王恒鵬 吳 鵬 陳勝姝 屠明亮 高子武 謝 靜 楊天意 陳 昌 孟祥忍

(揚(yáng)州大學(xué)，江蘇 揚(yáng)州 225127)

目前，牛肉已成為中國肉類消費(fèi)增長(zhǎng)的熱點(diǎn)，消費(fèi)市場(chǎng)呈逐步擴(kuò)大之勢(shì)，但中國牛肉產(chǎn)品主要集中于醬鹵類制品[1]。作為牛肉的一種深加工產(chǎn)品，牛排的引入打破了中國牛肉產(chǎn)品原有的單一現(xiàn)狀。西方人將牛排的熟制程度分為一成熟、三成熟、五成熟、七成熟及全熟[2]。牛排在煎、烤過程中會(huì)發(fā)生脂肪酸的熱氧化、Maillard反應(yīng)與Strecker降解反應(yīng)[3]，產(chǎn)生大量風(fēng)味物質(zhì)。李輝[4]比較了直接煎制與水浴后煎制牛排的風(fēng)味差異，發(fā)現(xiàn)2種加熱方式對(duì)牛排揮發(fā)性風(fēng)味化合物的種類與含量均有較大影響。

排酸是改善牛肉生產(chǎn)品質(zhì)的重要工藝[5]，排酸過程主要涉及細(xì)胞凋亡與內(nèi)源性蛋白酶對(duì)結(jié)構(gòu)蛋白降解等變化[6]，會(huì)對(duì)肉類風(fēng)味前體物產(chǎn)生一定的影響[7]，因此適宜的排酸時(shí)間除了能使牛肉具有較好的嫩度外，還能收獲較佳的風(fēng)味。Bruce等[8]研究發(fā)現(xiàn)與未經(jīng)排酸的牛肉相比，排酸后的牛肉具備特殊的咸味或燒烤香味。

目前，國內(nèi)外對(duì)牛肉排酸機(jī)理的研究已較為深入[9-10]，但結(jié)合宰后排酸過程來指導(dǎo)牛肉后期加工的研究甚少，僅有的是對(duì)其食用品質(zhì)如質(zhì)構(gòu)、感官、保水性等方面的研究[11-12]，未見有排酸期間不同熟制度牛肉揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的相關(guān)研究。因此，本試驗(yàn)選取排酸期間的牛肉，嚴(yán)格控制肉塊中心溫度制作不同熟制程度牛排，分析排酸時(shí)間與熟制程度對(duì)牛肉揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的影響，并結(jié)合主成分分析(principal component analysis，PCA)與綜合因子評(píng)分法，整合、簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)體系，篩選出對(duì)牛肉揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)形成最有利的排酸時(shí)間及其對(duì)應(yīng)的熟制程度，旨在為中國牛排加工行業(yè)的科學(xué)化與規(guī)范化生產(chǎn)提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

試驗(yàn)牛：隨機(jī)選取的5頭12月齡的中國西門塔爾牛，常規(guī)育肥6個(gè)月，無錫天鵬集團(tuán)有限公司；

甲醇、正己烷：GC級(jí)，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

Na2S·9H2O、KOH：AR級(jí)，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

熱電偶接觸式測(cè)溫儀：MK-301型，杭州美控自動(dòng)化技術(shù)有限公司；

電子天平：BS210S(1/1 000)型，北京賽多斯儀器系統(tǒng)有限公司；

韓式自動(dòng)恒溫電扒爐：GEG-820型，河北德科機(jī)械設(shè)備有限公司；

萬能蒸烤箱：SCC101E型，北京豐匯加機(jī)電設(shè)備銷售有限公司；

萃取頭：Supelco 75 μm Carboxen，上海楚定分析儀器有限公司；

氣質(zhì)聯(lián)用儀：Trace ISQ II型，美國熱電公司。

1.3 方法

1.3.1 牛排的制作 按照標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 19477—2004)屠宰工藝進(jìn)行屠宰，在胴體12～13根肋骨處取背最長(zhǎng)肌肉樣，置于4 ℃排酸庫中進(jìn)行排酸處理[13]。序時(shí)取出宰后放置3，5，7 d的牛肉，將其切成規(guī)格為6 cm×6 cm×3 cm厚塊。為減少烤制過程中牛肉內(nèi)部的汁液流失，將電扒爐預(yù)熱至180 ℃，加少許油先煎制牛排的4個(gè)面，每個(gè)面分別煎制20 s后取出置于烤盤中，以確保牛肉外層率先成熟。后將熱電偶插入牛排幾何中心處(為確保精確，在幾何中心插入3個(gè)熱電偶來記錄溫度)，烤箱預(yù)熱至220 ℃后，將烤盤送入烤箱的中間一層進(jìn)行烤制，嚴(yán)格控制肉塊中心溫度，分別制作五成熟(ME，60～63 ℃)、七成熟(MW，66～68 ℃)、全熟(WD，71 ℃)牛排[14]。按測(cè)試要求取樣。

1.3.2 揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)

(1) 樣品預(yù)處理：取3，5，7 d不同熟制程度牛肉樣品用高速組織搗碎機(jī)絞碎，在液氮中粉碎成粉末，在-20 ℃條件下儲(chǔ)藏，直至揮發(fā)性化合物檢測(cè)。

(2) 頂空固相微萃取：肉樣解凍后，稱取2.0 g，加入1 mL 的飽和食鹽水，勻漿后置于20 mL萃取瓶中，以封口膜立即密封瓶口。將經(jīng)250 ℃老化40 min后的萃取頭穿過頂空瓶口的橡膠密封塞插入到萃取瓶中，然后在60 ℃水浴條件下頂空萃取40 min，萃取結(jié)束后迅速拔出萃取頭插入氣質(zhì)聯(lián)用儀進(jìn)樣口，啟動(dòng)氣質(zhì)聯(lián)用儀采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、鑒定。

(3) GC-MS檢測(cè)：色譜條件：色譜柱為DB-Wax(30 m×0.25 mm×0.25 μm)，載氣為氦氣。流速為1.0 mL/min，不分流進(jìn)樣，進(jìn)樣口溫度為250 ℃；升溫程序：起始溫度為40 ℃，保持2 min，以4 ℃/min升到120 ℃，再以8 ℃/min升到240 ℃，保持7 min；質(zhì)譜條件：離子源溫度240 ℃；電離方式EI+；電子能量70 eV；燈絲電流150 μA；質(zhì)量掃描范圍：30～450m/z。

(4) 揮發(fā)性化合物的定性、定量分析：用TuborMass 4.1.1數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，對(duì)GC-MS結(jié)果進(jìn)行分析，通過對(duì)比系統(tǒng)自帶的NBS、Nist等數(shù)據(jù)庫進(jìn)行人工解析，各物質(zhì)峰所得質(zhì)譜圖與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比對(duì)，根據(jù)其匹配度鑒定各揮發(fā)性化合物，同時(shí)采用峰面積歸一化法計(jì)算出各揮發(fā)性風(fēng)味成分的相對(duì)含量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

所有數(shù)據(jù)用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。采用Microsoft Office Excel 2003軟件與SPSS 17.0全因子模型對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析與主成分分析，差異顯著水平α為0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 揮發(fā)性風(fēng)味化合物的組分與變化

不同排酸時(shí)間下各熟制度牛肉的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的變化如表1所示。

風(fēng)味是牛肉的重要屬性之一，Matsuishi等[15]研究表明風(fēng)味是能在多種動(dòng)物肉樣中鑒定出不同肉類品種的首要指標(biāo)，其次才是質(zhì)地。由表1可知，在不同排酸時(shí)間下各熟制程度牛肉中共檢測(cè)出50種揮發(fā)性風(fēng)味化合物，包括酮類6種、醛類7種、醇類12種、烴類11種、酸類2種、酯類5種、其它類7種。這些風(fēng)味物質(zhì)主要是由脂肪酸的熱氧化、Maillard反應(yīng)與Strecker降解反應(yīng)所形成。由脂肪酸熱氧化與降解產(chǎn)生的化合物主要包括醛類、醇類、酮類和烴類化合物，而由Maillard反應(yīng)所產(chǎn)生的化合物主要包括含硫、含氮及雜環(huán)化合物[16]。由表1～3可知，9組樣品中檢測(cè)出共有的酮類化合物2種，酮類化合物在排酸7 d的五成熟牛肉中相對(duì)含量最高，占2.87%，與其它各組差異顯著(P<0.05)。酮類化合物主要由不飽和脂肪酸的氧化、降解及Maillard反應(yīng)產(chǎn)生，其閾值較高，對(duì)風(fēng)味影響較小，可輔助形成雜環(huán)化合物，使肉品的香味更加飽滿[17]。隨著熟制程度的提高，酮類物質(zhì)的相對(duì)含量在排酸5 d與排酸7 d的牛肉樣品中呈明顯遞減趨勢(shì)(P<0.05)，顯示牛肉中的部分酮類化合物可能轉(zhuǎn)化形成了雜環(huán)類化合物。而排酸3 d牛肉樣品中的酮類物質(zhì)隨熟制程度的提高呈先增加后減少趨勢(shì)，可能是此排酸期間牛肉中不飽和脂肪酸的熱氧化程度提高所致。

醛類化合物主要源于原料肉中脂肪酸的氧化分解與氨基酸的Strecker降解[18]，且閾值較低，對(duì)肉品風(fēng)味有一定的貢獻(xiàn)作用。9組牛排樣品中檢測(cè)出共有的醛類化合物4種，排酸3 d的五成熟牛肉中己醛含量最高，達(dá)49.53%，且隨著熟制程度的提高總體呈明顯遞減趨勢(shì)(P<0.05)，己醛主要由亞油酸氧化產(chǎn)生，具有刺激性的辛辣味，是肉品重要的風(fēng)味物質(zhì)[19]。排酸7 d的全熟牛肉中壬醛與十一醛的含量最高，隨著熟制程度的提高呈明顯遞增趨勢(shì)(P<0.05)，壬醛、十一醛具有柑橘、玫瑰等香氣，油脂氣味濃厚，可賦予牛排濃郁的肉香味[20]。不同排酸時(shí)間下各熟制程度牛肉的醛類化合物含量差異較大，可能與排酸和熟制過程中牛肉的脂肪酸氧化程度有關(guān)。

表1 不同排酸時(shí)間下各熟制度牛肉的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)含量?Table 1 The volatile flavor substances of all mature degrees of beef under different ripening time (n=54)

續(xù)表1

醇類化合物主要由脂肪氧化產(chǎn)生，其閾值較高，對(duì)肉品風(fēng)味貢獻(xiàn)較小，對(duì)整體風(fēng)味起協(xié)同作用[21]。表1顯示，9組牛排樣品中檢測(cè)出共有的醇類化合物4種，每組檢出數(shù)均在8種以上。表2顯示，排酸7 d的五成熟牛肉中醇類物質(zhì)的相對(duì)含量最高，達(dá)22.07%，而排酸5 d全熟牛肉中醇類物質(zhì)的相對(duì)含量最低，僅占11.07%。反式-2-己烯-1-醇為脂肪族不飽和醇，具有蘑菇香氣，閾值較低，對(duì)風(fēng)味起重要作用[22]，此化合物的相對(duì)含量在排酸7 d的五成熟牛肉中達(dá)到最高。

烴類化合物主要來自脂肪酸烷氧自由基的均裂，萜烯類除外[23]，其閾值較高，對(duì)肉品風(fēng)味貢獻(xiàn)較小，但可作為形成雜環(huán)化合物的重要中間體[24]。五成熟牛肉中烴類化合物的相對(duì)含量隨排酸時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸增加，全熟牛肉的變化趨勢(shì)則與之相反，可能因排酸過程中的牛肉發(fā)生脂質(zhì)過氧化反應(yīng)進(jìn)一步產(chǎn)生烷氧自由基，而熟制程度的提升則使部分烴類化合物轉(zhuǎn)化為雜環(huán)類化合物。

酸類化合物主要由中性脂肪降解及氨基酸脫氨反應(yīng)產(chǎn)生，揮發(fā)性較低，對(duì)肉品風(fēng)味有微弱的調(diào)節(jié)作用。從表1可以看出，不同排酸時(shí)間下各熟制程度牛肉樣品中酸類化合物的相對(duì)含量較低，檢出量少。且在排酸7 d制作的牛排中未檢測(cè)出反式2-己烯基己酸。酯類化合物主要因游離脂肪酸與脂肪氧化產(chǎn)生的醇酯化反應(yīng)形成，短鏈脂肪酸酯化產(chǎn)生的酯具有果香味，而長(zhǎng)鏈脂肪酸酯化生成酯呈油脂味[25]。牛肉中酯類化合物的相對(duì)含量隨排酸時(shí)間的延長(zhǎng)總體呈明顯遞增趨勢(shì)(P<0.05)，可能與排酸牛肉中游離脂肪酸的釋放程度增加有關(guān)(表3)。排酸7 d的五成熟牛肉中的丙位十二內(nèi)酯相對(duì)含量最高，與其它各組差異顯著(P<0.05)，丙位十二內(nèi)酯具有油脂香氣與桃子香韻，香氣較持久，使牛排的風(fēng)味更具層次感(表1)。

表2 不同排酸時(shí)間下各熟制程度牛肉揮發(fā)性化合物的種類Table 2 The volatile flavorspecies of all mature degrees of beef under different ripening time (n=54)

表3 不同排酸時(shí)間下各熟制程度牛肉揮發(fā)性化合物的含量Table 3 The volatile flavor contents of all mature degrees of beef under different ripening time (n=54) %

其它類化合物主要由醚類、呋喃類、雜環(huán)類等物質(zhì)組成，僅在排酸7 d的牛肉中檢測(cè)出2-正戊基呋喃，2-正戊基呋喃主要由Maillard反應(yīng)產(chǎn)生，具有豆香、果香及類似蔬菜的香味[26]，對(duì)牛排風(fēng)味形成具有重要的調(diào)節(jié)作用，且在排酸7 d的五成熟牛肉中相對(duì)含量最高。

2.2 揮發(fā)性化合物的主成分分析(PCA)

表4 揮發(fā)性風(fēng)味化合物的主成分因子特征值及方差貢獻(xiàn)率Table 4 Eigenvalue and variance contribution rate of principal component factor of volatile compounds

表5 揮發(fā)性風(fēng)味化合物的主成分載荷矩陣與特征向量Table 5 Principal component load matrix and eigenvector of volatile compounds

Y1=0.463X1-0.470X2+0.436X3+0.229X4+0.233X5+0.409X6+0.319X7，

(1)

Y2=-0.062X1+0.086X2+0.107X3+0.584X4+0.623X5-0.351X6-0.035X7。

(2)

式中：

Y1——表示第1主成分的評(píng)分；

Y2——表示第2主成分的評(píng)分；

系數(shù)——各化合物的特征向量；

X1～X7——分別為醛類、酮類、醇類、酯類、其它類、酸類、烴類化合物標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)。

結(jié)合第1、第2主成分初始特征根的方差貢獻(xiàn)率，可得每組樣品的綜合評(píng)分表達(dá)式：

(3)

式中：

Y——樣品綜合評(píng)分；

系數(shù)——各主成分的方差貢獻(xiàn)率。

通過計(jì)算可得9組風(fēng)味樣品的第1、第2主成分評(píng)分與綜合評(píng)分，如表6所示。

載荷絕對(duì)值越大，對(duì)主成分的貢獻(xiàn)越大[28]，由表4可知，酮類、醛類、醇類、酯類是第1主成分的重要風(fēng)味物質(zhì)，貢獻(xiàn)率大小依次為醛類>酮類>醇類>酯類。第2主成分的重要風(fēng)味物質(zhì)只有烴類和酸類，貢獻(xiàn)率大小為酸類>烴類。

表6 第1、第2主成分評(píng)分及綜合得分Table 6 First and second principal component scores and comprehensive scores

由表6可知，排酸7 d的五成熟牛肉PC1評(píng)分最高，且綜合評(píng)分遠(yuǎn)高于其它樣品組。結(jié)合不同排酸時(shí)間下各熟制程度牛肉揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的變化情況，顯示排酸7 d的五成熟牛肉中反式-2-己烯-1-醇、丙位十二內(nèi)酯、2-正戊基呋喃等物質(zhì)的相對(duì)含量最高(表1)，這些化合物閾值較低，均具有特殊的果蔬香氣，對(duì)風(fēng)味有重要的貢獻(xiàn)作用，該條件下牛肉樣品風(fēng)味物質(zhì)的綜合評(píng)分最高。因此，從利于揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)形成的角度考慮，宜選擇排酸7 d的牛肉來制作五成熟牛排。

3 結(jié)論

采用HS-SPME-GC-MS法分析牛肉的風(fēng)味品質(zhì)，發(fā)現(xiàn)排酸時(shí)間與熟制程度對(duì)牛肉揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的組分與其含量變化有顯著影響。在不同排酸時(shí)間下的各熟制程度牛肉中共檢測(cè)出50種揮發(fā)性風(fēng)味化合物，有且僅在排酸7 d的牛肉中檢測(cè)出對(duì)風(fēng)味組成具有重要貢獻(xiàn)作用的呋喃類化合物。PCA與綜合因子評(píng)分結(jié)果顯示醛類、醇類、酮類、酯類與其它類、酸類與烴類化合物的共同作用構(gòu)成了牛肉的主體特征風(fēng)味，排酸7 d的五成熟牛肉的風(fēng)味化合物綜合評(píng)分最高，此條件最利于風(fēng)味物質(zhì)的形成。本研究?jī)H對(duì)排酸過程中的不同熟制度牛肉的揮發(fā)性風(fēng)味化合物進(jìn)行了測(cè)定與分析，并未深入探究風(fēng)味物質(zhì)的形成機(jī)理，后續(xù)研究可通過監(jiān)測(cè)相關(guān)風(fēng)味前體物質(zhì)的變化情況，闡明排酸期間的不同熟制度牛肉揮發(fā)性風(fēng)味化合物的形成機(jī)理。