微冻贮藏冷鲜牛肉挥发性成分变化及与蛋白质和脂质氧化的相关性

邱月,张宝芳,宋纪璇,卢俊雄,丁玉庭,周绪霞,吕飞*

(浙江工业大学 食品科学与工程学院,浙江 杭州,310014)

摘 要 该文研究了微冻贮藏(-2.5、-1.5 ℃)牛肉风味的变化规律及其与蛋白质和脂质氧化的相关性。气相色谱-质谱联用与化学计量学分析表明微冻贮藏冷鲜牛肉特征风味物质以正己醛、壬醛、十一醛、十二醛为主。对照组(4.0、0.0 ℃)牛肉二甲基二硫醚、3-甲硫基丙醛含量相对较高,这与气味感官评分呈极显著负相关,与蛋白质羰基含量呈极显著正相关(P<0.001)。而微冻组牛肉具有相对含量更高的壬醛、十一醛,这与气味感官评分呈正相关并与氢过氧化值呈显著负相关(P<0.05)。-1.5 ℃(SC1)和-2.5 ℃(SC2)组中均未检测到二甲基二硫醚、3-甲硫基丙醛,且SC2组相较于SC1组具有更高浓度的壬醛、十一醛。贮藏期内微冻组牛肉羰基显著低于对照组,活性巯基含量显著高于对照组(P<0.05),SC2和SC1组牛肉羰基含量在第24天时仅为2.04、2.09 nmol/mg,活性巯基含量仍有28.94、31.24 nmol/mg。SC2组氢过氧化物含量最低仅为0.082 g/100 g并具有较高的气味感官(3.63仍保持牛肉的正常气味),即-2.5 ℃(SC2)微冻组具有更佳的贮藏效果。这表明微冻可能通过抑制脂质和蛋白质氧化进而维持牛肉良好的挥发性风味。研究结果为微冻用于冷鲜牛肉贮藏保鲜提供了理论与数据支撑。

关键词 微冻贮藏;冷鲜牛肉;风味特征;保鲜;顶空固相微萃取-色谱-质谱联用

微生物、内源酶和环境等因素易引起冷鲜牛肉贮藏期间蛋白质和脂质氧化分解,形成不良挥发性风味,影响牛肉货架期,降低牛肉食用价值并造成经济损失[1]。低温冷藏(0~4 ℃)是冷鲜牛肉保鲜和货架期延长的常用贮藏方式,如4.0 ℃冷藏和0.0 ℃碎冰贮藏[2]。然而,这些传统方法对微生物和内源酶活性的抑制作用有限,尤其是一些嗜冷菌和耐低温的脂肪酶,因而货架期相对较短,不适用于牛肉的长时间贮藏[3]。冷鲜牛肉的保鲜技术主要有天然防腐剂保鲜[4]、气调保鲜[5]、辐照保鲜[6]、电磁场保鲜[7]以及复合保鲜技术,然而以上保鲜技术均需要额外的设备且要求在低温环境下冷藏。

微冻是将肉品的温度控制在冰点或冰点以下1~2 ℃的保鲜方法,能有效控制微生物和内源酶,且产品内部不冻结。与传统低温冷藏(0~4 ℃)相比,可将货架期延长1.5~4倍[8]。流态冰是由微小球状冰晶粒子组成的均匀浆状固-液两相流体,兼具冰的蓄冷能力和水的流动性,能够利用夜间谷电产冰实现错峰用电、降低电力成本[9]。同时,可通过改变溶质浓度调控流态冰温度达到微冻保鲜要求。以流态冰为载体的微冻贮藏在水产品中应用已相对广泛,然而在畜禽肉尤其是牛肉保鲜方面研究较少,且现有报道仅关注了微冻对牛肉微生物和理化性质的影响[10-11]。尚未有研究关注冷鲜牛肉挥发性风味的变化及其与蛋白质和脂质氧化之间的相关性。

本研究分别制备-1.5 ℃(预实验确定的牛肉冰点)和-2.5 ℃(低于冰点1 ℃)流态冰,将其用于冷鲜牛肉微冻贮藏,并以传统4.0 ℃冷藏和0.0 ℃碎冰贮藏为对照,通过贮藏期间牛肉蛋白质和脂质氧化相关指标测定、感官评定以及顶空固相微萃取-色谱-质谱联用(headspace solid phase microextraction combined with gas chromatography-mass spectrometry,HS-SPME-GC-MS),研究微冻贮藏对冷鲜牛肉蛋白质与脂质氧化水平的影响,以及微冻贮藏期间牛肉气味与挥发性风味物质的变化规律,并探究冷鲜牛肉特征风味物质与牛肉脂质和蛋白质氧化的相关性。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

材料:于浙江湖州德清县新市镇屠宰场选取8头黄牛,性别公,18~20月龄,屠宰后取剔骨牛后腿肉。

试剂:牛血清白蛋白、无水硫酸铜、乙醇、盐酸胍、Tris-HCl、冰乙酸、硫代硫酸钠,杭州吉工生物科技有限公司;盐酸、2,4-二硝基苯肼、三氯乙酸、乙酸乙酯、二硫硝基苯(dithionitrobenzene,DTNB)、石油醚、无水硫酸钠、三氯甲烷、2,4,6-三甲基吡啶,国药集团化学试剂有限公司。以上试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

BC/BD-100HER型冰箱,青岛海尔特种电冰柜有限公司;IMS-30型全自动雪花制冰机,常熟市雪科电器有限公司;BLG-80型立筒式海水流态冰机,浙江冰力格机电有限公司;T 25 DIGITAL ULTRA-TURRAX®型高速分散机,德国 IKA 集团;TU-1900型紫外可见分光光度计,北京普析通用仪器有限责任公司;R201C型旋转蒸发仪,巩义市英峪高科仪器厂;7890A-5975C型气相色谱质谱联用仪,美国 AGILENT 公司。

1.3 实验方法

1.3.1 样品采集与处理

牛肉样品在宰后50 min内无菌条件下完成分割(4 cm×4 cm×3 cm,50 g/块)并用自封袋包装放置在相应的冷处理条件下,即4.0 ℃冷藏(TR1)、装有0.0 ℃碎冰(TR2)、-1.5 ℃(SC1)或-2.5 ℃流态冰(SC2)的保温箱。冰与牛肉样品的质量比为5∶1,经预实验该用量比例可使SC1、SC2和TR2组牛肉被冰充分覆盖,并在24 h内保持温度稳定。流态冰和碎冰均每隔24 h更换1次。定时从每个处理组中取样,除非另有说明,每次取3袋用于相关指标的分析,所有指标重复测量3次。

流态冰和碎冰制备:通过调整制冰用水的NaCl浓度改变冰点温度,-1.5 ℃与-2.5 ℃流态冰制备所用的NaCl浓度分别为2.5%(质量分数)和3.5%(质量分数),用不含NaCl的纯水制备碎冰,制好的流态冰和碎冰均放置于泡沫箱中保温待用。

1.3.2 牛肉蛋白质氧化指标测定

1.3.2.1 蛋白提取

参考AMIRI等[12]的方法并稍加修改。取搅碎肉样与提取液(0.1 mol/L KCl、25 mmol/L K2HPO4/KH2PO4、2 mmol/L EDTA,pH=7.5)混合(1∶4,g∶mL)。混合物均质(10 000 r/min,60 s)后离心(5 000 r/min,15 min,4 ℃)。分离含有肌浆蛋白的上清液后,再次用四倍体积的提取液洗涤沉淀进行匀浆,双层纱布过滤分离基质蛋白(结缔组织),得到的溶液离心(5 000 r/min,15 min,4 ℃),沉淀用4倍体积含10%(质量分数)NaCl提取液均质。溶液中的蛋白质浓度用双缩脲法测定。

1.3.2.2 羰基含量的测定

参考ZHANG等[13]的方法。取0.1 mL蛋白溶液和0.5 mL的10 mmol/L的2,4-二硝基苯肼(溶剂为2 mol/L HCl溶液),暗处静置1 h(每20 min晃动1次),加5 mL 20%三氯乙酸,摇匀后离心(10 000 r/min,15 min,4 ℃),弃上清液。沉淀用1 mL乙酸乙酯-乙醇溶液(体积比1∶1)离心(10 000 r/min,5 min)洗涤3次。加入5 mL 6 mol/L盐酸胍溶液,水浴(20 min,37 ℃)后离心(10 000 r/min,5 min)。370 nm波长处测定吸光度。羰基含量以nmol/mg蛋白表示,计算如公式(1)所示:

羰基含量

(1)

式中:A370,370 nm下的吸光度;106,摩尔基础单位;2 200,摩尔吸光系数,L/mol;C,测得的蛋白浓度,mg/mL。

1.3.2.3 巯基含量的测定

巯基含量测定参考LIU等[14]的方法。取0.1 mL蛋白溶液和1 mL 50 mmol/L Tris-HCl缓冲液(含1 mmol/L EDTA、6 mol/L盐酸胍,pH=8.3)以及10 μL 10 mol/L DTNB,混合摇匀,室温下静置25 min,412 nm处测定吸光度。羰基含量以nmol/mg蛋白表示,计算如公式(2)所示:

巯基含量

(2)

式中:A412,412 nm下的吸光度;106,摩尔基础单位;13 600,摩尔吸光系数,L/mol;C,测得的蛋白浓度,mg/mL。

1.3.3 牛肉脂质氧化水平测定

以氢过氧化物含量评价牛肉脂质氧化程度,参考GB 5009.227—2023《食品安全国家标准 食品中过氧化值的测定》中的第一法滴定法测定。

1.3.4 牛肉气味感官评定

由经训练的10人(男女比例1∶1)组成评判小组参与冷鲜牛肉(生肉)的感官评定,去掉最高分和最低分后取其平均值,标准如表1所示。

表1 冷鲜牛肉气味感官评定标准
Table 1 Sensory evaluation criteria of chilled beef odor

项目牛肉评分/分气味牛肉特有的正常气味5牛肉特有的正常气味减弱,无异味3~5牛肉正常气味消失,有明显腐败味0~3

1.3.5 牛肉挥发性风味物质检测

参考孟一等[15]的方法并稍加修改。

顶空固相微萃取条件:以2,4,6-三甲基吡啶为内标物,60 ℃水浴平衡10 min,萃取头型号为75 μm CAR/PDMS,经老化后60 ℃水浴吸附40 min。进样时,250 ℃条件下热解吸口脱附5 min。

GC-MS条件:使用HP-5MS毛细管色谱柱(30 m×0.250 mm,0.5 μm),初温40 ℃并维持3 min,以5 ℃/min的升温速率升至200 ℃,随后以10 ℃/min的升温速率升温至230 ℃并维持3 min。以He作为载气,流速为1.0 mL/min,不分流。EI能量源;电子能量70 eV,质量扫描范围35~450 m/z,离子源温度220 ℃,传输线温度25 ℃。

得到的谱图与NIST数据库比对,选取相似性>80的物质,挥发性风味物质香气特征及保留指数(retention index,RI)参考http://www.flavornet.org。以挥发性风味物质的峰面积与内标物峰面积之间的比值确定挥发性物质的浓度,即内标法,按公式(3)计算:

(3)

式中:N,挥发性物质含量,μg/kg;S,挥发性物质峰面积;S,内标物峰面积;n,牛肉质量,g;0.3,内标物体积,μL;10-5,内标物质量浓度,g/mL。

挥发性风味物质香气活性值(odor active value,OAV)计算如公式(4)所示:

(4)

1.4 数据统计分析

实验结果以3次平行实验数据的“平均值±标准偏差”表示;使用SPSS 26 中Duncan法进行显著性分析,P<0.05表示差异显著;采用Origin 2021进行绘图。

2 结果与分析

2.1 贮藏方式对牛肉蛋白质氧化的影响

2.1.1 蛋白质羰基含量分析

蛋白质羰基主要是由蛋白质中侧链氨基酸残基受自由基攻击形成[16]。羰基化的蛋白质通常无法修复,会被进一步降解、片段化或聚集,进而影响肌肉食品的感官质量,包括气味、质地等[17]。不同贮藏方式中牛肉羰基含量的变化如图1所示,所有样品在整个贮藏期中蛋白质羰基含量均显著增加(P<0.05),反映了蛋白质氧化程度随着贮藏时间的延长逐渐升高;增长速率TR1>TR2>SC1>SC2。与温度呈正比,这可能是因为低温导致蛋白质羰基化的直接氧化、金属催化氧化、与游离糖及脂质过氧化产物反应过程减弱,而这些过程受到了微生物和酶的影响,即低温减缓了微生物和酶活力从而间接地抑制了羰基的产生[18-19]。0~4 d不同贮藏方式牛肉的羰基含量无显著差异(P>0.05),而8~24 d,SC1和SC2组牛肉羰基含量均显著低于TR1、TR2对照组(P<0.05)。第24天时,TR1组牛肉蛋白质羰基化水平最高,达3.94 nmol/mg,SC1组牛肉羰基含量相较于TR1组和TR2组分别低46.95%、38.17%,SC2组牛肉羰基含量相较于TR1组和TR2组分别低48.22%、39.64%。由此说明具有较低温度的微冻相较于传统冷藏有效抑制了蛋白质羰基的形成。

图1 不同贮藏方式中牛肉羰基含量的变化
Fig.1 Changes of carbonyl content of beef in different storage methods

注:A~B表示相同时间不同处理的差异显著(P<0.05),a~e表示相同处理不同时间的差异显著(P<0.05)(下同)。

2.1.2 蛋白质巯基含量分析

由于硫醇基团的高反应性,含巯基的氨基酸残基易被氧化,因此巯基含量是衡量蛋白质氧化程度的有效指标[20]。图2为不同贮藏方式中牛肉巯基含量变化情况,经24 d贮藏,各组牛肉的蛋白质巯基含量均显著降低(P<0.05),且不同贮藏方式对牛肉巯基含量具有显著影响(P<0.05)。相较于第0天未经贮藏的新鲜牛肉,TR1和TR2组牛肉巯基含量在第4天时显著降低(P<0.05),而第8天时SC1组和SC2组牛肉巯基含量才显著下降(P<0.05)。在贮藏第12~24天,TR1和TR2组牛肉蛋白质巯基含量均显著低于SC1组和SC2组(P<0.05)。TR1和TR2组牛肉巯基含量在第24天时分别降低至22.34 nmol/mg和19.40 mol/mg,且分别在第20(20.39 nmol/mg)、24天(19.40 nmol/mg)获得最低值;而SC1和SC2组牛肉在第24天时巯基含量分别为31.24、28.94 nmol/mg,此时SC2组牛肉巯基含量相较于TR2组和TR1组最低值分别高49.17%、41.93%。结果表明,微冻贮藏相较于传统冷藏方式能显著减缓牛肉蛋白质巯基含量的下降(P<0.05)。郑稳等[21]以冷藏(4 ℃)为对照,研究了微冻(-2 ℃)贮藏对大口黑鲈品质的影响,同样发现微冻贮藏能够延缓蛋白质巯基含量的下降,并推测可能是低温抑制了蛋白质的降解。

图2 不同贮藏方式中牛肉巯基含量的变化
Fig.2 Changes of sulfhydryl content of beef in different storage methods

以上牛肉蛋白质羰基与巯基含量分析可以得出,微冻贮藏相比传统冷藏温度能够有效抑制蛋白质羰基化和巯基氧化,具有延缓牛肉蛋白质氧化的作用,能够维持牛肉蛋白质的化学结构。

2.2 贮藏方式对牛肉脂质氧化的影响分析

牛肉中的脂质在贮藏过程中易发生氧化,脂质过度氧化会对牛肉感官特征产生不良影响,包括色泽、质地和气味,因此,本研究以过氧化值(peroxide value,POV)评价牛肉贮藏过程中脂质氧化程度,其值代表脂质初级氧化产物氢过氧化物的含量,以每100 g样品所含的氢过氧化物克数表示[22-23]。不同贮藏方式中牛肉的POV如图3所示。TR1和TR2组牛肉POV在0~24 d贮藏期间变化趋势一致,在0~12 d显著增加(P<0.05),第12天达到最高值,分别为0.245 g/100 g和0.199 g/100 g;在第12天之后开始显著降低(P<0.05),这是由于作为初级脂质氧化产物的氢过氧化物不稳定,会进一步分解为二次氧化产物,产生醛类物质,例如4-羟基壬烯醛和丙二醛等使肉产生令人不愉快的腐臭味[24]。相较于TR1、TR2组牛肉,SC1和SC2组牛肉POV在0~24 d增加缓慢,第24天时分别达到0.107 g/100 g和0.082 g/100 g。POV增加出现在脂质氧化的早期阶段,高POV值表明脂质氧化中间体过氧化物的积累量高,以上结果表明TR1、TR2组牛肉的脂质氧化进程相较于SC1和SC2组更快,由此可说明微冻贮藏相比传统冷藏方式能够显著抑制脂质氧化,提高牛肉脂质稳定性,进而减少不良气味的产生。

图3 不同贮藏方式中牛肉POV的变化
Fig.3 Changes of POV of beef samples in different storage methods

结合蛋白质羰基与巯基含量数据,微冻贮藏能够有效减缓牛肉蛋白质和脂质氧化反应速率。WANG等[25]以冷藏(4 ℃)为对照,研究了微冻(-3.5 ℃)贮藏期间兔肉中肌红蛋白、脂质和蛋白氧化之间的相互作用,获得了与本文类似结果——微冻组的蛋白质氧化和脂质氧化速率较低,由此推测微冻贮藏具有更低的温度,可能延缓了蛋白质和脂质氧化进程。

2.3 贮藏方式对牛肉气味感官特性的影响分析

图4为不同贮藏方式中牛肉气味评分随贮藏时间变化的趋势图。在0~24 d,4种贮藏方式中的牛肉气味评分均表现为随时间延长而降低,与封晴霞等[26]的研究结果一致。其中TR1组牛肉的气味评分降低速率最快且从第12天开始产生明显异味(腐败味),TR2组的牛肉气味在第20天开始产生明显异味,而SC1和SC2组牛肉的气味感官评分始终高于3.5分(牛肉特有的正常气味减弱,无异味)。由此说明,微冻贮藏相比传统冷藏方式能够更好地维持牛肉的挥发性风味。

图4 不同贮藏方式中牛肉气味感官评分变化
Fig.4 Changes of odor sensory score of beef samples in different storage methods

2.4 贮藏方式对牛肉挥发性风味物质的影响分析

2.4.1 挥发性风味物质定性定量分析

不同贮藏方式牛肉在24 d贮藏期间各类挥发性风味物质相对含量变化情况如图5所示。第0天时,牛肉中相对含量占据前3的挥发性物质依次是醛类24.78%、芳香族20.15%、酮类19.50%,相对含量最低的3类挥发性物质为含硫类0%、杂环类0.12%、醚类0.26%。第8天时,TR1组牛肉中相对含量占前3的挥发性物质变为醛类38.37%、酯类20.13%、芳香族14.97%,到16天时,该组相对含量前3的物质又变为酮类19.13%、含硫类17.16%、芳香族15.14%,且相对含量较低的3类也发生了变化,为杂环类0.60%、醚类0.78%、酯类0.80%;而在此期间,TR2、SC1和SC2组牛肉中相对含量较高和较低的3类挥发性物质始终与第0天一致。到第24天时,TR1组牛肉风味物质相对含量百分比最高的3类物质是醛类27.77%、芳香族19.44%、含硫类13.81%;TR2组为酮类38.45%、醛类19.78%、酯类12.96%;而SC1和SC2组前3占比的挥发性风味物质均为酮类43.11%及29.47%、芳香族16.51%及21.19%、酯类13.73%及14.94%。此时TR1和TR2组中风味物质相对含量百分比最低的前3类物质分别是醚类1.81%、酯类2.66%、酸类4.04%和醚类0.25%、含硫类0.40%、醇类1.52%,而SC1和SC2组牛肉为醚类0.18%及0.24%、含硫类0.85%及0.61%、醇类1.15%及1.50%。TR1和TR2组样品的醛类比例整体上表现为先减少后增加(第16天为最低值),这可能是因为TR1、TR2组样品在0~16 d时醛类分解速率大于生成速率;而SC1和SC2组表现为先增加后减少(第8天出现峰值),SC1、SC2组样品在0~8 d时醛类生成速率大于分解速率。有文献报道醛类主要来源于脂质氧化[27],对照组的醛类率先分解而微冻组在第8天之后减少,由此推测微冻组脂质氧化程度较轻。各组样品的酮类挥发性物质整体均呈增加趋势,可能来源于脂质氧化降解、醇类氧化或酯类降解等[28]。由此可知,与TR1和TR2组牛肉样品相比,SC1和SC2组牛肉样品中各类挥发性风味物质占比相对稳定,且含硫类挥发性有机化合物始终处于较低的水平,说明微冻能在一定程度上维持各类挥发性风味物质的相对含量稳定。

图5 总挥发性风味物质类别及其相对含量占比
Fig.5 Category of total volatile flavor substance and its relative content proportion

风味感知不仅与挥发性物质的种类、含量有关,还与挥发性物质的阈值有关,OAV>1的化合物通常被认为是食品风味的主要贡献者[29]。表2展示了15种OAV>1的挥发性物质OAV值及其风味特征,以揭示它们对生牛肉气味的贡献。大多数醛(如正己醛、壬醛和苯甲醛)、酮(如2,3-丁二酮、3-羟基-2-丁酮和2-壬酮)和酸(如正丁酸和正己酸)的OAV较高,而除桉叶油醇的醇类和酯类的OAV都较低(OAV<1)。因此,这些醛、酮和酸在生牛肉的整体风味中起重要作用。在整个贮藏过程中,微冻组共检测出13种OAV>1的挥发性物质,分别为5种醛类、3种酮类、2种酸类、2种芳香族、1种醇类。微冻组样品与TR1组相比少3种OAV>1的挥发性化合物,分别是3-甲硫基丙醛(蔬菜味/油味)、4-甲基丁酸(膻味)和二甲基二硫醚(腐臭味),但多出了3-羟基-2-丁酮(奶油香);与TR2组相比多出了1-甲基萘(花香/水果香)。随着贮藏时间的增加,由于挥发性物质的不稳定性其浓度处于波动状态,但可以发现4种贮藏方式中牛肉样品的挥发性物质种类均表现为增多的趋势,可能来源于蛋白质和脂质氧化作用。第24天时,TR1组牛肉中OAV较高的挥发性化合物主要是具有腐臭味的二甲基二硫醚;而TR2、SC1和SC2组牛肉OAV较高的物质为具有甜香奶油香的2,3-丁二酮,且SC1和SC2组牛肉的2,3-丁二酮含量分别为TR2组的2.25、1.83倍。以上结果表明,与对照组相比,微冻组样品的牛肉挥发性风味物质具有更好的气味特征,即微冻贮藏更有利于维持牛肉良好的挥发性风味。

表2 冷鲜牛肉的挥发性风味物质OAV(OAV>1)及其风味描述
Table 2 OAV (OAV>1) of volatile flavor substances of chilled beef and their flavor description

物质气味特征香气阈值/(μg/kg)贮藏时间/d含量/(μg/kg)OAVTR1TR2SC1SC2TR1TR2SC1SC2正己醛青草、苹果4.50051.08±1.27a 51.08±1.27a 51.08±1.27a 51.08±1.27a 11.3511.3511.3511.358142.25±90.70a191.34±149.14a137.81±44.23a327.44±130.06a31.6142.5230.6272.761624.41±1.84a35.00±6.22a49.69±16.81ab71.95±4.80b5.427.7811.0415.992465.70±17.77a22.04±0.19b28.84±1.06b38.73±3.46b14.604.906.418.61壬醛柑橘、玫瑰花香1.00068.01±19.13a68.01±19.13a68.01±19.13a68.01±19.13a68.0168.0168.0168.01883.97±9.15b48.66±6.60b112.08±38.50ab166.91±28.62a83.9748.66112.08116.911624.70±4.26b22.11±2.91b33.41±7.62b85.55±5.96a24.7022.1133.4185.552460.89±5.77a40.21±1.28b43.36±3.55b34.80±1.21b60.8940.2143.3634.38苯甲醛苦杏仁味2.0003.79±0.94a3.79±0.94a3.79±0.94a3.79±0.94a1.901.901.901.9085.81±2.65a4.34±0.23a5.95±1.09a6.41±0.50a2.912.172.983.211624.13±1.22a5.24±0.34b3.45±0.77b2.99±0.62b12.072.621.731.502460.70±6.97a2.94±0.09b3.11±0.29b2.39±0.15b30.351.471.561.20十一醛甜橙、脂香5.0002.76±0.06a2.76±0.06a2.76±0.06a2.76±0.06a0.550.550.550.5581.94±0.01b1.45±0.23b1.82±0.20b14.50±3.46a0.390.290.362.90161.41±0.10b1.03±0.06b1.42±0.45b7.56±0.91a0.280.210.281.51243.75±0.02a1.26±0.05b1.04±0.27b1.21±0.14b0.750.250.210.24十二醛(月桂醛)脂肪香、松叶油、橙油2.0007.15±1.08a7.15±1.08a7.15±1.08a7.15±1.08a3.583.583.583.58817.92±3.16b10.10±1.38b12.88±3.64b34.41±4.45a8.965.056.4417.21167.21±0.73b6.99±2.19b7.62±1.34b14.06±1.01a3.613.503.817.032415.03±0.28a6.72±0.18b8.44±1.16b6.30±0.17b7.523.364.223.152,3-丁二酮甜香、奶油香0.0601.26±0.07a1.26±0.07a1.26±0.07a1.26±0.07a21.0021.0021.0021.0081.62±0.20b6.16±0.15a—1.86±0.15b27.00102.67—31.001626.31±1.55a6.47±1.65b3.58±1.42bc1.37±0.57c438.50107.8559.6722.8324—2.87±0.17a6.47±2.53a5.24±0.34a—47.83107.7687.333-羟基-2-丁酮奶油香55.000————————8—160.29±37.09a 29.29±2.22b 45.47±1.84b —2.910.530.8316—104.36±13.18a57.74±35.52a109.34±18.31a—1.901.051.9924—94.67±4.06a209.28±122.21a122.98±18.80a—1.723.802.242-壬酮水果香、甜香5.5001.69±0.89a1.69±0.89a1.69±0.89a1.69±0.89a0.310.310.310.3181.81±0.30b2.56±0.02b5.16±0.27a2.55±0.61b0.330.470.940.46164.46±0.37b9.92±1.41a3.97±0.63b3.27±0.54b0.811.800.720.592432.86±12.87a3.52±0.62a12.38±7.72a5.41±0.26a5.970.642.250.983-甲硫基丙醛蔬菜味、油味0.450————————8————————160.36±0.03———0.80———242.37±0.11———5.27———正丁酸干酪味、奶香味0.9405.11±0.10a5.11±0.10a5.11±0.10a5.11±0.10a5.445.445.445.4481.65±0.24c—2.50±0.34b4.02±0.24a1.76—2.664.2816————————244.39±0.57a——4.11±0.42a4.67——4.374-甲基辛酸膻味0.500————————8————————16————————241.39±0.07———2.78———正己酸刺鼻酸味0.0807.13±1.36a7.13±1.36a7.13±1.36a7.13±1.36a89.1389.1389.1389.1386.11±1.51b4.36±2.29b4.75±0.84b14.00±2.66a76.3854.5059.38175.00160.66±0.06c1.06±0.05bc1.51±0.43b3.39±0.04a8.2513.2518.8842.38241.87±1.36a1.49±0.04a1.71±0.44a2.40±0.73a23.3818.6321.3830.00萘花香、水果香0.360————————8————————16————————242.30±0.22c1.65±0.17c10.72±1.68b17.95±2.50a6.394.5829.7849.861-甲基萘花香、水果香1.400————————8————————

续表2

物质气味特征香气阈值/(μg/kg)贮藏时间/d含量/(μg/kg)OAVTR1TR2SC1SC2TR1TR2SC1SC21-甲基萘花香、水果香1.4016————————24——3.42±0.61a7.03±1.09a——2.445.02桉叶油醇草药味1.3005.48±1.05a5.48±1.05a5.48±1.05a5.48±1.05a4.224.224.224.228—7.20±0.76a1.82±0.43a——5.541.40—16——3.53±0.70a6.26±0.24a——2.724.8224————————二甲基二硫醚腐臭味0.450————————8————————16242.45±68.84———538.78———24127.89±7.33———284.20———

注:OAV以平均挥发性物质含量计算,不同字母(a~d)表示相同时间不同处理的显著差异(P<0.05),“—”表示未检出。

2.4.2 主成分分析筛选特征风味物质

将表2中OAV>1的挥发性风味物质进行主成分分析(principal component analysis,PCA)以筛选贮藏期间不同贮藏方式牛肉样品的特征风味物质。

由第8、16、24天不同贮藏方式下牛肉的挥发性风味物质PCA分析结果(图6)可知,所有样品相似度均在95%的置信区间内,且具有明显组内聚集和组间分离趋势,说明采用的PCA模型能够有效区分不同贮藏方式牛肉样品及特征风味物质。相同贮藏时间下不同贮藏方式中牛肉特征风味物质具有显著差异。第8天时,TR2组牛肉特征风味物质为2,3-丁二酮、3-羟基-2-丁酮、桉叶油醇,SC2组中牛肉特征风味物质为正己醛、壬醛、十一醛、十二醛以及苯甲醛。第16天时,TR1组牛肉特征风味物质为2,3-丁二酮、苯甲醛、二甲基二硫醚、3-甲硫基丙醛,TR2组和SC1及SC2组中牛肉共同特征风味物质为2-壬酮,SC1和SC2组牛肉特征风味物质为3-羟基-2-丁酮、正己醛、壬醛、十一醛、十二醛、桉叶油醇。第24天时,TR1组的牛肉特征风味物质为苯甲醛、二甲基二硫醚、3-甲硫基丙醛、2-壬酮、十二醛,SC1和SC2组中牛肉的特征风味物质为2,3-丁二酮、3-羟基-2-丁酮、1-甲基萘、萘。由此可见,含硫类挥发性风味物质是第16天之后TR1组牛肉的特征挥发性风味物质。结合表2可知,相较于传统温度贮藏的牛肉,微冻贮藏的牛肉特征挥发性风味物质与第0天新鲜牛肉更接近,且以呈良好气味特征的醛类为主。以上结果表明,微冻更有利于稳定牛肉贮藏期间特征风味物质,进而维持新鲜牛肉特有气味。

a-第8天;b-第16天;c-第24天

图6 第8、16、24天不同贮藏方式中牛肉的挥发性风味物质(OAV>1)PCA
Fig.6 PCA of volatile flavor substances (OAV>1) in beef under different storage methods on day 8, day 16 and day 24

2.5 特征风味物质与蛋白质氧化及脂质氧化之间的相关性分析

为进一步探究微冻维持牛肉良好挥发性风味的作用途径,将PCA所得不同贮藏方式中牛肉特征风味物质与气味感官评分、蛋白质及脂质氧化进行相关性分析,结果如图7所示。肉类蛋白氧化产生的羰基化合物能与游离氨基酸的氨基反应生成希夫碱,最终形成Strecker醛,如苯甲醛[30-31]。含硫氨基酸(如半胱氨酸和蛋氨酸)中硫原子易被自由基氧化生成含硫挥发性化合物[32]。PCA中TR1组第16、24天的4种特征挥发性风味物质,苯甲醛、3-甲硫基丙醛、2-壬酮均与蛋白质羰基含量呈极显著正相关(P<0.001),二甲基二硫醚与羰基呈正相关(P<0.05),说明蛋白质氧化促进了这4种挥发性风味物质的形成,且这4种物质与气味评分呈极显著负相关(P<0.001),说明它们可能促进了牛肉异味的生成从而导致TR1组气味感官评分降低,而SC1和SC2组牛肉中上述4种物质的含量多数情况下低于TR1和TR2组。

图7 特征风味物质与蛋白质及脂质氧化相关性分析
Fig.7 Correlation analysis of characteristic flavor substances with oxidation of proteins and lipids

注:CA、SU、POV、SO、BU、HB、EU、NH、HE、AL、UN、LA、BE、DI、ME、NO、MT、NA分别代表羰基、巯基、氢过氧化物、气味感官评分、2,3-丁二酮、3-羟基-2-丁酮、桉叶油醇、正己酸、正己醛、壬醛、十一醛、十二醛、苯甲醛、二甲基二硫醚、3-甲硫基丙醛、2-壬酮、1-甲基萘、萘; *P≤0.05,**P≤0.01,***P≤0.001。

脂质氧化对牛肉挥发性风味也起着重要作用,尤其是醛类的产生[33]。由图7可知,2,3-丁二酮与POV呈显著正相关(P<0.01),表明贮藏过程中脂质氧化可能促进了POV和2,3-丁二酮的产生,从表2、图3也可看出4个贮藏组中牛肉的POV和2,3-丁二酮总体变化趋势及组间差异一致,微冻组中的2,3-丁二酮仅在第24天时高于对照组。有研究表明,碳原子数量>6的饱和醛是脂质氧化的典型产物[34],如本研究检测到的壬醛、十一醛和十二醛,其中壬醛、十一醛与POV呈负相关(P<0.05),也是微冻组的主要特征风味物质,而十二醛与POV无明显相关性,表明壬醛和十一醛可能是脂质轻度氧化的产物,而壬醛和十一醛进一步氧化导致POV的升高。壬醛与气味感官评分呈正相关(P<0.05),这可能与微冻组能在较长的贮藏期内保持良好风味有关。

综上所述,微冻贮藏能通过在一定程度上延缓牛肉蛋白质和脂质氧化从而减少异味的产生,进而在贮藏期间使牛肉保持良好的挥发性风味。

3 结论

本文研究了微冻保鲜对冷鲜牛肉挥发性风味物质变化的影响及其与脂质和蛋白质氧化的相关性。结果表明:SC1(-1.5 ℃)和SC2(-2.5 ℃)微冻贮藏均能有效抑制羰基的形成,其含量相较于TR1组分别低46.95%、48.22%;微冻能够有效减缓巯基减少,作为抑制羰基形成效果最优的SC2组牛肉巯基含量仍有28.94 nmol/mg较TR2组高49.17%,以上结果说明微冻相较于传统冷藏能够有效抑制蛋白质氧化。POV显示微冻也有效抑制了牛肉脂质氧化,24 d贮藏期间传统冷藏牛肉经历了POV的初期累积与后期分解,而微冻组始终处于脂质氧化初期。挥发性风味物质检测与脂质和蛋白质氧化相关性分析表明,TR1组重要特征风味物质苯甲醛、3-甲硫基丙醛、2-壬酮与羰基呈极显著负相关并与气味感官评分极显著负相关,这3种物质可能是蛋白质氧化的产物并促进了气味评分的下降。壬醛作为微冻组的特征风味物质,与气味感官评分呈正相关且与POV呈负相关,因此壬醛可能是脂质轻度氧化的产物。SC2与SC1组相比,第8天SC2特征风味物质表现为具有良好气味特征的醛类(正己醛、壬醛、十一醛、十二醛以及苯甲醛);第16、24天时特征风味物质种类无差异,与气味感官评分呈正相关的挥发性物质(正己醛、正己酸、壬醛)在SC2组浓度更高。以上结果表明,-2.5 ℃微冻贮藏能够更好地通过延缓蛋白与脂质氧化以减少与气味感官评分呈负相关的挥发性风味物质的产生,维持新鲜牛肉风味,进而延长牛肉货架期,研究结果可为微冻技术在冷鲜牛肉贮藏中的应用提供参考。

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Effect of superchilled storage on changes of volatile compounds and correlation with protein and lipid oxidation of chilled beef

QIU Yue, ZHANG Baofang, SONG Jixuan, LU Junxiong, DING Yuting, ZHOU Xuxia, LYU Fei*

(College of Food Science and Technology, Zhejiang University of Technology, Hangzhou 310014, China)

ABSTRACT The relationship between changes in volatile compounds and lipid and protein oxidation of chilled beef storage at superchilled temperature (-1.5, -2.5 ℃) was studied.Gas chromatography-mass spectrometry and stoichiometric analysis showed that the main flavor substances of beef samples in superchilled groups were n-hexaldehyde, nonylaldehyde, undecylaldehyde, and dodecylaldehyde.The contents of dimethyl disulfide and 3-methylthiopropionaldehyde which were significantly negatively correlated with odor sensory scores and positively correlated with protein carbonyl content (P<0.001) were relatively high in the control groups (4.0, 0.0 ℃).Beef samples in superchilled groups had a higher content of nonylaldehyde and undecylaldehyde, which were positively correlated with the scores of odor sensory and significantly negatively correlated with the hydrogen peroxide value (P<0.05).No dimethyl disulfide and 3-methylthiopropionaldehyde were detected in -1.5 ℃ (SC1) and -2.5 ℃ (SC2) groups, and the concentration of nonylaldehyde and undecylaldehyde was higher in SC2 group than in SC1 group.During storage period, the carbonyl of beef in superchilled groups was significantly lower than that in control groups, and the active sulfhydryl content was significantly higher than that in control groups (P<0.05).The carbonyl content of beef in SC2 and SC1 groups was only 2.04 and 2.09 nmol/mg on the 24th day, while the active sulfhydryl group content was still 28.94 and 31.24 nmol/mg.The content of hydroperoxide in SC2 group was the lowest only 0.082 g/100 g and had a higher odor perception (3.63 still maintained the normal odor of beef), that was, the -2.5 ℃ (SC2) superchilled group had a better storage effect, indicating that superchilled storage may maintain the good volatile flavor of beef by inhibiting the oxidation of lipid and protein.The research results provide theoretical and data support for the application of superchilled in the storage and preservation of chilled beef.

Key words superchilled storage;chilled beef;flavor substances;preservation;headspace solid phase microextraction combined with gas chromatography-mass spectrometry (HS-SPME-GC-MS)

DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.040234

引用格式:邱月,张宝芳,宋纪璇,等.微冻贮藏冷鲜牛肉挥发性成分变化及与蛋白质和脂质氧化的相关性[J].食品与发酵工业,2025,51(11):273-282.QIU Yue, ZHANG Baofang, SONG Jixuan, et al.Effect of superchilled storage on changes of volatile compounds and correlation with protein and lipid oxidation of chilled beef[J].Food and Fermentation Industries,2025,51(11):273-282.

第一作者:博士,讲师(吕飞教授为通信作者,E-mail:lufei@zjut.edu.cn)

基金项目:浙江省“三农九方”科技协作计划项目(2024SNJF049);国家重点研发计划项目(2019YFD0901602);浙江省“三农九方”科技协作计划项目(2023SNJF052)

收稿日期:2024-06-20,改回日期:2024-08-08