空氣炸鍋烹飪過程烤羊肉揮發性風味物質的形成規律

摘 要：以不同空氣炸鍋烹飪時間的羊肉為研究對象，采用氣相色譜-嗅聞-質譜聯用儀與熱量傳遞分析等手段研究空氣炸鍋烹飪過程烤羊肉中揮發性風味物質演變規律。結果表明：烤羊肉中共檢測到31 種揮發性風味物質，主要包括醛類、醇類與吡嗪類等；嗅聞與氣味活性值測定結果顯示，22 種揮發性風味物質被確定為重要風味物質；空氣炸鍋烹飪過程烤羊肉中大多數揮發性風味物質含量顯著升高，烤制12.5 min時達到最大值；烤制過程中水分活度與比熱容顯著降低，熱導率先升高后降低，熱擴散系數顯著升高；線性回歸分析結果顯示，所有揮發性風味物質的累計含量與水分活度、比熱容分別呈現正相關與負相關，更高的水分活度與更低的比熱容促進空氣炸鍋烤羊肉中揮發性風味物質的形成。

關鍵詞：烤羊肉；揮發性風味物質；空氣炸鍋烹飪技術；傳熱

Formation of Volatile Compounds in Roasted Mutton during the Air Frying Process

XIAO Jiyou1， LI Jianjun2， ZHANG Jianmei2， GONG Hansheng3， LIU Huan3，*

（1. Yantai Zhifu District Agricultural Comprehensive Service Center， Yantai 264008， China; 2. Yantai Xiwang Food Co. Ltd.，

Yantai 264001， China; 3. School of Food Engineering， Ludong University， Yantai 264025， China）

Abstract： This study focused on the volatile compounds of roasted mutton at various air-frying times. A combination of gas chromatography-olfactometry-mass spectrometry （GC-O-MS） and heat transfer technology was applied to elucidate the formation of volatile compounds in roasted mutton during the air frying process. The results indicated that a total of 31 volatile compounds were observed， including aldehydes， alcohols， and pyrazines. In total， 22 volatile compounds were determined as important odorants based on the results of GC-O analysis and odor activity values （OAVs）. The concentrations of most volatile compounds were dramatically increased during the air frying process and reached their maximum values at 12.5 min. Meanwhile， the water activity and specific heat capacity values were pronouncedly decreased but thermal diffusion coefficient values presented an opposite trend. The thermal conductivity values were firstly increased and then decreased during roasting. Particularly， the results of linear regression analysis clarified that the accumulated concentrations of all volatile compounds were positively and negatively correlated with water activity and specific heat capacity， respectively. Higher water activity or lower specific heat capacity promoted the formation of volatile compounds

in air-fried mutton.

Keywords： roasted mutton; volatile compounds; air frying technology; heat transfer

DOI：10.7506/rlyj1001-8123-20240417-081

中圖分類號：TS251.1" " " " " " " " " " " " " " " " " " " " "文獻標志碼：A 文章編號：1001-8123（2024）05-0001-06

引文格式：

肖繼友， 厲建軍， 張建梅， 等. 空氣炸鍋烹飪過程烤羊肉揮發性風味物質的形成規律[J]. 肉類研究， 2024， 38（5）： 1-6. DOI：10.7506/rlyj1001-8123-20240417-081." " http：//www.rlyj.net.cn

XIAO Jiyou， LI Jianjun， ZHANG Jianmei， et al. Formation of volatile compounds in roasted mutton during the air frying process[J]. Meat Research， 2024， 38（5）： 1-6. （in Chinese with English abstract） DOI：10.7506/rlyj1001-8123-20240417-081." "http：//www.rlyj.net.cn

烤羊肉是我國的傳統肉制品，尤其以北方地區最為典型，因其濃郁的香味（揮發性風味物質）而深受消費者喜愛。團隊前期研究表明，醛類、酮類、醇類和酸類等物質是炭烤羊肉中重要的揮發性風味物質，并通過風味重組與缺失實驗證實了己醛、庚醛、辛醛與2-戊基呋喃等10 種物質是烤羊肉的關鍵風味物質[1]。這些風味物質也是烤豬肉、烤鴨肉和烤雞肉中的重要揮發性風味物質[2-4]。團隊進一步研究表明，傳統炭烤羊肉中揮發性風味物質含量顯著升高，2，6-二甲基吡嗪、三甲基吡嗪與2-乙基-3，5-二甲基吡嗪等物質未在原料中檢測到，而在烤制過程中形成[1]。傳統炭烤后，經排酸成熟的羊肉較未經排酸羊肉呈現更加濃郁的香氣，進一步的實驗證明己醛、庚醛、辛醛、壬醛、1-辛烯-3-醇與2-戊基呋喃等物質是導致2 種烤羊肉風味差異顯著的關鍵風味物質[5]。綜上所述，傳統炭烤方式賦予烤羊肉濃郁的風味。但炭烤方式存在加工工藝不穩定與產物污染環境等弊端。目前烤羊肉仍主要以傳統炭烤為主，亟需新技術的研發。

傳統炭烤主要以木炭為燃料、空氣為介質，在高溫下加熱肉制品。研究表明，木炭高溫烤制可促進脂質氧化與美拉德反應及其相互作用，產生揮發性風味物質，如醛類、醇類、含硫與含氮類[6]。木炭高溫加熱過程或烤制的油煙中會存在污染物，具有致癌的危害[7-9]。烤制過程中，肉中脂肪熔化滴落在木炭上，會迅速產生苯并芘等有毒有害物質[10]。因此，相關學者開始探索新型加工方式替代炭烤。本團隊研究表明，微波、過熱蒸汽與電烤均可以使羊肉產生濃郁的烤香味、肉香味與脂香味等，電烤與過熱蒸汽烤羊肉的香氣強度顯著高于微波烤制，并明確了電烤是替代傳統炭烤的加工方式[11]。電烤與傳統炭烤均通過空氣為介質加熱，其加熱過程中存在樣品受熱不穩定、靠經驗掌握火候與翻動頻率，無法工業化推廣。因此，亟需一種加熱環境溫度穩定、操作簡便的烤制技術替代傳統烤制技術。最新研究表明，空氣炸鍋烹飪技術與電烤加熱原理相同，都是應用熱對流與熱輻射原理均勻加熱樣品，采用該技術烤制的肉制品產生了豐富的揮發性風味物質，是一種替代傳統炭烤的潛在方式[12-13]。然而，該技術烤制的羊肉揮發性風味物質的變化規律及傳熱特性促進烤羊肉產生風味物質的機制目前尚不清楚。

基于此，本研究以空氣炸鍋烤羊肉為研究對象，研究烤制過程烤羊肉中揮發性風味物質演變規律，解析能反映烤羊肉烤制程度與香氣強度的風味標志物，闡明熱傳遞效率與風味形成的關系，構建基于比熱容與水分活度的烤羊肉風味物質形成模型，以期為烤羊肉工業化加工提供一定參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

寧夏灘羊背最長肌由寧夏福興神農食品有限公司提供，冷卻排酸后的羊胴體選取背最長肌，并切為3 cm×2 cm×2 cm的肉塊，由CKY-298空氣炸鍋在230 ℃烤制0～12.5 min，并在－80 ℃貯藏。

1-戊醇（純度99%）、1-庚醇（98%）、己醛（97%）、1-辛醇（99%）、（E）-2-辛烯-1-醇（97%）、1-辛烯-3-醇（98%）、庚醛（95%）、辛醛（99%）、壬醛（95%）、（E）-2-辛烯醛（95%）、（E）-2-壬烯醛（97%）、苯甲醛（99%）、2-丁酮（99%）、2，3-戊二酮（97%）、己酸（98%）、乙酸甲酯（99%）、2-戊基呋喃（98%）、甲基吡嗪（99%）、2，6-二甲基吡嗪（98%）、三甲基吡嗪（99%）（均為色譜純） 美國Sigma公司；1-己醇（99%）（色譜純） 北京Aladdin公司。

1.2 儀器與設備

TRACE? 1310/TSQ 9000氣相色譜-質譜聯用儀 美國Thermo Fisher公司；ODP C200嗅聞儀 德國Gerstal公司；DB-Wax毛細管柱（60 m×0.25 mm，0.25 μm）" " 美國Agilent公司；75 μm CAR/PDMS萃取針 美國Supelco公司；Novasina水分活度儀 瑞士Novasina AG公司；TPS 2200熱常數分析儀 瑞典Uppsala公司；ML204/02電子天平 梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司。

1.3 方法

1.3.1 揮發性風味物質分析

1.3.1.1 提取

參考皮立等[14]的方法并做適當調整。準確稱取3 g樣品于20 mL進樣瓶，加入1.56 μL質量濃度為1.50 μg/μL的2-甲基-3-庚酮作為內標，混勻。使用75 μm CAR/PDMS萃取針萃取樣品中的揮發性風味物質，預熱溫度55 ℃，預熱時間10 min，萃取時間45 min。

1.3.1.2 分離

采用DB-Wax毛細管柱（60 m×0.25 mm，0.25 μm）分離樣品中的揮發性風味物質，前進樣口溫度250 ℃，載氣為氦氣（1.0 mL/min），不分流模式，電子電離源（70 eV），掃描范圍35～500 m/z，升溫程序：40 ℃保持3 min，2 ℃/min升至70 ℃，3 ℃/min升至130 ℃，10 ℃/min升至230 ℃，保持5 min。

1.3.1.3 定性與定量

烤羊肉的揮發性風味物質定性方法包括質譜庫檢索、線性保留指數（retention index，RI）計算、感官評價員嗅聞、標準品比對4 種方法。其中RI計算采用C7～C40正構烷烴為外標，標準品比對為配制揮發性風味物質標準品的混合物，按照樣品的升溫程序檢測，對比分析樣品與標準品色譜圖物質出峰時間。烤羊肉揮發性風味物質的定量方法為內標法半定量，根據揮發性風味物質與內標物的出峰時間與峰面積計算。RI計算公式如下：

式中：n為正構烷烴碳個數；tx為未知物出峰時

間/min；tn為n 個碳原子正構烷烴的出峰時間/min；tn＋1為（n＋1）個碳原子正構烷烴的出峰時間/min。

揮發性風味物質的含量參考Liu Huan等[6]的方法計算。

1.3.1.4 氣味活性值（odor activity value，OAV）分析

OAV為風味物質濃度與其閾值的比值，OAV＞1說明該物質對樣品的風味感知具有重要作用，反之發揮輔助作用。

1.3.2 水分活度測定

采用水分活度儀分析，樣品分析前采用水分活度為0.11～0.84的標準樣品校準，將樣品放置于檢測盒中，按照程序完成檢測[15]。

1.3.3 傳熱分析

烤羊肉的熱導率、熱擴散系數與比熱容采用熱常數分析儀檢測，檢測探頭為7577 F1，傳感器電阻1.53 Ω，分析時間2.5 s[15]。

1.4 數據處理

所有實驗重復3 次，結果采用平均值±標準差表示，采用SPSS 19.0統計分析軟件檢驗組間差異顯著性（P＜0.05），采用Origin 2022軟件繪圖。

2 結果與分析

2.1 空氣炸鍋烹飪過程烤羊肉中揮發性風味物質演變

規律分析

由表1可知，烤羊肉中共檢測到31 種揮發性風味物質，包括醛類10 種、醇類8 種、酮類3 種、含氮類3 種、酯類3 種、酸類3 種與呋喃類物質1 種，說明醛類與醇類是烤羊肉中種類最多的風味物質。胡燕燕[16]在烤羊肉中也檢出戊醛、己醛、庚醛、辛醛、壬醛與1-辛烯-3-醇等，這些物質具有脂香味與青草香味。

由表2可知，烤制0～12.5 min的羊肉中分別檢測到19、23、28、28、28、29 種風味物質，烤制12.5 min的羊肉中己醛含量（1 326.50 ng/g）最高（P＜0.05），其次是2，5-辛二酮（218.54 ng/g）、庚醛（153.85 ng/g）、壬醛

（128.87 ng/g）與戊醛（115.62 ng/g）。空氣炸鍋烹飪過程烤羊肉中許多揮發性風味物質的含量顯著升高

（P＜0.05），在烤制10～12.5 min達到最大值。這與前人研究[17-18]一致，高溫加熱過程肉制品中發生劇烈的美拉德反應與脂質氧化反應產生揮發性風味物質。值得注意的是，甲基吡嗪、2，6-二甲基吡嗪與三甲基吡嗪等吡嗪類風味物質均未在生鮮羊肉中檢測到，其含量隨著烤制時間的延長顯著升高，并在烤制終點時達到最大值，說明吡嗪類物質需要達到一定溫度才可以生成，低溫不利于吡嗪類物質的形成[19]。

2.2 空氣炸鍋烹飪過程烤羊肉中關鍵揮發性風味物質OAV分析

揮發性風味物質對產品風味強度的作用不僅與其含量有關，更與其OAV密切相關。OAV是濃度與其閾值的比值，反映感官評價員能夠嗅聞到該物質的強度。由圖1可知，烤制0～12.5 min的羊肉中分別檢測到3、11、15、19、14、18 種OAV＞1的物質，烤制過程中揮發性風味物質的OAVs明顯升高，即烤制過程烤羊肉的香氣輪廓更加豐富、香氣強度更高。烤制12.5 min時烤羊肉中OAVs＞1的揮發性風味物質包括己醛（139.63）、

2，5-辛二酮（23.00）、庚醛（16.19）與壬醛（13.56），這與前人的研究結果一致。1-辛烯-3-醇、己醛、庚醛、辛醛、（E）-2-辛烯醛、（E）-2-壬烯醛與2-戊基呋喃等物質是烤羊肉、烤雞肉、烤牛脂及生鮮羊肉中OAVs較高的物質[20-23]。其中，對烤羊肉烤香味具有顯著貢獻的物質為2，6-二甲基吡嗪（7.92）、三甲基吡嗪（2.94）與甲基吡嗪（1.22）[24]。研究表明，戊醛、己醛、壬醛與1-辛烯-3-醇等醛醇類物質主要來自于脂質的氧化反應[25]。亞油酸與亞麻酸的分解可產生辛醛、（E）-2-辛烯醛、（E）-2-壬烯醛、1-戊烯-3-醇和1-辛烯-3-醇等物質[26-29]。甲基吡嗪、2，6-二甲基吡嗪和三甲基吡嗪等吡嗪類物質可能來源于蛋氨酸/甘氨酸與葡萄糖的美拉德反應[30-31]。特別地，磷脂與甘油三酯可能分別促進了風味物質的形成與保持[12]。

2.3 空氣炸鍋烹飪過程烤羊肉中揮發性風味物質標志物分析

由圖2可知，正交偏最小二乘法判別分析（orthogonal partial least squares-discriminant analysis，OPLS-DA）可以顯著地將6 個烤制時間點的羊肉區分開，其中，原料肉與烤制2.5 min的羊肉分別分布在第2與第3象限，烤制5～10 min的羊肉分布在第1象限，僅烤制12.5 min的羊肉分布在第4象限。己酸甲酯與乙酸甲酯是原料肉與烤制2.5 min羊肉中的重要風味物質，己醛、1-己醇、2，3-戊二酮與戊酸等醛類、醇類、酮類和酸類物質是烤制5～10 min羊肉中重要風味物質，甲基吡嗪、2，6-二甲基吡嗪、三甲基吡嗪、3-甲基丁醛與丁酸是烤制12.5 min羊肉中的重要風味物質。根據變量投影重要性（variable importance in projection，VIP）值高于1的原則，空氣炸鍋烤羊肉中共鑒定出14 種風味標志物，包括1-己醇、2，3-丁二醇、2-乙基-1-己醇、丙醛、3-甲基丁醛、辛醛、苯甲醛、（E）-2-壬烯醛、2-丁酮、2，3-戊二酮、甲基吡嗪、2，6-二甲基吡嗪、三甲基吡嗪與丁酸，這說明上述標志物可以將不同烤制時間的羊肉區分開。結果表明，醛類與醇類物質是鑒別肉制品的標志物，但主要集中在己醛與1-辛烯-3-醇[5，32]。

2.4 空氣炸鍋烹飪過程烤羊肉中傳熱規律分析

樣品的物理狀態顯著影響揮發性風味物質的形成。由表3可知，原料羊肉的水分活度（0.981 0）與比熱容（3.06 MJ/（m3·K））最高（P＜0.05），烤制過程烤羊肉的水分活度與比熱容顯著降低，烤制12.5 min的羊肉具有最低的水分活度（0.966 7）與比熱容（0.10 MJ/（m3·K）），

而熱擴散系數呈現與水分活度相反的變化趨勢。烤制過程中烤羊肉的熱導率先顯著升高（P＜0.05），在2.5 min達到最大值（0.52 W/mK），繼續加熱會導致熱導率顯著降低。這可能是由于烤制過程羊肉中水分含量蒸發損失，肉的空隙增大，熱量傳遞的屏障減少，空氣的比熱容顯著低于水，最終使烤羊肉的水分活度與比熱容不斷降低，熱擴散系數（熱流傳遞速率）顯著升高[6，33-34]。

為了探究烤羊肉的熱傳遞速率與揮發性風味物質形成的關系，構建水分活度、比熱容與揮發性風味物質總量的線性回歸方程，具體如下：y＝－147.37＋155.28x1－1.47x2（R2＝0.90），其中，y為所有揮發性風味物質含量總和的千分之一/（ng/g），x1為水分活度，x2為比熱容/（MJ/（m3·K））。由線性回歸方程可知，較低的比熱容與較高的水分活度可以促進揮發性風味物質的形成。

3 結 論

空氣炸鍋烤羊肉中共鑒定出31 種揮發性風味物質，其中22 種風味物質被確定為重要物質，甲基吡嗪、2，6-二甲基吡嗪與三甲基吡嗪等物質對烤羊肉的烤香味發揮了重要作用。烤制過程中熱量傳遞顯著影響羊肉中揮發性風味物質的含量，更高的水分活度與更低的比熱容顯著促進空氣炸鍋烤羊肉的風味形成。該研究說明空氣炸鍋烤制技術可以使羊肉產生豐富的烤香味等風味物質，是烤制肉制品的有效加工方式，研究結果可以為烤肉制品加工技術升級換代與產品研發提供數據支撐。后續研究將聚焦烤羊肉中吡嗪類風味物質的形成機理及其與傳熱傳質的內在關聯，以期為烤肉制品風味增益提供理論基礎。

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