柏 霜，王永瑞，羅瑞明，沈 菲，丁 丹，柏 鶴

牛肉臊子工業(yè)半成品炒制各階段揮發(fā)性化合物分析

柏 霜，王永瑞，羅瑞明※，沈 菲，丁 丹，柏 鶴

（寧夏大學農(nóng)學院，銀川 750021）

為了研究牛肉臊子工業(yè)半成品炒制過程中揮發(fā)性化合物變化規(guī)律，測定炒制過程中在肌肉煸炒去水、煸炒脂肪出油和肉油混合炒制3個階段揮發(fā)性化合物的變化。采用電子鼻（electronic Nose，e-Nose）測定炒制各階段氣味強度，頂空固相微萃取氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術（Headspace Solid-Phase Microextraction Gas-Chromatographic Mass-Spectrometric，HS-SPME-GC-MS）對揮發(fā)性化合物進行了定量分析。結(jié)果表明：在整體氣味感知上，采用e-Nose可以區(qū)分炒制各加工階段的氣味。GC-MS方法共檢測出144種揮發(fā)性成分，檢驗篩選出52種主要揮發(fā)性化合物（< 0.01）。在整個加工過程中，醛類是牛肉臊子工業(yè)半成品的主要揮發(fā)性化合物。煸炒脂肪階段對炒制牛肉臊子工業(yè)半成品的風味貢獻較大。采用偏最小二乘判別分析（Partial Least Squares Discriminant Analysis，PLS-DA），可將原料肉、肌肉煸炒去水、煸炒脂肪出油和肉油混合炒制的揮發(fā)性化合物形成過程區(qū)分為4個階段。該研究為智能風味控制程序及炒制機的研發(fā)提供了理論依據(jù)，為工業(yè)生產(chǎn)炒制肉制品提供技術參考。

電子鼻；揮發(fā)性化合物；偏最小二乘判別分析（PLS-DA）；氣相色譜-質(zhì)譜法（GC-MS）；炒制；牛肉臊子

0 引 言

炒制肉制品的風味通過烹調(diào)后產(chǎn)生。當肉加熱后，前體物質(zhì)反應生成各種呈味物質(zhì)，賦于肉以滋味和芳香味。這些物質(zhì)主要是通過美拉德（Maillard）反應、脂質(zhì)氧化和一些物質(zhì)的熱降解3種途徑形成，溫度、時間是反應的關鍵參數(shù)，是控制菜品風味的關鍵因素，炒制環(huán)節(jié)是肉制品品質(zhì)及風味形成關鍵控制點。

炒制在短時間內(nèi)會產(chǎn)生很高的熱量，需要高水平的廚師來判斷炒制進程。對不同烹飪方法的研究表明，與微波烹飪或燒烤相比，炒制肉制品具有更好的顏色和味道，能更好地保留肉中維生素B6、維生素B1、鐵、鎂和鋅等微量元素[1]。中式炒肉方式多種，最常見的有兩種，一種是肉片、肉絲、肉丁過油后與配菜混合炒制，另一種是肌肉煸炒去水，脂肪煸炒出油，肥瘦肉混合炒制。但由于炒制過程中復雜的傳熱傳質(zhì)動力學使其難以在工業(yè)規(guī)模應用，短時強烈傳熱、快速攪拌造成取樣點與相關參數(shù)測定困難，導致很少有與炒制過程相關的報道，國外絕大多數(shù)研究都是關于煎炸[2]，或靜態(tài)接觸油炸如肉餅和豬肉[3-4]。國內(nèi)大多都是研究某一種作料對炒制肉制品風味的影響，如香茅對小炒肉風味的影響[5]，對于肉制品本身在炒制過程中風味物質(zhì)變化的研究還未見報道。

在風味研究中，感官評價一直很重要。目前，電子鼻（electronic Nose，e-Nose）和氣相色譜-質(zhì)譜（Gas Ghromatography-Mass Spectrometry，GC-MS）也經(jīng)常被用來研究食品風味，以校正感官評價的主觀判斷。GC-MS已經(jīng)成為鑒定肉類食品揮發(fā)性化合物的主要方法之一[6-8]。并且，提取方法直接影響GC-MS分析檢測的精度。頂空固相微萃取因其快速、簡單、環(huán)保等優(yōu)點被廣泛應用于食品中揮發(fā)性物質(zhì)的萃取[9]。

秦川牛因其瘦肉率高，肉質(zhì)細致，大理石紋花紋明顯等優(yōu)點，在陜甘寧等地區(qū)多有養(yǎng)殖，是許多特色牛肉制品的主要原料。工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)的炒制肉制品很大一部分在炒制過程中沒有與鍋底充分接觸，最終的肉制品并不是被炒制熟的，而是被高溫蒸汽加熱熟的（傳統(tǒng)工業(yè)大鍋為蒸汽夾層鍋，炒制過程溫度最高為100 ℃，類似于燉煮），導致工廠大鍋炒制肉制品風味物質(zhì)含量少，風味淡薄。且肥瘦肉混合炒制模式并沒有充分釋放脂肪中風味物質(zhì)。為增大炒制過程中物料貼鍋系數(shù)，改變并優(yōu)化傳統(tǒng)工業(yè)大鍋炒制模式，本試驗采用電子鼻結(jié)合GC-MS技術，研究牛肉臊子工業(yè)炒制半成品各炒制階段的揮發(fā)性化合物形成規(guī)律，探究電子鼻結(jié)合GC-MS方法區(qū)分炒制過程各個階段，為秦川牛肉臊子半成品標準化工業(yè)加工、風味控制程序研發(fā)、智能風味控制炒制機研制提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

秦川牛肉來自甘肅省平?jīng)鍪袥艽h旭康食品有限責任公司。秦川牛為48月齡閹割公牛，經(jīng)屠宰、放血、去內(nèi)臟、清洗，然后儲存在-80 ℃超低溫冰箱。精選秦川牛后腿肉，分割整理，切除腿骨、軟骨、淋巴、筋腱，去凈肉皮表面污物，剔除表面脂肪，切成1 cm×1 cm×1 cm大小肉丁備用。脂肪采用成塊牛脂肪，切成1 cm×1 cm×1 cm大小備用，每個樣品瘦肉與脂肪質(zhì)量比為7∶3。

2-甲基-3-庚酮和正構烷烴（C6~C30）均為色譜級，購自上海西寶生物科技有限公司；料酒、生抽，購自佛山市海天（高明）調(diào)味食品有限公司。

1.2 儀器與設備

PEN3.5電子鼻，德國Airsense公司；DW-8L930 -86 ℃超低溫冰箱，無錫冠亞恒溫制冷技術有限公司；TA-XT2i型質(zhì)構儀，英國Stable Microsystem公司；H-SY2L-NI 6-C恒溫水浴鍋，北京長源實驗設備廠；GC-MS 2010 Plus氣質(zhì)聯(lián)用儀，日本島津公司；SPME萃取頭，美國Supelco公司；TESTO735-2型數(shù)字溫度計，德國德圖公司；自主研發(fā)的智能風味控制炒制機，電供熱系統(tǒng)控制傳送平板表面熱量，有文火（500 W）、小火（800 W）、中火（1 100 W）、大火（1 400 W）、猛火（1 700 W）5個檔位。

1.3 方法

1.3.1 牛肉臊子炒制工藝

牛肉臊子工業(yè)化生產(chǎn)的成品還需要消費者購買后進行二次短時加工，而前期半成品的品質(zhì)及風味對后期消費者短時加工后品質(zhì)及風味影響極為關鍵，所以在出廠之前炒制是品質(zhì)及風味控制的關鍵點。本試驗炒制工藝來自寧夏澇河橋肉食品有限公司（圖1），經(jīng)過改進后炒制過程全程為小火檔位。將3 500 g剔除表面脂肪，料酒、生抽腌制15 min的秦川牛肉煸炒至肉中大部分水分溢出，瀝水控干（寧夏平均海拔1 000 m，水的沸點在95 ℃左右，因此肌肉煸炒去水階段的最高溫度為95 ℃）。將1 500 g秦川牛脂肪煸炒至脂肪中大部分牛油溢出（煸炒脂肪階段由于牛油不斷溢出，此階段的平均溫度是145 ℃）?；旌铣粗剖窃陟猿粗境鲇徒Y(jié)束后加入肌肉煸炒去水后的樣品繼續(xù)炒制（此階段的平均溫度是126 ℃）。通過正交試驗優(yōu)化最終工藝參數(shù)，根據(jù)感官評價與嫩度值確定的最優(yōu)工藝參數(shù)，分析最終混合炒制揮發(fā)性化合物。3種加工階段炒制時間見表1。

1.3.2 感官評價

感官評價按照美國測試與材料協(xié)會規(guī)定進行[10]。每個樣品冷卻至室溫25 ℃后交給小組成員，并在評估連續(xù)的樣本之前用清水漱口，然后聞3次，以判斷樣品氣味，并吞咽樣本[11]。評價肌肉煸炒去水、煸炒脂肪和混合炒制時間對肉品質(zhì)及風味的影響。

圖1 工業(yè)牛肉臊子生產(chǎn)步驟

表1 正交試驗因素及水平

注：SFMRW為肌肉煸炒去水，SFF為脂肪煸炒出油，MSF為混合炒制，下同。

Note：SFMRW is stir-fry muscle to remove water, SFF is stir-fry fat, and MSF is mixed stir-fry, the same below.

1.3.3 嫩度值測定

將樣品切成5 mm×5 mm×5 mm小丁，然后用HDP-BSW探針在剪切力模式（TA）下測量嫩度，測前速率為2.0 mm/s；測中速率為2.0 mm/s；測后速率為10.0 mm/s；距離為30.0 mm；觸發(fā)力為20 N；垂直肌纖維方向剪切，每個樣品測定3次，取平均值。

1.3.4 電子鼻分析

應用電子鼻來區(qū)分牛肉臊子樣品。電子鼻由10個金屬氧化物半導體傳感器組成，具有一定特異性，包括W1C（對芳香族化合物敏感）、W5S（對氮氧化物敏感）、W3C（對氨類和芳香型化合物敏感）、W6S（對氫氣敏感）、W5C（對烯烴和芳香型化合物敏感）、W1S（對烴類物質(zhì)敏感）、W1W（對硫化氫敏感）、W2S（對醇類和部分芳香型化合物敏感）、W2W（對芳香化合物和有機硫化物敏感）、W3S（對烷烴敏感）[12]。

試驗前，取5 g樣品放入20 mL密閉瓶中，于25 ℃水浴中平衡20 min。電子鼻的設置參數(shù)為：樣品測定間隔時間為1 s；沖洗時間為100 s；零點調(diào)整時間為10 s；樣品準備時間為5 s；樣品測試時間為100 s。測量完畢，用清潔空氣沖洗容器，直到傳感器信號返回基線。

1.3.5 揮發(fā)性化合物分析

采用頂空固相微萃取與GC-MS相結(jié)合的方法從樣品中萃取、分離和檢測揮發(fā)性化合物。3 g肉末樣本和3 mL飽和氯化鈉溶液添加到20 mL頂空瓶中，渦旋震蕩30 s，60 ℃水浴平衡20 min，萃取頭吸附30 min（DVB/CAR/PDMS-50/35m）。

氣相色譜條件（GC）：色譜毛細管柱為DB-WAX （30 m×0.25 mm×0.25m），起始溫度 40 ℃，保持3 min，然后以5 ℃/min的升溫速度升到200 ℃，再以10 ℃/min的升溫速度升到230 ℃，保持3 min。載氣為He，恒定流速為2 mL/min，進樣口溫度250 ℃，壓力112.0 kPa，不分流。

質(zhì)譜條件（MS）：電子轟擊（Electron Impact，EI）離子源，電子能量70 eV，傳輸線溫度280 ℃，離子源溫度230 ℃，接口溫度250 ℃，溶劑延遲2.5 min，質(zhì)量掃描范圍核質(zhì)比（m/z）50～350。

用半定量方法計算揮發(fā)性化合物的含量，以質(zhì)量濃度為0.4896g/L的2-甲基-3-庚酮為內(nèi)標物，通過峰面積與濃度的關系計算得到未知化合物的濃度，公式如下：

1.4 數(shù)據(jù)分析

所有結(jié)果均為3次重復的平均值。使用Microsoft office 2013和Origin 2017軟件繪制圖。采用SPSS 24.0和MetaboAnalyst 4.0軟件進行方差分析（Analysis of Variance，ANOVA）和偏最小二乘判別分析（Partial Least Squares Discriminant Analysis，PLS-DA）。

2 結(jié)果與分析

2.1 牛肉臊子炒制工藝優(yōu)化

如表2所示，采用正交試驗法進一步優(yōu)化了肌肉煸炒去水3、4、5 min、煸炒脂肪4、5、6 min、混合炒制60、90、120 s的工藝參數(shù)。影響炒制牛肉臊子品質(zhì)的主要因素是風味與嫩度。采用感官評價和嫩度儀綜合研究樣品的食用品質(zhì)。感官評定與嫩度試驗結(jié)果變化一致，第3組的嫩度值和感官評分均明顯高于其他組。因此，較佳工藝參數(shù)為肌肉煸炒去水3 min、煸炒脂肪6 min、混合炒制120 s。嫩度變化的主要原因，同時也是肌肉煸炒去水這一過程肉中產(chǎn)生大量水分的主要原因是高溫炒制過程中蛋白質(zhì)迅速發(fā)生熱變性、凝固導致肌原纖維蛋白質(zhì)收縮，一方面維持肌原纖維蛋白結(jié)構的疏水鍵、氫鍵等遭到破壞，肽鏈呈現(xiàn)展開狀態(tài)，原來依賴于疏水鍵、氫鍵結(jié)合的不易流動的水轉(zhuǎn)化為自由水[13]，另一方面基質(zhì)蛋白和肌原纖維蛋白發(fā)生扭曲變形使肌細胞內(nèi)汁液排出，進而收縮導致肌原纖維蛋白聚集。

2.2 電子鼻響應

2.2.1 電子鼻雷達圖

如圖2所示，不同炒制階段的牛肉臊子在每個加工步驟的電子鼻雷達圖氣味輪廓曲線差異明顯。經(jīng)肌肉煸炒去水、煸炒脂肪、混合炒制后，W5S、W1W、W2W的響應值均遠遠高于原料肉。電子鼻W5S傳感器對氮氧化合物敏感，從圖2可看出，秦川牛原料肉W5S響應值低于肌肉煸炒去水、煸炒脂肪、混合炒制后的樣品。肌肉煸炒去水、煸炒脂肪和混合炒制后提高了秦川牛原料肉W5S的響應值，說明牛肉臊子炒制熱加工可以促使含氮雜環(huán)類化合物含量的增加，而含氮雜環(huán)化合物一般有烤肉香氣特征，也主要來源于美拉德反應[13]。

表2 正交試驗結(jié)果

注；同列不同字母表示花0.05水平差異顯著。

Note: Different letters in same column indicate significant difference at 0.05 level.

注：W1C、W5S、 W3C、W6S、W5C、W1S、W1W、W2S、W2W、W3S為10個傳感器，下同。

不同熱加工階段對牛肉臊子W1C、W3C、W5C、W3S、W6S的響應值無影響，其中由于脂類氧化產(chǎn)生的氫過氧化物沒有任何氣味是導致W6S氣味輪廓曲線無差異的原因[14]，說明不同炒制熱加工對牛肉臊子部分芳香族化合物、氨類、烯烴類、烷烴類化合物的影響不大。影響肉風味的主要醇類化合物主要是由熱降解和 Maillard 反應生成[15-16]。W2S傳感器對醇類化合物敏感，此時混合炒制與煸炒脂肪的W2S響應值明顯低于原料肉與肌肉煸炒去水，表明高溫炒制會降低部分醇類化合物的含量。含硫化合物是肉香味中非常重要的一類嗅感物質(zhì)，有研究發(fā)現(xiàn)加熱牛肉揮發(fā)性成分中去掉硫化物，肉香味幾乎完全消失[17]。W1W和W2W傳感器均對硫化物敏感，而煸炒脂肪階段電子鼻W1W和W2W響應值明顯高于混合炒制、肌肉煸炒去水階段，說明秦川牛脂肪在高溫熱加工階段含硫化物含量增加，如3-甲硫基丙醛、二甲基砜隨著熱加工階段的進行濃度逐漸增大，在脂肪煸炒出油階段濃度達到最大值；2-甲基-1,3-氧硫醚在脂肪煸炒出油階段才開始出現(xiàn)。含硫化合物的形成途徑非常復雜，除硫胺素的降解、脂肪中少量蛋白分子高溫分解等途徑外，吠喃類衍生物形成含硫化合物也是一條重要的途徑[17]。

2.2.2 電子鼻數(shù)據(jù)的主成分分析

采用PCA對電子鼻數(shù)據(jù)進行分析（圖3）。貢獻率越高，主成分對原始多指標信息的反映越好[18]。如圖3所示，PC1代表總方差的69.04%，PC2代表總方差的22.59%，前兩個主成分的累積方差貢獻率大于90%，說明前兩個主成分覆蓋了樣品絕大多數(shù)氣味信息[19]。從原料肉、肌肉煸炒去水、煸炒脂肪和混合炒制樣品分布上可以很容易地分為4組（圖3）。W5S、W2W、W1C、W1W、W3C和W5C與雙標圖中的煸炒脂肪和混合炒制樣品相關聯(lián)，而W6S、W2S、W3S和W1S與肌肉煸炒去水樣品相關聯(lián)，原料肉在PC1與PC2上均為負值，且與傳感器無相關聯(lián)。在PC1上，煸炒脂肪和混合炒制樣品的得分最高，均為正值，原料肉和肌肉煸炒去水樣品的PC1得分都為負值，煸炒脂肪6 min在PC1上的載荷最大，但由于煸炒脂肪與混合炒制樣品分布在第一與第四象限，W5S、W2W、W1C、W1W、W3C和W5C無法將兩組樣品區(qū)分開。在PC2上，肌肉煸炒去水的樣品大部分得分為正，只有肌肉煸炒去水3 min的3個平行樣品得分為負值，且與原料肉得分差距較大，說明W6S、W2S、W3S和W1S可以用來區(qū)分肌肉煸炒去水樣品。通過對雙標圖信息的分析，肌肉煸炒去水與原料肉樣品可以分別從這兩個主成分進行區(qū)分，但煸炒脂肪和混合炒制樣品不能通過PC1或者PC2進行區(qū)分。

注：文本后的數(shù)字表示樣本和炒制時間。Raw為腌制15 min的原料肉，下同。

2.3 揮發(fā)性化合物分析

圖4為炒制牛肉臊子各加工階段揮發(fā)性化合物的聚類熱圖分析。共鑒定出144種揮發(fā)性化合物，熱圖中顯示出52種主要揮發(fā)性化合物，經(jīng)檢驗篩選出（< 0.01）。炒制牛肉臊子主要的揮發(fā)性風味化合物是酮類、醇類、醛類、酸類和雜環(huán)類化合物（圖5），主要來源于氨基酸和肽類的熱解，碳水化合物的焦糖化，硫胺素、核糖核苷酸的降解，糖和氨基酸或肽類的相互作用以及脂質(zhì)的熱降解[20]。部分具有肉香味的含氮雜環(huán)化合物是高溫肉制品中最重要的香氣物質(zhì)，烷基吡嗪通常被描述為烤香味，具有堅果香或烘香的風味特征[21-22]，不同反應時間下美拉德反應產(chǎn)物檢測出的含氮類雜環(huán)化合物主要有甲基吡嗪、2,6-二甲基吡嗪等（圖4）。

原料肉經(jīng)肌肉煸炒去水、煸炒脂肪和混合炒制后，醇類、酮類、醛類、酸類、酯類與雜環(huán)類化合物的含量和數(shù)量均高于原料肉，這是因為秦川牛肌肉、脂肪本身含有可揮發(fā)性化合物前體物質(zhì)，在加熱過程中這些前體物質(zhì)轉(zhuǎn)化為可揮發(fā)性化合物。一些短鏈脂肪醛類化合物被認為是構成牛脂肪特征風味的主要成分[23]，醛類化合物也是整個炒制階段最主要揮發(fā)性化合物（圖5）。

煸炒脂肪后揮發(fā)性化合物中醇類物質(zhì)的含量和數(shù)量均高于肌肉煸炒去水和混合炒制，說明脂肪在高溫炒制過程中產(chǎn)生的醇類化合物相對肌肉組織要多。醇類化合物的閾值較高，一般對于食品的風味貢獻較小[24]，反式-2-十一烯-1-醇、2-甲基-1-癸醇和3-辛醇只在煸炒脂肪階段檢測到，說明這3種醇類對秦川牛的風味貢獻較大。還有大量醇類化合物濃度隨著加工溫度的升高而增大，如庚醇、正己醇、正辛醇、正戊醇等，表明在煸炒脂肪階段會產(chǎn)生大量對炒制牛肉臊子風味貢獻較大的醇類物質(zhì)。2,3-丁二醇在肌肉煸炒去水階段未檢出，只在煸炒脂肪、混合炒制中檢出，說明這兩種醇類物質(zhì)對炒制牛肉臊子的風味貢獻較大，這與電子鼻的結(jié)果一致（圖2）。

肌肉煸炒去水產(chǎn)生大量醛、酮、醇、酯、酸、芳香族化合物。與原料肉相比，醛類、醇類、酮類化合物的含量在肌肉煸炒去水后急劇增加，吡啶類化合物在肌肉煸炒去水階段未檢出，大量的雜環(huán)化合物是由脂肪加熱過程中發(fā)生美拉德反應產(chǎn)生的，說明煸炒脂肪階段對整個炒制過程牛肉風味有重要作用。除濃度較低外，肌肉煸炒去水的牛肉揮發(fā)性風味化合物與煸炒脂肪、混合炒制相似。然而，在肌肉煸炒去水的牛肉中檢測出一些原料肉中沒有的醛類、雜環(huán)類揮發(fā)性化合物，如3-甲硫基丙醛、庚醛、苯乙醛、（E）-2-壬醛、（E,E）-2,4-癸二烯醛等，這是由于炒制過程中隨著溫度的升高熱氧化是發(fā)生的主要反應，亞油酸酯分子在受兩邊雙鍵影響而活性很高的C-11的亞甲基處發(fā)生抽氫反應，形成戊二稀自由基，這個自由基中間產(chǎn)物在兩端和氧發(fā)生反應生成等量的共扼C-9、C-13二烯氫過氧化物的混合物，氫過氧化物又在高溫條件下裂解產(chǎn)生脂肪族酸類化合物[25]。

注：右邊的彩色框表示相應揮發(fā)物在不同階段的相對濃度。

與肌肉煸炒去水階段相比，煸炒脂肪階段所有的種類的化合物含量都增加。這一結(jié)果與電子鼻的結(jié)果相對應，電子鼻的響應值W1W、W2W、W2S均有所增加。事實上，混合炒制的揮發(fā)性化合物正是在這個階段產(chǎn)生的。在混合炒制階段，醇類、醛類、酸類、酯類化合物含量顯著下降（圖5）。然而，總體揮發(fā)性化合物的組成與肌肉煸炒去水和煸炒脂肪階段相似。原料肉樣品中芳香族化合物含量與其他炒制階段相比最高，其中甲苯的含量在原料肉中最高。當原料肉經(jīng)過處理后，除吡啶類和吡嗪類外，其他類化合物的含量大小排序依次為煸炒脂肪、混合炒制、肌肉煸炒去水。

2.4 揮發(fā)性化合物的相關性與PLS-DA分析

不同加工階段的牛肉臊子揮發(fā)物風味化合物之間的相關性如圖6a所示。與不同加工階段的風味化合物相比，同一加工階段不同加工時間牛肉臊子的揮發(fā)性風味化合物是相似的。因此，采用最優(yōu)工藝參數(shù)處理的牛肉臊子可代表不同炒制階段揮發(fā)性化合物的形成。如圖6a所示，熱圖中有3個紅色區(qū)域，氣味的形成可以分為3組。這可以解釋為煸炒脂肪階段4、5、6 min之間的相似性，以及肌肉煸炒去水3、4、5 min之間的相似性，其中4、5 min之間的相似性明顯高于3 min，這一結(jié)果也與電子鼻的結(jié)果相對應。PLS-DA顯示（圖 6b），原料肉、肌肉煸炒去水、煸炒脂肪的和混合炒制的樣品分別對應4組清晰的氣味特征。組分1表示總方差的52.9%，組分2表示總方差的13.2%。

圖5 牛肉臊子不同工藝階段各類揮發(fā)性化合物含量的變化

圖6c提供了144種揮發(fā)性風味物質(zhì)之間位置分布的信息。組分1和組分2都與一些不同的揮發(fā)性風味化合物相關。原料肉和肌肉煸炒去水的牛肉臊子樣本出現(xiàn)PLS-DA評分圖第四象限（圖6b），圖6c相應位置包含了27種揮發(fā)性風味化合物，其中有乙苯、5-（1-甲基丙基）-壬烷、5-（2-甲基丙基）-壬烷、4-甲基十四烷、三甲草胺5種揮發(fā)性化合物為原料肉特有。（Z）-2-癸醛、2,4-二甲基-3-己酮、3-甲基己烷、2-苯乙酯乙酸、1-（4,5-二氫-2-噻唑基）-乙酮 5種揮發(fā)性化合物為肌肉煸炒去水特有。正十六醇、（E）-2-癸烯-1-醇、2-十二醇、（E）-2-辛烯-1-醇、二乙基乙酸、苯乙酮、烯丙基二硫、芳樟醇、萘、對二甲苯、苯乙烯、十四醛、甲苯、3,8-二甲基癸烷乙酸、2-乙基己基叔丁基乙醚、二十烷基異丙醚、2,3-二甲基-2,3-丁二醇17種揮發(fā)性化合物為原料肉、肌肉煸炒去水階段共有。在這2個加工階段中，構成原料肉和肌肉煸炒去水的揮發(fā)性風味化合物有醇類、醛類、酮類、酸類、芳香族化合物和雜環(huán)類化合物等，主要有：正十六醇、2,3-二甲基-2,3-丁二醇、（E）-2-癸-1-醇、2-十二醇、（E）-2-辛烯-1-醇、芳樟醇，2-己烯醛、十四醛，2,4-二甲基-3-己酮、苯乙酮、1-（4,5-二氫-2-噻唑基）-乙酮，乙苯、萘、對二甲苯、甲苯，3-甲基己烷、3,8-二甲基癸烷、5-（1-甲基丙基）-壬烷、5-（2-甲基丙基）-壬烷、苯乙烯、4-甲基十四烷，2-苯乙酯乙酸、2-乙基丁酸，二烯丙基二硫、二十烷基異丙醚、2-乙基己基叔丁基乙醚等。肌肉煸炒去水階段肌肉組織中蛋白質(zhì)迅速發(fā)生熱變性、凝固，肌原纖維蛋白收縮，導致肌肉組織中自由水與肌細胞內(nèi)汁液排出，水分受熱蒸發(fā)帶走熱量，使肌肉煸炒去水溫度始終小于95 ℃，從而導致此階段的美拉德反應和Strecker降解反應低于煸炒脂肪和混合炒制階段。

注：圖a右邊的彩色框表示相應揮發(fā)物在不同階段的相對濃度。

肉在熱加工過程中，揮發(fā)性風味化合物形成的一個重要途徑就是脂質(zhì)的氧化[26]。秦川牛煸炒脂肪出油結(jié)束后，其揮發(fā)性風味化合物分布橫跨PLS-DA評分圖（圖 6b）的二、三象限，圖6c相應位置提供了103種揮發(fā)性風味化合物，其中有25種揮發(fā)性化合物為煸炒脂肪特有，其余78種為煸炒脂肪與原料肉、肌肉煸炒去水和肉油混合炒制共有。主要醛類揮發(fā)性化合物有（E,E）-2,4-癸二烯醛、（E,E）-2,4-庚二烯醛、（Z）-2-癸烯醛、（Z）-2-庚醛、2-己烯醛、（E）-2-壬醛、（E）-2-辛烯醛、（E）-2-十三（碳）烯醛、2-十一烯醛、E-2-十一烯醛、苯甲醛、苯乙醛、3-羥基丁醛、3-甲基丁醛、癸醛、十二烷醛、庚醛、己醛、3-甲硫基丙醛、壬醛、正辛醛；主要的醇類揮發(fā)性風味化合物有1,4-戊二醇、2-甲基-1-癸醇、3,7,11-三甲基-1-十二醇、1-庚醇、正己醇、1-酮-3-醇、正辛醇、1-辛烯-3-醇、正戊醇、2,3-丁二醇、2-呋喃甲醇、3-庚醇、3-辛醇、苯甲醇、2,4-二甲基環(huán)己醇、反式-2-十一烯-1-醇等；主要的酮類揮發(fā)性風味化合物有5-乙基二氫-2（3H）-呋喃酮、2（5H）-呋喃酮、2,3-辛二酮、2-癸酮、十二烷酮、2-庚烷酮、6-甲基-2-庚酮、四氫-6-丙基-2H-吡喃-2-酮、2-壬烷酮、2-壬酮、2-十五烷酮、2-哌啶酮、1-羥基-2-丙酮、2-吡咯烷酮、2-十三酮、3-壬烯-2-酮、4-八酮、丙酮、3-丁基-環(huán)戊酮、反式-3-壬-2-酮；主要的酸類揮發(fā)性風味化合物有醋酸、丁酸、3-甲基丁酸、庚酸、己酸、壬酸、辛酸、戊酸、2-甲基丙酸；主要的酯類揮發(fā)性風味化合物有-丁內(nèi)酯、l-泛酰內(nèi)酯；主要的雜環(huán)、芳香族揮發(fā)性風味化合物有D-檸檬烯、3-甲基氫吡咯、2,6-二甲基吡嗪、2-乙基-6-甲基-吡嗪、3-乙基-2,5-二甲基-吡嗪、甲基吡嗪、2,3,5,6-四甲基吡嗪、三甲基吡嗪、2-丙基吡啶、3-乙基吡啶、2-甲基-1,3-氧硫醚、二甲基砜、2-戊基呋喃、對甲酚等。煸炒脂肪階段對炒制牛肉臊子的風味貢獻最大，產(chǎn)生了大量的揮發(fā)性風味化合物，這是因為隨著熱加工的進行，脂肪中牛油溢出，由于牛油與空氣的換熱速率小于水蒸氣，牛油溫度達到145 ℃，此時脂質(zhì)的熱氧化裂解、氨基酸的Strecker降解反應加速，這也是此階段醛類、醇類化合物急劇增加的主要原因。

牛肉臊子混合炒制后，其風味物質(zhì)分布位于PLS-DA評分圖（圖6b）的第一象限，圖6c相應位置提供了14種揮發(fā)性風味化合物，全部為肉油混合炒制與原料肉、肌肉煸炒去水和煸炒脂肪共有，主要揮發(fā)性風味化合物有1-十二烷醇、2-丁基-1-辛醇、（E）-2-酮-1-醇、2-（十二烷基）-乙醇、（E）-2-十二烯醛、2-羥基苯甲醛、十三醛、十一醛、6-甲基-5-庚烷-2-酮、肉豆蔻酸異丙酯、丁羥甲苯、3-甲基辛烷等。混合炒制階段的揮發(fā)性風味化合物濃度和數(shù)量均小于煸炒脂肪、肌肉煸炒去水階段（圖2、圖4、圖5）。揮發(fā)性風味化合物濃度和數(shù)量降低主要有兩方面的原因，一方面是當煸炒脂肪結(jié)束后，脂肪組織中牛油大部分已經(jīng)溢出，肉類脂肪氧化主要底物磷脂、中性脂肪減少，脂肪的熱氧化裂解速率減弱[27]，另一方面是前期肌肉煸炒去水階段七成物料加入煸炒脂肪的三成物料中，導致混合炒制溫度降至126 ℃，相比煸炒脂肪階段的145 ℃熱加工溫度，各種反應速率減弱，同時七成肌肉煸炒去水后加入也稀釋了煸炒脂肪階段產(chǎn)生的揮發(fā)性化合物。

原料肉和熟肉的芳香味已被證明與醛類化合物的轉(zhuǎn)化有關[28]。在炒制牛肉臊子的過程中，風味物質(zhì)中的醛類如直鏈醛類是由于脂肪酸的氧化形成的，如己醛、（E）-2-辛烯醛、（E,E）-2,4-癸二烯醛、正己醇等來自于亞油酸的氧化降解，而多數(shù)的支鏈醛類物質(zhì)則是通過Strecker降解產(chǎn)生的，不飽和脂肪酸形成烷氧自由基后在兩側(cè)發(fā)生斷裂，一種是直接生成烯醛類化合物，另一種是先形成烯醇結(jié)構，再進一步轉(zhuǎn)化生成醛類化合物[29]。

不同加工階段牛肉中亞油酸的氧化降解產(chǎn)生醛醇類化合物的轉(zhuǎn)化可能包括3個反應階段。在肌肉煸炒去水、煸炒脂肪階段己醛、（E）-2-辛烯醛、（E,E）-2,4-癸二烯醛、正己醇濃度增加，說明這兩個階段脂質(zhì)的自動氧化、熱氧化裂解，氨基酸的Strecker降解等隨著加工的進行反應速率達到最高。在混合炒制階段揮發(fā)性化合物質(zhì)量濃度、各種化學反應速率降低，主要有兩個方面，一方面在混合炒制階段，由于前期煸炒脂肪階段脂肪出油幾乎結(jié)束，大部分油已經(jīng)從脂肪組織中溢出，脂質(zhì)熱降解速率減緩，美拉德反應、Strecker降解等反應程度減弱，導致混合炒制階段反應速率降低，揮發(fā)性化合物含量降低，牛肉的醛醇類物質(zhì)濃度降低（圖5），另一方面2,4-癸二稀醛是動物脂肪中亞油酸降解的主要產(chǎn)物之一[30]，大量長鏈烷基取代的雜環(huán)化合物是從2,4-癸二稀醛和半胱氨酸的反應中得到，這也是雜環(huán)類化合物含量較高的主要原因。

3 結(jié) 論

1）通過正交試驗與感官評價優(yōu)化了工藝參數(shù)，確定牛肉臊子工業(yè)半成品較佳的生產(chǎn)工藝為肌肉煸炒去水3 min、煸炒脂肪6 min、混合炒制120 s。

2）電子鼻（electronic nose，e-Nose）雷達圖曲線能夠區(qū)分牛肉臊子不同炒制階段，頂空固相微萃取結(jié)合氣相色譜質(zhì)譜（Headspace Solid-Phase MicroextractionGas-Chromatographic Mass-Spectrometric，HS-SPME-GC-MS）分析得到牛肉臊子144種揮發(fā)性化合物，其中52種主要揮發(fā)性化合物。除部分吡啶和吡嗪等雜環(huán)類化合物外，其他類化合物的含量大小排序是煸炒脂肪、混合炒制、肌肉煸炒去水。

3）牛肉臊子揮發(fā)性化合物偏最小二乘判別分析（Partial Least Squares Discriminant Analysis，PLS-DA）能夠?qū)⒃先?、肌肉煸炒去水、煸炒脂肪的和混合炒?個階段進行區(qū)分。煸炒脂肪階段對炒制牛肉臊子的風味貢獻最大，醛類、醇類、酮類、酸類、雜環(huán)類化合物濃度增大，且大多數(shù)化合物在這個階段濃度達到最大值。

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Analysis of volatile flavor compounds in different stages of stir-frying of industrial semi-finished products beef sao zi

Bai Shuang, Wang Yongrui, Luo Ruiming※, Shen Fei, Ding Dan, Bai He

(,,750021,)

In order to investigate the flavor changes of beef sao zi industrial semi-finished products in different stir-frying stages. Sensory evaluation and instrumental analysis of tenderness were applied to optimize the processing parameters. For the overall odor perception, electronic nose (e-nose) can be used to distinguish the different odors of raw materials and processed samples. The volatile compounds were identified by headspace solid-phase microextraction (HS-SPME) and gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). A total of 144 volatile components were detected by HS-SPME-GC-MS, 52 of which were screened by t-test (< 0.01).In the whole process, aldehydes were the major volatile flavor compounds in beef sao zi, which was consistent with the results of electronic nose in the stir-fry fat (SFF) stage. According to the results of partial least squares discriminant analysis (PLS-DA), the odor formation in stir-fried beef sao zi was divided into four steps including raw, stir-fry to remove water(SFMRW), stir-fry fat (SFF) and mixed stir-fry (MSF). The results showed that the method could effectively distinguish the different processing stages of beef sao zi. There were 27 volatile compounds in raw and SFMRW, 103 volatile compounds in SFF, and 14 volatile compounds in MSF. Among these stages, SFF stage plays important role in the flavor change of beef sao zi. Even in PLS-DA evaluation of scatter plot, the raw and SFMRW were in the fourth quadrant, but their samples could be clearly separated. In the fourth quadrant, there were 27 kinds of volatile compounds, among which 5 kinds of volatile compounds were unique to raw, 5 kinds were specific for SFMRW, and 17 kinds were common for raw and SFMRW. There were 103 volatile compounds in the second and third quadrants of PLS-DA evaluation of scatter plot, of which 25 were specific to SFF, and the remaining 78 were common in three processing stages. There were 14 volatile compounds in the first quadrant of the PLS-DA evaluation of scatter plot, which were shared with e MSF, raw, SFMRW and SFF. The amount of volatile compounds in the MSF stage was less than that in the SFMRW stage. The results showed that volatile compounds in the MSF stage was less than that in the SFMRW stage, but the 14 volatile compounds can be used to distinguish MSF from other processing stages. MSF stage was the final stage of flavor formation of stir-frying beef sao zi. The content of volatile flavor compounds in this stage was lower than that in SFF stage. On the one hand, after the end of SFF, most of the butter in fat tissue has been already spilled, and the rate of autoxidation and thermal oxidation cracking of fat were weakened. On the other hand, adding 70% sfmrw sample to 30% SFF sample can reduce MSF temperature to 126 ℃.Compared with the heat treatment temperature (145 ℃) in the SFF stage, the reaction rates were weakened. At the same time, the addition of 70% of SFMRW also diluted the volatile compounds generating in the SFF stage.

electronic nose; volatile compounds; partial least squares discriminant analysis (PLS-DA);gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS); stir-frying; beef sao zi

柏霜，王永瑞，羅瑞明，等. 牛肉臊子工業(yè)半成品炒制各階段揮發(fā)性化合物分析[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報，2020，36(14)：290-298.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.14.035 http://www.tcsae.org

Bai Shuang, Wang Yongrui, Luo Ruiming, et al. Analysis of volatile flavor compounds in different stages of stir-frying of industrial semi-finished products beef sao zi[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2020, 36(14): 290-298. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.14.035 http://www.tcsae.org

2020-04-28

2020-07-06

國家重點研發(fā)計劃（2018YFD0400101）

柏霜，博士生，主要研究方向為畜產(chǎn)品加工。Email：shuangbonx@163.com

羅瑞明，博士，教授，主要研究方向為畜產(chǎn)品加工。Email：ruimingluo.nx@163.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2020.14.035

TS251.1

A

1002-6819(2020)-14-0290-09