對肉味香精的揮發性成分進行分析,發現其中對肉味香精風味貢獻較大的為醛類、雜環類及各物質中的含硫化合物;蘇里陽等[7]探究了紅外電熱烤箱烤制全羊的主要香氣成分,發現了芳香烴類是其主要揮發性風味成分;El-Shimi等[8]對微波爐中烹飪的牛肉進行感官評估表明,微波處理的樣品具有較高的風味評分;Mottram[9]對煮豬肉和烤豬肉的研究發現，源自熱氧化的醛、醇以及雜環化合物在揮發性成分中占主導地位;Meinert等[10]對油炸豬肉的揮發性風味特征分析得出，對油炸豬肉揮發性香氣成分貢獻大的是醛類化合物;Lotfya等[11]通過常規微波加熱法將蘑菇蛋白酶解物與其他香料前體制備的兩種牛肉樣香精通過GC-MS進行對比研究,發現樣品中含硫醇的化合物占主導地位。目前,對于微波和焙烤方式制備的肉味香精中揮發性風味成分的研究幾乎未見報道。

本研究選擇微波和焙烤兩種方式制備豬肉香精,以豬肉為主要原料,采用蛋白酶解技術,經Maillard反應制備豬肉風味香精,同時采用固相微萃取法(solid-phase micro extraction,SPME)結合氣相色譜-質譜(gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS)聯用技術和氣相色譜-嗅聞(gas chromatography -olfactometry,GC-O)技術對豬肉香精揮發性風味成分進行鑒定,對比分析兩種不同的熱反應方式對豬肉香精揮發性風味物質的差異性,旨在開發出更符合家庭菜肴的調味基料,為豬肉風味香精的工業化生產提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

豬后尖肉、生姜、桂皮、八角、肉蔻、小茴香、花椒 北京市永輝超市;中性蛋白酶(20萬U/g)、風味蛋白酶(20萬U/g)、木瓜蛋白酶(60萬U/g)、纖維素酶(2萬U/g) 廣西南寧龐博生物有限公司;葡萄糖、木糖、硫胺素(VB1)、半胱氨酸、谷氨酸、精氨酸、脯氨酸、核苷酸二鈉(I+G)(食品級) 冀州市華陽化工有限責任公司;酵母膏(食品級) 廣東一品鮮生物科技有限公司;水解植物蛋白液(HVP)(食品級) 河北保定味群食品工業有限公司;豬骨油(食品級) 撫順市獨鳳軒有限責任公司;C6～C30正構烷烴(色譜純) 國藥集團化學試劑有限公司;氮氣(體積分數99.9%) 北京氦普北分氣體工業有限公司。

G80F23CN3L-Q6(W0)格蘭仕微波爐 中國格蘭仕集團;809EB德普嵌入式電烤箱 北京德普廚房電器;75 μm Carboxen/PDMS固相微萃取頭 美國Supelco公司;TRACE-1310氣相色譜-質譜聯用儀 美國Thermo公司;GERSTEL-C200 ODP嗅聞儀 德國Gerstel公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 豬肉酶解液的制備 稱取豬瘦肉100 g,切成邊長2 cm左右的小塊,放入絞肉機中攪碎,按豬肉與水質量比為1∶1混勻,加熱攪拌,待溫度達到50 ℃時,加入0.1%的中性蛋白酶(0.1 g)、0.1%的木瓜蛋白酶(0.1 g)和0.2%的風味蛋白酶(0.2 g)(占豬瘦肉質量百分比)進行酶解,酶解1 h,酶解溫度50 ℃。酶解結束后迅速升溫至85 ℃,維持10 min滅酶活,冷卻至室溫,得到豬肉酶解液。

1.2.2 姜汁酶解液的制備 將生姜30 g切塊,放入榨汁機中進行打漿,按料液比質量比1∶1加水混勻,加熱攪拌,待溫度達到50 ℃,加入0.2%纖維素酶(0.06 g)(占姜質量百分比),酶解1 h,酶解溫度50 ℃。酶解結束后,迅速升溫至85 ℃,維持10 min滅酶活,冷卻至室溫,得到姜汁酶解液。

1.2.3 豬肉香精的制備 對本實驗室前期研究結果[12]進一步改進,得到了較優的熱反應配方為:豬肉酶解液18.75 g、姜酶解液0.40 g、豬骨油6.20 g、酵母膏0.90 g、HVP液1.35 g、葡萄糖5.00 g、D-木糖1.00 g、半胱氨酸0.73 g、谷氨酸0.73 g、精氨酸0.73 g、脯氨酸0.73 g、VB10.27 g、I+G 0.16 g、八角0.10 g、桂皮0.02 g、肉蔻0.10 g、小茴香0.20 g、花椒0.20 g。

微波制備的豬肉香精:將熱反應原料加入表面皿中，混合均勻放入微波爐中,在800 W條件下加熱3 min,得到香精樣品A1。

焙烤制備的豬肉香精:將熱反應原料加入表面皿中，混合均勻放入烤箱中,在220 ℃下加熱15 min,得到香精樣品A2。

1.2.4 SPME法提取揮發性風味成分 取香精樣品5 g,放入15 mL樣品瓶中,用聚四氟乙烯隔墊密封,60 ℃條件下水浴平衡30 min,插入SPME萃取纖維頭,頂空萃取1 h,然后在GC-MS進樣口解析5 min,進行氣質聯機分析。

1.2.5 GC-MS聯機的條件 GC條件:TG-WAXMS毛細管色譜柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm);進樣口溫度250 ℃;升溫程序:起始溫度40 ℃,保持1 min;以4 ℃/min升至100 ℃,保持1 min;以3 ℃/min升至150 ℃,保持1 min;再以6 ℃/min升至190 ℃,保持1 min;再以8 ℃/min升至230 ℃,保持1 min;載氣(He)流速1.00 mL/min,不分流進樣,進樣量為1 μL。

MS條件:電子轟擊(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50～550 m/z。掃描方式:全掃描,調諧文件為標準調諧。

1.2.6 GC-O條件 GC-O試驗由7位經過培訓的感官評價人員完成,每名評價人員對樣品進行嗅聞一次,記錄評價員在嗅聞過程中所聞到的香氣特征和對應的保留時間,結合GC-MS中揮發性風味物質對應的保留時間和保留指數，來確定嗅聞譜峰對應的化合物[13]。GC-O條件與GC-MS條件保持一致,將6位以上評價員都聞到的化合物選定為關鍵性風味成分[14]。

1.2.7 正構烷烴測定保留指數(rentation index,RI) 將正構烷烴作為標準物單獨進樣,進樣量0.1 μL,分流比100∶1。升溫程序和待測樣品條件一致。RI的計算公式如下[15]:

式中:n為碳原子的個數;t′(i)為待測組分的調整保留時間(min);t′(n)為具有n個碳原子的正構烷烴調整保留時間(min):t′(n+1)為具有n+1個碳原子的正構烷烴調整保留時間(min)。

1.3 數據處理

定性分析:揮發性物質的鑒定結果根據NIST12譜庫檢索和RI結合手動檢索來確定，以相似度和RI結合進行定性分析。

定量分析:采用面積歸一化法進行定量分析，以確定各揮發性成分的相對含量。

2 結果與分析

2.1 兩種樣品的總離子流圖譜

采用固相微萃取法,對微波和焙烤兩種不同熱處理方式制備的豬肉香精中揮發性成分進行GC-MS分析,微波制備的豬肉香精揮發性成分總離子流色譜圖如圖1所示,焙烤制備的豬肉香精揮發性成分總離子流色譜圖如圖2所示。

圖1 微波制備的豬肉香精揮發性風味成分總離子流色譜圖Fig.1 Total ion current of volatile flavor compounds of pork flavoring prepared by microwave

圖2 焙烤制備的豬肉香精揮發性風味成分總離子流色譜圖Fig.2 Total ion current of volatile flavor compounds of pork flavoring prepared by baking

2.2 微波和焙烤制備豬肉香精的風味物質

通過SPME法提取微波和焙烤制備的豬肉香精中揮發性風味成分,其GC-MS鑒定結果如表1所示。提取微波和焙烤制備的豬肉香精揮發性風味成分種類及相對含量如表2所示。嗅聞分析微波和焙烤兩種方式制備的豬肉香精主要揮發性風味成分如表3、表4所示。

表1 微波和焙烤制備豬肉香精揮發性風味成分的GC-MS鑒定結果Table 1 The GC-MS identification results of volatile flavor compounds of pork flavoring made by microwave and baking

續表

續表

表2 微波和焙烤制備豬肉香精的揮發性風味成分種類及相對含量對比結果Table 2 The results of kinds and relative contents of the volatile compounds of pork flavoring by microwave and baking

表3 嗅聞分析微波制備的豬肉香精關鍵香氣成分Table 3 Key aroma compounds of pork flavoring by microwave identified by GC-O

表4 嗅聞分析焙烤制備的豬肉香精關鍵香氣成分Table 4 Key aroma compounds of pork flavoring by baking identified by GC-O

由表1可以看出,采用SPME法結合GC-MS和GC-O技術在微波制備的豬肉香精中共鑒定出37種揮發性成分,包括烴類3種,醛類15種,醇類8種,酯類1種,酸類5種,雜環類3種,其它化合物2種。在焙烤制備的豬肉香精中共鑒定出44種揮發性成分,包括烴類7種,醛類14種,醇類6種,酯類4種,酮類1種,酸類6種,酚類2種,雜環類化合物2種,其它化合物2種。兩者中共同鑒定出的揮發性成分有24種,包括烴類2種,醛類11種,醇類4種,酸類3種,雜環類化合物2種,其它化合物2種。焙烤制備的豬肉香精揮發性成分中草蒿腦和茴香腦的含量明顯多于微波制備的。

由表2可知,相比于微波方式,焙烤制備的豬肉香精中揮發性風味化合物的種類較多。兩種方式制備的豬肉香精中醛類和其它類化合物的含量均較高,微波制備的豬肉香精揮發性成分中醛類、雜環類成分的含量明顯多于焙烤方式制備的豬肉香精。

烴類化合物在微波制備的豬肉香精中檢測到3種,而在焙烤中檢測到7種。兩種制備方式中均被鑒定出的有α-蒎烯、γ-衣蘭油烯。烴類化合物主要來源于脂肪酸烷基自由基的均裂[41],本研究鑒定出的烴類化合物主要是萜烯類化合物,這些萜烯類化合物呈味閾值較低,在辛香料中含量豐富,如豬肉香精制備過程中所用的生姜、花椒[42]。王強偉等[43]對鮮姜揮發性風味物質進行研究,檢測到α-蒎烯、雪松烯、反式-α-香檸檬烯、γ-欖香烯、γ-衣蘭油烯均為鮮姜中的主要揮發性成分,這些化合物在焙烤制備的香精中檢測到。于大勝等[44]在姜味物質的揮發性風味成分的提取分析中檢測到了α-法尼烯,本研究焙烤制備的香精中也檢測到。因此豬肉香精中檢測到的烴類化合物可能多數來源于配方中的生姜。

醛類化合物在微波制備的豬肉香精中共鑒定出15種,占總揮發性成分的19.55%,焙烤制備的豬肉香精中共鑒定出14種,占總揮發性成分的12.88%。兩種制備方式均鑒定出的醛類化合物有12種,分別為己醛、辛醛、壬醛、反-2-辛烯醛、苯甲醛、反-2-壬烯醛、反-2-癸烯醛、(Z)-3,7-二甲基-2,6-辛二烯醛、反,反-2,4-壬二烯醛、檸檬醛、反,反-2,4-癸二烯醛。向小樂等[45]研究了湘味烤乳豬在微波加熱、高溫烤箱、常壓水解和高壓蒸煮4種不同加熱工藝下對其風味形成的影響,得出烤箱熟化湘味乳豬肉由于醛類種類多、含量高，因而風味較好,而在本實驗中微波豬肉香精中檢測到的醛類成分較多;張莉莉等[46]采用SPME法鑒定了高壓制備的糖醋排骨香精中揮發性成分,結果表明，對糖醋排骨香精獨特風味可能具有貢獻的化合物有苯甲醛、糠醛、反-2-癸烯醛、反-2,4-癸二烯醛等。Wang Yao等[47]在對清燉豬肉湯香氣化合物的分析中檢測到反,反-2,4-壬二烯醛、壬醛。醛類化合物主要來自于脂肪氧化和氨基酸反應,油酸和亞油酸是豬肉中2種含量最豐富的脂肪酸,而辛醛、壬醛、反,反-2,4-癸二烯醛是亞油酸的主要揮發性氧化產物[48],烤箱溫度較高促進了脂肪的氧化。醛類化合物能夠賦予豬肉香精青香、果香和堅果的芳香氣味。己醛具有柑橘香、果香和蠟香,是ω-6不飽和脂肪酸-亞油酸的氧化產物,辛醛、壬醛有青草、脂肪香氣[6];苯甲醛含量較多具有杏仁、堅果香氣,可能是苯丙氨酸的降解產物,也可能與加入的香辛料有關[49];反-2-辛烯醛、反-2-壬烯醛、反-2-癸烯醛、反,反-2,4-壬二烯醛有青香、堅果、脂肪香氣;反,反-2,4-癸二烯醛有脂肪油炸氣味,可能與豬肉香精的制備方式有關。4-異丙基苯甲醛在微波制備的豬肉香精中被鑒定出,有枯茗和桂皮類似香辛料的香氣。在兩種方式制備的豬肉香精中,醛類化合物含量均較高,因其具有較低的閾值,因此對豬肉香精的整體風味具有重要貢獻。

醇類化合物在微波制備的豬肉香精中檢測到8種,占總揮發性成分的2.03%,焙烤制備的豬肉香精中檢測到6種,占總揮發性成分的3.24%。兩者揮發性成分中共有的醇類化合物有芳樟醇、1-辛醇、4-萜烯醇、松油醇,其中芳樟醇在有關姜和花椒揮發性成分分析中鑒定到[50-52],具有紫丁香與玫瑰等花香,這可能與本實驗添加的姜、花椒和茴香等香辛料有關;1-辛醇具有甜橙和玫瑰樣的脂蠟氣息,在脂解率較大的樣品中含量較高,這可能與本研究香精中添加的豬骨油在一定的溫度下分解有關[5];此外,在本研究中焙烤制備的豬肉香精中檢測到了1-辛烯-3-醇,具有蘑菇的特征風味,可能衍生自花生四烯酸的12-氫過氧化物,其閾值僅為0.001 mg/kg,但對整體香氣有重要貢獻,Mottram等[9]所報道的在煮豬肉中1-辛烯-3-醇有超高濃度,發現是其關鍵性風味成分。醇類的風味閾值較醛酮類高,對形成肉類風味具有一定的作用[53]。

酸類化合物在微波制備的豬肉香精中鑒定到5種,焙烤制備的豬肉香精中檢測到的酸類化合物有6種,兩種不同制備方式均鑒定出的酸類化合物是己酸、辛酸、壬酸,己酸具有甜香氣味;辛酸具有不舒適的氣味和焦糊味,但稀釋后呈水果香氣,存在于肉豆蔻、檸檬草、蘋果、葡萄酒中;壬酸具有青香、脂肪氣味。酸類物質的香味閾值較高,對香精的主要風味物質貢獻不大[54],但可以使本研究得到的產品風味更為愉悅柔和。

酯類化合物在微波制備的豬肉香精中鑒定到1種,占總揮發性成分的0.31%,烤箱制備的豬肉香精中檢測到4種,占總揮發性成分的0.59%。酯類化合物是由肌肉組織中脂肪氧化產生的醇和游離脂肪酸之間的相互作用形成的,通常呈現水果香味,可能來源于各種醇和酸的酯化作用[53]。在加熱的過程中，脂類物質發生熱降解,在熱降解的過程中形成酯、內酯[14]。本研究微波和焙烤制備的豬肉香精揮發性成分中酯類成分完全不同,這可能與這兩種制備方式的溫度和時間有關,在微波制備的豬肉香精中檢測到了乙酸蘇合香酯,而在焙烤制備的豬肉香精中檢測到了(Z)-9-十八碳烯酸己基酯、乙酸松油酯、花生四烯酸甲酯、2,5-十八碳二炔酸甲酯。這些酯類物質的揮發性較小,對本研究豬肉香精的整體風味貢獻意義不大。

微波制備的豬肉香精中未鑒定到酮類和酚類化合物,而在焙烤中檢測到了酮類化合物為胡椒酮,胡椒酮是天然存在的香料,有薄荷和樟腦的香氣[55],酮類化合物可能是醇的氧化產物,也可能是脂類分解的產物[56]。酚類鑒定出2種包括丁香酚和愈創木酚,其中丁香酚是丁香揮發油中最主要的風味物質,具有蜂蜜、辛香、煙熏香、熏肉樣香氣,愈創木酚具有煙草、甜香和草藥氣味[14]。顧小紅等[57]應用同時蒸餾萃取和固相微萃取兩種預處理方法,分析常壓制備牛肉香精中的揮發性成分,發現其特征性酮類化合物為四氫-2-甲基-3(2H)-呋喃酮,而在本研究中未鑒定到,這可能與制備方式有關。與醛類物質相比,酮類物質的嗅覺閾值較高,對豬肉香精的整體風味貢獻較小。

雜環類化合物(主要是含硫含氮化合物)在微波制備的豬肉香精中鑒定出3種,焙烤豬肉香精中鑒定出2種,共有成分為苯并噻唑和4-甲基-5-羥乙基噻唑,它們是硫胺素的熱降解產物[58],其中4-甲基-5-羥乙基是一種名貴的香料,具有堅果豆香、奶香、蛋腥氣和肉香。通過微波方式得到的豬肉香精揮發性成分中還鑒定出叔十六硫醇,它們可能形成自乙醛與甲硫醇、H2S和二甲基二硫化物[59]。含硫含氮化合物主要來源于氨基酸和還原糖之間的美拉德反應,氨基酸的降解和硫胺素的熱解,這類化合物的閾值較低,多具有肉香,對豬肉特征風味的形成起關鍵作用[60]。錢敏[52]等以豬肉酶解物、酵母抽提物、豬油、水、木糖、葡萄糖、半胱氨酸、甘氨酸、蛋氨酸、VB1為原料,利用SPME-GC-MS的方法分析了高壓制備的豬肉香精的揮發性成分,證明了呋喃、吡嗪、噻唑、噻吩類化合物是豬肉香精香氣的關鍵性特征成分,而通過微波和焙烤得到的豬肉香精這些成分大多都未檢測到,這可能與微波和焙烤的熱反應方式有關,也可能與制備豬肉香精的原料不同有關。

兩種不同制備方式得到香精產品中鑒定到茴香腦相對含量均最高,分別為24.50%、27.29%,因此,香辛料對于本研究制備的豬肉香精風味貢獻較大。茴香腦在香辛料中特別是八角、茴香中含量較多,是八角、茴香揮發性成分中的主要成分,其帶有甜味,具有茴香的特殊香氣[61],是豬肉香精重要的風味物質。此外在兩者中檢測到了草蒿腦,草蒿腦在八角、茴香等香辛料的揮發性成分中也檢測到,具有甜味和甘草、茴香的氣息,這些揮發性物質的產生與熱反應時加入的香辛料有關。

3 結論

微波制備的豬肉香精中共鑒定出37種揮發性成分,焙烤制備的豬肉香精中共鑒定出44種揮發性成分。焙烤制備的豬肉香精中的揮發性風味成分多于微波制備的,但微波制備的醛類和雜環類化合物的相對含量較高,在微波中為19.55%、4.43%,焙烤中為12.88%、0.88%,由于醛類和雜環類化合物對豬肉香精的風味貢獻較大,這使得微波制備的豬肉香精風味更加圓潤,香氣更加濃郁。兩者共同鑒定出的揮發性成分有24種,包括烴類2種,醛類11種,醇類4種,酸類3種,雜環類2種,其它化合物2種。兩種制備方式中鑒定出茴香腦的質量分數均最高,其次是醛類和雜環類化合物。本研究制備的豬肉香精關鍵性香氣物質為醛類和雜環類化合物。與焙烤方式制備的豬肉香精相比,微波方式制備的豬肉香精中主要揮發性風味成分較多,由此制備出的調味基料更接近廚房菜肴,這對于豬肉香精的工業化生產具有一定的指導作用。