反復燉煮雞湯中揮發性物質的指紋圖譜分析

杜 超,戚 軍,蔡瑩暄,張 浩,張慶永,劉登勇,6,*

(1.渤海大學食品科學與工程學院,生鮮農產品貯藏加工及安全控制技術國家地方聯合工程研究中心,遼寧錦州 121013; 2.安徽農業大學茶與食品科技學院,安徽合肥 230036; 3.渤海大學化學化工學院,遼寧錦州 121013; 4.濟南海能儀器股份有限公司,山東濟南 250000; 5.山東德州扒雞股份有限公司,山東德州 253000; 6.江蘇省肉類生產與加工質量安全控制協同創新中心,江蘇南京 210095)

在各種類型肉制品中,適于雞肉的加工方式主要有腌制、烘烤、煎炸、煙熏和醬鹵[1],其中醬鹵是最具中國特色的加工方式[2],以“四大名雞”(德州扒雞、符離集燒雞、道口燒雞、溝幫子熏雞)為典型代表。醬鹵加工中所用的老湯是“四大名雞”歷久彌新的主要原因,前期關于雞湯風味形成研究中發現,隨著反復鹵煮次數的增加,由于熱抽提作用,雞湯中可溶性滋味物質不斷積累,這些物質主要來源于肉中糖原、游離氨基酸和呈味核苷酸的熱遷移[3-4]。加熱強度越劇烈,雞湯中鮮味物質遷移量越多[5-6]。醬鹵老湯反復燉制過程中,由于湯中滋味物質含量越來越多,到達一定程度后,湯中滋味與肉中滋味的傳質過程達到平衡,這解釋了醬鹵老湯加工出的肉制品滋味較好的原因[3]。在醬鹵鹵湯的研究中,隨著反復鹵煮次數的增加,湯中風味前體物不飽和脂肪含量增加[7]。此外,鹵湯中風味物質主要來源于脂肪氧化以及添加的香辛料,其中脂肪氧化反應主要貢獻于肉制品的肉香味。另一方面,醬鹵老湯具有冷卻凝膠的特性,主要是其溶解的明膠所致[8],明膠具有較強的結合風味能力,這些因素影響鹵湯中風味物質含量的變化規律。鑒于醬鹵鹵湯基質中大分子物質以及小分子風味物質較為復雜,其中大分子物質來源原料肉,小分子風味物質主要來源于原料肉前體物氧化以及香辛料,且課題組前期已經對其進行了系列研究,為了排除香辛料等的影響,弄清雞肉對老湯形成及品質穩定的影響,有必要設計“雞肉+雞湯”反復燉煮模擬體系,探尋傳統醬鹵鹵湯中大分子物質變化及其對肉香味風味物質的影響。

隨著科技的發展和社會的進步,食品風味研究方法已經受到許多學者的關注,目前肉品的揮發性風味物質測定方法主要是氣相色譜-質譜聯用技術(GC-MS),具有樣品用量少、無需大量化學試劑、色譜分離率高等特點,同時存在前處理復雜、時間長、靈敏性較低等特點,同時該方法對于極性相近的物質和同分異構體分辨率較差,并且樣品前處理較復雜且耗時[9-10]。GC-IMS作為一種新的聯用技術,發揮了高效的分離速率、無需樣品前處理和操作簡單等特點,甚至微量揮發性風味物質在短時間內也能被檢測到[11-12];該儀器對化合物高度敏感,可檢測到如醇類、醛類、酯類、酮類以及芳香類等化合物[13];已在判別冷凍肉貯藏時間以及肉品品質等方面大量應用。

因此,本文利用氣相-離子遷移譜構建雞湯特征風味指紋圖譜,并研究不同鹵煮次數雞湯揮發性物質的變化規律,以期為醬鹵鹵湯的香味形成以及肉制品的風味物質調控提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

華北柴雞 日齡100 d的公雞,活雞均重800 g,山東德州扒雞股份有限公司;娃哈哈水 錦州萬達超市;2-丁酮(2-Butanone)、2-戊酮(2-Pentanone)、2-己酮(2-Hexanone)、2-庚酮(2-Heptanone)、2-辛酮(2-Octanone)、2-壬酮(2-Nonanone)等所有分離用有機溶劑 均為國產分析純,濃度均為1 mg/L,國藥公司。

SCCWE 102G型萬能蒸箱 德國Rational公司;YT-100型液體真空包裝機 山東小康機械有限公司;S2A-818型絞肉機 九陽股份有限公司;Flavour Spec型氣相離子遷移譜聯用儀 德國G.A.S.公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品制備 雞湯制備參考Qi等[14]的方法,共取168只雞,分為4組,用于燉煮雞湯。宰后24 h去頭、去爪、雞脖后胴體雞肉重在(500±50)g之間。用刀沿雞背均勻把雞胴體分為兩半后放入蒸煮袋中,精確調整肉重為500 g,加入娃哈哈水,肉水比為1∶4 (w/w),真空包裝。當蒸箱溫度達到99 ℃時,將蒸煮袋放入蒸箱中,當蒸箱溫度再次達到99 ℃時,開始計時,計時1 h。重復上述燉制程序20次,雞湯循環使用,雞肉每次更新。燉制結束后,蒸煮袋冰水降溫,待冷卻至室溫,取出雞肉和多余湯汁,確保剩余湯汁為2000 g,剩余湯汁用于下一次燉制,多余湯汁用于GC-IMS的測定。試驗中分別取燉煮第(1、3、5、7、10、15、20)次后的雞湯樣品進行下一步分析。

1.2.2 揮發性物質測定 稱取4.5 g雞湯樣品至20 mL頂空瓶中,封口。每份樣品3個重復,用于GC-IMS分析。

1.2.3 GC-IMS測定條件 色譜柱類型:FS-SE-54-CB-1(15 m×0.53 mm,1 μm),柱溫60 ℃,采用自動頂空進樣,進樣體積500 μL,孵育時間20 min,孵育溫度65 ℃,進樣針溫度85 ℃,孵化轉速500 r/min,載氣/漂移氣為N2,分析時間 30 min。流速:初始2 mL/min,保持2 min后在10 min內線性增至15 mL/min,在20 min內增至100 mL/min,之后再30 min內增至150 mL/min。

1.3 數據處理

使用儀器配套的分析軟件LAV(Laboratory Analytical Viewer)以及GC-IMS Library Search軟件內置的NIST2014 數據庫和IMS數據庫對特征風味物質進行定性分析,運用LAV中Reporter構建揮發性物質的差異圖譜,運用Gallery插件生成揮發性有機物指紋圖譜。

2 結果與分析

2.1 燉煮過程中雞湯的GC-IMS分析

圖1是由LAV分析軟件中的Reporter插件程序制作的燉煮過程中雞湯的3D對比圖。從色彩角度觀察,不同燉煮次數的雞湯GC-IMS譜圖具有一定的相似性,很難直觀地進行區分。圖2是將圖1的三維GC-IMS譜圖投影到二維平面上的頂視圖,可直接比較不同燉煮次數雞湯風味物質差異。縱坐標表示保留時間,橫坐標表示漂移時間,紅色垂直線表示反應離子峰(reaction ion peak,RIP,歸一化后漂移時間為7.79～7.81 ms),離子峰兩側的每個點代表一種揮發性有機物,顏色的深淺表示含量的高低。紅色的斑點在200～400 s的保留時間內更多,揮發性物質在500～800 s變化明顯,一種化合物可能會產生一個、兩個或多個斑點(代表單體、二聚體或三聚體),具體取決于它們的濃度和性質。

圖1 燉煮過程中雞湯的GC-IMS三維譜圖比較Fig.1 Comparison of GC-IMS three dimensionalspectra of chicken broth during stewing

圖2 燉煮過程中雞湯的GC-IMS二維譜圖比較Fig.2 Comparison of GC-IMS two dimensional spectra of chicken broth during stewing

圖1和圖2中明顯地看出雞湯樣品隨著燉煮次數的改變,揮發性風味物質的種類和濃度也會隨之變化。由圖2可以看出,燉煮過程中雞湯樣本特征揮發性組分可通過GC-IMS分離,具有各自不同的GC-IMS特征譜圖信息。隨著燉煮次數的增加,燉煮過程中揮發性風味物質含量會增加或減少,并且產生新的物質,如圖中方形和圓圈區域,這可能是由于燉煮過程中持續的脂質氧化,會使部分風味物質含量大大增加[15]。此外,在燉煮過程中,伴隨著雞肉中風味物質遷移到雞湯中,使雞湯中的風味物質含量增加并且產生一些新的物質。因此,雞湯中揮發性化合物的增加或減少可歸因于雞湯的脂肪氧化和風味物質的遷移。若要進一步觀察,需要轉換成指紋圖譜進行對比。

2.2 燉煮過程中雞湯揮發性成分的鑒定

通過比較特征性物質保留時間和遷移時間,使用外標正酮C4～C9作為參考計算每種揮發性物質的保留指數,通過GC-IMS庫進行匹配從而對揮發物質進行定性。如圖3,用數字標記出的點代表定性出的一種揮發性風味物質。由于目前軟件內置的NIST 2014氣相保留指數數據庫與G.A.S.的IMS遷移時間數據庫二維定性數據庫還不夠完善,所以可以明確定性的揮發性物質有57種單體及部分物質的二聚體,主要包括醇類8種、酮類4種、醛類10種、酯類3種、烴類2種,其他類1種,酸類4種,含氮化合物2種。單體、二聚體的化學式和CAS號都相同,僅形態不同,結果如表1,圖3中數字編號與表1中物質一一對應。

圖3 燉煮過程中雞湯的離子光譜Fig.3 Ion spectrum of chicken broth during stewing注:數字是確定的揮發性成分。

表1 燉煮過程中雞湯的揮發性化合物的定性分析Table 1 Qualitative analysis of volatile compounds in chicken during stewing

續表

2.3 燉煮過程中雞湯特征風味氣相-離子遷移譜(GC-IMS)指紋圖譜分析

圖4 燉煮過程中雞湯揮發性有機物的指紋圖譜Fig.4 Fingerprint of volatile organic compounds in chicken broth during stewing

為了更加直觀地對比燉煮過程中雞湯的揮發性有機物組分的差異性,選取每個試樣重復3次所得GC-IMS二維圖譜中所有的待分析峰,生成指紋圖譜。如圖4、圖5所示,每一行代表一個樣品,每一列代表不同樣品中相同的揮發性物質,指紋圖譜上有兩個相同名字的是單體和二聚體。通過圖4對比指紋圖譜可以看出,燉煮過程中雞湯樣本特征風味有各自的特征峰區域(A、B、C、D、E、F、G),同時也有共同的風味區域。A區域為燉煮第1次特征峰區域,主要包括2-辛酮、乙酸丁酯、(E,E)-2,4-庚二烯醛、2-甲基丁醇、丙酸乙酯和庚醛等12種特征物質;B區域為燉煮第3次的特征峰區域,主要包括乙酸丁酯、(E,E)-2,4-庚二烯醛、2-甲基丁醇、丙酸乙酯、庚醛、正己醇、1,8桉葉油醇、2-甲基丁醇、甲苯、苯乙醇、壬醛、丙酸、丁酸、乙酸、辛酸、1-戊醇等43種特征物質;C區域為燉煮第5次的特征峰區域,主要的特征物質包括乙酸丁酯、(E,E)-2,4-庚二烯醛、2-甲基丁醇、丙酸乙酯、庚醛、2-辛酮、壬醛、丙酸、丁酸、乙酸、辛酸、1-戊醇、蒎烯、2-庚酮、甲基丙醛、2-甲基丙醇和丁醛等36種;D區域為燉煮第7次特征峰區域,隨著燉煮次數的增加,也產生了一些新的物質,主要的特征物質包括乙酸丁酯、(E,E)-2,4-庚烯醛、2-甲基丁醇、丙酸乙酯、庚醛、2-辛酮、壬醛、丙酸、丁酸、乙酸、辛酸、1-戊醇、蒎烯、2-庚酮、甲基丙醛和2-甲基丙醇等34種;E區域為燉煮第10次特征峰區域,主要特征物質包括乙酸丁酯、(E,E)-2,4-庚烯醛、2-甲基丁醇、丙酸乙酯、庚醛、壬醛、丙酸、丁酸、乙酸、辛酸、1-戊醇、蒎烯、2-庚酮、甲基丙醛、2-甲基丙醇和丁醛、1,1-二乙氧基乙烷、甲苯、己醛、三甲基吡嗪、戊醛、戊二酮、戊酮、2,4,5-三甲基噻唑、2,6-二甲基吡嗪、(E)-2-己烯醇和2-苯基乙醇等55種;F、G區域為燉煮第15次和20次區域特征峰區域,主要包括庚醛、壬醛、丙酸、丁酸、乙酸、辛酸、1-戊醇、蒎烯、2-庚酮、甲基丙醛、2-甲基丙醇和丁醛、1,1-二乙氧基乙烷、甲苯、己醛、三甲基吡嗪、戊醛、戊二酮、戊酮、2,4,5-三甲基噻唑、2,6-二甲基吡嗪、(E)-2-己烯醇和2-苯基乙醇、乙酸丁酯等68種特征物質,揮發性風味物質種類和濃度變化不明顯,說明鹵湯趨于平穩,這一結果與劉登勇等[16]的老湯燉煮16次達到穩定結果相似。可以看出,醛類、酮類和醇類是以上7個樣品主要特征性風味物質的種類,主要是雞湯經過長時間的燉煮發生脂質氧化和美拉德反應[17],與Mottram[18]的研究結果相一致。所有的樣本共有的風味物質定性出的有乙酸、乙酸乙酯和戊醛,并且含量相差不大,說明這些物質在燉煮過程中較穩定。

圖5 燉煮過程中雞湯揮發性有機物的指紋圖譜Fig.5 Fingerprint of volatile organic compounds in chicken broth during stewing

為了方便分析,將指紋圖譜分為兩個部分,見圖5A、5B所示,將特征峰強度值進行分類,具體分析燉煮過程中雞湯特征風味物質種類和含量的差異。燉煮過程中有代表性的揮發性風味物質于圖5A的a區域和圖5B的c區域,紅色區域內的物質種類較豐富,但是下降幅度最大,甚至最后消失。醛類物質主要來自于脂肪氧化[19],隨著燉煮次數的增加,產生了戊醛、己醛、苯甲醛、(E,E)-2,4庚二烯醛、庚醛和3-甲基丁醛等醛類物質且濃度逐漸增大,賦予雞湯濃重的肉香味[20],是產生肉香的主要原因,與Gasser等的研究結果相一致[21]。戊醛具有果香氣息[22],己醛是亞油酸降解形成的[23-24],3-甲基丁醛來源于Strecker降解[25],呈油脂氣味,由于其具有較低的香氣閾值,是雞肉重要的風味物質[26]。燉煮過程中風味物質含量最高的是醛類、醇類和酮類,這一結果與其他雞湯揮發性化合物的報道一致[27]。燉煮過程中產生己醛含量較高,與Takakura等[28]報道的結果一致。

如圖5B的c區域所示,2-辛酮、乙酸丁酯、(E,E)-2,4-庚烯醛、2-甲基丁醇、丙酸乙酯和庚醛的起初濃度比燉煮多次后濃度更高,燉煮過程中,其含量不斷下降,2-辛酮逐漸消失,酮類來自于美拉德反應和脂肪降解[29]。2-甲基丁醇和丙酸乙酯的變化一致,在燉煮第3次時信號較強,在燉煮15次以后較弱。燉煮過程中均含有酯類化合物,丙酸乙酯和乙酸丁酯濃度逐漸增加,具有酯香氣息。醇類主要來自不飽和脂肪的氧化,不飽和醇的閾值較低,對雞湯風味影響較大。2-甲基丁醇、2-甲基丙醇、1-戊醇和(E)-2-己烯醇等醇類物質濃度在燉煮第5次逐漸增大,對雞湯風味形成有重要作用,Zhang等[30]研究高溫和低溫模式對雞湯風味的影響,也檢出庚醛、苯甲醛和1-戊醇,與本文結果相似。與此同時,如圖a區域,三甲基吡嗪、2,4,5-三甲基噻唑和2,6-二甲基吡嗪在燉煮第10次開始產生,隨著燉煮次數的增加,濃度逐漸增加,這是因為氨基酸熱降解產生噻唑類、吡嗪類以及一些含硫化合物[31-32],它們都是對肉香味形成具有重要作用的香味化合物。烴類物質中甲苯隨燉煮次數的增加濃度逐漸增加,對雞湯風味有一定的修飾作用。

3 結論

本研究通過GC-IMS在燉煮過程中共鑒定出57種揮發性化合物,包括一些物質的二聚體。其中醇類、酮類、醛類的物質濃度較高,占主導地位,同時有少量含氮化合物。燉煮過程中主要揮發性化合物包括甲基丙醛、3-甲基丁醛、丁醛、戊醛、己醛、庚醛、(E,E)-2,4-庚二烯醛、(E)-2-辛烯醛、壬醛和1-戊醇,其主要來源于脂肪氧化,在燉煮過程中,伴隨著雞肉中風味物質遷移到雞湯中,使雞湯中的風味物質含量增加或減少,甚至產生一些新的物質,說明反復鹵煮顯著影響雞湯風味。燉煮15次后,雞湯的揮發性物質含量趨于平穩,基本達到穩定狀態,說明鹵湯鹵制到多次后趨于穩定。本實驗可以很好地為雞湯風味的研究提供理論依據和數據支持。