天然植物提取物復合脫腥劑對牛胃脫腥效果評價及工藝優化

馬玉琴,韓玲,張銳,羅進,余群力*,張麗 *

1(甘肅農業大學 食品科學與工程學院,甘肅 蘭州,730070)2(肉類加工四川省重點實驗室,四川 成都,610106)

牛胃約占臟器總質量的5.94%,且占比最大,分為瘤胃、網胃、瓣胃和皺胃,占整個牛胃的80%、5%、7%、8%[1],富含蛋白質、礦物質等活性物質,是一款高蛋白低脂肪的產品[2]。近年來,國內外在牛胃的食用方面研究較少,國內主要對牛胃中的百葉(瓣胃)進行研究,少有關于瘤胃、網胃、皺胃的加工工藝和儲存品質變化的研究,而牛胃病理學與生理功能則是國外學者的研究重點[3],歸其原因主要是牛胃的腥味較重,導致其加工和消費降低。因此,為提高牛胃類產品的可接受度,脫腥至關重要。

脫腥方法主要有物理法、化學法、生物法、復合脫腥法等。物理脫腥最為普遍,并在一定程度上改善了肉制品風味?；瘜W脫腥易因化學物質殘留造成食品安全問題。生物脫腥局限性較大且產生異味[4]。在多種除腥方法中,單一的脫腥技術具有一定的局限性,為了保證產品品質及風味,且能較大程度地脫除腥味,需采用兩種或兩種以上的脫腥技術[5]。目前,對于牛副產物脫腥研究,多以牛肝、牛心為主。如尉瑩[6]采用物理脫腥法(掩蓋法),通過料酒、生姜、呈味核苷酸二鈉對牛肝進行脫腥處理。溫莉娟[7]采用生物脫腥法(酵母浸泡方式)對牛心進行脫腥處理,但對于牛胃脫腥尚未見報道。因此,需開發一種純天然綠色復合脫腥方法來研究牛胃脫腥工藝及效果。天然植物提取物浸泡脫腥已被廣泛使用,主要是由于某些植物中含有黃酮類、萜類、酚類、有機酸、兒茶素等物質,具有鈍化酶、抗氧化、抗菌、抑制脂肪氧化、改善食品風味等功能,還能吸附具有不愉快氣味的魚腥味[8-9]。HUANG等[10]研究表明迷迭香提取物能顯著降低魚腥味值和魚腥味活性物質濃度,且腥味值降低58%左右。海藻糖是一種安全的天然糖類,能較好地抑制不飽和脂肪酸的分解和揮發性醛類的生成,使產品呈現很好的矯味矯臭作用,降低腥味物質的產生,改善產品風味[11]。徐永霞等[12]研究發現海藻糖濃度4.5 g/100 mL、檸檬酸濃度0.43 g/100 mL、浸泡時間38 min,脫腥效果最佳。在物理脫腥法中,鹽溶法脫腥較為常見,利用食鹽(NaCl)鹽析和滲透作用促進魚體腥味物質析出,同時鹽分能抑制魚肉中酶活性,通過阻礙酶促反應減少魚腥味物質的生成[13],采用食鹽去除腥味,操作相對簡單。劉子琪等[14]研究發現牛肝在10 g/L NaCl 浸泡60 min后腥味值顯著降低。最近,復合脫腥技術成為了國內學者的研究熱點,其主要是利用各方法之間的互補和協同增效作用獲得更優的除腥效果[15]。

本試驗采用迷迭香提取物(RosmarinusofficinalisL.extraction,RE)、海藻糖、NaCl作為復合脫腥劑對牛胃進行脫腥、以感官評分為指標,優化脫腥工藝,采用頂空固相微萃取-氣相色譜-質譜聯用(headspace solid-phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry,HS-SPEM-GC-MS)鑒定、分析脫腥前后腥味物質種類及含量變化來評價脫腥效果,以期為牛胃的加工提供技術支持,對提高牛副產物利用率和價值具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

本試驗牛胃來自發育正常、健康無病的2～3歲齡西門塔爾肉牛,甘肅康美現代農牧產業集團有限公司。

RE(食用級,脂溶性),河南森源本草天然產物股份有限公司;海藻糖(食品級,純度≥95%),德州匯洋生物科技有限公司;食鹽(食品級),中鹽甘肅省鹽業有限公司;仲-辛醇(色譜純,GC≥99.5%),北京索萊寶科技有限公司。

1.2 儀器與設備

HX-202型電子天平,慈溪市天樂衡器廠;DSA50-JY2超聲波清洗器,德森精工有限公司;TG16高速冷凍離心機,蘇州威爾實驗用品有限公司;DVB/CAR/PDMS 65 μm萃取頭,美國Supelco公司;7890A-5975C氣相色譜-質譜聯用儀,美國安捷倫公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 樣品預處理

肉牛宰前禁食24 h,按照NY/T 1341—2007《家畜屠宰質量管理規范》進行屠宰。屠宰后立即取其4個胃室,將其內容物等臟物清洗干凈,剔除表面脂肪,切塊分割后用聚乙烯包裝袋密封,并置于-18 ℃冰箱冷凍保存。

將一定量的脂溶性RE溶于蒸餾水,攪拌均勻后,過濾、離心(6 000 r/min、10 min),收集澄清液作為脫腥劑。并依次按照一定比例加入海藻糖和NaCl作為混合脫腥劑進行脫腥試驗。

1.3.2 天然植物提取物復合脫腥劑單因素試驗

牛胃經過前期的脫腥預實驗,確定了關于脫除牛胃腥味物質的主要因素為:料液比例、RE濃度、浸泡時間、海藻糖添加量、NaCl添加量。稱取一定量牛胃進行脫腥試驗,以感官評價為指標進行單因素試驗,分別研究不同料液比(1∶1、1∶2、1∶3、1∶4、1∶5、1∶6,g∶mL);不同質量濃度RE(0、0.05、0.1、0.15、0.20、0.25 g/100 mL)、不同浸泡時間(0、25、30、35、40、45 min)、不同質量濃度海藻糖(0、1、2、3、4、5 g/100 mL)、不同質量濃度NaCl(0、0.3、0.6、0.9、1.2、1.5 g/100 mL)對牛胃腥味值的影響。

1.3.3 Box-Behnken試驗設計

在單因素試驗結果基礎上,以3種脫腥劑配比為試驗因素、感官評分為響應值,進行3因素3水平Box-Behnken中心組合試驗設計。來確定最佳脫腥條件,具體因素水平設計見表1。

表1 Box-Behnken 試驗因素與水平表 單位:g/100 mL

1.3.4 脫腥指標的測定

1.3.4.1 腥味值的測定

參考吳燕燕等[16]的方法稍加修改,根據GB/T 16291.1—2012 《感官分析 選拔、培訓與管理評價員一般導則 第1部分:優選評價員》和GB/T 22210—2008 《肉與肉制品感官評定規范肉與肉制品感官評定規范》,選擇10名具有食品專業背景的評價員組成感官評價小組。評判標準如表2所示。分值越大,腥味越重;反之,腥味越淡。

表2 腥味評分標準 單位:分

1.3.4.2 揮發性成分的測定

參考羅進等[17]的方法并稍做修改,準確稱取樣品10.00 g于20 mL頂空瓶中,再向瓶內加入 88.01 μg/L 的2-辛醇標準品5 μL作為內標物,最后加入2 g NaCl,于90 ℃水浴鍋中加熱平衡10 min后,用已活化好的萃取頭頂空吸附30 min,迅速將萃取頭插入氣相色譜儀的進樣口,解吸5 min。

氣相色譜條件:采用OV1701毛細管(30 m×0.25 mm,0.25 μm) 色譜柱。升溫程序:柱初溫度35 ℃,保持5 min,以5 ℃/min的速率升溫到260 ℃保持10 min,運行58 min。載氣(He) 流速為1.0 mL/min。

質譜條件:接口溫度260 ℃;電子能量70 eV;離子源溫度230 ℃;MS1四極桿溫度150 ℃;質量掃描范圍40～600m/z。

樣品中風味物質的含量Ci按公式(1)計算:

(1)

式中:ρ,內標物的質量濃度,μg /mL;V,內標物體積,μL;Si,各揮發性組分的峰面積;S,內標物質的峰面積;m,樣品的質量,g。

1.3.4.3 相對氣味活度值(relative odor activity value, ROAV)分析

參考田淑琳等[18]的方法,ROAV計算如公式(2)所示:

(2)

式中:Cr,對整體風味貢獻水平最大成分的相對含量,%;Tr,對整體風味貢獻水平最大成分的感覺閾值,μg/kg;Cri,待測成分相對百分含量,%;Ti,待測成分感覺閾值,μg/kg。

1.4 數據處理

采用Microsoft Excel對數據進行整理,SPSS軟件進行統計分析,并通過Design Expert 8.0.6軟件對響應面數據進行分析,用Origin 2019軟件進行繪圖。

2 結果與分析

2.1 單因素結果與分析

2.1.1 料液比對牛胃脫腥效果的影響

由圖1可知,隨著料液比的增加牛胃腥味值均呈現先下降后趨于平緩的趨勢,可能是因為牛胃與料液的接觸面積增大,使其覆蓋均勻,有利于更好地掩蓋腥味,降低腥味值[19]。料液比1∶1～1∶3時,各部位牛胃腥味值均顯著下降(P<0.05),料液比大于1∶3時各部位牛胃組間和組內的腥味值差異不顯著(P>0.05),但隨著料液比的增加牛胃色澤會變黃加深,不利于腥味感官評價,故1∶3為最佳的牛胃脫腥料液比。

圖1 料液比對牛胃脫腥效果的影響Fig.1 Effect of material-liquid ratio on deodorization of bovine stomach

2.1.2 RE對牛胃脫腥效果的影響

由圖2可知,RE顯著影響牛胃腥味值(P<0.05),隨著RE濃度的增加牛胃腥味值呈現下降趨勢。有研究發現RE在脫除白鰱魚肉腥味和改善其加工產品風味占有優勢[8],是因為RE中的去腥味活性成分(迷迭香酸、鼠尾草酸和鼠尾草酚)取代了作用于不飽和脂肪酸的自由基或者是抑制了微生物活性,從而降低了腥味值[20]。當RE質量濃度從0增加到0.15 g/100 mL時,腥味顯著下降(P<0.05)。在0.2～0.25 g/100 mL時,腥味值下降不明顯,且在同一添加量下瘤胃、網胃、瓣胃之間的腥味值差異不顯著(P>0.05)。當浸泡液中RE質量濃度過大時,會破壞牛胃本身的風味,對其表面色澤產生影響,所以選擇0.15 g/100 mL的RE為后續響應面試驗的中心點。

圖2 RE對牛胃脫腥效果的影響Fig.2 Effect of RE concentration on the deodorization effect of bovine stomach

2.1.3 浸泡時間對牛胃脫腥效果的影響

由圖3可知,浸泡時間顯著影響牛胃腥味值(P<0.05),隨著浸泡時間的延長腥味值逐漸降低。當浸泡時間達到30 min后,不同浸泡時間下同一部位的牛胃腥味值無顯著變化(P>0.05),且在同一浸泡時間下網胃、皺胃之間的差異不顯著,但與瓣胃相比腥味值較高,差異顯著(P<0.05),說明瓣胃脫腥效果較好。然而,隨著浸泡時間的延長,牛胃表面組織松散,脫腥液中的色素或其他不良因素會破壞產品品質,以上結果與陳鴻彬等[21]的研究一致,故確定牛胃脫腥的最佳時間為30 min。

圖3 浸泡時間對牛胃脫腥效果的影響Fig.3 Effect of soaking time on deodorization of bovine stomach

2.1.4 海藻糖對牛胃脫腥效果的影響

由圖4可知,海藻糖的濃度顯著影響牛胃腥味值(P<0.05)。隨著海藻糖濃度的增加,脫腥效果逐漸增強,可能是由于海藻糖可以減少部分食品自身帶有的澀味、苦味、酸味等不良味道,從而導致腥味值的降低[22]。在海藻糖質量濃度為2～5 g/100 mL時脫腥效果較好,且濃度超過2%后,在相同濃度下網胃、瓣胃、皺胃之間的腥味值差異不顯著(P>0.05),所以綜合考慮成本因素,選取2 g/100 mL海藻糖作為后續響應面試驗的中心點。

圖4 海藻糖對牛胃脫腥效果的影響Fig.4 Effect of trehalose concentration on deodorization of bovine stomach

2.1.5 NaCl對牛胃脫腥效果的影響

由圖5可知,NaCl的濃度顯著影響牛胃腥味值(P<0.05),隨著NaCl濃度的增加,腥味值先降低后趨于穩定。出現這一現象的原因可能是在脫腥過程中NaCl能夠抑制某些微生物的活動,減少氨類物質的產生,同時使其滲透到肉質內部,起到調味的作用,超過一定量時會對牛胃感官產生不良影響[23]。NaCl質量濃度大于0.6 g/100 mL后,相同質量濃度下各牛胃腥味值差異不顯著(P>0.05)。所以綜合考慮成本因素,選取NaCl質量濃度為0.6 g/100 mL作為后續響應面試驗的中心點。

圖5 NaCl對牛胃脫腥效果的影響Fig.5 Effect of salt concentration on deodorization of bovine stomach

2.2 響應面試驗

通過單因素試驗可知,在各因素達到適宜條件之后,牛胃各部分之間的腥味值差異基本不顯著(P>0.05),且各部位均是牛胃的一部分,其中瘤胃在整個牛胃中占比最大(80%),考慮到要實現工業化生產,故選擇瘤胃作為研究對象進行Box-Behnken試驗設計,而后在最佳脫腥工藝條件下測定不同部位牛胃風味物質種類及含量。以RE、海藻糖、NaCl濃度為響應變量,以腥味值為響應值進行響應面優化。試驗結果以及回歸模型方差分析見表3和表4。

利用Design-Expert8.0軟件將表3中試驗數據進行二次多項回歸擬合,得到的腥味值回歸方程為Y=1.14-0.33A-0.17B-0.046C+0.017AB-0.025AC+0.032BC+0.49A2+0.32B2+0.26C2。

表3 響應面試驗設計及結果Table 3 Design matrix and experiment results of response surface method

表4 腥味感官評分回歸模型的方差分析結果Table 4 Analysis of variance analysis of the sensory score regression model

瘤胃腥味值響應面見圖6,由圖6-a可知,當海藻糖濃度固定不變時,隨著RE濃度的增加,腥味感官評分值降低,當RE質量濃度達到0.16 g/100 mL時,瘤胃腥味感官評分達到最小值。由圖6-b可知,當RE濃度固定不變時,隨著NaCl濃度的增加,腥味感官評分值降低,當NaCl質量濃度達到0.6 g/100 mL,瘤胃腥味感官評分達到最小值。由圖6-c可知,當NaCl濃度固定不變時,隨著海藻糖質量濃度的增加,腥味感官評分值降低,當海藻糖質量濃度達到2 g/100 mL時,瘤胃腥味感官評分達到最小值。

a-海藻糖與RE的交互作用對腥味值的影響;b-RE與食鹽的交互作用對腥味值的影響;c-食鹽與海藻糖的交互作用對腥味值的影響

優化得到脫腥工藝條件:RE 0.17 g/100 mL,海藻糖2.25 g/100 mL,NaCl 0.64 g/100 mL。在上述條件下,由響應面模型預測的腥味感官評分為1.06。為了驗證模型的可行性,在上述去腥條件下進行3次驗證試驗,測定腥味值為1.08。該結果與模型預測值基本一致,可見模型能很好地預測復合脫腥劑對牛胃的脫腥效果,模型結果可靠。

2.3 脫腥前后牛胃揮發性成分組成分析

經響應面試驗優化得到瘤胃最佳脫腥工藝條件,在此條件下對網胃、瓣胃、皺胃進行脫腥處理,通過HS-SPME-GC-MS檢測比較脫腥前后各牛胃中的揮發性風味物質種類及含量變化。由圖7可知,牛胃(瘤胃、網胃、瓣胃、皺胃)中檢測到的揮發性風味物質主要是醛類、酸類、醇類、酯類、酚類和酮類。牛胃脫腥前分別檢測到17、15、12、14種揮發性風味物質,含量分別為84.38、57.29、58.14、61.58 μg/kg。脫腥后分別檢測到16、15、11、11種揮發性風味物質,含量分別為63.47、41.42、48.73、30.46 μg/kg。由上述結果可知,脫腥后總的揮發性風味物質種類及含量均有不同程度的降低,其中牛胃各部位中醛類物質種類及含量明顯下降,其次是酯類、酚類、酸類,酮類物質最少。說明脫腥后牛胃腥味的減弱主要表現在醛類物質的減少。

圖7 脫腥前后揮發性風味物質的種類及含量變化Fig.7 Varieties and content changes of volatile flavors in bovine stomach before and after deodorization

2.4 脫腥前后牛胃揮發性成分的測定與分析

醛類化合物是脂肪氧化降解的重要產物,閾值較低,且容易被感知,分子質量低的醛具有刺激性氣味,8個碳原子以上的醛具有芳香味,對腥味貢獻較大[24]。由表5可知,經過復合脫腥浸泡處理后,牛胃中醛類種類均減少,瘤胃、網胃、瓣胃、皺胃醛類總量下降率分別為69%、69%、53%、59%。己醛主要由亞油酸和亞麻酸氧化分解產生,對魚腥味的貢獻是所有醛類之中最大的。庚醛、辛醛、壬醛、反-2-辛烯醛也被證實是產生腥味的主要化合物。脫腥后己醛下降率均為100%,牛胃(瘤、網、瓣、皺胃)中正辛醛、壬醛含量均呈下降趨勢,辛醛下降率分別為47%、91%、43%、75%,壬醛下降率分別為71%、63%、58%、100%,庚醛和反-2-辛烯醛存在于皺胃中,下降率分別為100%、45%。這表明,經復合脫腥劑處理后可減少醛類物質含量,降低腥味,產生這一現象的原因可能是復合脫腥液中RE和海藻糖的協同作用(多酚、蛋白質和多糖可以與揮發性化合物相互作用),能夠延緩脂肪酸和脂類物質氧化,抑制揮發性醛類的產生[25]。KIM等[26]研究發現RE可使肉類中脂類氧化揮發物如己醛、辛醛、壬醛、(Z)-4-庚醛等的含量降低。張朝敏等[27]采用茶多酚-海藻糖復合脫腥液處理白鰱魚后,不但能有效去除魚肉腥味,而且能有效抑制細菌生長,減緩脂肪氧化和蛋白質的分解。

表5 牛胃脫腥前后揮發性成分的變化 單位:μg/kg

醇類也是構成其風味的另一大物質,不飽和醇類的香氣閾值較低,對魚肉風味貢獻較大[28]。1-辛烯-3-醇呈蘑菇味,普遍存在于淡水魚和海水魚,是魚肉的重要腥味物質之一[29]。脫腥后1-辛烯-3-醇在瘤胃、皺胃中的下降率為87%、68%。α-松油醇在處理組中檢出,可能來源于復合脫腥劑中的RE。同時也有研究[30]表明,通常醇類物質對具有一定的掩蓋風味的作用,本研究中3-甲基-1-丁醇、桉葉油醇均有不同程度的增加,也增強了腥味掩蓋作用。

酚類、酮類及酯類物質的閾值較高,對腥味的影響較小。酯類中草酸二丁酯微有芳香氣味,略帶臭味,瘤胃、網胃中下降率為100%、39%。酚類和酮類物質經脫腥后均有不同程度的降低。

酸類物質中,油酸帶有酸敗味,瘤胃、網胃、皺胃中下降率為100%、56%、66%;己酸有油脂腥臭、汗臭、辛辣味,瘤胃、皺胃中下降率為52%、100%,出現這一現象的原因可能是復合脫腥液中的海藻糖在一定程度上削弱了肉制品的酸味[31]。蘇艷蘭等[32]研究了白果軟包裝生鮮制品加工工藝,通過感官評定,確定最佳配方:NaCl 0.5 g/100 mL、海藻糖2 g/100 mL、檸檬酸0.2 g/100 mL,其中海藻糖很好地保持了白果的色澤、風味和質地,能緩和與掩蓋部分不良味道,減少白果苦澀味。

其他類別中,吲哚帶有焦油氣味,網胃、皺胃中下降率為72%、45%,茴香腦在各牛胃中呈下降趨勢。

2.5 關鍵性風味物質的分析

ROAV可以衡量揮發性風味物質中對整體風味有重要貢獻的物質,一般認為ROAV越大,該物質對總體風味的貢獻越大。ROAV>1的物質為關鍵風味物質,0.1

表6 各組關鍵性風味物質及對應ROAVTable 6 Key flavor substances in each group and corresponding ROAV

3 結論

響應面法優化的最優脫腥條件:RE 0.17 g/100 mL,海藻糖2.25 g/100 mL,NaCl 0.64 g/100 mL,在此條件下,脫腥效果顯著,且脫腥后瘤胃、網胃、瓣胃、皺胃醛類物質的種類和含量顯著下降,酯、醇、酸類等物質均有不同程度的降低。己醛、正辛醛、壬醛、1-辛烯-3-醇可能是瘤胃的腥味活性物質。正辛醛、壬醛可能是網胃的腥味活性物質。己醛、正辛醛、壬醛、4-甲基苯酚可能是瓣胃的腥味活性物質。己醛、正辛醛、壬醛、反-2-辛烯醛、1-辛烯-3-醇、己酸、油酸可能是皺胃的腥味活性物質。以上結果表明天然植物提取物復合脫腥劑可以有效抑制牛胃脂肪氧化并改善牛胃風味,對推動牛副產物加工產業的發展具有積極意義。