反应型牛肉香精中香味化合物的鉴定

吕 玉，宋焕禄

(北京工商大学化学与环境工程学院，北京100048)

反应型牛肉香精中香味化合物的鉴定

吕 玉，宋焕禄*

(北京工商大学化学与环境工程学院，北京100048)

采用动态顶空制样(DHS)结合气相色谱－嗅闻－质谱联用技术(GC－O－MS)对牛肉香精的香气成分进行分析，并运用动态顶空稀释分析(DHDA)确定其关键香味化合物。2－甲基－3－呋喃硫醇、2－糠硫醇、壬醛、辛醛、3－甲硫基丙醛、4－羟基－2，5－二甲基－3(2H)－呋喃酮、反，反－2，4－癸二烯醛这7种对牛肉香气具有重要作用的化合物在牛肉香精中均被检测到。1－辛烯－3－酮(蘑菇味)、2－甲基－3－呋喃硫醇(肉香、维生素)和2－糠硫醇(烤香、肉香)、糠醛(甜香、烤地瓜香)这四种化合物是牛肉香精中最关键的香味化合物，其在牛肉香气的形成中也具有重要作用。

牛肉香精，气相色谱－嗅闻－质谱联用技术(GC－O－MS)，动态顶空稀释分析(DHDA)，关键香味化合物

肉类风味研究一直是风味研究领域的热门话题，而由于饮食习惯的影响，目前关于各种牛肉的风味研究仍占较大比例。牛肉香味的香气成分中包括含硫化合物、酮类、醛类、醇类、酸类、酯类、吡嗪类、呋喃类、嘧啶类及其它一些含氮化合物，其中羰基化合物、杂环化合物、含硫化合物对牛肉香味的贡献最大。Grosch W 等人通过气相色谱－嗅闻技术(GC－O)、芳香萃取物稀释分析(AEDA)、模型省略实验(Omission experiments)等方法确定2－糠硫醇、4－羟基－2，5－二甲基－3(2H)－呋喃酮、3－巯基－2－戊酮、甲硫醇、辛醛、2－甲基－3－呋喃硫醇、双(2－甲基－3－呋喃基)二硫化物、壬醛、反，反－2，4－癸二烯醛、甲硫醛等10种化合物对牛肉香气的形成具有重要贡献［1－3］。科研人员通过模型体系研究发现，硫胺素(VB1)、含硫氨基酸及某些还原糖通过热反应可产生上述10种对牛肉香气形成有重要作用的化合物。前人研究表明，硫胺素热降解可生成二甲基二硫化物、双(2－甲基－3－呋喃基)二硫化物、3－巯基－2－戊酮等含硫化合物［4］;半胱氨酸和核糖反应可生成2－甲基－3－呋喃硫醇、2－甲基噻吩、2－呋喃甲硫醇等含硫化合物［5－6］。Blank I及Silke I等人通过模型体系研究发现，鼠李糖、赖氨酸、脯氨酸等反应可以生成具有焦糖香味的4－羟基－2，5－二甲基－3(2H)－呋喃酮［7－8］。现阶段我国的热反应牛肉香精多是添加大量氨基酸、还原糖、水解动植物蛋白等进行热反应得到，这种方法添加成分复杂、成本高。本实验室在前人模型体系研究结果及本实验室一系列预实验的基础上，选取几种特定的前驱物(这些前驱物热反应可产生上述10种对牛肉香气形成具有重要作用化合物)选择性配比后进行热反应(设计多组正交实验进行筛选)，对反应产品进行感官评价，最终得到一个整体肉香味浓郁、协调，牛肉特征味明显的牛肉香精，此香精配方简单、成本低廉，获得评香人员的广泛好评。本文主要是采用动态顶空制样(DHS)、气相色谱－嗅闻－质谱联用技术(GC－O－MS)并结合动态顶空稀释分析(DHDA)对所得香精的香味成分进行分析，鉴定香精中是否含有多种对牛肉香气形成具有重要作用的化合物，并确定香精的关键性香味化合物。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

半胱氨酸盐酸盐、蛋氨酸、精氨酸、赖氨酸、维生素B1、木糖 为食品级，由北京圣伦食品有限公司提供;鼠李糖、果糖、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、无水乙醚 购于北京汇海科仪化学试剂公司;系列烷烃(C6－C20，色谱纯) 购于北京化学试剂公司;食用色拉油、食盐 购于美廉美超市。

6890N－5975C气质联机 美国Agilent公司;嗅闻装置ODP2，热脱附自动进样系统TDSA2 德国Gerstel公司;样品吹扫装置 北京Bomex玻璃仪器公司;DKB－501A超级恒温水槽 上海精宏实验设备有限公司;PHS－3D功能型pH计 上海三信仪表厂;毛细管柱 两种柱子规格均是30m×0.25mm× 0.25μm，美国J＆W Scientific公司;TB214型电子天平

北京赛多利斯仪器系统有限公司;YX－280D型灭菌锅 江阴滨江医疗设备有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 美拉德反应制备牛肉香精 考虑半胱氨酸、赖氨酸、蛋氨酸、精氨酸、鼠李糖、木糖、果糖、VB1(硫胺素)、反应的温度、时间、反应初始pH及所添加的缓冲液体积等因素，每个因素选用三个不同水平，先后选用L27(313)正交表、L9(34)设计正交实验进行热反应，对反应样品通过评分的方式进行感官评价，评分结果通过DPS软件进行处理，最终得到一个整体肉香味浓郁、协调，牛肉特征味明显的牛肉香精。香精配方(g)为:鼠李糖0.5，果糖1.0，半胱氨酸0.5，赖氨酸0.6，蛋氨酸0.3，精氨酸0.8，木糖1.2，维生素B11.0，色拉油4，食盐0.5;用pH=6.0的0.2mol/L的磷酸盐缓冲液60mL溶解，在120℃下反应60min。

1.2.2 动态顶空制样(DHS) 将牛肉香精30mL加入动态顶空制样瓶中，50℃水浴密封平衡30min，后用Tenax TA吸附管吹扫吸附1h，N2吹扫流速为100mL/min，吸附完成后用N2将吸附管中水汽吹干，准备进样。

1.2.3 动态顶空稀释分析(DHDA) 将牛肉香精30mL加入动态顶空制样瓶中，50℃水浴密封平衡30min，然后用Tenax TA吸附管吹扫吸附，N2吹扫流速为100mL/min时分别吹扫1h、12min、2.4min、30s、6s，然后将N2流速调为20 mL/min时吹扫6s，像这样按1∶5的梯度依次递减吸附时间的稀释方式即为动态顶空稀释分析，直到嗅闻不再闻到气味时停止稀释。稀释的倍数我们称为FD因子，相应的FD因子为1、5、25、125、625、3125。

1.2.4 气相色谱－嗅闻－质谱(GC－O－MS)结合分析香精 动态顶空所制样品通过热脱附进样系统进样，采用气相色谱－嗅闻－质谱(GC－O－MS)相结合的方法对牛肉香精进行分析。

样品进样后，通过气相色谱毛细管柱进行分离，然后按1∶1∶1的比例分流，分流后的样品分别进入气相色谱FID检测器、质谱检测器(MSD)及嗅闻口(ODP)。

本实验采用非极性柱DB－5MS和极性柱DBWax两种毛细管柱来分离牛肉香精香味成分，采用高纯氦气作载气(恒流模式，1.2mL/min)。气相色谱程序升温为:起始40℃，保持3min，以5℃/min升到200℃，保持0min，再以 10℃/min升到 230℃保持5min(此为DB－Wax使用);或35℃平衡3min，然后以 5℃/min升到 200℃，最后以 10℃/min升至250℃，维持5min(DB－5MS使用)。

质谱电子方式为EI，电子能量70eV，离子源温度230℃，四级杆温度150℃。溶剂延迟3min。质谱质量扫描范围40～600amu。化合物的质谱鉴定在谱库NIST 05a中进行。气相色谱和质谱接口处的温度为240℃(DB－Wax)和280℃(DB－5MS)，GC－O转换线的温度为200℃。

动态顶空所制得的样品采用热脱附自动进样系统(TDSA2)进样(热脱附系统里含有冷进样系统)。Tenax吸附管放入 TDSA2自动进样。热脱附系统(TDS3)条件为:初始温度35℃，保持0.5min，延迟2min，再以60℃/min升温到230℃，保持1min，传输线温度300℃。冷进样系统 CIS4(Cooled injection system)条件为:初始温度为－100℃，平衡0.2min，以10℃/min升温到300℃，保持0.5min。

1.2.5 香味活性化合物的鉴定方法 香味化合物是由质谱(MS)结果、化合物保留指数(RI值)和化合物气味描述3个方法共同确定的。RI值是通过化合物与相同条件下系列正构烷烃的保留时间换算得到的，RI值的计算公式为:RI=100N+100n(tRa－tRN)/ (tR(N+n)－tRN)，其中:N是烷烃的碳原子数，而n是两个烷烃碳原子数的差值;tRa、tRN和 tR(N+n)分别是待测化合物的保留时间，低碳原子数烷烃的保留时间和高碳原子数烷烃的保留时间。根据待测化合物RI值及气味特性可通过http://www.odour.org.uk查询相对应的化合物或者通过相关报道的文献进行查询。

2 结果与分析

通过动态顶空制样(DHS)，GC－O－MS结合DHDA对牛肉香精进行分析，结果如表1所示。

通过动态顶空制样(DHS)，GC－O－MS结合DB－Wax和DB－5两种柱子对牛肉香精进行分析，共检测出45种化合物(表1所示)，其中有33种化合物具有香味活性，香味化合物由DB－Wax极性柱检测出32种，DB－5非极性柱检测出28种，有23种香味化合物在两种柱子上都被检出。香味化合物中包括醛类9种，酮类3种，醇类2种，酸类1种，含硫化合物5种，呋喃类4种，吡嗪类2种，噻吩类3种，噻唑类3种，吡咯1种。通过动态顶空稀释发现，共有29种香味化合物FD≥5。当化合物的FD因子值≥125时，被认定为关键香味活性化合物，它们分别是: 2，3－丁二酮、己醛、1－戊烯－3－醇、二氢－2－甲基－3 (2H)－呋喃酮、1－辛烯－3－酮、2－甲基－3－呋喃硫醇、(E)－2－庚烯醛、二甲基三硫化物、壬醛、2－糠硫醇、醋酸、3－甲硫基丙醛、糠醛、吡咯、(E，E)－2，4－癸二烯醛和4－羟基－2，5－二甲基－3(2H)－呋喃酮。其中FD因子最高的为FD=3125，具体化合物为1－辛烯－3－酮(蘑菇味)、2－甲基－3－呋喃硫醇(肉香、维生素)、2－糠硫醇(烤香、肉香)、糠醛(甜香、烤地瓜香)，这些化合物对牛肉香气的形成有重大贡献。当化合物的FD=1时，该化合物被认为对香精的整体风味贡献不大。1－辛烯－3酮(蘑菇味)、壬醛(甜香)、辛醛(油炸)三种化合物具有较高的FD因子，可能是由于它们浓度较低，并没有被质谱检测到。

表1 GC－O－MS结合DHDA分析的牛肉香精中的香味化合物

Grosch W等人研究得到的2－糠硫醇、4－羟基－2，5－二甲基－3(2H)－呋喃酮、3－巯基－2－戊酮、甲硫醇、辛醛、2－甲基－3－呋喃硫醇、双(2－甲基－3－呋喃基)二硫化物、壬醛、反，反－2，4－癸二烯醛、甲硫醛等10种对牛肉香气形成具有重要作用的化合物［1－3］，在本实验所得牛肉香精中检测到了2－甲基－3－呋喃硫醇、2－糠硫醇、壬醛、辛醛、3－甲硫基丙醛、4－羟基－2，5－二甲基－3(2H)－呋喃酮、反，反－2，4－癸二烯醛，这些化合物具有较高的FD因子，对牛肉香精风味的形成也具有重大贡献;而对牛肉香气形成具有重要作用的双(2－甲基－3－呋喃基)二硫化物、3－巯基－2－戊酮、甲硫醇则在香精中未被检测到。

3 结论

2－糠硫醇、4－羟基－2，5－二甲基－3(2H)－呋喃酮、3－巯基－2－戊酮、甲硫醇、辛醛、2－甲基－3－呋喃硫醇、双(2－甲基－3－呋喃基)二硫化物、壬醛、反，反－2，4－癸二烯醛、甲硫醛等10种对牛肉香气形成具有重要作用的化合物，在牛肉香精中仅有双(2－甲基－3－呋喃基)二硫化物、3－巯基－2－戊酮、甲硫醇这三种化合物未被检测到。通过 GC－O－MS结合DHDA对牛肉香精进行分析，确定了16种关键香味化合物，其中1－辛烯－3－酮、2－甲基－3－呋喃硫醇、2－糠硫醇、糠醛是牛肉香精中最关键性的香味化合物，对香精香气形成具有重要作用。

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Analysis of the aroma－active compounds in the reactive beef flavoring

LV Yu，SONG Huan－lu*
(College of Chemical and Environmental Engineering，Beijing Technology and Business University，Beijing 100048，China)

The volatiles of beef flavoring were analysed by using dynamic headspace sampling(DHS)and gas chromatography－olfactometry－mass spectrometry(GC－O－MS).Dynamic headspace dilution analysis(DHDA) was also applied for the determination of the key aroma－active compounds of the flavoring.2－methyl－3－furanthiol，2－furfurylthiol，nonanal，octanal，3－methylthiopropanal，4－hydroxy－2，5－dimethyl－3(2H)－furanone and(E，E)－2，4－decadienal were determined in the beef flavoring，which were important in the formation of the aroma of beef. 1－octen－3－one(mushroom)，2－methyl－3－furanthiol(meat，vitamins)，2－furfurylthiol(roasted，meat)and furfural (sweet，baked sweet potato)were the key aroma－active compounds of beef flavoring，which also had an important role of beef’s aroma.

beef flavoring;GC－O－MS;DHDA;key aroma－active components

TS264.3

A

1002－0306(2011)12－0106－04

2010－10－25 *通讯联系人

吕玉(1985－)，女，在读硕士研究生，研究方向:食品化学。

北京市属高校人才强教计划(PHR200906110)。