潘曉倩，張順亮*，李 素，周慧敏，趙 冰，喬曉玲，陳文華，李家鵬，曲 超

（中國肉類食品綜合研究中心，肉類加工技術北京市重點實驗室，北京 100068）

牛肉是我國的第二大肉類食品，不僅味道鮮美，且具有極高的營養(yǎng)價值，其氨基酸組成更接近人體需要，具有較高的經(jīng)濟價值。近年來，牛肉消費量快速增長，品質要求也日益嚴格[1-2]。冷凍是目前肉品貯藏保鮮最主流且經(jīng)濟可行的方式，冷凍肉也是地區(qū)間流通和進出口貿(mào)易中原料肉的主要形態(tài)[3-4]。冷凍肉品在食用或深加工之前一般都需要進行解凍。解凍是冰結晶還原溶解成水，同時恢復肉品原有狀態(tài)和特性的工藝過程[5]。而凍結和解凍過程是非常復雜的熱傳遞過程，其中發(fā)生的物理損傷、蛋白質氧化變性、脂質氧化和微生物繁殖等不良反應會不可避免地造成肉品品質下降，包括汁液流失、色澤劣變、風味損失及結構和質地改變等[6-7]。一般來講，冷凍肉品的品質與凍結和解凍過程密切相關，適宜的解凍方案可大大降低凍結和解凍過程中的損失[4,8]。

與頂空固相微萃取法相比，吹掃/捕集-熱脫附（purge and trap thermal desorption system，P&T-TDS）具有吸附率高、對痕量物質較敏感等優(yōu)點，對樣品中揮發(fā)性風味成分的組成反應更加真實且完整[9]。電子鼻能夠將不同氣敏傳感器的作用轉化為方便計算的可測物理信號，實現(xiàn)氣體混合分析[10]。近年來，有許多關于肉類解凍方式的比較研究。雖然微波解凍[11]、超聲波解凍[12]、高壓靜電場解凍[13]等新型解凍技術能夠縮短解凍時間，但仍有許多局限性，以至于并未全面推廣，空氣解凍和水解凍法仍是目前最常用的解凍方式[14-15]。肉類富含蛋白質、多肽、氨基酸和硫胺素等重要的風味前體物質，不同解凍方式對這些營養(yǎng)物質的破壞程度不同，使其風味成分發(fā)生變化[16-18]。國內(nèi)外已有一些關于解凍方式對肉品感官及風味品質的影響研究[17-19]，例如，余力等[16]研究指出，解凍處理與伊拉兔肉揮發(fā)性醛類物質的相對含量呈正相關，而與醇類物質的相對含量呈顯著負相關；李俊麗等[18]發(fā)現(xiàn)，解凍溫度越低，熟制后的灘羊肉中風味物質種類越多；沈麗等[20]對冰鮮牡蠣進行不同解凍時間處理，發(fā)現(xiàn)醛酮類風味物質含量隨解凍時間延長而減少。綜上所述，國內(nèi)外對解凍肉的研究主要集中在揮發(fā)性成分方面的分析，而對于不同溫度梯度對解凍肉揮發(fā)性風味物質影響的研究較少。

本研究以新鮮牛霖為原料，經(jīng)－30 ℃靜止空氣凍結后，在5、10、15 ℃ 3 個解凍溫度下進行解凍，記錄牛肉中心溫度變化，當解凍完成時，利用P&T-TDS結合氣相色譜-質譜聯(lián)用（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）技術檢測其揮發(fā)性風味成分，并結合電子鼻傳感器分析風味物質的組成與變化，為生產(chǎn)加工過程中冷凍牛肉最佳解凍方案的選擇提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

牛霖 河北福成五豐食品股份有限公司；氯化鈉（分析純） 北京化學試劑廠。

1.2 儀器與設備

Gerstel TDS半自動熱脫附進樣器、Tenax TA石英玻璃吸附管 德國Gerstel公司；吹掃捕集器 自制；TRACE 1310-TSQ 8000 GC-MS聯(lián)用儀、TG-Wax MS氣相色譜毛細管柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm） 賽默飛世爾科技（中國）有限公司；PEN3便攜式電子鼻傳感器德國Airsense公司；ME104電子分析天平 梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；SSN-11E中心溫度記錄儀深圳宇問加壹傳感系統(tǒng)有限公司；Binder KBF恒溫恒濕箱 德國Binder公司。

1.3 方法

1.3.1 牛肉凍結處理

將新鮮整塊牛霖去除表面脂肪、筋膜及可分離結締組織，切成質量相近、形狀相似（（800±20） g，15 cm×10 cm×8 cm）的肉塊，隨機分為4 組，每組3 份，用聚乙烯薄膜包裝好，在－30 ℃條件下速凍，待中心溫度達到－18 ℃后取出，在－18 ℃的冰箱中冷凍7 d，其中對照組不進行凍結-解凍處理。測定項目均選取瘦肉部分進行測定。

1.3.2 牛肉解凍處理

凍藏結束后，用電鉆在肉塊側面中心位置鉆孔并插入中心溫度記錄儀，以未經(jīng)冷凍-解凍處理的新鮮牛肉為對照組，其余3 組牛肉樣品分別置于相對濕度恒定為50%，溫度分別為5、10、15 ℃的恒溫恒濕箱中進行解凍，至肉塊中心溫度達到2 ℃時記為解凍終點，并進行相關指標的測定。

1.3.3 電子鼻分析

將待測牛肉樣品切碎并準確稱取2.0 g樣品置于10 mL樣品瓶中，加入質量分數(shù)為3%的氯化鈉，密封，室溫環(huán)境平衡2 h，運用PEN3型便攜式電子鼻傳感器對4 組樣品進行測定。傳感器響應信號在60 s后趨于穩(wěn)定，本研究選取70 s為信號采集時間[21]。每組牛肉樣品做6 次平行重復測定。

1.3.4 揮發(fā)性風味物質測定

1.3.4.1 P&T-TDS處理

準確稱取10.00 g待測樣品置于P&T樣品瓶中，加入質量分數(shù)為3%的氯化鈉和1 μL內(nèi)標化合物（質量濃度為0.816 μg/μL的2-甲基-3-庚酮），樣品瓶一端吹掃流速為50 mL/min的氮氣，另一端接裝有Tenax TA吸附劑的吸附管（事先老化至無色譜雜峰），55 ℃保溫吸附40 min后，取出吸附管插入TDS進樣口進樣。

TDS條件：標準加熱模式；氦氣流速20 mL/min；不分流；初始溫度為40 ℃，延遲0.1 min，保持1 min，再以60 ℃/min上升至220 ℃，保持10 min；傳輸線溫度225 ℃。

冷進樣（cold injection system，CIS）條件：標準加熱模式；液氮冷卻，初始溫度為－100 ℃，平衡0.1 min，再以10 ℃/min上升至225 ℃，保持10 min，分流比30∶1。

1.3.4.2 GC-MS測定

GC和MS條件設定參考潘曉倩等[22]的方法，其中GC方法略作修改。GC方法：以高純氦氣（純度＞99.99%）作為載氣，流速1.0 mL/min，不分流；升溫程序：進樣口溫度250 ℃，初始柱溫40 ℃，保持3 min，以5 ℃/min升溫至200 ℃，保持1 min，再以8 ℃/min升溫至220 ℃，保持10 min。

1.3.4.3 揮發(fā)性風味成分鑒定

定性分析：通過揮發(fā)性風味成分的MS圖，檢索NIST譜庫，對不同解凍溫度條件下牛肉的揮發(fā)性組分進行定性分析，其中選擇匹配度和反匹配度均大于750（最大值1 000）的化合物。

半定量分析：通過已知內(nèi)標2-甲基-3-庚酮的質量濃度，依據(jù)化合物峰面積比值與質量濃度呈正比的原理，計算每一種化合物相對于內(nèi)標化合物的質量濃度。未知揮發(fā)性化合物含量按照公式（1）計算。

式中：Cx為未知揮發(fā)性化合物含量/（μg/kg）；C0為內(nèi)標化合物含量/（μg/μL）；V0為內(nèi)標化合物進樣體積/μL；Sx為未知揮發(fā)性化合物的峰面積/（AU·min）；S0為添加的內(nèi)標化合物峰面積/（AU·min）；m為樣品質量/kg。

氣味活度值（odor activity value，OAV）按照公式（2）計算。

式中：C為樣品中測得的風味物質含量/（μg/kg）；T為該風味物質在水中的感覺閾值/（μg/kg）。

1.4 數(shù)據(jù)處理

通過Microsoft Excel 2010軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，并計算標準差；電子鼻測定結果運用其配套的Winmuster軟件對數(shù)據(jù)進行主成分分析（principal component analysis，PCA）和線性判別分析（linear discriminant analysis，LDA）。

2 結果與分析

2.1 不同解凍溫度牛肉樣品的電子鼻分析

采用PCA法和LDA法建立4 組產(chǎn)品的響應模型。由圖1可知，第1主成分和第2主成分（PC1和PC2）的貢獻率分別為97.91%和1.77%，總貢獻率為99.68%。在LDA中，線性判別函數(shù)LD1和LD2的貢獻率分別為73.81%和14.40%，總貢獻率為88.21%。

由PCA和LDA結果可知，對照組與不同溫度條件解凍的牛肉產(chǎn)品可以用電子鼻較好地進行區(qū)分。其中PCA顯示的主要是兩維散點圖，而LDA是利用所有傳感器的信號，且進行了Fisher線性變換，削弱了某些不敏感傳感器的負面效應，更注重樣品的空間分布狀態(tài)及彼此間的距離分析[23]。

由圖1B可知，LDA顯示出對照組和5、10、15 ℃解凍組牛肉產(chǎn)品基本上朝LD2方向呈一定的變化趨勢，15 ℃解凍的牛肉樣品在LD2軸上有一個明顯的上升趨勢，區(qū)別于其他組牛肉樣品，這可能是由于其對應主軸上的揮發(fā)性風味物質主成分濃度隨解凍溫度的升高而增大。5、10 ℃解凍組樣品距離較近，說明2 組產(chǎn)品揮發(fā)性風味成分之間的變化波動較小。

2.2 不同解凍溫度牛肉揮發(fā)性風味物質的GC-MS分析

表 1 不同解凍溫度牛肉揮發(fā)性風味成分的GC-MS分析結果Table 1 GC-MS analysis of volatile compounds from frozen beef thawed at different temperatrures

續(xù)表1

續(xù)表1

由表1可知，在對照組和5、10、15 ℃解凍組牛肉中分別檢測出62、63、63、62 種揮發(fā)性風味化合物。揮發(fā)性風味物質的總含量分別為2 017.81、751.91、689.83、770.98 μg/kg?？梢姡瑳]有經(jīng)過冷凍-解凍處理的冷鮮牛肉揮發(fā)性風味物質含量更加豐富，解凍會造成肉品風味物質損失。

對照組和5、10、15 ℃解凍組牛肉中分別檢測出酸類物質5、4、4、5 種，總含量分別為61.98、22.97、27.57、11.59 μg/kg，醇類物質分別檢測出6、8、5、7 種，總含量分別為82.28、88.70、64.49、22.14 μg/kg。其中1-辛烯-3-醇具有蘑菇香味，是典型的肉香型活性化合物，來源于脂質氧化[24]，在4 組產(chǎn)品中的含量分別為26.34、29.68、20.40、1.60 μg/kg，當解凍溫度升高至15 ℃時，該物質含量顯著降低。2-乙基己醇具有玫瑰香和青草香[25]，在15 ℃解凍牛肉樣品中含量為8.04 μg/kg，也明顯低于其他3 組樣品。

醛類物質是構成肉品特征風味的重要物質，一般由脂肪降解及氧化產(chǎn)生[16]，尤其是5～9 個碳原子的醛常具有清香、油香和牛脂香。對照組和5、10、15 ℃解凍組牛肉中分別檢測出6、6、11、6 種醛類物質，總含量分別為173.11、72.23、128.33、30.58 μg/kg。其中，反-2-辛烯醛、（Z）-2-壬烯醛、十二醛和反,反-2,4-癸二烯醛僅在10 ℃解凍牛肉中檢出；己醛、庚醛、壬醛來源于脂質氧化，在5、10、15 ℃解凍組牛肉中，己醛和壬醛的含量均呈先升高后又下降的趨勢。這可能是由于5 ℃解凍溫度較低，延緩了風味物質的形成[16]，解凍溫度升高后有利于脂肪氧化產(chǎn)生醛類物質，但溫度繼續(xù)升高后這些物質會進一步降解氧化。

酮類物質多來源于多不飽和脂肪酸的氧化分解、氨基酸降解及微生物氧化，研究表明，冷鮮牛肉低溫貯藏過程中，酮類物質是變化最為顯著的一類物質[26]。對照組和5、10、15 ℃解凍組牛肉中均檢測出4 種酮類物質，總含量分別為436.76、73.82、79.64、124.41 μg/kg，這主要源于3-羥基-2-丁酮含量的變化。解凍溫度升高至15 ℃時，3-羥基-2-丁酮含量迅速升高。3-羥基-2-丁酮具有紅草莓香味，是肉制品主要的特征揮發(fā)性風味成分[24-25]；而顧賽麒等[27]研究豬肉中有害微生物時發(fā)現(xiàn)，有氧條件下，熱死環(huán)絲菌可分解葡萄糖產(chǎn)生乙酸和3-羥基-2-丁酮。由此推斷，3-羥基-2-丁酮可在一定含量范圍內(nèi)提供有益風味。

對照組和5、10、15 ℃解凍組牛肉中分別檢測出11、12、10、8 種酯類物質，總含量分別為113.78、39.88、52.86、99.91 μg/kg。酯類物質來自于酸和醇的酯化反應，隨著解凍溫度的升高，酯類物質含量增加，這可能是由于溫度升高促進了微生物的生長繁殖，而微生物酯化產(chǎn)生了更多酯類物質。烴類物質閾值較高，對樣品整體風味貢獻較小，包括烷烴、烯烴和芳香烴。

胺類物質通常來源于肉品腐敗過程，具有令人不愉悅的氣味，如蛋白質、氨基酸等含氮物質在微生物產(chǎn)生的蛋白酶作用下發(fā)生脫羧和脫氨反應[28]。對照組和5 ℃解凍組牛肉樣品中未檢測到胺類物質，10 ℃解凍組檢測出O-癸基羥胺，含量為0.59 μg/kg，15 ℃解凍組檢測出O-癸基羥胺和己內(nèi)酰胺，含量分別為1.67、12.00 μg/kg。可見，解凍溫度升高會加快肉品腐敗過程。

2.3 揮發(fā)性風味成分OAV分析

風味特征與揮發(fā)性物質含量沒有直接關聯(lián)，風味體系中揮發(fā)性物質的濃度與感覺閾值共同決定其對總體風味的貢獻。一般認為，OAV≥1的物質為樣品的主體風味成分，對整體風味有直接影響，且OVA越大對樣品總體風味的貢獻也就越大[29]。

表 2 不同解凍溫度牛肉揮發(fā)性風味物質的OAVTable 2 OAVs of volatile compounds in frozen beef thawed at different temperatures

由表2可知，不同解凍溫度牛肉樣品中OAV≥1的風味物質共有15 種，其中醇類物質2 種、醛類物質7 種、酮類物質2 種、烯烴類物質2 種、芳香族化合物1 種、雜環(huán)類化合物1 種。對照組牛肉樣品中OAV≥1的風味物質共有10 種，5、10、15 ℃解凍組牛肉中分別有8、11、11 種，可見隨著解凍溫度升高，樣品主體風味成分種類增多。

3 結 論

通過電子鼻和GC-MS對新鮮牛肉及不同解凍溫度牛肉中的揮發(fā)性成分變化進行研究。結果表明：牛肉的特征風味物質主要由醛、醇、酮及烯烴類化合物構成，且經(jīng)過凍結、解凍處理后的牛肉揮發(fā)性風味物質含量明顯低于新鮮牛肉；隨著解凍溫度的升高，醇類物質含量呈下降趨勢，醛類物質含量先升高后又下降，而酮類和酯類含量有升高的趨勢，15 ℃解凍牛肉樣品的烯烴類物質含量明顯增加；胺類物質隨著解凍溫度的升高開始出現(xiàn)，且含量隨溫度升高而增加；醛酮類化合物主要來源于肉中多不飽和脂肪酸的氧化或氨基酸降解，綜合不同解凍溫度條件下牛肉樣品中各類風味物質含量的變化推測，溫度升高會促進脂肪氧化生成更多的醛酮類物質，但溫度升高同時會導致脂肪的過度氧化，15 ℃解凍牛肉樣品中醇類含量下降，而酮類和酯類含量升高，這可能是由于醇類物質進一步氧化生成酮類物質，同時溫度升高促進微生物的生長繁殖，由此通過微生物的酯化反應生成更多的酯類物質，且肉中蛋白質、氨基酸等含氮物質在微生物產(chǎn)生的蛋白酶作用下發(fā)生脫羧和脫氨反應，產(chǎn)生胺類等令人不愉悅的氣味。