孫學穎,辛曉琦,劉建林,靳 燁,趙麗華

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學食品科學與工程學院,內(nèi)蒙古呼和浩特 010018)

羊肉屬于高蛋白、低脂肪、低膽固醇類食品,一些國家把羊肉列為上等食品[1]。而羊肉香腸成品具有特殊的風味、香氣,其風味物質(zhì)是影響感官特性、質(zhì)量和消費者行為的重要因素,目前羊肉發(fā)酵香腸成品并未實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn),這可能與羊肉制品特有的膻味、色澤差等問題有關(guān)[2]。唐發(fā)書等[3]研究發(fā)現(xiàn)VC除了發(fā)色作用,還可降低亞硝酸鹽含量,提高產(chǎn)品安全性。研究表明,乳酸菌作為肉制品發(fā)酵劑菌株除了可以產(chǎn)酸抑制腐敗菌生長和脂肪氧化[4],還可以增加產(chǎn)品揮發(fā)性風味物質(zhì)含量,賦予產(chǎn)品香氣[5]。潘曉倩等[6]研究表明,添加S-SX發(fā)酵劑和T-SC-200發(fā)酵劑能夠顯著增加北方風干香腸風味物質(zhì)含量,尤其是醛類、酮類、酯類物質(zhì)含量。但目前鮮有研究關(guān)于VC和發(fā)酵劑及其共同作用下對羊肉發(fā)酵香腸風味的影響。

近年來,對包括發(fā)酵香腸在內(nèi)的食品風味的研究越來越多,固相微萃取結(jié)合氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(SPME-GC-MS)技術(shù)被廣泛應用到食品揮發(fā)性成分的檢測[7-10]。但由于風味閾值和化合物之間相互作用,并不是所有的揮發(fā)性成分都是風味活性物質(zhì),大量的揮發(fā)性成分中僅小部分對食品有風味貢獻[11]。王愷等[12]通過SPME-GC-MS分析不同菌種組合的發(fā)酵劑作用下發(fā)酵香腸中揮發(fā)性風味物質(zhì)的構(gòu)成與變化,得出主體風味物質(zhì)為醇類、酸類、酯類、醛酮酚類物質(zhì),包括己醛、3-羥基-2-丁酮、愈瘡木酚等。龍強等[13]以取自四個不同部位的寧鄉(xiāng)花豬肉制成的風干香腸為研究對象,采用SPME-GC-MS共鑒定出35種揮發(fā)性風味成分,其中醇類2種、醛類18種、酯類6種、烴類7種及其他類化合物2種。醛類、酯類及烴類是寧鄉(xiāng)花豬肉風干香腸的特征風味成分。

電子鼻能夠反映樣品整體氣味信息,電子舌能夠反映樣品的甜、苦、澀、咸等綜合滋味信息,SPME-GC-MS可實現(xiàn)風味物質(zhì)定性定量分析,三者可從不同角度對食品品質(zhì)進行檢測評定。將三者結(jié)合可以實現(xiàn)微觀分析與宏觀處理相結(jié)合的食品香氣的綜合分析。本研究制作對照組、發(fā)酵劑組、VC組及VC+發(fā)酵劑組四組羊肉發(fā)酵香腸,采用SPME-GC-MS技術(shù)結(jié)合電子鼻、電子舌進行風味差異分析,通過主成分分析和雷達圖分析等對4組羊肉發(fā)酵香腸的揮發(fā)性風味成分進行鑒定,研究發(fā)酵劑和VC對羊肉發(fā)酵香腸滋味及香氣成分影響情況,為改善發(fā)酵香腸風味提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

蘇尼特羊羊后腿肉與羊尾脂肪 采于內(nèi)蒙古烏拉特中旗;26 mm膠原蛋白腸衣 內(nèi)蒙古博雅科技公司;蔗糖、葡萄糖、硝酸鈉、亞硝酸鈉、VC內(nèi)蒙古達音科技有限公司;食鹽、孜然粉 內(nèi)蒙古呼和浩特市華聯(lián)超市;戊糖片球菌37x-8 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學肉品微生物實驗室篩選于蒙古國風干牛肉中;蔗糖、葡萄糖、硝酸鈉、亞硝酸鈉 均為國產(chǎn)分析純。

ZXMP-A1430型恒溫恒濕箱 上海智城分析儀器制造有限公司;PEN3型便攜式電子鼻傳感器 德國Airsense公司;SA402B型電子舌 日本Insent公司;Trace 1300、ISQ型GC-MS聯(lián)用儀 美國賽默飛世爾科技公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 羊肉發(fā)酵香腸的制作工藝

1.2.1.1 工藝流程

1.2.1.2 操作要點 參考盛雅萍[14]方法略作修改:羊后腿肉與羊尾脂肪按4∶1比例,以原料肉為基礎計算各配料添加量。原料肉攪碎,脂肪切丁,加入蔗糖0.5%,葡萄糖0.5%,食鹽2.5%,硝酸鈉70 mg/kg,亞硝酸鈉70 mg/kg。除此之外,發(fā)酵劑組添加37x-8戊糖片球菌,添加量為107CFU/g；VC組添加VC,添加量為0.05%；VC+發(fā)酵劑組添加37x-8戊糖片球菌和VC,添加量分別為107CFU/g和0.05%。各組分別混勻后在4 ℃條件下腌制12～15 h,灌腸后放置于恒溫恒濕培養(yǎng)箱中溫度25～30 ℃,濕度95%條件下發(fā)酵24～48 h,隨后在溫度14～15 ℃,濕度85%條件下干燥70～72 h,最后在溫度13～14 ℃,濕度75%條件下放置70～72 h至成熟。

1.2.2 羊肉發(fā)酵香腸的制作及取樣 按照以上工藝流程和操作要點,制作以下4組發(fā)酵香腸:對照組(自然發(fā)酵)、發(fā)酵劑組(加入發(fā)酵劑)、VC組(加入VC)、VC+發(fā)酵劑組(加入VC及發(fā)酵劑)。制作以上4組羊肉發(fā)酵香腸,于成熟后取樣于-20 ℃保存?zhèn)溆?進行電子鼻、電子舌及SPME-GC-MS的分析測定。

1.2.3 發(fā)酵羊腸香氣成分的測定

1.2.3.1 電子鼻的測定 參照李雙艷等[15]的方法并略作修改。樣品前處理:將樣品切碎后精確稱取5.00 g羊肉發(fā)酵香腸肉糜于10 mL電子鼻專用頂空瓶中60 ℃處理40 min,平衡10 min。每個樣品平行測定三次。

檢測方法:25 ℃恒溫環(huán)境中,運用PEN3型便攜式電子鼻傳感器對樣品進行檢測,傳感器信號在60 s后基本穩(wěn)定,選定信號采集時間為200 s。PEN3型電子鼻傳感器由10種金屬氧化物傳導陣列構(gòu)成,不同傳感器性能描述如表1所示。

表1 電子鼻傳感器陣列Table 1 Electronic nose sensor array

1.2.3.2 電子舌的測定 參照范文教等[16]的方法并略作修改。樣品預處理:將樣品切碎后,精確稱取5.00 g羊肉發(fā)酵香腸肉糜于200 mL燒杯中,倒入100 mL去離子水,電磁攪拌浸提20 min后過濾,將濾液倒入電子舌專用燒杯中待測。每個樣品平行測定三次。

檢測方法:電子舌傳感器經(jīng)活化校準后,將前處理好的樣品按順序放入電子舌樣品托盤中進行分析。設定電子舌分析參數(shù):數(shù)據(jù)采集時間120 s,采集周期1.0 s,采集延遲0 s,攪拌速率1 r/s。SA402B型電子舌傳感器由5個測試傳感器(人工雙分子膜傳感器),不同傳感器性能描述如表2所示。

表2 電子舌傳感器陣列Table 2 Electronic tongue sensor array

1.2.3.3 SPME-GC-MS測定 參照羅玉龍等[17]的方法并略作修改。樣品預處理:將樣品切碎后精確稱取5.00 g羊肉發(fā)酵香腸肉糜于20 mL頂空樣品瓶中,在60 ℃條件下吸附40 min后拔出萃取頭。拔出后將萃取頭即刻插入GC-MS進樣口,于250 ℃解析3 min,同時采集數(shù)據(jù)。

GC條件:TR-5毛細色譜柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm);載氣He(純度>99.99%);載氣流速1.0 mL/min;傳輸線溫度250 ℃;不分流進樣;升溫程序:40 ℃保持3 min,以4 ℃/min升溫到150 ℃,保持1 min,再以5 ℃/min升溫到200 ℃,最后以20 ℃/min升至230 ℃,保持5 min。

MS條件:電離方式EI離子源,離子源溫度250 ℃;質(zhì)量掃描范圍30～400 m/z;溶劑延遲時間1.0 min。

1.2.3.4 定性與定量方法 質(zhì)譜圖經(jīng)與MEANLIB、Nist Demo和Wiley Library檢索定性,匹配度大于800作為鑒定依據(jù)。物質(zhì)的定量用峰面積代替,并除以樣品質(zhì)量,最終單位為AU/g[18]。

1.2.3.5 相對氣味活度值(ROAV)的計算 采用劉登勇等[19]提出的ROAV法(相對氣味活度值法)評價各化合物對樣品總體風味的貢獻:首先定義對樣品整體香味貢獻最大的物質(zhì):ROAVs=100,則對其他揮發(fā)性化合物ROAV值計算公式如下:

式中:ROAVi為某揮發(fā)性風味物質(zhì)的相對氣味活度值;Ci為某揮發(fā)性風味物質(zhì)的相對含量;Ti為某揮發(fā)性成分的嗅覺閾值;Tstan為氣味貢獻最大揮發(fā)性風味物質(zhì)的閾值;Cstan為氣味貢獻最大揮發(fā)性風味物質(zhì)的相對含量。

1.3 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2019軟件進行處理及雷達圖分析并作圖,采用SPSS 19.0軟件處理數(shù)據(jù),并采用單因素方差分析比較均值,P<0.05為差異顯著;Origin 2018軟件進行主成分分析并作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 羊肉發(fā)酵香腸電子鼻分析結(jié)果

2.1.1 電子鼻對羊肉發(fā)酵香腸樣品的雷達圖分析 如圖1所示,不同組別發(fā)酵香腸樣品對電子鼻10個傳感器的響應差異均顯著(P<0.05),這說明電子鼻對羊肉發(fā)酵香腸氣味敏感,可區(qū)分四組羊肉發(fā)酵香腸。傳感器W5S、W1S、W1W、W2W和W2S對四組羊肉發(fā)酵香腸樣品的響應值均顯著高于其他傳感器(P<0.05),且不同處理組的差異比較大,說明這5個傳感器檢測出的揮發(fā)性成分組成相差較大。而其余5個傳感器的信號響應值在不同處理組之間幾乎重疊,說明這5個傳感器檢出的揮發(fā)性成分組成基本相似。對比不同處理組發(fā)酵香腸數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn),VC+發(fā)酵劑組在W1S、W1W和W2S傳感器上的響應值顯著高于其他三組,這三個傳感器分別對甲基類、硫化物以及醇類、醛酮類靈敏。與其它處理組差異較大,這可能是加工工藝差別所致。

圖1 電子鼻對羊肉發(fā)酵香腸雷達圖分析圖譜Fig.1 Radar map analysis of fermentedmutton sausage by electronic nose

2.1.2 電子鼻對羊肉發(fā)酵香腸香氣成分主成分分析(PCA) 圖2是電子鼻檢測羊肉發(fā)酵香腸樣品的PCA圖。由PCA圖譜可知第一主成分貢獻率為52.7%,第二主成分貢獻率為34.1%,兩種主要成分累積貢獻率為86.8%(超過85%),說明兩種主成分包括發(fā)酵香腸氣味物質(zhì)的大部分信息,且不同發(fā)酵香腸之間風味相互獨立[20]。圖中每個橢圓代表不同香腸樣品的數(shù)據(jù)采集點,可以看出發(fā)酵香腸樣品電子鼻數(shù)據(jù)組之間無重疊,表明電子鼻能區(qū)分有效地區(qū)分不同香腸樣品。從PC1角度看,對照組、發(fā)酵劑組和VC組位于正向端,而VC+發(fā)酵劑組位于負向端;從PC2角度看,對照組和VC+發(fā)酵劑組位于正向端,而VC組位于負向端;由上述分析可得,PCA法可將四組發(fā)酵香腸的風味物質(zhì)完全區(qū)分開,且VC+發(fā)酵劑組和其他三組風味具有明顯差異。

圖2 羊肉發(fā)酵香腸電子鼻PCA分析圖譜Fig.2 PCA analysis of fermented muttonsausage by electronic nose

2.2.1 電子舌對羊肉發(fā)酵香腸雷達圖分析 如圖3所示,從圖3中可以看出,傳感器酸味、苦味、澀味、后味B(苦的回味)、后味A(澀的回味)、鮮味、豐富度(鮮的回味)、咸味和甜味對羊肉發(fā)酵香腸響應信號的強度,傳感器咸味、鮮味對各組羊肉發(fā)酵香腸樣品的響應值較大,但各組羊肉發(fā)酵香腸的響應值基本一致,說明四組發(fā)酵香腸樣品中滋味成分物質(zhì)含量無明顯差異。

圖3 電子舌對羊肉發(fā)酵香腸雷達圖分析圖譜Fig.3 Radar map analysis of fermentedmutton sausage by electronic tongue

2.2.2 電子舌對羊肉發(fā)酵香腸滋味物質(zhì)的主成分分析 圖4是電子舌檢測羊肉發(fā)酵香腸樣品的PCA圖。由PCA圖譜可知第一主成分貢獻率為68.0%,第二主成分貢獻率為16.2%,兩種主成分累積貢獻率為84.2%(超過70%),說明兩種主成分基本上能夠代表發(fā)酵香腸滋味物質(zhì)的大部分信息[21]。從PCA圖譜中可以看出,各組香腸樣品之間無顯著差異,與雷達圖結(jié)果分析一致。而四組香腸樣品電子舌數(shù)據(jù)重疊,表明電子舌不能區(qū)分不同發(fā)酵香腸樣品滋味。

圖4 羊肉發(fā)酵香腸電子舌PCA分析圖譜Fig.4 PCA analysis of fermented muttonsausage by electronic tongue

2.3 不同羊肉發(fā)酵香腸GC-MS分析結(jié)果

由表3可知,從四組發(fā)酵羊肉腸中鑒定出的揮發(fā)性風味成分包括醛類(18種)、醇類(13種)、酯類(5種)、酮類(3種)、酸類(5種)及烴類(5種),共6大類49種。其中對照組、發(fā)酵劑組、VC組和VC+發(fā)酵劑組分別檢測出43、46、48和48種揮發(fā)性成分,已有報道顯示,這六大類化合物均為肉品中常見的揮發(fā)性風味化合物。

表3 羊肉發(fā)酵香腸樣品揮發(fā)性風味物質(zhì)相對含量Table 3 Relative content of volatile compounds of fermented mutton sausages

續(xù)表

這些化合物在我國的同類產(chǎn)品中也有檢出。如醛類中的己醛、庚醛、壬醛,醇類中的2,3-丁二醇、1-辛烯-3-醇、酯類中的己酸乙酯以及烴類中的庚烷、十一烷等均為我國傳統(tǒng)香腸制品中常見的揮發(fā)性化合物[22-23]。

醛類是發(fā)酵香腸羊肉香腸主要的風味物質(zhì),其閾值較低,具有油脂和水果香味[24]。主要來源于油酸和亞油酸等不飽和脂肪酸的氧化以及氨基酸降解[25]。由表3可知,從各組發(fā)酵香腸中鑒定出的醛類包括戊醛、己醛、庚醛、辛醛、壬醛等飽和直鏈醛,2-己烯醛、2-庚烯醛、(E,E)-2,4-庚二烯醛、E-2-辛烯醛、E-2-壬烯醛、(E,E)-2,4-壬二烯醛等不飽和直鏈醛以及苯甲醛、苯乙醛等芳香醛。VC組和VC+發(fā)酵劑組總體相對含量均高于對照組(P<0.05),說明VC和發(fā)酵劑會對發(fā)酵香腸風味具有貢獻作用。在4組處理組中檢測出的醛類化合物中,相對含量最高的均為己醛,正己醛是亞油酸氧化的基本產(chǎn)物,具有青草氣味。研究發(fā)現(xiàn),真空蒸煮羊肉、炭烤羊腿的揮發(fā)性化合物中正己醛含量最高[26-27]。四組發(fā)酵香腸樣品中均有3-甲硫基丙醛和苯甲醛檢出,二者相對含量均為VC組和VC+發(fā)酵劑組顯著高于對照組(P<0.05),3-甲硫基丙醛具有醇厚的醬香,苯甲醛具有苦杏仁味。實驗組中均檢出2-十一烯醛,而對照組未檢出。

醇類含量最高的有(2S,3S)-2,3-丁二醇、1-辛烯-3-醇、2,3-丁二醇含量也較高,該物質(zhì)在一定情況下可以與3-羥基-2-丁酮生成雙乙酰(2,3-丁二酮),改善香腸整體風味[28]。1-辛烯-3醇是一種亞油酸氫過氧化物的降解產(chǎn)物,閾值極低,只有1 μg/kg,具有類似蘑菇的氣味,能夠改善香腸整體風味[29]。本研究表明,實驗組醇類物質(zhì)含量均高于對照組38.25×106AU/g,可能是因為試驗組的乳酸菌代謝碳水化合物的能力較強,導致試驗組的醇類相對含量較高。此外,本研究中VC組和VC+發(fā)酵劑組的1-辛烯-3-醇的相對含量顯著高于對照組(P<0.05),這也表明添加VC有助于改善香腸的整體風味,此結(jié)果同曹辰辰等[30]研究結(jié)果一致。

酸類物質(zhì)對生成酯類物質(zhì)具有貢獻作用,本研究發(fā)現(xiàn)四個處理組中含量最高的均為乙酸,其中發(fā)酵劑組和VC+發(fā)酵劑組顯著高于對照組(P<0.05),這是因為乙酸主要來源于微生物代謝碳水化合物,發(fā)酵劑組和VC+發(fā)酵劑組中接種乳酸菌發(fā)酵劑,產(chǎn)酸能力強,故乙酸含量高[31]。而VC組的乙酸含量低于對照組,可能是因為乙酸發(fā)生酯化反應,生成乙酸乙酯[32]。辛酸也是重要的風味物質(zhì),VC+發(fā)酵劑組的丁酸含量顯著高于其余三組(P<0.05),另外,實驗組檢出癸酸,而對照組未檢出,表明VC和發(fā)酵劑共同作用下對香腸的風味形成有一定貢獻。

酯類對發(fā)酵香腸的典型的風味形成有一定作用,酯類物質(zhì)是由醇和酸經(jīng)過酯化反應生成的,多帶有芳香味[33]。其中乙酯類物質(zhì)賦予產(chǎn)品果香味和奶油香味,是促進發(fā)酵香腸風味形成的重要物質(zhì)[12]。其中乙酸乙酯和己酸乙酯在四種香腸中含量較高,能對產(chǎn)品風味形成起到有益作用[34]。γ-丁內(nèi)酯具有椰子香氣,在稀釋后還會散發(fā)杏子和李子的香氣[12],對照組中未檢出,其余三組均檢出γ-丁內(nèi)酯,說明發(fā)酵劑和VC會影響香腸風味形成,此結(jié)果與雷華威等[35]的結(jié)果一致。

酮類物質(zhì)一般來自于美拉德反應,但由于香腸未經(jīng)過煙熏烘烤處理,所以本研究中檢測到的幾種酮類物質(zhì)應該是來自于脂類氧化反應[36]。其中3-羥基-2-丁酮是一種具有強烈揮發(fā)性,富有黃油香氣的物質(zhì)[37],但在四組香腸樣品中差異不顯著。4-羥基-2-丁酮具有芳香氣味[38],2-庚酮具有水果氣味[39],對照組未檢出,其余三組均檢出4-羥基-2-丁酮、2-庚酮,說明發(fā)酵劑和VC會影響香腸風味形成。而2-庚酮具有較高的閾值,對香腸風味貢獻不大[40]。

2.4 發(fā)酵羊肉腸特征香氣成分分析

結(jié)合各揮發(fā)性物質(zhì)的氣味特性和氣味閾值等對羊肉發(fā)酵香腸的特征揮發(fā)性風味物質(zhì)進行分析。根據(jù)所測風味物質(zhì)的相對含量及其感覺閾值,確定辛醛對照組、VC組和VC+發(fā)酵劑組在的相對含量分別為11.93、18.12和25.75,其閾值僅為0.7 μg/kg,在發(fā)酵劑組中,壬醛相對含量為21.44,其閾值為1 μg/kg。其在各自組分中的總體氣味貢獻最大,所以定義辛醛、壬醛的ROAV stan為100。0.11,說明該物質(zhì)可能對總體風味有直接影響;在一定范圍內(nèi),ROAV越大,說明該物質(zhì)對總體風味貢獻越大[19]。表4可知,四組香腸中總體氣味貢獻較大(ROAV>10)的為:己醛、庚醛、辛醛、壬醛和1-辛烯-3-醇,四組發(fā)酵香腸風味具有貢獻的主要有苯乙醛、癸醛、E-癸-2-烯醛(ROAV>1)。相比于對照組,實驗組香腸中存在2-十一烯醛對香腸整體風味具有貢獻作用,2-十一烯醛具有蠟香、清香等較為濃郁的芳香氣,賦予了發(fā)酵香腸新的風味,根據(jù)ROAV 計算方法,發(fā)酵劑和VC并未損害發(fā)酵香腸原有的關(guān)鍵風味化合物,對發(fā)酵香腸風味修飾化合物影響不大,并增添了新的風味。

表4 羊肉發(fā)酵香腸風味物質(zhì)ROAVTable 4 ROAVs of volatile compounds in four groups

對9種特征揮發(fā)性風味物質(zhì)進行分析(ROAV>1),己醛、庚醛、辛醛、苯乙醛、壬醛、癸醛、E-癸-2-烯醛、2-十一烯醛具有青草味、脂香味和油脂香味[41],對形成發(fā)酵香腸的淡脂香和青草香具有重要貢獻。1-辛烯-3-醇具有蘑菇風味和發(fā)酵香,對形成發(fā)酵香腸的發(fā)酵香具有重要貢獻。對9種特征揮發(fā)性風味物質(zhì)的風味特性進行總結(jié)歸納,得到發(fā)酵香腸的風味特征為淡脂香、青草香味、發(fā)酵味。

3 結(jié)論

本實驗對4個不同處理組發(fā)酵香腸揮發(fā)性風味進行鑒定、分析和區(qū)分?；陔娮颖羌夹g(shù)可實現(xiàn)對發(fā)酵香腸樣品快速區(qū)分,而電子舌不能明顯區(qū)分?；赟PME-GC-MS技術(shù)分析鑒定出49種揮發(fā)性風味物質(zhì)。其中對照組、發(fā)酵劑組、VC組和VC+發(fā)酵劑組分別檢測出43、46、48和48種揮發(fā)性成分,主要以酯類、醇類、醛類、酸類為主?？傮w來看,加入發(fā)酵劑和VC能夠明顯地提高發(fā)酵香腸中風味物質(zhì)含量,尤其是1-辛烯-3-醇、4-羥基-2-丁酮、γ-丁內(nèi)酯等醇類、酮類、酯類物質(zhì)。結(jié)合電子鼻結(jié)果分析,VC+發(fā)酵劑組對醇類、醛酮類等物質(zhì)更靈敏,說明發(fā)酵劑和VC共同作用下為發(fā)酵香腸效果更明顯。結(jié)合ROAV篩選出9種揮發(fā)性風味活性物質(zhì),己醛、庚醛、辛醛、苯乙醛、壬醛、癸醛、E-癸-2-烯醛、2-十一烯醛和1-辛烯-3-醇,它們被鑒定為發(fā)酵香腸中的關(guān)鍵氣味活性物質(zhì)?；趯μ卣鲹]發(fā)性風味物質(zhì)風味特性的分析,明確發(fā)酵香腸的風味特征為淡脂香、青草香味、發(fā)酵味。