不同部位牛肉炖煮风味特征分析

宋 泽，徐晓东，许 锐，贾 茜，冯 涛，宋诗清*

（上海应用技术大学香料香精技术与工程学院，上海 201418）

近年随着我国人民对食用肉品观念的改变，牛肉因其风味性好、高蛋白、低胆固醇、营养价值丰富优质的特点，成为大众消费量最高的肉类[1]。肉的烹制加工方法对肉的风味有重要影响，炖煮是中餐常用的肉食加工方式，目前有关烤牛肉风味的研究报道较多，炖煮牛肉风味研究报道相对较少[2]。

不同部位的牛肉由于水分、脂肪、蛋白质等含量或组成的不同，炖煮后其气味、口感可能存在显著性差异。如辣椒条肉质干实，肥瘦兼有；上脑肉质细嫩，有大理石花纹沉积，脂肪交杂均匀等。多年来，人们一直通过感官评定的方法评价食物的品质，感官鉴别具有一定的主观性，会随着评价者的身体状况、情绪变化等因素而产生不同的结果，并且评定时间较长，效率低。因此，借助仪器测试分析进行客观评价，结合感官评价进行综合品鉴。

电子舌是模仿人体味觉机理研制出来的一种智能识别电子系统，是近年发展起来的一种分析、识别液体味道的新型检测手段[3-4]。如王永维等[5]采用电子舌对不同品牌的白酒进行区分；张浩玉等[6]对不同品种的醋进行辨别研究；Chen Quansheng等[7]对不同等级的绿茶进行区分研究；Wei Zhenbo等[8]对不同的蜂蜜进行鉴别研究。电子鼻能够给出挥发性成分的整体信息，也可以说是一种“指纹数据”，成为感官检测和品控方面客观且可靠的重要手段[9-10]。如贡慧等[11]利用电子鼻研究煮制过程中的酱牛肉挥发性风味变化，分析其动态变化规律。张迪雅等[12]利用电子鼻和气相色谱-质谱（gas chromatographymass spectrometry，GC-MS）研究加热温度对不同部位的牛肉挥发性物质气味的影响，气味的差异主要由醛类和醇类物质的含量和组成所造成。王伟静等[13]利用电子鼻和电子舌对冷鲜牛肉外脊和大黄瓜条在不同加热温度炖煮的风味物质测定，发现110 ℃是最佳炖煮温度。Heracles II型快速电子鼻（Flash E-Nose），较传统电子鼻测定速度更快，是一种基于GC原理的挥发性成分快速检测分析的设备，其具有电子鼻快速、简单特点的同时，又有色谱的分离作用。杨静等[14]利用快速气相电子鼻，将样品经顶空处理后分别进入2 根极性不同的色谱柱（弱极性和中等极性）进行分离，经过氢火焰离子化检测器检测获得色谱图。

本实验首先选择辣椒条、上脑、牛腩、腱子肉和牛臀5 个部位进行炖煮，在易嚼性、嫩度、弹性、多汁性、残渣量、油腻感、炖煮口感7 个感官属性进行评价，同时，利用电子鼻和电子舌对5 种部位牛肉的风味进行分析比较，最后，采用同时蒸馏萃取（simultaneous distillation extraction，SDE）技术结合GC-MS分析，鉴定炖煮不同部位牛肉的挥发性风味物质。本研究通过对不同部位炖煮牛肉的滋味和风味2 个方面具体的研究，为炖煮牛肉风味数据库的建立提供理论参考以及为炖煮牛肉的工业化制作提供技术依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

内蒙古黄牛的辣椒条、上脑、腱子肉、牛腩和牛臀，5 个部位，购于海拉尔新新牛羊肉专卖店。牛酮体分割参照GB/T 27643—2011《牛胴体及鲜肉分割》方法。

1,2-二氯苯（分析纯） 泰坦科技有限公司；二氯甲烷（分析纯） 国药集团化学试剂有限公司；C6～C20正构烷烃（色谱纯） 德国Dr. Ehrenstorfer公司。

1.2 仪器与设备

Heracles快速气相电子鼻系统（DB-5弱极性柱和DB-1701中等极性柱、2 个氢火焰离子化检测器） 法国阿尔法莫斯公司；HS100自动进样器、10 mL顶空进样瓶、7890A-5975C GC-MS联用仪 美国安捷伦科技（中国）有限公司；ASTREE电子舌、电子舌系统 法国Alpha M.O.S公司；DGD16-03BS电炖盅 九阳股份有限公司。

1.3 方法

1.3.1 牛肉蛋白质、脂肪、水分、灰分含量测定

蛋白质含量测定：参照GB 5009.5—2016《食品中蛋白质的测定》；脂肪含量测定：参照GB 5009.6—2016《食品中脂肪的测定》；水分含量测定：参照GB 5009.3—2016《食品中水分的测定》；灰分含量测定：参照GB 5009.4—2010《食品中灰分的测定》。

1.3.2 牛肉的准备、烹饪及呈递

各种类别牛肉按照炖煮的烹饪方式进行准备：称取每个部位100 g切成1.5 cm×1.5 cm×1.5 cm的小块，添加水250 g，盐2.5 g，不添加其他调味品，放入0.63 L电炖盅的小盅内胆中，并在电炖盅中加水1 L，温度100 ℃炖煮2 h，冷却至45 ℃呈递给评价员，不同部位的牛肉烹煮时换水以防止滋味交叉。

1.3.3 感官评价

采用定量描述性感官分析，选取10 点制（0～9，0表示强度最弱，9表示强度最高）。评价小组由6 人组成（3 男3 女，平均年龄25 岁），每个样品重复3 次，相邻的2 次品尝之间需要用白开水漱口。评价人员根据ISO8589（2007）标准培训，分别对牛肉的易嚼性、嫩度、弹性、多汁性、残渣量、油腻感、炖煮口感7 个感官属性进行评价，记录各评价人员的评价结果。

1.3.4 电子舌

采用ASTREE电子舌系统，该系统主要由味觉传感器、信号采集器和模式识别系统3 部分组成。该装置配有7 个传感器（SRS-1、BRS-1、SWS-1、UMS-1、STS-1、SPS-1、GPS-1），以Ag/AgCl作为参比电极，在室温条件下进行数据采集。数据采集前，电子舌系统需要经过自检、诊断和矫正等步骤，以确保采集得到的数据具有可靠性和稳定性。本实验采用体积分数10%乙醇溶液作为清洗溶剂，采样时间120 s，1 次/s，每个样品设置3 个平行样品。

1.3.5 快速气相电子鼻

载气（H2）流量160 mL/min；顶空时间600 s，顶空温度60 ℃；进样量500 μL，进样速率500 μL/s，进样口温度200 ℃；捕集温度40 ℃，解吸温度250 ℃；柱温50 ℃，保持2 s，1 ℃/s升至80 ℃，2 ℃/s升至250 ℃，保持60 s；氢火焰离子化检测器温度260 ℃；采集时间100 s。每个样品设置4 个平行。

1.3.6 SDE方法

在SDE装置的500 mL样品瓶中装入100 g生牛肉样品、沸石和200 mL蒸馏水，在200 mL的萃取瓶中加入50 mL二氯甲烷，500 mL和200 mL圆底烧瓶分别在130 ℃的恒温油浴锅和45 ℃恒温水浴锅中加热，样品加热至沸腾，同时蒸馏提取3 h后收集有机溶剂，将已分离出的有机溶剂经过无水硫酸钠干燥并通过旋转蒸发仪浓缩至5 mL，用氮气吹扫至0.5 mL，得到透明无杂质的浓缩液并进行GC-MS分析，每个样品重复3 次。

1.3.7 GC-MS分析

GC条件：HP-5色谱柱（60 m×0.25 mm，0.25 μm）；以N2为载气，流速0.8 mL/min；进样量1 µL，不分流；进样口温度250 ℃；升温程序：40 ℃保留3 min，以3 ℃/min的速率升温至100 ℃，然后以5 ℃/min升温至230 ℃，保留20 min。

MS条件：电子电离源；电离能量70 eV；离子源温度230 ℃；接口温度250 ℃；采用全扫描方式，质量扫描范围m/z20～350。

定性及定量：采用NIST 08和Wiley 7.0谱库对分离出的峰进行检索，通过正构烷烃（C6～C20）在相同条件下的保留时间，按KOVATS保留指数（retention index，RI）公式（1）计算挥发性物质RI，定性得到的有效挥发性物质通过内标法进行定量计算。

式中：t（x）为挥发性物质的保留时间/min；t（z）为与挥发性物质碳原子数相同的正构烷烃的保留时间/min；z为挥发性物质的碳原子数。

挥发性物质含量测定每个样品重复2 次，按公式（2）计算：

式中：f’为校正因子（为1）；Wi为挥发性物质含量/（μg/g）；ms为内标物质量/μg；Ai为挥发性物质峰面积；As为内标物的峰面积；m为牛肉样品质量/g。

1.4 数据分析

采用SPSS 21.0软件对数据进行方差分析，均使用邓肯方差分析。P＜0.05，差异显著；P＜0.01，差异极显著。

2 结果与分析

2.1 牛肉的主要组成分析

表1 牛肉不同部位的主要组成分析Table 1 Proximate composition analysis of different cuts of beef

从表1可以看出，腱子肉蛋白质质量分数最高（28.17%），说明腱子肉的营养价值最高，其次是上脑（18.62%），牛腩最低（17.23%）；上脑水分质量分数最高（75.28%），其次是辣椒条（68.73%），牛腩最低（50.93%）；牛腩脂肪质量分数最高（7.14%），炖煮时可以充分将脂肪释放，产生香气，牛臀最低（1.62%）；牛腩灰分质量分数最高（2.51%），辣椒条最低（1.93%），说明牛腩中的无机盐和氧化物含量最多。

2.2 感官评价结果

对不同部位的牛肉炖煮后进行感官分析，为保证结果的准确性，每个样品重复3 次。感官分析发现，上脑的肉汤、肉味非常浓郁，且没有膻味，口感偏瘦，吃起来细致绵软，油腻感弱；牛臀的硫味重，肉味、纸板味重，血腥、烧烤味重，肉汤味浓厚，口感很涩，可能与其脂肪含量低有关；炖煮牛腩的香气重，肉汤味浓厚，油脂感强，与其高的脂肪含量有关，同时具有蘑菇香味，硫化物的味道稍淡，吃起来肥厚；腱子肉肉汤味浓，有血腥味，纸板味少，有黄油味，肉感轻、柔和；辣椒条肉的肉汤味轻，油味轻，肉质硬，蔬菜味重，硫化物少，香气味淡，单调、不透发，有内脏的味道。

对其感官评价结果进行方差分析，结果见表2。样品之间在易嚼性、嫩度、弹性、残渣量、多汁性、油腻感、炖煮口感这7 个感官属性方面都存在显著差 异（P＜0.05），样品之间风味不同。除油腻感外，评价人员之间在各个感官属性上没有显著性差异，同时，除残渣量外，重复次数之间也没有显著性差异。样品和重复次数之间的相互作用对感官属性的影响不显著（P＞0.05），表明样品在重复实验时，其感官属性上的强度是相似的。在易嚼性方面，评价员和重复次数之间、评价员和样品之间的相互作用都有差 异（P＜0.05），可能由于评价员的牙齿健康程度不一样，对易嚼性的理解会有差异，这说明每一个评价员对每一个样品的每个属性打分不一致，进一步分析发现，有2 个评价员在使用的打分标准上略有差异。

表2 描述性感官评定主要因素和交互作用的方差分析Table 2 Analysis of variance for the main effects and interactions of seven attributes in descriptive sensory analysis

表3 5 个牛肉样品在7 个感官属性上的多重比较分析Table 3 Multiple comparison of 7 sensory attributes of stewed beef samples

以上分析发现样品之间存在显著差异，因此用HSD多重比较过程比较样品的均值可以得到样品在7 个感官属性上的差异，结果见表3。上脑在易嚼性、嫩度、多汁性方面很占优势，油腻感弱；辣椒条在易嚼性、嫩度及残渣量的感官属性都弱，但是弹性、多汁性及炖煮口感强；牛腩在易嚼性、多汁性、残渣量、油腻感和炖煮口感方面好于其他样品；腱子肉的易嚼性、嫩度和多汁性都比较弱，弹性方面腱子肉和辣椒条最好，油腻感也较强。牛臀在嫩度和多汁性方面表现很好，但是在其他方面都较弱；相比之下，牛腩在感官评分的综合炖煮口感是最好的，可能的原因是，肉的风味基于受热条件的存在而产生，牛腩带有筋、肉和油花，炖煮时能将油花的风味充分释放[14]。

2.3 电子舌分析

2.3.1 电子舌主成分分析（principal component analysis，PCA）

PCA可以在没有任何样品信息的条件下，迅速浏览所有数据，找出它们之间的相关性，建立一个合理的模型[14-16]。PC1和PC2总体贡献率超过70%即可使用。本研究对同一头牛5 个部位的牛肉样品进行电子舌分析，将得到的数据进行PCA，如图1所示。

图1 电子舌对5 种不同部位牛肉的PCA图Fig. 1 PCA of five different cuts of beef detected by electronic tongue

PC1的方差贡献率为66%，PC2的方差贡献率为18%，累计方差贡献率为84%，这说明PC1和PC2已经包含了较大的信息量，能够反映样品的整体信息，可将不同部位的牛肉在PCA图中明显地区分开。根据样品分布情况，各部位样品自成一类，说明各样品之间在滋味上存在差异性。但是，上脑和牛腩样品距离较近，说明其滋味更接近；腱子肉和牛臀的距离近，说明二者滋味相似度比较高。

2.3.2 电子舌判别因子分析（discriminant factor analysis，DFA）

图2 电子舌对5 种不同牛肉的DFA图Fig. 2 DFA of five different cuts of beef detected by electronic tongue

DFA是判定个体所属类别的统计分析方法，它通过2 个或多个已知类别的样本数据优化区分，使组间距离最大的同时保证组内差异最小，用于定性判别[17-20]。将电子舌采集得到的数据进行DFA，结果如图2所示。DFA对不同部位牛肉样品的累计区分指数达到99.519%（DF1为79.293%，DF2为20.226%），DFA法能够对样品间差异有更好的区分度，并且同一样品组内的离散度也比PCA法小，不同样品组间的区分更明显。

UMS、BRS、SWS、SRS、STS分别是鲜、苦、甜、酸、咸味传感器，GPS是复合传感器，从图2可以看出，腱子肉最接近UMS传感器，说明腱子肉的鲜味最强，牛腩肉距离复合传感器最近，说明牛腩肉在酸、甜、咸、鲜滋味中表现较为均衡，上脑在STS和SRS之间，说明上脑肉在酸味和咸味的口感表现更加突出，而牛臀肉和辣椒条在图中的下半部，不在5 个传感器的范围内，说明这2 种肉的滋味较为寡淡。PCA法、DFA法均能将样品明显地区分开来，表明ASTREE电子舌有足够的灵敏度区分这些不同部位的牛肉产品，通过电子舌，发现牛腩的口感更加均衡。

2.4 快速气相电子鼻

2.4.1 时间-相对含量分布分析

Heracles II快速气相电子鼻对牛肉风味成分有明显的响应，以保留时间-相对含量作不同部位样品的分布图，如图3所示。

图3 牛肉不同部位保留时间-相对含量分布图Fig. 3 t-w distribution of five different cuts of beef

以所有样品中所有峰相对含量的平均值2.35%为显著响应水平时，腱子肉、辣椒条各有4、3 个有效响应点，牛臀有2 个有效响应点，牛腩有6 个有效响应点，上脑有1 个有效响应点，腱子肉、辣椒条和牛腩的有效响应点较多，气味明显。大于10%的显著响应点，腱子肉、牛臀、牛腩分别有2、1、2 个，大于20%的极显著响应点，只有牛腩肉有1 个，说明牛腩的风味较突出。

2.4.2 快速气相电子鼻PCA

图4 快速气相电子鼻对5 种不同部位牛肉的PCA图Fig. 4 PCA of five different cuts of beef detected by flash GC E-nose

如图4所示，PC1的方差贡献率为51%，PC2的方差贡献率为40%，累计方差贡献率为91%。辣椒条和牛腩2 种肉类距离很近，二者气味方面有相似；腱子肉和牛臀距离较近，二者在气味上可能有相似点。但是，各部位样品自成一类，说明在气味上是存在差异性的。

2.4.3 快速气相电子鼻雷达图分析

图5 快速气相电子鼻对5 种不同部位牛肉的雷达图Fig. 5 Radar analysis of five different cuts of beef detected by flash GC E-nose

从图5可以看出，快速气相电子鼻的雷达图能够直观地反映出挥发性物质的响应特征，图中的9 个时间点下在不同的色谱柱中，5 种不同部位牛肉的挥发性物质都有明显响应，同时响应强度有很大的不同。51.41-2、15.15-1对牛肉风味的响应值很大，其中51.41-2对牛腩、腱子肉和辣椒条的响应最大，牛腩的风味强度最高，在15.15-1中，上脑的响应最大。从整体风味结构来看，腱子肉、牛腩和辣椒条的挥发性物质响应强度最大，说明三者的风味较为突出。

2.5 SDE-GC-MS分析

如表4所示，SDE-GC-MS分析共鉴定出98 种挥发性风味成分。牛肉中脂质氧化降解产生的脂肪族醛、醇、酮、酸、酯类等物质，在本实验中均有检测到，其中，醛、酮、酸、酯类对肉的特征风味有突出贡献，尤其醛类最为突出，除此之外，还检测到呋喃类化合物和其他杂环化合物，都是牛肉挥发性风味的重要成分。

从GC-MS结果可以看出，腱子肉、辣椒条、牛腩、牛臀和上脑肉鉴定出的化合物种类分别为44、50、20、31、47 种。由表5可知，无论哪个部位的牛肉，醛类物质最丰富，分别为23、27、11、17 种和20 种。腱子肉中棕榈醛的含量最高，为477.62 μg/g，棕榈醛有微弱的花香和蜡香，其次十八醛含量为117.93 μg/g，俗称椰子醛，有椰子和杏仁的香气，十四醛俗称桃醛，含量为32.44 μg/g，具有脂肪香气、牛奶香和奶油香；牛臀肉中十五醛的含量最高，为255.58 μg/g，十五醛具有脂肪香气和蜡香，这可能是造成牛臀肉的肉汤味浓厚的原因，其次是E-11-十六碳烯醛，含量为43.24 μg/g，具有蜡香和柠檬香[19-22]；上脑中棕榈醛的含量最高，为16.52 μg/g，其他醛类含量少；同样，辣椒条肉中棕榈醛含量最高，其次是十八醛和十四醛；尽管牛腩的脂肪含量最高，但是牛腩的醛类物质种类最少，可能原因是生成的醛大多是挥发性较强的种类，在SDE过程中有损失。

表4 炖煮不同部位牛肉SDE-GC-MS分析鉴定结果Table 4 Volatiles identi fied from stewed beef from different carcass parts by SDE-GC-MS

续表4

酮类物质具有特殊的香气，比如桉叶味、脂肪味和焦燃味，且对于血腥味道具有增强的作用[23]，腱子肉、牛臀、牛腩、辣椒条和上脑中各含有5、5、2、9、10 种，这可能是造成上脑的肉汤、肉味浓郁的原因，腱子肉和牛臀的血腥味可能也来自酮类物质[24]。醇类物质主要是肉中脂质通过降解脂肪酸的氧化反应产生，其赋予牛肉甜香味，但是醇类物质的阈值比醛类物质高，且种类较少，对牛肉的风味作用相对小些[25]。

检出的长链脂肪酸类化合物，如十四酸、十六酸等，可能是在高温蒸煮过程中由相应的醇、醛等化合物氧化而来，也可能是样品中的油脂被二氯甲烷溶解所得，而低分子质量的酸类物质由于可能参与了热反应生成其他化合物[26]，因此低分子质量的酸检出较少。上脑中甲酸含量为2.02 μg/g，腱子肉中含有十四烷酸含量为0.66 μg/g，十四烷酸具有蜡香和脂肪香气，由于酸的香味阈值较大，对牛肉的特征风味贡献不大[27]。

辣椒条中含有3 种酯类，其中乙酸乙酯含量为50.58 μg/g，具有酒香以及微弱的果香[28]，牛腩中含有2 种酯类，乙酸乙酯含量最高，为103.81 μg/g。牛腩中的醛类含量少，可能是由于醛和酸发生酯化反应生成了乙酸乙酯，而由于低碳链的醛沸点低，SDE温度很高，很多相对分子质量低的化合物挥发，所以未检测到[29]。牛臀中含有0.41 μg/g甲酸辛酯，甲酸辛酯具有清香；上脑含有0.04 μg/g乙酸乙酯和0.02 μg/g邻苯二甲酸二乙酯；腱子肉中也含有2.11 μg/g乙酸乙酯。

在杂环挥发性物质中，呋喃类是种类和含量最多的杂环类化合物，上脑中含有2,5-二甲基呋喃，含量为9.07 μg/g，具有肉汁香气，上脑肉味浓郁可能是含有2,5-二甲基呋喃造成的，上脑中含有2-甲基呋喃，含量为4.41 μg/g，具有轻微醚类气味以及巧克力香气[30]。由于呋喃类化合物在温度相对较低、时间相对较短时即可形成，因此在炖煮中，呋喃类化合物保持相对较高的含量[31]。

不同部位牛肉气味不仅受各自特有挥发性物质的影响，还可因共有挥发性物质的含量差异而展现出气味差异，另外阈值高低直接影响着气味的组成[32]。因此，要确定导致不同部位牛肉气味差异的主体香物质，需结合进一步的GC-嗅闻等方法进行进一步的研究。本实验还检测到了文献中未检测到的一些相对含量较低的挥发性成分，如1-羟基-2-丙酮、1-辛烯醇、苯甲醛等。通过文献对比可看出，不同前处理方法对提取到的牛肉挥发性成分构成和含量影响很大[33]，后续实验还可进行不同提取方法的对比，以便更加全面地分析。

表5 牛肉不同部位的挥发性物质分类Table 5 Classification of volatile substances in different cuts of beef

3 结 论

本实验综合分析同一品种、不同部位的牛肉（上脑、辣椒条、牛腩、腱子肉和牛臀）的炖煮风味。感官分析结果显示不同部位的牛肉感官差异明显，其中牛腩的脂肪含量较高，炖煮后肉汤味浓厚，口感最佳。电子舌和快速气相电子鼻分析发现各部位样品的口感及挥发性成分间都存在差异，这与感官评价结果相符。不同部位牛肉的SDE-GC-MS分析结果显示，醛、醇、酮类物质占主导。本研究结果对后续建立炖煮牛肉风味数据库，以及炖煮牛肉工业化制作提供理论参考和技术依据。由于本研究只对同一品种不同部位的牛肉进行分析，还需通过GC-嗅闻及大批量的样本进一步统计分析获得不同部位牛肉的特征风味指纹图谱及不同品种间的差异。