风味特征是消费者判断肉制品品质优劣的重要指标。脂类作为主要产生香味的前体物质在很大程度上影响香味的形成,不同肉质香味的差异主要是由脂肪氧化产物不同导致[1]。脂质氧化与蛋白质氧化产物的相互关联也是肉类及其制品最重要的属性之一,是影响风味形成的有效途径。Han Dong等[2]通过对熟猪肉的挥发性成分进行测定和分析,共鉴定出61 种挥发性化合物,其中25 种化合物为水煮猪肉中具有气味活性的化合物,主要通过脂质氧化和降解反应产生。Frank等[3]研究发现,烤牛肉的味道是通过肌纤维、结缔组织(胶原蛋白)与脂肪基质中递送的芳香挥发物相互作用而产生,同时肌内脂肪(intramuscular fat,IMF)在其中起着至关重要的作用。肌肉中IMF含量较高会产生大量重要脂质衍生挥发物,大多数非挥发性组分是水溶性的,随着IMF在肉中所占比例的增加,它们在水相中的相对含量也随之增加,进而有助于人们对肉有更好的风味感知[4]。Alonso等[5]研究也发现,IMF的增加决定着肉制品的主体风味。更多的学者也进一步揭示了肌肉与脂肪组织经一系列复杂热诱导反应后,特别是脂肪(作为风味化合物的溶剂)及其与肉中其他成分的交互作用会影响风味化合物的释放[6]。这些研究对动物性脂肪影响其风味调控、风味形成机理探究及风味改良等方面有重大贡献。
本文以动物性脂肪为关注视角,概述动物性脂肪基本属性来源、与风味物质的构成关联,总结关键性反应途径下脂肪参与风味形成机理,并进一步从代谢途径、贮藏条件及处理干预的角度综述脂肪对风味调控的贡献,为动物性脂肪在风味物质的调节、研究、提取与分析等方面的研究提供参考。
鲜肉的风味特征很大程度上依赖于肉中的挥发性化合物,而挥发性化合物又取决于脂肪酸的组成[7]。李义海等[8]研究报道,羊肉脂肪中的挥发性脂肪酸构成了羊肉的特征风味。李文博等[9]分析苏尼特羊肉中主要脂肪酸与特征挥发性风味物质的相关性,结果表明,羊肉中主要挥发性化合物为己醛、壬醛、1-辛烯-3-醇和2,3-辛二酮,这些挥发性风味物质与脂肪酸含量呈正相关性,其中乙醛和主要醇类物质1-辛烯-3-醇与花生四烯酸呈显著正相关(P<0.05),与反式亚油酸呈正相关。罗玉龙等[10]对苏尼特羊的股二头肌、背最长肌、臂三头肌3 个部位肌肉进行挥发性成分和脂肪酸分析,结果发现,背最长肌中的醛类和醇类含量高于臂三头肌和股二头肌,可能是因为背最长肌单不饱和脂肪酸的含量高于股二头肌与臂三头肌。Watkins等[11]研究发现,沉积在脂肪中的支链脂肪酸是羊肉特异性风味的主要贡献者,且随着动物年龄的增长而增加。刚虎军等[12]研究得出,一些支链脂肪酸、月桂酸、酯类、烯醛类等与羊肉的膻味有关。丁艳艳等[13]也得出,4-甲基辛酸、4-甲基壬酸等支链脂肪酸对羊肉膻味影响显著。此外,孔圆圆等[14]在羊肉主要风味前体物质与羊肉风味的关系及影响因素研究中发现,C6、C8、C10等低级挥发性脂肪酸为羊肉致膻的主要成分,其中C10起主要作用。黄春红等[15]研究表明,羊肉膻味还与硬脂酸含量呈正相关。由此可见,脂肪酸组成及含量会影响肉品的风味。另外,O’Quinn等[16]研究发现,经玉米饲养后的牛肉总体风味比草饲牛肉更好,主要是由于不同饲养方式造成脂质沉积和脂肪酸组成不同,进而引起风味效应差异。
肉制品在贮藏和加工过程中,脂质氧化产生的腐臭和异味是其品质下降的主要原因,但低程度的脂质氧化可以增强肉的风味[17]。大量研究表明,脂肪在肉制品风味形成中有两大重要作用:一是作为风味化合物的溶剂,在风味化合物形成过程中为蓄积风味物质提供场所;二是通过水解、氧化或与其他化合物进一步发生酯化、美拉德反应等形成各种风味化合物。脂肪产生风味的机理如图1所示。
图1 脂肪产生风味的机理
Fig. 1 Mechanism of flavor formation from fat
脂质氧化通常被认为是一种由自由基链反应引起的非酶自动催化反应,初期产物为氢过氧化物,最终分解成挥发性化合物,包括醛、酮、醇、酸、碳氢化合物和内酯[18]。Shi Yanan等[19]研究大河乌猪干腌火腿风味形成的原因及其关键成分时发现,大河乌猪干腌火腿中最丰富的风味化合物是醛类和醇类,其中己醛、3-甲基丁醛、壬醛和辛醛是火腿的特征化合物,主要来源于脂肪氧化。Zhang Jian等[20]研究无骨干腌火腿风味物质时发现,由脂质氧化产生的己醛、1-辛烯-3-醇、辛醛和壬醛是其主要的特征挥发物。Bai Shuang等[21]研究羊肉臊子中挥发性风味物质的形成机理,结果发现,炒制过程中脂肪氧化产生的醛类、醇类和酯类等物质是挥发性物质的主要来源。李翔等[22]研究香肠熏制过程中挥发性物质时发现,羰基化合物、酯类物质和萜烯类物质是香肠挥发性物质的主体成分,其中的羰基化合物主要由亚油酸和花生四烯酸氧化而来。王丽等[23]在揭示安福火腿的品质特性及其主体挥发性风味物质成分时发现,安福火腿皮下脂肪中挥发性风味物质的总含量高于IMF,皮下脂肪的挥发性风味物质是干腌火腿风味的主体部分,可能与皮下脂肪中较高的游离脂肪酸含量以及发生的不同程度氧化与水解反应产生醛类、醇类、烃类等化合物有关。
美拉德反应是肉制品加工中另一个重要的反应,它与脂质氧化遵循着相似的反应途径、有着共同的中间产物,因此研究者们开始关注它们之间的相互作用。有研究发现,脂质氧化产物可以直接促进美拉德反应或与该反应某些中间体相互作用,从而影响美拉德反应,生成与无脂质参加时的美拉德反应不同的产物[24]。另外,脂质降解产物可以与美拉德反应的生成物发生交互作用,进而生成更多的风味物质[25-26]。张永生等[27]研究发现,淘汰蛋鸡骨架酶解物的美拉德反应在醇厚感、炖煮鸡汤味、持续性、鲜味及和谐性等方面表现最佳,其原因可能与淘汰蛋鸡骨架中较高的脂肪含量有关,而这些脂质在美拉德反应中发挥了重要作用。Aaslyng等[28]研究发现,脂肪酸可以与美拉德反应物发生反应,形成气味阈值较低的风味化合物,对风味产生更大的影响。黄泰来等[29]以鸡肉为研究对象,研究脂质代谢对鸡肉风味的影响时发现,脂质氧化降解产生的醛类物质或磷脂中极性基团上的氨基可以与美拉德反应物相互作用,一方面,通过减少由美拉德反应产生的含硫化合物,改善肉的风味,另一方面,与美拉德反应物共同作用生成挥发性化合物,如醇类、烷基呋喃类等物质,从而影响肉的风味。赵晓策[30]在研究滩羊肉煮制过程中挥发性风味物质形成及变化时发现,滩羊肉脂肪中有来自亮氨酸Strecker降解后呈黑巧克力味的3-甲基丁醛,这是因为滩羊机体中的脂肪、蛋白质和碳水化合物等均参与代谢活动,导致脂肪组织中存在氨基酸,肌肉组织中存在磷脂。
加热能促进不饱和脂肪酸降解并产生许多风味化合物,尽管大部分风味化合物的气味阈值相对较高,但因它们含量高仍然可以影响肉的味道。Xie Qiusheng等[31]研究水煮盐水鸭时发现,饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸含量均呈下降趋势,说明热处理促进了鸭腿肌游离脂肪酸的氧化损失,促进醛和酮等挥发性化合物的生成。Zhang Jianhao等[32]在研究高温对金华火腿脂肪分解和氧化的影响中发现,35~37 ℃能有效促进金华火腿脂解,也可促进氧化产物进一步反应和降解,促进金华火腿风味的形成。Yao Wensheng等[33]用顶空-气相色谱-离子迁移谱法分析德州红烧鸡生产过程中风味的形成,在德州红烧鸡样品中共鉴定出37 种风味物质,包括醛类、醇类、酮类、酯类、萜类、呋喃类和吡嗪类等,其中大部分来源于脂类的热降解和美拉德反应。Liu Huan等[34]在研究北京烤鸭香气形成过程时发现,北京烤鸭在烘烤过程中,包括含硫化合物、醛类和醇类在内的9 种关键香气成分含量显著增加,脂肪热分解导致游离脂肪酸含量升高,不饱和脂肪酸含量越高,越容易分解成醛和醇。
脂肪水解是在脂肪酶作用下将脂质水解成游离脂肪酸,其中的不饱和脂肪酸进一步氧化产生大量挥发性化合物。Zhao Bing等[35]研究发现,中式干香肠中的风味物质主要来源于脂肪的氧化和水解,中性脂肪、游离脂肪酸和磷脂的变化可以反映脂肪氧化和水解的程度,对风味有显著影响。另外,韦友兵等[36]在萨拉米香肠发酵成熟的过程中发现,脂质在微生物以及中性脂酶、酸性脂酶、磷脂酶等内源酶的作用下不断水解生成游离脂肪酸,大量的不饱和脂肪酸再被氧化成其他小分子烃类、醛类、醇类及酮酸类等物质,形成产品的风味和滋味。田星等[37]的研究发现,脂肪可以水解产生甘油和脂肪酸,脂肪酸经过一系列反应产生α-酮戊二酸,从而产生谷氨酸,而谷氨酸含量的增加有助于5’-肌苷酸的生成,从而提高肉品的鲜味。
3.1.1 烹调方式
在烹调过程中,脂肪从肉中融化流出,释放出一些与脂肪相关的挥发性化合物,这些挥发性化合物产生了熟肉制品的香味。油炸作为传统烹饪方法之一,能够形成香气化合物,然而长时间的油炸处理会改变脂肪酸组成,导致脂质氧化增加[38]。Legako等[39]在研究电烤锅烹调对中性和极性脂质的脂肪酸影响时发现,烹饪对极性脂质的不饱和脂肪酸有很大影响,这是因为在烹饪过程中不饱和脂肪酸发生了热氧化反应。Yu Yuanrui等[40]在研究不同烹调方法对云南瓢鸡中游离脂肪酸、水溶性化合物和风味成分的影响时发现,烤鸡中饱和脂肪酸和单不饱和脂肪酸含量最高,炸鸡中多不饱和脂肪酸含量最高,水煮鸡中单不饱和脂肪酸和多不饱和脂肪酸含量降低,每种烹饪方法都能使瓢鸡产生独特的风味,这可能与鸡肉脂肪水解为脂肪酸并溶解在汤中有关。
3.1.2 盐添加量
盐含量不仅影响化合物的形成,还影响风味物质的释放。Wang Ying等[41]在研究不同盐添加量(分别为4%低盐和8%高盐)对干腌鹅中脂肪氧化及挥发性物质产生的影响时发现,与低盐组相比,在整个腌制过程中高盐组具有较高的脂质水解和氧化水平,可能是因为较高的盐含量降低了水分活度,有利于激活酸性脂肪酶并灭活中性脂肪酶,另外,一定添加量的氯化钠也可以促进脂解酶的活性,进而提高由脂类衍生物产生的风味化合物含量。周慧敏等[42]研究不同食盐含量(分别为原料肉质量的2%、3%、4%、5%)对风干猪肉挥发性风味物质的影响,结果发现,随着食盐用量的增加,烃类、醛类、醇类和酯类物质的含量呈先增加后降低的趋势,在食盐用量为4%时含量达到最高,这主要是由于脂肪氧化是腌腊肉制品中醛、醇、烃类物质的主要生成途径,在一定范围内增加食盐含量能够促进肌肉中的脂肪氧化,但是当食盐含量达到临界值后,继续增大盐含量则会抑制脂肪氧化。Zhang Jian等[20]在研究无骨干腌火腿加工过程中脂肪氧化及挥发性物质的变化时发现,随着氯化钠含量的增加,由脂肪氧化产生的挥发性物质在整个加工过程中不断增多,占总挥发性物质的39.76%~40.75%,挥发性物质的形成有利于香气的形成,说明在一定范围内,氯化钠含量的增加对挥发性风味物质的形成有积极影响。Guo Xin等[43]在研究新疆干腌羊肉火腿加工过程中风味物质的变化时发现,在盐渍和干燥过程中,由于氧和盐促进了脂质氧化,导致初级氧化产物快速积累,随后次级脂质氧化产物(如醛类和酮类)逐渐形成。田星等[44]对不同食盐添加量(1%、2%、3%)的中式风干香肠挥发性风味成分进行鉴定和分析,结果发现,随着食盐添加量的增加,各类挥发性风味物质的种类也增多,可能是因为食盐影响了脂肪氧合酶、蛋白水解酶等活性,酶又催化脂肪氧化和蛋白质水解,进一步影响产品风味。
3.2.1 酶解修饰
脂质是肉制品中含量仅次于蛋白质的主要化学成分,在加工过程中脂肪水解和脂肪酸氧化等均受到脂肪相关酶类的催化影响,进而形成特征挥发性化合物[45]。封莉等[46]研究不同添加量的脂肪酶对中式香肠脂质降解和脂肪氧化的影响,结果发现,添加适量的脂肪酶能有效加速中式香肠中脂肪的降解和氧化,促进香肠中脂质来源的挥发性风味物质生成。郝卓莉等[47]利用多酚氧化酶、脂肪氧化酶和胶原蛋白酶对鳕鱼进行处理,结果发现,经脂肪氧化酶处理的鳕鱼,醛类物质含量最高,而经多酚氧化酶处理的样品,其醛类物质含量较低。Yang Yang等[48]在研究非熏制腊肉加工过程中挥发性风味物质的变化时发现,由于中性脂肪酶的作用,从生肉期至干熟期,1 d内游离脂肪酸含量增加,同时,脂肪氧合酶是与游离脂肪酸氧化有关的主要内源性酶,该酶在引起非熏制腊肉的干腌和干熟过程中的脂质氧化起着重要作用。刁玉段等[49]也报道,脂肪氧合酶催化不饱和脂肪酸的加氧反应,生成的氢过氧化物裂解生成挥发性的醛类和醇类,从而对食品的风味产生很大影响。
3.2.2 高压处理
高压加工技术具有良好的抑制肉制品色泽、风味和热敏性营养物质劣变的能力,逐渐受到研究者和肉制品生产商的重视[50]。Huang Yechuan等[51]在研究高压结合热处理对猪肉脂质水解和氧化的影响时发现,高压(600 MPa)结合热处理(50 ℃)可显著促进IMF的水解和氧化,导致磷脂含量和游离脂肪酸的组成发生显著变化,进而影响肉品风味。Yang Yang等[52]在研究高压处理对酱油腌制猪肉脂肪氧化分解的影响时发现,经高压处理后,游离脂肪酸的组成发生显著变化(P<0.05),这归因于甘油三酯和磷脂的脂解,同时总饱和脂肪酸、单不饱和脂肪酸和多不饱和脂肪酸含量均显著减少(P<0.05),这可能是因为在高压加工过程中,中性脂肪酶和酸性脂肪酶的活性显著降低,也可能是由于单不饱和脂肪酸和多不饱和脂肪酸发生了氧化,同时还产生了大量的挥发性化合物。然而,压力过高会对食品风味造成不利影响。Martínez-Onandi等[53]在研究高压处理对伊比利亚火腿挥发性成分的影响时发现,当伊比利亚火腿在600 MPa高压下处理后,一些带有难闻气味的脂质氧化产物,如壬醛、甲硫醇和二甲基三硫化物含量升高,一些具有良好风味的挥发性化合物,如丙酸、丁酸、戊醇、醛类、酯类的含量都有不同程度的下降。
3.2.3 超声波处理
超声波技术近年来在肉品行业被广泛应用,除作为清洗和杀菌加工设备外,还可以测量活体动物的脂肪深度,改变肌肉组织的生理特性等[54]。Peña-González等[55]对4 ℃保存的牛肉进行高强度超声(high intensity ultrasound,HIU)处理,研究其对脂质氧化的影响,结果发现,HIU处理可以促进脂质氧化和肉中羰基的形成,原因可能是超声波通过空化效应破坏细胞膜和胶原蛋白、使蛋白质变性,并促进自由基的形成,进而加快脂肪氧化。Zou Yunhe等[56]研究超声辅助烹饪对五香牛肉风味的影响,结果表明,超声处理对五香牛肉的终期氧化产物硫代巴比妥酸反应物有显著影响(P<0.05),也是因为超声空化效应结合高温使脂质更容易被氧化。
3.2.4 干燥处理
Shi Shuo等[57]对内蒙古不同地区采用传统天然干燥与现代热风干燥得到的牛肉干品质进行研究,结果发现,经传统天然干燥后的呼和浩特牛肉干和巴彦淖尔牛肉干中醛、酮、酯、1-戊醇、1-己醇、1-庚醇、1-辛醇等风味化合物的含量均高于现代热风干燥处理后的牛肉干,其中1-戊醇、1-己醇、1-庚醇和1-辛醇都是脂肪酸氧化的产物,说明传统天然干燥比热风干燥更有利于脂质的适当氧化,使其更具有肉味。张佳敏等[58]研究烘烤与风干干燥对四川腊肉脂质氧化的影响发现,自然风干有利于减缓脂质氧化和促进风味脂肪酸的形成。赵娟红等[59]研究冷冻干燥和恒温干燥对牦牛肉风味物质的影响时发现,常压煮熟、恒温干燥的牦牛肉,赋予牛肉愉快甜香味和水果味的醛类物质含量较冷冻干燥的高,而这些醛类物质主要来源于脂肪氧化。因此,干燥方式也会影响脂肪变化,进而影响肉品的风味。
成熟是指在一定条件下改善肉类风味、品质的贮藏过程,肉类中常见的2 种成熟方法是湿法成熟和干法成熟。干法成熟通常是指将胴体或分割肉不加任何包装和保护措施,置于低温(-1~4 ℃)环境中自然成熟数天,湿法成熟则是在相同条件下将肉品进行真空包装成熟[60]。与传统的湿法成熟相比,干法成熟后的肉制品可以产生更好的风味特征[61]。Khan等[62]在研究经干法成熟的牛肉时发现,在成熟过程中脂肪酸氧化产生的挥发性化合物数量增加,并影响牛肉风味强度。Vossen等[63]在研究干法成熟对比利时蓝牛肉感官品质的影响时发现,干法成熟9 周后比利时蓝牛肉风味达到可接受限度,可能是因为比利时蓝牛肉中多不饱和脂肪酸含量较高,进而推测干法成熟过程可能会加快脂质氧化的进程。Watanabe等[64]在研究成熟对牛肉挥发性物质的影响中发现,非芳香族化合物,如正庚醛和辛烷的含量在不同成熟阶段存在显著差异(P<0.05),成熟30 d的含量高于2 d,可能是成熟期间脂质氧化引起的。Zhang Renyu等[65]研究成熟方法对牛肉中脂肪氧化的影响发现,长期冷冻贮藏的袋装成熟牛肉能延缓脂质的过度氧化,进而改善风味,因为包装袋具有一定的阻隔功能,能降低脂质的过度氧化,脂质的过度氧化可能会导致肉制品产生异味以及不饱和脂肪酸的损失。
脂肪与食品中其他组分,如蛋白质、碳水化合物、矿物质等相互作用也会对风味产生一定的影响。Li Binbin等[66]研究4 种不同温度下(-20、40、55、80 ℃)发生脂质氧化后的猪肉对川式香肠成熟过程中肌肉蛋白质氧化的影响发现,蛋白质氧化和脂质氧化之间存在正相关性,氧化程度越高的脂质对蛋白质的氧化反应越强,最终影响肉制品的品质。Zhang Jian等[67]在研究蛋白质与风味间的关系时发现,不饱和脂肪酸氧化产生的一些风味,如醛、酮和醇可以与蛋白质中特定的氨基酸残基非共价或共价结合,进而改变食物的风味特征。王兆明等[68]研究脂质和蛋白质在肉品中的氧化及交互氧化机制发现,脂质和蛋白质氧化均为自由基链式反应,氧化反应可以在脂质和蛋白质间相互转移,并且氧化过程中产生的自由基等活性氧物质是脂质和蛋白质交互介导氧化的重要途径,肌红蛋白氧化生成的活性氧物质和高铁肌红蛋白等物质可以促进脂质的氧化,进而影响肉品的风味。Wang Wenli等[69]研究发现,在贮藏过程中,肌红蛋白被金属催化和脂肪氧化以及其他因素导致蛋白质羰基化,进而影响肉品风味。
林耀盛等[70]在研究蔗糖添加量对风干腊肠风味物质的影响中发现,蔗糖通过水解产生一定量的葡萄糖和果糖,而葡萄糖作为还原性单糖,参与蛋白质降解产生的美拉德反应,促进脂质降解和氧化,进而提高腊肠风味。周宇[71]研究钾钙复配盐对低钠盐培根风味的影响发现,添加0.5%钾钙复配盐能显著促进关键挥发性酚类物质的释放和关键挥发性醛类物质的生成,钾钙复配盐的添加能提升多不饱和脂肪酸的氧化程度,促进直链醛的形成,从而改善风味[72]。
脂肪氧化、美拉德反应、脂肪热分解和脂肪水解都有利于风味的形成,烹调方式、盐添加量、加工处理方式、成熟方式以及食品中的蛋白质、碳水化合物、矿物质等与脂肪的相互作用都会影响动物性脂肪产生风味,这有助于调控肉类原料,生产出风味优异的肉制品,满足人们对肉类风味的需求。然而,不同肉制品通过脂质氧化、热分解、水解及美拉德反应等形成的特征风味不同,因此不同种类前体风味物质与脂质所发生的系列反应的相关性需要进一步研究。同时,脂质的适度水解和氧化有利于产品风味的形成,但是如何及时、精确地检测和控制其变化程度还有很大的研究空间。另外,肉类食品的加工工艺、成熟与贮藏方式等均影响肉制品特征风味的产生,为更好地保障肉制品品质及风味,对贮藏加工方式与脂质发生的系列反应之间的关联性还需深入研究,最终实现肉类食品的品质和风味具有良好的持久性和稳定性,推动肉类食品行业的发展。
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关海宁(1980—)(ORCID: 0000-0002-2232-1564),男,副教授,博士,研究方向为功能性成分分析及肉制品加工技术。E-mail: hai.ning2001@163.com
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