孟　鑫,姚晓蕾,尚宏丽,孙　晶,王玉田

(辽宁医学院食品科学与工程学院,辽宁锦州 121000)



应用电子鼻检测内源性脂肪酶作用猪肉风味的变化

孟鑫,姚晓蕾,尚宏丽,孙晶,王玉田

(辽宁医学院食品科学与工程学院,辽宁锦州 121000)

为考察内源性脂肪酶对肉品风味的影响,本研究通过单因素和正交实验优化建立最佳作用条件,并结合感官评定和电子鼻检测酶处理前后肉品风味的变化。结果表明:当作用时间为40 min,加酶量为30%,作用温度为37 ℃时,感官评定分析肉品风味评分达到最高值;酶解后挥发性风味物质含量在硫化物、有机硫化物、芳香类及含乙醇类等成分含量变化明显;主成分分析法(PCA)和线性判别式分析法(LDA)进一步说明添加内源性脂肪酶在一定程度上有效地改善了肉品的香气。

内源性脂肪酶,电子鼻,风味,猪肉

风味是衡量肉品品质的一个重要指标,它与质地、营养、安全性等一并成为影响人们对肉品选择的决定性因素[1-2]。基于消费者对肉品品质需求的发展,肉品风味已成为畜产品加工领域的研究热点之一。但由于肉品风味的影响因素繁多,且许多影响因素对肉品风味形成机理尚处于探索阶段,严重制约了原料肉在我国畜产品加工领域的推广和产品开发。随着食品生物技术的发展,利用酶法合成的类似香料的风味化合物,在肉品加工、肉的嫩化、肉的保鲜及改善肉品品质、提高原料利用率等方面起着重要的作用[3-4]。添加到食品中可以改善和强化风味的酶制剂称为风味酶[5],由1965年Hewitt等首次提出,并对酶在果蔬风味形成中的作用进行了研究[6-7]。近年来,已有研究表明在肉品中添加酶制剂能够提高肉品风味[8],改善肉品嫩度。然而,对于肉品风味形成相关酶及蛋白功能的研究尚处于探索阶段,风味酶改善肉品风味机制的研究也涉及甚少。

在传统肉类风味检测研究中,感官评定作为主要评价方法。随着电子鼻技术在食品行业检测中发展,电子鼻检测肉品风味物质的方法已逐渐被应用[9-10]。黄业传等[11]通过电子鼻技术检测了腊肉挥发性物质风味物质的形成规律,莫树平等[12]探讨皮下脂肪和肌内脂肪对猪肉风味的贡献,这些研究为改善猪肉产品风味提供理论依据。

本研究以猪肉为研究对象,拟在肉品中添加猪肉内源性脂肪酶,通过单因素和正交实验建立优化条件,结合电子鼻和感官评定检测经不同条件处理前后肉制品风味物质变化情况,并运用主成分分析法(Principal Component Analysis,PCA)和线性判别式分析法(Linear Discriminant Analysis,LDA)对数据进行分析处理,为进一步解析肉品风味形成的基础和调控机理奠定理论基础,并为肉制品深加工提供技术指导。

1　材料与方法

1.1材料与仪器

聚乙二醇2000(PEG2000)、硫酸铵(NH4)2SO4、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、壳聚糖国药集团化学试剂公司均为分析纯;牛血清白蛋白、考马斯亮蓝G250Sigma公司均为生化试剂;冷鲜猪肋条肉辽宁省锦州市大润发超市购买。

高速组织捣碎机南京昕航科学仪器有限公司;PEN3电子鼻德国AIRSENSE公司。

1.2实验方法

1.2.1内源性脂肪酶的制备将5 g新鲜冷却肉用预冷4 ℃蒸馏水冲洗,用滤纸吸干,剪碎置于三角瓶中,加入10倍体积的预冷蒸馏水中,用高速组织捣碎机匀浆2 min,4000 r/min离心20 min,上清液即为粗酶液。常温下,采用双水相萃取法萃取内源性脂肪酶[13],萃取条件为:PEG2000浓度为25%,(NH4)2SO4浓度为12%,pH为6.5。

脂肪酶活力单位定义为:在一定条件下,脂肪酶水解脂肪每分钟产生1 μmol的脂肪酸,定义为一个酶活力单位,以μ/mL表示[14]。

1.2.2单因素实验在烧杯中将7.5 mL的1.2.1中制备的内源性脂肪酶酶液和25 g的生猪肉充分混合,分别考察作用温度、作用时间、加酶量三个单因素对猪肉风味的影响,以未经脂肪酶处理的25 g生猪肉作空白对照(室温),将待测肉品和空白对照分别煮熟,对成品进行感官综合评分,确定单因素的最适作用条件(表1)。

表1　单因素实验处理条件Table 1　The condition of single factor test

1.2.3正交实验基于对肉品风味及成本因素的考虑,通过正交实验,建立内源性脂肪酶对肉制品风味影响的最佳的作用条件。参照单因素实验的结果,选取影响成品风味的作用时间、作用温度与加酶量进行L16(43)正交实验(表2),以感官综合评分结果进行极差分析,确定最佳的作用条件。

表2　影响猪肉风味的正交实验因素水平Table 2　Factors and levels of orthogonal test by influence on pork flavor

1.2.4感官评定聘请10名食品专业人士组成感官评分小组,分别对样品进行评价。经过专业培训,小组成员根据外观、气味、弹性和风味对本实验的肉制品进行感官综合评分。满分100分,外观、气味、质地和风味分别占30%、20%、20%、30%,各样品分别取其平均值作为该样品的综合评分,评价标准见表3[15]。

表3　猪肉风味感官评分标准表Table 3　Standard table of sensory evaluation of pork flavor

1.2.5电子鼻检测将猪肋条肉分割为每个重约25 g,厚约7 mm的待测样品两组。样品组:经过上述建立的优化体系条件下,用猪肉内源性脂肪酶进行处理;空白组:不经脂肪酶处理,直接放置于4 ℃冰箱中备用。待样品组反应结束后,将两组样品取出,分别放入约300 mL沸水中煮制2 min。两组样品分别取1 g放入100 mL顶空瓶中,加盖密封待检,3 min后开始测量。电子鼻检测条件:电子鼻测定时间为120 s,内部流量300 mL/min,进样流量300 mL/min,每个样品重复测定3次,统计分析10个不同选择性传感器的G/G0值,利用电子鼻Winmuster分析软件对采集到的数据进行分析。按照上述方法,每组实验重复3次。PEN3型便携式电子鼻传感器性能描述见表4。

表4　PEN3型便携式电子鼻传感器性能描述Table 4　Properties of sensor on PEN3 electronic nose

1.2.6电子鼻检测数据分析电子鼻检测取稳定后第81～85 s这5 s的数据信息进行PCA分析和LDA分析,采用电子鼻自带软件Winmuster进行数据分析。分别采用PCA方法和LDA方法对最佳作用条件处理前后的猪肉挥发性风味物质成分进行分析。

2　结果与分析

2.1单因素实验结果

2.1.1温度对肉品风味的影响感官综合评分结果如图1所示,作用温度从25～37 ℃逐渐升高的过程中,成品的感官综合评分不断提高,但当温度达到40 ℃时,综合评分逐渐下降,从整体来看,差异不显著(p>0.05)。综合考虑肉品风味及生产成本,37 ℃时肉品质地、弹性、风味等因素均处于最佳状态,综合评分约90分,而未经脂肪酶处理的肉品感官综合评分为57分,因此,选择37 ℃作为最适作用温度。

图1　温度对肉品风味的影响Fig.1　The influence on meat flavor by different temperature

2.1.2作用时间对肉品风味的影响在最适作用温度37 ℃的条件下,考查了不同作用时间对肉品风味的影响。感官综合评分结果如图2所示,作用时间从10～40 min,成品的感官综合评分不断升高,继续延长作用时间,对肉品风味提高不明显,感官综合评分逐渐降低,总体来看,差异均不显著(p>0.05)。综合考虑肉品风味,节约生产时间,降低生产成本,当作用40 min时,肉品的质地、弹性、风味等因素达到最大值,因此,将肉品用脂肪酶处理40 min作为最佳作用时间。

图2　时间对肉品风味的影响Fig.2　The influence on meat flavor by different time

2.1.3加酶量对肉品风味的影响在最适温度37 ℃、最适作用时间40 min的条件下处理肉品,感官综合评分结果如图3所示,未经脂肪酶处理的肉品,综合评分约为55分,当添加一定量脂肪酶处理后,肉品质地、弹性、风味等因素均有所提高。随着酶添加量的逐渐增大,成品的感官综合评分不断提高。当加酶量从30%提高到40%,感官综合评分均较高,约为90分;当添加量达到40%时,综合评分达到最高值。但在肉品中继续添加脂肪酶,对肉品风味影响开始下降,推测可能由于脂肪酶过度水解,改变了风味物质组成及含量,影响了肉品风味,还需进一步研究探索。但总体来看,各个水平差异不显著(p>0.05),综合考虑成本、肉品风味等因素,选择最适加酶量为30%。

图3　加酶量对肉品风味的影响Fig.3　The influence on meat flavor by different concentration of lipase

2.2正交实验优化内源性脂肪酶对猪肉风味的影响

正交实验结果如表5所示,从极差R值的大小可知,因子的显著性顺序为:作用时间>加酶量>作用温度,根据均差k值大小可知,各因子的最优组合为A2C4B3，加酶量的3水平和4水平差异不大，因此,考虑肉品风味、经济成本等因素,内源性脂肪酶对肉品风味影响的优化条件为:作用时间为40 min,加酶量为30%,作用温度为37 ℃,通过感官分析得到的感官综合评分结果为89分。

2.3电子鼻检测内源性脂肪酶对猪肉风味影响

通过电子鼻10个传感器的响应图的测量,获得了内源性脂肪酶处理前后肉品风味的变化情况(图4)。图中每一条曲线代表着一个传感器,曲线的走向代表着猪肉组织风味成分通过传感器通道时,相对电阻率(G/G0)随储藏温度的变化情况。从图4中可以看出,从进样初始到最后气体响应趋于平稳的过程中,相对电阻率先快速波动,然后再趋于相对平稳。电子鼻的检测实验表明,电子鼻对猪肉组织风味成分有明显的响应,并且每一个传感器对其的响应各不相同。这一结果与感官评定结果一致,这表明利用电子鼻PEN3系统测量经过最佳条件处理前后的猪肉样品风味变化是可行的。

表5　正交实验结果L16(43)Table 5　The results of orthogonal experiment L16(43)

图4　猪肉样品经脂肪酶处理前后传感器响应变化曲线Fig.4　The curve of sensor response about pork sample注：A：未经脂肪酶处理的猪肉；B：经脂肪酶处理的猪肉。

从图5中可以看出,两样品的风味轮廓大体相似,说明在猪肉中添加一定比例的脂肪酶,不会使挥发性风味物质在种类上发生显著变化,只是在部分物质的峰面积上有不同程度的改变。肉品经内源性脂肪酶处理前后,在7号W1W、9号W2W、8号W2S三个传感器的响应强度变化最为明显,具有较高的相对电阻率值,而其他传感器变化不明显,这表明猪肉经内源性脂肪酶酶解后其挥发性风味物质含量在硫化物、有机硫化物、芳香类成分及含乙醇类成分等方面有明显增加,产生了更多的挥发性成分,改变了影响猪肉风味的组成成分,提高肉品风味。

图5　猪肉样品感应强度雷达图Fig.5　Radar chart of pork sample注：A：猪肉样品酶处理前；B：猪肉样品酶处理后。

两组样品电子鼻区分的主成分分析效果如图6所示。图中a表示经最佳作用条件处理前猪肉的PCA 分析图,b表示经最佳作用条件处理后猪肉的PCA分析图,图中每个椭圆代表同批次猪肉风味的数据采集点。从主成分PC1和PC2两个主轴上看,两样品差异显著。其中第一主成分和第二主成分的方差贡献率分别为99.35%和0.63%,累计达95%以上,为99.98%,说明PC1和PC2已经包含足够的信息量,可以代表样品整体的信息。样品差异主要表现在PC1上,其中代表对照样的信息采集点的椭圆位于效果图右边,代表添加脂肪酶的样品的信息采集点的椭圆向左移动,电子鼻刚好能有效区分两样品。说明,添加及未添加脂肪酶的猪肉在香气上存在着差别,电子鼻可以很好的将两者区分。从而说明通过主成分分析的方法,能有效的区分添加脂肪酶前后样品的风味。

图6　处理前后的猪肉样品响应值PCA分析图Fig.6　Two samples of pork response value of PCA analysis diagram注：(a)猪肉样品酶处理前；(b)猪肉样品酶处理后。

两组样品电子鼻区分的线性判别式分析效果如图7所示。图中每个椭圆代表同批次猪肉风味的数据采集点。从判别式LD1和判别式LD2两个主轴上看,两样品差异显著。其中第一主成分和第二主成分的方差贡献率分别为99.71%和0.29%,累计达95%以上,说明LD1和LD2已经包含很大的信息量,能够反映样品的整体信息。经过内源性风味酶处理的猪肉样品之间主要通过第一主成分来区分,即根据横坐标的跨度区分,由图中可以看出两种样品在横坐标的跨度上明显的区分开,其中对照样位于效果图左边,添加脂肪酶的样品向右移动,与对照样的差异显著。第二主成分很接近,几乎位于纵轴同一水平,两主成分贡献率高达100%,并无重要信息遗漏。这一结果表明,添加及未添加脂肪酶的猪肉在香气上存在着明显差别,利用电子鼻检测可以很好的将两者区分。

图7　处理前后的猪肉样品响应值LDA分析图Fig.7　Two samples of pork response value of LDA analysis diagram注：(a)未经酶处理的LDA分析图； (b)经酶处理后的LDA分析图。

3　讨论

肉类风味组成体系非常复杂,主要由滋味物质和香味活性物质组成。其中,滋味物质主要来源于肉中的呈滋味物,如无机盐、游离氨基酸和小肽等;而香味主要来源于肌肉在加热过程中产生的挥发性风味物质,如不饱和醛酮、含硫化合物及一些杂环芳香化合物。脂肪酶是肉类体内产生这些挥发性风味物质的主要催化剂,参与脂肪的水解及氧化反应。添加到肉品中的脂肪酶可以从外源机体中获得,也可以从自身获得。但由于内源酶较为复杂,近来有很多研究从外源酶着手,通过向肉品中添加外源酶来加速脂肪的降解以促进风味的形成[16-18]。Fernandez[19]等研究发现,将胰脂酶添加到发酵香肠中,对风味的形成有促进作用。封莉等[20]在猪肉中添加了肉重0.06%的商品化脂肪酶,能够有效提高中式香肠脂肪降解和脂肪氧化,促进香肠中挥发性风味物质的生成。然而,国内外关于内源性脂肪酶对肉品风味的影响尚处于探索阶段。早期学者研究接种外源微生物和内源脂肪酶对香肠中脂肪降解的影响,结果表明香肠中脂解主要是靠内源酶。FidelToldra等的研究进一步证实了内源性脂肪酶与火腿风味形成有密切关系,在发酵肉制品的加工和成熟过程中对脂肪的酶解起主要作用[21-22]。在肉品加工过程中,添加脂肪酶能够有效改善肉品风味,但起主要作用的脂肪酶是外源的,还是内源性的,国内外专家学者还处于争议,有待于进一步探索。为此,本研究继早期研究基础上,初步探索了内源性脂肪酶的功能。

4　结论

通过单因素和正交实验,考察了内源性脂肪酶对猪肉风味的影响,优化了作用条件,当作用时间为40 min,加酶量与肉量比30%,作用温度为37 ℃时,感官评定分析肉品风味评分达到最高值。通过电子鼻检测经内源性脂肪酶处理前后的猪肉风味的变化,传感器响应分析结果表明:在W2W、W2S、W1W三个传感器的响应强度变化最为明显,说明猪肉经脂肪酶酶解后其挥发性风味物质含量在硫化物、有机硫化物、芳香类成分及含乙醇类成分等方面有明显增加;PCA分析和LDA分析表明酶解后产生了更多的挥发性成分,在一定程度上有效的提高了猪肉原有的香气,为深入研究猪肉内源性脂肪酶功能奠定理论基础。

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Change of pork flavor on endogenous lipase by electronic nose

MENG Xin,YAO Xiao-lei,SHANG Hong-li,SUN Jing,WANG Yu-tian

(College of Food Science and Engineering,Liaoning Medical University,Jinzhou 121000,China)

In order to study the effect of endogenous lipase on the pork flavor,the optimum reaction condition was studied through single factor and orthogonal experiment. The electronic nose was used to detect the changes of pork flavor by different enzyme treatment. The results showed that when the time was 40 min,the amount of enzyme was 30%,temperature was 37 ℃,the pork flavor score reached the highest point by sensory analysis.The composition of sulfides,organic sulfides,aromatic and ethanol was increased significantly,meanwhile,Principal Component Analysis(PCA)and Linear Discriminant Analysis,LDA(LDA)analysis further illustrated that the flavor of pork was effectively improved after adding endogenous lipase in a certain extent.

endogenous lipase;electronic nose;flavor;pork

2015-06-23

孟鑫(1981-),女,博士,副教授,研究方向:食品生物化学,E-mail:woxing1981@163.com。

横向课题(LYHX2013015)资助;辽宁医学院校长基金项目资助(Y2011B10);食品学院教学项目资助;2014年国家大学生创新课题(201410160033)资助。

TS207.3

A

1002-0306(2016)05-0292-06

10.13386/j.issn1002-0306.2016.05.050