廣式燒鴨不同加工階段揮發性風味成分研究

蔣平香,戴欣瑋,王勤志,*,滕建文,夏 寧,韋保耀

(1.桂林市食品藥品檢驗所,廣西桂林 541002；2.廣西大學輕工與食品工程學院,廣西南寧 530004)

鴨肉富含多種人體必需的鉀、鐵、銅、鋅等微量元素,同時具有高蛋白、低脂肪、低膽固醇等特點,是人們非常喜愛的動物類烹飪食材[1],除此之外,鮮鴨還被廣泛地加工成鹽水鴨、醬鴨、板鴨以及烤鴨等各類產品,其中廣式燒鴨因其皮脆肉香、味道醇厚、肥而不膩、滋味濃郁而深受廣大消費者喜愛。

風味是評價肉制品品質的重要指標,已有很多學者對此進行了研究。目前,國外對鴨肉的風味報道極少[2],國內的研究主要集中在板鴨[3]、南京鹽水鴨[4-5]、北京烤鴨[6-7]、醬鴨[8]等鴨肉制品的揮發性風味物質的組成上,而關于廣式燒鴨揮發性風味物質的研究較少。目前,戴欣瑋等研究了不同的加工方式(炭烤和電烤)對廣式燒鴨揮發性風味成分的影響,發現炭烤燒鴨香味總量大于電烤燒鴨[9]。在不同的加工階段,鮮鴨中的脂肪、蛋白質、碳水化合物會發生脂肪氧化、Strecker降解、Maillard反應與硫胺素反應等,產生各種揮發性風味物質,對燒鴨風味產生重要影響,而針對廣式燒鴨加工過程中揮發性風味成分的變化研究還較鮮見。因此本文將重點研究廣式燒鴨加工過程中揮發性風味成分種類和含量的變化以及這些變化對不同階段燒鴨風味產生的影響。

本文利用頂空固相微萃取(Headspace Solid Phasse Micro-Extraction,SPME)技術對廣式燒鴨加工過程中產生的風味成分進行提取和濃縮,并結合氣相色譜-質譜(GC-MS)法進行鑒定。同時,采用氣味活性化合物分析和主成分分析法,對傳統廣式燒鴨加工過程中揮發性風味成分進行了跟蹤分析,探討基本變化規律,為廣式燒鴨的品質評價提供重要的參數,為燒鴨的質量控制、質量標準建立和烤制工藝優化提供重要的理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

櫻桃谷凈鴨 新食記食品有限公司提供,體重約為2.0 kg的冷凍鴨;2-甲基-3-庚酮標準品和C5～C30系列正構烷烴 色譜純,Sigma公司。

固相微萃取裝置,75 μm CAR/PDMS(57318)萃取纖維頭 美國SUPELCO公司;7890A-5975C氣質聯用儀 美國Agilent公司;W-80型高速萬能粉碎機 北京永光明;沖氧空氣壓縮機 市售;YKL-800旋轉烤爐 上海連富機械;VS2660真空包裝機 深圳愛博士實業有限公司;冰箱 合肥美菱股份有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 工藝流程 原料鴨→吹氣→燙皮→掛糖→晾皮→烤制→冷卻→燒鴨

操作要點:原料鴨,解凍,清洗干凈;吹氣,使原料鴨的皮肉分離;燙皮,溫度為80 ℃,時間為7～8 s;掛糖,用糖水將鴨皮表面沖淋數遍;晾皮,溫度約50 ℃,時間為10～15 min;烤制,放入炭烤爐里,按以下程序進行烤制:Ⅰ段(165±5) ℃(15 min)→Ⅱ段(190±10) ℃(10 min)→Ⅲ段(215±5) ℃(10 min),冷卻,即為燒鴨成品。

選取12只櫻桃谷鴨,平均分成4組,按照上述的操作流程進行烤制。1組為生料段的鴨樣,2組為烤制Ⅰ段時的鴨樣,3組為烤制Ⅱ段時的鴨樣,4組為烤制Ⅲ段時的鴨樣。分別在每段烤制程序結束后,將燒鴨冷卻至室溫,分離出胸、背部的鴨樣,混合均勻,用聚乙烯袋真空包裝,于-20 ℃冷凍儲藏。為避免鴨樣風味改變,用液氮將凍藏鴨樣制成泥粉狀樣品,供SPME萃取。

1.2.2 揮發性風味化合物的提取 將75 μm CAR/PDMS萃取頭在氣相色譜儀的進樣口300 ℃老化1 h。將鴨樣放入頂空小瓶內,添加1 mL的2-甲基-3-庚酮[7]和5 mL的飽和氯化鈉溶液,于55 ℃水浴中磁力攪拌,取老化好的萃取頭插入頂空瓶中萃取60 min,然后將萃取針頭插入GC-MS 進樣器中解析5 min,抽回纖維頭后拔出萃取頭,同時啟動儀器采集數據。

1.2.3 儀器條件 a.氣相色譜條件:為有效分離和鑒別不同風味化合物,防止兩種或多種化合物在同一柱子上重疊而造成漏檢、誤撿現象,故分別使用非極性柱HP-5MS(30 m×250 μm×0.25 μm)和極性柱HP-INNOWax(30 m×250 μm×0.25 μm)進行分析[10],采用不分流模式;

b.升溫程序:非極性柱HP-5MS,起始40 ℃,保持2 min,以5 ℃·min-1升至90 ℃,再以6 ℃·min-1升至180 ℃,10 ℃·min-1升至260 ℃保持5 min,最后以10 ℃·min-1升至280 ℃;極性柱HP-INNOWax,起始35 ℃,保持2 min,以5 ℃·min-1升至125 ℃,再以3 ℃·min-1升至155 ℃,保持2 min,10 ℃·min-1升至250 ℃保持5 min。

c.質譜條件:離子源200 ℃,EI電離源,電離電壓70 eV,燈絲電流150 μA,掃描質量范圍30～500 m/z。

1.2.4 定性定量分析

1.2.4.1 定性 將分離出來的未知化合物與NIST Library(NIST08)譜庫匹配,初步定性匹配度大于800(最大值1000)的化合物;以C5～C30系列正構烷烴作為參照標準品,以參照標準品和化合物保留時間計算所得的卡瓦茨保留指數(KI),結合相關文獻對風味化合物進行輔助定性[9]。其中KI的計算公式如下:

式(1)

式(1)中,N為正構烷烴的碳數,t′R(X)為目標峰保留時間,t′R(N)為目標峰前一個相鄰正構烷烴峰的保留時間,t′R(N+1)為目標峰后一個相鄰正構烷烴峰的保留時間。

1.2.4.2 定量 揮發性化合物定量包括兩種:a.采用峰面積歸一化法計算各組分的相對含量;b.采用內標法半定量,以2-甲基-3-庚酮為內標,按式2計算出揮發性化合物的質量濃度,單位為μg·g-1。

式(2)

式中,Ci和Ai、Cs和As分別代表分析物、內標物的質量濃度和峰面積。

1.2.4.3 氣味活性值(OAV)計算 通過查閱文獻[11-14],找出各揮發性化合物的閾值,根據氣味活性值=質量濃度/閾值進行計算。在既定條件下0.11,表明該組分可能對總體氣味有直接影響,且在一定范圍內OAV越大,影響越大[15-16]。

數據處理和繪圖采用SPSS 18.0和Origin 8.6軟件。

2 結果與分析

2.1 不同加工過程中廣式燒鴨風味成分分析

表1、表2為廣式燒鴨不同烤制階段的揮發性風味化合物種類和含量。經SPME-GC-MS分離鑒定的揮發性化合物共有95種,這些物質可歸類為烴類、醇類、醛類、含硫含氮雜環類、酮類、醚類、酯類和酸類。由表1和表2可知,各階段中揮發性化合物的種類有所不同,其中生料段為55種,烤制Ⅰ段為67種,Ⅱ段為74種,Ⅲ段為69種,各階段共有化合物39種,如烴類中二氯甲烷、苯、甲苯等;醇類中1-戊醇、1-辛烯-3-醇等;醛類中己醛、庚醛、苯甲醛等;含硫含氮雜環類中二甲基二硫醚、噻吩;酮類中2,3-辛二酮、樟腦;醚類中乙醚,酯類中乙酸乙酯、己酸戊酯等,酸類中乙酸、己酸。隨著烤制程序的進行,揮發性化合物的種類由生料段中的55種增加至Ⅲ段的69種,增加了14種,增加的物質主要為含硫含氮雜環類和呋喃類化合物,其中含硫含氮雜環類如2,5-二甲基吡嗪,其可能來源于含硫氨基酸和肽的熱降解,呋喃類如糠醇、2-乙酰基呋喃等。由此推測,這些增加的揮發性化合物可能是廣式燒鴨具有良好風味的原因之一。此外,生料段中特有的化合物為鄰異甲苯、萜品油烯、芳樟醇和3-甲基噻吩,這些物質可能來源于植物飼料或腌制過程中的香辛料。

表1 廣式燒鴨各烤制段的揮發性成分及含量(n=3,μg·g-1)Table 1 Volatile components and contents of the Cantonese roast duck in different processing stages(n=3,μg·g-1)

續表

續表

續表

除了種類不同,不同烤制階段中總的揮發性化合物的含量也有所不同。從表1和表2可知,隨著高溫烤制的進行,揮發性風味化合物的含量不斷增加,其中生料段含量最低為21.51 μg·g-1,Ⅰ段為41.69 μg·g-1,Ⅱ段為52.26 μg·g-1,Ⅲ段含量最高達79.75 μg·g-1,其中明顯增加的揮發性化合物有烴類、醛類和含硫含氮類,其含量分別由生料段13.97 μg·g-1增加至Ⅲ段的49.87、2.21 μg·g-1增加至14.08 μg·g-1、0.15 μg·g-1增加至4.47 μg·g-1。最后,不同的烤制階段中各類揮發性化合物的比例也有所不同。

表2 傳統廣式燒鴨烤制過程中揮發性風味物質的變化(n=3)Table 2 Changes of flavor volatiles in traditional CRD in roasting(n=3)

其中主要為己酸、乙酸和2-戊基呋喃、糠醛等;烤制Ⅲ段后的含硫含氮雜環類和酯類物質相對含量較高于其它三段,分別為5.61%、4.40%,主要為2,5-二甲基吡嗪、2,3,5-三甲基吡嗪、乙酸甲酯、乙酸乙酯等。此外,烴類物質的相對含量在各階段均較高,分別達64.95%、42.74%、43.59%和62.53%,這主要是燒鴨在灌糖時使用了多種天然香辛料,導致各階段烴類物質的種類和含量均較多。然而相對含量高的物質對燒鴨的整體風味貢獻度并不一定大,因為有些化合物的氣味閾值較高,不容易讓人識別,因此這就需要結合相應的氣活性值才能更好地評價各揮發物對燒鴨風味的貢獻度。

2.2 風味組分OAV值結果

對已檢測出的不同階段的燒鴨揮發性化合物進行氣味活性分析,具體結果如表3和圖1所示。其中,表3為不同烤制階段中氣味活性組分OAV值的變化情況。由表3可知,隨著烤制程序的進行,氣味活性化合物的種類逐漸增加,即由生料段的16種增加至Ⅲ段的30種,各不同烤制階段共有的活性組分有15種,其中萘、己醛、二甲基二硫醚以及乙酸乙酯在所有烤制階段中的OAV值都大于100,說明這4種組分對廣式燒鴨整體香氣有極明顯的影響;1-辛烯-3-醇、庚醛、辛醛、壬醛、癸醛、2,3-辛二酮在所有烤制階段中的OAV值都大于10,說明這6種組分對廣式燒鴨整體香氣有很明顯的影響;甲苯、1R)-(+)-α-蒎烯、D-檸檬烯、(Z)-2-庚烯醛、(E)-2-辛烯醛在所有烤制階段中的OAV值都大于1,說明這5種組分對廣式燒鴨整體香氣有一定的影響。此外,部分揮發性化合物是烤制到一定階段才具有OAV值,如1-辛醇、(Z)-2-辛烯-1-醇、戊醛、(E)-2-己烯醛、苯甲醛、(E,E)-2,4-壬二烯醛、2,4-癸二烯醛、(E,E)-2,4-庚二烯醛以及1-辛烯-3-酮是烤制至Ⅱ段時才具有OAV值,說明這9種組分對Ⅱ段的燒鴨風味有很大的影響;對二甲苯、苯乙醛、2-甲基吡嗪和3-甲硫基丙醛是烤制Ⅲ段時才具有OAV值,說明這9種組分對Ⅲ段的燒鴨風味有很大的影響。同時,隨著烤制的進行,部分活性組分的OAV值也逐漸增加,甚至達到活性峰值。從表3可看出,燒鴨從生料段烤至Ⅲ段時,達到峰值的活性組分逐漸增多,具體表現為:生料段有1R)-(+)-α-蒎烯和D-檸檬烯2種活性組分達到峰值;Ⅰ段只有癸醛1種活性組分達到峰值;Ⅱ段有甲苯、1-庚醇、1-辛烯-3-醇、庚醛、(Z)-2-庚烯醛、辛醛、壬醛、(E)-2-癸烯醛等11種活性組分達到峰值;Ⅲ段有戊醛、己醛、(E)-2-己烯醛、苯乙醛、(E)-2-辛烯醛、(E,E)-2,4-壬二烯醛、2,4-癸二烯醛、(E,E)-2,4-庚二烯醛等11種活性組分達到峰值。其中,各段達到峰值的活性組分主要為醛類物質,這可能是醛類物質的閾值低,烤制過程中含量迅速增加,因此更容易達到活性峰值。

表3 傳統廣式燒鴨氣味活性組分OAV值在烤制過程中的變化(n=3)Table 3 OAV changes of OACs in traditional CRD in roasting(n=3)

圖1 傳統廣式燒鴨烤制過程中的各類揮發性風味物質OAV值(n=3)Fig.1 OAV value of different classes of flavor volatiles in traditional CRD roasting(n=3)

圖1為不同烤制階段活性化合物的OAV總值以及各烴類、醇類、醛類等風味化合物OAV值的變化情況。從圖1中的A～G可知,隨著烤制程序的進行,烴類、醇類、醛類、酮類、含氮含硫化合物、酯類以及呋喃類的OAV值均呈增加趨勢,且在烤制Ⅲ段時最大。這具體表現為:經Ⅲ段烤制后,醛類化合物的OAV值是生料段的7.48倍;酮類化合物的OAV值是生料段的741倍;此外,呋喃類化合物在生料段時沒有表現出氣味活性值,當經Ⅲ段烤制后達最大為30。同時,從圖1H可知,隨著燒鴨烤制程序的進行,活性化合物OAV總值呈增加趨勢,如生料段的OAV總值為2086,當烤制Ⅲ段時,OAV總值分別增加1.47、23.86倍和24.48倍。由此可知,經過Ⅱ段和Ⅲ段的高溫烤制后,燒鴨風味得到明顯增強,這與感官結果一致,即生鴨樣只有腥味和金屬味,而成品燒鴨具有濃郁的烤肉香味。這可能是燒鴨烤制至Ⅱ段和Ⅲ段時,烤爐內溫度高達190～215 ℃,使得燒鴨體內的水分和香辛料很快漲沸,整個鴨體形成了“外燒內煮”的烤制模式,燒鴨中的蛋白質、脂肪和碳水化合發生脂肪氧化、美拉德反應[17]、Strecker降解等[18],產生大量的揮發性化合物如烴類、醇類、酮類、醛類等。此外高溫烤制也有利于各揮發性組分之間發生化學反應及其相互作用,進一步增強了燒鴨的烤制風味。

2.3 主成分分析

為更好的研究不同烤制階段廣式燒鴨揮發性物質的變化差異,對表3中33種氣味活性組分的OAV值進行了主成分分析,相關矩陣特征值如表4所示。從表4可知,廣式燒鴨共抽提出4個主成分(特征值>1),分別解釋了總方差的88.169%,基本保留了原始變量的信息。其中,PC1代表了33種組分的20種,具體為1-辛烯-3-醇、(E)-2-癸烯醛、乙酸乙酯、1-辛醇、(Z)-2-辛烯-1-醇、苯甲醛、(E,E)-2,4-壬二烯醛、2,4-癸二烯醛、己醛、辛醛、戊醛、庚醛、1-庚醇、2-甲基吡嗪、(E)-2-己烯醛、2,3-辛二酮、2-戊基呋喃、甲苯、2,4-癸二烯、3-甲硫基丙醛(按成分載荷有大到小排列);PC2代表了4種活性組分,具體為壬醛、(E,E)-2,4-庚二烯醛、對二甲苯、蒎烯。

表4 風味揮發物OAV數據相關矩陣特征值Table 4 Correlation matrix eigenvalues offlavor volatile OAV data

根據風味物原始數據的標準化矩陣、前兩個主成分的特征值和因子載荷矩陣,計算得到廣式燒鴨的第一、第二主成分得分,以第一主成分為橫坐標、第二主成分為縱坐標,將廣式燒鴨的樣本投影到該坐標系上,作出主成分二維得分散點圖(圖2)。從圖2A可知,不同烤制階段的樣品分布在不同的象限,燒鴨的生料段與Ⅰ段較為相近地分布于PC1的負半軸,說明兩者的風味成分較為接近。燒鴨的Ⅱ段活性組分和Ⅲ段活性組分分別占據了第四象限和第一象限,說明兩者的風味各不相同,同時也與生料段和Ⅰ段的風味相差較大。隨著不同烤制段的溫度和時間的增加,Ⅱ段和Ⅲ段的風味物質不斷產生并積累,最終形成了風味濃郁的廣式燒鴨成品。

圖2 傳統廣式燒鴨各階段樣本OAV數據主成分散點圖Fig.2 PCA biplot of OAV data of the samples oftraditional CRD in different stages注:圖2B中,編號:30:1-辛烯-3-醇,49:(E)-2-癸烯醛,77:1-辛烯-3-酮,32:1-辛醇,33:(Z)-2-辛烯-1-醇,44:苯甲醛,51:(E,E)-2,4-壬二烯醛,52:(E,E)-2,4-癸二烯醛,40:己醛,45:辛醛,39:戊醛,42:庚醛,29:1-庚醇,59:2-甲基吡嗪,41:(E)-2-己烯醛,74:2,3-辛二酮,90:2-戊基呋喃,10:甲苯,53:2,4-癸二烯醛,62:3-甲硫基丙醛,48:壬醛,55:(E,E)-2,4-庚二烯醛,11:對二甲苯,17:1R)-(+)-α-蒎烯。

結合圖2和表3可知,經過Ⅱ段和Ⅲ段高溫烤制后,廣式燒鴨性的活組分不斷增加,同時還產生了一些能夠表征不同烤制階段的特征性風味活性組分。其中,廣式燒鴨Ⅱ段的特征性風味活性組分主要是(E,E)-2,4-壬二烯醛、己醛、戊醛、(E)-2-己烯醛、1-辛烯-3-酮、辛醛、(E)-2-辛烯-1-醇;燒鴨Ⅲ段的特征性香氣活性組分主要是1-庚醇、1-辛烯-3-醇、苯甲醛、庚醛、2-甲基吡嗪、1-辛醇、2,3-辛二酮、2-戊基呋喃、對二甲苯。Ⅱ段中的特征性風味活性組分主要由醛類和酮類組成,它們一起構成了燒鴨的油脂氣味,這與劉源等的研究結果一致[5]。其中,直鏈的醛類來源于脂肪酸的氧化,如己醛、戊醛和辛醛,它們一起構成了清香、油香、脂香和牛脂香味[19]。(E,E)-2,4-壬二烯醛具有油炸食品的脂香味,也是鹽水鴨的重要活性組分[4]。1-辛烯-3-酮是由脂質加熱的氧化產物,具有植物芳香的氣味[27]。燒鴨Ⅲ段的特征性風味活性組分由醛類、酮類、醇類以及雜環化合物等構成,具有令人愉快的烤肉香。在燒鴨炭烤至Ⅲ段時,溫度高達215 ℃左右,高溫誘導美拉德反應產生一些雜環化合物如2-甲基吡嗪,2-戊基呋喃等[28],這些雜環化合物可能使燒鴨形成烘烤風味,其中2-甲基吡嗪具有爆米花香、烤香以及堅果香[24],2-戊基呋喃具有火腿香味。因此,不同階段表現出的特征性風味活性組分賦予炭烤廣式燒鴨不同烤制的獨特風味。

3 結論

為研究不同烤制階段廣式燒鴨風味的變化規律,解釋成品燒鴨風味濃郁的原因,本試驗利用HS-SPME-GC-MS技術分析了廣式燒鴨的生料段、烤制Ⅰ段、Ⅱ段和Ⅲ段的揮發性風味成分的差異。對廣式燒鴨不同烤制階段的風味成分分析可知,烤制Ⅲ段的揮發性風味成分的含量(79.75 μg·g-1)遠高于其它三段(21.51～52.26 μg·g-1);對不同烤制階段的揮發性化合物進行活性組分分析得出,隨著烤制程序的進行,活性組分的種類和OAV值逐漸增加,其中烴類、醇類、醛類、酮類、含氮含硫化合物以及脂類等活性組分的OAV值在烤制Ⅲ時最大,其總活性組分是生料段的24.48倍;此外,不同烤制階段共有的活性組分有15種,其中,萘、己醛、二甲基二硫醚以及乙酸乙酯、1-辛烯-3-醇、庚醛、辛醛、壬醛、癸醛、2,3-辛二酮對廣式燒鴨整體香氣有很明顯的影響;對活性組分進行主成分分析得出,第一、第二主成分能夠很好地區分不同烤制階段的揮發性風味化合物,烤制Ⅰ段和生料段的風味較為接近,烤制Ⅱ段和Ⅲ段的風味差別較大,其中(E,E)-2,4-壬二烯醛、己醛、戊醛、(E)-2-己烯醛、1-辛烯-3-酮、辛醛、(E)-2-辛烯-1-醇是廣式燒鴨Ⅱ段的特征性風味活性組分;1-庚醇、1-辛烯-3-醇、苯甲醛、庚醛、2-甲基吡嗪、1-辛醇、2,3-辛二酮、2-戊基呋喃、對二甲苯是廣式燒鴨Ⅲ段的特征性風味活性組分。綜上所述,燒鴨不同烤制階段揮發性成分含量及特征風味差異明顯,研究結果可為廣式燒鴨工藝改進提供一定的理論依據和參考。