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          羊肉膻味物质的研究进展

          时间:2019-02-24 阅读:17

          随着社会的发展,人民的生活水平不断提高,膳食观念发生改变,人们对肉类产品品质的要求也越来越高,不仅需要具备高营养、低脂肪、低胆固醇、绿色安全,同时也要具有良好的口感和风味。羊肉一直以来因其肉嫩鲜美,营养丰富,风味独特受到老百姓的青睐。但羊肉具有特殊的风味,即俗称的膻味,在不同程度上影响了羊肉品质的优劣,这也是羊肉消费量较低的主要原因。因此,了解羊肉膻味的组织来源和物质基础,探索其形成的机制,对于加快肉羊产业的发展是十分必要的。

          1、羊肉膻味的组织来源和物质组成

          1.1羊肉膻味的组织来源

          动物的脂肪组织是动物体的重要组成部分,人们对羊肉的膻味进行研究发现,羊肉特征风味物质主要来源于脂肪组织[1]。生肉中所含有的脂质在加热过程中会产生挥发性物质及其衍生物,它们是形成肉类风味的重要成分。在烹饪过程中肌肉组织提供基本的肉香风味,而脂肪组织经加热所产生的挥发性化合物则具有物种特有的特征风味[2]。此外,无论在空气中或是在氮气中加热羔羊的脂肪,均产生羊肉的特殊风味,这进一步证明了羊肉的特殊风味物质存在于生肉的脂肪组织中,而并不是在烹饪的过程中才产生的[3]。Reid等[4]对羊肉分别进行严格的有氧和无氧处理,发现无氧处理的羊肉特殊风味更明显,也就是说,有氧条件下脂质的氧化产物对羊肉的特征气味并无显著贡献。在犊牛肉中添加羊脂肪后,评定人员大多会将其误判为羊肉,而单纯加入牛脂肪时则不会发生错误辨别[5]。

          1.2羊肉膻味的物质组成

          羊肉膻味相关的物质组成与羊机体内对脂肪的利用密不可分。反刍动物瘤胃中含有大量微生物,脂类在瘤胃中消化的实质就是微生物的消化。瘤胃微生物水解甘油三酯(TG)产生甘油和游离脂肪酸,其中前者最终转变为挥发性脂肪酸,而大部分不饱和脂肪酸在微生物的作用下形成饱和脂肪酸,部分氢化的不饱和脂肪酸发生异构变化使得支链脂肪酸(BCFAs)和奇数碳脂肪酸增加。挥发性脂肪酸主要经瘤胃壁吸收,小肠可直接吸收链长<C14的短链脂肪酸,长链脂肪酸则以乳糜微粒的形式被吸收[6]。

          1.2.1短链脂肪酸

          Wong等[7-8]对羊肉脂肪组织的脂肪酸进行研究后,首次提出挥发性BCFAs是羊肉烹饪过程中产生的不愉快气味的主要贡献者,其中C8~C10的BCFAs对特殊气味具有显著作用。BCFAs是反刍动物特有的脂肪酸,绵羊和山羊脂肪中的BCFAs含量高于其他反刍动物[9]。目前认为有2种重要的BCFAs,即4-甲基辛酸和4-甲基壬酸,是影响羊肉的特殊风味主要物质。Brennand等[10]对羊脂肪组织和肌肉组织中C4~C11挥发性脂肪酸进行系统的定性定量分析,确定4-甲基辛酸、4-乙基辛酸是引起羊肉特殊风味的主要脂肪酸,而4-甲基壬酸变化范围较大,作用相对较小。Ha等[11]分析了牛、羊、马、猪、雄鹿等动物肾周脂肪中BCFAs的分布与含量,发现4-甲基辛酸和4-乙基辛酸是表征强烈的具有羊特殊气味的物质,而在其他物种中其含量并不是很高。孟宪敏等[12]利用气相色谱仪对山羊肉进行检测分析表明,起关键作用的致膻化合物是短链的游离脂肪酸,主要有己酸(C6∶0),辛酸(C8∶0)和癸酸(C10∶0),其中癸酸是影响羊肉的膻味的主要物质,且当C6∶0∶C8∶0∶C10∶0之间的配比为0.5∶1.0∶9.0,并在一定条件下结合成稳定的络合物或缔合物时,即产生典型的膻味。

          1.2.2硬脂酸

          硬脂酸也是羊肉特征风味物质的贡献者之一。Sañudo等[13]对羊肉致膻物质进行研究发现,硬脂酸(C18∶0)和亚麻酸(C18∶3)与羊肉的膻味有关。张利平等[14]利用冷式提取技术结合气相色谱法研究不同生长阶段肉羊皮下脂肪和背最长肌的脂肪酸含量变化,发现短链脂肪酸(C6~C12)和硬脂酸含量随着肉羊年龄的增长而显著增加,从而证实短链脂肪酸和硬脂酸均是引起羊肉膻味的重要物质。李维红等[15]对不同年龄阶段肉羊体脂中的短链脂肪酸和硬脂酸进行比较分析,发现短链脂肪酸和硬脂酸从50日龄开始随年龄的增长有显著的增加。

          1.2.3酚类

          Nixon等[16]首次在烹饪羊肉的挥发物中检测到苯酚和甲酚物质。脂肪中的烷基苯酚对于羊肉气味的贡献大于其他化合物[11]。酚类化合物含量也受到放牧活动、饲粮体系、肉品pH等的影响。

          1.2.4吲哚

          吲哚类物质,尤其3-甲基吲哚(即粪臭素)是通过反刍动物瘤胃中微生物对色氨酸的去氨基和去羰基作用而生成。动物饲粮组成和放牧条件对肉中吲哚及其衍生物含量有较大影响。Young等[17]研究发现,放牧饲养的羊的肉中粪臭素的含量要显著高于苜蓿及玉米饲喂的羊。另有研究认为,牧草中蛋白质或非纤维糖类的含量较高时有利于瘤胃微生物对氨基酸的利用,故放牧条件下能够促进粪臭素的形成[18]。

          1.2.5含硫化合物

          肉品中含硫挥发物的含量很低,但会带来一种极其不被接受的臭味,对肉类品质的影响非常大,如苯硫酚、烷基硫化物、含硫杂环化合物等。饲粮体系、放牧活动、肉品pH等都会影响与肉中的含硫化合物含量。

          1.2.6羰基化合物

          羊机体内蛋白质经胰蛋白酶消化降解为氨基酸等羰基化合物,羰基化合物再经一系列转化过程形成其他物质。羰基化合物也是体现羊肉品质和膻味大小的指标之一,羊肉中含量越低,羊肉膻味越小[19]。

          除此之外,与羊肉膻味有关的物质还包括一些醛类、吡啶、吡嗪、内酯、萜类等化合物。导致羊肉膻味的挥发性物质的成分十分复杂多样,国内外研究者的观点不尽相同,可能是由于研究方法和技术手段、研究侧重点的不同。在这些挥发性物质的共同作用下形成了羊肉独特的风味。

          1.3肉品挥发性物质的分析方法

          食品中的风味物质一般具有组成成分复杂、含量较少、挥发性较强、组分无固定规律等特点,对于其的研究一般包括分离、富集、浓缩、定性定量鉴定以及相关统计验证等步骤。目前在诸多分析方法中,并没有一种完美的方法适合于所有风味物质的研究,通常采用将同时蒸馏萃取(SDE)、固相微萃取(SPME)、吹扫捕集(P&T)、超临界萃取(SFE)、液相微萃取(LPME)等技术与气相色谱、液相色谱或气相色谱-质谱联用(GC/MS)等仪器相结合起来对挥发性物质进行分析,在试验条件允许的情况下应尝试配合运用多种方法,以期互补。

          Ha等[20]首次使用微型SDE设备提取羊奶酪和羊脂肪组织中的挥发性物质,随后又对牛、羊奶酪中的膻味物质进行了比较,并提取了牛、羊奶中用脂肪酶消化后释放的挥发性BCFAs以及其他脂肪酸,试验均取得了很好的效果。Watkins等[21]利用SPME技术结合GC/MS仪对羊奶干酪中的挥发性香味物质进行了研究,结果表明此法灵敏度高,能准确分析得出各种挥发性香味化合物。余爱农等[22]以及江新业等[23]用SDE技术分别对烟熏猪肉以及北京鸭、樱桃谷鸭进行了分析研究;徐欢等[24]应用SDE技术分析了金华火腿的风味物质。王存堂等[25]运用SPME技术分析了天祝白牦牛牛肉挥发性风味成分,检测出了62种化合物,并得出影响白牦牛肉风味的主要挥发性物质为氯仿、辛醛、1,2-二苯甲酸-2-甲基丙酯和1-乙基-碳三硫酯。刘源等[26]利用顶空固相微萃取技术结合GC/MS仪检测了鸭肉中的挥发性风味成分,共检测出55种化合物。Young等[27]应用P&T技术对羊脂肪组织中挥发性物质进行了分析,成功检测到了含量较低的挥发性BCFAs。


          2、影响羊肉膻味的因素

          2.1品种

          作为遗传因素,品种与诸多环境影响因素间存在交互作用,决定了不同品种羊肉之间风味的差异。早期有研究者比较了3种不同品质毛用羊品种的羔羊肉风味(哥伦比亚羊、兰布列羊和塔吉羊),结果表明羊肉风味强度随羊毛品质的增加而增加[28]。韩卫杰等[29]对滩羊、小尾寒羊、同羊脂肪组织的总挥发性BCFAs、4-甲基辛酸、4-甲基壬酸进行研究发现小尾寒羊中的含量均高于滩羊和同羊,说明小尾寒羊的膻味较大。

          2.2性别

          性别是影响羊肉膻味的重要因素之一。公羊、母羊、羯羊(阉割羊)间羊肉的风味强度均有所差异,这可能是由于不同性别羊体内激素水平、能量代谢等不同所致。公羊脂肪中BCFAs及奇数短链脂肪酸的含量要高于母羊、羯羊,而棕榈酸(C16∶0)、硬脂酸的含量较低[30]。公羊肉的膻味要明显大于母羊肉。Sutherland等[31]对公羊和羯羊脂肪中与风味相关的游离BCFAs进行分析发现,在80日龄时,公羊与羯羊的BCFAs含量并无显著差异,而在200日龄时公羊脂肪中的BCFAs含量则显著高于羯羊。另外,公羊肉中含有吲哚、3-甲基吲哚以及苯硫酚,但羯羊肉中并未检测出这几种物质[32]。

          2.3年龄

          年龄因素对羊肉膻味的形成具有很大的影响。随着年龄的增长,羊肉中各种物质的化学组成也随之发生变化,进而导致风味、营养价值等的变化,现在通常认为成年羊肉的特殊风味要大于羔羊肉。许多研究表明,成年羊的脂肪中4-甲基辛酸和4-甲基壬酸的含量显著高于羔羊。

          2.4饲喂与营养

          营养因素及饲喂条件是直接和快速影响羊肉品质形成的重要因素。

          2.4.1饲养方式、营养水平和饲粮组成

          不同放牧类型、不同谷物配比或者不同代谢能饲粮都将影响羊肉产生膻味的大小。Cramer等[33]比较了在多年生黑麦草和白三叶草草地放牧带来的影响,结果显示在白三叶草草地放牧的羊肉的特殊风味更强烈。另有研究报道在苜蓿地放牧的羔羊具有较大的风味[34]。Duncan等[9]以不同谷物分组饲喂羔羊以研究其对羔羊脂肪中BCFAs组成的影响,发现大麦组和小麦组羔羊脂肪中BCFAs含量高于玉米组,而燕麦组羔羊脂肪中的丙酸酯含量最低。Ha等[20]指出当饲喂特定饲粮时会使羊瘤胃中的丙酸盐和丁酸盐含量增加,从而影响羊肉的风味。Young等[27]研究发现,在放牧羊的肉中4-甲基辛酸、4-甲基壬酸等BCFAs的含量最高,另外玉米可使羊皮下脂肪中这些化合物的含量提高。Crouse等[35]以高、低能量的饲粮饲喂羔羊,对羊肉的风味强度进行评价的结果显示低能量饲粮组的风味更大。

          2.4.2维生素E

          维生素E是重要的抗氧化剂,可以通过捕获自由基抑制脂质过氧化反应的发生,减少过氧化产物(如烷烃、醛、酮、醇等)的产生,从而保护细胞膜结构的完整性以及细胞和组织器官功能的正常发挥,正因此维生素E对肉品质的改善具有重要作用。随饲粮中维生素E含量的增加,肌肉抗氧化能力增强,保水性能提高,多不饱和脂肪酸含量增加,并且,与膻味相关的短链脂肪酸和硬脂酸的含量降低[36]。

          2.4.3硫元素

          硫元素对羊肉膻味的影响主要通过机体内含硫有机物参与氨基酸的转化而实现。羊机体内蛋白质经胰蛋白酶消化降解为氨基酸等羰基化合物,通过与含硫有机物作用形成半胱氨酸,而半胱氨酸残基对蛋白质的结构和酶活性都具有重要作用。若饲粮中提供的含硫有机物不足,则无法完成氨基酸转化过程,羊体内含羰基化合物增高使膻味增大[19]。

          2.5部位

          羊的不同部位其脂肪酸的组成有显著的差异。Brennand等[37]对羔羊不同部位组织中挥发性脂肪酸(C4~C11)包括偶数、奇数和BCFAs进行定量分析,发现对羊肉膻味贡献较大的挥发性BCFAs在皮下脂肪中有较高含量,而肾周脂肪和肌间脂肪含量相对较低;肌肉样品中4-甲基辛酸和4-乙基辛酸的含量很低。奇数碳脂肪酸在皮下脂肪和肾脏脂肪中的含量显著高于肌肉脂肪,而不饱和脂肪酸在肾脏脂肪中的含量要明显低于皮下脂肪和肌肉脂肪,但饱和脂肪酸在肾脏中较高[38]。李维红等[15]对靖远滩羊的研究发现,短链脂肪酸和硬脂酸的含量按照肾脏脂肪、背膘脂肪和尾部脂肪的顺序依次下降,说明尾部脂肪膻味最小。


          3、脱膻技术

          3.1民间传统脱膻处理方法[39]

          民间处理羊肉膻味时多利用食材或者中草药等处理羊肉。如将羊肉与萝卜或者红枣加水共煮后,再对羊肉另行烹调,或将羊肉与大蒜、辣椒、醋等同煮,或加入板栗同煮均有减轻膻味的作用。也可利用中草药,如山楂、杏仁、白芷、砂仁、绿豆等对羊肉进行处理,但这仅能起到暂时掩盖膻味的作用,冷却贮藏后膻味会重新恢复。

          3.2物理、化学脱膻法

          1)高温加热法:用蒸气直接喷射羊肉,利用超高温杀菌,同时结合真空急骤蒸发的原理进行脱膻。

          2)包埋法:羊肉膻味物质中的挥发性化合物,如羰基化合物、含硫化合物及BCFAs等,易被环状糊精分子间的疏水空腔结构包埋,从而大幅度降低其挥发性而减轻膻味[40]。

          3)环醚型脱膻剂法:环醚类物质与低级脂肪酸发生酯化反应,使膻味游离脂肪酸转变为具有香味的酯类化合物[41]。

          4)漂洗法:用pH8.2的自来水,以不同肉水比例及漂洗次数处理绞碎的绵羊肉,羊肉脂肪残留量大大降低,与膻味相关的BCFAs含量也显著降低[42]。顾仁勇等[43]研究了温度、pH、肉水比以及漂洗次数对羊肉脱膻效果的影响,表明当40℃、pH8.2、肉水比1∶7、漂洗5次时,可以达到最佳脱膻效果。

          5)挤压法[44]:将玉米淀粉与羊肉混合,用单螺旋杆挤压机进行挤压处理。挥发性化合物可以在高温下经挤压挥发,肉品混合物中的淀粉和蛋白质降解,形成了挤压风味从而掩盖了羊肉的膻味。

          3.3微生物脱膻法

          近几年国内许多学者运用发酵菌株制成发酵混合制剂,对羊肉进行发酵处理。发酵过程中,微生物释放的脂酶及蛋白酶类对羊肉的低级挥发性脂肪酸产生作用,从而降低了羊肉制品的膻味。马丽珍等[39]采用植物乳杆菌和乳脂链球菌制成混合发酵剂处理羊肉,结果获得无膻味且滋味良好的羊肉香肠。孙来华等[45]报道将植物乳杆菌、啤酒片球菌和木糖葡萄球菌以2∶2∶1的比例混合生产羊肉发酵香肠,所得发酵肉制品口味适中,营养价值较好,且符合生产中发酵剂的要求。王艳梅[46]用泡菜汁发酵羊肉,分析获得了符合发酵香肠生产要求的3株优势菌株。张德权等[47]研究了5株典型的发酵菌株(植物乳杆菌、葡萄球菌、干酪乳杆菌、清酒乳杆菌、戊糖片球菌)的发酵效果,初步确定植物乳杆菌、干酪乳杆菌、戊糖片球菌为适合生产羊肉发酵的发酵菌株。


          4、膻味相关物质的代谢及分子调控机制

          动物脂肪细胞中脂肪的合成和分解代谢过程直接影响脂肪酸的含量,羊肉膻味相关的脂肪酸正是在各种酶的参与调控下发挥作用。反刍动物瘤胃发酵产生的乙酸是脂肪酸合成的主要前体物质。在脂肪细胞内,乙酸在酶的作用下合成乙酰辅酶A(Co-A),然后在乙酰Co-A羧化酶(ACC)的催化下形成丙二酸单酰Co-A,随后由还原型烟酰氨腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)生成酶提供还原氢,脂肪酸合成酶(FAS)催化合成长链脂肪酸,细胞利用脂蛋白脂酶(LPL)水解产生的脂肪酸和细胞从头合成的脂肪酸酯化形成TG,而激素敏感酯酶(HSL)则催化TG水解为甘油和脂肪酸。整个过程中,ACC是脂肪酸合成的限速酶,FAS和NADPH生成酶是脂肪酸合成的关键酶,LPL是脂肪转运的关键酶,HSL是脂肪分解的关键酶[48]。

          在脂肪酸从头合成过程中,FAS负责乙酰Co-A和丙二酸单酰Co-A合成软脂酸的所有催化步骤。FAS是复合酶体,其乙酰Co-A/丙二酰Co-A转移酶(AT/MT)在脂肪酸合成中主要负责底物的转运,若带有支链的底物参与脂肪酸合成,如甲基丙二酰Co-A,则就生成带有支链的脂肪酸。AT/MT转运支链底物的能力很可能是导致BCFAs积累的重要原因[49]。FAS基因是羊肉膻味相关的重要候选基因。近年来,对FAS基因的调控通常从转录起始调节、激素调节和饲粮营养调节3方面入手,以期控制FAS基因的表达。曹艳红[50]通过沉默山羊乳腺上皮细胞FAS基因,改变乳腺上皮细胞中的脂肪酸组成,短链脂肪酸的百分含量极显著下降,中链脂肪酸的百分含量显著升高,长链脂肪酸的百分含量略有变化。此外,作为脂肪合成和降解这一动态过程中的关键酶,FAS和HSL之间的联系也成为研究的热点。陈杰等[51]研究发现,FAS与HSL基因的mRNA比值与肌内脂肪含量存在显著相关,而它们各自的表达水平与肌内脂肪含量均无显著相关,这说明二者共同作用影响肌内脂肪的沉积,共同决定肌内脂肪的净沉积量。这为探讨羊肉膻味物质的代谢机制提供了思路和研究方法。另外,李爱华等[52]对宁夏滩酯酶-1同工酶(ESB-1)基因的研究发现,含ESB-1基因的滩羊肌肉中硬脂酸含量低,亚麻酸和亚油酸含量高,营养价值高,膻味低。

          脂肪代谢过程中各种酶的调控对于揭示羊肉膻味相关调控机制有着重要的作用,随着候选基因的挖掘,借助分子辅助标记和指示性状,可为膻味物质的形成机制提供重要的依据。


          5、小结

          综上所述,羊肉膻味的形成受到众多因素的影响和控制。国内外学者对羊肉膻味物质的组成看法不一,国外多认为4-甲基辛酸、4-甲基壬酸以及4-乙基辛酸是主要的膻味贡献者,而国内则认为C6∶0、C8∶0、C10∶0以及硬脂酸等在一定条件下对羊肉特殊风味的形成起主要作用。膻味相关物质的代谢通路和分子调控机制目前的研究成果不多,今后研究的发展趋势将会逐步深入对其调控机制的探讨。羊的品种、性别、年龄、饲养及营养等均可以对羊肉的风味产生影响,在实际繁殖育种的过程中,要充分利用现代生物学技术,建立良种繁育体系,优化放牧饲养方式及饲粮营养组成,寻找膻味性状候选基因,从根本上解决羊肉的膻味问题,培育出优质肉羊品种。此外,随着科学技术水平的不断发展和创新,羊肉的脱膻处理方法尤其是微生物法将是未来羊肉脱膻研究中值得关注的研究方向。



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