不同犢牛肉加工產品中揮發性風味成分分析

郭進，孫學穎，杜梅，王丹，王惠汀，趙麗華，靳燁

（內蒙古農業大學食品科學與工程學院，內蒙古 呼和浩特 010018）

犢牛肉是指用全脂奶、脂肪乳、乳替代品或復合飼料飼養的公犢或淘汰的母犢的可食用肉[1]。近年來，我國牛肉產業發展迅速，造成牛肉短缺，進口肉牛和牛肉價格上漲。在國外，犢牛肉因其柔嫩多汁、滋味特殊、低脂肪、高蛋白且富含人體所需的各種氨基酸和礦物質以及高經濟價值被認為是優質蛋白的重要來源之一[1-2]，但在我國每年奶牛養殖過程中，奶牛和奶公犢被大量淘汰。目前，國外一些發達國家將犢牛肉作為中高端牛肉制品的原料，犢牛肉產業已經比較完善，但我國犢牛肉市場起步晚，主要研究集中于犢牛的飼喂方式[3]和奶公犢肉的品質[4]等方面，關于中高端牛肉制品的研發等方向較單一，且國內關于犢牛肉產品品質風味的研究鮮有報道。

食品的香氣和滋味等方面是直接影響感官特性、食品品質和消費者購買意愿的重要因素[5]，其風味受到肉類來源、肉類種類及加工工藝等因素的影響[6-7]。氣相色譜-質譜聯用（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）技術是用于食品行業中氣味分析的常用方法之一，具有靈敏度高、選擇性與重現性好、便捷等優點，已廣泛應用于食品風味的分析研究[8]。杜梅等[9]采用GC-MS技術對不同部位犢牛肉的風味物質進行鑒定，結果表明，犢牛肉的揮發性風味物質共有30種，主要為酮類、醛類和醇類，其中醛類多為不飽和醛。

電子鼻和電子舌是利用傳感器和電子感測模仿哺乳動物嗅覺和味覺機理的一種現代感官分析儀器，可快速精確表征食品樣品的整體滋味[10]。孫學穎等[11]利用固相微萃取－氣質聯用（solid phase microextraction-gas chromatography-mass，SPME-GC-MS）對 4 組羊肉發酵香腸樣品的揮發性風味進行測定，并結合電子鼻與電子舌技術進一步分析，結果表明，電子鼻技術可對發酵香腸樣品進行區分，而電子舌技術分類效果較差。

近年來，對各種食品揮發性風味成分的研究報道甚多，但在國內關于犢牛肉產品揮發性風味的研究鮮有報道。因此本研究以犢牛肉為主要原料，采用不同加工方式制作犢牛排、犢牛肉干和調理肉餅，運用電子鼻/電子舌與GC-MS技術對犢牛肉以及3種犢牛肉產品的揮發性風味成分進行檢測，為我國犢牛肉生產加工過程中的風味鑒定以及品質評價提供理論依據和數據參考，對于犢牛肉產品的開發生產與加工具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

犢牛里脊肉：內蒙古金源康生物工程有限公司。白砂糖、醬油、料酒、番茄粉、黑胡椒粉、食鹽、味精、變性淀粉、乙基麥芽酚、復合磷酸鹽（三聚磷酸鹽∶焦磷酸鹽=1∶1）、紅曲紅色素、VC：市售，均為食品級；亞硝酸鈉：上海麥克林生化科技有限公司。

1.2 儀器與設備

電子天平（BS210S）：北京賽多利斯儀器系統有限公司；氣質聯用儀（Thermo Trace 1300ISQ型）：美國熱電有限公司；便攜式電子鼻傳感器（PEN3）：德國Airsense公司；電子舌（SA402B）：北京盈盛恒泰科技有限責任公司。

1.3 方法

1.3.1 犢牛肉產品的制作

參照杜梅[12]的方法制作犢牛肉產品。

1.3.1.1 犢牛排的制作工藝

犢牛肉→解凍→修整→切片→腌制（4℃，1 h）→煎制→冷卻→包裝→成品。

腌制劑配方：食鹽1%，白砂糖1.5%，醬油2.0%，料酒10.0%，VC0.2%，亞硝酸鈉0.000 2%，番茄粉0.1%，復合磷酸鹽（焦磷酸鹽∶三聚磷酸鹽=1∶1）0.3%，黑胡椒0.2%。

1.3.1.2 犢牛肉干的制作工藝

犢牛肉→預處理→腌制（4℃，16 h）→烤制（2 h，50℃～90℃）→成熟（1 h，150℃）。

腌制劑配方：食鹽0.5%，亞硝酸鈉0.000 2%，葡萄糖0.1%，白砂糖0.5%，醬油0.5%。

1.3.1.3 調理犢牛肉餅的制作工藝

犢牛肉→預處理→輔料的配制→腌制（4℃，20 h～24 h）→成形→速凍（-18℃，12 h～14 h）→解凍→烤制（180℃，10 min）→成品。

腌制劑配方：食鹽2%、味精0.5%、醬油0.3%、VC0.03%、亞硝酸鈉0.000 2%，紅曲紅色素0.15%、變性淀粉12%、水20%。

1.3.2 電子鼻傳感器檢測

參照李雙艷等[13]的方法并略作修改，稱取5 g肉糜放入10 mL專用頂空瓶中60℃水浴，40 min后取出靜置10 min，運用電子鼻傳感器在25℃恒溫環境條件下對樣品進行檢測。電子鼻傳感器性能描述參考孫學穎等[11]的方法。

電子鼻條件：取樣間隔時間1 s，清洗時間90 s，信號采集時間為200 s（傳感器信號在60 s后基本穩定），零點修剪時間為1 s，每組樣品做3次平行重復。PEN3型電子鼻10種不同傳感器性能描述如表1所示。

表1 PEN3型電子鼻傳感器性能描述Table 1 Properties of sensor on PEN3 electronic nose

1.3.3 電子舌測定

參照范文教等[14]的方法并略作修改，取10 g肉樣切碎后置于錐形瓶中，加入100 mL 0.1 mol/L氯化鉀溶液，并在磁力加熱攪拌器上攪拌浸提30 min后過濾，將濾液收集倒入電子舌專用容器中，上機測定，每個樣品平行測定3次。電子舌傳感器經活化校準后在室溫下交替進行樣品采集與清洗，樣品數據采集時間為90 s，采集周期 1.0 s，采集延遲 0 s，攪拌速率 1 r/s，清洗（基準液）時間為336 s，截止時間為20 s。SA402B型電子舌5個傳感器（人工雙分子膜傳感器）的性能描述參考孫學穎等[11]的方法，如表2所示。

表2 SA402B型電子舌傳感器性能描述Table 2 Properties of sensor on SA402B electronic tongue

1.3.4 風味的測定

參照羅玉龍等[15]的方法稍作修改，采用固相微萃取法對樣品進行前處理，取5 g樣品置于20 mL頂空瓶中壓蓋，將老化后的SPME萃取頭插入樣品瓶頂空部分，于60℃吸附40 min，吸附后的萃取頭取出插入氣相色譜進樣口，于250℃解吸3 min～5 min，同時啟動儀器采集數據。采用內標法進行定量，測定內標物和各成分的峰面積和相對響應值，計算出各組分在樣品中的含量。

氣相色譜條件：DB-5毛細管色譜柱（60 m×0.32 mm×1.8 μm），解吸 5.0 min（100 μm PDMS 萃取頭和50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取頭解吸溫度為2℃；75 μm CAR/PDMS萃取頭解吸溫度為280℃），以不分流模式進樣。

升溫程序：色譜柱初溫40℃，以4℃/min的速度升至150℃，等溫保持3 min；再以5℃/min的速度升溫至200℃，保持1 min；然后以20℃/min的速度升溫至230℃，保持5 min，以氦氣為載氣，流速1.0 mL/min。

質譜條件：電離方式為電子轟擊源，電子能量70 eV，離子源溫度250℃，傳輸線溫度250℃，掃描質量范圍30～400 m/z，溶劑延遲時間為1 min。

定性與定量分析：將總離子流色譜圖中的每個峰通過計算機檢索并根據Wiley710和NISTDEMO標準譜庫進行數據對比，當匹配度＞800時被保留作為鑒定依據，采用峰面積歸一化法計算每種揮發性化合物的相對百分含量，單位為AU/g。

1.4 統計分析

采用SIMCA-P進行主成分分析，數據顯著性分析選用SPSS 22.0軟件完成。所有數據表示為平均值±標準差，平均值采用Duncan氏法進行多重比較，顯著水平為 P＜0.05。

2 結果與分析

2.1 電子鼻分析犢牛肉和3組犢牛肉產品揮發性成分

通過電子鼻對犢牛肉和3組犢牛肉產品中的揮發性風味進行直觀的分類，電子鼻雷達分析圖譜如圖1所示。

圖1 犢牛肉及不同犢牛肉產品的電子鼻雷達分析圖譜Fig.1 Radar map analysis of calf and different calf products by electronic nose

由圖1可知，犢牛肉和3組犢牛肉產品在傳感器W1S、W1W、W2S和W5S均具有較高的響應值，說明甲基類、硫化物、醇醛酮類和氮氧化合物是犢牛肉產品中主要的揮發性風味物質，其中，W1W、W1S和W2S傳感器對犢牛肉和3組犢牛肉產品的響應值差異較大，說明犢牛肉和3組犢牛肉產品揮發性風味在硫化物、甲基類、醇類和醛酮類物質成分及含量差異較大；而W3S、W5S和W6S傳感器響應值在不同加工方式處理組之間幾乎重疊，說明犢牛肉和3組犢牛肉產品中長鏈烷烴、氮氧化合物和氫化物的組成和含量基本相似。與犢牛肉相比，犢牛肉產品中甲基類、醇類和醛酮類物質種類及含量降低，其主要是由加工過程脂肪氧化水解以及糖類的美拉德反應導致的[16]；而犢牛肉干中的硫化物種類及含量高于其他組，說明烘烤工藝促進美拉德反應；犢牛排與調理肉餅揮發性風味組成與含量相似，其中硫化物種類及含量卻低于犢牛肉，可能是熟制工藝抑制美拉德反應所致[16]。

主成分分析目的是將數據降維，把多方面變量轉化為幾個主成分，并將非必要信息消除以保證所含信息利用率高[17]。圖2為犢牛肉和3組犢牛肉產品電子鼻主成分分析（principal component analysis，PCA）二維圖。

圖2 犢牛肉及不同犢牛肉產品電子鼻PCA二維圖Fig.2 Two-dimensional map of e-nose PCA of calf and different calf products

從圖2可以看出，第1和第2主成分貢獻率分別為62.0%和28.2%，總貢獻率達90.2%（超過85%），涵蓋了樣品的大部分信息，可用其代表犢牛肉和3組犢牛肉產品的電子鼻整體信息。在PCA模型中，犢牛肉與3組犢牛肉產品可沿PC1軸分開，可見經過不同加工方式處理后犢牛肉產品與犢牛肉風味差異較大；犢牛肉與犢牛肉干分別聚類于不同象限，而犢牛排與調理犢牛肉餅位于同一象限且聚類在二維空間的區域距離較近，表明犢牛肉以及3組產品之間氣味上有一定差別，而犢牛排與調理犢牛肉餅電子鼻特征較為相似，這與之前電子鼻雷達圖特征信息一致。此外，由犢牛肉和3組犢牛肉產品在二維空間內的區域距離可知，犢牛肉和3組犢牛肉產品的風味差異較大，表明電子鼻技術結合PCA可將犢牛肉與3組犢牛肉產品分類。

2.2 電子舌分析犢牛肉和3組犢牛肉產品滋味成分

通過電子舌技術對犢牛肉和3組犢牛肉產品的滋味進行評價。SA402B電子舌共有5個傳感器，根據犢牛肉和3組犢牛肉產品在5個傳感器上的響應值繪制出味覺雷達圖如圖3所示。

圖3 犢牛肉及不同犢牛肉產品的電子舌雷達分析圖譜Fig.3 Radar map analysis of calf and different calf products by electronic tongue

由圖3可知，犢牛肉和3組犢牛肉產品滋味輪廓變化不同，苦味、澀味、回味苦、回味澀、鮮味、豐富度和咸味傳感器的響應值基本一致。此外，與犢牛肉相比，犢牛肉產品在豐富度傳感器上的響應值在一定程度有所增加，酸味和甜味傳感器的響應值呈顯著性差異（P＜0.05）。這可能是由于加工過程中蛋白質和脂肪降解以及微生物的作用導致[18]，而犢牛肉和3組犢牛肉產品在甜味傳感器上的差異可能是由于加工過程中白砂糖等輔料的添加造成的。

犢牛肉和3組犢牛肉產品電子舌PCA二維圖如圖4所示。

圖4 犢牛肉及不同犢牛肉產品電子舌PCA二維圖Fig.4 Two-dimensional map of e-tongue PCA of calf and different calf products

從圖4可知，主成分PC1和PC2的貢獻率分別是47.7%和35.4%，累積貢獻率為83.1%（超過70%），可表達犢牛肉和3組犢牛肉產品滋味的主要信息。3組犢牛肉產品在二維空間上有聚集趨勢，與犢牛肉組的區域距離較遠，表明犢牛排、犢牛肉干與調理犢牛肉餅3種產品在滋味上較相似，與犢牛肉有一定差別。且犢牛排與調理犢牛肉餅在二維空間的距離最近，表明二者的滋味較為相似。犢牛肉和3組犢牛肉產品可通過電子舌結合PCA在二維空間聚類分離，結果表明利用電子舌對產品滋味進行分類判別可行。

2.3 犢牛肉及其3組犢牛肉產品的主要揮發性風味組成

通過GC-MS對犢牛肉以及3組犢牛肉產品進行檢測，共檢測出36種揮發性風味物質，主要包括：酸類（4種）、酯類（3種）、醛類（9種）、醇類（8種）、酮類（24種）、烴類（7種）、其它（3種），其物質含量見表3。

表3 犢牛肉及不同犢牛肉產品的揮發性風味物質相對含量Table 3 Relative content of volatile compounds in calf and different calf products

酸類風味物質主要源于肉制品中的有機酸以及在0℃～4℃環境中的糖酵解產生的乳酸，也可能是脂肪中的甘油三酯發生水解反應而產生的，4組樣品中酸類風味物質占總揮發成分的1.41%～9.76%，以己酸和乙酸為主。犢牛肉及3組犢牛肉產品的乙酸差異顯著（P＜0.05），可能是因為腌制劑不同所導致的。己酸又被稱為羊油酸，可由己醛進一步氧化而來，鄧大川等[19]研究發現己酸和己醛對兔肉腥味有直接影響，乙酸賦予產品酸醋味。犢牛排和調理犢牛肉餅在經過加工后分別增加了1.44×106AU/g和 8.74×105AU/g的異戊酸，異戊酸有刺激性酸敗味，但高度稀釋后則有甜潤的果香，以及篤斯越橘樣的香味。

酯類風味物質主要是通過脂肪酸分解、酶促反應和醇酯化等途徑產生的[12]，占總揮發性風味物質的0.14%～1.16%，其中，犢牛肉中檢測到的3-丁烯基異硫氰酸酯在其他3組產品中并未檢測到，其具有辛辣且濃郁的味道[20]，表明通過不同處理的犢牛肉產品中的辛辣味被降低。

醛類風味物質主要來自脂肪氧化水解、微生物作用以及糖類的美拉德反應，其占總揮發性成分的20.25%～46.37%，是犢牛肉產品的主體揮發性風味物質，其中犢牛肉干和調理犢牛肉餅中醛類物質最多，達到7種。3組犢牛肉產品共有的揮發性風味物質以己醛、庚醛和壬醛為主，其中犢牛肉組的己醛僅占總揮發性物質的1.17%，其他3組占總揮發性物質的10.27%～29.80%，表明經過加工處理后的犢牛肉產品主要揮發性風味物質為己醛。己醛是亞油酸自動氧化作用產生的氫過氧化物斷裂后生成的物質，具有青草香味；庚醛具有魚腥味；壬醛具有脂肪香氣[21]。

醇類風味物質是脂質氧化或者羰基化合物還原生成的醇類物質[22]，醇類化合物的風味比較柔和，通常賦予產品芳香、植物香、酸敗和土氣味[23]，占總揮發性風味的4.21%～20.28%。與犢牛肉相比產品組中2，3-丁二醇和1-辛烯-3醇含量顯著增加（P＜0.05），1-辛烯-3醇具有發酵香和蘑菇香，2，3-丁二醇具有令人愉快的香氣，對產品的整體風味品質具有重要影響。

酮類風味物質主要來源于不飽和脂肪酸的氧化降解、醇類的氧化以及酯類的降解[24]，占總揮發性成分的2.35%～9.89%，以3-羥基-2-丁酮為主。3-羥基-2-丁酮是經檸檬酸代謝產生二乙酸轉化而來，具有清香奶香味[25]。

烴類風味物質是脂肪氧化的次級產物，含量隨著脂肪酸的組成不同而存在較大的差異[26]，占0.64%～8.30%，對產品整體風味影響較小，其中犢牛肉組未檢測到烴類。

其他物質以醚類為主，醚類是產品揮發性風味物質的重要組成部分，大多數會產生強烈而愉快的香氣，尤其是含有苯環的醚類物質[27]，占總揮發性風味物質的0.84%～3.05%，其中以茴香腦為主。

不同犢牛肉產品中揮發性風味成分韋恩圖見圖5。

圖5 犢牛肉及不同犢牛肉產品中揮發性風味成分韋恩圖Fig.5 Wayne diagram of volatile flavor components in calf and different calf products

由圖5可知，犢牛肉與3組犢牛肉產品中檢出8種共有物質，包括乙酸、己醛、庚醛、壬醛、1-辛烯-3-醇、正己醇、3-羥基-2-丁酮和茴香腦，表明以上化合物可能是犢牛肉系列產品中風味的主要成分；犢牛排、犢牛肉干和調理犢牛肉餅中有3種相同成分，分別為戊醛、2，3-丁二醇和萘，是犢牛肉加工產品的主要風味成分。犢牛肉中檢測出特有成分有3種，包括L-精氨酸、己酸和3-丁烯基異硫氰酸酯，其中己酸含量最高，對犢牛肉的風味有貢獻作用；在犢牛肉干中有5種特有成分，分別是辛醛、癸醛、己醇、癸烷和正戊烷，其中辛醛、己醇和正戊烷含量較高，占犢牛肉干總揮發性風味成分的13.9%，對犢牛肉干的風味有關鍵貢獻作用；調理犢牛肉餅中檢測到1種特有成分為2-己烯醛，具有綠葉香味。

3 結論

本試驗采用電子鼻/電子舌與GC-MS技術對犢牛肉和3組犢牛肉產品中揮發性風味進行鑒定、分析和區分，研究其風味物質變化規律。研究結果表明：電子鼻和電子舌技術結合雷達圖譜和PCA分析可以更直觀地對犢牛肉和3組犢牛肉產品的風味進行差異分析，均可實現對犢牛肉原料及產品的快速區分；基于GC-MS技術分析鑒定出36種揮發性風味物質，其中犢牛肉組、犢牛排組、犢牛肉干組和調理肉餅組分別檢測出14、19、26和23種揮發性成分，韋恩圖分析表明，乙酸、己醛、庚醛、壬醛、1-辛烯-3-醇、正己醇、3-羥基-2-丁酮和茴香腦為犢牛肉系列產品中風味的主要成分，而戊醛、2，3-丁二醇和萘構成3組犢牛肉加工產品的主要風味成分。綜上，不同加工方式對犢牛肉產品具有一定影響，本研究可為我國犢牛肉的生產加工過程中的風味鑒定以及品質評價提供理論依據和數據參考，對于犢牛肉產品的開發生產與加工具有重要意義。