摘要
随着我国人民对食用肉品观念的改变,牛肉因其风味好、高蛋白、低胆固醇、营养价值丰富优质的特点,成为大众消费量最高的肉类.为了深入了解炖煮牛肉的风味特征,具体研究内容如下:
1) 采用 GC-MS、快速气相电子鼻、感官评价、GC-O 等方法鉴定五种不同部位的炖煮牛肉挥发性香气成分,以及关键的香气物质;通过快速气相电子鼻的主成分分析图、雷达图等发现各部位的口感以及挥发性风味成分存在差异,通过 SDE/GC-MS共鉴定出 98 种挥发性香气化合物,醛、酮、醇和杂环化合物的种类和含量较多,比如 2-糠醛、(E)-2-己烯醛、庚醛、菠萝醛、苯甲醛和(E,E)-2-癸二烯醛等,2-戊基呋喃等.通过 GC-O 共鉴定出 39 种重要的香气物质,其中牛腩中 FD 值大于 27的风味物质有 25 种,FD 值最大的物质为乙酸乙酯,吡啶和 2-甲基吡嗪,2-甲基-3-呋喃硫醇、呋喃硫醇、乙酸乙酯、庚醛等 OAV 值较大,说明这些化合物对炖煮牛肉的香气有重要的贡献.
2) 测定各部位生肉中(上脑、辣椒条、牛腩、牛腱子和牛臀)的蛋白质、脂肪、水分、灰分等基本成分的含量,发现牛腩的蛋白质、脂肪含量偏高,测定生肉、肉汤中的游离氨基酸、呈味核苷酸、有机酸和可溶性糖等滋味物质的含量,发现生牛腩和牛腩肉汤中的各种氨基酸含量均高于其他部位,从生肉到肉汤的过程中,葡萄糖和果糖的含量增长明显;上脑的柠檬酸、苹果酸、酒石酸和乙酸含量最丰富.同时采用电子舌和感官评价评定不同部位牛肉的滋味,其酸、甜、苦、咸、鲜味得分都明显高于其他部位,可能的原因是不同种氨基酸、有机酸、糖和呈味核苷酸含量的影响,牛腩的炖煮口感更好.最后采用偏最小二乘法(PLSR)分别研究了生肉、肉汤的呈味物质与感官评价、关键香气物质的相关性.
3) 采用单因素实验法优同时蒸馏萃取条件和色谱柱条件,采用 GC-MS,GC-FPD,GC-O 等技术鉴定炖煮不同批次的牛腩挥发性风味成分,采用 SCC 方法选取共有成分建立炖煮牛腩风味指纹图谱,分别是:甲硫醇、吡啶、3-甲基-2-丁酮、4-甲基噻唑、2-甲基吡嗪、2-甲基-3-呋喃硫醇、菠萝醛、呋喃硫醇、2-戊基呋喃、辛醛、乙醛、2,5-二甲基-4-羟基-3(2H)-呋喃酮、壬醛、(E)-2-壬烯醛、癸醛、(E,E)-2,4-癸二烯醛、1,2-邻二氯苯、桃醛、十六醛、(2H)-5-十四烷基-2(3H)-呋喃酮、十四醛、十八醛、十六酸.从相似度系数、重现性、重复性和稳定性来对指纹图谱进行鉴定,最后采用主成分分析法和得分图方法,应用炖煮牛腩风味指纹图谱检测不同部位的牛肉,可以直观的看出差别以及重要的香气化合物.
4) 以炖煮牛腩中重要的香气成分(E)-2-壬烯醛为研究对象,以[13C6]标记的葡萄糖、半胱氨酸和不饱和脂肪醛((E)-2-壬烯醛)建立美拉德模型体系,根据被同位素标记的产物探讨美拉德反应中生成具有重要贡献的肉香物质的反应路径.首先通过 SPME/GC-MS 鉴定出由葡萄糖、半胱氨酸和(E)-2-壬烯醛构成的美拉德模型体系的挥发性风味物质,如 2-呋喃甲醇、2-甲基-3-呋喃硫醇、2-糠硫醇、2-戊基呋喃、2-戊基噻吩、2-戊基吡啶等,并通过 13C 标记的葡萄糖同位素发现,生成的产物 2-丁基噻吩和 5-丁基二氢-2(3H)-呋喃酮来源于[13C6]葡萄糖.无论反应中是否存在半胱氨酸,葡萄糖和(E)-2-壬烯醛对 2-戊基呋喃的产生都存在影响.2-呋喃甲醇、(E)-2-(1-戊烯基)-呋喃、2-己基呋喃、乙硫醇、5-甲基-2(5H)-噻吩酮、1-甲基-5-巯基四唑、4-戊基吡啶、2-戊基噻吩和 2-巯基丙酸由 13C1-13C4 标记,表明它们的来源都是葡萄糖、半胱氨酸和(E)-2-壬烯醛.因此,当葡萄糖和半胱氨酸都参与反应时,醛对特定香气化合物的碳骨架的贡献发生了很大变化.本研究有助于进一步研究醛类前体在肉风味物质生成中的作用.
关键字:牛肉,风味分析,指纹图谱,美拉德模型体系,碳标记
Abstract
With the changes of meat productions concept in our country, beef has become thehighest meat consumption due to its good flavor, high protein, low cholesterol and richnutritional value. In order to deeply understand the boiling characteristics of beef, the specificresearch contents are as follows:
1) The simultaneous distillation extraction, fast GC electronic nose, sensory evaluationcombined with GC-MS and GC-O were used to analyze the volatile aroma compounds ofstewed beef in five different parts and key aroma substances; The principal analysis, radaranalysis by fast GC electronic nose are used to find that five parts of beef has a differenceof the volatile compounds and flavor. 98 volatile compounds were detected bySDE-GC-MS. Among them, aldehydes are the most abundant, then the alcohols andketones, for example, 2-furfural, (E)-2-hexenal, heptanal, 3-methylthiopropanal,benzaldehyde, (E,E)-2-decadienal, and 2-pentylfuran, etc. A total of 39 key aromacompounds were identified by GC-O. There were 25 kinds of flavor substances with FDvalue greater than 27. The substances with the largest FD value were ethyl acetate,pyridine and 2-methylpyrazine. The OAV values of the 2-methyl-3-furanthiol, furanthiol,ethyl acetate and heptanal are high, indicating that these compounds have an importantcontribution to the aroma of boiled beef.
2) Determine the content of basic components such as protein, fat, water, and ash in the rawmeat of each part, it was found that the protein content and fat content were higher thanthose in other parts, the contents of free amino acids, I+G, acids, and soluble sugars aredifferent. It was found that the protein contents are higher than other parts, the contents ofglucose and fructose are increasing obviously from the raw brisket to brisket soap, tartaricacid, apple acid, citric acid and acetic acid are rich in high rib and brisket. The electrictongue and sensory evaluation were used to the taste of beef in different parts. Finally, thepartial least squares method (PLSR) was used to determine the correlation between thetaste and the sensory evaluation of the meat and broth, and the key aroma substances.
3) Optimize the simultaneous extraction conditions and columns by single factoroptimization method, the GC-MS, GC-FPD, GC-O were used to identify the volatilecompounds of different batches of brisket and selected common components by spectral correlative chromatography to establish the fingerprint of boiled brisket. The commoncomponents are methyl mercaptan, pyridine, 3-methyl-2-butanone, 4-methyl thiazole,2-methylpyrazine, 2-methyl-3-furanethiol, methional, furfuryl mercaptan, acetaldehyde,(E)-2-nonenal, decanal, 2-pentylfuran, octanal, nonanal, tetradecanal,(E,E)-2,4-decadienal, 1,2-dichlorobenzene, hexadecanal, tetradecanoic acid,2,5-dimethyl-4-hydroxy-3(2H)-furanone, dihydro-5-tetradecyl-2(3H)-furanone,octadecanal and hexadecanoic acid. The fingerprints were identified from the similaritycoefficient, reproducibility, repeatability and stability, and then the principal componentanalysis and the scores were used in flavor fingerprint to distinguish the brisket fromdifferent parts of beef in important volatile compounds.
4) The Maillard reaction of lipid oxidation products with amino acids and reducing sugars isknown to be important for the characteristic aroma generation both in meat and meat-likeprocess flavorings. SPME/GC-MS was used to analyze the volatiles produced from asolution of [13C6] glucose, cysteine and lipid degradation product- (E)-2-nonenal, heatedat 130 °C for 90 min. Analysis of the mass spectra showed that the resulting2-butyl-thiophene and 5-butyldihydro-2(3H)-furanone were 13C6-labeled and hencestemmed from glucose. Glucose and (E)-2-nonenal were equally important for theformation of 2-pentylfuran, whether cysteine was present in the reaction or not. 2-Furanmethanol, (E)-2-(1-pentenyl)-furan, 2-hexanoylfuran, ethanethiol,5-methyl-2(5H)-thiophenone, 1-methyl-5-mercaptotetrazole, 4-pentyl-pyridine,2-pentyl-thiophene and 2-mercaptopropanoic acid were virtually 13C1-13C4 labeledsuggesting their origin from both glucose and cysteine and/or (E)-2-nonenal carbons.Thus, the relative contribution of aldehyde to the C-skeleton of a particular aromacompound changed greatly, when both glucose and cysteine were involved in itsformation.
Keywords: beef, flavor analysis, fingerprint, Maillard model system, carbon labeling.
目录
第 1 章 绪论............................................................................................ 1
1.1. 炖煮牛肉的概述.................................................................................................. 1
1.2. 牛肉风味的研究进展.......................................................................................... 1
1.2.1. 炖煮牛肉香气物质的萃取方法...................................................................... 1
1.2.2. 香气物质的分析方法...................................................................................... 2
1.3. 风味指纹图谱的建立.......................................................................................... 4
1.3.1. 风味指纹图谱的研究现状.............................................................................. 4
1.3.2. 风味指纹图谱的建立和解析方法.................................................................. 5
1.3.3. 风味指纹图谱建立的必要性.......................................................................... 5
1.4. 美拉德反应......................................................................................................... 5
1.4.1. 美拉德反应途径和影响因素.......................................................................... 6
1.4.2. 美拉德模型体系研究现状.............................................................................. 6
1.5. 本课题研究目的及意义..................................................................................... 7
1.6. 本课题主要研究内容......................................................................................... 8
第 2 章 不同部位牛肉的炖煮特征风味研究........................................ 9
2.1 引言 ..................................................................................................................... 9
2.2 材料与方法........................................................................................................... 9
2.2.1 实验试剂与仪器................................................................................................ 9
2.2.2 同时蒸馏萃取(SDE)样品的制备.............................................................. 10
2.2.3 快速气相电子鼻分析...................................................................................... 10
2.2.4 感官评价.......................................................................................................... 10
2.2.5 GC-MS 分析.................................................................................................... 10
2.2.6 GC-O 分析....................................................................................................... 11
2.2.7 OAV 计算........................................................................................................ 11
2.2.8 挥发性物质的定性与定量分析...................................................................... 11
2.2.9 数据分析.......................................................................................................... 12
2.3 结果与讨论......................................................................................................... 12
2.3.1 快速气相电子鼻结果分析.............................................................................. 12
2.3.1.1 时间-相对含量分布分析 ............................................................................. 12
2.3.2 PCA 分析......................................................................................................... 12
2.3.3 RADAR 分析................................................................................................... 13
2.3.4 感官分析.......................................................................................................... 14
2.3.5 GC-MS 分析.................................................................................................... 15
2.3.6 GC-O 分析....................................................................................................... 23
2.4 小结.................................................................................................................... 28
第 3 章 不同部位牛肉的炖煮滋味研究.............................................. 29
3.1 引言.................................................................................................................... 29
3.2 材料与方法......................................................................................................... 29
3.2.1 实验试剂与仪器.............................................................................................. 29
3.2.2 基本化学成分测定.......................................................................................... 29
3.2.2.1 蛋白质含量的测定....................................................................................... 29
3.2.2.2 脂肪含量的测定........................................................................................... 29
3.2.2.3 水分含量的测定........................................................................................... 29
3.2.2.4 灰分含量的测定........................................................................................... 29
3.2.3 感官评价.......................................................................................................... 29
3.2.4 电子舌分析...................................................................................................... 30
3.2.5 基本呈味成分测定.......................................................................................... 30
3.2.6 生、熟牛肉及肉汤游离氨基酸含量检测...................................................... 30
3.2.6.1 生肉及肉汤呈味核苷酸含量检测............................................................... 30
3.2.6.2 生肉及肉汤可溶性糖含量检测................................................................... 30
3.2.6.3 肉汤有机酸含量检测................................................................................... 30
3.2.7 SDE 样品的制备............................................................................................. 31
3.2.8 数据分析.......................................................................................................... 31
3.3 结果与讨论......................................................................................................... 31
3.3.1 基本化学成分分析.......................................................................................... 31
3.3.2 电子舌结果分析.............................................................................................. 31
3.3.2.1 电子舌主成分分析....................................................................................... 31
3.3.2.2 电子舌判别因子分析................................................................................... 32
3.3.3 基本呈味成分分析.......................................................................................... 33
3.3.3.1 生、熟牛肉及肉汤游离氨基酸含量分析................................................... 33
3.3.3.2 生肉及肉汤呈味核苷酸含量分析............................................................... 37
3.3.3.3 生肉及肉汤可溶性糖含量分析................................................................... 37
3.3.3.4 各部位肉汤有机酸含量分析....................................................................... 38
3.3.4 感官评价结果.................................................................................................. 39
3.3.5 生肉、肉汤的呈味物质和感官评价的相关性分析...................................... 40
3.3.5.1 各部位生肉的呈味物质与感官评价相关性分析....................................... 40
3.3.5.2 各部位肉汤的呈味物质与感官评价相关性分析....................................... 40
3.3.6 生肉、肉汤的呈味物质和特征风味成分的相关性分析.............................. 41
3.3.6.1 生肉的呈味物质和特征风味成分的相关性分析....................................... 41
3.3.6.2 肉汤的呈味物质和特征风味成分的相关性分析....................................... 42
3.4 小结.................................................................................................................... 43
第 4 章 炖煮牛腩指纹图谱的构建...................................................... 44
4.1 引言.................................................................................................................... 44
4.2 材料与方法......................................................................................................... 44
4.2.1 实验试剂与仪器.............................................................................................. 44
4.2.2 基本成分分析.................................................................................................. 44
4.2.3 牛腩炖煮工艺的优化...................................................................................... 44
4.2.4 较优炖煮工艺牛腩样品的制备...................................................................... 45
4.2.5 GC-MS 分析.................................................................................................... 45
4.2.6 GC-FPD 分析 .................................................................................................. 45
4.2.7 挥发性物质的定性与定量分析...................................................................... 45
4.2.8 数据分析.......................................................................................................... 45
4.3 结果与讨论......................................................................................................... 45
4.3.1 基本成分分析.................................................................................................. 45
4.3.2 牛腩炖煮工艺的研究...................................................................................... 46
4.3.2.1 炖煮时间对挥发性风味物质的影响........................................................... 46
4.3.2.2 加盐量对挥发性风味物质的影响............................................................... 47
4.3.2.3 料液比对挥发性风味物质的影响............................................................... 47
4.3.2.4 极性不同色谱柱对挥发性风味物质的影响............................................... 48
4.3.3 炖煮牛腩特征风味指纹图谱的构建.............................................................. 48
4.3.3.1 炖煮牛腩中的共有挥发性物质................................................................... 48
4.3.3.2 指纹图谱相似度的计算............................................................................... 50
4.3.3.3 重现性测定................................................................................................... 51
4.3.3.4 重复性测定................................................................................................... 52
4.3.3.5 稳定性测定................................................................................................... 52
4.3.3.6 主成分分析................................................................................................... 53
4.4 小结...................................................................................... 55
第 5 章 美拉德模型体系的构建与反应机理初探.............................. 56
5.1 引言.................................................................................................................... 56
5.2 材料与方法......................................................................................................... 56
5.2.1 实验试剂.......................................................................................................... 56
5.2.2 美拉德模型体系的制备.................................................................................. 56
5.2.3 SPME 提取 ...................................................................................................... 57
5.2.4 GC-MS 分析.................................................................................................... 57
5.2.5 数据处理.......................................................................................................... 57
5.3 结果与讨论......................................................................................................... 57
5.3.1 不同反应条件对美拉德模型体系的影响...................................................... 57
5.3.1.1 反应温度对美拉德模型体系的影响........................................................... 58
5.3.1.2 缓冲液 PH 值美拉德模型体系的影响........................................................ 58
5.3.1.3 反应时间对美拉德模型体系的影响........................................................... 58
5.3.1.4 醛添加量对美拉德模型体系的影响........................................................... 59
5.3.2 不同模型反应的 GC-MS 结果分析 .............................................................. 59
5.3.3 不同体系中被 13C6 标记的美拉德反应产物探讨 ......................................... 67
5.3.3.1 [13C6]葡萄糖与(E)-2-壬烯醛的反应体系.................................................... 67
5.3.3.2 [13C6]葡萄糖与半胱氨酸的反应体系 ......................................................... 68
5.3.3.3 [13C6]葡萄糖、半胱氨酸和(E)-2-壬烯醛的反应体系 .......................... 69
5.4 小结........................................................................................ 72
第 6 章 结论........................................................................................... 73
参考文献 .......................................................................................... 75
致 谢 ................................................................................................ 83
第1章 绪论
1.1. 炖煮牛肉的概述
中国对牛肉的消费量已达到全球消费量的 13.28%,仅次于美国、巴西,是世界第三大牛肉消费国,2006 年消费量 569 万吨,2016 年 767 万吨,增长了 34.80%.传统中医认为,牛肉对人有不可多得的补益作用.据《韩氏医通》记载:"黄牛肉补气,与黄芪同功."另据《医林纂要》记载:"牛肉味甘,专补脾土.脾胃者,后天气血之本,补此则无不补矣."简言之,就是说牛肉能"补脾胃、益气血、强筋骨".现代营养学认为,牛肉蛋白质的含量高、脂肪含量低、维生素和矿物质丰富,营养成分易于被人体吸收,深受消费者喜爱.
"炖"是中国传统的烹饪方式之一,是将食物原料加入水和调料长时间烧煮(先以旺火煮沸,再以小火慢炖)的烹饪方法,做成的食品汤汁比较丰富.炖煮牛肉作为家庭烹饪中最普遍的菜肴,口味清淡、制作简易,是我国牛肉主要烹饪的加工方式之一.
1.2. 牛肉风味的研究进展
研究炖煮牛肉的香气成分主要分为两部分.第一,对炖煮牛肉中的香气物质进行萃取;第二,采用香气分析方法对萃取出的香气物质进行鉴定.
1.2.1. 炖煮牛肉香气物质的萃取方法
萃取方法主要包括固相微萃取法、同时蒸馏萃取法(SDE)和溶剂辅助风味蒸发法(SAFE)等.
固相微萃取法是基于涂有固定相的熔融石英纤维萃取头来吸附、富集样品中的挥发性组分,一段时间后达到吸附平衡的萃取方法,有三种基本的萃取模式:直接萃取(solid-phase microextraction, SPME)、顶空萃取(headspace SPME)和膜保护萃取(membrane-protected SPME).其中顶空萃取法使用最频繁,具有萃取时间断、保护萃取头的优点,张莉莉等采用固相微萃取法提取糖醋排骨风味香精中挥发性成分,并结合气相色谱-质谱联用技术和气相色谱-嗅闻技术对萃取成分进行鉴定,共检测出 12 种关键性风味成分[1].
同时蒸馏萃取法(Simultaneous Distillation Extraction, SDE)将样品蒸汽和萃取溶剂的蒸汽在密闭装置充分混合,各组分在低于各自沸点时被蒸馏出来,当其中某一组分被完全蒸出后,温度才上升到留在瓶中组分的沸点,挥发性成分首先被蒸馏出来,然后和萃取剂在螺旋形冷凝管上完成萃取,根据萃取剂与水比重的差异将两者分开,最后回收萃液.该方法将样品的水蒸气蒸馏和馏分的溶剂萃取两步过程合二为一,简化实验步骤,节约溶剂,同时也降低样品在转移过程中的损失,綦艳梅等采用同时蒸馏萃取法结合GC-MS,GC-O 等分离鉴定酱牛肉的挥发性风味成分,2-甲基丁醛、己醛、十四醛、2,3-戊二酮、芳樟醇、4-萜烯醇、乙酸乙酯、2-甲基四氢呋喃-3-酮、2-乙酰基吡咯、莰烯、β-蒎烯、柠檬烯、β-水芹烯和 α-法呢烯是酱牛肉的关键挥发性香气成分[2].
溶剂辅助风味蒸发法(Solvent Assisted Flavor Extraction, SAFE)是一种从复杂样品中全面地提取挥发性物质的有效手段,该方法将蒸馏系统与真空泵结合使用,利用水或有机溶剂的快速蒸发,样品中热敏性挥发性物质挥发少,萃取物具有样品的原始风味,适用于复杂基质中挥发性香气物质的萃取.肖群飞等将炖煮后的猪肉汤进行溶剂辅助蒸发提取,共检测出 102 种挥发性风味物质,33 个气味活性物质,为肉香味化学的发展提供参考[3].梁晶晶等采用同时蒸馏萃取和溶剂辅助风味蒸发萃取相结合的方法分析炖煮鸡胸肉产生的香气物质,肉炖煮时采用同时蒸馏萃取,肉汤再用溶剂辅助风味蒸发萃取,将提取物进行 GC-MS 和 GC-O 分析,发现 3-甲硫基丙醛、双(2-甲基-3-呋喃基)二硫醚、糠硫醇、4-甲硫基-2-丁酮、2-乙酰基吡咯啉、(E,E)-2,4-癸二烯醛、(E,E)-2, 4-壬二烯醛、γ-癸内酯、2,3-戊二酮、香豆素等,它们对整体肉香味有重要贡献,是调配炖煮鸡肉风味香精的重要原料[4].
1.2.2. 香气物质的分析方法
1.2.2.1. 感官分析
感官分析,是一种凭借人体自身的感觉器官检验食品的感官特性相关的科学,对食品的色、香、味和外观形态进行全面的鉴别以获得客观真实的数据,在此基础上,利用数理统计对食品的感官质量进行综合性的评价.一般来说,感官分析主要分为三种:差别检验,类别检验和描述性检验.差别检验用于确定产品之间差异性或相似的可能性;类别检验用于估计差异的次序或大小;描述性检验用于识别存在于样品中的特殊感官特性,常用的方法有感官剖面分析法和定量描述分析法,如王伟静等人采用感官剖面分析法对炖煮牛肉食用品质关键指标进行筛选[5],Moon[6]等人采用定量描述分析法对不同配方产生模拟牛肉味香精进行了分析比较.
由于感官分析是利用人的感官进行的实验,任一组感官评价员当中感官相应的差异是必然的、不可避免的,这种差异由个体内或个体间生理和心理上的差异引起,经过感官评价培训后,群组中个体感官响应会保持高度一致性,减少系统偏差.
在感官分析中,不看重个人的结论如何,而是注重于评价员的综合结论,帮助我们选择合理的路线以及为正确的决策提供依据.
1.2.2.2. GC-MS 分析与 GC-O 分析
GC-MS 是一种用于表征或鉴定挥发性物质的较为成熟的分析技术,其优点是通过发挥 GC 对复杂混合物的高效分离特长以及 MS 在鉴定化合物中的高分辨能力的前提下,实现多组分混合体系的同时定性与定量分析.是目前肉类风味分析中使用最广泛的两种定性方法.通过定性方法鉴定出挥发性成分后,通过峰面积百分比法、内标法和外表标曲法等方法进一步确定挥发性成分之间的含量关系.钱敏[7]等利用固相微萃取(SPME)与气质色谱联用技术(GC-MS)发现了猪肉香精中含有 44 种挥发性风味物质;Ruben[8]等利用固相微萃取(SPME)与气质色谱联用技术(GC-MS)研究了 4 种不同烹调方法对牛肉挥发性化合物的影响;张迪雅[9]等采用 GC-MS 与电子鼻相结合的技术探讨不同部位牛肉对不同加热温度的气味影响.
GC-O 作为一种感官检测技术,将 GC 强大的分离能力与人类鼻子的灵敏性联系起来,从复杂的混合物中筛选和评价特征风味成分,其中人的鼻子起了检测器的作用.常用的 GC-O 检测技术有:检测频率分析(detection frequency)、芳香萃取物稀释分析(aroma extract dilution analysis, AEDA)和时间-强度分析(time-intensity analysis),其中GC-O 嗅闻结合芳香物萃稀释分析法(AEDA)在筛选关键致香成分中起重要作用,香气活力值(OAV)计算成为筛选关键致香成分的重要手段,该技术现已广泛应用于肉制品、酒类、水果、饮料和乳制品等食品的香气活性化合物的分析和检测中[10].Machiels[11]等利用 GC-O 中的检测频率法对两种爱尔兰牛肉商品中的挥发性风味物质进行强度分析,同时对气味进行描述,并通过 GC-MS 对这些风味化合物进行鉴定;Patrick[12]等利用 GC-O 技术对哈密瓜中的特征风味成分进行了鉴定及描述并利用GC-MS/MS 发现了(E,Z)-2,6-壬二醇二乙酸酯的存在;王蒙[13]等通过 SDE 提取炖煮猪肉过程中产生的风味物质,采用 GC-MS 进行分析定性,鉴定出 94 种化合物,进一步采用 AEDA/GC-O 分析,鉴定出 23 种气味活性物质,其中甲硫醇、糠硫醇、(E)-2-壬烯醛、2-乙基-3-甲基吡嗪和苯乙醛等是关键风味物质.
采用 GC-O 与 GC-MS 联用技术可将气相色谱中流出的组分分别同时进入质谱和嗅味检测仪中,借助于两者优势互补的特点,提升香味化合物鉴别的科学性.然而,牛肉中存在大量痕量物质(如含硫、含氮化合物),这些化合物的检测限极低,单纯采用质谱检测器很难将它们有效鉴定出来.因此,采用氮磷检测器(NPD)和火焰光度检测器(FPD)与气相色谱仪相结合,在鉴定含硫与含氮化合物有较大帮助,朱建才[14]等采用GC-FPD 技术鉴定桑葚中的含硫化合物,发现 2-甲基硫醇、甲硫氨醇、二甲基硫醚、甲氧基噻吩和 3-乙基噻吩对三种不同品种的桑葚香气有突出贡献.因此,单纯采用一种定性方式已经不能满足鉴定的要求,在分析炖煮牛肉中香气化合物时,采用多种定性方式相结合提高其准确性.
1.2.2.3. 电子鼻与电子舌分析
近年来,人们一直在寻找用物理化学的方法来对感官分析进行补充,使容易产生误解的语言表达转化为可以用精确的数字来表达的方法,如电子舌、电子鼻的开发与应用,可使评价结果更趋科学、合理、公正.
电子舌是模仿人体味觉机理研制出来的一种智能识别电子系统,是近年来发展起来的一种分析、识别液体味道的新型检测手段[15-16].如王永维[17]等采用电子舌对不同品牌的白酒进行了区分;张浩玉等[18]对不同品种的醋进行了辨别研究;Quansheng Chen[19]等对不同等级的绿茶进行了区分研究;Zhenbo Wei 等[20]对不同的蜂蜜进行了鉴别研究.
电子鼻能够给出挥发性成分的整体信息,也可以说是一种"指纹数据",成为感官检测和品控方面客观且可靠的重要手段[21-22].如贡慧[23]等利用电子鼻研究煮制过程中的酱牛肉挥发性风味变化,分析其动态变化规律,张迪雅[24]等利用电子鼻和 GC-MS 研究不同加热温度下不同部位的牛肉挥发性物质的气味影响,气味的差异主要由醛类和醇类物质的含量和组成所造成.王伟静[25]等利用电子鼻和电子舌对冷鲜牛肉外脊和大黄瓜条在不同加热温度炖煮的风味物质测定,发现 110 oC 是最佳炖煮温度.
快速电子鼻(Flash E-Nose),较传统电子鼻测定速度更快,是一种基于气相色谱原理的挥发性成分快速检测分析的设备,其同时具有电子鼻快速、简单的特点,又有色谱的分离作用.样品经顶空处理后分别进入 2 根极性不同的色谱柱(弱极性和中等极性)进行分离,经过 FID 检测器检测获得色谱图[26].
1.3. 风味指纹图谱的建立
1.3.1. 风味指纹图谱的研究现状
前文中已提到 GC-MS 在食品风味分析中的优越性,但尚存某些不容忽视的问题.首先,香味化合物单体在产品整体风味中的贡献取决于其阈值及其绝对含量[27],单纯依靠 MS 分析手段可能很难判断特定香味化合物的重要性,其次,食品风味的呈现通常是种类繁多的各种挥发性化合物的综合体现,某些化合物本身尤其以单一组分存在时没有任何风味或滋味的表征,对于样品特征风味的形成与追溯可能没有任何意义,如大多数的烃类物质,这些物质一般具有相对较高的风味阈值,对产品风味形成的贡献微弱[28],若单纯的依靠 MS 辅助手段对样品中全部挥发性成分进行监测,无形增大了研究和检测的工作量.基于以上原因,从样品中挑选一些能够代表其特征风味的化合物尤为重要.
"指纹图谱"是一种从整体上研究复杂物质体系的分析技术,以各种现代仪器分析技术如波谱、光谱、色谱、质谱等为依托的一种质量控制模式[29].具有指纹特征分析及宏观推断等特点[30-31],它不强调个体的绝对唯一性,而是强调群体的相似性,相似性是通过指纹图谱的整体性和模糊性来体现的,这也是指纹图谱分析的最基本属性[32].
现代色谱指纹图谱是指样品经过适当前处理,如液液萃取、同时蒸馏萃取(SDE)、固相微萃取(SPME)等,然后利用气相色谱或气质联用分析其中的风味成分,再借以化学计量学、统计学、应用数学等统计学方法,建立起来用于鉴别样品品质与衡量质量稳定性的一种模式[33].早期,该技术主要是以中药材为载体,建立了"中药指纹技术",应用于中药材质量控制中[34-36].近年来,色谱指纹图谱在药品和食品领域的许多产品质量控制也得到应用.色谱指纹图谱用于评估不同食品的地理或植物来源,并区分某一产品的质量水平,据报道,它应用于检测蜂蜜、饮料、水果和蔬菜、谷物等的质量等级[37],利用化学计量学从判别分析和组学分析等化学系统中提取有用的信息[38].Bertrand 等[39]采用 GC-MS 指纹图谱技术对 16 个不同区域的绿咖啡样本进行了比较分析,研究发现咖啡种植区的海拔高度、果实成熟过程中的平均温度及光线辐射强度等因素对咖啡风味品质具有显着的影响.虽然化学计量学的研究方法各不相同,但大多数都是基于模式识别技术的应用.同时,化学计量学方法,特别是 PCA 技术,结合选定的常用化合物的色谱指纹图谱数据,已得到广泛应用.Chun-Yun Zhang[40]利用 HS-SPME-GC-MS 和多元分析相结合的方法,收集了 3 个具有代表性的猕猴桃品种,对其挥发性风味指纹图谱和生物指标进行了分析;Ruan[41]建立了微波辅助萃取结合 GC-MS 和主成分分析相结合的黄果质量监测方法,并对其进行了分类鉴别.
1.3.2. 风味指纹图谱的建立和解析方法
目前,食品指纹图谱主要是指在对样品中的各种化合物提取其共有成分的前提下,结合相关技术对其进行定性定量分析,通过取其均值而建立的产品共有模式体系.依照指纹图谱建立的原则,食品风味指纹图谱结合 GC-MS 技术、 GC-O 技术和样品的感官分析数据,在筛选出对样品整体风味贡献较大的特征香气化合物的前提下,以其种类和含量可建立该样品的特征风味指纹图谱.在建立了样品的特征风味指纹后,采用多元线性回归、主成分回归、聚类分析或偏最小二乘回归等方法,或通过多种回归相结合的联合分析,可实现各样品间相似性的有效评价,来了解各个样品在共有模拟组成上的差异程度和波动情况,对以指纹图谱为基础的产品质量或模拟风味香精的相似程度进行评价.如 Huang[42]等首先采用 GC-MS 技术建立了咖啡香气化合物指纹图谱,利用主成分分析法对图谱进行解析,结果表明,所建立的咖啡香气指纹图谱能够有效的用于咖啡品质的评价和监控.
1.3.3. 风味指纹图谱建立的必要性
目前,肉类的炖煮风味已得到全球的认可,但是工业生产的炖煮肉类数量很少,主要原因是其风味的不稳定性.炖煮肉类的风味形成十分复杂,其中包括肉本身的风味形成、香料之间的互相协同作用.已有许多对肉自身风味、香料的协同和风味的检测方法的研究,然而,炖煮肉风味质量监测方法鲜有报道.
…………由于本文篇幅较长,部分内容省略,详细全文见文末附件
第6章 结论
1、 通过快速气相电子鼻、感官评价以及 SDE/GC-MS、GC-O 综合分析了炖煮同一品种、不同部位的牛肉(上脑、辣椒条、牛腩、腱子肉和牛臀),具体如下:
通过利用快速气相电子鼻发现各部位样品的口感以及挥发性成分存在差异,通过 SDE/GC-MS 共鉴定出 98 种挥发性香气化合物,醛类、醇类和酮类物质的含量和种类最多,呋喃类化合物数量虽然少,但是对不同部位牛肉的香气贡献很大.辣椒条含有的香气物质种类最多,牛腩最少,可能的原因是醛类、醇类物质在高温条件下转化成了酯.
通过 GC-O 共鉴定出 39 种重要的香气成分,其中牛腩有 25 种 FD 值大于 27 的风味化合物,FD 值最大的物质为乙酸乙酯、吡啶和 2-甲基吡嗪,2-甲基-3-呋喃硫醇、呋喃硫醇、乙酸乙酯、庚醛等 OAV 值较大,这说明其对炖煮牛肉的香气提供的突出贡献.
2、 通过测定五种不同部位生牛肉、肉汤的蛋白质、水分、灰分和脂肪含量,氨基酸、可溶性糖、有机酸、呈味核苷酸的含量,电子舌分析、感官评价、并做了其相关性分析,具体如下:
首先,对不同部位牛肉中的重要呈味物质的含量、蛋白质、水分、脂肪、灰分含量进行测定和分析,发现牛腩的蛋白质、脂肪含量偏高,对呈味物质进行测定,发现生牛腩和牛腩肉汤中的各种氨基酸含量均高于其他部位,且各部位中生肉的 5'-IMP 均低于肉汤中的 5'-IMP,生肉中各部位的 5'-GMP 明显高于肉汤中的 5'-GMP,生肉中各部位 5'-GMP 的含量普遍较高,肉汤中 IMP的含量较高,且差距较为明显.从生肉到肉汤的过程中,葡萄糖和果糖的含量增长明显;上脑的柠檬酸、苹果酸、酒石酸和乙酸含量最丰富.在感官评价中,其酸、甜、苦、咸、鲜味得分都明显高于其他部位,可能的原因是不同种氨基酸、有机酸、糖和呈味核苷酸含量的影响,牛腩的炖煮口感更好.
通过 PLSR 分析,发现生肉中的氨基酸、有机酸、I+G 和感官评价得分关系不大,各点在图中较为分散.而在肉汤中,滋味物质较为集中的分散在图的右侧,和五种不同部位有明显的相关性.在呈味物质和风味物质的 PLSR分析中发现,生肉的呈味物质和风味物质的相关性比较小,肉汤的呈味物质和风味物质的相关性明显增加,且牛腩汤和大部分氨基酸、风味物质庚醛都具有明显的相关性.
3、 通过 SDE/GC-MS 对炖煮牛腩进行指纹图谱分析,具体如下:
首先,对同时蒸馏萃取工艺进行优化,再对色谱条件进行了优化,发现DB-5 是最适合分离鉴定炖煮牛腩风味的色谱柱,以此构建炖煮牛腩风味指纹图谱,确定了 22 种共有成分,分别为甲硫醇、吡啶、3-甲基-2-丁酮、4-甲基噻唑、2-甲基吡嗪、2-甲基-3-呋喃硫醇、菠萝醛、呋喃硫醇、2-戊基呋喃、辛醛、乙醛、2,5-二甲基-4-羟基-3(2h)-呋喃酮、壬醛、(E)-2-壬烯醛、癸醛、(E,E)-2,4-癸二烯醛、1,2-邻二氯苯、桃醛、十六醛、二氢-5-十四烷基-2(3H)-呋喃酮、十四醛、十八醛、十六酸.
从相关系数、重现性、重复性、稳定性等方面对炖煮牛腩风味指纹图谱进行验证,尽管化学指标略有差异,但该指纹图谱可行.最后通过主成分分析、得分图对不同部位的牛肉样品进行了检测,表明该指纹图谱可为炖煮牛腩的品质评价、质量控制以及鉴别提供科学依据和方法.
炖煮牛腩在中国传统餐饮中具有重要的地位,因此,建立一套能真实反映炖煮牛腩风味品质的方法,可以为炖煮牛腩风味的创新提供了基础和理论参考.
4、 采用同位素标记法通过建立美拉德模型体系研究脂肪醛参与美拉德反应产生关键肉香味化合物的反应途径,具体如下:
首先通过 SPME/GC-MS 鉴定出由葡萄糖、半胱氨酸和(E)-2-壬烯醛构成的美拉德模型体系的挥发性风味物质,如 2-呋喃甲醇、2-甲基-3-呋喃硫醇、2-糠硫醇、2-戊基呋喃、2-戊基噻吩、2-戊基吡啶等,并通过 13C 标记的葡萄糖同位素发现,生成的产物 2-丁基噻吩和 5-丁基二氢-2(3H)-呋喃酮来源于[13C6]葡萄糖.无论反应中是否存在半胱氨酸,葡萄糖和(E)-2-壬烯醛对 2-戊基呋喃的产生都存在影响.2-呋喃甲醇、(E)-2-(1-戊烯基)-呋喃、2-己基呋喃、乙硫醇、5-甲基-2(5H)-噻吩酮、1-甲基-5-巯基四唑、4-戊基吡啶、2-戊基噻吩和 2-巯基丙酸由 13C1-13C4 标记,表明它们的来源都是葡萄糖、半胱氨酸和(E)-2-壬烯醛.因此,当葡萄糖和半胱氨酸都参与反应时,醛对特定香气化合物的碳骨架的贡献发生了很大变化.本研究有助于进一步研究醛类前体在肉风味物质生成中的作用.
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