煎制成熟度對牛排揮發性風味物質及感官的影響

黃佳,倪呈,賈洪鋒,楊倩,張振宇,張淼

(四川旅游學院 食品學院,四川 成都,610100)

隨著我國經濟迅速發展,西餐在城市中逐漸普及,牛排作為西餐的代表,逐漸成為了一種大眾熟知的食品原料。常采用煎制的方式對牛排進行烹飪,短時間的高溫使牛排表面水分快速蒸發,內部水分蒸發受阻,從而形成外焦里嫩的口感;經焦糖化和美拉德反應,具有誘人色澤和獨特風味。根據熟制程度的不同,可將煎制牛排分為一分熟(rare)、三分熟(medium rare)、五分熟(medium)、七分熟(medium well)和九分熟(well-done)。

近年來,國內外關于牛排已經有了大量研究,主要方向有牛排嫩化工藝[1-2]、氣調包裝[3-5]、烹飪方式對牛排品質的影響[6-7]、調理牛排的品質分析與優化[8-9]等。在牛排風味方面,KERTH[10]研究了牛排厚度和表面溫度對揮發性風味物質的影響,SONG等[11]研究了牛油氧化中牛肉風味前體物的形成,ELMORE等[12]研究了脂肪在牛排風味形成中的作用,WALL等[13]研究了烤制溫度對西冷牛排揮發性風味和質構的影響。本項目組在前期研究了不同成熟度煎制牛排中揮發性物質的變化[14],但是并未確定關鍵揮發性風味物質及揮發性物質對不同成熟度煎制牛排風味的貢獻。

本研究以肉眼牛排為原料,利用感官評價和GC-MS技術,采用熱圖結合相對氣味活度值(relative odor activity value,ROAV)分析煎制過程中不同成熟度牛排揮發性風味物質和感官品質的變化,探究煎制成熟度對牛排關鍵揮發性風味物質的影響,為煎制牛排品質控制和進一步研究提供一定的參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

冷凍肉眼牛排(原切,厚度1.2 cm):產地阿根廷,成都天海貿易有限公司;食用植物調和油,益海嘉里集團泉州福海糧油工業有限公司;2-甲基-3-庚酮(色譜純),斯坦福分析化學公司。

1.2 儀器與設備

YH-M10002電子天平,五鑫衡器有限公司;C21-WK2102電磁爐,美的集團有限公司;不粘平底鍋,蘇泊爾集團有限公司;57328-U固相微萃取頭[50/30 μm DVB/CAR/PDMS StableFlex/SS(1 cm) Gray],美國Supelco公司;AR882+紅外測溫儀,香港?，攦x表集團有限公司;T-105中心溫度計,深圳市拓爾為電子科技有限公司;GCMS-QP2010Ultra氣相色譜質譜聯用儀,日本島津公司;CA-HM食品熱量成分檢測儀,日本JWP有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 樣品制備

牛排于4 ℃解凍后切成6.0 cm×8.0 cm×1.2 cm的大小,電磁爐功率2 100 W,不粘平底鍋中加入食用油8.0 g,待紅外測溫儀測得油溫280 ℃時放入牛排進行煎制。通過控制煎制時間來控制不同成熟度,根據牛排中心溫度鑒定成熟度,獲得一分熟、三分熟、五分熟、七分熟、九分熟(全熟)的牛排。具體判定條件見表1[15-16]。

表1 煎制牛排成熟度判定表Table 1 The maturity of pan-fried beef steaks

1.3.2 感官評價

將煎制好的各成熟度牛排切割成1.0 cm×1.0 cm×1.2 cm的肉塊,分別盛放于白色圓盤,并進行3位隨機數字編號。評價小組由12 位經過培訓的評價員組成,整個評價過程在專用感官評價室進行,小組成員互不接觸交流,評價不同樣品需用清水漱口。評價項目包括色澤、香氣、滋味、嫩度、多汁性和總體可接受度,采用9分制進行評價[17],具體評分標準見表2。最后取平均值,作為感官評價最終結果。

表2 煎制牛排感官評價表Table 2 The standard for sensory evaluation of pan-fried beef steaks

1.3.3 揮發性風味物質的固相微萃取

稱取剁碎成肉末的均勻樣品3.0 g于10 mL頂空瓶中并加入200 μL 3.868 μg/μL 2-甲基-3-庚酮,于60 ℃水浴平衡5 min,插入已老化的SPME萃取頭,頂空萃取55 min,上機解析5 min。

1.3.4 揮發性風味物質的測定

氣相色譜條件:色譜柱為SH-Rtx-Wax毛細管柱(30 m×0.32 mm×0.25 μm);升溫程序:40 ℃保持3 min,以5 ℃/min升至200 ℃,再以10 ℃/min升至230 ℃保持3 min;載氣(He)流速1.68 mL/min,不分流進樣。

質譜條件:電子電離源,電子能量70 eV,傳輸線溫度230 ℃,離子源溫度250 ℃,質量掃描范圍m/z50～500,全掃描模式。

1.3.5 揮發性風味物質分析

定性分析:與NIST17質譜庫進行比較分析,根據最小擬合度:80來辨別揮發性物質的成分。

半定量分析:以2-甲基-3-庚酮為內標,揮發性物質含量按公式(1)計算:

(1)

式中:wi,待測物質的含量,μg/kg;Ai,揮發性物質的峰面積;A0,內標物2-甲基-3-庚酮的峰面積;w0,內標溶液的含量,μg/kg。

ROAV按公式(2)[18]計算:

(2)

式中:wi,揮發性風味物質含量,μg/kg;Ti,該揮發性成分嗅覺閾值,μg/kg;Tmax,氣味貢獻最大揮發性風味物質的閾值,μg/kg;wmax,氣味貢獻最大揮發性風味物質含量,μg/kg。

1.3.6 主要成分分析

將制備好的不同成熟度煎制牛排樣品裝入干燥無污染的樣品皿,樣品量為100 g,食品熱量成分檢測儀模式設定為“meat”,開機預熱0.5 h,且每次測試完成后都需用空白樣品皿進行校正。測定指標包括蛋白質含量、脂肪含量、碳水化合物含量和水分含量。

1.4 數據處理

所有實驗數據平行測定3次,結果用平均值±標準差表示,保留小數點后兩位。使用Excel 2016對數據進行計算和匯總;采用Origin 2021繪制柱聚類熱圖;利用SPSS Statistics 26進行顯著性差異分析,P<0.05為差異顯著;通過XLSTAT 2021進行偏最小二乘法回歸(partial least squares regression,PLSR)分析。

2 結果與分析

2.1 牛排樣品的感官評價結果熱圖分析

由圖1可知,樣品的色澤、滋味和香氣隨著成熟度的增加逐漸增加,嫩度和多汁性隨著成熟度的增加逐漸降低,說明隨著成熟度的增加,煎制加熱時間的延長促進了牛排色澤、滋味和香氣的生成,且煎制加熱時間的延長使牛排的口感逐漸變老。嫩度對肉類及其產品的感官和質量特性有很大影響[19],但圖1中總體可接受度隨著成熟度的增加而逐漸增加(與之相反,嫩度在變小),這主要是因為感官鑒評小組人員的飲食習慣更加傾向于食用成熟度較高的牛排。郎玉苗等[17]的研究也指出成熟度較高的牛排(終點中心溫度為72～100 ℃)風味和總體可接受性得分顯著高于成熟度較低的牛排(終點中心溫度為45、60 ℃)(P<0.05);孟祥忍等[20]的研究也發現,三分熟牛排的感官評分最低,七分熟牛排的感官評分最高;隨著牛排熟制程度的增加,感官評分逐漸上升,雖然三分熟牛排的剪切力最低,嫩度最好,但明顯該嫩度下牛排還未達到大多數消費者的食用要求;七分熟牛排的嫩度不如三分熟、五分熟牛排,但是隨著加熱時間的延長,中心溫度的升高,牛排的風味能更大限度地體現出來。

圖1 感官評價結果熱圖分析Fig.1 Heat map and cluster diagram of sensory evaluation of different pan-fried beef steaks

不同的煎制牛排樣品聚類為兩大類,即一分熟、三分熟和五分熟為一大類(其中三分熟和五分熟為一類),七分熟和九分熟為一大類。說明隨著煎制成熟度的增加,牛排樣品形成非常明顯的聚類,孟祥忍等[20]的研究也指出,七分熟牛排與三分熟、五分熟牛排的感官評分有顯著差異(P<0.05)。

2.2 牛排煎制過程揮發性風味物質的含量與數量

從5個成熟度樣品中共測得揮發性風味物質100種,包括烴類20種、醇類12種、醛類22種、酮類20種、酸類15種、酯類7種、其他類4 種。由圖2可知,一分熟樣品的揮發性風味物質含量最少,為(1 070.59±120.44)μg/kg,三分熟樣品為(1 422.64±217.77)μg/kg,五分熟樣品為(1 363.75±221.51)μg/kg,七分熟樣品為(1 464.49±196.96)μg/kg,九分熟樣品為(1 046.55±99.90)μg/kg。隨著煎制成熟度的增加,牛排中揮發性風味物質含量呈現一定的波動變化趨勢,三分熟樣品中揮發性風味物質含量相比一分熟樣品增加較多,五分熟樣品含量低于三分熟樣品,七分熟樣品中揮發性風味物質含量達到最高,九分熟樣品含量略低于一分熟。揮發性風味物質的數量變化趨勢與含量的變化趨勢相似,呈現波動變化;一分熟、三分熟、五分熟、七分熟和九分熟牛排中揮發性風味物質數量分別為66、69、61、70、42種。九分熟樣品檢出揮發性風味物質的種類最少(遠低于一分熟樣品),含量也略低于一分熟樣品,這可能是因為進一步加熱使部分揮發性風味物質分解或生成其他物質,也可能與長時間加熱導致揮發性風味物質大量揮發有關,其具體原因有待進一步研究。

2.2.1 烴類物質

由表3可知,隨成熟度的增加,烴類物質的含量與數量呈先增加后減少的變化趨勢。這可能是因為前期脂肪酸降解或氨基酸氧化[21]的進行,產生的烴類增加;有些烴類是形成雜環化合物的前體,后期繼續發生反應使烴類物質數量和含量減少[22]。通常來說,烴類化合物閾值較高[21],對牛排總體風味貢獻小,可起修飾作用。5 種成熟度樣品檢出的烴類物質數量和含量具有明顯差異,共同含有的烴類物質為1-乙基-2-甲基-苯、1,2,3-三甲基-苯、均三甲苯。

表3 不同成熟度牛排的烴類物質Table 3 Volatile hydrocarbons detected in pan-fried beef steaks

2.2.2 醇類物質

由表4可知,隨成熟度的增加,醇類物質的數量和含量呈浮動趨勢。檢出的醇大部分為飽和醇,閾值較高,對于牛排的風味影響較小;不飽和醇閾值稍低,可調節總體香氣[23]。C7～C10的飽和醇具有芳香氣味,碳數再增加,飽和醇的氣味逐漸減弱至無嗅覺[24]。含量最高的醇類為1-十六醇、1-辛烯-3-醇、3-辛醇,其中1-辛烯-3-醇是由亞油酸的氫過氧化物降解產生的,具有蘑菇香味[25],閾值較低,對牛排的整體風味具有重要的貢獻作用;3-辛醇具有蘑菇香、干酪香[26]。5 種樣品的醇類物質具有顯著差異,共同含有的醇類為乙氧基二甘醇、4-異丙氧基丁醇。

表4 不同成熟度牛排的醇類物質Table 4 Volatile alcohols detected in pan-fried beef steaks

2.2.3 醛類物質

由表5可知,5 種樣品中醛類物質數量最多,隨成熟度的增加,其數量先增加后減少,含量逐漸增加。醛類主要來源于脂肪氧化、降解以及氨基酸Strecker反應,揮發性較強且閾值一般較低,是肉類特征風味形成的主要成分之一[27]。5 種樣品共同檢出醛類物質16 種,重合度較高,但其含量具有顯著差異。共有醛類分別為己醛、(E)-2-庚烯醛、壬醛、(E)-2-辛烯醛、(E,E)-2,4-庚二烯醛、苯甲醛、(E)-2-壬烯醛、(E)-2-癸烯醛、(E,E)-2,4-壬二烯醛、2-十一烯醛、(E,Z)-2,4-癸二烯醛、(E,E)-2,4-癸二烯醛、十三醛、4,5-環氧-(E)-2-癸醛、十五醛、十六醛。其中壬醛為油酸的氧化產物[28],具有油炸、脂香味;苯甲醛是酪氨酸降解產物[29],具有苦杏仁味。

表5 不同成熟度牛排的醛類物質Table 5 Volatile aldehydes detected in pan-fried beef steaks

續表5

2.2.4 酮類物質

由表6可知,酮類物質的數量和含量均隨成熟度的增加先增加后減少,樣品間具有顯著差異,七成熟時數量最多,三成熟時含量最高。酮類物質主要來源于脂肪、醇類氧化和酯類分解[30],酮類化合物大多閾值較高,對總體風味貢獻小,但有些酮類是形成雜環類物質的重要中間體,有利于肉香味的形成[28]。5種樣品共同含有的酮類物質有3-庚酮、3-甲基-2-庚酮、3,3,6-三甲基-1,5-庚二烯-4-酮、4-辛酮、5-壬酮、3-羥基-3-甲基-2-丁酮。

表6 不同成熟度牛排的酮類物質Table 6 Volatile ketones detected in pan-fried beef steaks

2.2.5 酸類、酯類和其他類物質

由表7可知,5種樣品的酸類物質種類和含量差異較大,隨成熟度波動變化,其主要來源于脂肪降解和氧化,往往具有不愉快的氣味,如丁酸具有腐臭的酸味,正己酸具有不愉快的辛辣味,辛酸具有腐臭味等[31]。七分熟樣品酸類物質含量明顯增加,這可能是由于氨基酸Strecker反應、酯類物質降解導致酸類物質含量上升。5 種樣品共同檢出的酸類為十四酸和油酸。

表7 不同成熟度牛排的酸類、酯類和其他類物質Table 7 Volatile acids, esters, and other compounds detected in pan-fried beef steaks

5種樣品中酯類物質含量隨成熟度先減少后增加再減少,樣品間具有顯著差異,無共同酯類檢出。酯類主要通過酯化反應生成,一般C1～C10的酯類具有水果香味,長鏈酯類具有油脂香味[32],但閾值較高,對香氣的貢獻不及醛類,可豐富總體香味。進一步煎制使酯類物質揮發或降解,導致后期含量減少。

其他類物質包括雜環類和醚類,其含量隨成熟度的增加上下波動。雜環類化合物主要來源于美拉德反應和氨基酸降解,多具有肉香[33],雖然含量較低,但由于閾值通常較低,對整體香氣的形成起著至關重要的作用。2-戊基呋喃主要由亞油酸氧化降解而來,具有青香、肉香味,往往被認為對肉類風味具有重要貢獻[34]。甲氧基苯基肟具有霉味、肉香;茴香腦是具有茴香和甜味的醚類[35],對牛排風味有協調作用。

2.2.6 牛排煎制過程揮發性風味物質的熱圖分析

為了更加直觀地反映出揮發性風味物質含量隨煎制成熟度的變化,將5種煎制樣品檢測出的所有揮發性風味物質進行熱圖分析,如圖3所示,由紅到藍表示該物質的含量由高到低。有34 種物質在三分熟及之后被檢出,如2,8-二甲基-4-亞甲基-壬烷、1-十六醇、3,3,4-三甲基-己烷、檸檬酸三丁酯、2,4-二甲基苯甲醛、2-甲基-4-庚酮等,有6種物質的含量隨煎制程度增加而升高,說明煎制能顯著促進牛排揮發性風味物質的生成。有8 種物質的含量隨煎制成熟度增加而減少或后期未檢出,如5-亞甲基-壬烷、2-甲基-3-乙基-2-庚烯、4-乙基環己醇、苯甲酸等。有35 種物質的含量隨成熟度增加先增加后減少,其余17 種物質的含量無明顯變化規律,呈波動狀態。相比之下,十六烷、4-乙基環己醇、4-癸醇、苯甲酸、十六酸乙酯等揮發性物質在一分熟樣品中的含量比其他樣品更高;5-亞甲基-壬烷、4-辛酮、3-甲基-2-庚酮、甲酸庚酯、5-壬酮等在三分熟樣品中含量更高;十六醛、4-乙基-3-辛烯、己醛、5-甲基-2-己酮等在五分熟樣品中含量更高;1-正丙基環戊醇、2-甲基-2-己醇、十六醛、甲氧基苯基-肟、(E)-2-癸烯醛等在七分熟樣品中含量更高;2-甲基-4-庚酮、反油酸、(E,E)-2,4-癸二烯醛、(E,E)-2,4-庚二烯醛、2,4-二甲基苯甲醛等在九分熟樣品中中含量更高。

由不同煎制熟度樣品聚類分析(圖3)可知,一分熟和三分熟聚在一起,五分熟和九分熟聚在一起,說明這兩組中樣品的揮發性物質較為接近;曼哈頓距離增大,五分熟、七分熟、九分熟聚在一起,說明3種成熟度樣品揮發性物質具有相似性?？傮w上樣品分為3類:一分熟和三分熟為一類,五分熟和九分熟為一類,七分熟為一類。七分熟樣品所含揮發性風味物質與其他樣品具有顯著差異,可能是由于隨著脂肪酸氧化和氨基酸降解產生了一些新的物質,大多為烴類、醇類和酮類,如2,8-二甲基-4-亞甲基-壬烷、3,3,4-三甲基-己烷、3-乙基-2-甲基-戊烷、1-正丙基環戊醇、1-十六醇、十八酸、3-甲基-2-丁烯酸環丁酯等,這些物質易被氧化或相互反應,因此在九分熟中未檢出。

圖3 揮發性風味物質含量熱圖Fig.3 Heat map and cluster diagram of volatile flavor compounds of different pan-fried beef steaks

2.3 不同成熟度牛排揮發性風味物質的ROAV

為進一步找出對煎制牛排總體風味具有主要貢獻的揮發性風味物質,采用ROAV法對檢出的物質進行分析。一般認為ROAV越大,該物質對總體風味貢獻越大[39]。關鍵揮發性風味物質的ROAV熱圖分析如圖4所示。

表8中篩選出了ROAV≥1的揮發性風味物質。5 種成熟度樣品中分別檢測出20、20、19、20、17 種關鍵風味物質,醛類物質數量最多,可能是煎制牛排風味形成的重要組成部分。在煎制過程中對牛排總體風味具有較大貢獻的物質有1-辛烯-3-醇、辛醛、壬醛、(E)-2-壬烯醛、(E)-2-癸烯醛、(E,E)-2,4-壬二烯醛、2-十一烯醛、(E,E)-2,4-癸二烯醛、3-庚酮、己酸等,這些物質主要提供油脂香、青草香、肉香、果香、焦甜香。表8結合圖4可知,(E)-2-癸烯醛(C10)在牛排煎制過程中均為貢獻最大的風味物質;辛醛(C3)、5-壬酮(D15)、3-羥基-3-甲基-2-丁酮(D17)、己酸(E4)隨煎制程度增加,其ROAV逐漸減小;(E,E)-2,4-癸二烯醛(C17)隨成熟度增加,其ROAV增大;(E)-2-庚烯醛(C4)、(E,E)-2,4-壬二烯醛(C12)、十六醛(C22)、3-庚酮(D1)在五分熟及之后ROAV逐漸減小;(E)-2壬烯醛(C9)、2,4-二甲基苯甲醛(C14)、2-十一烯醛(C15)在五分熟及之后ROAV逐漸增大,由此可得,隨煎制程度增加,牛排的果香、青草香、奶油香、堅果香減弱,總體香味以油脂香和肉香為主。

圖4 關鍵揮發性風味物質的ROAV熱圖Fig.4 Heat map and cluster diagram of key aroma-active compounds of different pan-fried beef steaks

不同煎制熟度樣品間關鍵揮發性風味物質的ROAV差異顯著,根據不同樣品間的聚類分析可知三分熟和五分熟聚在一起,七分熟和九分熟聚在一起,說明這2組中樣品的香氣成分較為接近;曼哈頓距離增大,三分熟、五分熟、七分熟、九分熟聚在一起,說明4種成熟度樣品香氣具有相似性。一分熟樣品所含揮發性風味物質與其他樣品具有顯著差異,說明煎制成熟度對牛排揮發性風味物質生成具有較大影響。

在前述感官評價的聚類分析(圖1)、揮發性風味物質含量聚類分析(圖3)和關鍵揮發性風味物質ROAV聚類分析(圖4)中,關鍵揮發性風味物質ROAV聚類分析和感官評價的聚類分析結果較為一致,樣品分類與成熟度之間具有較好的相關性;但是揮發性風味物質含量聚類分析結果中五分熟和九分熟為一類,與感官評價及ROAV聚類分析結果有較大差異。究其原因,可能是因為揮發性風味物質含量聚類分析是以揮發性風味物質的含量作為分類的基礎,但是從前述分析可以看出,在檢出的揮發性風味物質中,含量的高低并不能體現其對風味貢獻的大小,風味貢獻的大小同時取決于含量和閾值[40]。因此,關鍵揮發性風味物質ROAV聚類分析和感官評價的聚類分析比以揮發性風味物質含量為基礎的聚類更加合理一些。

2.4 主要成分與關鍵揮發性風味物質的相關性分析

食品熱量成分檢測儀對5 種煎制牛排樣品的檢測結果見表9;為了分析牛排中主要成分對揮發性風味的影響,使用PLSR分析主要成分與煎制牛排中關鍵風味物質的相關性,如圖5所示。

由表9可知,不同成熟度煎制牛排間蛋白質、脂肪、碳水化合物和水的含量差異顯著,可能是由于煎制過程中牛排受熱從而導致相關指標出現差異。PLSR分析結果顯示,前2個主成分貢獻率為67.50%,可建立模型;將5個成熟度樣品按照揮發性物質含量分為3類:一分熟和三分熟、五分熟和九分熟、七分熟,這與圖3的聚類分析結果一致。牛排主要成分與風味物質的相關性分析中發現,蛋白質和碳水化合物與醛、酮類物質的生成具有明顯相關性,如(E,E)-2,4-壬二烯醛、3-庚酮、己醛、(E)-2-癸烯醛、十五醛、2,4-二甲基苯甲醛等。脂肪與醛、醇、酯類物質的生成有相關性,如(E)-2-庚烯醛、1-辛烯-3醇、十六酸乙酯。水與風味物質的形成存在弱相關關系,可能會影響辛醛、己酸、3-羥基-3-甲基-2-丁酮的生成。

表9 不同成熟度牛排主要成分分析Table 9 The main chemical components of pan-fried beef steaks

一般認為碳水化合物與氨基酸發生美拉德反應產生酮類和雜環類化合物[41],而圖5分析結果顯示脂肪與2-戊基-呋喃也具有相關性,其形成機理有待深入研究。Strecker降解、脂肪氧化也是肉類特征風味形成的關鍵途徑,可生成烴類、醇類、醛類、酮類等風味物質[42]?？偟膩碚f,對煎制牛排揮發性風味物質形成具有較強相關性的為蛋白質、碳水化合物和脂肪,這與刁小琴等[22]和胡子璇等[43]的結論相符。

3 結論

本研究利用感官評價以及固相微萃取-氣相色譜-質譜聯用技術,采用熱圖結合ROAV法探究煎制成熟度對牛排揮發性風味物質和感官品質的影響。共檢測出揮發性風味物質100 種,包括烴類、醇類、醛類、酮類、酸類、酯類和其他類。七分熟牛排的感官評分最高,該成熟度揮發性風味物質含量與數量也為最高,說明七分熟牛排的風味能更大限度地體現出來。5 種成熟度樣品中分別檢測出20、20、19、20、17種關鍵風味物質,醛類物質種類最多,可能是煎制牛排風味形成的重要組成部分。聚類分析結果表明,關鍵揮發性風味物質ROAV聚類分析和感官評價的聚類分析比以揮發性風味物質含量為基礎的聚類更加合理;感官評價和ROAV聚類分析結果指出三分熟和五分熟、七分熟和九分熟這2組樣品的香氣成分較為接近,一分熟樣品與其他樣品具有顯著差異,說明煎制成熟度對牛排揮發性風味和感官品質影響較大。不同煎制成熟度牛排樣品間檢出的主要成分含量差異顯著,且蛋白質、碳水化合物、脂肪與牛排揮發性風味物質的形成密切相關。綜上,本研究初步分析了煎制成熟度對牛排揮發性風味物質和感官品質的影響,可為煎制牛排品質控制和進一步研究提供參考。