孙 杰1,蒲丹丹2,陈海涛1,2,3,*,孙宝国1,2,3,张玉玉1,2,3
(1.北京工商大学 北京食品营养与人类健康高精尖创新中心,北京 100048;2.北京工商大学 食品质量与安全北京实验室,北京 100048;3.北京工商大学 北京市食品风味化学重点实验室,北京 100048)
摘 要:采用同时蒸馏萃取法和固相微萃取法提取牛肉干中的挥发性风味成分,利用气相色谱-质谱联用技术对其挥发性风味成分进行分析。结果显示,牛肉干中共鉴定出84 种挥发性成分,包括烃类23 种、醛类19 种、酮类3 种、酸类1 种、醇类12 种、酯类7 种、醚类3 种、酚类6 种、含氮及其他杂环化合物10 种。其中,醛类、醚类和含氮及其他杂环化合物可能对牛肉干特征风味的形成有着重要的影响。
关键词:五香牛肉干;挥发性成分;固相微萃取;同时蒸馏萃取;气相色谱-质谱联用;香料与香精
孙杰, 蒲丹丹, 陈海涛, 等. 五香牛肉干挥发性风味成分的分离与鉴定[J]. 食品科学, 2016, 37(6): 121-125. DOI:10.7506/ spkx1002-6630-201606021. http://www.spkx.net.cn
SUN Jie, PU Dandan, CHEN Haitao, et al. Analysis of volatile flavor compounds in spiced beef jerky[J]. Food Science, 2016, 37(6): 121-125. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-201606021. http://www.spkx.net.cn
牛肉干是我国的传统食品,其口感独特、风味突出、方便携带,含有人体所需的多种矿物质和氨基酸。它既保持了牛肉耐咀嚼的风味,又久存不变质,倍受消费者青睐[1]。五香牛肉干经过切丁、煮肉、冷却、烘干等加工工艺制备而成,在煮肉过程中加入料酒、桂皮、花椒、八角、大茴、丁香、姜片等香味料[2-3],制得的牛肉干质佳、味美、营养,属于高端休闲食品。熏干等豆制品类休闲食品虽符合健康需求,但口味单调,产品的差异化程度较小。牛肉干的风味可应用于豆制品等休闲食品口味的调配中,以满足消费者对多种口味的需求。目前国内文献报道主要以牛肉干的加工工艺研究为主,鲜有牛肉干风味成分的研究。为了更好地开发我国休闲食品,使其得到更好地推广与应用,本实验拟对牛肉干的挥发性成分进行研究。
固相微萃取(solid-phase micro extraction,SPME)是目前色谱分析中使用极为广泛的样品前处理方法,将萃取、浓缩、解吸、进样等功能集于一体,灵敏度高且操作简便,适用于挥发性或半挥发性有机化合物的分析[4-5]。而同时蒸馏萃取(simultaneous distillation extraction,SDE)法是集溶剂萃取和蒸汽蒸馏于一体的挥发性成分分析方法,操作方便、溶剂用量少、萃取回收率高,广泛应用于食品风味成分的提取与分析,不适用于未经热加工或新鲜的植物性材料的香味提取[6-7]。本实验采用SPME和SDE两种方法相结合,利用气相色谱-质谱(gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS)联用技术全面地分析牛肉干的挥发性风味物质,旨在确定其主要香成分,为模拟牛肉干的风味提供理论参考。
1.1 材料与试剂
天津十佳牛肉干 市售;无水乙醚(分析纯)、无水硫酸钠(分析纯)、C6~C30正构烷烃(色谱纯)国药集团化学试剂有限公司;氮气(纯度99.9%) 北京氦普北分气体工业有限公司。
1.2 仪器与设备
同时蒸馏萃取装置 北京玻璃仪器厂;A-100S旋转蒸发仪 日本Eyela公司;SL-N电子天枰 上海民桥精密科学仪器有限公司;DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器 巩义市予华仪器有限责任公司;手动SPME进样器、固定搭载装置、75 μm Carboxen/PDMS萃取头 美国Supelco公司;7890B-5977A GC-MS联用仪 美国Agilent公司。
1.3 方法
1.3.1 SPME法提取挥发性成分
萃取前把SPME纤维在GC-MS进样口老化。称取3 g切碎的牛肉干于30 mL样品瓶中,用聚四氟乙烯隔垫密封,在60 ℃恒温水浴条件下平衡30 min后,将SPME萃取纤维通过瓶盖插入样品中的顶空部分,推出纤维,顶空吸附40 min后拔出;快速插入GC-MS进样口解吸5 min,进行GC-MS联机分析。
1.3.2 SDE法提取挥发性成分
100 g切碎的牛肉干置于1 000 mL圆底烧瓶中,按照料液比1∶3加入300 mL蒸馏水,搅拌均匀,置于同时蒸馏萃取装置的重相端,油浴加热,温度为(130±1) ℃,磁力搅拌;另取50 mL重蒸的乙醚于100 mL圆底烧瓶中,加入少量沸石,置于同时蒸馏萃取装置的轻相端,恒温水浴加热,温度控制在(45±1)℃。待两侧都开始回流时计时,同时蒸馏萃取4 h。待萃取液冷却至室温后,向其中加入适量无水硫酸钠,密封置于-20 ℃的冰箱中冷冻脱水12 h。过滤,除去硫酸钠。所得滤液用旋转蒸发仪浓缩至1.5~2 mL,然后用氮吹仪吹扫至0.5 mL,得到淡黄色、香气浓郁的透明液体,密封后置于冰箱冷冻保存,待GC-MS联用分析。
1.3.3 GC-MS测定条件
G C条件:H P - D B W a x毛细管色谱柱(30 m×250 μm,0.25 μm),进样口温度250 ℃;升温程序:起始柱温35 ℃,保持1 min,以10 ℃/min升温到100 ℃,保持3 min,以4 ℃/min升至120 ℃,保持2 min,以6 ℃/min升至200 ℃,保持3 min,最后以8 ℃/min升至220 ℃,保持2 min;载气为氦气,流速1.0 mL/min,进样量1.0 μL,分流比20∶1(采用不分流进样)。
MS条件:电子电离源,电子能量70 eV,离子源温度230 ℃,四极杆温度150 ℃,质量扫描范围20~350 u,扫描方式:全扫描;溶剂延迟4 min(SPME无溶剂延迟);调谐文件为标准调谐。
1.4 数据处理
1.4.1 定性分析
对检测结果的分析以 NIST 11谱库检索保留指数(retention index,RI)定性为主,结合相关文献进行人工谱图解析,确定牛肉干样品中的挥发性风味成分。RI是在分析样品中添加了C6~C30的正构烷烃内标物后,根据公式(1)进行计算。
式中:t′i为待测组分的调整保留时间(t′n<t′i<t′n+1);n和n+1为分别为未知物流出前、后正构烷烃的碳原子数;t′n和t′n+1为分别为具有n和n+1个碳原子的正构烷烃的保留时间。
1.4.2 定量分析
采用峰面积归一化法进行定量分析,求得各挥发性成分的相对含量。
2.1 两种萃取方法的比较
通过SPME法与SDE法提取五香牛肉干中的挥发性风味成分,所得萃取结果的比较见表1、2。
表1 牛肉干挥发性风味成分的GC-MS鉴定结果
Table 1 Analytical results for GC-MS identification of volatile compounds in beef jerky
续表1
续表1
注:定性方法中,MS.质谱定性;RI.保留指数定性;—.未鉴定出或未查到;保留指数的文献值均来源于NIST 11谱库中的参考文献。
表2 SPME法和SDE法萃取牛肉干挥发性风味成分种类的相对含量
Table 2 Different groups of volatile compounds and relative contents in SPME and SDE extracts from beef jerky
2.2 从鉴定化合物种类、数量分析
结合SPME和SDE两种方法从牛肉干中提取挥发性风味成分,经过GC-MS分析,共鉴定出84 种挥发性成分,包括烃类23 种、醛类19 种、酮类3 种、酸类1 种、醇类12 种、酯类7 种、醚类3 种、酚类6 种、含氮及其他杂环化合物10 种。SPME法萃取鉴定出化合物41 种,SDE法鉴定出化合物73种。SPME法萃取的低沸点的挥发性风味成分比SDE多,而SDE萃取的挥发性风味成分中高沸点、低挥发性化合物较多。
SPME和SDE鉴定出的挥发性成分种类和相对含量比较如表2所示。可以看出,SPME法萃取鉴定出化合物41 种,SDE法萃取出化合物73 种。采用SPME法提取牛肉干中的挥发性风味成分中,相对含量较高的是醚类(39.643%)、醛类(14.242%)、其次是含氮及其他杂环化合物(9.545 %)、醇类(4.980%)、烃类(3.375%)、酚类(1.655%)、酯类(0.466%)、酸类(0.367%);采用SDE法提取牛肉干中的挥发性风味成分中,相对含量较高的是醚类(33.058%)、醛类(25.548%),其次是烃类(8.044%)、醇类(6.604%)、酚类(4.917%)、含氮及其他杂环化合物(2.089%)、酮类(0.794%)、酯类(0.449%)。
2.3 从鉴定化合物香气味类型、来源、特征香气贡献分析
烃类(除萜烯类化合物)主要来源于脂肪酸烷氧自由基的均裂,其阈值较高,对风味的贡献较小[8],如3-甲基十一烷、十三烷等。烷基苯是脂质降解产生的熟牛肉芳香化合物[9]。检测出8 种萜烯类化合物,其中α-石竹烯是合成香料的原料,具有辛香、木香香气,β-甜没药烯、α-姜黄烯、反式菖蒲烯均与与牛肉煮制过程中添加的姜片有关。这些萜烯类化合物气味强烈,呈味阈值较低[10],可能对牛肉干的风味有重要贡献。
醛类化合物阈值很低,具有脂肪类香气,主要构成了肉香味[11]。醛类化合物主要源于不饱和脂肪酸的氧化反应。另外,斯特雷克尔氨基酸反应及糖类降解也可以形成部分醛类化合物[12]。高含量的低分子质量醛类物质与牛肉的风味强度有关,特别是带支链的醛类[13]。本实验共鉴定出19 种醛类物质,主要为辛醛、壬醛、苯甲醛、糠醛、肉豆蔻醛、肉桂醛、大茴香醛等。辛醛和壬醛是油酸氧化的产物[14]。苯甲醛是苯丙氨酸的降解产物[15]。糠醛具有甜香、木香和烘烤食物的香气。肉豆蔻醛天然存在于金橘皮、黄瓜、生姜中,具有脂肪香、牛奶香、奶油香。肉桂醛、大茴香醛与牛肉在煮制过程中为了突出其风味而加入的肉桂、陈皮、大茴等香辛料有关。
牛肉干中的酮类化合物也是由不饱和脂肪酸的热氧化或降解以及氨基酸降解而产生的[16]。但多数酮类物质阈值较高,对风味特征的贡献不大,但是有些酮类是形成杂环化合物的重要中间体,对肉香味的形成起着不可忽视的作用[11]。
酸类和酯类在本实验中检出较少,其挥发性较小,仅对整体风味有微弱的调节作用。本实验检出7 种酯类,其中乙酸丁香酚酯具有丁香香气,可能来源于所用原料丁香[17]。邻苯二甲酸二甲酯为增塑剂,可能来源于食品所用塑料包装袋。γ-丁内酯是酒类中重要的香气成分[18],这可能与牛肉煮制过程中加入料酒类等调味品有关。
醚类化合物在风味物质中也非常重要,本实验检测出的茴香脑可能与牛肉煮制过程中加入的大茴、八角等茴香类辛香料有关[8]。酚类化合物也有检出,其中丁香酚的含量较高,它是丁香挥发油中最主要的风味物质[19],具有辛香、烟熏香、熏肉样香气和味道特殊的浓烈香气。而检测出的2,6-二叔丁基苯酚是食品中常用的抗氧化剂[20]。
醇类化合物主要来自脂肪氧化,饱和醇的风味阈值较高,对牛肉干整体风味贡献较小,不饱和醇的风味阈值较低,对风味贡献较大[21]。检出的桉叶油醇、芳樟醇存在于肉桂挥发性成分中[22-23],α-松油醇、糠醇、等醇类物质与牛肉干制备过程中添加的辛香料有关。
牛肉干中鉴定出的含氮及其他杂环化合物共有10 种,主要来源于氨基酸和还原糖之间的Maillard 反应、氨基酸的热解和硫胺素的降解,具有洋葱样香气,多具有肉香[24]。其中,2-戊基呋喃是亚油酸的氧化产物[10]。2-乙酰基呋喃由于阈值较低,是牛肉干中重要的风味呈味物质,对牛肉干独特风味的形成具有重要的作用。烷基吡嗪最有可能是由斯特雷克尔降解生成的α,β-胺基酮自身缩合而成的,主要产生烘烤香气、坚果香气和烤花生香气[25],检出的2-甲基吡嗪、2,6-二甲基吡嗪,对牛肉干特征风味的形成具有十分重要的作用。2-乙酰基吡咯天然存在于茶叶、烘过的杏仁、咖啡、烤牛肉中,具有核桃、甘草、烤面包、炒榛子和鱼样的香气,对牛肉干的特殊风味有一定贡献。
本实验采用SPME和SDE两种方法从五香牛肉干样品中提取挥发性风味成分,经过GC-MS分析,共鉴定出84 种挥发性成分。两种方法均检测的化合物有30 种:苯乙烯、十四烷、1,3-二叔丁基苯、β-甜没药烯、α-姜黄烯、庚醛、正辛醛、壬醛、癸醛、苯甲醛、反式-2-壬烯醛、5-甲基呋喃醛、反式-2-癸烯醛、2-十一烯醛、大茴香醛、正辛醇、4-萜烯醇、糠醇、α-松油醇、5-甲基-2-呋喃甲醇、苯乙醇、草蒿脑、茴香脑、对甲苯酚、丁香酚、2-甲基吡嗪、2,5-二甲基吡嗪、2,6-二甲基吡嗪、2-乙基-6-甲基吡嗪、2-乙酰基吡咯,这些化合物可能对五香牛肉干的风味贡献较大。
在所鉴定出的84 种化合物中,含量较高且对五香牛肉干独特风味可能具有重要贡献的化合物有大茴香醛、糠醛、丁香酚、茴香脑、2-乙酰基呋喃、2,6-二甲基吡嗪等,其中茴香脑在牛肉干的挥发性风味成分中的相对含量最高。
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SUN Jie1, PU Dandan2, CHEN Haitao1,2,3,*, SUN Baoguo1,2,3, ZHANG Yuyu1,2,3
(1. Beijing Innovation Center of Food Nutrition and Human Health, Beijing Technology and Business University, Beijing 100048, China; 2. Beijing Laboratory for Food Quality and Safety, Beijing Technology and Business University, Beijing 100048, China; 3. Beijing Key Laboratory of Flavor Chemistry, Beijing Technology and Business University, Beijing 100048, China)
Abstract: The volatile fl avor components in spiced beef jerky were extracted by simultaneous distillation extraction (SDE) or solid-phase micro extraction (SPME), and then analyzed by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). A total of 84 volatile compounds were identifi ed, including 23 hydrocarbons, 19 aldehydes, 3 ketones, 1 acids, 12 alcohols, 7 esters, 3 ethers, 6 phenols, and 10 nitrogen-containing compounds or heterocyclic compounds. Aldehydes, ethers, nitrogen-containing compounds and heterocyclic compounds may be mainly responsible for the formation of beef jerky fl avor.
Key words: spiced beef jerky; volatile flavor compounds; solid-phase micro extraction (SPME); simultaneous distillation extraction (SDE); gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS); perfumes and essences
中图分类号:TS207.3
文献标志码:A
文章编号:1002-6630(2016)06-0121-05引文格式:
DOI:10.7506/spkx1002-6630-201606021
*通信作者:陈海涛(1973—),男,高级工程师,硕士,研究方向为香精香料。E-mail:chenht@th.btbu.edu.cn
作者简介:孙杰(1988—),女,硕士研究生,研究方向为香精香料。E-mail:sunjeel@163.com
基金项目:“十二五”国家科技支撑计划项目(2014BAD04B06)
收稿日期:2015-06-25