烹飪方式對豬肉理化特性及揮發性化合物的影響

王天楊 關雎 易宇文 劉陽 范文教 喬明峰 吳華昌 鄧靜

DOI：10.3969/j.issn.1000-9973.2024.05.007

引文格式：王天楊，關雎，易宇文，等.烹飪方式對豬肉理化特性及揮發性化合物的影響[J].中國調味品，2024，49（5）：38-46.

WANG T Y， GUAN J， YI Y W， et al. Effects of cooking methods on physicochemical properties and volatile compounds of pork[J].China Condiment，2024，49（5）：38-46.

摘要：為探究不同烹飪方式對豬肉口感、質地和香氣的影響，該研究采用色差儀、質構儀和固相微萃取-氣相色譜-質譜聯用（solid phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry，SPME-GC-MS）測定分析了4種烹飪方式（蒸煮、水煮、烤箱烤制和空氣炸鍋炸制）對豬肉質地和揮發性化合物的影響。結果表明，不同烹飪方式下豬肉的色度、硬度、膠黏性和咀嚼性具有顯著性差異（P＜0.05），經烤箱烤制和空氣炸鍋炸制的豬肉的L*值較低且硬度較高；GC-MS結果表明，4種烹飪方式下共有61種揮發性化合物被檢出，主要包括醛類和醇類化合物；偏最小二乘判別分析（partial least squares-discriminant analysis，PLS-DA）模型進一步表明樣本的分離性較好，蒸制與煮制的豬肉的揮發性風味較相似。經變量重要性投影值篩選出不同烹飪方式下豬肉的關鍵化合物，戊醛、3-戊烯-2-醇、環丙基甲基甲醇和磺基丙氨酸被認為是烤箱烤制和空氣炸鍋炸制的特征揮發性物質；煮制和蒸制的豬肉的特征揮發性物質包括壬醛、己醛、正己酸、2-乙基環丁醇和2-丁酮等。該研究旨在揭示不同烹飪方式對豬肉理化特性和揮發性化合物的影響，為豬肉深加工制品的研發提供數據支持，并為不同烹飪方式加工其他肉類制品提供一定參考。

關鍵詞：豬肉；不同烹飪方式；理化特性；揮發性化合物；偏最小二乘判別分析

中圖分類號：TS251.51????? 文獻標志碼：A????? 文章編號：1000-9973（2024）05-0038-09

Effects of Cooking Methods on Physicochemical Properties

and Volatile Compounds of Pork

WANG Tian-yang1， GUAN Ju2， YI Yu-wen2， LIU Yang2， FAN Wen-jiao2，

QIAO Ming-feng2， WU Hua-chang1，2*， DENG Jing2

（1.School of Food Science and Biological Engineering， Chengdu University， Chengdu 610106， China;

2.Key Laboratory of Cuisine Science， Sichuan Tourism University， Chengdu 610100， China）

Abstract：? In order to explore the effect of different cooking methods on the mouthfeel， texture and aroma of pork， in this study， colorimeter， texture analyzer and solid-phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry （SPME-GC-MS） are used to determine and analyze the effects of four cooking methods （steaming， boiling， oven baking and air fryer frying） on the texture and volatile compounds of pork. The results show that under different cooking methods， there are significant differences in the chroma， hardness， adhesiveness and chewiness of pork （P＜0.05）， and the L* values of pork cooked by oven baking and air fryer frying are lower and the hardness is higher. GC-MS results show that a total of 61 volatile compounds are identified in the pork cooked by the four cooking methods， mainly including aldehydes and alcohols. Partial least squares-discriminant analysis （PLA-DA） model further indicates that the samples have good separability， and the volatile flavor of steamed and cooked

收稿日期：2023-12-14

基金項目：四川省科技廳重點研發項目（2023ZDYF3065，2023ZYD0079）；四川省教育廳科技創新團隊項目（21SCTUTG01）；肉類加工四川省重點實驗室項目（22-R-30）；四川省自然科學基金項目（2022NSFSC0120）；舟曲縣科技項目（2023001）

作者簡介：王天楊（1998—），男，碩士研究生，研究方向：食品加工與安全。

*通信作者：吳華昌（1970—），男，教授，碩士，研究方向：傳統發酵食品加工技術。

pork is similar. Key compounds of pork cooked by different cooking methods are screened out by the value of variable importance in projection， and glutaraldehyde， 3-pentene-2-ol， cyclopropylmethylmethanol and sulfonylalanine are considered as characteristic volatile substances in the pork cooked by oven baking and air fryer frying. The characteristic volatile substances in cooked pork and steamed pork include nonanal， hexanal， n-hexanoic acid， 2-ethylcyclobutanol and 2-butanone. The aim of this study is to elucidate the effect of different cooking methods on the physicochemical properties and volatile compounds of pork， which can provide data support for the development of deep processed pork products， and provide certain reference for processing other meat products using different cooking methods.

Key words： pork; different cooking methods; physicochemical properties; volatile compounds; partial least squares-discriminant analysis

豬肉因其獨特的質地和香氣深受我國消費者的喜愛。據糧農組織統計局2020年數據報道，全球消費量最大的肉類是豬肉，占全球消費量的36.1%，中國是全球豬肉消費量最大的國家[1-2]。豬肉既美味又營養，富含必需氨基酸、脂肪以及多種維生素和礦物質[3]，并適合多種烹飪方式，如：煎炸、燉煮、燒制和汽蒸等[4]。隨著預制菜肴行業的快速發展，人們對豬肉制品的需求逐年升高[5]。

香氣和質地是評估肉類質量重要的指標[6]。其中，香氣與揮發性化合物密切相關。豬肉的香氣由揮發性化合物產生，包括醛類、醇類和酯類化合物[7]，它們是由原料在加熱過程中發生脂肪分解、蛋白質分解、硫胺降解和美拉德反應等而產生[8-10]。此前，劉楊等[11]研究發現，炸制對牛肉揮發性化合物有顯著影響，炸制后的牛肉酯類物質含量高于蒸制和煮制，而酯類化合物主要由肌肉組織中脂質氧化產生的醇與游離脂肪酸之間作用形成[12]。此外，烤制能明顯增強羅非魚肉的香氣[13]，蒸制和煮制對兔肉香氣的影響較一致[14]。在烹飪過程中，食物被加熱到足夠高的溫度時，蛋白質包括肌纖維蛋白、肌漿蛋白、結締組織蛋白發生變性，導致肉的結構發生改變，進而影響質地[15]。例如煎炸烹飪會使兔肉的肌纖維結構改變，變得更有韌性[16]，雞肉經煮制烹飪后色度指標中的紅度值降低[17]。由此可見，烹飪方式是影響肉制品口感、質地和風味形成的關鍵。截至目前，雖然部分研究已探究了不同烹飪方式對魚肉、兔肉和雞肉品質的影響，但是關于烹飪豬肉的質地和風味特征的研究甚少。研究報道多數采用單一烹飪方法進行分析，缺乏基于烤箱烤制和空氣炸鍋等烹飪方式的綜合研究。

基于此，本研究選取4種烹飪方式（蒸煮、水煮、烤箱烤制和空氣炸鍋炸制），采用色差儀和質構儀并結合SPME-GC-MS分析豬肉的質地和揮發性化合物在4種烹飪方式下的差異，并通過PLS-DA模型篩選出不同烹飪方式下豬肉的關鍵揮發性化合物，旨在揭示不同烹飪方式對豬肉的質地和揮發性化合物的影響，為豬肉深加工制品的研發提供數據支持，并為不同烹飪方式加工其他肉類制品奠定基礎。

1? 材料與方法

1.1? 材料與試劑

豬背脊肉、食用鹽：均購于四川成都市龍泉驛區永輝超市。氯化鈉溶液（分析純）：國藥集團化學試劑有限公司。

1.2? 儀器與設備

GZY-P10-Y型純水儀? 湖南科爾頓水務有限公司；JA503型電子天平? 常州市幸運電子設備有限公司；KJ50D821型空氣炸鍋、C22-IH30E9型電磁爐? 浙江蘇泊爾家電制造有限公司；DKL-101L型烤箱? 廣東德瑪仕智能廚房設備有限公司；BCD-452WDPF型冰箱? 青島海爾集團公司；Clarus 680型5MS色譜柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；氣相色譜-質譜聯用儀? 法國Alpha MOS公司；TA.XT Plus型物性測試儀? 英國Stable Micro Systems公司；WB2000-IXA自動型色差分析儀? 上海滬粵明科學儀器有限公司。

1.3? 實驗方法

1.3.1? 烹飪樣本制備

豬肉在冷鮮條件下運送至實驗室，并進行預處理，去除可見的結締組織，冷凍保藏備用。將豬肉按照3 cm×3 cm×3 cm的大小進行切割，加入食用鹽腌制30 min后進行烹制。

參考Chen等[13]的方法并稍作修改，烤箱烤制和空氣炸鍋炸制：溫度調至200 ℃預熱10 min后，將樣本放入設備中間位置，每隔5 min翻動一次，烹制10 min后取出。蒸制和煮制烹飪方法的功率和時間均為1 200 W和10 min。將樣本進行命名，A為烤箱烤制；B為空氣炸鍋炸制；C為水煮；D為蒸煮。所有烹飪后的樣本均達到成熟。

1.3.2? 色差的測定

采用經白板校準后的色差儀分別對4種不同烹飪方式下的豬肉外層進行測定，將亮度值L*、紅度值a*和黃度值b*作為被測豬肉樣本的指標。

1.3.3? 質構的測定

參考王文艷等[18]的方法并稍作修改，將烹飪后的豬肉進行全質構分析測定，設置測定參數：探頭型號為P36/R圓柱形探頭；測前速度為2 mm/s，測中速度為1 mm/s，測后速度為1 mm/s；觸發力為0.38 N，形變量為30%，選取硬度、黏附性、內聚性、彈性、膠黏性和咀嚼性為檢測指標。

1.3.4? GC-MS檢測

參考周蕾[19]的方法并稍作修改。

萃取和進樣條件：將樣本破碎后取4.0 g放入頂空瓶中，加入5 mL飽和NaCl溶液。萃取溫度70 ℃，進樣針溫度75 ℃，傳輸線溫度80 ℃，萃取時間1 800 s，干吹120 s，解吸10 s，頂空瓶加壓/釋壓120 s，捕集阱保持240 s，循環4次。

色譜條件：Elite-5MS色譜柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm），載氣：氦氣（99.99%），流速1.0 mL/min。升溫程序：進樣口溫度250 ℃，初始柱溫40 ℃，保持3 min，然后以2 ℃/min升至160 ℃，再以10 ℃/min 升至230 ℃，保持3 min。

質譜條件：EI離子源，電子能量70 eV；離子源溫度230 ℃；質譜溫度260 ℃；掃描模式：全離子掃描；掃描范圍（m/z）：40～600 amu。

定性、定量：去除含硅類物質后，將檢測到的數據在NIST 2011譜庫中完成檢索和比對，挑選出正反匹配度大于800的化合物，并采用歸一化法計算相對峰面積和相對含量。

1.4? 數據分析

采用IBM SPSS Statistics 26處理分析并標注顯著性差異；箱線圖和聚類熱圖采用R語言中的Ggplot2和Heatmap編譯包完成；主成分和重要變量分析通過平臺（https：//www.metaboanalyst.ca/）完成，其余分析圖使用Origin 2022b繪制。

2? 結果與分析

2.1? 不同烹飪方式對豬肉色澤的影響

不同烹飪方式對豬肉色澤的影響見圖1。

由圖1可知，樣本C和D的亮度值L*、紅度值a*和黃度值b*與樣本A和B呈現顯著性差異（P＜0.05），樣本C和D的紅度值a*和黃度值b*顯著低于樣本A和B，而亮度值L*顯著高于樣本A和B。

王文艷等[18]也發現蒸制和煮制肉類時紅色值a*較低，這是由于烹飪過程中肉的肌紅蛋白發生變性，導致肌紅蛋白從鮮紅色變成較淺的灰色或更淺的白色[20]。蒸制和煮制過程中，肉中的肌漿蛋白溶解到水中，導致L*值升高。Chiavaro等[21]也發現，烤制豬肉時高溫會引起褐變和美拉德反應。美拉德反應是氨基酸和糖類之間的化學反應，產生的化合物會使豬肉表面變成深棕色，是樣本A和B的L*值較低而a*值和b*值較高的原因。

2.2? 不同烹飪方式對豬肉質地的影響

分別對烹飪后的豬肉進行硬度、黏附性、內聚性等指標的測定。豬肉理化特性見表1和圖2。

由表1可知，硬度、膠黏性和咀嚼性存在顯著性差異（P＜0.05），其中樣本A的硬度、膠黏性和咀嚼性最高，其次是樣本B，最低的是樣本C。結果表明，經烤箱烤制和空氣炸鍋炸制的豬肉的質地較硬，有嚼勁和黏附感，而水煮和蒸煮的豬肉的質地較軟，咀嚼性和黏附感較差，口感較軟。

注：不同小寫字母表示具有顯著性差異（P＜0.05）。

烹飪方式對豬肉纖維組織的影響主要體現在對纖維蛋白的變性和破壞上。適當的熱處理可以改變纖維蛋白的二級和三級結構，使其發生變性和水解，從而改變纖維組織的質地和口感。由圖2可知，烤箱烤制和空氣炸鍋炸制是與燒烤相似的烹飪方式，長時間的高溫烹飪使豬肉肌纖維失去大量水分并收縮，形成較有嚼勁的質地。而在煮制和蒸制兩種烹飪方式下，豬肉呈現出較低的硬度和較高的嫩度，歸因于水煮和蒸煮是以水和蒸汽來加熱食物的方法。水煮和蒸煮的高熱傳導性相較于其他烹飪方式，減少了烹飪時間并有助于保留豬肉的嫩度，通過保持水分來增加濕潤度，避免了干燥的情況。且水煮和蒸煮的烹飪方式不會產生明顯的焦糖化反應，避免了食材表面的焦糖化物質，減少了嚼勁和黏附感[22]。因此，水煮和蒸煮兩種烹飪方式能夠保持豬肉的口感軟嫩、嫩度高，同時減少黏附感。此外，內聚性、黏附性和彈性差異不大，不存在顯著性差異（P>0.05）。

2.3? 不同烹飪方式對豬肉揮發性化合物種類和相對含量的影響

通過GC-MS對4種烹飪方式下的豬肉中共鑒定出61種揮發性化合物，見表2。

由表2可知，烹飪后的豬肉主要包括醇類、醛類、烯類、酸類、酯類、酮類和雜環類物質。醛類物質共11種，各樣本的相對含量在50.32%～63.90%之間；醇類化合物共13種，各樣本的相對含量在26.94%～14.96%之間。其次是酯類和酸類化合物，相對含量分別占5.65%～15.41%和1.74%～8.61%。研究發現醛類和醇類化合物是豬肉香氣主要的化合物類別。

不同烹飪方式的烹飪溫度存在差異，高溫會使豬肉中的蛋白質和糖類物質發生美拉德反應，從而產生醛類物質。由圖3中a可知，醛類化合物占據了豬肉揮發性化合物的主要部分，這一結果與徐梓焓[23]的報道一致。在本研究中，共有11種醛類物質被檢測出，醛類通常是由烹飪熱處理和脂肪氧化形成的，具有水果味、青草味、黃油味、脂肪味和豆香味，雖然氣味閾值較低，但是對豬肉的香氣有很大的貢獻[24]，包括己醛、庚醛、辛醛、苯甲醛和壬醛，呈現花果和油脂香[25]。其中己醛的相對含量最高，樣本C、D中相對含量最高，可能是由于脂肪氧化的程度較高。

醇類物質賦予了豬肉獨特的氣味，豬肉中的醇類物質是結合醛類物質和脂肪酸反應而產生的[26]。飽和醇的感覺閾值較高，對整體風味沒有顯著影響，而不飽和醇的感覺閾值較低，對風味的形成起到一定的作用[27]。由表2和圖3中b可知，樣本A中醇類物質相對含量較高，包括1-戊醇、環丙基甲基甲醇、2-環丙基乙醇、2，3-丁二醇和3-戊烯-2-醇。其中大部分醇類化合物具有甜味、香脂和雜醇的香氣，主要來自肉質中脂肪的氧化[28]。此外，醇類化合物也可能參與氧化反應，導致豬肉褐變并產生烤制食物的特征風味。

酯類物質通過酯化反應得到，豬肉中的酯類化合物給人愉悅的果香。酯類和酸類化合物對豬肉香氣的貢獻沒有醛類明顯，但對整體風味的形成起著重要作用[29]。樣本B的酯類化合物相對含量較高，在Wang等[7]的研究報道中發現，酯類是烤制雞肉中的特征性化合物，包括乙酸丁酯和乙酸庚酯等。此外，酸類化合物被認為是生成其他揮發性化合物的重要中間體[30]，相較于其他種類化合物，酸類化合物對風味的直接貢獻率較低。

2.4? 不同烹飪方式豬肉揮發性化合物的PLS-DA

Scavarda等[31]研究表明，采用PLS-DA可建立GC-MS檢測到的揮發性化合物含量與樣本類型之間的相關性模型。為進一步探索4種烹飪方式的豬肉的特征揮發性化合物，本研究采用PLS-DA模型，結合主成分和變量重要性投影分析特征揮發性化合物[32]。由圖4中c可知，模型性能包括準確度（accuracy）、擬合度（R2）和預測度（Q2）3個參數[33]。在模型中當最佳的組別為4時，基于10倍的交叉驗證準確度、擬合度和預測度接近于1，表明模型具有一定的可靠性[34]。由圖4中a可知，在PLS-DA主成分得分圖中，解釋的總方差為64.2%，PC1為36%，PC2為28.2%。兩樣本之間距離越近，樣本之間的差異越小，反之兩樣本之間距離越遠，則差異越大[35]。結果表明，4種不同烹飪方式的豬肉樣本分離性較好，組內差異較小，而組間差異較大。由圖4中a可知，C與D兩樣本距離較近，表明樣本的整體揮發性風味相似度較高。而樣本A和B距離最遠，離散程度大，說明與其他豬肉樣本相比，烤制和炸制的豬肉整體揮發性風味差異較大。

為確定并解釋4種烹飪方式下豬肉的揮發性化合物，本研究計算了變量重要性投影（variable importance in projection，VIP）值，可用于解釋自變量的權重，樣本中VIP值越高，組間香氣成分的差異越大，對香氣類型的鑒別分類越重要[36]。當VIP值大于1時，可認為該化合物在PLS-DA鑒別過程中起關鍵作用。由圖4中b可知，共有15個化合物的VIP值大于1，表明它們在區分烹飪方式中具有重要性。15個揮發性化合物是戊醛、2-丁酮、2-乙基環丁醇、己醛、正己酸乙酯、2-甲基丁醇、2-氨基-2-氰基乙酰胺、（E）-5-戊氧基-2-戊烯、壬醛、唑啉酮、磺基丙氨酸、環丙基甲基甲醇、丁烯酮、3-戊烯-2-醇和4-氨基庚烷。

2.5? 關鍵揮發性物質聚類熱圖分析

為了對4種烹飪方式下豬肉的關鍵揮發性化合物進行可視化，從PLS-DA模型中篩選出15種關鍵化合物，選用聚類熱圖來表征樣本間的關系，見圖5。

由圖5可知，圖例中的顏色從深色到淺色表示相對含量的高低變化，顏色越淺表示相對含量越高；顏色越深表示相對含量越低。結合聚類樹發現，橫坐標上的歐氏距離越短，樣本的相似性越高。聚類熱圖中，樣本大致可以歸為兩類，樣本A和B可以歸為第一類，樣本C和D可以歸為第二類，這一結果與PLS-DA模型中主成分分析結果相一致。根據縱坐標上的歐氏距離，揮發性化合物可以被分為三大類，戊醛、3-戊烯-2-醇、環丙基甲基甲醇和磺基丙氨酸揮發性物質為第一類，壬醛、正己酸乙酯、4-氨基庚烷、丁烯酮、（E）-5-戊氧基-2-戊烯、2-甲基丁醇和2-氨基-2-氰基乙酰胺為第二類，己醛、唑啉酮、2-乙基環丁醇、2-丁酮為第三類。

在熱圖中，樣本A和B中戊醛、3-戊烯-2-醇、環丙基甲基甲醇和磺基丙氨酸物質的相對含量較高。戊醛具有堅果和漿果的香氣，戊醛和壬醛由脂肪的氧化反應生成，存在的程度和含量因條件而異，與Chen等[13]的研究報道一致，同樣在烤制的肉類中發現了戊醛化合物。通常，保藏和烹飪方式等因素會影響氧化產物，其中，戊醛的相對含量在烤制方式下顯著高于其他烹飪方式，因此，認為戊醛是烤制方式下的特征風味化合物。此外，徐梓焓[23]發現戊醛是用于區分豬肉腐敗等級的重要化合物。

在樣本C和D中發現壬醛、己醛、正己酸、2-乙基環丁醇和2-丁酮等物質的相對含量較高，其中壬醛和己醛都屬于醛類化合物，且是脂肪氧化產物之一。2-丁酮是直鏈酮并富有瓜果香氣，己醛被認為是脂質氧化特征的標記物質。己醛是由豬肉暴露在空氣中時直鏈醛發生氧化降解生成的醛類化合物，其中己醛是脂肪氧化的代表性化合物。蒸制和煮制是以水和水蒸氣為傳熱介質的烹飪方法，過熱的水蒸氣會加快酯類的氧化反應，并且發現脂肪氧化是導致蒸制和煮制方式下豬肉產生香氣的關鍵因素。有研究表明，己醛是蒸煮階段豬肉中的特征化合物，同時也是煮制雞肉的香氣成分[37]。

3? 結論

本研究通過理化和GC-MS分析了烤箱烤制、空氣炸鍋炸制、煮制和蒸制方式下豬肉理化特性和揮發性特征化合物的差異。基于方差檢驗的分析結果，發現不同烹飪方式對豬肉理化指標的影響較大，色度（L*值、a*值和b*值）、硬度、膠黏性和咀嚼性均存在顯著性差異（P＜0.05），經烤箱烤制和空氣炸鍋炸制的豬肉的質地較硬，有嚼勁。基于GC-MS分析技術，所有樣本共檢測出61種揮發性化合物，其中豬肉主要的化合物是醛類和醇類。PLS-DA模型進一步表明，蒸制與煮制的豬肉的整體揮發性風味相似度較高。變量重要性投影值中共15種關鍵性化合物被篩選出。戊醛、3-戊烯-2-醇、環丙基甲基甲醇和磺基丙氨酸被認為是烤箱烤制和空氣炸鍋炸制的豬肉的特征揮發性物質。煮制和蒸制的豬肉的特征揮發性物質包括壬醛、己醛、正己酸、2-乙基環丁醇和2-丁酮等。值得注意的是，本文中的烹飪方式都適用于其他肉類制品的加工。因此，本研究探究了不同烹飪方式對豬肉的質地和揮發性化合物形成的影響，不僅為豬肉深加工產品的研發提供了數據支持，而且為不同烹飪方式加工其他肉類制品提供了一定參考。

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