王永瑞，柏 霜，羅瑞明，王松磊

（1.寧夏大學農學院，寧夏 銀川 750021；2.寧夏大學食品與葡萄酒學院，寧夏 銀川 750021）

羊肉因其獨特的風味、較高的蛋白質、氨基酸、鈣、鉀等含量以及較低的脂肪和膽固醇含量而倍受歡迎[1]。我國是羊肉生產大國，也是羊肉消費大國，羊肉在居民肉品消費中占據(jù)很大比例，因而具有較高的市場經(jīng)濟效益[2]。灘羊是寧夏特色養(yǎng)殖畜種，由于寧夏天然地理環(huán)境，造就了灘羊肉質佳、風味好的肉質，深受消費者喜愛[3]。

羊脂作為羊肉的副產物之一，價格明顯低于羊肉，但其對羊肉的風味起主要貢獻作用。熱加工過程可以促進肉類風味物質的形成，目前已鑒定出1 000多種揮發(fā)性化合物[4]。肌肉組織在加熱時產生肉類共有風味，而脂肪則反應生成特殊風味，因而有研究表明如果從肉中去除脂肪，僅根據(jù)肉的感官屬性很難區(qū)分肉的種類[5]。在熱加工過程中，脂質氧化、美拉德反應、Strecker降解反應、脂質與美拉德反應的交互作用以及硫胺素降解等是肉類風味物質產生的主要途徑[6]。脂質主要通過其自身的氧化降解生成低分子的醛類、醇類、酮類和酸類等揮發(fā)性化合物[7]。這些物質風味閾值極低，一方面對于羊肉風味的呈現(xiàn)具有重要作用；另一方面，脂肪氧化所生成的醛類、酮類和羧酸等含羰基的化合物，在反應過程中作為羊肉風味的前體物質與美拉德反應中間體存在競爭機制，改變原有美拉德反應產物形成途徑，從而改善并控制理想風味物質的產生[8]。低場-核磁共振（low fieldnuclear magnetic resonance，LF-NMR）技術具有快速、準確、無損、無侵入等特點[9]，廣泛應用于食品、農業(yè)、石油能源、地質巖礦等領域的研究，可對樣品中的水分分布信息和水分遷移規(guī)律進行分析[10-15]。

鑒于此，本實驗以寧夏灘羊這一寧夏優(yōu)勢物種作為研究對象，運用LF-NMR技術對羊脂烤制過程中水分分布遷移規(guī)律進行探究，采用氣相色譜-質譜（gaschromatographic mass-spectrometry，GC-MS）結合電子鼻對不同烤制時間的灘羊羊脂揮發(fā)性成分進行定性、定量分析，通過主成分分析（principal component analysis，PCA）對肉品揮發(fā)性成分的電子鼻傳感器響應進行區(qū)分，以期為寧夏灘羊羊脂在烤制過程中水分分布及遷移規(guī)律提供一定理論基礎，也為寧夏灘羊羊脂香氣再利用奠定一定基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

實驗用于烤制的羊脂來源于9 月齡、體質量（30±1）kg鹽池公羊羊尾 寧夏鑫海食品有限公司；1,2-二氯苯（鄰二氯苯）、C6～C26正構烷烴 美國Sigma-Aldrich公司；甲醇 賽默飛世爾科技有限公司。

1.2 儀器與設備

Qp2010ultra型GC-MS聯(lián)用儀 日本Shimadzu公司；PK157330-U型手動固相微萃?。╯olid phase microextraction，SPME）進樣器、50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取頭 美國Supelco公司；DB-WAX毛細管柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm） 美國Agilent公司；PEN 3.5電子鼻 德國Airsence公司；WNB22型精密數(shù)顯恒溫水浴槽 上海樹立儀器儀表有限公司；LT202E型電子天平 常熟天量儀器有限責任公司；XW-80A旋渦混合儀 上海嘉鵬科技有限公司；HQ-405型電烤箱 青島漢尚電器有限公司；NMI20型NMR成像儀 上海紐邁電子有限公司。

1.3 方法

1.3.1 烤羊脂樣品的制備

將羊尾洗凈，切成1.5 cm×1.5 cm×1.0 cm的小塊，放置在墊有錫箔紙的烤盤上，四周保持5 cm間距，然后放入已預熱10 min，上、下烤制溫度250 ℃的烤箱中烤制。取烤制2、4、6、8、10、12、14、16、18 min和20 min的烤羊脂樣品進行分析。

1.3.2 色澤的測定

使用色差計測定亮度值（L*）、紅度值（a*）和黃度值（b*），分析烤制過程中羊脂色澤的變化。

1.3.3 NMR波譜的測定

參照Li Xin等[16]的方法，橫向弛豫時間（T2）采用CPMG脈沖序列測定：質子共振頻率18 MHz；偏移頻率382.241 65 kHz；90°和180°脈沖時間分別為16 μs和33 μs；采樣點數(shù)143 140；重復間隔時間1 500 ms；累加次數(shù)16；回波數(shù)2 000。掃描束后進行信號反演獲得T2反演譜。

1.3.4 烤羊脂樣品揮發(fā)性成分分析

1.3.4.1 SPME提取揮發(fā)性成分

在使用萃取頭萃取揮發(fā)性物質前，先將50/30 μm DVB/CAR/PDMS SPME萃取頭老化。稱?。?±0.01）g烤羊脂樣品置于15 mL頂空瓶中，向每個樣品中加入內標1,2-二氯苯（4 μL、6.42 μg/mL），使用渦旋儀混勻，用聚四氟乙烯隔膜將頂空瓶口密封，于55 ℃水浴20 min后將老化后的萃取頭插入密封萃取瓶中吸附，保持30 min，然后立即轉移到GC進樣口，250 ℃解吸5 min。

1.3.4.2 GC-MS條件

GC條件：DB-WAX毛細管柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；程序升溫：起始溫度40 ℃，保持3 min，然后以5 ℃/min速率升溫至90 ℃，再以8 ℃/min速率升溫至230 ℃，保持10 min；載氣He；恒定流速1.8 mL/min，進樣口溫度250 ℃。

MS條件：電子電離源；電子能量70 eV；離子源溫度230 ℃；四極桿溫度150 ℃；質量掃描范圍m/z20～350；全掃描方式；溶劑延遲3 min。

1.3.4.3 定性與定量分析

揮發(fā)性物質經(jīng)色譜柱分離后，化合物由NIST質譜數(shù)據(jù)庫對比鑒定。根據(jù)已知質量濃度的1,2-二氯苯的峰面積，按下式計算樣品中各揮發(fā)性物含量：

式中：Ax和Ai分別為目標化合物和內標化合物的峰面積；ρi為內標化合物質量濃度/（μg/mL）；4為加入內標溶液體積/μL；2為加入樣品質量/g；Cx為目標化合物含量/（μg/kg）。

1.3.4.4 電子鼻檢測

準確稱取2.00 g樣品于50 mL電子鼻進樣瓶內，用聚四氟乙烯隔膜將瓶口密封。放置于50 ℃水浴鍋內保溫30 min，然后放置室溫平衡30 min。所有樣品在12 h內完成檢測，以最大程度降低樣品之間的其他差異。每個樣品平行3 次。電子鼻測定參數(shù)：樣品準備5 s；檢測時間100 s；測量計數(shù)1 s；自動調零時間10 s；清洗時間300 s；內部流量400 mL/min；進樣流量400 mL/min。

1.4 數(shù)據(jù)處理

2 結果與分析

2.1 烤制過程中羊脂色澤的變化

如圖1所示，羊脂L*隨著烤制時間的延長而下降，a*、b*隨著烤制時間的延長呈上升趨勢，這主要與脂質化合物因高溫發(fā)生降解反應以及脂質降解產物參與美拉德反應有關。脂質在受熱時首先會分解為飽和及不飽和脂肪酸，其中不飽和脂肪酸雙鍵通過自動氧化、光氧化或酶氧化3 種方式生成氫過氧化物，氫過氧化物繼續(xù)分解產生醛、酮、醇、烴、羧酸、酯、呋喃及內酯等一系列小分子化合物。酮和醛等化合物進一步發(fā)生氧化、聚合、焦化等反應也可導致羊肉顏色變深[17]。

圖1 不同烤制時間下羊脂色澤的變化Fig. 1 Effect of roasting time on color parameters of mutton tallow

2.2 羊脂烤制過程中水分遷移規(guī)律分析

2.2.1 羊脂各組分水分含量的變化

圖2 烤制過程中羊脂水分T2分布Fig. 2 Effect of roasting time on T2 distribution of mutton tallow

通過弛豫過程達到平衡狀態(tài)的時間分別用縱向弛豫時間（T1）和T2表示[18]，T2的變化以及對應的峰面積可以用來衡量羊脂中水分的分布和區(qū)分不同狀態(tài)水之間的化學滲透交換[19-20]。如圖2所示，羊脂中的水分分為結合水（強結合水和弱結合水）、自由水和不易流動水3 種狀態(tài)，其中，T21和T22峰（0.01～10 ms）分別代表與脂質、蛋白質等大分子物質結合的強結合水和弱結合水；T23峰（10～100 ms）代表肌原纖維內截留的不易流動水；T24峰（100～1 000 ms）代表肌細胞間存在的自由水[21]。

表1 烤制過程中羊脂弛豫特征中不同狀態(tài)水分含量的變化Table 1 Effect of roasting time on percentages of different moisture states in mutton tallow

利用T2反演圖譜中各峰面積積分分析不同狀態(tài)水分的相對含量，由表1可知，隨著烤制時間的延長，羊脂強結合水相對含量沒有明顯變化規(guī)律，而弱結合水相對含量呈增加趨勢，這表明在烤制過程中羊脂具有良好的保水性[23]。隨著烤制時間的延長，羊脂表層水分損失速率快，表面干燥，減緩羊脂內部水分損失。不易流動水相對含量呈下降趨勢，可能是烤制過程中不易流動水轉變?yōu)樽杂伤?。自由水相對含量也無明顯變化規(guī)律，其原因可能是在烤制過程中，不易流動水和結合水轉化自由水的過程與羊肉部分汁液損失互相彌補[24]。

2.2.2 羊脂水分遷移變化分析

T2表征不同狀態(tài)的水分流動性，T2越大，與大分子結合力越小，水分自由度越大，流動性越強[25]。如表2所示，隨著烤制時間的延長，T21和T22變化無明顯規(guī)律，而T23呈減小趨勢，但差異不顯著，說明烤制過程中水分子與大分子物質結合更緊密。T24整體呈無規(guī)律變化趨勢，表明羊脂中水分子的流動性與烤制時間無關。

表2 羊脂T2隨烤制時間的變化Table 2 Effect of roasting time on T2 parameters of mutton tallow

2.3 烤制過程中羊脂中揮發(fā)性化合物變化

如表3和圖3所示，在不同烤制時間的10 份烤羊脂樣品中共檢出78 種揮發(fā)性成分，其中醛類12 種、醇類11 種、酮類9 種、烯烴類4 種、酸類10 種、酯類12 種、雜環(huán)類12 種、其他物質8 種。羊脂烤制過程中風味物質復雜。隨烤制時間的延長，醛類、醇類、酮類物質總含量呈先增加后降低再增加的趨勢，且均在烤制第20分鐘時達到最大值。烯烴類物質主要在烤制中期含量較高，酸類物質含量變化無明顯規(guī)律；酯類物質除2-羥基丙酸甲酯外普遍存在于烤制初期，雜環(huán)類化合物則主要存在于烤制末期。其他類物質在烤制末期（18～20 min）總含量明顯增加，其中N,N-二甲基乙醇胺和甲苯是其他類物質總含量的主要貢獻者。

表3 不同烤制時間羊脂中的揮發(fā)性風味化合物Table 3 Volatile flavor compounds in mutton tallow roasted for different periods μg/kg

續(xù)表3 μg/kg

醛類物質普遍閾值較低，對氣味總體特征具有重要貢獻。烤羊脂揮發(fā)性物質中，醛類物質主要以己醛、壬醛、癸醛、(E)-2-辛烯醛、辛醛、苯甲醛等含量較高，這些C6～C9醛類物質多數(shù)呈脂肪味、水果味和青草味[26-27]。脂肪的氧化、降解及Strecker氨基酸反應是這些醛類物質的主要來源。己醛、辛醛、(E)-2-辛烯醛均來源于亞油酸或亞麻酸的降解產物，主要呈青草味、油脂味[28]。壬醛是油酸氧化產物，具有水果香氣。庚醛、2-十一醛、(E,E)-2,4-癸二烯醛以及呋喃醛主要存在于羊脂烤制后期，呈油脂味、苦杏仁味以及烤肉味，主要來源于亞油酸、亞麻酸以及2-呋喃甲醇的氧化裂解。苯甲醛可能來源于苯丙氨酸的降解[29]，呈果香、苦杏仁味，能夠賦予濃厚的脂香。(E,E)-2,4-庚二烯醛主要呈油脂味，其前體是二十碳五烯酸；(Z)-2-庚烯醛呈烤肉味，是油酸、亞油酸的降解產物。

醇類物質主要來源于脂肪氧化，在烤羊脂樣品中檢測到的醇類物質多為飽和醇，如戊醇、庚醇、己醇、辛醇。飽和醇的嗅覺閾值較高，因而對烤羊脂的整體風味貢獻較小，主要呈清新的花草香氣[30]。己醇來源于棕櫚酸和油酸的氧化裂解，呈青草味；庚醇是油酸的氧化產物，呈堅果味；戊醇來源于亞油酸的氧化，呈青草味；辛醇來源于油酸的氧化，呈青草味；1-辛烯-3-醇屬于不飽和醇，其對烤羊脂的香氣貢獻較大，可通過15-脂氧合酶催化二十碳五烯酸和12-脂氧合酶催化花生四烯酸形成，主要呈令人愉悅的蘑菇味和青草香[31]。2-呋喃甲醇以及5-甲基-2-(1-甲基乙基)-1-己醇主要存在于羊脂烤制后期，其來源較為復雜，可能為高溫條件下酮和醛等化合物聚合生成。

酮類化合物不僅是美拉德反應的產物，也可能是脂肪氧化的結果。賴氨酸、精氨酸、亮氨酸、甲硫氨酸與葡萄糖或果糖的美拉德反應是酮類化合物生成的主要途徑?？狙蛑兄饕耐愶L味物質有3-羥基-2-丁酮、1-辛烯-3-酮、2,3-辛二酮。3-羥基-2-丁酮可能來自糖原降解[32]，也可能是2-乙基乳酸脫羧反應的副產物[33]；1-辛烯-3-酮主要來源于1-辛烯-3-醇的氧化；其他酮類物質，如2-甲基-2-環(huán)己烯-1-酮、二羥基-5-甲基-2(3H)-呋喃酮、四羥基-2H-吡喃-2-酮、2-吡咯酮以及2-十三烷酮主要存在于羊脂烤制后期，可能通過長時間高溫條件下脂肪裂解產物發(fā)生聚合、焦化等反應產生。酮類物質具有一定的氣味，但酮類物質的嗅覺閾值較醛類物質高，因而對烤羊脂的整體風味貢獻較小，主要表現(xiàn)為谷香味、杏仁味以及奶香味。

酸類物質是由脂肪氧化裂解或脂肪水解為低級脂肪酸產生[34]，酸類物質由于含量較低，嗅覺閾值相對較高，對烤羊脂整體風味貢獻較小?？狙蛑械孽ヮ愇镔|除2-羥基丙酸甲酯外，其他酯類物質如苯乙酸甲酯、庚酸甲酯、己酸甲酯、4-甲基辛酸甲酯、辛酸甲酯、癸酸甲酯以及苯甲酸甲酯主要存在于烤制初期，蛋白質水解、糖酵解、脂肪氧化以及內源酶作用是酯類化合物形成的重要途徑[35]。

烤羊脂中的雜環(huán)類化合物分為氮雜環(huán)類和氧雜環(huán)類化合物，主要來源于美拉德反應、氨基酸和硫胺素的熱降解[36]。其中氮雜環(huán)化合物主要為吡嗪類、吡咯類以及嘧啶類，主要存在于烤制后期，具有明顯的烤香味以及焦糊味。氧雜環(huán)類化合物只檢測出2-戊基呋喃，具有水果香氣，而呋喃類化合物大都具有很強的肉香味，主要由硫胺素降解、焦糖化和碳水化合物降解產生[37-38]。

烷烴類化合物以十二烷和十四烷含量高，但其對烤肉整體風味貢獻較小。N,N-二甲基乙醇胺以及丙酰胺主要存在于烤制后期，可能來源于氨基酸降解；甲苯作為一種有害物質主要呈芳香味。

2.4 烤制過程中羊脂中揮發(fā)性化合物的電子鼻分析

2.4.1 電子鼻傳感器響應信號分析

圖4 電子鼻對烤羊脂樣品響應雷達圖Fig. 4 Radar plots of the responses of E-nose sensors to roasted mutton tallow

由圖4可知，傳感器W5C、W6S、W3C、W5S、W1C和W3S的響應值隨著烤制時間的延長幾乎無變化，說明烷烴類化合物、氨類化合物以及大部分芳香族化合物含量較低且變化較小。W6S傳感器對由脂質氧化產生的氫過氧化物敏感，表明烤羊脂樣品中沒有氫過氧化物[39]。W5S傳感器對氮氧化合物敏感，特別是硝基類化合物，表明烤羊脂樣品中的氮氧化合物含量隨著烤制時間的延長變化不大。W1W和W2W傳感器均對硫化物敏感，隨著烤制時間的延長，烤羊脂樣品的傳感器響應值增大，表明樣品中含硫化合物含量呈增加趨勢。W1S和W2S的響應值的變化表明醇類化合物隨著烤制時間的延長呈降低趨勢。

2.4.2 電子鼻數(shù)據(jù)的PCA

PC貢獻率越高，對原始多指標信息反映越好[40]。對烤羊脂電子鼻數(shù)據(jù)進行PCA，PC1解釋總方差的76.00%，PC2解釋總方差的14.60%。前2 個PC的累計方差貢獻率超過90%，說明前2 個PC覆蓋了樣品絕大多數(shù)氣味信息[41]。如圖5A所示，在烤制初期（2～8 min）烤羊脂的電子鼻數(shù)據(jù)PCA二維空間投影主要分布在第2、3象限；烤制后期（12～20 min）烤羊脂主要分布在第1、4象限。表明隨著烤制時間的延長，羊脂香氣呈現(xiàn)規(guī)律過渡。從圖5B可以看出，W6S、W3S、W2S以及W1S與烤制4、6 min烤羊脂樣品相關，W1C與烤制12 min樣品相關，W5C、W3C與烤制16、18 min樣品相關，W5S、W2W、W1W與烤制20 min樣品相關。結果表明，不同烤制加工階段對羊脂的氮氧化物、芳香族化合物和有機硫化合物、醇類化合物的影響具有明顯差異，對烷烴、氫化物和氨類化合物影響差異不明顯。

圖5 烤羊脂樣品PCA二維得分圖（A）和載荷圖（B）Fig. 5 PCA score plot (A) and loading plot (B) of roasted mutton tallow

3 結 論

隨著烤制時間的延長，羊脂L*下降，a*、b*上升?？局七^程中羊脂弱結合水相對含量呈增加趨勢，而不易流動水相對含量呈下降趨勢，T23呈明顯減小趨勢，說明隨著烤制進行水分子與大分子物質結合更加緊密。

在不同烤制時間的10 份烤羊脂樣品中共檢出78 種揮發(fā)性成分，其中己醛、壬醛、1-辛烯-3-醇、3-羥基-2-丁酮、月桂烯和甲苯普遍含量較高。酯類物質主要存在于羊脂烤制初期，而雜環(huán)類化合物特別是吡嗪類化合物主要存在于烤制后期。電子鼻數(shù)據(jù)PCA結果表明，不同烤制加工階段對羊脂的氮氧化物、芳香族化合物和有機硫化合物、醇類硫成分影響顯著，對烷烴、氫化物和氨類化合物影響不顯著。