牛肝不同脫腥方法比較及腥味物質分析

羅進,馬玉琴,余群力*,仝林,孔祥穎,朱瀟鵬,曹暉

1(甘肅農業大學 食品科學與工程學院,甘肅 蘭州,730070)2(內蒙古科爾沁牛業股份有限公司,內蒙古 通遼,028000) 3(青海省海北藏族自治州農牧綜合服務中心,青海 海北,812200) 4(張掖市萬禾草畜產業科技開發有限責任公司,甘肅 張掖,734000) 5(陜西秦寶牧業發展有限公司,陜西 寶雞,721000)

牛肝營養豐富,含有多種礦物質和活性物質等,易被吸收利用,具有增強人體免疫力、預防貧血、癌癥等功效,是一種優質的資源[1-2]。隨著消費者生活水平的提高,人們對牛肝產品提出了更高的要求。牛肝腥味物質的存在給牛肝加工利用帶來了不利的影響[3-4]。因此,牛肝的脫腥技術成為制約牛肝深加工利用的重要因素。

目前的脫腥方法,主要有物理法、化學法、生物法和復合法。化學脫腥法易產生化學殘留,故不宜在食品中應用[5]。物理脫腥技術主要分為:超濾法、掩蓋法、輻照法、微膠囊技術等,其中,掩蓋法較為常見,主要通過干擾離子的存在狀態來去除腥味。周若琳等[6]研究發現,魚與生姜提取液料液比為1∶3,15 ℃浸泡30 min時,對草魚的去腥效果最佳。生物脫腥法是利用微生物將腥味化合物代謝轉化為無腥味化合物,被認為是一種較低成本脫腥的方法[7]。于學萍等[8]研究表明,酵母添加量為 1.2%,在35 ℃下發酵45 min,對豪豬肝的脫腥效果最好。段振華等[9]研究表明,羅非魚碎肉酶解液以2.5%酵母,在35 ℃發酵30 min;然后加入2.5% β-環糊精,在65 ℃反應30 min復合法處理的脫腥效果最好。在超聲處理中,超聲的空化效應會破壞腥味物質與肉的結合,加速腥味物質的脫除[10]。張坦等[11]對牡蠣ACE肽采用殼聚糖進行脫腥研究,可達到顯著的脫腥脫脂和雜質去除效果。然而,關于探究牛肝脫腥的技術缺乏系統性的報道,且超聲+多糖復合法脫腥對于脫腥效果尚未見報道。

本研究以新鮮牛肝為研究對象,分別采用蔥-姜提取液掩蓋法、面包酵母發酵法、活性干酵母+β-環糊精復合法及超聲+殼聚糖復合法對牛肝進行脫腥處理,采用感官評價協同硫代巴比妥酸(thiobarbituric acid,TBA)值作為牛肝脫腥效果的評價指標,并以GC-MS技術對不同處理的牛肝進行揮發性成分分析,解析牛肝樣品間揮發性組成差異,以期對牛肝原料腥味的風味組成進行探究,為牛肝的風味改善技術和深加工利用提供一定的理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮牛肝,購自張掖市萬禾草畜產業科技開發有限責任公司,源于隨機選取生長發育良好、健康無病、3歲體重質量(550±50) kg左右的西門塔爾雜交肉牛6頭。

無水乙醇、氯化鈉、三氯乙酸等均為分析純,成都科隆化工廠;仲-辛醇(色譜純,GC≥99.5%),北京索萊寶科技有限公司;面包酵母、高活性干酵母,安琪酵母股份有限公司;β-環糊精、殼聚糖,上海源葉生物科技有限公司。

1.2 儀器與設備

AUW220D電子天平,島津儀器(蘇州)有限公司;UV-6100S紫外可見分光光度計,上海美譜達儀器有限公司;WE-H4-21KR高速冷凍離心機,蘇州威爾實驗用品有限公司;HUAXI-1000D超聲波破碎儀,上海華璽科學儀器有限公司;7890A-5975C氣相色譜-質譜聯用儀,美國安捷倫公司;HS-SPEM裝置、50/30 μm二乙基苯/碳分子篩/聚二甲基硅萃取頭,美國Supelco公司;OV-1701色譜柱,美國Agilent Technologies公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 樣品采集及前處理

試驗牛宰前均按照《牛羊屠宰產品品質檢驗規程》(GB 18393—2001),禁食24 h和禁水3 h處理后,通過宰前檢驗檢疫合格后,依據《畜禽屠宰操作規程 牛》(GB/T 19477—2018)進行屠宰。屠宰后1 h內取樣,用蒸餾水沖洗表面的血液,剔除筋膜外的脂肪,瀝干水分后,放入聚乙烯包裝袋內于-18 ℃條件下貯藏備用。

1.3.2 四種不同脫腥方法的條件

1.3.2.1 蔥-姜提取液掩蓋法脫腥

蔥、姜提取液的制備:參考王珺等[12]的方法,并稍做修改。

蔥、姜提取液掩蓋法脫腥:采用蔥-姜提取液掩蓋法對牛肝脫腥處理,研究不同提取液配比(體積比3∶1～1∶3)、浸泡時間(20～40 min)和料液比(1∶1～1∶5)對牛肝脫腥效果的影響。

1.3.2.2 面包酵母發酵法脫腥

采用面包酵母對牛肝脫腥處理,研究不同添加量(0.6%～1.4%)、發酵溫度(25～45 ℃)、發酵時間(30～50 min)對牛肝脫腥效果的影響。

1.3.2.3 活性干酵母+β-環糊精復合法脫腥

采用活性干酵母+β-環糊精復合對牛肝脫腥處理,研究活性干酵母不同添加量(0.6%～1.4%)、發酵溫度(20～40 ℃)、時間(30～50 min)、β-CD的添加量(0.6%～1.4%)和反應溫度(25～45 ℃)對牛肝脫腥效果的影響。

1.3.2.4 超聲+殼聚糖復合法脫腥

殼聚糖溶液的制備:參考張坦等[11]的方法。

研究不同的超聲功率(200～600 W)、超聲時間(4～12 min)、料液比(1∶8～1∶12)、殼聚糖溶液(3 g/L)與牛肝質量比(1∶1～1∶5)和反應時間(25～45 min)對牛肝脫腥效果的影響。

1.3.3 TBA值的測定

參考 FIEGO等[13]的方法并稍做修改。

1.3.4 腥味值

參考于學萍等[8]的方法并稍做修改。由10位食品專業的感官評價員(5男、5女)組成評定小組,將腥味程度分成6個等級,以雙蒸水作為參照(分值為0分)。腥味值為10人評定小組的平均得分。具體評價標準見表1。

表1 牛肝脫腥值感官評價表Table 1 Sensory evaluation of bovine liver deodorization value

1.3.5 揮發性風味物質的測定

參考師希雄等[14]的方法并稍做修改,準確稱取10 g樣品、2 g NaCl于40 mL配有硅膠密封墊圈的玻璃瓶內,在90 ℃水浴鍋中平衡10 min。然后插入SPEM萃取頭,頂空萃取30 min,萃取完成后,于250 ℃的GC-MS進樣口解吸5 min。

GC條件:使用毛細管色譜柱 OV-1701(30 m×0.25 mm,0.25 μm),起始溫度35 ℃,保持5 min,以5 ℃/min 的速率上升至250 ℃保持10 min,運行58 min;載氣(He),流速1.0 mL/min,不分流進樣。

MS條件:EI 離子源:70 eV,離子源溫度230 ℃,傳輸線溫度為250 ℃,四級桿溫度為150 ℃,掃描質量m/z為40～600,全掃描模式。

1.3.6 揮發性風味物質分析

定性分析:根據所得譜圖與NIST 14 譜庫檢索比對定性分析。

定量分析:采用內標法進行半定量分析,內標為2-辛醇,質量濃度為88.01 μg /L。風味物質含量計算如公式(1)所示:

揮發性物質含量/(μg/kg)=

(1)

1.3.7 相對氣味活度值(relative ordor activity value,ROAV)計算

參考劉登勇等[15]的方法,ROAV值計算如公式(2)所示:

(2)

式中:Ci和Cmax分別表示各揮發性組分和對樣品總體風味貢獻最大揮發性組分的相對含量,%;Ti和Tmax表示各揮發組分和對樣品總體風味貢獻最大組分的揮發性組分的感覺閾值,μg/L。

1.3.8 感官評價

參考ZHU等[16]研究并略作修改。采用描述性感官分析方法,從食品科學與工程學院招募了10 名成員(5名男性,5名女性,20～30 歲),均通過了符合ISO 8586—1標準(1993)的篩選測試。在培訓后,“酯味”、“果味”、“草味”、“金屬味”和“異味”被確定為5種感官屬性的描述詞。這5 種被定義為感官屬性的參照物如下:酯味(14.42 g/L 己酸乙酯溶液)、水果味(切碎的橘子、檸檬、椰子和黃瓜)、青草味(新割的青草)、金屬味(0.10%氯化鉀溶液)、和異味(1.0%丙二醇中的二甲基二硫化物)。這些屬性按10分制進行評價(從最低強度0到最高強度10)。所有的樣品都以一式三份進行評估。

1.4 數據分析與處理

2 結果與分析

2.1 蔥-姜提取液掩蓋法脫腥

由表2可知,隨著蔥-姜提取液配比、浸泡時間和料液比的逐漸增加,TBA值和腥味值均呈先下降后上升的趨勢,當蔥-姜提取液的配比為1∶1(體積比)、浸泡時間為30 min和料液比為1∶3時,TBA值和腥味值均達到最小值。這與周若琳等[6]認為生姜提取液以固液比1∶3浸泡30 min,對草魚的去腥效果最佳結果一致。掩蓋法是采用蔥、姜中的有機成分與腥味物質反應,達到去腥增香的作用。但當浸泡時間過長或料液比過高時,TBA值和腥味值會隨之增大,這可能是由于其中的有機成分逐漸減少,與腥味物質相互作用減弱或活性降低,不能很好地脫除或掩蓋腥味。

表2 蔥-姜提取液對牛肝脫腥效果的影響Table 2 The effect of shallot-ginger extract on the deodorization effect of bovine liver

2.2 面包酵母發酵法脫腥

由表3可知,隨著酵母添加量的逐漸增加,TBA值和腥味值呈先下降后上升的趨勢,當酵母添加量為1.0% 時,TBA值和腥味值均達到最小值,與于學萍等[8]實驗結果一致。當酵母添加量過高時,易產生異味;過低時,不能充分與腥味物質發生反應,從而達不到脫腥效果。隨著發酵溫度的逐漸升高,TBA值和腥味值呈先下降后上升的趨勢,當酵母發酵溫度為35 ℃時,TBA值和腥味值均達到最小值,與付湘晉[17]實驗結果一致,這是因為酵母發酵需要適宜的溫度,溫度過低酵母活性受到抑制,溫度過高時酵母活性受到破壞而導致脫腥效果變差。隨著發酵時間的延長,TBA值和腥味值呈先下降后上升的趨勢,當酵母發酵時間為40 min時,TBA值和腥味值均達到最小值。當發酵時間大于40 min時,則使酵母滅活或過度發酵導致異味物質增加而不是減少[18]。綜上可知,牛肝酵母脫腥的最佳工藝為:酵母添加量為1.0%、發酵溫度為35 ℃、發酵時間為40 min。

表3 面包酵母對牛肝脫腥效果的影響Table 3 Effect of baker′s yeast on the deodorization effect of bovine liver

2.3 活性干酵母+β-環糊精復合法脫腥

由表4 可知,隨著β-CD添加量、處理溫度的增加,TBA值和腥味值均呈先降低后上升的趨勢,當添加量為1.0%時,TBA值和腥味值均達到最小值,與林日高等[19]的研究結果一致;當處理溫度為35 ℃時,TBA值和腥味值均達到最小值,故選擇處理溫度為35 ℃。活性干酵母+β-環糊精復合脫腥處理的TBA值和腥味值顯著低于面包酵母發酵法(P<0.05),可能是由于在酵母的作用下腥味物質濃度降低;然后通過β-CD 的分子包埋作用,進一步降低了腥味物質的含量, 同時,包埋酵母本身氣味和部分代謝產物, 達到了更好的脫腥效果。綜上可知,牛肝活性干酵母+β-環糊精復合脫腥的最佳工藝為:酵母添加量為1.0%、發酵溫度為35 ℃、發酵時間為40 min、β-環糊精添加量為1.0%、處理溫度為35 ℃。

表4 活性干酵母+β-環糊精復合處理對牛肝脫腥效果的影響Table 4 Effect of combined treatment of active dry yeast+β-CD on deodorization effect of bovine liver

2.4 超聲+殼聚糖復合法脫腥

由表5 可知,隨著超聲功率、時間和料液比的增加,TBA值和腥味值均呈先下將后上升的趨勢,當超聲功率為500 W、超聲時間為8 min時,TBA值和腥味值均最小。這可能是由于超聲功率過高或時間過長,易導致水溶性蛋白溶出,營養價值降低;超聲功率過低或時間過短,脫腥作用不明顯。當料液比為1∶10時,TBA值和腥味值均最小。這是因為當料液比過小時,產品熟化較快,產品品質不易控制;若過多,則易造成能源浪費。隨著殼聚糖添加量增加、反應時間的延長,TBA值和腥味值均呈先下降后上升的趨勢,當添加量為1∶3時,TBA值和腥味值均最小,與張坦等[11]研究結果一致。當反應時間為35 min時,TBA值和腥味值均最小,當反應時間大于35 min時,TBA值差異不顯著(P>0.05),故選擇最佳反應時間為35 min。綜上可知,牛肝超聲+殼聚糖復合脫腥的最佳工藝為:超聲功率為500 W、超聲時間為8 min、料液比為1∶10、殼聚糖溶液(質量濃度3 g/L)與牛肝質量比1∶3、反應時間為35 min。

表5 超聲+殼聚糖復合處理對牛肝脫腥效果的影響Table 5 Effect of ultrasound + chitosan combination treatment on deodorization effect of bovine liver

綜合4種不同的脫腥處理,超聲處理后TBA值顯著下降(P<0.05),可能歸因于超聲處理對蛋白質結構的影響和DLV蛋白表面還原位氨基酸殘基的暴露,類似于超聲處理的蛋白對肉制品脂肪氧化的延遲效應[20]。同時,殼聚糖還具有抑菌作用,在一定程度上可延長產品的貯藏期。

2.5 牛肝及脫腥后揮發性風味物質的組成分析

由圖1 可知,原料和 4 種不同脫腥方法處理的牛肝中分別檢測到35、23、24、28、20 種揮發性風味物質。在原料中檢測到的揮發性風味物質主要是醛類、酸類、醇類、酯類和酮類,含量分別為47.50、5.34、10.71、102.92、12.36 μg/kg;蔥-姜提取液掩蓋法檢測到的風味物質主要是醛類、酸類、醇類和酯類,含量分別為9.36、11.33、7.08、19.53 μg/kg;面包酵母發酵法檢測到的風味物質主要是醛類、酯類和酮類,含量分別為24.13、48.75、4.86 μg/kg;活性干酵母+β-CD復合法檢測到的風味物質主要是醛類、酯類和酮類,含量分別為21.44、67.84、11.71 μg/kg;超聲+殼聚糖復合法檢測到的風味物質主要是醛類、酯類和酮類,含量分別為12.03、46.22、3.47 μg/kg。相較于原料,經4種不同脫腥處理的牛肝中醛類、醇類和酮類的含量均呈現下降趨勢,但蔥-姜提取液掩蓋法處理的牛肝中的酸類含量略高于原料,這可能是由于蔥、生姜原料中含有較高的草酸,且經其他3種不同脫腥處理的牛肝中均未檢出酸類物質。

圖1 牛肝及脫腥后揮發性風味物質組成及含量Fig.1 Composition and content of volatile flavor substances in bovine liver and after deodorization

2.6 牛肝及脫腥后揮發性風味物質的含量變化

如圖2所示,所有樣品中共檢測出45種揮發性風味物質,主要由醛類、酸類、醇類、烴類、酯類等化合物組成。醛類物質主要是由多種不飽和脂肪酸氧化產生的氫過氧化物裂解形成的,其閾值較低,且研究發現在低閾值濃度的時醛類物質具有加和作用[21-22]。在原料中共檢出11種醛類,其中正己醛、苯甲醛、E-2-辛烯醛、壬醛和癸醛為主要成分,正己醛、苯甲醛、E-2-辛烯醛、壬醛和癸醛等也被認為是肉制品主要的腥味物質[23-24]。同時,經4種不同的方法脫腥后牛肝中正己醛、苯甲醛、E-2-辛烯醛、壬醛和癸醛含量均較少,尤其經超聲+殼聚糖復合法脫腥后的牛肝中E-2-辛烯醛、壬醛、癸醛、反式-2,4-癸二烯醛等均未檢出。

圖2 揮發性風味物質含量變化熱圖及聚類分析Fig.2 Heatmap and cluster analysis of volatile flavor compounds

酸類物質主要是由肌肉中脂肪酸甘油酯和磷脂酶解或加熱氧化產生,這也是造成肉制品腥味的主要原因之一[25]。在原料中共檢出5種酸類,分別為丁酸、己酸、辛酸、2-甲基戊酸和壬酸,丁酸、己酸、辛酸等,呈強烈的汗水味、青草味。經4種不同的方法脫腥后牛肝中,僅在蔥-姜提取液掩蓋法處理的牛肝中檢測到草酸,這可能是由于蔥、生姜原料中含有草酸所致,經其他3種方法脫腥后的牛肝中均未檢測到酸類物質。醇類物質主要由肌肉中的亞油酸被脂肪氧合酶和氫過氧化物酶降解產生,其閾值一般較高,具有提升產品風味的作用[26]。在原料中共檢出3種醇類,分別為正己醇、苯乙醇、壬醇,僅掩蓋法處理的牛肝中正己醇、壬醇的含量顯著降低,在其他3種方法中均未檢出;苯乙醇的含量變化不顯著。烴類物質的閾值較高,對腥味的產生貢獻很小,但因其種類繁多,且部分烯烴類化合物在一定條件下可形成醛或酮,也是產生腥味的潛在因素[27],與原料相比,經4種不同的方法脫腥后牛肝中,除超聲+殼聚糖復合法處理的牛肝中烴類含量顯著降低(P<0.05),其他3種處理的牛肝與新鮮原料的牛肝無顯著差異(P>0.05)。酯類物質是由游離脂肪酸與脂肪氧化生成的醇相互作用生成,大多具有果香味。在原料中共檢出8種酯類,酯類在所有風味成分中含量最高,這可能與牛肝在加工過程中產生強烈的甘甜味有關。經4種不同的方法脫腥后牛肝中,僅有蔥-姜提取液掩蓋法處理的牛肝中酯類物質的含量降低,這可能與提取液中強烈的辛辣味有關,與其他3種方法脫腥后的牛肝中酯類物質的含量和種類無顯著差異(P>0.05)。

2.7 牛肝及脫腥后揮發性風味物質的ROAV

ROAV可以衡量揮發性風味物質中對整體風味物質由主要貢獻的物質。ROAV≥1 的物質為關鍵風味物質,0.1≤ROAV<1的物質對整體風味有重要的修飾作用[28]。由表6可知,正己醛、(E,E)-2,4-壬二烯醛、E-2-辛烯醛、壬醛、癸醛、十二醛、壬醇、對甲酚、己酸乙酯對原料整體風味貢獻較大,這些物質主要具有青草味、脂肪味、堅果味、蠟質味、鮮花味、水果味、柑橘味及刺激性煙味。根據ROAV和描述性氣味,推斷正己醛、(E,E)-2,4-壬二烯醛、E-2-辛烯醛、壬醛、癸醛、十二醛、壬醇可能是造成牛肝產生腥味的主要物質。掩蓋法處理的牛肝,正己醛、(E,E)-2,4-壬二烯醛、E-2-辛烯醛、壬醛、癸醛、十二醛、壬醇、己酸乙酯對整體風味貢獻較大,但含量和ROAV值與原料相比均減小,對甲酚未檢出。發酵法處理的牛肝,正己醛、(E,E)-2,4-壬二烯醛、壬醛、癸醛、反式-2,4-癸二烯醛、十二醛、對甲酚、己酸乙酯對樣品整體風味貢獻較大,但含量和ROAV值與原料、掩蓋法處理的樣品相比均減小,且E-2-辛烯醛、壬醇未檢出,表明發酵法比掩蓋法對牛肝脫腥更有效果。活性干酵母+β-CD復合法處理的牛肝,正己醛、E-2-辛烯醛、壬醛、癸醛、反式-2,4-癸二烯醛、十二醛、苯乙醛、對甲酚、己酸乙酯、2-正戊基呋喃對整體風味貢獻較大,含量和ROAV相較發酵法脫腥的牛肝均減小,說明脫腥效果優于發酵法,這與TBA值和腥味值結果一致。超聲+殼聚糖復合法處理的牛肝,正己醛、十二醛、苯乙醛、苯乙醇、庚醇、己酸乙酯、辛酸乙酯對整體風味貢獻較大,主要呈脂肪味、青草味、鮮花味、柑橘味、果香味等,含量和ROAV較原料和其他 3 種方法脫腥的牛肝均減少,(E,E)-2,4-壬二烯醛、E-2-辛烯醛、壬醛、癸醛、壬醇、對甲酚均未檢出,這也說明超聲+殼聚糖復合法對牛肝的脫腥效果和風味改善相更優于其他 3 種方法。

表6 牛肝及其脫腥后揮發性風味物質含量及ROAVTable 6 Contents and ROAV of volatile flavor compounds in bovine liver before and after deodorization

2.8 感官評價

通過描述性感官評價對5種樣品的酯味、水果味、青草味、金屬味和異味5個呈香屬性進行評價和比較,結果如圖3所示。不同處理的牛肝樣品具有不同的氣味強度,其中原料牛肝較其他處理組這5種描述性氣味存在顯著差異(P<0.05)。原料表現出最弱的酯味和水果味及最強的異味、金屬味和青草味,這往往可能是制約消費者選擇牛肝原料作為食品原料的主要因素。掩蓋法較原料酯味和水果味明顯增強,而異味、金屬味和青草味卻明顯減弱,這可能是由于提取液中的有機成分的作用,使得原料的風味得到改善;發酵法相較掩蓋法對牛肝整體風味有較大程度的改善,這可能是由于酵母含有多種酶能與腥味物質反應,從而達到脫腥效果;但單一的酵母發酵只能使部分腥味物質發生轉化,結合 β-CD可進一步降低腥味物質的含量,還可以包埋酵母本身氣味和部分代謝產物, 因此,酵母+β-CD復合法對牛肝的脫腥效果優于單一發酵法;超聲+殼聚糖復合法表現出最強的酯味和水果味及最弱的青草味和異味,金屬味未檢出,這主要是由于超聲過程中的空化效應與殼聚糖脫腥脫脂的作用相結合,使得牛肝的整體風味得到最大程度的改善,最容易被小組成員接受。

圖3 不同脫腥處理對牛肝的感官評價雷達圖Fig.3 Radar plot of sensory evaluation of bovine liver by different deodorization treatments

3 結論

采用蔥-姜提取液掩蓋法、面包酵母發酵法、活性干酵母+β-CD復合法和超聲+殼聚糖復合法對牛肝進行脫腥處理,以感官評價協同TBA值為評價指標,確定在超聲功率為500 W、超聲時間為8 min、料液比為1∶10(g∶mL)、殼聚糖溶液(質量濃度3 g/L)與牛肝質量比1∶3、反應時間為35 min時對牛肝的脫腥效果最好,且對牛肝的脫腥效果依次為:超聲+殼聚糖復合法>活性干酵母+β-CD復合法>面包酵母發酵法>蔥-姜提取液掩蓋法。牛肝腥味物質可能是正己醛、(E,E)-2,4-壬二烯醛、E-2-辛烯醛、壬醛、癸醛、十二醛、壬醇等。因此,超聲+殼聚糖復合法對牛肝的脫腥效果最佳,可為牛肝的風味改善和深加工利用提供了理論參考。