沟帮子熏鸡主体风味成分分析

刘登勇,吴金城,王继业,戚 军,徐幸莲

(1.渤海大学食品科学与工程学院,辽宁锦州 121013;2.南京农业大学国家肉品质量安全控制工程技术研究中心,肉类生产与加工质量安全控制协同创新中心,江苏南京 210095)

酱卤肉制品是中华传统熟肉制品的典型代表,一般是原料肉在水中加调味料、香辛料等煮制而成[1]。沟帮子熏鸡是我国著名的地方特色酱卤肉制品之一,与德州扒鸡、道口烧鸡、符离集烧鸡并称“四大名鸡”[2]。沟帮子熏鸡加工工艺主要包括原料选择与处理、浸泡、煮制、熏制等[3]。秘制配方和独特工艺赋予沟帮子熏鸡造型优美、色艳味佳、肥而不腻、软烂连丝等特点,深受消费者喜爱。

目前有关酱卤肉制品挥发性成分的研究较多,王学敬等[4]利用固相微萃取气相色谱质谱联用分析了德州扒鸡的挥发性风味物质,熊国远[5]分析比较了不同加工阶段符离集烧鸡的挥发性风味组分,张逸君等[6]对道口烧鸡挥发性成分进行了分析,孙圳等[7]研究了定量卤制过程及传统卤制鸡腿肉的挥发性风味物质组分,但是关于沟帮子熏鸡风味的研究鲜见报道。

固相微萃取(solid phase micro extraction,SPME)是一种被广泛地应用于食品挥发性风味成分分析的前处理技术[8],但各类食品的适宜萃取条件不同。因此,本实验以沟帮子熏鸡为对象,对影响风味物质萃取的相关因素进行优化,结合气-质联用(gas chromatography and mass spectrometry,GC-MS)技术对挥发性风味物质进行分离鉴定,并对各风味成分的相对气味活度值(relative odor activity value,ROAV)进行计算和分析[9],探明沟帮子熏鸡主体风味成分,为以后香气检测和研究工作提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

熏鸡样品 锦州市沟帮子熏鸡专卖店,质量1000～1300 g/只,选取当日生产、未经二次杀菌的散装产品,真空包装后置于-18 ℃贮藏备用。

Agilent 7890N/5975气质联用仪 美国Agilent公司;固相微萃取装置、20 mL顶空钳口样品瓶、4种不同涂层SPME萃取针(表1) 美国Supelco公司。

表1 4种不同涂层SPME萃取针Table 1 Four types of fibers with different coatings

1.2 实验方法

1.2.1 样品处理与SPME萃取 将冷冻熏鸡样品置于4 ℃条件下缓慢解冻12 h,称取胸肉、腿肉各100 g(带皮),分别切成2 mm×2 mm×2 mm大小,混匀。

将适量样品转移至20 mL顶空瓶中,快速用聚四氟乙烯隔垫迅速封口,一定的温度水浴加热。用萃取针(已活化)顶空吸附后,将萃取针插入气相色谱仪进样口进行解吸。每个样品重复3次。

1.2.2 GC-MS条件 气相色谱条件:毛细管柱为HP-5MS(30 m×0.25 mm,0.25 μm);前进样口温度250 ℃;载气(He)流速1.0 mL/min;不分流模式进样;程序升温:初始柱温40 ℃,保持3 min,以3 ℃/min升至70 ℃,以5 ℃/min升至180 ℃,再以10 ℃/min升至230 ℃并保持5 min。

质谱条件:色谱-质谱接口温度280 ℃,离子源温度230 ℃,四极杆温度150 ℃;离子化方式EI;电子能量70eV;质量扫描范围m/z 30～550。

1.2.3 定性和定量分析 样品中的挥发性成分经气相色谱分离后,用质谱进行分析鉴定。结果通过计算机谱库(Nist/Wiley)进行检索,选择匹配度大于80的检索结果(总值100),各化合物峰面积由软件系统计算。利用面积归一化法计算各挥发性成分在熏鸡挥发性气味物质中的相对含量。参考刘登勇等[9]的方法计算各成分的ROAV,并据此确定主体风味成分。

1.3 SPME条件优化

1.3.1 萃取针选取 为获得沟帮子熏鸡挥发性物质的优化条件,固定样品质量4.0 g、预热温度50 ℃、预热时间10 min、萃取温度51 ℃、萃取时间45 min、解析温度240 ℃、解析时间4 min,考察4种不同涂层SPME萃取针(表1)对熏鸡挥发性物质总峰面积的影响。

1.3.2 Plackett-Burman设计法筛选显著性影响因素 采用Plackett-Burman设计法,对预热温度、预热时间、萃取温度、萃取时间、解吸温度、解吸时间、样品质量等影响响应变量(y)的7个因素进行分析[10]。如表2所示,每个因素取两水平,即低水平(-1)和高水平(+1)。以除去萃取针解吸产生的含硅杂质后的总峰面积为响应指标,筛选出对结果有显著影响(p<0.05)的因素。

表2 Plackett-Burman实验中的因素水平表Table 2 Experimental variables and levels of Plackett-Burman design

1.3.3 单因素实验 根据筛选结果进行单因素实验,以总峰面积为优先考察指标并辅以物质出峰数为参考,综合评价实验条件。具体方法如下:

样品质量4.0 g、萃取时间50 min条件下,考察萃取温度40、43、47、51、55 ℃ 5个水平对总峰面积的影响。

样品质量4.0 g、萃取温度51 ℃条件下,设定萃取时间为30、35、40、45、50 min,研究萃取时间对总峰面积的影响。

萃取温度51 ℃、萃取时间45 min,样品质量取3、3.5、4、4.5、5 g 5个水平,考察样品质量对总峰面积的影响。

1.3.4 正交实验 通过表3所示因素水平进行正交实验分析并验证,最终确定SPME-GC-MS法分析熏鸡风味物质的分析条件。

表3 L9(34)正交实验因素水平表Table 3 Factors and levels of L9(34)orthogonal design

1.4 数据处理

用Minitabl6软件分析Plackett-Burman实验结果;使用SAS Version 9.1.3软件进行数理统计分析。

2 结果与分析

2.1 SPME条件优化

2.1.1 不同涂层萃取针的初步筛选 本文用4种不同涂层固相微萃取针(表1)对熏鸡挥发性成分进行萃取。由图1可知,CAR/PDMS(75 μm)的萃取针萃取到的挥发性物质峰面积最大,达到8.584×108,PDMS/DVB(65 μm)萃取针次之。原因可能是熏鸡挥发性物质中极性物质较多,导致非极性萃取针的效果最差,双极性萃取针具有萃取范围较广的特点,其对极性挥发性物质较多的样品萃取效果不佳[11]。为获得最大的挥发性组分信息,本实验选择CAR/PSMS(75 μm)萃取针进一步对熏鸡进行风味研究。

图1 不同萃取针对挥发性成分萃取的影响Fig.1 Effect of fiber coating on the peak areas of volatiles注：不同小写字母表示差异显著(p<0.05)。

2.1.2 Plackett-Burman实验筛选显著性影响因素 Plackett-Burman实验设计方案和结果见表4,实验结果分析见表5。该实验设计可通过较少的实验次数来分析较多的影响因素,仅需考虑各因素引起的主效应,而忽略因素之间交互作用,因此该实验用于筛选显著影响因素(p<0.05)作为后续实验研究重点,根据实验情况确定非显著影响因素(p>0.05)的取值[10]。该实验模型中因素的主效应p值为0.012,说明在统计学上具有显著性,不同影响因素对应p值反映了该因素的显著性,表5中萃取温度、萃取时间、样品质量3个因素为显著影响因素(p<0.05),通过后续实验进一步说明其对萃取效果的影响;其余因素为非显著影响因素(p>0.05),在实验设定的条件范围内选取条件即可,具体取值为预热温度50 ℃、预热时间10 min、解吸温度240 ℃、解吸时间4 min。

表4 Plackett-Burman实验设计和结果Table 4 Design and results of Plackett-Burman

表5 Plackett-Burman因素影响表Table 5 Significance of factors in Plackett-Burman experiments

2.1.3 单因素实验

2.1.3.1 萃取温度对萃取效果的影响 温度过低则不利于挥发性风味物质的挥发,影响萃取效果。较高萃取温度下待测样品二次加热,可能导致新物质产生及物质之间发生一些热反应。由图2可知,萃取温度达55 ℃时,峰面积达到最大值8.87×108,但与51 ℃差异性不显著(p>0.05),综上分析,最佳萃取温度应在51～55 ℃范围。

图2 萃取温度对萃取效果的影响Fig.2 Influence of extraction temperature on efficiency注：图中不同小写字母表示差异显著(p<0.05),相同小写字母表示差异不显著(p>0.05)。图3、图4同。

2.1.3.2 萃取时间对萃取效果的影响 SPME的原理是挥发性物质顶空浓度与萃取针涂层吸附浓度的分配平衡过程,且动态平衡时,萃取针涂层对挥发性物质吸附量与其初始顶空浓度呈正比[12]。同时待测样品的各成分达到动态平衡所需时间不同。因此在一定范围内控制每次实验的萃取时间,结果具有可比性。由图3可知,随萃取时间的延长挥发性物质总峰面积有上升趋势,45 min后响应值增加不显著(p>0.05)。为提高检验效率,萃取时间应选择45 min。

图3 萃取时间对萃取效果的影响Fig.3 Influence of extraction time on extraction efficiency

2.1.3.3 样品质量对萃取效果的影响 样品质量对萃取效果的影响见图4。一般各类样品所需最适样品质量不尽相同。以总峰面积为考察指标,随样品质量的升高,总峰面积先升后降再逐渐升高,并在样品质量4.5 g时达到最大值。而样品质量为5 g时,可能由于顶空瓶中顶空体积变小,香气成分未从样品中充分挥发,导致总峰面积略有下降。因此在该实验条件和环境下,样品质量应选择4.5 g。

图4 样品质量对萃取效果的影响Fig.4 Influence of sample mass on extraction efficiency

2.1.4 正交实验结果 正交实验设计采用L9(34),以萃取温度(A)、萃取时间(B)、样品质量(C)为因素,总峰面积作为评价指标,结果见表6。由结果可知萃取温度对于总峰面积影响最大,萃取时间次之,样品质量影响最小,优组合应为A3B2C1,即55 ℃、45 min、4.0 g，在此条件下进行验证实验,得到峰面积平均值为14.846×108。同时比较预热温度对萃取效果的影响,结果表明55 ℃萃取得到的挥发性物质峰面积最大。

表6 正交实验结果Table 6 Results of orthogonal test

2.2 熏鸡风味物质成分分析

在最优条件下测定沟帮子熏鸡风味物质成分共72种,包括烃类26种、醇类7种、醛类8种、酮类3种、酸类7种、酯类5种、酚类5种、醚类4种及其它化合物7种。其中,烷烃类物质及大分子烯烃类物质阈值很高,除个别物质外,几乎不产生明显嗅感;16个碳原子以上的醇类、醛类、羧酸类和酯类等物质在食品中正常的浓度范围内几乎没有气味[13];这些化合物虽然含量累计占总峰面积的27.06%,但对熏鸡的主体风味成分贡献很小,所以此处不做详细分析。其他组分均为潜在的嗅感物质,共有40种(表7),醛类化合物(7种,占34.89%)、不饱和烃类化合物(12种,占17.47%)、醇类化合物(3种,占7.4%)、酚类化合物(5种,占5.64%)、醚类化合物(4种,占4.86%)、酮类化合物(3种,占0.36%)、其他化合物(6种,占2.65%)。

表7 熏鸡风味成分(n=3)Table 7 Flavor compounds in smoked chicken(n=3)

依据ROAV理论[9],沟帮子熏鸡的主体风味成分有如下8种(ROAV≥1):二甲基二硫醚、己醛、柠檬烯、壬醛、芳樟醇、糠醛、庚醛、2-戊基呋喃。同时,5-甲基呋喃醛、茴香脑、草蒿脑、丁香酚、α-侧柏烯、γ-萜品烯、4-萜品醇也可能对沟帮子熏鸡总体风味具有重要作用(0.1≤ROAV<1)。

检出的烃类化合物中,萜烯类对沟帮子熏鸡风味贡献较大,可能与熏鸡煮制过程中,加入多种香辛料有关[14]。如柠檬烯具有令人愉快的柠檬香气、柑橘味道,存在于橙子、胡椒等多种精油中;萜品烯具有令人愉悦的花香、木香,对熏鸡风味具有一定贡献。

醇类物质主要来源于不饱和脂质的氧化降解[19],一般来说,一级饱和脂肪醇阈值较高,对风味贡献较小,不饱和醇的阈值相对较低,对风味贡献较大。如芳樟醇具有清风香味,可能来自于熏鸡煮制时添加的丁香、陈皮、白芷、良姜等香辛料中[20],而4-萜品醇和α-松油醇主要来自于香辛料肉桂、丁香和八角茴香[7]。

醛是鸡肉脂肪受热时的特征香味物质[21],而直链醛一般源于油脂氧化[22]。本实验检测出8种醛类,其中己醛、庚醛、壬醛可能是来自于熏鸡加工过程中不饱和脂肪酸的氧化降解。己醛呈现清香青草气味,庚醛具有强烈而不愉快的、粗糙刺鼻的油脂气味,壬醛具有类似牛脂的气息[23]。糠醛是沟帮子熏鸡中是重要的特征性醛类物质,其含量最高(20.65%)且阈值较低。糠醛由沟帮子熏鸡在熏制过程中蔗糖热解产生[24],这也是其含量最高的原因,并与刘君等[25]利用糖熏工艺熏制鸡肉的结果一致。糠醛可使产品具有木香、焦糖香和烘烤食品的香味[24],并且对烟熏气味的形成有一定作用[26]。此外,肉桂醛及反式肉桂醛则可能是在沟帮子熏鸡煮制过程中添加香辛料肉桂而引入的物质[27-28]。

酚类物质呈现出一种清香的气味,是烟熏产品的特色挥发性风味物质[26]。共鉴定出酚类物质5种且相对含量为5.64%,其中乙基麦芽酚含量最高,来源是在熏鸡加工过程中作为添加剂被加入,乙基麦芽酚具有增香增甜的作用,无烟熏特色风味。丁香酚有一定的烟熏气味,主要来自于熏鸡煮制过程中添加的丁香叶[20]。2,6-二叔丁基对甲酚、甲基丁香酚、间甲酚可能来自于糖熏过程中发生的美拉德反应,都具有烟熏特色风味对熏鸡烟熏风味贡献较大。

此外本实验还检出一定含量的酮类、酸类、酯类、胺、醚、呋喃等物质,也对沟帮子熏鸡风味形成产生一定的作用。茴香脑和草蒿脑可能与煮制时加入的八角茴香等香辛料有关,它们对沟帮子熏鸡特征风味的贡献很大[20,29]。二甲基二硫醚则有强烈的洋葱、大蒜气味,对于熏鸡独特风味的形成具有重要贡献。呋喃类物质是美拉德反应挥发性产物,其中2-戊基呋喃主要源于亚油酸及2-癸二烯醛氧化[30],是熏鸡的主要风味成分,2-乙酰基呋喃呈现甜香以及青香味,在沟帮子熏鸡风味中起着协调、平衡的作用。

本实验借助相对气味活度值(ROAV),对沟帮子熏鸡各风味成分的实际贡献程度进行分析评价,确定沟帮子熏鸡的主体风味成分,但由于部分挥发性物质阈值未在以往文献中查阅到,因而未做分析。

3 结论

通过对固相微萃取针进行筛选,找出适合固相微萃取的最佳萃取针为CAR/PDMS(75 μm),确定熏鸡风味物质检测条件为样品质量4.0 g/20 mL样品瓶、预热温度50 ℃、预热时间10 min、萃取温度55 ℃、萃取时间45 min、解吸温度240 ℃、解吸时间4 min。该检测条件下分析得到72种风味成分,烃类26种、醇类7种、醛类8种、酮类3种、酸类7种、酯类5种、酚类5种、醚类4种及其它化合物7种。其中,沟帮子熏鸡的主体风味成分为二甲基二硫醚、己醛、柠檬烯、壬醛、芳樟醇、糠醛、庚醛、2-戊基呋喃;5-甲基呋喃醛、茴香脑、草蒿脑、丁香酚、α-侧柏烯、γ-萜品烯、4-萜品醇也可能对沟帮子熏鸡总体风味具有重要作用。

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