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天然香辛料对卤煮羊肉挥发性风味物质的影响

2021-09-17刘颜张兴国谢飞李景军熊国远

江苏农业学报 2021年4期
关键词:质谱联用电子鼻气相色谱

刘颜 张兴国 谢飞 李景军 熊国远

摘要: 选取3种天然香辛料和羊肉煮制,采取单因素试验和正交试验,通过感官评价、电子鼻以及顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用(HS-SPME-GC-MS),评价3种天然香辛料添加量对羊肉(汤)卤煮风味的改善效果以及对羊肉(汤)风味物质组成的影响,并对最佳香辛料配方卤煮前后羊肉(汤)中风味物质进行分析。结果表明,香汁中大茴香、月桂、丁香的最佳添加量分别为0.15%、0.20%、0.07%(质量分数)。卤煮过后的羊肉和羊肉汤相比于纯羊肉与纯羊肉汤的茴香脑、乙酸松油酯、丁香酚等挥发性风味物质含量显著增加,其中改变最为显著的是丁香酚(P<0.05)。感官评价结果显示,香辛料的添加显著改善了羊肉的风味,提高了羊肉风味的可接受度。

关键词: 羊肉;天然香辛料;挥发性风味物质;电子鼻;气相色谱-质谱联用

中图分类号: TS251.5+3   文献标识码: A   文章编号: 1000-4440(2021)04-1016-09

Effect of natural spices on the volatile flavor of stewed mutton

LIU Yan1, ZHANG Xing-guo2, XIE Fei2, LI Jing-jun1, XIONG Guo-yuan2

(1.College of Food Engineering, Anhui Science and Technology University, Fengyang 233100,China;2.School of Tea and Food Science & Technology/Anhui Engineering Laboratory for Agro-products Processing, Anhui Agricultural University, Hefei 230036,China)

Abstract: Three kinds of natural spices were selected and added to the mutton during cooking process. Single factor test and orthogonal test were designed to evaluate the effect of additive amount of three natural spices on the improvement of stewed mutton (mutton soup) flavor and its flavor substances by sensory evaluation, electronic nose and headspace solid phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry (HS-SPME-GC-MS). Then flavor substances in the mutton before and after stewed with the best formula were also analyzed. The results showed that the optimal additive amount of the mixed spices was 0.15% anise, 0.20% laurel and 0.07% clove(spices weight∶water volume).Contents of volatile flavor substances such as anethole, terpinyl acetate and eugenol in the stewed mutton and mutton soup increased significantly compared with pure mutton and mutton soup, among which eugenol changed the most significantly (P<0.05). According to sensory evaluation results, the added spices significantly improved the flavor and the overall acceptability of mutton.

Key words: mutton;natural spices;volatile flavor substance;electronic nose;gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS)

羊肉肉質细嫩,味道鲜美,但羊肉特有的膻味影响了消费者对它的接受度。羊肉的膻味主要来源于脂肪组织的脂溶性物质,其中游离脂肪酸是膻味物质的主要成分[1]。应铁进[2]研究发现中草药(白芷、砂仁、绿豆等)可暂时遮掩羊肉的膻味,王振东[3]研究指出胡萝卜、白萝卜、绿豆和板栗打成汁后添加到羊肉中进行腌制、煮制处理,再测定羊肉的游离脂肪酸含量,发现食材汁对羊肉膻味的去除有明显效果。刘彩凤等[4]、罗燕[5]用百里香和中草药方剂对羊进行饲喂,发现百里香可以降低滩羊肌肉中烷类、烃类、醇类、醛类化合物的百分含量,进而改善羊肉风味,方剂Ⅲ(含苍术、肉桂、茴香、陈皮、山楂等成分)可以改善羊肉的膻味。

香辛料是具有特殊香味的植物制品,有强烈的呈味和呈香功能,能在一定程度上改善食品的风味,同时还具有抗氧化和杀菌防腐等功能[6]。在肉制品加工中,用香辛料改善肉品的风味是最常用的方法[7]。目前的研究主要集中在天然香辛料的抗菌防腐功能,但香辛料对肉品风味改善机理的研究较少。Qin等[8]在八角对肉汤风味影响的研究中发现,重复使用1次和3次的肉汤在香气方面存在显著差异,而在肉汤中添加八角有助于确保炖肉制品风味的一致性。Olmedo等[9]研究发现,月桂、牛至和迷迭香精油调味的烤花生可以抑制脂质氧化,并且可以改变消费者的味觉和感官感受。Harlina等[10]在研究中发现,在腌制鸭蛋的过程中改变丁香提取物添加量和腌制时间对脂肪酸的含量有显著影响,并且经过电子鼻的测定发现,丁香提取物使腌制鸭蛋的风味成分发生显著变化。袁军等[11]研究发现,大葱、生姜、八角可显著提升牛肉特征风味。张同刚等[12]采用顶空固相微萃取与气质联用(HS-SPME-GC-MS)测定香辛料对手抓羊肉挥发性成分的影响,发现添加天然香辛料对手抓羊肉的挥发性成分有显著影响。目前关于天然香辛料对肉品影响的研究主要集中在香辛料的抗氧化活性和抗菌活性[13],关于大茴香、月桂、丁香3种香辛料复配对肉风味影响的研究还未见报道。

本研究以羊肉为原料,研究大茴香、月桂、丁香对羊肉与羊肉汤中挥发性风味组分的影响,采用电子鼻和顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用(HS-SPME-GC-MS)结合感官评价对羊肉和羊肉汤中的挥发性风味物质进行分析,并对风味物质进行主成分分析,对大茴香、月桂、丁香添加量配比进行优化,确定最佳配方,评估配方中对羊肉和羊肉汤中挥发性成分影响较大的组分,从而优化羊肉调味基料,以期为卤制羊肉调味基料风味的改进和工业化生产提供理论依据和技术参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

食用盐(氯化钠含量大于99%)。安徽白山羊后腿肉(4~5 kg),由安徽至诚和信食品科技有限公司提供。大茴香、月桂、丁香均购自合肥周谷堆农贸市场。

1.2 试验仪器

MS1160 真空包装机,义马市乐亿佳商贸有限公司产品;WT2121 电磁炉,广东美的环境电器制造有限公司产品;HH09 型数显恒温水浴锅,江苏金坛市金城国胜实验仪器厂产品;JA503 分析电子天平,常州幸运电子设备有限公司产品;DHG-9140A 电热恒温鼓风干燥箱,上海一恒科学仪器有限公司产品;PEN3 电子鼻,德国AIRSENSE公司产品;7890B-7000B 三重四极杆气质联用仪,美国安捷伦科技有限公司产品;50 μm CAR/PDMS 黑色萃取头,美国安捷伦科技有限公司产品。

1.3 试验设计

1.3.1 工艺流程 香辛料→预处理→加水浸泡1 h→熬制香汁1 h→卤汤→加入新鲜羊肉→大火烧开10 min→小火熬制1 h→制得卤羊肉汤和卤羊肉→冷却→真空包装。

操作要点:将香辛料去除杂质并破碎,用纱布包裹,在400 g纯净水中浸泡1 h,煮沸1 h,熬制成香汁。将羊肉去除筋膜后切成2 cm×2 cm×2 cm方块,清洗后捞起,沥干水,按照肉∶香汁=1∶2(质量比)加入羊肉和香汁卤汤,再按照香汁卤汤的2%准确称取食盐加入;100 ℃下烧开10 min后,调整温度,控制中心温度在85 ℃煮制60 min。成品冷却后,真空包装。

1.3.2 单因素试验

1.3.2.1 大茴香添加量对羊肉卤煮风味的影响 羊肉200.0 g和食用盐8.0 g固定不变,分别加入大茴香添加量为0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%(质量分数)制作的大茴香香汁,按方法1.3.1的工艺卤煮。

1.3.2.2 月桂添加量对羊肉卤煮风味的影响 羊肉200.0 g和食用盐8.0 g固定不变,分别加入月桂添加量为0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%(质量分数)制作的月桂香汁,按方法1.3.1的工藝卤煮。

1.3.2.3 丁香添加量对羊肉卤煮风味的影响 羊肉200.0 g和食用盐8.0 g固定不变,分别加入丁香添加量为0.01%、0.03%、0.05%、0.07%、0.09%(质量分数)制作的丁香香汁,按方法1.3.1的工艺卤煮。

1.3.3 正交试验 根据1.3.2单因素试验结果,进行正交试验,卤煮过程中的温度和时间不变,通过对添加不同配比的大茴香、月桂、丁香香汁卤汤制备的卤制羊肉进行感官评价,对感官评价结果进行回归分析,确定大茴香、月桂、丁香最佳配比。按照单因素试验中确定的配方,对大茴香、月桂、丁香添加量进行正交试验,优化添加量。

1.4 试验方法

1.4.1 感官评价 感官评价参考顾赛麒等[14]的方法,并略作修改,感官评价标准见表1。评定小组由本专业训练有素的10名食品系同学(5男5女)组成。评价员分别从气味、口感、质地状态、颜色及总体可接受度5个方面对羊肉进行感官评定。本次感官评定采取的方法是评分法(10分制),规定1分为食品风味完全不能接受,喜好度低;10分为风味完全可以接受,喜好度高[15],最终结果取所有评分的平均值。

1.4.2 电子鼻 参考Yang等[16]的方法,利用电子鼻对样品的加样量和进样气体体积进行优化,每次测定前30 min打开电子鼻仪器,连接好装置与电脑预热。取准备好的羊肉块,切碎,准确称取(5.00±0.05) g于电子鼻专用玻璃瓶中,在85 ℃的水浴锅中加热15 min,电子鼻采用顶空进样方式,载气为洁净空气。进样速度为300 ml/min,采样间隔为1 s,清洗时间为120 s,归零时间为5 s,预进样时间为5 s,测量时间为120 s,每个样品平行6次。羊肉汤也以同样的方式进行检测。并通过作主成分分析(PCA)图将所提取的传感器多指标的信息进行数据转换和降维,并对降维后的特征向量进行线性分类,最后在PCA的散点图上显示主要的两维散点图。PC1和PC2包含了在PCA转换中得到的第一主成分和第二主成分的贡献率,贡献率越大,说明主要成分可以较好地反映原来多指标的信息。

1.4.3 顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用 准确称取羊肉(3.00±0.05) g放入15 ml样品瓶中,羊肉汤则准确吸取4 ml,采用顶空固相微萃取的方法对挥发性物质进行萃取,盖上盖子,采用装有50 μm CAR/PDMS萃取头的进样器插入顶空瓶中,同时开启仪器采集数据,推出纤维头,在70 ℃水浴锅水浴加热下准确吸附1 h,吸附完成后快速取出萃取头并立即插入HS-SPME-GC-MS进样口[17]。在250 ℃下解析5 min后抽出纤维头,拔出萃取头。

HS-SPME-GC-MS测定参数条件:色谱柱为 HP-INNOWax 60 m×0.25 mm×0.25 μm弹性石英毛细管柱,载气为高纯氦气(99.999%),载气流量为1.0 ml/min,不分流模式,恒压35 kPa,起始柱温为60 ℃,按照3 ℃/min上升至230 ℃,保留10 min。进样口与接口温度均设为250 ℃,检测温度为240 ℃,离子源温度为230 ℃,四极杆温度为150 ℃[18]。检测时间为71.67 min。三重四极杆气质联用仪得到的数据经计算机检测,得出化合物的同时与NIST library相匹配,并参照文献[19],采用匹配度和纯度大于800的鉴定结果。

1.5 数据处理与分析

电子鼻的数据利用Statistica 7软件以及Origin进行分析和作图。每组试验均采取3次重复。采用软件SPSS 24.0进行统计分析,方差分析采用ANOVA,多重比较采用Duncans法,P<0.05表示差异显著,试验数据以“平均值±标准差(Mean±SD)”表示。

2 结果与分析

2.1 香辛料单因素试验结果

由图1可知,随着大茴香、月桂添加量的增加,羊肉感官品质评分升高,但当大茴香添加量大于0.20%、月桂添加量大于0.15%时评分下降,即羊肉卤煮风味品质下降。根据鲁松涛等[20]的研究,大茴香中主要风味物质是茴香脑与反式茴香脑以及茴香醛,这些物质具微甜味,或茴香特殊气味。在香辛料添加量为0.20%时羊肉气味有所改善,可能是因为茴香脑与反式茴香脑、茴香醛充当了矫味剂与矫气味剂的角色,使得羊肉气味更加缓和。评分下降可能是因为过量添加茴香造成的药味过重。月桂中主要成分是芳樟醇、丁香酚等[21],香气浓郁,具有花香气味,能够遮盖羊肉膻味,过量易产生苦味,导致感官评分下降。

由图2可知,丁香对羊肉卤煮风味的影响整体上处在一个随添加量增大,感官评分呈上下波动状态,当丁香添加量为0.03%时达到最大值。这是因为不同香辛料中主要风味物质不同,阈值也有所不同。

2.2 香辛料添加量正交试验结果

按照单因素试验中确定的配方,对大茴香、月桂、丁香添加量进行正交试验,优化添加量。三因素三水平正交试验设计见表2。

正交试验结果如表3所示。对表3数据进行分析,从极差(R)大小可以看出,影响羊肉卤煮风味的主次因素为C、A、B,丁香添加量>大茴香添加量>月桂添加量。正交试验得出的K—值显示,A2B1C2组是最优组,但A1B2C2组得分最高,所以需要进行验证试验。

2.3 验证试验结果

为了得出香辛料最佳复配配方,将得到的上述组合与空白组进行验证试验(表4)。

2.3.1 验证试验感官分析

由图3可以看出,添加不同香辛料卤煮后的卤羊肉1和卤羊肉2的气味与纯羊肉有显著差异(P<0.05),卤羊肉2与纯羊肉在总体可接受度上差异显著(P<0.05),纯羊肉与卤羊肉1、卤羊肉2之间在颜色、口感和质地上的差异均不显著。邹强等[22]研究指出,每种香辛料都有自己特殊的香味,当多种香辛料在一起卤煮时,羊肉的香辛料风味逐渐增加,这在一定程度上可增加羊肉的总体可接受度。卤羊肉2总体可接受度优于纯羊肉和卤羊肉1,可能是因为减少了味辛甘的大茴香添加量。由此可以得出,大茴香、月桂、丁香的最佳添加量分别为0.15%、0.20%、0.07%。为进一步分析各处理组风味物质的差异,对各样品组样品进行电子鼻分析。

2.3.2 电子鼻 由图4可知,主成分1和主成分2方差贡献率之和为99.29%(主成分1方差贡献率为92.78%,主成分2方差的贡献率为6.51%),图5中,主成分1和主成分2的方差贡献率之和为99.39%(主成分1方差贡献率为72.10%,主成分2方差的贡献率为27.29%),所提取的主成分信息能够完全反映样品的主要特征信息。王琼等[23]、Forleo等[24]研究指出,第1主成分和第2主成分方差貢献率之和超过85%即可反映样品的主要特征。这2个主成分能较好地反映原始高维矩阵的信息,可以反映不同处理过程中样品挥发性成分的差异。羊肉汤和卤羊肉样品没有交叉与重合,说明羊肉汤与卤羊肉两者挥发性成分种类和相对含量存在差异,可能是煮制时间过长,导致卤羊肉中部分风味物质降解。为了进一步了解不同香辛料对羊肉和羊肉汤挥发性成分的影响,下一步采用GC-MS进行相对定量分析。

2.3.3 HS-SPME-GC-MS结果分析 用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用仪分别对纯羊肉、纯羊肉汤(煮制纯羊肉得到的汤汁)、卤羊肉和卤羊肉汤(煮制羊肉得到的香汁卤汤)等6个样品进行分析,结果如图6、表5所示:共有51种化合物从6种样品中被检测出来,其中包括醛类(20种)、烷烃类(10种)、酮类(5种)、醇类(4种)、酚类(4种)、酯类(3种)和其他类(5种)。

纯羊肉汤和卤羊肉汤中挥发性成分不仅在种类上有差异,在含量上也有显著差异,纯羊肉和卤羊肉中的挥发性物质也存在显著差异。结合图6与表5可以看出,卤羊肉1和卤羊肉2中的挥发性物质均比纯羊肉增加了3-亚甲基十三烷、十七烷、3-十一酮、乙酸松油酯、茴香脑几种成分,但少了十一醛、十二醛、反式-2-癸烯醛、2-十一烯醛、5-甲基-2-噻吩甲醛几种成分。相比于纯羊肉汤,卤羊肉汤1和卤羊肉汤2多了壬醛、对甲氧基苯基丙酮、对异丙基苯甲醇、(-)-4-萜品醇、α-松油醇、 2,6-二叔丁基对甲酚、(E)-2-甲氧基-4-(1-丙烯基苯酚)、丁香酚、甲基丁香酚、乙酸乙酯、乙酸松油酯、榄香素,同时少了十一醛、十二醛、3-甲硫基丙醛、反,顺-2,6-壬二烯醛。而纯肉汤中原本不存在的丁香酚在2种卤羊肉汤中的含量分别达到了53.35%和36.39%,说明影响卤羊肉风味的主要挥发性物质为丁香酚。李儒仁等[25]研究扒鸡加工过程中挥发性物质变化规律时,发现丁香酚、D-柠檬烯与2-戊基呋喃等成分对扒鸡风味形成影响较大,并且卤制是扒鸡风味物质形成的关键加工阶段。

羊肉中的膻味物质主要有短链脂肪酸、硬脂酸、酚类、吲哚类、含硫化合物、羰基化合物,除此之外,与羊肉膻味有关的物质还包括一些醛类、吡啶、吡嗪、内酯、萜类等化合物[26],如表5中检测到的庚醛、正辛醛、3-甲硫基丙醛、2,6-二叔丁基对甲酚、(E)-2-甲氧基-4-(1-丙烯基苯酚)等。在典型的美拉德反应中,苯乙醛可以通过Strecker反应降解氨基酸与氧化脂质结合而产生。其他具有直链的脂肪醛如己醛、庚醛、壬醛、2-十一烯醛等由脂肪氧化形成[27]。由于不同化合物具有不同的气味阈值或不同的检测灵敏度,化合物的浓度不一定反映其在样品中的感知气味强度[28]。卤羊肉1和卤羊肉2中未检出的挥发性物质大多具有油脂气味或家禽等动物的气味,这一现象与感官评价中卤羊肉1、卤羊肉2与纯羊肉气味评价分数存在显著差异有一定的联系。卤羊肉汤中的挥发性物质来源为纯羊肉汤、纯羊肉中本身存在的以及添加的天然香辛料经卤煮后产生的,因此,结合图6和表5分析可知,庚醛、正辛醛、反-2-辛烯醛、反式肉桂醛、十六烷、乙酸乙酯、乙酸松油酯、3-壬酮、对甲氧基苯基丙酮、3-十一酮、芳樟醇、(-)-4-萜品醇、α-松油醇、对异丙基苯甲醇、甲基丁香酚、(E)-2-甲氧基-4-(1-丙烯基苯酚)、2,6-二叔丁基对甲酚、丁香酚、榄香素这些挥发性物质应为天然香辛料卤煮后所得。而卤羊肉中的挥发性成分则可分为羊肉本身就存在的以及部分从香辛料中得到的,即反式-2-壬烯醛、己醛、2,2,4,6,6-五甲基庚烷、3-异丙基苯甲醛、茴香脑、十五烷、十六烷、 3-亚甲基十三烷、十七烷、乙酸松油酯、邻苯二甲酸二丁酯、3-十一酮、香叶基丙酮、3-十三酮、芳樟醇、丁香酚、甲基丁香酚、 2,6-二叔丁基对甲酚、 萜品烯、1-十二烯为香辛料中产生的挥发性物质。这与张同刚等[12]的研究结果有部分相似,都存在加入香辛料后,风味物质中的醛类、酯类有所增加的现象。上述增加的挥发性物质差异最为显著的是丁香酚(主要存在于丁香油和月桂叶油中),这说明香辛料复配配方中虽然丁香加入的量较少,但它对去除膻味有较大作用,对卤羊肉的风味影响较大。

3 结论

本研究通过单因素试验和正交试验,结合感官评价确定香汁中大茴香、月桂、丁香3种天然香辛料最佳添加量为0.15%、0.20%、0.07%,通过顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用仪对验证试验组样品进行检测,共检测出51种化合物。挥发性成分较少的是纯羊肉和纯羊肉汤,分别含有17种和12种挥发性物质。羊肉中原本存在的主要挥发性物质为壬醛,含量为17.41%,加入香辛料卤煮后,含量显著降低。丁香酚是揮发性成分中变化最显著的物质,该物质一般来源于丁香和月桂。说明3种香辛料中对卤羊肉风味影响最大的是丁香,本研究结果为羊肉的卤煮加工和香辛料在羊肉中的应用提供了理论指导和参考。感官评定分析得出,加入天然香辛料卤煮后的羊肉风味有显著提升。采用电子鼻对羊肉和羊肉汤样品进行挥发性物质检测发现,添加香辛料组及未添加香辛料组的挥发性物质成分具有较好的区分度,添加香辛料前后羊肉风味有明显的改变。

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(責任编辑:陈海霞)

收稿日期:2020-12-08

基金项目:安徽省科技重大专项(18030701212、17030701021、17030701036);2020年度烹饪科学四川省高等学校重点实验室开放基金项目(PRKX2020Z25)

作者简介:刘 颜(1987-),女,江西萍乡人,硕士,讲师,主要从事肉品加工与质量安全控制研究。(E-mail) 04pengben@163.com

通讯作者:熊国远,(E-mail)guoyuanx@ahau.edu.cn

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