GC-MS結合電子鼻分析溫度對肉味香精風味品質的影響

李迎楠，劉文營，成曉瑜*（北京食品科學研究院，中國肉類食品綜合研究中心，國家肉類加工工程技術研究中心，北京 100068）

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GC-MS結合電子鼻分析溫度對肉味香精風味品質的影響

李迎楠，劉文營，成曉瑜*
（北京食品科學研究院，中國肉類食品綜合研究中心，國家肉類加工工程技術研究中心，北京 100068）

以肉味香精為研究對象，從感官品質、揮發性風味物質組成和電子鼻分析角度研究不同反應溫度對其風味品質的影響。結果表明，不同溫度條件下肉味香精在感官評價、揮發性風味物質等方面都有較大的差異性。105 ℃條件下的肉味香精產品風味和口感相對較好；經氣相色譜-質譜聯用儀分析，該條件得到的肉味香精中揮發性物質相對含量較高，達到93.62%，其中具有特征風味的吡嗪類化合物高達8.19%，醛、酮類化合物的相對含量較高；在此條件下得到的肉味香精，色澤呈現深褐色，香味濃郁，回味悠長。運用電子鼻技術分析發現，不同溫度條件下樣品存在顯著性差異，風味有所改變。

肉味香精；揮發性風味物質；溫度；美拉德反應

美拉德反應是發生在氨基酸的氨基組分與還原糖的羰基之間的熱反應，以動物和植物蛋白作為原料通過美拉德反應形成自然風味的天然香料日益受到關注，通過美拉德反應制備的肉味香精現已被廣泛用于肉類食品的加工，風味改善及增香［1］。

美拉德反應受到許多環境因素的影響，其中不同反應溫度形成的風味物質有很大的差異，Lin等［2］研究發現美拉德反應產物隨著烘焙溫度和時間的延長而增多。Karangwa等［3］研究發現向葵粕多肽中添加D-木糖和半胱氨酸在120 ℃條件下美拉德反應產物具有更明顯的肉香風味，且升高溫度會加速高分子肽降解。Jiang Zhangmei等［4］研究發現隨著溫度的升高，半乳糖-牛酪蛋白肽美拉德反應的褐變程度及游離氨基含量也隨之增加。Aurea等［5］研究發現燒烤和煎漢堡中心溫度低于90 ℃時主要形成呋喃素，當溫度達到90～100 ℃時，呋喃素含量減少36%，熒光化合物增加了98%，同樣的溫度采用水煮處理則美拉德反應產物很少。鄭曉杰等［6］以雞骨為原料，研究發現隨著溫度的升高，雞骨酶解液-木糖美拉德反應產物中多數游離氨基酸含量顯著降低，其損失率總體上與溫度呈現正相關，其中丙氨酸、色氨酸、蘇氨酸和亮氨酸等損失率高達50%以上。章銀良等［7］研究發現不同溫度條件下的酪蛋白-木糖美拉德反應褐變程度隨著溫度的升高而增加，在100～160 ℃范圍內差異顯著（P＜0.05），酪蛋白-木糖美拉德反應產物抗氧化物質主要是醛類、酮類、酚類、烯烴和雜環類物質。

目前，國內外研究多集中于溫度對美拉德反應產物化學性質變化的影響，包括褐變程度、游離氨基酸含量及抗氧化性等，或是通過改變處理條件優化美拉德反應，而關于反應溫度對制備肉味香精風味影響的研究相對較少。常規的肉味香精制備多選用牛肉酶解物［8-10］，通過添加適量的牛骨酶解物制備肉味香精的研究，對牛的副產物綜合利用具有更深的意義。

本研究利用食品級生物酶試劑制備牛肉酶解物及牛骨酶解物，通過氣相色譜-質譜（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）聯用、電子鼻等高科技分析手段，分析不同溫度對肉味香精風味品質的影響，優選出適宜的反應溫度，為肉味香精的開發及其產業化提供理論技術支持。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

牛肉、牛骨 市購；復合動物蛋白酶（食品級，酶活力8.9×104U/g）、風味蛋白酶（食品級，酶活力4.2×104U/g） 諾維信（中國）投資有限公司；木糖、葡萄糖、酵母提取物、半胱氨酸、水解植物蛋白（hydrolyzed vegetable protein，HVP）、丙氨酸、甘氨酸均為食品級。

1.2 儀器與設備

TRACE 1310 GC-TSQ8000 MS聯用儀 美國Thermo公司；PEN3型便攜式電子鼻傳感器 德國Airsense公司；SHB-Ⅲ循環水式多用真空泵 鄭州長城科工貿有限公司；LGJ-30D冷凍干燥機 北京四環科學儀器廠有限公司。

1.3 方法

1.3.1 牛骨酶解物制備

［11］方法，并稍作修改。取新鮮牛骨，去肉破碎后加熱至110 ℃，保溫15 min；除去油脂后取下層骨渣進行酶解，酶解溫度為60 ℃，料液比為1∶1（g/g），復合動物蛋白酶15 mg/g，酶解4 h；風味蛋白酶10 mg/g，酶解2 h后終止反應；將酶解液真空抽濾、取濾液凍干成粉后備用。

1.3.2 牛肉酶解液制備

參考文獻［12］方法，并稍作修改。稱取50 g新鮮牛肉，按肉水比1∶1（g/g）加入水，經組織搗碎機攪碎，加入0.2 g風味蛋白酶，55 ℃酶解4 h后終止反應，冷卻至室溫備用。

1.3.3 美拉德反應制備肉味香精

取牛肉水解液50 g，加入木糖5 g、葡萄糖2 g、酵母1 g、半胱氨酸5 g、牛油5 g、HVP 30 g、丙氨酸1.5 g、甘氨酸3 g、牛骨酶解物2 g混合均勻，美拉德反應時間為75 min，考察反應溫度（90、95、100、105、110 ℃）對肉味香精風味品質的影響。

1.3.4 固相微萃?。╯olid phase microextraction，SPME）法

取1 mL肉味香精樣品裝入SPME小瓶，將小瓶放入50 ℃水浴鍋中平衡30 min，將已老化好的SPME針頭插入樣品瓶中，使石英纖維頭暴露于頂空的氣體中，萃取30 min后，將吸附了分析組分的萃取頭插入GC-MS進行分離和分析［12］。

1.3.5 GC-MS測定方法

G C條件：色譜柱D B-Wa x極性柱（3 0 m× 0.25 mm，0.25 μm）；載氣He（99.99%）；流速1.0 mL/min。升溫程序：進樣口溫度250 ℃；柱溫起始35 ℃保持3 min，以5 ℃/min升溫到200 ℃，再以10 ℃/min升到250 ℃保持5 min。

MS條件：傳輸線溫度260 ℃；離子源溫度280 ℃；質量掃描范圍40～600 u；掃描方式為全掃描。

1.3.6 電子鼻傳感器檢測

PEN3型電子鼻傳感器由10 種金屬氧化物半導體型化學傳感元件組成，如表1所示，每種傳感元件對應的敏感物質類型不同。不同反應溫度得到的美拉德反應產物不同，進而影響風味物質的種類和含量，在傳感器上呈現不同的氣味感應信號［13-14］。

準確量取1 mL肉味香精，放入樣品瓶，25 ℃恒溫環境平衡2 h，運用PEN3型電子鼻傳感器對不同樣品進行檢測。傳感型號在60 s后基本穩定，選定信號采集時間為70 s。每種樣品分別做5 次平行重復。

表1 化學傳感器對不同物質的響應類型Table 1 Chemical sensors corresp on d in g to different typess of vo latile substan ce s

1.3.7 感官評價

由15 人組成的感官評定小組，采用接受性檢驗法［15］，將不同溫度條件下的肉味香精稀釋同一體積分數，將樣品進行編號，按照個人喜好程度進行打分，評分指標包括色澤、肉香味、焦香味、咸味、回味。計分采用10 分制。感官評定具體標準如表2所示。

表2 感官評價標準Table 2 Criteria for sensoryevaluati on of Mailardreacti on p roducts

1.4 數據處理

風味組分的MS分析：根據所得MS圖，通過檢索NIST和Willey譜庫，對不同溫度條件下美拉德反應產物的揮發性組分進行定性分析，其中化合物的確定以匹配度和反匹配度均大于800為準，并根據面積歸一化法求得各成分的相對含量。

電子鼻數據分析：運用Winmuster軟件對數據進行主成分分析（principal component analysis，PCA）和線性判別分析（linear discriminant analysis，LDA）。

感官評價數據分析：運用SPSS軟件對感官數據進行標準差分析。

2 結果與分析

2.1 不同反應溫度肉味香精感官評價結果

如表3所示，不同溫度條件下肉味香精在色澤、香味、回味、焦味方面具有一定的差異性。105 ℃條件下的肉味香精色澤呈現深褐色、香味更加濃郁、回味悠長，且無焦味，其評價結果要顯著優于其他條件（P＜0.05）。其中，100 ℃條件下被描述為咸味更突出，但其色澤及香味指標低于105 ℃，而90 ℃和110 ℃則表現出較差的評分，其中110 ℃具有明顯的焦味，可能是由于在同一時間條件下溫度過高引起的，90 ℃條件下肉味香精色澤呈現為淺褐色，香味不夠突出，可能是由于反應不夠充分。綜上所述，105 ℃條件下肉味香精整體感覺相對較好，最容易被接受，其次為100 ℃。

表3 感官評價結果Table3 Results of sensory analysis of Mailardreacti on products ob ta in ed atd ifferent reacti on temp eratures

2.2 不同反應溫度肉味香精風味物質分析

圖1 不同溫度條件下GC-MS總離子流圖Fig.1 GC-MS total ion current chromatograms of Mailard reaction products obtained at different reaction temperatures

表4 不同 溫度 條件 下揮 發性 風味 物質 分析Table4 Analysis of volatileflavorcompounds in Mailard reacti on produ ctsobta in ed atd ifferent reacti on temp eratures

續表4

續表4

表5 不同 溫度 條件 下揮 發性 風味 物質 相對 含量 對比Table 5 Relativec on tents of v olatileflavor compounds in Mailard re ac ti on p ro du cts ob ta in e d at di ffer en tr eacti on tem pe ra tures

由表4、5可知，不同溫度條件下肉味香精經GC-MS分析，從90、95、100、105、110 ℃條件下分別檢測出37、44、39、46、42 種揮發性風味成分，相對含量分別為89.52%、92.15%、93.62%、93.75%、93.67%，而研究［12，16］發現，牛骨酶解物中添加還原糖、氨基酸等物質進行美拉德反應，得到的揮發性化合物多為60 種以上，本研究得到的揮發性風味物質種類較少，但相對含量較高。揮發性風味物質的總量由高到低依次為105 ℃＞110 ℃＞100 ℃＞95 ℃＞90 ℃，其中反應溫度105 ℃條件下揮發性風味物質相對含量高達93.75%。醇類化合物對食品的風味貢獻很小，其作用主要體現在感官分析方面，且對美拉德反應產物的總體氣味有協同效應［17］。例如糠醇具有焦糖香、甜香及咖啡香等氣味，且相對含量較高。反應溫度100、105 ℃和110 ℃條件下醇類化合物相對含量較高，且較為接近，這與感官分析結果較為接近。這表明反應溫度對肉味香精中醇類化合物影響較大。醛、酮類化合物是由美拉德反應引起脂肪酸降解產生的［18］，使肉味香精的風味更加圓潤、有層次感，其對產品中肉香味的構成起到不可替代的作用［19］。本研究中羰基類化合物相對含量較高，這與相關文獻［20］研究結果較為一致，其中醛類化合物中相對含量較高的2-甲基丁醛具有果香、堅果香及青香風味，苯甲醛、苯乙醛可能賦予產物脂香風味。而酮類化合物中3-羥基-2-丁酮具有甜香，并帶有脂肪的油膩氣息；2-甲基四氫呋喃-3-酮具有果香、豆香及青香；2-乙?；秽?-甲基-2-乙?；秽哂锌鞠?、煙熏香、清甜及烤面包的氣味［21］，二者在110 ℃條件下未檢出。反應溫度為105 ℃條件下醛、酮類化合物種類最多，這與感官分析結果一致，而110 ℃條件下醛、酮類化合物相對含量最低。

酸類化合物可能是由相應的醇、醛在美拉德反應過程中高溫氧化得到的，也可能是由長鏈脂肪酸降解生產的。5 種反應溫度條件下，除110 ℃外其余溫度酸類化合物相對含量相差不大，其中相對含量較高的乙酸具有刺激、尖酸的氣息，105 ℃條件下的酸類化合物種類相對較多，酸類化合物對整體的香氣貢獻不大。

酯類化合物主要是游離的脂肪酸和脂肪氧化產生的醇酯化產生的。張佳敏等［22］研究發現酯類化合物在檢測到的風味物質中占有較大比例，而本研究中相對含量較低，可能是由于原料的差異性，以豬肉、羊肉為原料制作的香精中酯類化合物含量高于牛肉，其中相對含量較高的乙酸酯類具有愉快的水果香氣；而γ-戊內酯具有果香及甜香。除90 ℃外其余溫度條件下酯類化合物含量及種類相差不大。含氮類、含硫類化合物在美拉德反應產物中多具有烤肉香氣，共同構成了肉味香精的特征風味［23］。具有堅果味和烤香味的含氮吡嗪類化合物是揮發性風味成分中的重要組分。研究發現，肉味香精中雜環類化合物中主要有吡咯類、噻唑類和吡嗪類，本研究中檢測出豐富的吡嗪類，這可能是區別于其他香精的突出風味物質，吡咯類相對含量較少，且未檢測出噻唑類化合物。吡嗪類化合物受溫度、時間、pH值及前體物質的量等諸多因素影響，pH值偏高環境中可能促進吡嗪的生成，氨基酸和還原糖可分別為吡嗪的生成提供氮和碳原子［24］。其中相對含量較高的2-甲基吡嗪具有堅果香及烤香；2，3-二甲基吡嗪具有可可、咖啡及面包樣氣味，反應溫度為105 ℃及110 ℃時，吡嗪類化合物種類相對較多，且反應溫度為105 ℃時吡嗪類化合物相對含量最高達到8.19%，這與感官評價結果相一致。因此該條件下肉味香精烤香味較為明顯，同時含硫類化合物也是肉類風味的重要貢獻者。

醚類、酚類化合物檢測出的種類較少，二糠基醚具有咖啡、榛子、堅果香氣，而愈創木酚具有可口的肉香及煙熏味；2，6-二甲氧基苯酚具有甜香、木香及煙熏香［21］。綜合上述分析得到，反應溫度為105 ℃條件下，美拉德反應制備的肉味香精的揮發性物質相對含量較高，其中具有特征風味的吡嗪類化合物、醛、酮類化合物的相對含量較高，結合感官評價分析，肉味香精在該反應條件下較為適宜。

2.3 電子鼻測定結果

圖2 不同溫度條件下肉味香精的P CA（ A）和 LD A（ B）Fig.2 PCA analysis （A） and LDA analysis （B） of Mailard reaction products obtained at different reaction temperatures

利用電子鼻技術從整體香氣成分水平上對不同溫度條件下肉味香精進行PCA和LDA。PCA轉換中得到的PC1 和PC2的貢獻率越大，則主要成分可以更好地反映多指標信息［25］。如圖2A所示，PC1、PC2的方差貢獻率分別為53.13%和27.58%，PC1、PC2的總貢獻率為80.71%，且不同溫度條件處理組之間無重合區域，數據點均分布在各自的區域內，說明不同溫度條件下肉味香精的主成分之間有顯著性差異。如圖2B所示，LD1、LD2的方差貢獻率分別為87.77%和6.59%，LD1、LD2的總貢獻率為94.36%，其中110 ℃與其他溫度條件之間距離較遠，說明110 ℃與其他溫度條件主成分有明顯差異。因此，采用PCA和LDA方法，能夠區分出這5種溫度條件下樣品存在顯著性差異，風味有所改變。

3 結 論

不同溫度條件下肉味香精在感官評價、揮發性風味物質等方面都有較大的差異性，可見溫度對肉味香精的風味品質有很大的影響。感官分析結果表明，105 ℃條件下的肉味香精產品風味和口感相對較好，最容易被接受；GC-MS分析結果顯示，反應溫度為105 ℃條件下，肉味香精中揮發性物質相對含量較高，達到93.62%，其中具有特征風味的吡嗪類化合物、醛、酮類化合物的相對含量較高，結合感官評價分析，肉味香精在該反應條件下較為適宜；運用電子鼻技術分析發現，不同溫度條件下樣品存在顯著性差異，風味有所改變。在此條件下得到的肉味香精，色澤呈現深褐色，香味濃郁，回味悠長。

目前，美拉德反應制備香精的反應溫度各有不同。本研究通過對美拉德反應產物風味品質進行分析，判斷出較為適宜的反應溫度，同時得到風味較好的肉味香精，為肉味香精的自動化生產提供一定的理論參考，有關其他因素（反應時間、pH值等）對反應產物風味的影響有待進一步研究。

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Effect of Temperature on Sensory and Flavor Characteristics of Maillard Reaction Products Derived from Bovine Bone Hydrolsate as Analyzed by GC-MS and Electronic Sensor

LI Yingnan， LIU Wenying， CHENG Xiaoyu*
（Beijing Academy of Food Sciences， China Meat Research Center， China Meat Processing and Engineering Center，Beijing 100068， China）

The effect of different reaction temperatures on sensory quality and volatile flavor compounds of Maillard reaction products （MRPs） derived from bovine bone hydrolysate was determined by gas chromatography-mass spectrometry （GC-MS） and electronic nose.The results showed that MRPs generated at different temperatures exhibited high variability in sensory quality and volatile flavor.The meat flavor produced at 105 ℃ had obvious advantages in the terms of flavor and taste.In the meantime， it contained much more volatile flavor substances， which could reach 93.62% as detected by GCMS.In particular， pyrazine compounds as characteristic flavor components accounted for 8.19%.The contents of aldehydes and ketones were higher as well.The meat flavor manufactured under this condition was dark brown， and had full bodied fragrance and a lasting aftertaste.At the same time， electronic nose analysis revealed that products obtained at different reaction temperatures had significant differences in volatile flavor composition.

meat flavor； volatile flavor composition； temperature； Maillard reaction

10.7506/spkx1002-6630-201614018

TS251.94

A

1002-6630（2016）14-0104-06

李迎楠， 劉文營， 成曉瑜.GC-MS結合電子鼻分析溫度對肉味香精風味品質的影響［J］.食品科學， 2016， 37（14）: 104-109.

DOI:10.7506/spkx1002-6630-201614018. http://www.spkx.net.cn

LI Yingnan， LIU Wenying， CHENG Xiaoyu.Effect of temperature on sensory and flavor characteristics of Maillard reaction products derived from bovine bone hydrolsate as analyzed by GC-MS and electronic sensor［J］.Food Science， 2016， 37（14）: 104-109.（in Chinese with English abstract） DOI:10.7506/spkx1002-6630-201614018. http://www.spkx.net.cn

2015-11-26

公益性行業（農業）科研專項（201303082）；“十二五”國家科技支撐計劃項目（2012BAD28B09）

李迎楠（1989—），女，工程師，碩士，研究方向為副產物綜合利用。E-mail：liyingnan_love@126.com

*通信作者：成曉瑜（1972—），女，高級工程師，碩士，研究方向為副產物綜合利用。E-mail：chxyey@aliyun.com