不同食用油制備酥肉揮發性風味物質的差異性分析

謝兆華,李洪軍,2,王琴,韓薇,柴利,賀稚非,2*

1(西南大學 食品科學學院,重慶,400715)2(重慶市特色食品工程技術研究中心,重慶,400715)

豬肉作為人類最主要的動物性食源之一,能為人體提供優質蛋白質和必需脂肪酸,國家統計局數據顯示,2022年我國豬肉產量5 541萬t,同比增長4.6%,豬肉作為我國消費最廣泛的肉類,其消費總量約占肉類消費總量的60%以上[1]。而酥肉作為一種傳統的油炸小吃,主要以豬肉為原材料,經過掛糊、油炸、蒸煮等工序制作而成,因其酥脆的口感和特殊的油炸香氣深受消費者喜愛。然而,對于酥肉的研究多集中于酥肉的掛糊組分[2]和制作工藝[3]對酥肉脆性和含油量的影響,對其風味的研究較少。

油炸是一種簡單快捷的烹飪方法,通常在120～200 ℃下進行。在此過程中,傳質和脂質交換是影響油炸食品質量的主要因素,通常會發生如脂質氧化、蛋白質變性、淀粉糊化、糖脫水和美拉德反應等化學變化,產生揮發性或非揮發性以及可溶性或非可溶性物質,使食物顏色變暗,產生香氣并形成獨特質地[4]。LUO等[5]研究發現相較于微波、水煮和蒸制等加熱方式,油炸能顯示出最獨特的香氣特征,且主要與煎炸油的氧化有關。而不同食用油中多不飽和脂肪酸的含量不同,油脂的氧化程度不同,對油炸食品風味的影響也不同[6]。ZHANG等[7]研究發現,使用大豆油和菜籽油油炸的樣品中含硫化合物的含量最高,葵花籽油炸制的樣品中醛類含量最高,而花生油炸制樣品中含氮雜環化合物的含量最高。李曉朋等[8]則發現使用豬油煎炸后熬制的魚湯中獨有的己醛、(E)-2-癸烯醛和2-戊基呋喃,賦予了脂香味和肉香味,而使用大豆油、花生油和橄欖油煎炸后熬制的魚湯中的特征風味物質(E,E)-2,4-癸二烯醛提供了濃郁的脂香。然而,現階段不同食用油對油炸食品風味的研究較多,對掛糊油炸食品風味的研究則多停留在不同面糊配方[9]對風味的影響,而不同食用油對掛糊油炸食品風味的研究目前尚未有報道。

本研究通過使用固相微萃取-氣相色譜-質譜聯用技術(headspace solid-phase micro-extraction and gas chromatography-mass spectrometry, HS-SPME-GC-MS)和電子鼻技術,以豬前腿肉為原料,在油炸過程中使用菜籽油、葵花籽油、花生油、玉米油和大豆油進行油炸,對其揮發性風味物質的組成及相對含量進行分析比較。并通過相對氣味活度值(relative odor activity value,ROAV)法,確定不同食用油油炸樣品的關鍵風味物質和具有重要修飾作用的物質。最后運用主成分分析(principal component analysis,PCA)法,對ROAV≥1的揮發性風味組分進行分析,確定不同食用油炸制酥肉的主體風味物質,以期分析油炸用油與酥肉風味之間的變化關系,為消費者更好地選擇合適的食用油炸制酥肉提供科學依據,也為開發和生產風味較好的酥肉提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

冷鮮豬前腿瘦肉、紅薯淀粉、木薯淀粉、泡打粉、雞蛋、花椒、辣椒粉、食鹽、十三香、味精、雞精等,重慶市北碚區永輝超市;麥芽糊精、羥丙基纖維素鈉(hydroxypropyl methyl cellulose,HPMC),河南萬邦化工科技有限公司;菜籽油,湖南巴陵油脂有限公司;葵花籽油,安徽中糧油脂有限公司;花生油,魯花濃香花生油有限公司;玉米油、大豆油,益海嘉里糧油工業有限公司。

1.2 儀器和設備

FA114A型分析天平,上海豪晟科學儀器有限公司;HH-4型數顯恒溫水浴鍋,常州普天儀器制造有限公司;GCMS-QP2010Plus型氣相色譜-質譜聯用儀,日本島津公司;CAR/PDMS型75 m萃取纖維頭、57330-U型SPME手動進樣手柄,美國Supelco公司;10 L-單缸炸爐,廣州佛洛麗斯廚具設備有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 樣品制備

樣品制備工藝流程如下:

原料肉處理→腌制→掛糊→預油炸→瀝油、冷卻→包裝→冷凍保藏→二次油炸→成品

原料肉處理:實驗前將豬前腿肉置于人工氣候箱中4 ℃下解凍2 h,切成3 cm×1 cm×1 cm的肉條,備用。

腌制:依據豬肉質量添加1.5%食鹽、2%料酒、1%醬油、0.3%味精、0.3%十三香、0.4%雞精、0.5%辣椒粉、0.8%花椒、0.3%復合磷酸鹽后抓勻,置于4 ℃人工氣候箱中腌制1 h。

掛糊:依照豬肉質量稱取9%紅薯淀粉、13%木薯淀粉、17%小麥面粉、6%麥芽糊精、19%全蛋液、36%水、0.25%食用小蘇打、0.2% HPMC混勻后將肉條浸沒。

預油炸:將置于糊料中的肉條取出瀝15 s,將其分別置于裝有菜籽油、葵花籽油、花生油、玉米油和大豆油的油鍋中160 ℃油炸120 s至表面微黃,撈出,瀝干,冷卻。

包裝、冷凍保藏:將預油炸后的產品于滅菌后的潔凈工作臺上進行分裝,封口后置于-18 ℃下貯藏7 d。

二次油炸:將置于-18 ℃下貯藏7 d后的半成品取出,分別在180 ℃的不同食用油中復炸60 s,用于后續測定。

實驗共分為6組,具體編號如表1所示。

表1 樣品編號及描述Table 1 Sample number and description

1.3.2 HS-SPME-GC-MS檢測條件

HS-SPME條件:稱取10 g樣品置于50 mL頂空瓶中,于60 ℃下平衡10 min,頂空萃取30 min,手動進樣于GC-MS進樣口處并解析5 min。

GC條件:DB-5MS毛細管柱(30 m×0.25 μm, 0.25 μm),進樣口溫度250 ℃,載氣為氦氣,流量1 mL/min,初始柱溫40 ℃,保持2 min,以5 ℃/min升溫至160 ℃,保持2 min,再以10 ℃/min升溫至250 ℃,保持2 min。

MS條件:電子電離源,電子能70 eV;離子源溫度250 ℃;質量掃描范圍為30～500m/z;接口溫度250 ℃,溶劑延長時間3 min。

揮發性風味物質定性定量分析:將質譜圖與NIST 17質譜庫進行比較,以此確定每組的揮發性化合物組分,再根據峰面積進行半定量分析,以此得到個各樣品的揮發性化合物的相對含量。

1.3.3 特征風味的確定

主體風味物質評價:采用ROAV法,以此評價測得的化合物。其中對樣品總體風味貢獻最大的化合物的ROAVmax=100,其他化合物貢獻值的計算如公式(1)所示:

(1)

式中:ROAVi,第i個揮發性化合物的相對氣味活度值;Ci,第i個揮發性化合物的相對含量;Cmax,對樣品風味貢獻最大揮發性化合物的相對含量;Ti,第i個揮發性化合物的感覺閾值;Tmax,對樣品風味貢獻最大的揮發性化合物的感覺閾值。

1.3.4 電子鼻檢測

稱取2 g樣品,于25 mL頂空瓶中,置于75 ℃水浴鍋中頂空加熱5 min,手動注射進樣,每個樣品平行測定3次。主要實驗參數:清洗時間120 s,數據采集時間120 s,氣體流速1 L/min。所用電子鼻設備由10個傳感器組成,分別對不同物質敏感,如表2所示。

表2 電子鼻傳感器敏感物質Table 2 Sensitive substances of electronic noise sensor

1.4 數據處理

采用Excel 2016繪制表格,采用Origin 2021軟件進行作圖,采用SPSS 22.0進行差異性顯著性分析和PCA,當P<0.05為差異顯著。

2 結果與分析

2.1 不同食用油炸制酥肉中揮發性風味物質整體分析

由表3可知,5個油炸實驗組和未油炸組(CK組)中共檢測出111種揮發性物質,其中醚類3種、烴類46種、芳香族化合物3種、醇類16種、醛類13種、酮類10種、雜環類化合物12種、酯類8種。其中A、B、C、D、E組中分別檢測出49、42、54、43、45種揮發性化合物,CK組中檢測出50種揮發性化合物。

表3 不同食用油炸制的酥肉中揮發性成分及相對含量Table 3 Volatile components and relative contents of fried crisp meat with different edible oils

由圖1可知,CK組中烴類物質種類和相對含量較高,且經油炸后烴類種類和相對含量均有所減少,醛類化合物的相對含量有所增加。這說明油炸加工會使醛類化合物含量增多、烴類化合物含量減少。此外,A組中醛類化合物含量最高,相對含量高達37.99%;B、D組醇類化合物相對含量較高,分別為14.76%和16.80%;C、E組雜環類化合物的含量較高;分別為28.40%和21.69%。

a-揮發性物質數量;b-相對含量圖1 不同食用油炸制酥肉中揮發性物質數量及相對含量Fig.1 Quantity and relative content of volatile substances in fried crisp meat with different edible oils

2.2 不同食用油炸制酥肉中各類揮發性成分的比較分析

2.2.1 醛類風味物質分析

醛類化合物是大多數煎炸油中的主要熱解化合物,通過烷氧基的β裂解獲得[10],醛類物質感覺閾值較低,感官特征與脂肪香氣有關,對風味的貢獻較大。由表3可知,6種樣品中均檢測出壬醛。壬醛具有柑橘、油炸和清香味,被確定為豬肉中的重要香氣化合物,但其濃度過高時,可能會呈現較重的動物油脂味[11]。與未油炸相比,經過油炸后酥肉中壬醛含量增多,且A組樣品中壬醛含量顯著高于其他組(P<0.05),這可能是由于壬醛直接來源于加工過程中油酸的β-氧化[12],而菜籽油中油酸含量較高[13]。

5種油炸樣品中共有的醛類化合物有9種,分別為苯乙醛、庚醛、(E)-2-辛烯醛、壬醛、(E)-2-壬烯醛、(E,E)-2,4-壬二烯醛、癸醛、(E,E)-2,4-癸二烯醛和2-十三(碳)烯醛,這些化合物大多是由不飽和脂肪酸加熱后氧化形成[14]。有研究表明,不飽和脂肪酸含量越高,醛類的形成就越高,這是由于不飽和脂肪酸,如亞油酸和亞麻酸,其存在的多重雙鍵結構更容易被氧化,因此富含亞油酸和亞麻酸的油脂在醛類化合物中能顯示出較高的濃度[15]。飽和脂肪醛庚醛、壬醛、癸醛會產生蠟質、花香、柑橘、明顯的脂肪香氣和清香味[11];(E)-2-辛烯醛、(E)-2-壬烯醛、(E,E)-2,4-癸二烯醛、(E,E)-2,4-壬二烯醛等烯醛和二烯醛會產生油脂味、油炸香、清香等香味。此外,美拉德反應的產物苯乙醛會產生陳舊的蜂蠟樣氣味,可能會導致異味,并降低產品的感官評分[16]。而A組和C組樣品中還檢出較高含量的辛醛,辛醛具有草香味和脂肪香氣,但其感官閾值較其他烯醛較高,對風味貢獻不大。

2.2.2 醇類風味物質分析

與醛類化合物相比,醇類化合物的氣味閾值相對較高,對酥肉風味的貢獻相對較小。油炸組和CK組中均檢出芳樟醇、4-萜烯醇和α-松油醇。芳樟醇具有甜味、花香和苦橙葉的氣味,其感覺閾值極低,對風味的貢獻極大;4-萜烯醇由芳樟醇在酸性條件下的降解產生[17],具有果香、柑橘香、木質香和油脂味。ZHANG等[11]研究發現,芳樟醇和4-萜烯醇的產生可能與加工過程中使用的當歸、陳皮、胡椒、八角茴香、肉桂、豆蔻等香料有關,但其對熱敏感,這可能是油炸組中芳樟醇和4-萜烯醇的相對含量顯著低于未油炸組的原因(P<0.05)。5種油炸樣品中共有的醇類化合物有6種,分別為1-辛烯-3-醇、芳樟醇、4-萜烯醇、α-松油醇、2,4-二甲基環己醇和4-乙基環己醇,其均來自與脂肪的氧化分解。1-辛烯-3-醇是由油酸、亞油酸、亞麻酸或花生四烯酸氧化產生的一種不飽和醇,具有類似蘑菇的氣味[5,12],通常被認為是導致肉制品風味消失的重要因素[14]。

2.2.3 烴類風味物質分析

烴類來源于脂質的氧化降解,而支鏈烴類來源于支鏈芳香酸的氧化[11],但這些化合物的感官閾值較高,通常對風味的影響較小。A、B、C、D和E組中烴類揮發性化合物的相對含量分別為30.68%、37.03%、24.25%、39.00%、32.75%,而CK組中烴類物質相對含量為65.41%,顯著高于油炸組(P<0.05)。油炸組烴類物質種類和相對含量均有所降低可能是由于烷烴類物質的沸點相對較低,且與炸制溫度接近,在油炸過程中大量揮發[8]。5種油炸樣品中共檢出烴類化合物23種,其中共有的烴類化合物僅有5種,分別為2,3-二甲基戊烷、十三烷、(+)-檸檬烯、β-石竹烯和α-蒎烯。β-石竹烯具有堅果味和油脂味;(+)-檸檬烯由豆蔻、肉桂和其他腌制香料形成[12],具有辛辣、胡椒以及木質味;α-蒎烯具有花香,丁香香氣;而正十三烷、十四烷、十五烷、十六烷、十九烷等直鏈烷烴化合物的生成多與高溫處理樣品有關,其感覺閾值多較高,對風味貢獻較小[1]。

2.2.4 雜環類化合物風味物質分析

雜環類化合物是油炸食品中另一類典型的揮發性化合物,主要通過碳水化合物的熱降解、氨基酸與還原糖之間的美拉德反應以及脂質氧化產生[8]。CK組中未檢測出雜環類化合物,而5種油炸樣品中雜環類化合物含量較高,C組樣品中雜環類化合物含量最高,相對含量為28.4%。這可能是由于花生油單獨加熱時,其風味物質中雜環類化合物相對含量占比高達81.88%[18],而食品原料在油炸過程中發生水油置換,并賦予食品特殊的風味香氣[4-5]。5種油炸樣品中共有的雜環類化合物僅有2種,分別為2,3-二甲基-5-乙基吡嗪和3-乙基-2,5-甲基吡嗪。具有低氣味閾值的吡嗪類物質對美拉德反應產物的整體感官風味有顯著貢獻,是油炸食品產生肉類、焙烤、堅果味等特征風味的主要香氣化合物[10]。此外,除A組外,其他油炸樣品中均檢出2-正戊基呋喃,且相對含量較高。2-正戊基呋喃通常由亞油酸甲酯氫過氧化物降解產生,能賦予食物果味、花香、黃油味、清香和豆香,且已被公認為某些熱加工肉制品整體氣味的貢獻者[19]。

2.2.5 酮類、酯類、醚類風味物質分析

酮類化合物與醛類化合物相同,是美拉德反應系統中重要的風味前體,與脂質氧化有關,其主要來源于飽和脂肪酸的熱過氧化、氫過氧化物的酮-烯醇互異構化、碳氫化合物的進一步氧化、不飽和脂肪酸過氧化物的分解和分子內的電子重排[5]。在6種樣品中檢測出的酮類化合物各不相同,且相對含量均在1%左右,這些化合物通常與奶油和水果的風味特征相關,并在很大程度上促進了肉的香氣[12]。但酮類化合物的感覺閾值較高,對風味的貢獻不大。酯類化合物主要來源于羧酸和醇的酯化反應,具有令人愉悅的香氣[18]。6種樣品中檢測出的酯類化合物有8種,A、B組中酯類含量較高,分別為14.45%和20.13%,但其感覺閾值相對較高,對風味的貢獻較小。絕大多數醚類化合物會產生令人愉悅的香氣[20],6種樣品中均檢測出草蒿腦,未油炸組中相對含量較高,為26.49%,而草蒿腦主要來源于香辛料,具有一定的甜味。

2.3 不同食用油炸制的酥肉特征揮發性成分分析

計算油炸組(A、B、C、D、E組)的ROAV,并進一步明確其關鍵風味物質。一般認為ROAV≥1時,該揮發性組分對總體風味物質起主體作用,且ROAV越大,說明該化合物對樣品的風味貢獻作用越大;而0.1≤ROAV<1的物質為對樣品總體風味起到修飾作用的化合物[21]。在A組中,異戊醛對樣品揮發性風味物質的貢獻最大,因此定義異戊醛為ROAVstan1=100;(E,E)-2,4-壬二烯醛和(E)-2-壬二醛分別為B、E組和C、D組中貢獻最大的揮發性風味物質,分別定義為ROAVstan2=100和ROAVstan3=100。保留ROAV≥0.1的揮發性風味物質如表4所示。

表4 不同食用油炸制的酥肉中揮發性物質的ROAV及氣味描述Table 4 ROAV and odor description of volatile substances in fried crisp meat with different edible oils

由表4可知,A、B、C、D、E組中起主體作用的物質(ROAV≥1)分別有10、8、8、10、8種,而對風味起到修飾作用的化合物(0.1≤ROAV<1)有8、5、6、6、7種,主要為醛類、醇類和吡嗪類物質。這可能是高溫下油脂中脂肪酸熱裂解和熱氧化后生成的醛類、醇類物質較多,且淀粉基食物在高溫下發生的美拉德反應產生的吡嗪類物質較多[22]。A組中的關鍵風味物質主要集中在芳樟醇、異戊醛和壬醛上,其ROAV均大于50,壬醛能帶來脂肪氣息和果味,芳樟醇能提供一定的草本味和蘑菇味,但異戊醛的存在可能會帶來濃郁的焦味;B組和C組的關鍵風味物質主要集中于(E)-2-壬二醛和(E,E)-2,4-壬二烯醛,能為樣品提供脂肪氣息和烤堅果味;D組和E組的關鍵風味物質主要集中于(E)-2-壬二醛、(E,E)-2,4-壬二烯醛和芳樟醇,且E組中芳樟醇對風味的貢獻較大。這說明不同油脂對酥肉的整體風味均提供了一定的脂肪氣息,但菜籽油制作的樣品焦味較重,與其他樣品風味差異較大。除醛類物質外,吡嗪類物質的ROAV也有所不同。2-乙基-5-甲基吡嗪能在A、B、D、E組中起到修飾作用;2-乙基-3-甲基吡嗪在E組中起到修飾作用而為A、C、D組提供主體風味,且在D組中貢獻了更多的堅果味;3-乙基-2,5-甲基吡嗪則僅在A組中提供主體風味,在其他4組中起到修飾作用。這說明與其他組相比,A組和D組樣品烤堅果和可可風味更為明顯。

2.4 不同食用油制備酥肉揮發性風味物質的PCA

PCA是通過確定幾個能代表樣本中絕大多數數據的主成分因子,并根據主成分因子對不同樣本的貢獻率來評價樣本之間的差異性和規律性的一種統計方法,通常要求累計貢獻率達到85%以上[23]。對表4中對樣品整體風味輪廓有重要影響的11種揮發性成分(ROAV≥1)進行PCA,結果如圖2所示。其中PC1、PC2、PC3、PC4的方差貢獻率分別為62.412%、18.027%、11.384%、8.177%,累計貢獻率為91.82%(>85%),即這4個主成分能夠表示這11種主體風味物質91.82%的綜合信息。

圖2 不同食物油炸制的酥肉的PCA圖Fig.2 PCA plot of fried crispy meat made from different edible oils

對于PCA圖來說,不同樣品之間的距離越遠,說明樣品之間風味的差異越大,且樣品的分布區域和某種揮發性風味物質的分布越接近,說明該物質對該樣品的風味貢獻越大。如圖2所示,不同樣品位于不同區域,說明不同食用油制備酥肉的揮發性風味物質之間存在較大差異。其中,A組位于第4象限,與其他組距離較遠,說明使用菜籽油制備的酥肉其揮發性風味物質的差異性較大,芳樟醇、壬醛、異戊醛和3-乙基-2,5甲基吡嗪為其主要揮發性風味物質。B組和E組均位于第3象限,說明葵花籽油和大豆油制備的酥肉揮發性物質組分和相對含量相似度較高,其主要揮發性化合物為癸醛和(E,E)-2,4-癸二烯醛。C組位于第2象限,(E)-2-壬醛和(E)-2-辛烯醛分布于其附近,對風味貢獻較大。而D組位于第一象限,苯乙醛、(+)-檸檬烯和2-乙基-3-甲基吡嗪是其主要揮發性風味物質。整體來看,PCA能很好地對不同樣品的風味進行區分,且不同食用油制備樣品的揮發性風味差異明顯,大豆油和葵花籽油制備樣品的風味較為接近。

2.5 電子鼻分析

電子鼻技術被定義為由具有部分特異性的電子化學傳感器陳列和能夠識別簡單或復雜氣味的適當模式識別系統組成的儀器,具有分析速度快、不損壞原材料的優點[24]。由圖3可知,5組樣品在10個傳感器上的反映信號強度不同,但B組和E組的樣品輪廓和響應值較為相似,說明這2組的風味較相似。5組樣品在W5S傳感器上的響應值均較低,而在W3C、W1W和W1S傳感器上的響應值較高,這說明使用不同食用油制備的樣品其在主要氣味特征值上存在一定的相似性,且5組樣品中氮氧化物的含量均較少,而烴類化合物的含量較高。此外,C、D組在傳感器W1W和W2W上的響應值較高,在W2S上的響應值較低,說明這兩組樣品中芳香族化合物、呋喃類和吡嗪類的含量較多,而醇類、醛類和酮類化合物的含量較少。而A組在W2S傳感器上的響應值明顯高于其他組,說明醇類、醛類和酮類化合物的含量較高,可能與菜籽油中油酸含量較多,且高溫下不穩定易分解產生醛、酮等小分子物質有關[6,13]。

圖3 不同食物油炸制的酥肉的電子鼻傳感器響應值雷達圖Fig.3 Radar map of response value of electronic nose sensor for fried crispy meat of different edible oils

對不同食用油制作的酥肉的電子鼻結果進行PCA,其中PC1、PC2、PC3、PC4方差貢獻率分別為42.96%、26.16%、14.23%、6.82%,累計方差貢獻率為90.17%,說明這4種因子能反映酥肉在氣味上90.17%的主要特征信息。由圖4可知,除B、E組外,其他3組均位于坐標軸的不同象限,說明其風味物質組成存在一定的差異;而B、E組均位于第2象限,說明使用葵花籽油和大豆油制作的酥肉其風味組成和含量較為相似。此外,A、D組距離其他組較遠,說明使用菜籽油或玉米油制作的酥肉其揮發性風味物質與其他組相比差異性較大。綜合來看,電子鼻能區分不同油脂制備的樣品,且揮發性風味物質的豐度表現與GC-MS的檢測結果基本一致。

圖4 不同食用油制作的酥肉電子鼻PCA結果Fig.4 PCA results of electronic nose on fried crispy meat made from different edible oils

3 結論與討論

本研究主要采用HS-SPME-GC-MS技術對不同食用油制備酥肉的揮發性組分進行分析,在CK組和5種食用油制備的酥肉中共鑒定出111種揮發性化合物,包括醇類、醚類、醛類、烴類、酮類、酯類、雜環類化合物和芳香族化合物8個類別。且油炸能增加酥肉醛類和雜環類化合物的含量,降低烴類含量,賦予酥肉油炸食品特有的脂肪氣息。進一步對5種油炸樣品進行PCA發現,使用不同食用油制備酥肉的揮發性風味物質存在差異,但使用葵花籽油和大豆油制備的酥肉其揮發性風味物質較為接近。電子鼻也能有效區分不同油脂制備酥肉的揮發性風味物質,其傳感器響應值結果與HS-SPME-GC-MS的結果基本一致。綜合來看,不同食用油制備酥肉的揮發性風味物質存在差異,可能主要與油脂在高溫條件下產生的脂香類物質和油脂與酥肉外殼面糊發生的美拉德反應等變化有關。

本文以不同食用油炸制的酥肉為研究材料進行研究,分析了不同油脂對酥肉風味的影響,為研究煎炸用油和掛糊油炸食品風味之間的關系奠定基礎,對酥肉產品以及掛糊油炸食品的生產加工具有一定的參考意義。