牛肉贮藏过程中的挥发性成分分析

孟　一,张玉华,,*,姜沛宏,陈东杰,张应龙,,张咏梅

(1.山东商业职业技术学院,山东省农产品贮运保鲜技术重点实验室,山东济南 250103;2.国家农产品现代物流工程技术研究中心,山东济南 250103)



牛肉贮藏过程中的挥发性成分分析

孟一1,张玉华1,2,*,姜沛宏2,陈东杰2,张应龙1,2,张咏梅1

(1.山东商业职业技术学院,山东省农产品贮运保鲜技术重点实验室,山东济南 250103;2.国家农产品现代物流工程技术研究中心,山东济南 250103)

分别利用固相微萃取-气-质联用(SPME-GC-MS)和电子鼻对牛肉贮藏过程的挥发性成分进行检测。0 ℃和10 ℃样品分别检测出37种和40种化合物,包括烃类、酮类、醇类、醛类、酸类、酯类、含硫及杂环化合物。在相同温度下,随贮藏时间延长,化合物总量增加,其中烃类和酮类化合物含量先减少后增加,醇类、含硫及杂环化合物不断增加,醛类减少。在相同贮藏时间不同温度下,烃类、酮类、醇类、含硫及杂环化合物以及化合物总量在0 ℃时低于10 ℃时的含量,而醛类相反。通过分析电子鼻主要传感器的输出信号,发现氨气、胺类化合物、硫化氢和醇类含量均随贮藏时间延长而增加,主成分分析法(PCA)可将0 ℃和10 ℃贮藏不同天数的牛肉样品区分开。结果表明,牛肉贮藏过程中随新鲜度的下降,挥发性成分不断发生变化,并可利用SPME-GC-MS和电子鼻进行检测。

牛肉,挥发性成分,固相微萃取-气-质联用,电子鼻

ZHANG Ying-long1,2,ZHANG Yong-mei1

气味是表征肉新鲜度最灵敏的感官指标。在内源酶或微生物的作用下,蛋白质、脂类和碳水化合物逐步分解为氨、硫化氢、醛类、醇类、酮类和羧酸类等气体,在此过程中,气味成分的种类及其含量不断变化,因此可通过气味检测来判断肉的新鲜程度[1]。

气-质联用(GC-MS)和电子鼻是气味检测常用的两种技术,前者可以实现复杂气体混合物的定性鉴别与定量分析。鉴于脂质氧化是肉腐败的一个重要原因,国外许多学者[2-6]利用SPME-GC-MS研究肉发生脂质氧化后挥发物的变化,从而通过该技术检测肉的新鲜度。也有学者[7-8]通过SPME-GC-MS检测其特征性成分,来判断肉的新鲜程度。目前国内在该方面的研究尚处于初步阶段,顾赛麒等[9]利用SPME-GC-MS结合PCA,确定出表征腐败肉的特征性气味物质。肖虹[10]、王小占[11]等研究了不同挥发性成分含量随肉贮藏时间延长而发生的变化。电子鼻检测的是挥发性成分的整体信息,也称“指纹”数据。电子鼻主要用于肉品新鲜度的判别[12-13],品质指标[14]和货架期的预测[15]等。总之,将SPME-GC-MS和电子鼻两种技术结合,对肉品腐败变质过程中挥发性成分的变化规律及其与电子鼻输出信号间的相关性鲜有研究。

本文综合利用SPME-GC-MS和电子鼻技术,考察牛肉在贮藏过程中挥发性成分的变化,以及电子鼻输出信号与挥发物间的相关性,并建立牛肉新鲜度的电子鼻判别模型。

1　材料与方法

1.1材料与仪器

牛肉鲁西黄牛后腿肉,购自山东济南银座超市淄博大地集团肉牛食品专柜,置于泡沫箱内迅速运回实验室。

Fox 4000型气味指纹分析仪(配有HS100电子鼻配套自动进样器和Alphasoft 11.0 统计分析软件)法国Alpha MOS公司;Agilent 6890N-5973N气相色谱质谱联用仪美国Agilent公司;BPH-120A高低温实验箱上海一恒科学仪器有限公司。

1.2实验方法

1.2.1牛肉的处理将牛肉切碎,用保鲜膜包好并编号,分别置于高低温实验箱内进行0 ℃和10 ℃恒温贮藏实验,每隔1 d进行SPME-GC-MS和电子鼻检测,0 ℃样品分别于第0、2、4、6、8、10、12和14 d检测,共8次。10 ℃样品分别于第0、2、4、6、8、10和12 d检测,共7次。

1.2.2SPME-GC-MS检测方法

1.2.2.1固相微萃取(SPME)称取2.0 g样品置于顶空瓶,室温下平衡10 min后,以SPME针管插入顶空瓶的硅橡胶瓶垫,伸出75 μm CAR/PDMS萃取头,在40 ℃下吸附40 min。吸附完毕后,取出插入GC-MS进样口,于240 ℃解析5 min,热脱附进行GC-MS检测。

1.2.2.2GC-MS条件气相色谱条件:色谱柱DB-624(30 m×0.25 mm×1.4 μm);不分流模式;升温程序:起始柱温40 ℃,以6 ℃/min的速率升温至250 ℃,保持10 min;进样口温度:250 ℃;载气:高纯氦气;流速:1.0 mL/min。质谱条件:电子轰击(EI)离子源;电子能量70 eV;离子源温度230 ℃;扫描范围29～400 m/z。

1.2.3电子鼻检测方法称取一定量肉样装入20 mL样品瓶,加盖密封。检测前先对加样量和电子鼻测定参数进行优化,根据传感器的响应信号,确定取样量为2 g。顶空产生参数:产生时间600 s,温度42 ℃,振荡速度500 r/min;顶空注射参数:注射体积2000 μL,注射速度2000 μL/s;采集参数:总采集时间120 s,采集周期1 s,采集延滞时间400 s。每个样品重复测定4次。

1.4数据处理方法

GC-MS得到的挥发性成分通过N1ST和Wiley谱库确认定性,仅报道正、反匹配度大于800(最大值为1000)的鉴定结果。以峰面积表示某对应化合物物质的量;电子鼻各传感器的响应值利用仪器自带的Alphasoft11.0软件进行PCA分析。

2　结果与分析

2.1牛肉的SPME-GC-MS测定结果

2.1.1挥发性成分测定结果用SPME-GC-MS法测定0、10 ℃下不同贮藏时间的牛肉挥发性成分,结果如表1所示。

采用SPME-GC-MS法对0 ℃、10 ℃贮藏的牛肉样品进行检测,0 ℃样品共测出37种化合物,其中烃类2种,酮类8种,醇类6种,醛类1种,酸类3种,酯类1种,含硫及杂环化合物16种。10 ℃样品共测出40种化合物,其中烃类3种,酮类8种,醇类6种,醛类1种,酸类4种,酯类1种,含硫及杂环化合物17种。

2.1.2挥发性成分随贮藏温度和时间的变化由图1可见,牛肉在0 ℃和10 ℃贮藏过程中,在相同贮藏温度下,随着贮藏时间的延长,各类挥发物的含量不断发生变化:烃类和酮类化合物含量先减少而后增加,醇类、含硫及杂环化合物含量不断增加,醛类持续减少,化合物总量不断增加。在相同贮藏时间不同温度下,化合物含量不同,烃类、酮类、醇类、含硫及杂环化合物以及化合物总量在0 ℃时低于10 ℃时的含量,而醛类正好相反。这与前人的研究结果相似,肖虹等[10]用SPME-GC-MS分析了4 ℃和10 ℃贮藏的冷却猪肉,共检测到25种挥发性成分,发现醇类和三甲胺的相对含量随贮藏时间的延长而增加。王小占等[11]用顶空固相微萃取-气-质联用检测了猪肉在5 ℃和25 ℃贮藏过程中挥发性成分的变化,发现含氮化合物、含硫化合物以及醇类化合物的相对百分含量随贮藏时间延长而增加。高温条件下产生的挥发物种类比低温条件下的多,且相同的挥发性成分中,含氮化合物、含硫化合物以及醇类化合物的相对百分含量高温比低温多。

表1　牛肉在0、10 ℃下贮藏期间挥发性成分SPME-GC-MS检测结果

续表

图1　牛肉0 ℃和10 ℃贮藏期间挥发性成分变化图Fig.1　Volatile components chart of beef during storage at 0 ℃ and 10 ℃ 注:A.烃类;B.酮类;C.醇类;D.醛类;E.酸类;F.酯类;G.含硫及杂环化合物;H.化合物总量。

注:“-”为未检出。

2.2牛肉的电子鼻检测结果

2.2.1电子鼻传感器输出信号的变化本实验所用的电子鼻系统包括18个传感器,根据传感器响应信号值的大小,选择信号值较高的5个传感器LY2/G、LY2/GH、LY2/gCTL、LY2/AA和P30/2,其中LY2/G和LY2/GH是对氨气、胺类化合物敏感的传感器,LY2/gCTL是对硫化氢敏感的传感器,LY2/AA、P30/2是对醇类敏感的传感器[16]。由图2可见,牛肉在贮藏期间,上述5个传感器的响应信号值不断发生变化。0 ℃样品的信号值随贮藏时间的延长而增加,10 ℃样品的信号值除在第10 d时有所减小外,其他时间均在增加,且在贮藏期间总的趋势是增加的。说明牛肉中氨气、胺类化合物、硫化氢和醇类成分的含量随贮藏时间延长而增加。

图2　牛肉在0 ℃和10 ℃贮藏期间电子鼻传感器的输出信号Fig.2　The output signals of electronic nose sensors for beef during storage at 0 ℃ and 10 ℃注:A. 0 ℃下LY2/AA、LY2/G、LY2/GH和LY2/gCTL传感器的输出信号;B. 10 ℃下LY2/AA、LY2/G、LY2/GH和LY2/gCTL传感器的输出信号;C. 0 ℃和10 ℃下P30/2传感器的输出信号。

2.2.2电子鼻检测结果的PCA分析利用PCA法对5个传感器LY2/G、LY2/GH、LY2/gCTL、LY2/AA和P30/2的响应信号值进行分析,牛肉在0 ℃和10 ℃贮藏期间的PCA分析结果如图3(A)和3(B)所示。0 ℃样品第一主成分(PC1)和第二主成分(PC2)贡献率分别为84.45%和12.06%,累积贡献率为96.51%;10 ℃样品PC1和PC2贡献率分别为99.50%和0.45%,累积贡献率为99.95%。前两个主成分的累积贡献率较大,能较全面地代表样品的原有信息。牛肉在0 ℃和10 ℃贮藏期间,不同贮藏天数的样品气味分布没有交叉。2个温度下PCA分析的区分指数(Diferentiation Index,DI)均为89。DI是电子鼻对样品区分程度的表征,最大值为100,一般DI≥80表示能够有效地区分。说明PCA分析可以将0 ℃下贮藏0～14 d和10 ℃下贮藏0～12 d的牛肉样品区分开。

图3　牛肉贮藏期间气味指纹PCA分析图Fig.3　PCA charts for odor fingerprint of beef samples during storage注：A.0 ℃;B.10 ℃。

3　结论

经SPME-GC-MS分析,0 ℃样品共测出37种化合物,其中烃类2种,酮类8种,醇类6种,醛类1种,酸类3种,酯类1种,含硫及杂环化合物16种。10 ℃样品共测出40种化合物,其中烃类3种,酮类8种,醇类6种,醛类1种,酸类4种,酯类1种,含硫及杂环化合物17种。在相同温度下,随时间的延长,烃类和酮类化合物含量先减少后增加,醇类、含硫及杂环化合物不断增加,醛类持续减少,化合物总量增加。在相同贮藏时间不同温度下,烃类、酮类、醇类、含硫及杂环化合物以及化合物总量在0 ℃时低于10 ℃时的含量,而醛类含量正好相反。

选择电子鼻响应较强的5个传感器LY2/G、LY2/GH、LY2/gCTL、LY2/AA和P30/2信号值进行分析,发现牛肉在0 ℃和10 ℃贮藏期间,氨气、胺类化合物、硫化氢和醇类成分的含量均不同程度增加。对信号值进行PCA分析,可将0 ℃和10 ℃贮藏不同天数的牛肉样品区分开。

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Analysis of volatile components of beef during storage

MENG Yi1,ZHANG Yu-hua1,2,*,JIANG Pei-hong2,CHEN Dong-jie2,

(1.Shandong Institute of Commerce and Technology,Shandong Key Laboratory of Storage and Transportation Technology of Agricultural Products,Ji’nan 250103,China;2.National Engineering Research Center for Agricultural Products Logistics,Ji’nan 250103,China)

Volatile components of beef were detected during storage by solid phase micro extraction-gas chromatography-mass spectrometry(SPME-GC-MS)and electronic nose. 37 kinds and 40 kinds of compounds were detected in samples stored in 0 ℃ and 10 ℃ respectively,including hydrocarbons,ketones,alcohols,aldehydes,acids,esters,sulfur and heterocyclic compounds. At the same temperature,with the extension of storage time,the total content of the compounds increased. The content of hydrocarbons and ketones first decreased and then increased. Alcohols,sulfur-containing and heterocyclic compounds increased. Aldehydes content reduced. The contents of hydrocarbons,ketones,alcohols,sulfur-containing and heterocyclic compounds,and the total content of the compounds were lower in 0 ℃ than in 10 ℃,while the content of aldehydes was opposite at the same time under different storage temperatures. It was found that the contents of ammonia,amines,hydrogen sulfide and alcohols increased with the extension of storage time by analyzing the output signals of main sensors of electronic component analysis method(PCA). The results showed that,during beef storage with the decline in freshness,volatile components were constantly changing,and SPME-GC-MS and electronic nose could be used to detect them.

beef;volatile components;SPME-GC-MS;electronic nose

2016-01-06

孟一(1972-),男,硕士,副教授,研究方向：食品质量安全,E-mail:m11f@163.com。

张玉华(1973-),女,博士,教授,研究方向：食品质量安全,E-mail:Z11F@163.com。

山东省自主创新及成果转化专项(2014ZZCX02701);国家科技支撑计划(2015BAD16B08)。

TS254.7

A

1002-0306(2016)16-0061-06

10.13386/j.issn1002-0306.2016.16.003