肌肉风味影响着人们对肉的选择和喜好程度,挥发性有机化合物(volatile organic compounds,VOCs)是肉在加热过程中形成的风味化合物,是评价鸡肉风味的重要指标[1]。早在1965年,Minor等[2]发现,鸡肉散发的VOCs主要由羰基化合物和含硫化合物组成,在鸡汤中发现了13种含量相对较高的VOCs(>10 ng/g),但无法准确判断不同VOCs对鸡肉整体风味的贡献程度。随着检测技术的发展,一些高效的VOCs萃取技术,如固相微萃取(solid-phase microextraction,SPME)、溶剂辅助风味蒸发(solvent-assisted flavor evaporation,SAFE)等前处理技术通过与气相色谱-质谱联机(gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS)分析相结合,越来越多鸡肉中的VOCs被检测到,并可以较为准确地筛选出对鸡肉风味贡献程度较大的VOCs。另外,肉类中的不饱和脂肪酸在烹饪过程中会氧化产生各种VOCs,有助于熟肉风味的形成[3]。研究表明,肉类产品中的多不饱和脂肪酸多以磷脂结构存在,与甘油三酯结构相比,高比例的磷脂结构更容易使肉类产生由脂质氧化形成的挥发性风味物质[4]。本文对鸡肉中主要的VOCs进行了总结,并探讨了脂质调控与VOCs之间的关系,为进一步通过脂质调控的方法改善鸡肉风味提供参考。
1 鸡肉中的挥发性风味物质
1.1 鸡肉中VOCs的种类
图1总结了基于不同检测方法获得的不同品种鸡肉VOCs的物质种类分布,醛类、醇类、烷烃类、酯类、酮类等化合物是鸡肉VOCs的主要成分,其他类化合物中包括呋喃类、噻吩类和吡嗪类化合物等。Jin等[5]采用GC-MS分析技术对京星黄鸡、天农麻鸡和文昌鸡3个地方品种鸡肉的VOCs进行分析,检测出9种共有的VOCs,包括己醛、2-壬烯-1醇、2,4-壬二烯醛、1-辛烯-3醇、庚醛、辛醛、壬醛、癸醛和反式-2-十一烯-1-醇,并通过主成分分析得出已醛和1-辛烯-3醇对鸡肉整体风味的贡献最大,是中国优质肉鸡中的主要VOCs。此外,文昌鸡含有更多的醇类物质,共检测出19种,而烷烃类VOCs只检测出4种,远低于京星黄鸡(13种)和天农麻鸡(12种)。Luo等[6]在文昌鸡胸肌中,共检测到36种VOCs,其中包括9种主要的VOCs,分别是己醛、庚醛、辛醛、壬醛、十八醛、苯甲醛、2,4-壬二烯醛、十六烷醛和1-辛烯-3醇,其中大部分为醛类物质,说明醛类在鸡肉挥发性风味中起主导作用。Xu等[7]采用GC-IMS分析技术发现,醛类和醇类是影响清远麻鸡白切鸡挥发性风味的主要成分,贡献较大的物质包括(E)-2-辛醇、3-辛醇、1-辛烯-3-醇、苯乙醛和苯甲醛等。Deng等[8]采用GC-IMS技术在817小型白羽肉鸡中检测到了更多的VOCs,共67种物质,其中包含醛类20种、醇类16种、酮类10种、酯类9种、酸类2种、呋喃类3种、吡嗪类5种、含硫化合物2种。Wei等[9]分别采用基于气相色谱-静电场轨道阱高分辨-质谱联机(gas chromatography-orbitrap-mass spectrometry, GC-Orbitrap-MS)的挥发学和液相色谱-质谱联机(liquid chromatography- mass spectrometry, LC-MS)的脂质组学比较了泰和乌鸡和科宝鸡的脂质及VOCs差异,共检测到53个VOCs,其中泰和乌鸡的鸡肉中有40个VOCs,明显高于科宝肉鸡。因此,不同品种鸡肉产生的VOCs具有一定差异,品种是影响鸡肉风味的重要因素。
图1 基于不同检测方法获得的鸡肉VOCs的种类分布GC-IMS: 气相色谱-离子迁移谱gas chromatography-ion mobility spectrometry;GC-MS:气相色谱-质谱gas chromatography-mass spectrometry;GC-Orbitrap-MS:气相色谱-静电场轨道阱高分辨-质谱gas chromatography-orbitrap-mass spectrometry;PTR-TOF-MS:质子转移反应飞行时间质谱proton transfer reaction-time of flight-mass spectrometry。 Fig.1 Species distribution of VOCs in chicken based on different detection methods[5,7⇓⇓⇓⇓-12] |
为探究对鸡肉风味有较大贡献的VOCs,表1汇总了近5年与鸡肉风味相关研究中的33种共有VOCs,鸡肉中主要的VOCs可分为醛类、醇类、烷烃类、酮类、酯类和杂环化合物六大类。其中醛类物质种类最为丰富(18种),其次为醇类(5种)、酮类(3种)、烷烃类物质(4种)。关于酯类物质,乙酸乙酯可能是鸡肉中重要的酯类VOCs。其他的VOCs还包括呋喃、噻吩和吡嗪类物质,其中2-戊基呋喃在多数研究中均检测到,说明2-戊基呋喃是鸡肉中重要的VOCs。并不是所有VOCs对鸡肉风味的贡献都是相同的,只有少数物质能在鸡肉整体风味中起到主导作用,这些VOCs被称为关键VOCs。
表1 鸡肉中共有的VOCs及气味描述Table 1 VOCs and odors description in chicken |
| 化合物种类 Compound types | 化合物名称 Compound name | 感官阈值 Sensory thresholds/(ng/g) | 气味描述 Odor description | 参考文献 References | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 己醛 Hexanal | 4.5、5 | 生青味道、脂肪 | [5,8,10⇓-12,15,25-26] | ||||||
| 庚醛 Heptanal | 3 | 脂肪、水果味道 | [5,7-8,10⇓-12,25-26] | ||||||
| 苯甲醛 Benzaldehyde | 350 | 坚果味 | [5,7-8,10,25-26] | ||||||
| 辛醛 Octanal | 0.7 | 脂肪、肥皂、柑橘、谷物、花香 | [5,7-8,10⇓-12,15,25] | ||||||
| (E)-2-辛醛 (E)-2-octanal | 3 | 水果、脂肪、泥土 | [7-8,10-11,25-26] | ||||||
| 壬醛 Nonanal | 8、1 | 油脂、生青、甜味 | [5,7-8,10⇓-12,25-26] | ||||||
| (E)-2-壬醛 (E)-2-nonanal | 0.25、0.08 | 油脂、脂肪 | [5,8,10-11,15,25] | ||||||
| 醛类 Aldehyde | 癸醛 Decanal | 0.1~2 | 油脂、生青、金属 | [5,7-8,10-11,25-26] | |||||
| (E,E)-2,4-癸二烯醛 (E,E)-2,4-decadienal | 0.2、0.07 | 脂肪味道 | [5,10-11,15] | ||||||
| 2-十一烯醛 2-undecenal | 1.4 | 油脂、甜味 | [10-11,15,25] | ||||||
| 戊醛 Pentanal | 12~42、20 | 生青、醋 | [8,10⇓-12,26] | ||||||
| (E)-2-己醛 (E)-2-hexanal | 19.2 | 杏仁味 | [7-8,10-11] | ||||||
| (Z)-2-庚醛 (Z)-2-heptanal | 13.5 | 脂肪、杏仁、生青 | [10-11,25] | ||||||
| (E,E)-2,4-壬二烯醛 (E,E)-2,4-nonadienal | 0.09 | 油脂、肥皂 | [5,10,15] | ||||||
| (E)-2-癸醛 (E)-2-decanal | 0.4、0.3~0.4 | 牛肉、肉味、脂肪、鸡肉 | [5,15,25] | ||||||
| (E)-2-庚醛 (E)-2-heptanal | 13 | 脂肪、杏仁、生青 | [5,7-8,11] | ||||||
| 2-甲基丁醛 2-methyl butanal | 0.9 | 麦芽、咖啡、巧克力 | [11,25] | ||||||
| 苯乙醛 Phenyl acetaldehyde | 4 | 甜、蜂蜜味道 | [7,25] | ||||||
醇类 Alcohols | 戊醇 Pentanol | 橡胶 | [8,10] | ||||||
| 己醇 Hexanol | 奶酪 | [7-8,10-11,25] | |||||||
| 庚醇 Heptanol | 泥土 | [7,10] | |||||||
| 1-辛烯-3-醇 1-octen-3-ol | 1 | 蘑菇、真菌、土豆 | [5,7-8,10,15,25-26] | ||||||
| 辛醇 Octanol | 草香、水果味、焦味、 肥皂味、黄油、脂肪 | [8,10,25] | |||||||
烷烃类 Hydrocarbons | 十二烷 Dodecane | 2 040 | [11,25] | ||||||
| 十四烷 Tetradecane | [5,11,25] | ||||||||
| 十五烷 Pentadecane | [5,11,25] | ||||||||
| 对二甲苯 P-xylene | 490 | [11-12,25-26] | |||||||
酮类 Ketones | 2-庚酮 2-heptanone | 140 | 发霉味道、奶酪 | [8,10-11,25] | |||||
| 2-壬酮 2-nonanone | 38.9 | 似乙醚、黄油、奶酪 | [11,25] | ||||||
| 2-丁酮 2-butanone | 刺激性气味、甜味、奶酪 | [7-8,25] | |||||||
| 酯类 Esters | 乙酸乙酯 Ethyl acetate | 0.08 | 果香味 | [8,10-11] | |||||
杂环类 Heterocyclic | 2-戊基呋喃 2-pentylfuran | 6 | 水果、草香、豆味 | [7-8,10⇓-12,25-26] | |||||
| 2,5-二甲基吡嗪 2,5-dimethylpyrazine | 爆米花、辛辣、生青 | [8,25] |
1.2 鸡肉中关键VOCs的风味特征
不同的VOCs呈现出不同的风味特征,为鉴别和量化VOCs在鸡肉风味中的贡献度,引入香气活度值(odor activity values,OAVs)这一概念,OAVs大于1的化合物被视为影响鸡肉风味的关键VOCs,计算公式为样品中VOCs浓度(C)与其感官阈值(T)的比值[13],即OAVs=C/T。T指化合物的气味浓度能够被感知到时的最低值,VOCs的T越低,代表其对风味的贡献程度越大。Fan等[14]对北京油鸡和商品肉鸡鸡汤中的VOCs进行鉴定,分别在2种鸡汤中发现21和17种关键VOCs(OVAs≥1)。醛类化合物是鸡肉中较为丰富的VOCs,小分子醛类通常具有较低的T,因此在鸡肉的整体风味中发挥重要作用。Feng等[15]通过GC-O-MS技术在清远麻鸡的鸡汤中检测到12种OVAs≥1的醛类物质,包括(E,E)-2,4-癸二烯醛、(E,Z)-2,4-癸二烯醛、(E,E)-2,4-壬二烯醛、(E)-2-壬醛、(E)-2-癸醛、(E)-2-十一烯醛、辛醛、己醛、3-(甲硫基)丙醛、(E)-2-辛醛、(E)-2-庚醛和3-甲基丁醛。己醛在鸡肉中表现出最高的OVAs,说明己醛可能是对鸡肉挥发性风味贡献较大的醛类物质[16]。Barido等[17]研究了鸡肉在冻融过程中VOCs发生的变化,发现醛类物质在鸡肉冷藏期间会随脂肪的缓慢氧化而减少,降低鸡肉的特殊风味。也有研究指出,醛类物质含量过高不利于肉类的挥发性风味形成,因为高含量的醛类物质可能表示肉类已经发生氧化变质,给肉的风味带来负面影响[18]。
2 鸡肉风味形成主要途径
2.1 脂质氧化形成风味物质
与蛋白质和碳水化合物相比,脂类容易氧化,气味和香气与脂类的关系非常密切。脂质氧化不仅降低鸡肉产品的营养价值,而且还会对风味、质地、颜色等感官品质产生负面影响。然而,在某些情况下脂质氧化可促进令人愉悦的香气产生[27]。脂质氧化可以通过多种途径进行,包括自氧化、光氧化、热氧化和酶催化氧化。其主要是脂肪酸中多不饱和脂肪酸与氧分子反应,通过自由基机制产生初级氧化产物(氢过氧化物)。由于氧-氧键较弱,这些化合物高度不稳定,被认为对气味和香气的形成没有贡献,但它们迅速分解并产生各种各样的次级成分,这些次级成分是形成气味和香气的原因[28]。在这些化合物中,醛类由于其较低的气味阈值和较高的浓度,是促进风味发展的主要化合物。脂质氧化产生的最常见的醛类是链烷醛、4-羟基-2-烯醛、2-烯醛和丙二醛[29]。脂解作用是脂质衍生风味物质形成的另一种可能途径,它提高了游离脂肪酸的水平。游离脂肪酸可通过各种氧化机制氧化生成氢过氧化物,并进一步分解为一系列挥发性风味化合物[30]。此外,脂氧合酶在不饱和脂肪酸的降解中起着重要作用,它是参与酶氧化的主要酶,其介导的反应通过生成挥发性醇和羰基化合物,产生新鲜的香气[28]。Wei等[31]报道,采用热法、消除或固化脂氧合酶法制备的氧化鸡脂肪,可产生更多的脂肪醛和醇,并减少硫醇和噻吩等硫化物的含量。
2.2 美拉德反应形成风味物质
美拉德反应又称非酶褐变,是在常温或加热条件下糖和氨基酸发生缩合、环化等反应生成含硫、含氮和含氧杂环化合物,主要由半胱氨酸或谷胱甘肽与还原糖反应,形成基本的肉味和色泽。美拉德反应可产生广泛的化学成分,包括恶唑、噻吩、呋喃、噻唑、吡咯、吡嗪和吡啶等。鸡肉中的多肽、氨基酸、硫胺素、碳水化合物、核苷酸和脂类等化合物会促进风味的形成。美拉德反应分为3个阶段,在第1阶段,由还原糖的羰基与氨基酸或肽的氨基经脱水环化生成阿马都利(Amadori)化合物;在第2阶段,Amadori化合物经脱氧糖酮降解生成糠醛和二羰基化合物等物质,之后二羰基化合物再与氨基酸发生斯特勒克(Strecker)降解生成吡嗪等物质;在第3阶段,氨基化合物经脱水、环化及聚合等反应生成酮、醛、醇、呋喃、含硫化合物等一系列芳香物质,后2个阶段是美拉德反应赋予鸡肉风味和色泽的主要步骤[33]。例如,核糖和半胱氨酸之间的美拉德反应生成的羰基和硫化合物,包括噻吩-3-硫醇和呋喃-3-硫醇,是肉类风味的主要前体物质。美拉德反应产物的形成还取决于水分含量、烹饪温度和时间、pH以及所涉及的反应物的性质,如二羰基化合物、呋喃酮及其衍生物、羟基酮等,都是通过对后续化合物的脱水和重排而形成的[27]。在低湿度条件下,反应速率随着温度的升高而显著增加,风味化合物的产生与肉产品受热脱水的区域有关。
2.3 脂质-美拉德产物相互作用形成风味物质
脂质氧化和美拉德反应是对肉类风味影响最重要的2种化学反应,但两者之间并不独立,而是相互关联的。美拉德反应可单独或与脂质氧化产物一起产生了大量风味的成分。在某些情况下,这些产物的相互作用会产生新的挥发性化合物,或部分/完全阻断其他化合物。例如,脂质氧化生成的醛类可参与烹饪过程中美拉德反应的初始阶段和后期,形成具有烷基侧链的吡嗪、噻吩、吡啶、恶唑、噻唑等挥发物[28]。有报道Amadori产物可以增加磷脂氧化,生成2,4-十二烯醛参与美拉德反应,生成2-烷基杂环产物[27]。Zhao等[34]研究发现,脂质氧化-美拉德反应相互作用生成了12种新的VOCs,包括9种含硫化合物、1种含氮杂环化合物和2种新的环酮。Zamora等[35]认为,肉类中发生的脂质氧化并不会随二级和三级脂质氧化产物的形成而结束,而会在脂质羰基和氨基化合物共同存在的情况下继续反应生成羰基-胺反应产物,从而生成新的VOCs,对鸡肉的风味有重要影响。通常,从脂质-美拉德反应中产生的VOCs比从其本体反应中产生的VOCs表现出更高的气味阈值,可导致美拉德反应副产物的气味强度变弱。然而,它可能会改变从这一复杂体系中获得的香气分布,并对芳香化合物产生间接影响[36]。
2.4 硫胺素降解形成风味物质
2.5 肠道菌群代谢物影响鸡肉风味
肠道微生物是机体中存在的复杂生态系统,饲粮中营养成分和生存环境的变化均会对肠道微生物群产生较大影响,其中某些群落可能会对鸡肉的肉质和风味产生影响[10]。短链脂肪酸(short-chain fatty acids,SCFAs)也被称为挥发性脂肪酸,是含有少于6个碳原子的有机羧酸,包括乙酸、丙酸、丁酸和戊酸等,在动物体内主要由肠道菌群代谢产生。研究表明,在饲粮中添加大麻二酚能通过减少腐败短链脂肪酸的产生抑制鸡肉中对风味不利的挥发性物质生成,说明盲肠微生物代谢产生的短链脂肪酸可能与鸡肉VOCs之间存在联系[39]。Wang等[40]研究报道,饲粮中添加不同菌种的益生菌对肠道内短链脂肪酸的含量有显著影响,同时提高了一些风味阈值较低的化合物含量,如(E,E)-2,4-壬二烯醛、(E)-2-己烯醛、(E)-2-壬烯醛、(E)-2-庚烯醛、(E)-2-辛烯醛、1-辛烯-3-醇及1-辛醇等,表明肠道菌群代谢产生的SCFAs可能改善了鸡肉风味。Yang等[41]研究发现,在肉鸡饲粮中添加半乳糖寡糖和低聚木糖可降低肠道内厚壁菌门和拟杆菌门比例,改善盲肠中溶血磷脂、氨基酸等与风味物质相关的代谢物含量,有助于调节鸡肉的肉质与风味。丁酸梭菌是一种产丁酸、产孢子的革兰氏阳性厌氧菌,具有改善肠道菌群和调节鸡肉脂肪酸组成的功能。Liu等[25]研究发现,在饲粮中添加丁酸梭菌能提高醛类、醇类、酮类、呋喃类及含硫化合物等VOCs的含量,丰富鸡肉的独特风味。He等[42]研究指出,SCFAs可以增加脂肪酸氧化,抑制脂肪酸合成,减少棕榈酸、硬脂酸等内源性脂肪酸的沉积,增加多不饱和脂肪酸在鸡肉中的比例,从而丰富了由亚油酸、花生四烯酸等多不饱和脂肪酸氧化产生的VOCs。亚油酸是鸡肉VOCs重要的前体物质,小分子醛类、醇类等VOCs大多由亚油酸氧化产生。以上研究表明,肠道菌群代谢产生的SCFAs可能通过脂质代谢影响鸡肉中的风味前体物质,从而影响鸡肉风味,但SCFAs的调节机制非常复杂,其潜在的调节机制尚不清楚,还需进一步的研究探索。
3 脂质对鸡肉挥发性风味物质的调控作用
3.1 饲粮脂肪来源与脂肪酸组成影响鸡肉风味
已被大量研究证实,鸡肉的脂肪酸组成很大程度上受饲粮脂肪酸组成的调节[43⇓-45]。棕榈酸、硬脂酸是鸡肉中主要的饱和脂肪酸,油酸是主要的单不饱和脂肪酸,亚油酸和亚麻酸是主要的多不饱和脂肪酸,此外还包括少量的花生四烯酸和二十二碳六烯酸等长链多不饱和脂肪酸[29]。脂肪氧化产物能极大地促进畜禽产品中特征风味化合物和香气的形成[46]。鸡肉中脂肪酸沉积主要来源于肝脏的内源性合成和通过饲粮摄入。亚油酸、亚麻酸和花生四烯酸等多不饱和脂肪酸属于必需脂肪酸,不能通过肝脏合成,只能通过饲粮摄入在鸡肉中沉积。而这些多不饱和脂肪酸往往是形成鸡肉关键VOCs的重要前体物质,如亚油酸、花生四烯酸是己醛、1-辛烯-3-醇、2-戊基呋喃等关键VOCs的重要前体物质。袁华根等[47]研究表明,鸡肉本身的脂肪酸组成可能是导致不同品种鸡肉风味产生差异的原因之一。因此,可以通过饲粮的脂肪酸组成改变鸡肉的脂肪酸组成,从而对鸡肉的挥发性风味进行调节。
3.2 脂质代谢调控鸡肉风味
脂质代谢会随鸡日龄和饲粮的改变不断发生变化,可能会对风味前体物质及VOCs的形成产生影响。Yang等[51]报道,甘油酯代谢、脂肪细胞因子信号、亚油酸、甘油磷脂等脂质代谢通路能导致肉质和鸡肉风味的变化。影响脂质代谢的相关调控因子包括AMP依赖的蛋白激酶(AMPK)、过氧化物酶体增殖物激活受体(PPARs)、脂肪酸结合蛋白(FABPs)和脂滴包被蛋白1(PLIN1)等,其中PPARγ、A-FABP、PLIN1等基因的表达水平与肌内脂肪含量呈正相关,肌内脂肪含量增加有益于鸡肉风味的形成[52]。脂质组学能够对组织中的小分子脂质代谢物进行大规模、全面的检测,有助于在分子水平上了解鸡肉的脂质代谢[53]。Cui等[54]发现,在饲粮中添加不同油脂对清远鸡的胸肌代谢物有显著影响,在76个差异代谢物中主要以磷脂为主,包括磷脂酰胆碱(PC)、磷脂酰丝氨酸(PS)、磷脂酰乙醇胺(PE)、磷脂酰肌醇(PI)、磷脂酰酸(PA)和溶血磷脂酰胆碱(LPC)。Liu等[55]的研究中指出,肌肉中的差异代谢物可以通过调节生物素代谢、氨基酰基-tRNA生物合成、赖氨酸降解、ABC转运蛋白等脂质代谢通路改变鸡体内的脂质代谢,增加或抑制肌内脂肪含量或改变鸡肉的脂肪酸组成,从而影响鸡肉风味,如生物素代谢是多不饱和脂肪酸生成的必要因子,可以加速脂肪合成,生物素缺乏会增加肉鸡胸肌中C16:0和C18:2的含量,并减少C18:0和C20:4的含量,导致异常的脂质代谢。以上研究表明,脂质代谢对鸡肉风味有着重要调控作用。
4 小结
鸡肉中的VOCs包括醛类、醇类、烷烃类、酯类、酮类和一些杂环化合物,其中T较低的VOCs对鸡肉挥发性风味有较大贡献。饲粮的脂肪酸组成和脂质代谢会改变鸡肉的脂肪酸组成,从而影响VOCs的产生。提高鸡肉中的一些多不饱和脂肪酸如亚油酸,会产生更多的己醛、辛醛、1-辛烯-3-醇、2-戊基呋喃等T相对较低的化合物,使鸡肉具有更多的“特殊”香气。而当鸡肉中的一些饱和脂肪酸如棕榈酸、硬脂酸等含量提高时,鸡肉则偏向于散发出更多烷烃类或酯类VOCs,这些物质往往使鸡肉的基础肉香愈加浓厚。肠道微生物作为生物体内的重要的生态系统,参与机体的代谢调控。通过探索开发一些功能性肠道微生物调节机体脂质代谢,从而改善鸡肉风味品质,但相关调节机制尚不清楚,有待进一步的研究。此外,基于GC-MS、GC-IMS、GC-O-MS等多组学手段,系统构建可参考的不同品种鸡肉VOCs数据库,为鸡肉品质、风味和品种改良等研究提供理论依据和技术支撑。