| 标题 | 反复煮制酱牛肉老汤挥发性风味物质的变化趋势 |
| 范文 | 摘 要：采用固相微萃取-气相色谱-质谱法对反复卤制的酱牛肉老汤进行挥发性风味物质的定性与定量分析，并对数据进行聚类分析，同时结合电子鼻检测结果，对不同煮制次数的老汤进行风味分析与变化规律研究。结果表明：煮制1～4 次的酱牛肉老汤中共检出挥发性风味物质101 种，检出共有挥发性风味物质53 种，其中丁香酚、茴香脑和乙酸丁香酚酯等为主要风味物质；挥发性风味物质的相对含量随煮制次数的增加而逐渐降低，因此在老汤使用到一定程度时应补充香辛料以保证酱牛肉的风味。通过聚类分析和对挥发性风味物质损失程度的综合分析发现，老汤使用至第3次时可以开始补充丁香、肉豆蔻、花椒和小茴香，其补充量可以为初始添加量的40%～50%；而使用至第4次的老汤，其香辛料补充量则需要提高至初始量的50%～70%。 关键词：酱牛肉老汤；气相色谱-质谱法；电子鼻；聚类分析 Abstract： The volatile flavor components in repeatedly cooked soup stock for spiced beef were extracted and identified by solid-phase microextraction （SPME） combined with gas chromatography-mass spectrometry （GC-MS）. The data obtained were analyzed with cluster analysis. The changes in the flavor components with the number of cooking cycles were detected using an electronic nose. The results showed that a total of 101 volatile compounds were identified in soup stock cooked once， twice， three and four times. Fifty-three volatile flavor compounds were common to four samples， the predominant ones being eugenol， anethole and acetyleugenol. The relative contents of the volatile flavor compounds decreased with increasing number of cooking cycles. Therefore， supplementation of spices to the soup stock is needed to ensure the flavor of spiced beef. Collectively， cluster analysis and the loss of volatile flavor compounds showed that clove， nutmeg， Chinese prickly ash and fennel could be added at 40%–50% and 50%–70% of the initial amounts after second and third repeated use， respectively. Key words： soup stock for spicy beef； gas chromatography-mass spectrometry （GC-MS）； electronic nose； cluster analysis DOI：10.7506/rlyj1001-8123-201712008 中图分类号：TS251.5 文献标志码：A 文章编号：1001-8123（2017）12-0041-09 引文格式： 贡慧， 史智佳， 杨震， 等. 反复煮制酱牛肉老汤挥发性风味物质的变化趋势[J]. 肉类研究， 2017， 31（12）： 41-49. DOI：10.7506/rlyj1001-8123-201712008. http：//www.rlyj.pub GONG Hui， SHI Zhijia， YANG Zhen， et al. Changes in volatile flavor components in soup stock for spiced beef during repeated use[J]. Meat Research， 2017， 31（12）： 41-49. DOI：10.7506/rlyj1001-8123-201712008. http：//www.rlyj.pub 酱牛肉是我国的主要传统肉制品之一，以其独特的风味和鲜美多汁的口感深受我国消费者的喜爱[1]。在传统酱牛肉的加工过程中一般会添加一定比例的老汤来酱卤牛肉，以增添其风味[2]。老汤，顾名思义就是反复炖煮过牛肉的湯汁，其中除了添加的香辛料，还有反复炖煮牛肉过程中，牛肉在进行了脂肪酸氧化、Strecker降解、蛋白质降解、Maillard反应和硫胺素降解等变化[3-4]之后产生的风味物质，这些风味物质与香辛料的风味结合，经过炖煮形成的老汤风味浓郁、醇厚。但是随着老汤重复使用次数的增加，不同种类与来源的风味物质产生了不同趋势的变化，香辛料的风味可能逐渐丧失，牛肉煮制过程中的风味物质可能会逐渐积累，但在实际生产时经常会遇到老汤煮制几次后是否还会对风味有帮助作用、是否应该补充香辛料的问题。本研究以酱牛肉老汤反复炖煮过程中风味物质的变化为研究内容，采用数理统计的方法探究上述问题。 目前采用固相微萃取（solid-phase microextraction，SPME）结合气相色谱-质谱（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）法对食品原辅料以及产品进行风味分析是在一定程度上被大家所认同的方法。但是用以上方法进行风味分析时面临着繁杂的数据分析和处理工作。聚类分析法是基于统计学原理的数据分析方法，正在被越来越多地应用在食品领域，聚类分析法可以将复杂的数据通过其变化规律与特点进行归类，进而达到将庞杂的数据简单化的目的，在数据量庞大的食品品质与风味分析中已有所应用，比如水果[5-6]、燕麦[7]和白 酒[8-9]等的品质评价与分级、少数肉制品[10]的风味与品质分析，但是在酱卤老汤风味研究上的应用几乎没有报道。 作为一种基于生物嗅觉模式建立起来的检测系统，电子鼻具有操作简单、快速的特点，正在被越来越多地应用于食品分析领域，比如食品新鲜度鉴别[11-12]、原产地鉴别[13-14]以及品质与掺假鉴别[15-16]等。但是电子鼻的数据只能提供整体挥发性物质的变化信息，而无法进行定量，与GC-MS的数据相结合可以更全面地分析样品风味，更直观地反应样品的风味特征与变化趋势。 本研究首先针对不同煮制次数的酱牛肉老汤进行了SPME-GC-MS分析，对所得数据进行了统计学聚类分析，然后与电子鼻检测结果进行对比，直观立体地揭示了不同煮制次数老汤的挥发性风味物质变化规律，为实际加工生产中老汤的使用次数与香辛料补充时机与比例提供了理论参考。 1 材料与方法 1.1 材料与试剂 牛腱子肉 河北福成五丰食品股份有限公司；酱牛肉加工用辅料（食盐、白砂糖、酱油、香辛料（花椒、八角茴香、小茴香、砂仁、草果、丁香、肉豆蔻、肉桂）） 市售。 1.2 仪器与设备 TRACE 1310 GC-TSQ8000 GC-MS仪 美国赛默飞世尔科技（中国）有限公司；碳分子筛/聚二甲基硅氧烷（carboxen/polydimethylsiloxane，CAR/PDMS）萃取头 美国Supelco公司；PEN3电子鼻 德国Airsense公司；ODP2嗅闻检测仪 德国Gerstel公司。 1.3 方法 1.3.1 不同煮制次数酱牛肉老汤的制备与取样 原料肉解冻→修整→切块（0.5 cm见方） 切块牛肉→预煮→煮制→冷却→老汤1→第1次样品 切块牛肉→预煮→煮制（老汤1）→冷却→过滤→老汤2→第2次样品 切块牛肉→预煮→煮制（老汤2）→冷却→过滤→老汤3→第3次样品 切块牛肉→预煮→煮制（老汤3）→冷却→过滤→老汤4→第4次样品 操作要点：1）预煮条件为100 ℃、10 min；2）煮制：预煮结束后，按照配方比例加入食盐、白砂糖、酱油和香辛料（各香辛料均以原料肉质量的0.2%加入）等辅料，与肉质量2 倍的清水煮沸10 min，降至90 ℃熬煮牛肉4 h后取样；3）使用老汤卤制时需补充适量水，使老汤与水的总质量始终为肉质量的2 倍，在相同的温度条件下熬煮牛肉；4）每次取样量约为50 mL，冷却后于 -18 ℃冷冻，重复操作3 次，留样备用。 1.3.2 样品的SPME 将留样后的老汤解冻，恢复至室温后，每个样品取5 mL置于SPME小瓶中，将小瓶放入50 ℃水浴锅中平衡30 min，将已老化好的SPME针头插入样品瓶中，使石英纤维头暴露于顶空的气体中，萃取40 min后，将吸附完成的萃取头插入GC-MS仪进行分离和分析，解吸温度250 ℃[17]。每个样品平行测定3 次。 1.3.3 GC-MS条件 GC条件：DB-wax MS石英毛细管柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；进样口温度250 ℃；升温程序：起始柱温40 ℃，保持3 min，以5 ℃/min的速率升至200 ℃，再以10 ℃/min的速率升至230 ℃，保持3 min；检测器温度260 ℃；载气（He）纯度≥99.999%，流速1.0 mL/min。MS条件：电子轰击（electron ionization，EI）离子源，电子能量70 eV；接口温度260 ℃；离子源温度280 ℃；溶剂延迟2.5 min；检测器电压1.2 kV；质量扫描范围为m/z 40～600 [1，4]。 1.3.4 电子鼻检测 PEN3型电子鼻传感器由10 种金属氧化物半导体型化学传感元件组成，每种传感元件对应的敏感物质种类不同，各传感器的名称及性能描述如表1所示。准确量取5 mL老汤，放入20 mL样品瓶，25 ℃恒温环境平衡2 h，运用PEN3型电子鼻传感器对不同样品进行检测。传感器信号在70 s后基本稳定，本研究选取75 s处分析选定信号，总采集时间为90 s。每个样品平行测定7 次[16，18]。 1.3.5 嗅闻检测 嗅闻检测器接口温度200 ℃。检测时通入适量湿润氮气以防止评价员鼻腔干燥，影响对香气的判断。用预处理后的样品及标准香气化合物对评价员反复培训后再进行样品实验，由3 位评价员记录闻到香气的时间、香味特征和强度，每种风味化合物的香气描述及时间至少由其中2 名评价员一致确定[1，19]。本方法用于挥发性风味物质的鉴定。 1.3.6 挥发性风味化合物的定性与定量方法[1，20] 谱库检索鉴定方法：通过计算机检索，并与美国国家标準与技术研究所（National Institute of Standards and Technology，NIST）和Willey数据库提供的谱图相匹配，选取匹配度和纯度大于800（最大值为1 000）的化合物作为匹配物质，实现目标化合物的定性鉴定。 保留指数（retention index，RI）鉴定方法：计算各挥发性风味化合物的RI，并与文献中的RI进行比对。RI按照下式计算。 式中：Rtx、Rtn及Rtn+1分别为待测挥发性成分、含n 个碳原子正构烷烃及含（n+1） 个碳原子正构烷烃的保留时间/min。 采用面积归一化法进行定量分析，计算各挥发性成分的相对含量。 1.4 数据处理 采用SPSS 19.0软件对GC-MS数据进行单因素方差分析，研究其组间差异性，再采用系统聚类法，根据皮尔逊相关性度量对上述数据进行聚类分析；采用Winmuster软件对电子鼻测定结果进行主成分分析（principal component analysis，PCA）和线性判别分析（linear discriminant analysis，LDA）[21]；其他数据采用Microsoft Excel 2010软件进行处理。 2 结果与分析 2.1 不同煮制次数老汤挥发性风味成分分析 不同煮制次数老汤挥发性风味物质的GC-MS总离子流色谱图如图1所示（其中只截取了包含所有挥发性风味物质的前35 min的谱图）。 由表2可知，煮制1～4 次的老汤样品中共鉴定出挥发性风味化合物101 种，包括烃类29 种、醛类16 种、酮类8 种、醇类17 种、醚类5 种、酚类6 种、酸类5 种、酯类13 种、杂环类及其他类化合物2 种。第1、2、3、4次的老汤样品中分别鉴定出挥发性风味化合物75、80、73、68 种，挥发性风味物质的相对含量依次降低，说明老汤中的风味物质在反复煮制过程中有较大损失。 4 种样品中共有的挥发性风味物质有53 种，包括烃类13 种、醛类8 种、酮类3 种、醇类10 种、醚类5 种、酚类3 种、酸类3 种、酯类7 种、杂环类及其他類化合物1 种。其中丁香酚、茴香脑、乙酸丁香酚酯、肉桂酸甲酯、肉豆蔻醚、甲基丁香酚、2-羟基-4，6-二甲基苯乙酮、4-萜烯醇、榄香素、糠醛和苯并噻唑为主要的挥发性风味物质。 2.1.1 烃类挥发性风味化合物分析 由表3可知，老汤中检出的烃类挥发性化合物种类最多，每个样品均有17 种以上检出，但是烃类化合物的相对含量并不高，且呈现随着煮制次数的增加而略有上升的趋势。由表2可知，检出的烃类挥发性风味化合物多数为不饱和烯烃，如α-蒎烯、β-月桂烯、β-水芹烯等，它们来源于酱牛肉加工过程中添加的天然香辛料，如α-蒎烯来源于草果[22]，β-月桂烯和β-水芹烯则来源于 砂仁[23-24]，因此呈现香辛料独特的辛香气味。这些不饱和烃的相对含量随煮制次数的增加略有上升，但均未超过0.50%，说明此类风味化合物的挥发性与被牛肉吸收的量有限，但是水溶性较好，因此在老汤中产生了一定的积累。在检出的烃类挥发性风味化合物中，相对含量最高的是榄香素，且随煮制次数的增加，榄香素的相对含量下降，从煮制第1次的1.92%逐渐降至第4次的0.51%。榄香素主要来源于肉豆蔻[25]，属于芳香族化合物，从化学结构与性质上来说，其较烯烃类易挥发，因此产生上述变化趋势。 2.1.2 醛类挥发性风味化合物分析 由表3可知，老汤中的醛类挥发性风味物质的种类较多，均在9 种以上，相对含量不高，随着煮制次数的增加呈明显下降趋势。对甲氧基苯甲醛是醛类挥发性风味物质中相对含量最高的，其主要来自于小茴香[26-27]，相对含量从煮制第1次的2.41%逐渐降至第4次的0.42%，说明其挥发性较强，且易于被牛肉吸收；糠醛是酱油的特征风味物质之一[28-30]，其含量也随老汤煮制次数的增加而降低，从煮制第1次的0.79%降至第4次的0.12%，这都说明当老汤煮制至第4次时醛类挥发性风味物质含量已经较低，老汤很可能已经丧失了部分风味。壬醛和己醛是牛肉在煮制过程中发生脂肪氧化、降解或氨基酸的Strecker降解反应产生的挥发性风味物质[31-32]，它们的相对含量很低，但是阈值较低，有重要的增香作用，这也是老汤比香料水的风味更醇香的原因，但是这2 种物质的相对含量在不同煮制次数的样品中差别不大，说明它们在老汤中有一定程度的积累，这可能与其挥发性与水溶性有关。 2.1.3 酮、醇类挥发性风味化合物分析 由表3可知，老汤中的酮类挥发性风味化合物种类不多，含量不高，在各样品中的相对含量呈下降趋势。2-羟基-4，6-二甲基苯乙酮又称花椒油素，是含量最高的酮类挥发性风味物质，其主要来源于花椒[33-34]。由表2可知，2-羟基-4，6-二甲基苯乙酮的相对含量随着煮制次数的增加而逐渐降低，从煮制第1次的3.09%降至第4次的0.72%；其他酮类挥发性风味物质的变化趋势相似。 由表3可知，老汤中的醇类挥发性风味物质种类也较多，均在12 种以上，但相对含量不高，且呈现波动性变化趋势。由表2可知，4-萜烯醇是相对含量最高的醇类挥发性风味物质，其主要来源于肉豆蔻[25]，相对含量随着煮制次数的增加而逐渐降低，从煮制第1次的2.78%降至第4次的1.17%，与同样来源于肉豆蔻的榄香素的变化趋势一致[25]。由此可知，酮、醇类挥发性风味物质的挥发性较强，随着煮制次数的增加相对含量大幅度降低。 2.1.4 醚、酚类挥发性风味化合物分析 由表3可知，醚、酚类挥发性风味物质是老汤中相对含量最高的2 类物质，但种类并不多，均在5 种左右，其相对含量却占所有挥发性风味物质相对含量的一半以上，说明这2 类物质对老汤的风味起主要作用。由表2可知，茴香脑是相对含量最高的醚类挥发性风味物质，其主要来源于八角茴香[35-36]，相对含量随着煮制次数的增加而略有上升，从煮制第1次的12.52%上升至第4次的16.12%，说明它与烯烃类风味物质相似，挥发性较差，容易在老汤中积累。另一种含量较高的醚类挥发性风味物质是肉豆蔻醚，它的相对含量从煮制第1次的4.98%逐渐降至第4次的0.86%，这与同样来源于肉豆蔻[25]的榄香素和4-萜烯醇的变化趋势一致。 由表3可知，老汤中酚类挥发性化合物的相对含量最高，其中最高的是丁香酚，其主要来源于丁香[37-38]，呈现丁香独特的香气。由表2可知，随着煮制次数的增加，丁香酚的相对含量呈逐渐降低趋势，从36.02%下降至第4次的10.26%，说明丁香酚是老汤中最主要的挥发性风味物质之一，其挥发性很强，在煮制到第3次时的相对含量已下降近一半，说明此时的老汤风味物质已经有了很大程度的损失。 2.1.5 酯类挥发性风味化合物分析 由表3可知，老汤中酯类挥发性风味化合物的种类平均在10 种左右，相对含量呈波动性变化趋势。由表2可知，在检出的酯类挥发性风味化合物中，相对含量最高的是肉桂酸甲酯，且其相对含量在不同样品中变化不大，肉桂酸甲酯来源于肉桂[39-40]，具有香酯样的芳香气味；另一种含量较高的酯类挥发性风味物质是乙酸丁香酚酯，其相对含量从煮制第1次的7.29%降至第4次的1.24%，变化趋势与丁香酚一致，且乙酸丁香酚酯同样来源于丁香[37-38]。 從醚、酚、酯类挥发性风味物质的变化趋势可以看出，来源于同一种香辛料的不同种类挥发性风味物质的变化趋势趋于一致。此种变化也可以作为依据，在老汤煮制到一定次数后适当补充香辛料，并且确定所需补充香辛料的种类和比例，以保证酱牛肉产品的风味。 2.1.6 酸类、杂环类与其他挥发性风味化合物分析 由表3可知，老汤中的酸类挥发性风味物质种类较少，含量也较低，其大部分来自于牛肉中脂肪酸的微量溶解[1，4]，因此含量变化也不明显。杂环类化合物的种类最少，含量最低，但是其阈值较低，对肉制品风味的影响显著，如苯并噻唑主要来源于牛肉煮制过程中的蛋白质分解反应[31-32]，由表2可知，其相对含量呈现随煮制次数的增加而逐渐升高的趋势，从煮制第1次的0.37%上升至第4次的0.51%，与壬醛等来源于牛肉的风味物质变化趋势一致，这也是随着煮制次数的增加老汤越发醇香的原因。 2.2 不同煮制次数老汤挥发性风味成分的聚类分析 聚类分析是一种建立分类的多元统计分析方法，能够将一批样本根据其诸多特征，按照性质上的亲疏关系在没有先验知识的情况下进行分类，所得结果在一定程度上取决于聚类距离[5-9]。将不同煮制次数的老汤样品中共同检出的53 种挥发性风味物质进行聚类分析，根据皮尔逊相关性度量，系统聚类可较客观地根据差异性与相似性特点对样品进行分类，系统聚类树状图如图2所示。 由表4可知，按照各挥发性风味物质相对含量的变化趋势与聚类分析结果可以将53 种共检出物质分为2 类。第1类物质的相对含量总和随煮制次数的增加而增加，但是增加幅度不大，其中茴香脑和肉桂酸甲酯的相对含量最高，其次是苯并噻唑，再次是烯烃类和一部分醛类挥发性风味物质，它们主要来源于八角茴香、肉桂、砂仁、草果以及牛肉煮制过程中风味物质的溶出。第2类物质的相对含量随着煮制次数的增加而大幅度降低，其中丁香酚、乙酸丁香酚酯、肉豆蔻醚、甲基丁香酚、2-羟基-4，6-二甲基苯乙酮、4-萜烯醇与4-甲氧基苯甲醛的相对含量较高，它们主要来源于丁香、肉豆蔻、花椒和小茴香。以此为依据可以将香辛料分为不易挥发、易积累与易挥发、易流失的2 类，为使用老汤煮制酱牛肉是否补充香辛料提供理论依据。在老汤使用过程中，无需或需少量补充的香辛料为八角茴香、肉桂、砂仁和草果；需要补充的香辛料为丁香、肉豆蔻、花椒和小茴香，根据挥发性风味物质的损失程度，可以在老汤使用至第3次时补充，补充量可以为初始添加量的40%～50%，而使用至第4次的老汤，其香辛料补充量则需提高至初始量的50%～70%。 2.3 不同煮制次数老汤挥发性风味成分的电子鼻测定 由图3可知，PCA中，主成分1和主成分2的贡献率分别为90.84%和5.61%，二者的总贡献率为96.45%；LDA中，主成分1和主成分2的贡献率分别为82.02%和14.08%，总贡献率为96.10%。2 种方法的总贡献率均高于95.00%，说明4 个样品的特征风味可以用电子鼻完全区分，且区分结果是有意义的。 从PCA结果可以看出，煮制第1、2、3次的样品与煮制第4次的样品在主成分1方向上的距离较远，说明区分程度较大；LDA中，煮制第3次的样品与其他3 个样品在主成分1方向上的距离较远，煮制第4次的样品与煮制前3次的样品在主成分2方向上的距离较远，说明煮制第4次的样品与其他样品的差别较大，而差别从煮制第3次时已开始显现。 综合分析电子鼻与GC-MS的结果可以发现，随着老汤煮制次数的增加，挥发性风味物质逐渐散失，此变化从煮制第3次开始显现，如果继续使用老汤则无法为酱牛肉提供风味；但是随着煮制次数的增加，从牛肉中溶出的风味物质有所积累，这对酱牛肉的风味形成又具有积极意义，因此此时的老汤并不应丢弃而损失这部分独特风味。应在老汤中适当补充香辛料以保证酱牛肉的风味，但是通过上述分析可以发现，有些香辛料在老汤中不易挥发、易积累，无需补充或仅需少量补充，否则可能起到反作用；而有些香辛料则散失严重，需要补充以保证风味稳定。 3 结 论 本研究对不同煮制次数酱牛肉老汤的风味物质进行SPME-GC-MS与电子鼻检测，并进行了聚类分析。结果表明，煮制1～4 次的老汤中共检出挥发性风味物质101 种，其中烃类29 种、醛类16 种、酮类8 种、醇类17 种、醚类5 种、酚类6 种、酸类5 种、酯类13 种、杂环类及其他类化合物2 种；检出共有挥发性风味物质53 种，其中丁香酚、茴香脑和乙酸丁香酚酯等为主要风味物质；挥发性风味物质的相对含量随煮制次数的增加而逐渐降低，此变化在煮制第3次时开始显现；到煮制第4次时，挥发性风味物质的相对含量已降至初始含量的50%，但是积累了一定的牛肉溶出性风味物质，不能随意丢弃而丧失这部分醇香风味，应在老汤中适当补充香辛料以保证酱牛肉风味的稳定。通过聚类分析和对挥发性风味物质损失程度的综合分析发现，老汤使用至第3次时可以开始补充丁香、肉豆蔻、花椒和小茴香，其补充量可以为初始添加量的40%～50%；而使用至第4次的老汤，其香辛料补充量则需要提高至初始量的50%～70%。使用老汤加工酱牛肉可以使产品风味更全面，增添牛肉的醇香口感，但是应注意老汤使用的次数和香辛料补充的时机和比例。本研究的结论从风味的角度为使用老汤进行酱牛肉加工提供了理论依据。 参考文献： [1] 贡慧， 杨震， 史智佳， 等. 不同熬煮时间对北京酱牛肉挥发性风味成分的影响[J]. 食品科学， 2017， 38（10）： 183-190. 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