畜禽肉類腥味物質檢測與去除方法研究進展

劉春節,張濤,曾治國,尚永彪,3*

1(西南大學 食品科學學院,重慶,400715)2(豐都縣肉牛產業發展服務中心,重慶,408200) 3(川渝共建特色食品重慶市重點實驗室,重慶,400715)

畜禽肉是生活中不可或缺的優質食材,肉用畜禽種類豐富,包括豬、牛、羊、兔、雞、鴨、鵝等。畜禽肉營養豐富且口感獨特,是人們補充蛋白質、脂肪等營養物質的主要選擇,在人們的日常飲食組成中占有重要地位。隨著生活水平的不斷提高,人們對畜禽肉的品質要求也越來越高,肉的風味品質更是越來越受廣大消費者的重視。據調查數據顯示,獨特的風味是消費者選擇某種畜禽肉的重要參考原因之一,但消費者對于該種畜禽肉中的異味、腥味的接受度不同也是制約當今畜禽肉類加工行業發展的重要原因[1]?，F代畜禽肉類加工行業中,各種畜禽肉中都含有令人不愉快味或者特征味,這是導致消費者無法普遍接受該種畜禽肉的重要原因之一。這些不愉快味如豬肉中存在的氨味、油脂味、熱異味;牛羊肉中存在的膻味、青草味;兔肉的兔腥味;雞鴨肉中的腥臭味、不快味等,種種不愉快味嚴重地制約了消費者對這些畜禽肉的選擇,這些不被接受的味道通常被描述為腥味。顯然,畜禽肉中腥味物質的系統研究性研究對畜禽養殖及加工業的發展具有重要的科學和市場意義。本文綜述了不同畜禽肉類腥味物質的主要成分及含量,總結歸納了目前為止關于腥味物質的檢測方法和去除方法,以期為后續關于畜禽肉的研究提供參考,也為畜禽肉的加工過程中如何降低腥味提供科學指導。

1 畜禽肉類中的腥味物質

1.1 畜禽肉類所含腥味物質的成因

畜禽肉包括很多種類,不同的肉都或多或少帶有腥味,腥味的最終呈現主要是由畜禽肉產品本身的味、加工生產產生的味、吸收外界物質形成的味3個因素決定的[1]。有研究表明,某些畜禽本身帶某種化合物就會造成該種畜禽肉帶有腥味,如糞臭素、雄烯酮等會造成豬肉帶有腥味。也有研究發現不同加工處理過程也會使得畜禽肉品發生反應造成該種畜禽肉有腥味,如屠宰過程使得牛肉帶有血腥味,雞鴨在宰殺后發生脂類氧化產生醛類物質使得雞鴨肉帶有腥味。還有研究發現畜禽肉腥味可能受到外界貯藏環境或加工環境的影響,如不同溫度貯藏的兔肉腥味物質不同,屠宰場的肉比超市和商場的肉帶有更重的血腥味[2]。

1.2 畜禽肉所含腥味物質成分及含量

近年來,學者們分別對豬肉、牛肉、羊肉、兔肉、雞肉、鴨肉、鵝肉等畜禽肉中的腥味物質組成成分及含量開展了分析研究,不同種畜禽肉類所含腥味物質成分及含量見表1。

表1 不同畜禽肉類腥味物質成分及其含量Table 1 Fishy substances and their contents in different livestock and poultry meats

2 畜禽肉類腥味物質的檢測方法

進行正確嚴謹的腥味物質的檢測操作通常包括3個步驟,分別是富集與分離、檢測與分析、鑒定與展示。近年來有越來越多的學者的研究都涉及對氣味檢測分析,使得檢測方法也在不斷更新迭代。目前最常用的檢測方法主要是電子鼻檢測技術、色譜檢測技術和其他提取檢測技術,這些檢測方法各有特點但在應用上存在不同程度的局限性。

2.1 電子鼻檢測技術

電子鼻,也被稱為電子掃描儀,是一種通過模擬人類嗅覺進行氣味分析判斷的儀器,由氣味提取器、氣體傳感陣列、信號處理系統等部分組成,氣體傳感陣列可根據不同風味化合物的響應給出風味信號圖案,借助數據分析和處理反映出氣味物質的信息[19]。TIKK等[20]應用電子鼻檢測技術來檢測豬肉,結果表明豬肉的熱異味與脂質二級氧化產物有關。電子鼻檢測技術的特點是無損檢測且分析快速,操作簡單、結果準確,是食品行業重要的分析檢測工具,常應用于對畜禽肉進行品種識別、品質鑒定、工藝優化。

2.2 色譜檢測技術

2.2.1 氣相色譜-離子遷移譜(gas chromatography-ion mobility spectrometry,GC-IMS)

GC-IMS是氣相色譜與離子遷移譜結合的檢測技術,對高電負性和高質子親和力的化合物響應靈敏度很高,氣相色譜分離將被測樣品分離后以單個組分的形式進入離子遷移區,再與試劑中的離子反應生成產物離子,產物離子再進行二維分離后到達被檢測區域,最終保留時間、漂流時間和信號強度等信息組成的三維譜圖在顯示器上表示出來,解析該譜圖便能得到樣品物質信息。WANG等[21]采用GC-IMS技術對不同年齡羔羊進行了揮發性成分分析并構建了風味指紋圖譜,觀察了不同年齡羔羊風味物質的差異,GC-IMS還提供了66種羔羊的揮發性風味化合物的特征和強度信息,結果表明羊肉的主要風味化合物成分為醇類、酮類和醛類,基于所鑒定的揮發性成分及建立的羊肉風味指紋圖譜,有助于羊肉揮發性成分的快速綜合分析。CHEN等[22]應用 GC-IMS 分析了肉干不同加工階段的揮發性化合物變化情況,并建立了氣味指紋圖譜,還應用GC-IMS對生肉、臘肉進行了檢測分析,結果表明不同加工階段的肉的氣味存在顯著性差異,可以被有效區分。利用GC-IMS檢測技術既能實現高效分離,也能實現痕量快速檢測,同時不需要對樣品進行前處理,具有分離效果好、檢出限低、穩定性好、靈敏度高、可大批量分析快速樣品檢測等優勢。適用于有復雜體系構成的食品及農產品的品質分析及易揮發組分的檢測和識別,常用于現場快速檢測以及大批量樣品的檢測。

2.2.2 氣相色譜-質譜聯用法(GC-MS)

GC-MS是氣相色譜和質譜技術相結合的檢測技術[23]。氣相色譜主要起分離作用,質譜發揮檢測作用。待測樣品先被氣相色譜氣化,氣化的混合物被毛細管柱分離后進入質譜的離子源,接受電子流的轟擊而后離子化,再檢測從而得到色譜圖?？煽刂齐娔X對進行數據處理或將質譜數據進行矯正,給出總離子流出色譜圖與質量色譜圖,將各成分在未知物質質譜庫中檢索,從而獲得物質檢測結果。GKARANE等[24]以羊肉為原料,應用 GC-MS 檢測技術探究了日糧組成、食用時間對羊肉揮發性風味化合物的影響。ZHAO 等[25]依靠GC-MS 檢測技術并結合溶劑輔助蒸發處理手段,對黑豬肉湯中的揮發性風味進行了分析測定,最后確定了104 種黑豬肉湯中含有的揮發性化合物成分。GC-MS檢測技術優點在于檢測靈敏度高,鑒別能力強,檢出限低和消耗溶劑少,是非常成熟的檢測技術。缺點是檢測環境要求真空,分析前樣品需要復雜的預處理,使得檢測時間較長。本方法常用于痕量物質分析,且被廣泛用于復雜組分的分離鑒定以及揮發性和半揮發性樣品的檢測。

2.2.3 氣相色譜-嗅聞技術聯用(gas chromatography-olfactometry, GC-O)

GC-O是在色譜柱末端安裝與檢測器相平行的分流口,分流后的樣品組分一部分被檢測器檢測,一部分由專業的嗅聞人員以嗅覺檢測儀器或人鼻作為檢測器,對嗅探口處的香氣進行記錄和描述。GC-O檢測技術有稀釋法、時間強度法、頻率檢測法、峰后強度法幾類[26]。SONG等[27]通過同時蒸餾提取和動態頂空取樣結合GC-O技術,對牛肉中的風味前體物質和酶解牛肉的風味物質進行了對比分析。GC-O檢測技術優點在于可以確定風味化合物的氣味特征及其對食品整體風味的影響,檢測范圍廣泛,使得分析效果更加具有實際運用性。缺點是嗅聞人員的描述容易產生誤差,無法定性分析,所以常與GC-MS聯用,可將氣味物質的化學結構和氣味特征建立聯系,成本較高。

2.3 其他提取與分析技術

2.3.1 頂空分析法

頂空分析法是一種提取氣味物質的技術,分為動態和靜態2種。靜態頂空分析法是直接從樣品上方的體積中取樣。CARDADOR等[28]用微波輔助和靜態頂空提取技術結合GC-MS對肉制品中的消毒副產物進行了探究,首次建立了一種關于肉消毒副產物殘留的檢測方法。動態頂空分析法是使用惰性氣體通過樣品將其中的揮發性風味物質吹出的方法,又叫吹掃-捕集法。潘曉倩等[6]以牛肉為原料,利用吹掃-捕集法結合色譜-質譜聯用技術檢測了不同溫度解凍時牛肉揮發性物風味物質的組成與變化。取樣得到的氣體輸送至檢測設備進行分析,常與氣相色譜-質譜法聯用。靜態頂空優點是樣品容易制備,更適用與揮發性強的原料,檢測不會造成分析假象。缺點是靈敏度低,大體積進樣不利于分離,通常用于檢測非極性化合物。動態頂空優點是分析準確,污染小,缺點是操作成本高,回收率不穩定,適用于揮發性較低的樣品原料,通常用于檢測沸點低、溶解度低的揮發性或半揮發性有機物。

2.3.2 萃取技術

萃取技術包括固相微萃取技術、超臨界CO2流體萃取技術、同時蒸餾提取技術。固相微萃取技術包括頂空固相微萃取、直接固相微萃取和膜保護萃取3種模式,該技術是利用微纖維表面的吸附劑從樣品中分離分析物,能即時采樣與富集,與液相、氣相、氣質等分析器聯用。LIU等[29]利用頂空固相微萃取技術結合 GC-MS 檢測技術以南京鹽水鴨為研究對象,探索了南京鹽水鴨在加工制作過程中的揮發性風味化合物變化情況,最終共計鑒定出92種揮發性物質,其中57種首次在鴨肉中被鑒定,并表明南京鹽水鴨的主要揮發性風味化合物是脂肪酸降解產物。固相微萃取技術能有效節省分析時間,分析速度快,能基本實現在線分析,使檢測效率得到了很大提高,但缺點是不方便加入內標定量,通常用于檢測小分子、低沸點化合物。

超臨界CO2流體萃取技術是利用流體(CO2)在超臨界狀態下兼有氣體擴散性和液體溶解性的特殊性質,從復雜樣品中萃取分離目標成分的方法。ARO 等[30]利用超臨界萃取法并結合GC-MS檢測技術,對海鯡魚貯藏不同時間過程中的揮發性物質的變化情況進行了研究分析,結果共鑒定出30種化合物,含量最高的是十七烷和1-十七烯。謝躍杰等[10]利用超臨界CO2流體萃取技術提取出了兔肉腥味物質,確定了兔肉腥味物質的組成和含量。超臨界萃取的主要優點是綠色環保,萃取無溶劑殘留,安全性高,可有效防止熱敏物質的氧化和逸散,能有效保持物質的生物活性。缺點是檢測成本較高,極性物質不易收集,檢測范圍廣,但遠未普及。本方法適用于非極性化合物的檢測。

同時蒸餾提取法是水蒸汽蒸餾與有機溶劑的萃取相結合的方法,樣品組分的蒸汽與萃取溶劑蒸汽充分混合,冷凝然后實現分離,反復循環,實現高效萃取。CHANG等[31]采用同時蒸餾提取法對鱈魚肉進行了檢測分析,最終在鱈魚肉中提取出揮發性化合物 24 種,其中7種化合物對鱈魚的風味有顯著影響。同時蒸餾提取法的優點是效率高、重復性良好、定性和定量效果好、操作簡便且成本低。缺點是對蒸汽壓低的組分萃取不完全,易產生副產物,對極性物質的萃取效果較差。本方法適用于大分子質量、高沸點的揮發性和半揮發性物質,是風味成分提取最常用的方法。

3 畜禽肉類腥味物質去除方法

為了去除畜禽肉類的腥味物質,使消費者能夠獲得好的食物體驗,人們不斷嘗試各種各樣的去腥方法,這些方法包括物理法去腥、化學法去腥和生物法去腥等。

3.1 物理法去腥

物理法去腥主要是采用物理手段對肉品進行處理,比如包埋掩蓋、吸附脫除、輻射變性等處理操作,這些物理操作處理過程能有效去除腥味物質,并在一定程度上改善畜禽肉產品的風味品質。

3.1.1 包埋法

包埋法是利用包埋劑將對揮發性物質中相對分子質量小的物質的包裹住脫除,或利用聚合物薄膜將腥味物質包裹以達到從而使得腥味降低脫腥效果,密閉的薄膜不僅可以將氣味掩蓋,還能減少光和氧的影響,保證產品活性物質穩定。常見的包埋劑都擁有籠子一般的結構,如β-環狀糊精,微膠囊等。PAN等[32]使用3%β-環狀糊精對虎河豚皮明膠進行脫臭,發現使用β-環狀糊精后,腥味的強度、種類和揮發性化合物的水平都有所下降。SERFERT等[33]以魚油為研究對象,利用微膠囊包埋技術并添加β-環狀糊精及其他香料物質對魚油進行處理,使得魚油結構發生重構,不僅將魚油的魚腥味顯著降低,還使魚油獲得了更好的氣味特征與更長的貨架期。使用包埋法去腥的優點在于操作簡單,比較適用于工業化產品去腥處理。但局限性在于包埋劑對大分子的包埋效果不佳,所以去腥效果有限,包埋法的處理過程受限于設備,很難在非工業場所推廣,主要用于液體產品的腥味去除。

3.1.2 吸附法

吸附法是利用吸附劑對氣體或液體的吸附作用脫除腥味物質。吸附劑分為2種,一種是簡單的物理吸附,如分子篩、活性炭等;另一種是具有選擇性的化學吸附,如殼聚糖、樹脂等。LIANG等[34]以牡蠣為研究對象,利用不同分子質量的殼聚糖對牡蠣水解物進行脫臭和脫脂,顯著降低了牡蠣的腥味。KIM等[35]探究了活性炭包裝和普通包裝的豬肉經過輻照后的揮發性氣味物質變化情況,結果表明,活性炭包裝的豬肉的揮發性化合物含量比普通包裝的更低。吸附法去腥優點在于成本低、吸附能力強,操作簡單,缺點是會使產品本身的蛋白質等營養物質也被吸附,去腥主要作用于表面,使用吸附法去腥有一定使用限制,需要注意吸附劑的選擇和操作條件的控制。

3.1.3 輻照法

輻照法去除腥味主要是依靠輻照處理,高能的電磁波使得被輻照的物質分子結構發生變化,所以產品風味特征就會發生一些改變。KIM等[36]在0～4 ℃下,以3kGy劑量輻照新鮮雞肉、火雞、綿羊、牛肉和豬肉產品,發現輻照處理可以減少微生物并延長這些產品的貨架壽命超過2周,經過輻照處理后肉的硫代巴比妥酸的水平增加,脂肪氧化量增加,結果表明輻照處理對肉的異味消除是有作用的,且對不同肉類的影響作用是相似的。LI等[37]探究了不同輻照劑量對生鮮豬肉脂質氧化、表面顏色和揮發性物質的影響,結果表明低劑量的輻照處理對異味有一定降低作用,但超過一定限度之后會造成新的異味。輻照法去腥不涉及熱處理,是一種綠色技術,但關于食品被輻照技術處理后的安全性還存有爭議,所以本方法在使用時有不少注意事項。輻照法在食品領域應用廣泛,多是對肉制品進行處理。

3.2 化學法去腥

化學方法去除畜禽肉中的腥味物質主要是通過添加一些化學用品或試劑對肉進行處理,使得腥味物質成分被去除或顯著降低。主要有酸堿鹽法、抗氧化劑法和美拉德反應法等方法?；瘜W方法去除腥味常會因化學物質添加后未能去除殘留而造成食品安全問題,所以在使用化學方法去腥時要控制化學試劑的用量。

3.2.1 酸堿鹽法

酸堿鹽處理去腥法原理是酸堿可以與腥味化合物發生反應,鹽可以利于腥味物質析出,添加了酸堿鹽進行處理后,夾在肉表層的腥臭物質會被溶解萃取出來,從而可以減輕腥味。GONZLEZ-FANDOS等[38]評估了不同乳酸濃度處理對雞腿肉微生物及感官質量的影響,研究表明,與未經處理的對照組相比,乳酸處理過的樣品異味更弱,且其他有機酸,如過氧乙酸、過氧酸和山梨酸,也顯示出了影響雞肉產品氣味的潛力。XU等[39]研究了不同濃度過氧化氫(H2O2)浸泡處理對鰱魚風味的影響,結果表明H2O2浸泡處理過的鰱魚的主要腥味物質含量明顯降低。在實際生產運用中,使用酸堿鹽法不僅去腥效率很高,還能對產品進行處理從而改善某些性質,也可抑制微生物的生存減輕代謝產生的異味,但需要考慮處理后的廢棄物和廢水的排放問題,否則易造成環境污染,這也增大了生產成本,所以本方法的安全性、經濟性需要重點關注。

3.2.2 抗氧化劑法

抗氧化劑法去腥味主要是利用抗氧化劑容易被還原的特性,抗氧化劑提供的氫原子可與產生腥味物質的基團或部分腥味化合物結合,從而消除氣味特征。天然抗氧化劑包括黃酮類化合物、萜烯類化合物、茶葉中茶多酚以及兒茶素化合物的作用。FU等[40]探究了干燥方式和添加抗氧化劑對鰱魚氣味的影響,實驗中加入茶多酚,分析結果表明鰱魚腥味降低,原因是腥味物質大多是脂肪二級氧化產物,而抗氧化劑對鰱魚肉起到了一定的保護作用。SORIANO等[41]以氣調保鮮包裝豬肉為研究對象,研究了橡木提取物作為抗氧化劑對豬肉肉餅的抗氧化活性和抗微生物活性的影響,還對貯藏期間豬肉肉餅的揮發性成分進行了監測和感官評價,最后發現經過處理后的豬肉與空白組對比,抗氧化能力提高,脂質氧化產生的異味明顯減少,橡木水提取物的添加還使得豬肉肉餅有了香甜味,改善了豬肉肉餅的感官質量?？寡趸瘎┓ǖ膬烖c在于去腥效果明顯,操作簡便。缺點在于處理后的產品有部分營養物質損失,不同抗氧化劑處理工藝對不同產品的效果參差不齊且產品穩定性不好。本方法主要適用于易氧化的產品去腥處理與風味調控,主要應用于肉制品加工處理。

3.2.3 美拉德反應法

美拉德反應法去腥是利用氨基酸、小分子肽、蛋白質的氨基,由還原糖的羰基反應生成多種獨特的風味化合物(如酚類、醇類、烴類、蛋白質交聯產物)來掩蓋原料本身異味的一種脫腥方法。KOUAKOU等[42]探究了不同糖添加量用于激活美拉德反應后對鮭魚腥味的影響,結果表明10 g糖足以激活美拉德反應并對魚肉的腥味有較好的掩蓋。SUN等[43]以雞骨頭為研究對象,采用高效液相色譜對其非揮發性和揮發性成分進行分析,探究了雞骨水解提取物在美拉德反應過程中的風味品質變化,研究結果表明反應過程中鮮味物質先增加后減少再穩定,并且美拉德反應過程使得雞骨水解提取物中的苦味物質顯著降低,證明了美拉德反應是一種去除異味的有效途徑。美拉德反應法優點在于可有效掩蓋肉品的不良風味,并對肉品的風味、色澤等品質有一定改善作用。缺點在于美拉德反應會造成部分氨基酸及蛋白質等營養成分的損失。本方法主要應用于蛋白質類化合物的脫腥處理及風味改良。

3.3 生物法去腥

生物法去腥味是依靠微生物的新陳代謝過程或微生物的酶,對腥味物質的分子結構進行轉換和修飾,從而去除腥味的方法。

3.3.1 酵母脫腥法

酵母脫腥包含物理性脫除和生物性脫除。物理性脫除是利用酵母的疏松結構將腥味物質吸附住,且發酵過程中會產生具有掩蔽作用的代謝物。生物性脫除則是酵母或酵母產生的酶將醛、酮等腥味物質當作底物反應掉。YU等[44]以豪豬豬肝為研究對象,對比了β-糊精包埋法和酵母發酵法對腥味去除的效果,最終結果表明2種方法都能更好地減輕豪豬豬肝的腥味物質,其中酵母發酵法效果更好。酵母發酵法對畜禽肝臟肉腥味去除有效,對市面上常被消費的畜禽肉也有明顯效果。CAI等[45]探究了發酵處理對鴨腿風味的影響,結果表明酵母發酵可產生谷氨酸,會提高鴨腿肉的鮮味風味,對鴨肉產品感官有改良作用。酵母發酵脫腥法優點是處理過程蛋白質的損失少,酵母的多孔結構有一定的吸附作用使得去腥效果更明顯。缺點是酵母的使用量大,容易引入新的異味,且僅適用于發酵肉制產品,所以具有較大局限性。

3.3.2 微生物(酶)法

微生物(酶)法主要是微生物在發酵過程中會造成環境中的CO2含量、含氮量及pH值的突變,抑制兼性厭氧菌的還原作用,減少三甲胺的形成,代謝過程會產生酶或者消耗掉腥味基團,從而減少肉產品的腥味。HERRANZ等[46]探究了利用乳酸菌發酵對香腸品質的影響,結果表明乳酸發酵增加了香腸中揮發性風味物質的含量,主要是醛類、酯類和游離脂肪酸等物質,對香腸的風味有了明顯改善。ZHAO[47]等采用保加利亞乳桿菌和安琪酵母對豬肉進行發酵處理,研究結果表明處理后的豬肉pH值降低,發酵過程中產生的蛋白酶降解了豬肉中的部分蛋白質,也增加了游離氨基酸和脂肪酸的含量,顯著改善了肉質與風味。微生物(酶)法的優點在于處理簡單有效,對產品的風味有明顯改變。缺點在于改變了產品的酸堿環境,容易引起其他微生物滋長,同時本方法處理后造成的新風味并不能得到普遍認同,安全性也存在爭議。本方法主要適用于發酵產品或涉及微生物酶處理的產品。

4 總結與展望

當今社會,消費者對畜禽肉類制品的品質、風味、口感等方面的要求越來越高,肉類產品種類繁多并且加工方式更加多元化,通過識別腥味物質并正確選用脫腥方法,在關注安全性與經濟性的同時采用多種方法聯用對腥味物質進行檢測和去除,是高效且必要的,能在生產加工中更好地控制產品質量、提高產品的市場競爭力。同時,原畜禽肉類中腥味較重的肝臟廢棄料、邊角料等通過去腥處理后風味品質能夠得到大幅度提升、給消費者帶來新的感官體驗,副產物的加工利用能夠創造出更多經濟效益,有利于畜禽產業的良性發展。

目前已知的腥味去除方法多樣,但都有一定的局限性,正確的選擇去除腥味物質的方法需要綜合考慮,需要重點關注實用性和經濟性以及安全性,同時也要兼顧消費者對不同畜禽肉產品的獨特需求。此外,關于特定腥味物質成分的去除以及去腥處理對畜禽肉其他品質的影響研究還相對缺乏,未來可以考慮從分子結構層面探究脫腥的機理,研究更為高效的腥味物質去除方法,探索更有針對性的腥味物質脫除工藝。