蘿卜羊肉湯配方優化及其揮發性風味成分分析

(哈爾濱商業大學旅游烹飪學院,黑龍江哈爾濱 150028)

烹調中的“湯”作為烹飪中不可或缺的重要部分,有著深遠的歷史,隨著飲食文化的不斷發展,湯類逐漸發展成為各類菜肴風味的重要組成之一[1]。目前大部分湯類產品都是以雞肉、牛肉、羊肉、豬肉、鴨肉等為主[2-4]。蘿卜含有豐富的維生素、糖分、微量元素等營養物質[5]。羊肉肉質細嫩、口味獨特、高蛋白、低熱量，富含人體所必需的氨基酸和微量元素[6],有益于人體健康。因此以蘿卜和羊肉為原料,開發味道鮮美、營養豐富的蘿卜羊肉湯,能夠極大豐富湯類品種,為消費者提供多樣化的選擇。目前關于湯類加工工藝的研究眾多,主要集中在雞湯、菌湯、魚湯、鴨湯以及骨頭湯等[7-9]。李金林等[10]利用固相微萃取和氣相色譜-質譜聯用技術,研究油煎、調料添加和煮制時間對魚湯烹制過程中揮發性成分變化的影響,發現魚湯風味化合物形成的主要原因是油煎和調料添加;柯麗霞等[11]對香菇菌湯呈味核苷酸溶出的熬制工藝進行了優化研究,得到了香菇菌湯呈味核苷酸溶出的最佳熬制工藝;韓科研等[12]通過研究反應溫度、反應時間和pH對鴨骨湯酶解液美拉德反應的顏色和風味的影響,確定了最佳的反應條件。

目前針對蘿卜羊肉湯的相關研究較少,對蘿卜羊肉湯加工過程中風味物質的形成規律及揮發性風味物質成分還缺乏系統的研究。本研究在蘿卜羊肉湯配方優化的基礎上,結合電子鼻和氣質聯用技術,對熬制的蘿卜羊肉湯揮發性風味變化和風味物質成分進行研究和測定,探索關鍵節點對蘿卜羊肉湯品質的影響,從而為進一步開發高品質的蘿卜羊肉湯提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

羊后腿肉、經典碘鹽、料酒、蔥、姜、白蘿卜 哈爾濱北京華聯超市(埃德蒙頓路店)。

JD200-3電子天平 沈陽天平儀器有限公司;TB60A1砂鍋 浙江蘇泊爾股份有限公司;AR350紅外線溫度槍 香港恒高電子集團;ST-20140504211電子鼻 上海瑞玢國際貿易有限公司;65 μm DVB/CAR/PDMS固相微萃取器(SPME) 美國SUPELCO公司;Agilent19091S-433氣相色譜-質譜聯用儀 美國Agilent公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 蘿卜羊肉湯制備工藝流程 羊肉焯水→焯水處理的羊肉放入清水中,加入蔥姜、料酒,大火煮沸8 min→熬制60 min→加入蘿卜繼續燉煮10 min→出鍋時加鹽調味。

1.2.2 蘿卜羊肉湯的制作工藝要點 焯水:羊后腿肉200 g洗凈后切均勻小塊,料酒15 g,姜片20 g,蔥段25 g放入500 g冷水中焯3 min以去除羊肉膻味,將焯水后的羊肉用清水清洗。熬煮:砂鍋中加入900 g清水,放入焯好的羊肉,加入姜片10 g,蔥段15 g,料酒20 g,大火煮沸8 min后熬制60 min(控制溫度在80 ℃左右),加入100 g蘿卜塊繼續燉煮10 min。在湯熬制的過程中溫度控制十分關鍵,為保持溫度一致,使用紅外線溫度槍定時測量湯的中心溫度,注意測量時動作要迅速。調味:臨出鍋時加入5 g食鹽。

1.2.3 單因素實驗 基于蘿卜羊肉湯的基礎配方,固定羊肉重量200 g,水的重量800 g,料水比1∶4 g/mL,蘿卜的量50%,加鹽量2.5%,熬制溫度80 ℃,熬制時間60 min,改變其中任意一項,研究料水比(1∶2、1∶3、1∶4、1∶5、1∶6 g/mL)、蘿卜添加量(10%、30%、50%、70%、90%,蘿卜的量/羊肉的量,g/g)、鹽添加量(0.5%、1.5%、2.5%、3.5%、4.5%,鹽的質量/羊肉質量,g/g)、熬制溫度(60、70、80、90、100 ℃)及熬制時間(20、40、60、80、100 min)對蘿卜羊肉湯感官品質及電子鼻結果的影響。

1.2.4 正交試驗 在上述單因素實驗的基礎上,選擇料水比、蘿卜添加量、加鹽量和熬制時間這四個對蘿卜羊肉湯品質影響顯著的因素進一步進行正交實驗,確定蘿卜羊肉湯的最優配方,每個因素設3個水平,設計L9(34)正交實驗。正交實驗因素與水平表見表1。

表1 蘿卜羊肉湯熬制工藝的正交試驗因素水平表Table 1 Factors and levels of orthogonal array design

1.2.5 感官評定 10名烹飪科學專業的研究生以蘿卜羊肉湯的色澤、香氣、滋味、稠度為指標進行感官評價,以100分為滿分計,取其平均值作為最后結果。感官評分標準見表2。

表2 蘿卜羊肉湯感官評價標準Table 2 Criteria for sensory evaluation of radish lamb soup

1.2.6 電子鼻檢測 當樣品溫度降為50 ℃時,將蘿卜羊肉湯裝入40 mL樣品瓶中,加蓋密封,平衡后直接將進樣針頭插入樣品瓶,采用頂空吸氣法進行電子鼻分析實驗。測定條件:樣品準備時間10 s,氣體檢測時間60 s,進樣流量500 mL/min,傳感器清洗時間120 s。在每一次測量樣品前,首先清洗傳感器。對所得電子鼻數據進行主成分分析(PCA),電子鼻傳感器敏感成分表如表3所示。

表3 電子鼻傳感器敏感成分表Table 3 Sensitive components of electronic nose sensor

1.2.7 固相微萃取及GC-MS分析 選取正交實驗中的最優組樣品5 g置于玻璃管中進行固相微萃取(SPME),取65 μm PDMS/DVB萃取頭置GC-MS進樣口于250 ℃老化10 min后備用,樣品在60 ℃吸附30 min,分析樣品揮發性風味物質。

頂空進樣條件:樣品瓶加熱溫度100 ℃,樣品環溫度150 ℃,傳輸線溫度170 ℃,樣品環平衡時間0.05 min,進樣時間1 min。

GC-MS分析條件:色譜條件為安捷倫19091S-433毛細管柱(30 m×25 μm,0.25 μm),載氣為高純氦氣(純度>99.999%),流速1 mL/min,進樣口溫度250 ℃,分流比為20∶1。程序升溫步驟:起始溫度40 ℃,保留3 min;以5 ℃/min升至130 ℃,保留3 min;再以8 ℃/min升至200 ℃,保持2 min;最后以2 ℃/min升至250 ℃,保留2 min。質譜條件:EI電離源,電子轟擊能量70 eV,離子源溫度230 ℃,4級桿溫度150 ℃,質譜掃描范圍35～400 amu,溶劑延遲4 min,輔助溫度280 ℃。調諧文件為標準調諧,掃描模式為全掃描。

定性和定量分析:揮發性成分的定性運用 NIST08.LIB和NIST08s.LIB標準譜庫對GC-MS質譜數據進行檢索,保留匹配度大于800(最大值為1000)的化合物,再結合相關文獻進行解析;采用峰面積歸一化法進行簡單定量,求得各揮發性成分的相對含量。

1.3 數據處理

采用Statistix 8.1軟件中的Tukey HSD程序對實驗數據進行差異性顯著性分析(P=0.05);采用Excel軟件制作表格;電子鼻測定數據采用自帶的軟件系統進行主成分分析(principal component analysis,PCA);每個樣品進行5次平行樣的測定,實驗結果以平均值±標準差表示。

2 結果與分析

2.1 蘿卜羊肉湯熬制工藝的單因素實驗結果

2.1.1 料水比對蘿卜羊肉湯品質的影響 料水比對蘿卜羊肉湯感官品質的影響如表4所示,隨著料水比的增加,蘿卜羊肉湯的感官評分呈先升高后降低的趨勢。當料水比為1∶3 g/mL時,蘿卜羊肉湯的感官評分最高,且不同料水比對蘿卜羊肉湯品質的影響有顯著性差異(P<0.05)。隨著料水比的增加,即增加水的比例時,蘿卜羊肉湯中的可溶性固形物濃度降低[13],導致湯汁的稠度降低,風味偏淡;當減少蘿卜羊肉湯中水的比例時,湯汁中的風味成分和營養物質不能完全溶出,最終造成蘿卜羊肉湯的稠度偏高。

表4 料水比對蘿卜羊肉湯感官品質的影響Table 4 Effect of material-to-water ratio on sensory quality of radish lamb soup

不同料水比熬制的蘿卜羊肉湯的PCA圖譜見圖1。圖1顯示的判別指數為99.6%,說明不同料水比的5組蘿卜羊肉湯可以用電子鼻區分出來。第一主成分的貢獻率為93.2%,第二主成分的貢獻率為6.2%,累計貢獻率為99.4%,表明提取的信息能夠反映原始數據大部分信息。料水比為1∶2和1∶3 g/mL的樣品組在圖譜中相距較近,說明它們的揮發性氣味差異相對較小,可能是由于兩組樣品中水的比例較小,從而能夠更好的使湯中的風味物質呈現出來。其他條件下的3組樣品數據分布相對較遠,能明顯區分開。結合感官評價,料水比為1∶3 g/mL時感官評分最高。

圖1 不同料水比蘿卜羊肉湯氣味的PCA圖Fig.1 PCA plot of flavor of radish lamb soup with different material-to-water ratios

2.1.2 蘿卜添加量對蘿卜羊肉湯品質的影響 蘿卜添加量對蘿卜羊肉湯感官品質的影響如表5所示,當蘿卜添加量為50%時,蘿卜羊肉湯的感官評分最高,此條件下湯汁與蘿卜添加量為30%的湯汁在色澤上沒有顯著差異(P>0.05),但在滋味、香氣和稠度上存在顯著差異(P<0.05)。當蘿卜添加量為50%時,蘿卜羊肉湯在滋味、香氣及稠度上均優于其他組。當蘿卜所占比例過少時,湯汁味感單一,香氣淡薄,影響最終湯汁滋味和香氣的呈現;當蘿卜比例過多時,湯汁量減少,過于濃稠,顏色加深,影響湯汁的感官品質。

表5 蘿卜添加量對蘿卜羊肉湯感官品質的影響Table 5 Effect of radish dosage on sensory quality of radish lamb soup

不同蘿卜用量的電子鼻PCA圖見圖2。由圖2可知,第一主成分和第二主成分的貢獻率分別為97.8%和2.0%,總貢獻率為99.8%,能夠描述揮發性風味物質隨不同蘿卜添加量的變化趨勢。DI為98.8%,圖譜中各組分數據均勻分布在各自的區域內,沒有重疊現象。當蘿卜添加量為10%、30%、50% 時樣品圖譜均分布在Y軸的左側,且在橫坐標方向上相距較近,風味較為相近。剩余兩組條件下樣品且與其他3組相距較遠,表明氣味存在明顯差異,這可能是因為隨著蘿卜添加量的增加,對最終湯中風味物質產生了一定影響。結合感官評價可知,蘿卜用量為50%的感官評分最高。

圖2 不同蘿卜添加量的電子鼻PCA圖Fig.2 Electronic nose PCA diagram of different radish dosages

2.1.3 加鹽量對蘿卜羊肉湯品質的影響 加鹽量對蘿卜羊肉湯感官品質的影響如表6所示,感官評價結果表明,加鹽量為2.5%時,蘿卜羊肉湯的感官評分達到最大值,且與其他加鹽量的樣品組有顯著性差異(P<0.05)。鹽對于蘿卜羊肉湯味道的形成具有至關重要的作用。研究表明,在湯熬制的過程中加入食鹽,可以改變肌原纖維的結構和肌球蛋白的提取率以及完整性,從而影響蛋白質的功能特性[14]。食鹽的添加能夠促進蘿卜羊肉湯中蛋白質的溶解及降解,有利于被人體吸收和利用[15-16]。加鹽量過高或過低時都會影響湯汁最終的味道,從而影響其感官評價。

表6 加鹽量對蘿卜羊肉湯感官品質的影響Table 6 Effect of salt content on sensory quality of radish lamb soup

鹽用量的電子鼻PCA圖見圖3。由圖3可知,主成分1和主成分2貢獻率分別為86.5%和12.0%,累計貢獻率為98.5%,判別指數為97.6%,表明樣品間有明顯差異。當鹽的添加量為1.5%、2.5%、3.5%時,3個樣品的數據分布相對較近,表明蘿卜羊肉湯在3個條件下風味差異相對較小。而鹽的添加量為4.5%的蘿卜羊肉湯數據信息分布在第四象限,表明整體風味上較其他4組樣品有一定差異。這可能是因為隨著鹽量的增加,促進了原料中蛋白質的溶出,加速蘿卜和羊肉中風味物質成分的釋放[17]。結合感官評價,鹽的添加量為2.5%時感官評分最高。

圖3 不同鹽的用量的電子鼻PCA圖Fig.3 Electronic nose PCA diagram of different salt dosages

2.1.4 熬制溫度對蘿卜羊肉湯品質的影響 熬制溫度對蘿卜羊肉湯感官品質的影響如表7所示,隨著熬制溫度的增加,感官評分呈先升高后降低的趨勢,熬制溫度80 ℃時感官評分最高,與其他熬制溫度的樣品組具有顯著性差異(P<0.05)。此時的蘿卜羊肉湯口感香醇、香味濃郁、色澤微黃,湯汁品質味道俱佳。這可能是由于隨著熬制溫度的升高,羊肉中的蛋白質降解滲出,有利于湯汁色澤、滋味和香氣的形成。而溫度較低時,影響了蘿卜羊肉湯的風味[18],熬制溫度過高時,雖然香氣和滋味較好,但是湯汁色澤暗淡、形態渾濁,影響了其感官評價。

表7 熬制溫度對蘿卜羊肉湯感官品質的影響Table 7 Effect of boiling temperature on sensory quality of radish lamb soup

不同熬制溫度的電子鼻PCA圖見圖4。2個主成分的貢獻率分別為99.6%和0.3%,總貢獻率為99.9%,說明兩個主成分能夠反映樣品的整體信息。判別指數為98.2%,說明不同熬制溫度條件下的蘿卜羊肉湯氣味有明顯區別。由圖4可知,熬制溫度為60、70、80 ℃的3組樣品在氣味上比較相近。熬制溫度為90和100 ℃樣品數據的分布區域較遠,說明在氣味上差異明顯。這可能是由于熬制溫度過高時,原料與水能夠形成強烈對流,提高了羊肉和蘿卜中水溶性物風味物質的溶出速率,從而能更好的將湯中蘿卜和羊肉的風味揮發出來[19]。結合感官評價的結果可知,熬制溫度80 ℃湯汁感官評分最高。

圖4 不同熬制溫度蘿卜羊肉湯氣味的PCA圖Fig.4 PCA plot of volatile aroma of radish lamb soup with different boiling temperatures

2.1.5 熬制時間對蘿卜羊肉湯品質的影響 熬制時間對蘿卜羊肉湯感官品質的影響如表8所示,當熬制時間為60 min時,蘿卜羊肉湯的感官評分最高。且與其他熬制時間有顯著性差異(P<0.05)。這種變化可能是由于熬制過程中產生了大量新的風味成分,由于原料中的風味物質比較豐富,加熱使其發生了降解,并促使降解產物之間的相互作用,從而使湯汁形成獨特的風味[20]。當熬制時間較短時,湯汁的總體色澤、香氣和滋味偏弱;當熬制時間較長時,湯汁的色澤和滋味偏濃,隨著熬制時間的增加,湯汁中的水分大量蒸發,出湯量明顯減少,從而影響了湯汁的品質。

表8 熬制時間對蘿卜羊肉湯感官品質的影響Table 8 Effect of boiling time on sensory quality of radish lamb soup

不同熬制時間的電子鼻PCA見圖5。第一主成分的貢獻率為99.2%,第二主成分的貢獻率為0.5%,總貢獻率為99.7%,說明這兩個主成分構成的二維平面可以表征不同熬制時間蘿卜羊肉湯氣味的差異。判別指數達到87.3%,說明5組樣品在氣味上存在著顯著差別。

由圖5可知,熬制時間為20 min的樣品的氣味明顯區別其他四組樣品。熬制時間為60、80、100 min樣品的揮發性氣味比較相近。這可能是因為當熬制時間為20 min時,湯汁中的香味物質溶出不足,隨著熬制時間的增加,蘿卜羊肉湯中的風味物質逐漸溶入湯中,香氣增加。結合感官評價,熬制時間60 min蘿卜羊肉湯的感官評分最高。

圖5 不同熬制時間蘿卜羊肉湯氣味的PCA圖Fig.5 PCA plot of volatile aroma of radish lamb soup with different boiling times

2.2 蘿卜羊肉湯熬制工藝的正交試驗結果

蘿卜羊肉湯熬制工藝的正交試驗結果見表9,由表中極差大小可得,試驗因素主次順序為料水比>熬制時間>加鹽量>蘿卜添加量。從每個因素的k1、k2、k3中選取最大值,確定蘿卜羊肉湯熬制條件的最優組合是A1B3C1D3,即料水比為1∶2.5 g/mL、蘿卜添加量60%、加鹽量2%、熬制時間70 min,按照此工藝參數制得的蘿卜羊肉湯感官評分為(95.80±1.09)分,在此工藝條件下熬制的蘿卜羊肉湯味道濃郁,口感醇厚,回味持久。

表9 蘿卜羊肉湯熬制工藝的正交試驗結果Table 9 Orthogonal array design with experimental results

由圖6可知,累計貢獻率為95.3%,判別指數DI值達到99.6%,說明9組蘿卜羊肉湯氣味存在明顯差異,能夠反映樣品的整體信息[21]。其中,4、5、6號樣品的風味相近,結合試驗條件分析可知,3組樣品的料水比相同。1號樣品的數據點分布在第一象限,在PCA圖中明顯遠離其他8組樣品,表明1號樣品與其他樣品組的氣味成分差異很大,這是因為1號樣品采用的實驗條件均為最小值,相比于其他樣品組,湯汁的各風味成分含量較低,從而造成了湯汁風味的差異。

圖6 蘿卜羊肉湯熬制工藝正交試驗樣品的氣味PCA圖Fig.6 PCA plot of volatile aroma of samples obtained from orthogonal array design

2.3 樣品揮發性風味物質GC-MS分析

在正交試驗的基礎上,選取正交試驗中的最優方案,即料水比1∶2.5 g/mL、蘿卜添加量60%、加鹽量2%、熬制時間70 min,對該條件下熬制的蘿卜羊肉湯樣品采用頂空固相微萃取技術收集其揮發性風味成分,通過氣質聯用,測定樣品中揮發性風味物質的種類和含量,蘿卜羊肉湯揮發性風味成分及相對含量見表10,總離子圖見圖7。

圖7 蘿卜羊肉湯總離子流圖Fig.7 Total ion flow chart of radish lamb soup

蘿卜羊肉湯的GC-MS總離子流如圖7,樣品的揮發性風味物質成分見表10。分析表10可知,在蘿卜羊肉湯中共檢測出68種揮發性成分,檢測出的醛類物質共5種,包括壬醛、己醛、癸醛、苯甲醛、2-硝基苯甲醛,占總揮發性物質含量的2.02%。醛類物質一般來源于脂質的氧化和降解,具有較強的揮發性和脂肪香味,閾值較低,對風味的貢獻較大[22]。

表10 蘿卜羊肉湯揮發性風味物質成分Table 10 Volatile components of radish lamb soup

續表

壬醛和己醛是油酸和亞油酸氧化的產物,壬醛具有清香氣味,己醛呈現水果香氣和油脂味,癸醛呈現柑橘皮味和甜橙味,其主要來源于脂肪的氧化,苯甲醛具有特殊的杏仁香味,對于脂香風味的形成具有重要影響[23-26]。檢測出的醇類物質共7種,占總含量的2.15%,醇類物質對風味的形成至關重要,醇類風味物質的閾值比醛酮類高,還能與脂肪酸縮合形成酯,產生清香和脂肪香味。檢測出的酮類物質1種,占總含量的0.203%。酮是脂質氧化及降解的主要產物之一[27-29],氨基酸降解和微生物氧化可以產生酮類物質,酮類物質的感覺閾值較高,本試驗樣品中檢測到的酮類物質含量相對較少,對蘿卜羊肉湯氣味的貢獻相對較小。樣品中檢測到5種酸類物質和6種酯類物質,分別占總含量的0.534%和0.753%。雖然檢測出的揮發性烴類物質含量相對較高,但烴類來源于脂肪酸烷氧自由基的斷裂,閾值較高,對總體風味貢獻不大[30]。另外,蘿卜羊肉湯中檢測出4種芳香族化合物,占總含量的3.609%,芳香族成分對蘿卜羊肉湯的氣味貢獻較大,有利于芳香氣味的形成,對風味貢獻較大。結合風味物質相對含量和對風味貢獻的大小可知,蘿卜羊肉湯的主要風味貢獻物質為D-檸檬烯、1-甲基-4-(1-甲基乙基)-1,4-環己二烯、β-月桂烯、3,7-二甲基-1,6-辛二烯-3-醇。

3 結論

利用感官評價結合電子鼻對熬制蘿卜羊肉湯品質進行探究以確定蘿卜羊肉湯熬制的最佳工藝條件,通過正交試驗明確最佳工藝條件為料水比1∶2.5 g/mL、蘿卜添加量60%、加鹽量2%、熬制時間70 min,此條件下制得的蘿卜羊肉湯感官評分達到95.80分;電子鼻的PCA結果顯示,蘿卜羊肉湯氣味存在明顯差異;利用氣相色譜質譜聯用檢測蘿卜羊肉湯中揮發性風味成分,發現湯汁中的主要風味貢獻物質成分為D-檸檬烯、1-甲基-4-(1-甲基乙基)-1,4-環己二烯、β-月桂烯、3,7-二甲基-1,6-辛二烯-3-醇,總含量達到78.06%,研究結果為開發高品質的蘿卜羊肉湯提供理論依據。