宰后僵直过程对吐鲁番黑羊肉品质特性及挥发性风味物质的影响

吐鲁番黑羊能适应酷夏、严冬、多风沙的吐鲁番盆地气候,能耐受粗纤维多、木质化强、多刺的、耐盐碱抗干旱的牧草植物,且是能快速增膘的优良地方肉羊品种[1]。另其具有肉质鲜美、口味好、多汁无膻味、高蛋白质、低脂肪和低胆固醇含量等优点[2]。风味作为肉类产品的重要品质指标,可以较好地表征和区分肉类产品。肉中的脂肪酸及其降解产物(醛类、酮类、醇和酯等)是影响羊肉香味的重要因素[3]。张蓝月等[4]研究不同地区羊肉风味,其中共定性出36种挥发性化合物,不同地区羊肉有不同的特征风味物质。

长期以来,人们对新疆肉羊的认识仅局限于“鲜而不膻”的形象描写,而对其香气成分的评价研究较少,尤其是在僵直期羊肉的特征风味成分鉴定和指纹图谱的建立鲜有研究。肖雄等[5]研究羊肉僵直和解僵过程中风味品质的变化共检测出挥发性风味物质六类51种,主要为醛类和醇类物质。近年来研究主要集中在pH值、色泽、嫩度等方面,XIAO等[6]对宰后48 h内山羊肉品质变化进行分析,表明山羊在宰后48 h内对肌肉的pH值、亮度、红度、黄度值有显著影响(P<0.05)。随着贮存时间的延长,山羊肌肉的pH值在48 h时降至5.80左右。在实际生产中,通常是通过控制屠宰后的肌肉来改进和提高肉品质。对于肉品加工而言,宰后僵直对其品质的影响较大,因此研究僵直与肉品质和风味的关系大有必要。

本实验将以吐鲁番黑羊为研究对象,探究宰后僵直过程对吐鲁番黑羊肉的水分含量、pH值、蒸煮损失、嫩度、色泽的影响,对宰后僵直过程吐鲁番黑羊肉挥发性风味物质的组成进行分析比较,构建特征风味指纹图谱,旨在为僵直过程吐鲁番黑羊肉风味产生机理的研究提供理论依据,为改善羊肉品质提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

采样来源于新疆托克逊县米拉斯畜牧养殖农民专业合作社,随机选取6只6月龄健康无病,发育正常的吐鲁番黑羊(公羊)。按机械方式屠宰,屠宰后酮体20 kg左右,取背最长肌为肉样,每份大约500 g,装入干净的密封袋中,立即送回实验室。在15 ℃下保藏2、6、12、24、36、48 h后,定时取样,测定相关指标。

1.2 仪器与设备

FlavourSpec®风味分析仪,德国G.A.S公司;DHG-9123A电热恒温鼓风干燥箱、DK-8D电热恒温水浴锅,上海一恒科技有限公司;pHS-3C pH测定仪,上海大谱仪器有限公司;C-LM3B数显式肌肉嫩度仪,东北农业大学工程学院;CR-10便携式色差仪,广东三恩时科技有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 水分含量测定

参照GB 5009.3—2016《食品安全国家标准食品中水分的测定》中的直接干燥法。

参考GB 5009.237—2016《食品安全国家标准食品pH值的测定》。精确称取羊肉组织3 g,加入27 mL 去离子水,用匀浆机匀浆、室温静置10 min。将校准后的pH计插入匀浆液中测定样品的pH值。

1.3.3 蒸煮损失的测定

参考俞彭欣等[7]的方法,取10 g的背最长肌肉样,去除肉样表面的皮下脂肪和结缔组织膜,修整成长方体状,称重(m0),装进蒸煮袋,在80 ℃下水浴加热1 h,用定性滤纸吸干肉块表面的汁液,称重(m1),蒸煮损失计算如公式(1)所示：

将肉样放入沸水浴中,当中心温度达到80 ℃后取出,用直径为1.27 cm的取样器切取肉样,置于嫩度仪上测量。

取去除脂肪和结缔组织的肉样,按照国际照明委员会的CIE1976 L*、a*和b*测定标准,用色差仪测定,以L*、a*和b*值表示。

1.3.6 挥发性风味物质测定

参考栗紫慧等[8]方法适当修改,称取2 g样品置于20 mL顶空瓶中,60 ℃孵育15 min后进样200 μL,孵化转速500 r/min,进样针温度85 ℃,载气为N2。

GC-IMS条件：色谱柱类型MXT-WAX(30 m×0.53 mm,1 μm),柱温为60 ℃,运行时间为30 min,载气初始流速为2 mL/min,保持2 min,在2～5 min时线性升至10 mL/min,在5～25 min时线性升至100 mL/min,在25～30 min时也是100 mL/min;迁移气为N2,迁移气流量为150 mL/min。

1.4 数据分析

所有实验均重复3次,利用Origin 2021软件和SPSS 27.0进行图表绘制和统计分析,利用GC-IMS仪器自带的Laboratory Analytical Viewer(LAV)分析软件,GC-IMS Library Search软件内置的NIST数据库和IMS数据库对挥发性成分进行定性分析。使用SIMCA 14.1软件进行正交偏最小二乘法判别分析(orthogonal partial least squares discriminant analysis, OPLS-DA)和变量投影重要性(variable importance in projection, VIP)值分析。实验数据采用Excel 2016进行整理,均为“平均值±标准差”表示,P<0.05为差异显著。

2 结果与分析

2.1 宰后僵直过程吐鲁番黑羊背最长肌水分含量、pH值、蒸煮损失、嫩度的变化

如图1-A所示,吐鲁番黑羊的水分含量随着宰后时间的延长而降低,宰后24、36、48 h的水分含量显著低于宰后2 h的水分含量(P<0.05),这可能与羊肉宰后僵直过程中存在滴水损失有关。这与肖雄[9]对羊肉宰后僵直期水分含量变化一致。

如图1-B所示,吐鲁番黑羊的pH值随着宰后时间的延长先下降后升高,宰后36 h的pH值最低,从宰后2 h的pH显著下降到宰后6 h的pH(P<0.05),宰后12、24、36 h差异不显著,pH值降到5.5。宰后羊肉的pH值下降是由于肌糖原无氧酵解产生乳酸以及ATP分解产生磷酸根离子等,当pH趋于稳定时机体糖酵解已经完成,而后pH值将趋于稳定,这与李文博等[10](0～3 d)研究结果一致。

如图1-C所示,蒸煮损失随着宰后时间的延长不断增加,宰后2 h的蒸煮损失最小,从宰后2 h显著低于宰后12 h的蒸煮损失(P<0.05),在屠宰后早期,由于缺氧,进行无氧糖酵解生成乳酸,同时肌肉pH值降低,从而使蛋白质分子的多肽链变紧密、分子间距减小,肌肉内的部分水分被排出,因而持水力下降,蒸煮损失增加。这与李荣等[11]对滩羊肉宰后贮藏期研究结果一致。

如图1-D所示,剪切力随着宰后时间的延长先升高后降低,宰后24 h达到最大值,剪切力12 h与2 h差异显著(P<0.05),宰后初期随着肌糖原无氧酵解的进行,肌纤维发生强直性收缩,使肌肉失去弹性,使肉变得僵硬,进入僵直期[12]。

2.2 宰后僵直过程吐鲁番黑羊背最长肌色泽的变化

如表1所示,随着宰后时间的延长L*、a*、b*值呈上升趋势,宰后48 h的L*显著高于宰后2 h(P<0.05),其可能是是宰后pH值降低至蛋白质等电点,减弱了对水分子的吸引能力,导致水分流失,产生更多的游离水并附着于肌肉表面,增强了光的反射,进而使L*升高[13]。

宰后48 h的a*显著高于宰后2 h(P<0.05),因宰后肉与空气中氧气结合,形成氧合肌红蛋白[14]。僵直时间期b*值上升的原因可能是肌肉与氧气的充分接触导致氧合肌红蛋白逐渐生成高铁肌红蛋白(褐色)[15]。

2.3 宰后僵直过程吐鲁番黑羊挥发性风味物质分析

2.3.1 挥发性化合物GC-IMS图谱对比分析

为直观识别僵直过程吐鲁番黑羊中挥发性风味物质的差异,如图2所示,仪器生成的GC-IMS三维谱图(保留时间、迁移时间和峰强度),6个峰从左到右依次代表宰后2、6、12、24、36、48 h的羊肉,由图2可知,宰后不同时间羊肉的峰值信号强度存在一定差异,各样品的挥发性有机化合物含量不同。但由于观察不便,因此下面取俯视图进行差异对比。

图3为二维图谱,全图以蓝色为背景,横坐标处的红色垂直线为反应离子峰(reaction ion peak,RIP峰)。以纵坐标表示气相色谱的保留时间(s),以横坐标表示离子迁移时间。在RIP峰值的两侧,每一个点代表一种挥发性有机物。颜色代表风味物质的浓度,白色表示浓度较低,红色表示浓度较高,颜色越深表示浓度越大[16]。由图3可知,随着僵直时间的延长,风味特征物质种类和浓度越来越多,宰后2、36、48 h与宰后6、12、24 h的风味物质存在明显差异。

图4选取宰后2 h的谱图作为参比,其他样品的谱图扣减参比。若两者的挥发性成分相同,扣减后的底纹为白色,红色表示浓度高于参比值,蓝色表示浓度低于参比值。谱图上均出现明显深色斑点和浅色斑点,说明宰后2、6、12、24、36、48 h的羊肉均含有各自的特征挥发性化合物,不同的僵直时间挥发性物质含量间存在较明显差异。

2.3.2 挥发性化合物指纹图谱分析

由图5可知,行表示一个样品的所有挥发性风味物质,列表示不同僵直时间中相同的挥发性化合物。图中颜色较亮时,表示挥发性风味物质的含量越高。在指纹图谱中,存在着2种相同的物质分别为单体(M)与二聚体(D),这是因为在某些物质中,某些物质的含量存在差异,导致多个信号点或多个斑点[17]。用指纹图谱上的数字表示未经鉴定的物质。根据化合物的变化趋势,将图5划出3个区域,这些特征区域在选定的僵直时间内,信号峰值强度更高,其他僵直时间较弱。

A区是吐鲁番黑羊宰后2 h的特征风味物质区,其特征性物质有苯甲醛、正辛醛、正戊醇(二聚体)、正己醇、正戊醇(单体)、正己醛(二聚体)、正戊醛(二聚体)、庚醛(单体)、正丁醛(单体)、正丁醛(二聚体)、庚醛(二聚体)、正壬醛、2-庚酮、醋酸(二聚体)、反式-2-戊烯醛、醋酸(单体)、仲丁醇(单体)、仲丁醇(二聚体)。此区间这些特征物质含量明显高于其余5个时间段,羊肉中醛类特征物质占优势,是肉品主要风味物质,这与罗玉龙等[18]和王芳等[19]的结果一致。大多数醛类物质的风味阈值较低[20],在较低的浓度下,它呈现出特殊的油脂香味,而超过一定的浓度后,又会产生类似腐臭、酸败等特殊的气味。随着僵直时间的延长,这些特征物质逐渐变少,可能原因醛类物质被缓慢氧化导致。B区为宰后36 h吐鲁番黑羊的的特征风味物质区域,主要特征物质包括正丁醇(单体)、正丁醇(二聚体)、正丙苯、丙醛(二聚体)、丙醛(单体)、叔丁醇(二聚体)、正丙醇。此区间特征物质醇类总数最多,从宰后2 h到36 h醇类物质增加,可能因为醇类是经过脂肪氧化分解后产生的产物,如肉中的共轭亚油酸被脂肪氧合酶和过氧化物酶分解后产生醇类化合物[21],一些直链醇风味相对较弱,随着碳链的增加,风味也随之增加[22],一般表现为果香和油脂的香气[16]。C区为宰后48 h吐鲁番黑羊的特征风味物质区域,主要特征物质包括2-甲基丁醛(单体)、2,3-丁二酮、3-羟基-2-丁酮(二聚体)、乙酸异丁酯、丙酸甲酯、羟基丙酮、2-甲基丁醛(二聚体)。此区间特征物质酮类总数最多,酮类是脂肪氧化的另一主要产物,这类物质往往具有乳脂、果味以及成熟后的风味特点[23]。6、12、24 h这3个样品中所含成分变化趋势在指纹图中较为相似,说明这3个时期挥发性风味物质相似度可能较高。

2.3.3 挥发性化合物定性分析

由表2可知,从宰后2、6、12、24、36、48 h的样品中,共鉴定出56个信号峰,进行定性分析后,其中52个信号峰被定性,有信号但无法确定的物质未列入表2中。

因此最终定性出的挥发性风味物质共52种,包括醛类16种、醇类16种、酮类11种、酯类4种、烷类2种、酸类2种、苯类1种。醛类、醇类和酮类为羊肉的主要挥发性物质,该结果与孟新涛等[24]对羊肉挥发性物质检测结果一致。

醛类是油脂氧化时产生的不饱和脂肪酸及其衍生物,也是其降解产物[25]。醛类物质具有清新果香味,可减轻羊肉自身的膻味。在宰后6个僵直时间段中均检测出壬醛具有柠檬香、脂肪味、花香味;己醛的香气与新鲜味、油味、苹果香味类似,庚醛的香气与坚果味和水果清香类似;这些直链醛是肉香味的基本成分[26]。

脂肪的氧化,氨基酸的脱羧,脱氢均可生成醇类[27]。醇类物质大多具有使人感到舒服愉快的轻微香味,大多数不饱和醇类物质具有很好的花果香和草木香气[28]。醇类的气味阈值比醛类高,对羊肉风味影响较小,而对羊肉的整体风味具有协同效应。

酮类主要由脂肪氧化产生,属于不稳定的中间体,一般被还原成相应的醇。宰后2、6、12、24、36、48 h的样品中检测出的3-羟基-2-丁酮、2,3-丁二酮具有类似的奶油香气,2-庚酮具有类似的梨的水果香味,其可减弱肉腥味[29]。

2.3.4 挥发性化合物质主成分分析(principal component analysi,PCA)

PCA作为多元统计分析方法之一,可降维处理数据,根据PCA在双标图上的距离来反映僵直过程不同时间段中挥发性组分与僵直过程不同时间段之间的相关性[28],图6中每种颜色代表僵直过程的一个时间段,PC1、PC2累积贡献值大于60%,宰后6、12、24 h 3个时间点样本彼此接近,宰后36、48 h 2个时间段的样品相互靠拢,说明它们之间风味较相似。

宰后2 h的样品单独一个地方,且与其余5个时间段的样品相隔较远,说明其风味上差异明显,此结果与GC-IMS谱图得到的结果一致。

2.3.5 挥发性化合物质OPLS-DA及VIP分析

对挥发性风味物质的含量进行OPLS-DA分析,可以显著的将宰后6个时间段的羊肉风味区分开,R2X、R2Y分别为X、Y矩阵的解释率,Q2为模型的预测性能。如图7-A所示,R2X、R2Y、Q2分别为0.932、0.82、0.584,均超过0.5,表明此模式有较好的解释力与拟合程度[30]。其次,6个时间段样本的分数散点图具有很好的聚类能力,且各组之间的差别较小,能够很好地完成各组之间的分离度。通过置换检验(n=200)对该模型的可靠度进行了检验,由图7-B可知,R2、Q2皆比在横坐标1.0上的初始R2、Q2小,并且Q2的回归线与横坐标的交点和截距为负值,表示此统计模型的有效性,不存在过拟合,可以反映出宰后不同时期的羊肉的差别。

VIP值可量化每个变量对宰后吐鲁番黑羊风味的贡献,其值越大,说明宰后不同时间羊肉的风味差异越显著。将VIP>1作为筛选关键风味物质的标准。由图7-C可知,并且根据P<0.05且VIP>1.0的标准对宰后羊肉僵直过程结果筛选出有显著贡献的3种物质。包括庚醛(单体)具有油脂香气,正己醛(二聚体)具有青草气及苹果香味、3-羟基-2-丁酮(单体)具有奶油香气、其对风味贡献较大。

3 结论

吐鲁番黑羊宰后僵直过程食用品质存在显著差异。水分含量持续下降、贮藏12 h时pH值显著下降,剪切力值在12 h时最大,蒸煮损失和色泽随僵直时间延长显著增加。宰后6 h之前的吐鲁番黑羊保水性,嫩度较好,随后进入僵直期肉品质变差。在不同时间段共定性出52种挥发性风味化合物,主要包括16种醛类、16种醇类、11种酮类、4种酯类、2种烷类、2种酸类和1种苯类化合物。其中苯甲醛、正辛醛、正戊醇(二聚体)、正己醇、正戊醇(单体)、正己醛(二聚体)、正戊醛(二聚体)、庚醛(单体)、正丁醛等为宰后2 h关键风味物质,正丁醇(单体)、正丁醇(二聚体)、正丙苯、丙醛(二聚体)、丙醛(单体)、叔丁醇(二聚体)、正丙醇为宰后36 h关键风味物质,乙酸异丁酯、2,3-丁二酮、2-甲基丁醛(单体)、3-羟基-2-丁酮(二聚体)、丙酸甲酯、羟基丙酮、2-甲基丁醛(二聚体)为宰后48 h关键风味物质。宰后6、12、24 h的风味物质无明显差异,相似度较高。OPLS-DA结合VIP值筛选出3种关键性风味物质(P<0.05、VIP>1)分别为庚醛(单体)、正己醛(二聚体)、3-羟基-2-丁酮(单体)。因此初步判断,羊肉宰后僵直前期和解僵期风味物质更丰富。

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