孟　一,張玉華,,*,姜沛宏,陳東杰,張應(yīng)龍,,張詠梅

(1.山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,山東省農(nóng)產(chǎn)品貯運(yùn)保鮮技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東濟(jì)南 250103;2.國家農(nóng)產(chǎn)品現(xiàn)代物流工程技術(shù)研究中心,山東濟(jì)南 250103)

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牛肉貯藏過程中的揮發(fā)性成分分析

孟一1,張玉華1,2,*,姜沛宏2,陳東杰2,張應(yīng)龍1,2,張詠梅1

(1.山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,山東省農(nóng)產(chǎn)品貯運(yùn)保鮮技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東濟(jì)南 250103;2.國家農(nóng)產(chǎn)品現(xiàn)代物流工程技術(shù)研究中心,山東濟(jì)南 250103)

分別利用固相微萃取-氣-質(zhì)聯(lián)用(SPME-GC-MS)和電子鼻對牛肉貯藏過程的揮發(fā)性成分進(jìn)行檢測。0 ℃和10 ℃樣品分別檢測出37種和40種化合物,包括烴類、酮類、醇類、醛類、酸類、酯類、含硫及雜環(huán)化合物。在相同溫度下,隨貯藏時間延長,化合物總量增加,其中烴類和酮類化合物含量先減少后增加,醇類、含硫及雜環(huán)化合物不斷增加,醛類減少。在相同貯藏時間不同溫度下,烴類、酮類、醇類、含硫及雜環(huán)化合物以及化合物總量在0 ℃時低于10 ℃時的含量,而醛類相反。通過分析電子鼻主要傳感器的輸出信號,發(fā)現(xiàn)氨氣、胺類化合物、硫化氫和醇類含量均隨貯藏時間延長而增加,主成分分析法(PCA)可將0 ℃和10 ℃貯藏不同天數(shù)的牛肉樣品區(qū)分開。結(jié)果表明,牛肉貯藏過程中隨新鮮度的下降,揮發(fā)性成分不斷發(fā)生變化,并可利用SPME-GC-MS和電子鼻進(jìn)行檢測。

牛肉,揮發(fā)性成分,固相微萃取-氣-質(zhì)聯(lián)用,電子鼻

ZHANG Ying-long1,2,ZHANG Yong-mei1

氣味是表征肉新鮮度最靈敏的感官指標(biāo)。在內(nèi)源酶或微生物的作用下,蛋白質(zhì)、脂類和碳水化合物逐步分解為氨、硫化氫、醛類、醇類、酮類和羧酸類等氣體,在此過程中,氣味成分的種類及其含量不斷變化,因此可通過氣味檢測來判斷肉的新鮮程度[1]。

氣-質(zhì)聯(lián)用(GC-MS)和電子鼻是氣味檢測常用的兩種技術(shù),前者可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜氣體混合物的定性鑒別與定量分析。鑒于脂質(zhì)氧化是肉腐敗的一個重要原因,國外許多學(xué)者[2-6]利用SPME-GC-MS研究肉發(fā)生脂質(zhì)氧化后揮發(fā)物的變化,從而通過該技術(shù)檢測肉的新鮮度。也有學(xué)者[7-8]通過SPME-GC-MS檢測其特征性成分,來判斷肉的新鮮程度。目前國內(nèi)在該方面的研究尚處于初步階段,顧賽麒等[9]利用SPME-GC-MS結(jié)合PCA,確定出表征腐敗肉的特征性氣味物質(zhì)。肖虹[10]、王小占[11]等研究了不同揮發(fā)性成分含量隨肉貯藏時間延長而發(fā)生的變化。電子鼻檢測的是揮發(fā)性成分的整體信息,也稱“指紋”數(shù)據(jù)。電子鼻主要用于肉品新鮮度的判別[12-13],品質(zhì)指標(biāo)[14]和貨架期的預(yù)測[15]等?？傊?將SPME-GC-MS和電子鼻兩種技術(shù)結(jié)合,對肉品腐敗變質(zhì)過程中揮發(fā)性成分的變化規(guī)律及其與電子鼻輸出信號間的相關(guān)性鮮有研究。

本文綜合利用SPME-GC-MS和電子鼻技術(shù),考察牛肉在貯藏過程中揮發(fā)性成分的變化,以及電子鼻輸出信號與揮發(fā)物間的相關(guān)性,并建立牛肉新鮮度的電子鼻判別模型。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

牛肉魯西黃牛后腿肉,購自山東濟(jì)南銀座超市淄博大地集團(tuán)肉牛食品專柜,置于泡沫箱內(nèi)迅速運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室。

Fox 4000型氣味指紋分析儀(配有HS100電子鼻配套自動進(jìn)樣器和Alphasoft 11.0 統(tǒng)計分析軟件)法國Alpha MOS公司;Agilent 6890N-5973N氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀美國Agilent公司;BPH-120A高低溫實(shí)驗(yàn)箱上海一恒科學(xué)儀器有限公司。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1牛肉的處理將牛肉切碎,用保鮮膜包好并編號,分別置于高低溫實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)進(jìn)行0 ℃和10 ℃恒溫貯藏實(shí)驗(yàn),每隔1 d進(jìn)行SPME-GC-MS和電子鼻檢測,0 ℃樣品分別于第0、2、4、6、8、10、12和14 d檢測,共8次。10 ℃樣品分別于第0、2、4、6、8、10和12 d檢測,共7次。

1.2.2SPME-GC-MS檢測方法

1.2.2.1固相微萃取(SPME)稱取2.0 g樣品置于頂空瓶,室溫下平衡10 min后,以SPME針管插入頂空瓶的硅橡膠瓶墊,伸出75 μm CAR/PDMS萃取頭,在40 ℃下吸附40 min。吸附完畢后,取出插入GC-MS進(jìn)樣口,于240 ℃解析5 min,熱脫附進(jìn)行GC-MS檢測。

1.2.2.2GC-MS條件氣相色譜條件:色譜柱DB-624(30 m×0.25 mm×1.4 μm);不分流模式;升溫程序:起始柱溫40 ℃,以6 ℃/min的速率升溫至250 ℃,保持10 min;進(jìn)樣口溫度:250 ℃;載氣:高純氦氣;流速:1.0 mL/min。質(zhì)譜條件:電子轟擊(EI)離子源;電子能量70 eV;離子源溫度230 ℃;掃描范圍29～400 m/z。

1.2.3電子鼻檢測方法稱取一定量肉樣裝入20 mL樣品瓶,加蓋密封。檢測前先對加樣量和電子鼻測定參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,根據(jù)傳感器的響應(yīng)信號,確定取樣量為2 g。頂空產(chǎn)生參數(shù):產(chǎn)生時間600 s,溫度42 ℃,振蕩速度500 r/min;頂空注射參數(shù):注射體積2000 μL,注射速度2000 μL/s;采集參數(shù):總采集時間120 s,采集周期1 s,采集延滯時間400 s。每個樣品重復(fù)測定4次。

1.4數(shù)據(jù)處理方法

GC-MS得到的揮發(fā)性成分通過N1ST和Wiley譜庫確認(rèn)定性,僅報道正、反匹配度大于800(最大值為1000)的鑒定結(jié)果。以峰面積表示某對應(yīng)化合物物質(zhì)的量;電子鼻各傳感器的響應(yīng)值利用儀器自帶的Alphasoft11.0軟件進(jìn)行PCA分析。

2　結(jié)果與分析

2.1牛肉的SPME-GC-MS測定結(jié)果

2.1.1揮發(fā)性成分測定結(jié)果用SPME-GC-MS法測定0、10 ℃下不同貯藏時間的牛肉揮發(fā)性成分,結(jié)果如表1所示。

采用SPME-GC-MS法對0 ℃、10 ℃貯藏的牛肉樣品進(jìn)行檢測,0 ℃樣品共測出37種化合物,其中烴類2種,酮類8種,醇類6種,醛類1種,酸類3種,酯類1種,含硫及雜環(huán)化合物16種。10 ℃樣品共測出40種化合物,其中烴類3種,酮類8種,醇類6種,醛類1種,酸類4種,酯類1種,含硫及雜環(huán)化合物17種。

2.1.2揮發(fā)性成分隨貯藏溫度和時間的變化由圖1可見,牛肉在0 ℃和10 ℃貯藏過程中,在相同貯藏溫度下,隨著貯藏時間的延長,各類揮發(fā)物的含量不斷發(fā)生變化:烴類和酮類化合物含量先減少而后增加,醇類、含硫及雜環(huán)化合物含量不斷增加,醛類持續(xù)減少,化合物總量不斷增加。在相同貯藏時間不同溫度下,化合物含量不同,烴類、酮類、醇類、含硫及雜環(huán)化合物以及化合物總量在0 ℃時低于10 ℃時的含量,而醛類正好相反。這與前人的研究結(jié)果相似,肖虹等[10]用SPME-GC-MS分析了4 ℃和10 ℃貯藏的冷卻豬肉,共檢測到25種揮發(fā)性成分,發(fā)現(xiàn)醇類和三甲胺的相對含量隨貯藏時間的延長而增加。王小占等[11]用頂空固相微萃取-氣-質(zhì)聯(lián)用檢測了豬肉在5 ℃和25 ℃貯藏過程中揮發(fā)性成分的變化,發(fā)現(xiàn)含氮化合物、含硫化合物以及醇類化合物的相對百分含量隨貯藏時間延長而增加。高溫條件下產(chǎn)生的揮發(fā)物種類比低溫條件下的多,且相同的揮發(fā)性成分中,含氮化合物、含硫化合物以及醇類化合物的相對百分含量高溫比低溫多。

表1　牛肉在0、10 ℃下貯藏期間揮發(fā)性成分SPME-GC-MS檢測結(jié)果

續(xù)表

圖1　牛肉0 ℃和10 ℃貯藏期間揮發(fā)性成分變化圖Fig.1　Volatile components chart of beef during storage at 0 ℃ and 10 ℃ 注:A.烴類;B.酮類;C.醇類;D.醛類;E.酸類;F.酯類;G.含硫及雜環(huán)化合物;H.化合物總量。

注:“-”為未檢出。

2.2牛肉的電子鼻檢測結(jié)果

2.2.1電子鼻傳感器輸出信號的變化本實(shí)驗(yàn)所用的電子鼻系統(tǒng)包括18個傳感器,根據(jù)傳感器響應(yīng)信號值的大小,選擇信號值較高的5個傳感器LY2/G、LY2/GH、LY2/gCTL、LY2/AA和P30/2,其中LY2/G和LY2/GH是對氨氣、胺類化合物敏感的傳感器,LY2/gCTL是對硫化氫敏感的傳感器,LY2/AA、P30/2是對醇類敏感的傳感器[16]。由圖2可見,牛肉在貯藏期間,上述5個傳感器的響應(yīng)信號值不斷發(fā)生變化。0 ℃樣品的信號值隨貯藏時間的延長而增加,10 ℃樣品的信號值除在第10 d時有所減小外,其他時間均在增加,且在貯藏期間總的趨勢是增加的。說明牛肉中氨氣、胺類化合物、硫化氫和醇類成分的含量隨貯藏時間延長而增加。

圖2　牛肉在0 ℃和10 ℃貯藏期間電子鼻傳感器的輸出信號Fig.2　The output signals of electronic nose sensors for beef during storage at 0 ℃ and 10 ℃注:A. 0 ℃下LY2/AA、LY2/G、LY2/GH和LY2/gCTL傳感器的輸出信號;B. 10 ℃下LY2/AA、LY2/G、LY2/GH和LY2/gCTL傳感器的輸出信號;C. 0 ℃和10 ℃下P30/2傳感器的輸出信號。

2.2.2電子鼻檢測結(jié)果的PCA分析利用PCA法對5個傳感器LY2/G、LY2/GH、LY2/gCTL、LY2/AA和P30/2的響應(yīng)信號值進(jìn)行分析,牛肉在0 ℃和10 ℃貯藏期間的PCA分析結(jié)果如圖3(A)和3(B)所示。0 ℃樣品第一主成分(PC1)和第二主成分(PC2)貢獻(xiàn)率分別為84.45%和12.06%,累積貢獻(xiàn)率為96.51%;10 ℃樣品PC1和PC2貢獻(xiàn)率分別為99.50%和0.45%,累積貢獻(xiàn)率為99.95%。前兩個主成分的累積貢獻(xiàn)率較大,能較全面地代表樣品的原有信息。牛肉在0 ℃和10 ℃貯藏期間,不同貯藏天數(shù)的樣品氣味分布沒有交叉。2個溫度下PCA分析的區(qū)分指數(shù)(Diferentiation Index,DI)均為89。DI是電子鼻對樣品區(qū)分程度的表征,最大值為100,一般DI≥80表示能夠有效地區(qū)分。說明PCA分析可以將0 ℃下貯藏0～14 d和10 ℃下貯藏0～12 d的牛肉樣品區(qū)分開。

圖3　牛肉貯藏期間氣味指紋PCA分析圖Fig.3　PCA charts for odor fingerprint of beef samples during storage注：A.0 ℃;B.10 ℃。

3　結(jié)論

經(jīng)SPME-GC-MS分析,0 ℃樣品共測出37種化合物,其中烴類2種,酮類8種,醇類6種,醛類1種,酸類3種,酯類1種,含硫及雜環(huán)化合物16種。10 ℃樣品共測出40種化合物,其中烴類3種,酮類8種,醇類6種,醛類1種,酸類4種,酯類1種,含硫及雜環(huán)化合物17種。在相同溫度下,隨時間的延長,烴類和酮類化合物含量先減少后增加,醇類、含硫及雜環(huán)化合物不斷增加,醛類持續(xù)減少,化合物總量增加。在相同貯藏時間不同溫度下,烴類、酮類、醇類、含硫及雜環(huán)化合物以及化合物總量在0 ℃時低于10 ℃時的含量,而醛類含量正好相反。

選擇電子鼻響應(yīng)較強(qiáng)的5個傳感器LY2/G、LY2/GH、LY2/gCTL、LY2/AA和P30/2信號值進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)牛肉在0 ℃和10 ℃貯藏期間,氨氣、胺類化合物、硫化氫和醇類成分的含量均不同程度增加。對信號值進(jìn)行PCA分析,可將0 ℃和10 ℃貯藏不同天數(shù)的牛肉樣品區(qū)分開。

[1]張玉華,孟一,姜沛宏,等.氣味指紋技術(shù)在食品品質(zhì)安全檢測中的應(yīng)用[J].食品工業(yè)科技,2013,34(18):362-365.

[2]Brunton NP,Cronin DA,Monahan FJ. A comparison of solid-phase micro extraction(SPME)fibres for measurement of hexanal and pentanal in cooked turkey[J].Food Chem,2000,68(3):339-345.

[3]Brunton NP,Cronin DA,Monahan FJ. Volatile components associated with freshly cooked and oxidized off-flavours in turkey breast meat[J]. Flavour Frag J,2002,17(5):327-334.

[4]Goodridge CF,Beaudry RM,Pestka JJ. Solid phase micro extraction-gas chromatography for quantifying headspace hexanal above freeze-dried chicken myofibrils[J]. J Agric Food Chem,2003,51:4185-4190.

[5]Fernandoa LN,Bergb EP,Grün IU. Quantitation of hexanal by automated SPME for studying dietary influences on the oxidation of pork[J]. J Food Compos Anal,2003,16:179-188.

[6]Pignoli G,Bou R,Rodriguez-Estrada MT,et al. Suitability of saturated aldehydes as lipid oxidation markers in washed turkey meat[J]. Meat Sci,2009,83(3):412-416.

[7]Perez RA,Roio MD,Gonzalez G,et al. Solid-phase micro extraction for the determination of volatile compounds in the spoilage of raw ground beef[J]. J Aoac Int,2008,91(6):1409-1415.

[8]Akdeniz N,Koziel JA,Ahn HK,et al. Laboratory scale evaluation of volatile organic compound emissions as indication of swine carcass degradation inside bio secure composting units[J]. Bioresource Technol,2010,101(1):71-78.

[9]顧賽麒,王錫昌,劉源,等. 不同新鮮度冷卻豬肉中揮發(fā)物的變化[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報,2011,27(1):169-176.

[10]肖虹,謝晶. SPME-GC-MS法測定冷卻肉的揮發(fā)性成分[J]. 食品科學(xué),2010,31(20):406-409.

[11]王小占.基于電子鼻的豬肉新鮮度檢測體系的研究[D].天津:天津商業(yè)大學(xué),2012.

[12]Limbo S,Tbn5 L,Sinelli N. Evaluation and predictive modeling of shelf life of minced beef stored in high-oxygen modified atmosphere packaging at different temperatures[J].Meat Science,2010,84:129-136.

[13]吳升剛,張玉華,孟一,等.雞肉品質(zhì)劣變的電子鼻分析[J].食品工業(yè)科技,2015,36(14):53-56.

[14]Rajamaki T,Alakomi H,Ritvanen T,et a1.Application of an electronic nose for quality assessment of modified atmosphere packaged poultry meat[J]. Food Control,2006,17(1):5-13.

[15]肖虹,謝晶,佟懿.電子鼻在冷卻肉貨架期預(yù)測模型中的應(yīng)用[J].食品工業(yè)科技,2010,31(12):65-68.

[16]喻勇新,劉源,孫曉紅,等.基于電子鼻區(qū)分三種致病菌的研究[J].傳感技術(shù)學(xué)報,2010,23(1):10-13.

Analysis of volatile components of beef during storage

MENG Yi1,ZHANG Yu-hua1,2,*,JIANG Pei-hong2,CHEN Dong-jie2,

(1.Shandong Institute of Commerce and Technology,Shandong Key Laboratory of Storage and Transportation Technology of Agricultural Products,Ji’nan 250103,China;2.National Engineering Research Center for Agricultural Products Logistics,Ji’nan 250103,China)

Volatile components of beef were detected during storage by solid phase micro extraction-gas chromatography-mass spectrometry(SPME-GC-MS)and electronic nose. 37 kinds and 40 kinds of compounds were detected in samples stored in 0 ℃ and 10 ℃ respectively,including hydrocarbons,ketones,alcohols,aldehydes,acids,esters,sulfur and heterocyclic compounds. At the same temperature,with the extension of storage time,the total content of the compounds increased. The content of hydrocarbons and ketones first decreased and then increased. Alcohols,sulfur-containing and heterocyclic compounds increased. Aldehydes content reduced. The contents of hydrocarbons,ketones,alcohols,sulfur-containing and heterocyclic compounds,and the total content of the compounds were lower in 0 ℃ than in 10 ℃,while the content of aldehydes was opposite at the same time under different storage temperatures. It was found that the contents of ammonia,amines,hydrogen sulfide and alcohols increased with the extension of storage time by analyzing the output signals of main sensors of electronic component analysis method(PCA). The results showed that,during beef storage with the decline in freshness,volatile components were constantly changing,and SPME-GC-MS and electronic nose could be used to detect them.

beef;volatile components;SPME-GC-MS;electronic nose

2016-01-06

孟一(1972-),男,碩士,副教授,研究方向：食品質(zhì)量安全,E-mail:m11f@163.com。

張玉華(1973-),女,博士,教授,研究方向：食品質(zhì)量安全,E-mail:Z11F@163.com。

山東省自主創(chuàng)新及成果轉(zhuǎn)化專項(2014ZZCX02701);國家科技支撐計劃(2015BAD16B08)。

TS254.7

A

1002-0306(2016)16-0061-06

10.13386/j.issn1002-0306.2016.16.003