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文献导读
通过非靶向和靶向风味组学揭示传统红烧肉特有香味的形成过程
发表日期：2024.10.12
发表题目：《Unravelling the formation of characteristic aroma of traditional braised pork through untargeted and targeted flavoromics》
期刊：Food Chmistry
影响因子：8.5
亮点
-从第 0 分钟到第 45 分钟，脂质氧化占主导地位，导致醛类增加。
-从第 45 分钟到第 73 分钟，葡萄糖和氨基酸促进了美拉德 反应过程。
-第 45 至 73 分钟，2-戊基呋喃、硫化合物和呋喃类物质增加。
-第 45 至 73 分钟，调味品削弱了不饱和脂肪酸的氧化作用。
摘要
采用非靶向风味组学和靶向关键香气化合物定量分析，以及香气前体物质浓度动态变化分析，研究了传统红烧肉的香气演变及其内在机理。结果表明，在烹饪初期（第 0-45 分钟），脂质氧化占主导地位，导致大多数醛、醇、酮，如己醛、庚醛、辛醛、壬醛、(E)-2-辛烯醛、苯甲醛、1-辛烯-3-醇和 2,3-辛二酮的浓度增加，并伴随着难闻的脂肪气味。从第 45 分钟到第 73 分钟，调味料缓解了不饱和脂肪酸的过度氧化，同时减少了醛类物质。此外，葡萄糖和氨基酸从调味料扩散到瘦肉中，通过美拉德反应促进了肉中内源性核糖和氨基酸的消耗，并促进了二甲基三硫醚、二甲基二硫醚、甲硫醇和 2-糠醛的形成，从而产生了肉香、酱香和甜香，形成了传统红烧肉的特有香味。
主要内容
1. 背景
红烧肉是中国的一道传统名菜，因其风味浓郁而深受消费者喜爱。根据我们之前的研究，红烧肉诱人的香气主要来自 14 种关键香气化合物，包括己醛、庚醛、（E）-2-辛烯醛、辛醛、壬醛、苯甲醛、3-羟基-2-丁酮、2,3-辛二酮、1-辛烯-3-醇、2-糠醛、甲硫醇、2-戊基呋喃、二甲基三硫和二甲基二硫。众所周知，肉制品的香气特征与烹饪方法和加热参数有很大关系。传统的红烧肉总是采用历史悠久的明火配方进行烹制，其中包括依次进行的三个关键步骤：煮沸、煨制和勾芡。这一特殊的烹饪过程激发了红烧肉特有的香味。然而，据我们所知，还没有研究阐明其特有香味的演变过程和关键香味化合物的形成过程。
电子鼻、气相色谱-质谱法（GC-MS）、气相色谱-olfactometry（GC-O）以及香气重组和遗漏试验已被广泛用于区分不同肉制品的挥发性特征和识别典型肉制品的特征香气化合物。在这些研究的基础上，一些研究人员试图通过关注关键香气化合物的形成路径来阐明肉制品香气的形成机制。然而，肉制品的香气演变是一个极其复杂的过程，其中涉及众多挥发性化合物的同时变化。因此，仅通过一种或几种关键香气化合物的变化来描述肉制品香气发展的真实情况是不准确的。近年来，随着仪器分析技术、统计学和计算机科学的发展，风味组学已成为解读食品加工过程中复杂风味变化的一种新的分析技术。该技术又分为靶向风味组学和非靶向风味组学，前者是指利用外部标准品对样品中的某些目标挥发性化合物进行精确的定量分析，而后者则是对非靶向 GC-MS 方法获得的所有挥发性化合物的数据矩阵进行多重统计分析，从而捕捉各种样品复杂挥发性化合物中关键的差异风味化合物。Chen 等人（2023 年）通过非靶向风味组学揭示了发酵过程中鳜鱼特有风味的形成。Gu 等人（2023 年）通过非靶向和靶向风味组学揭示了发芽时间对烤大麦芽香气的影响。因此，关键香气化合物的靶向分析和非靶向风味组学可能是阐明传统红烧肉整体风味品质演变的有效方法。
脂质作为最重要的风味前体物质，通过热氧化和降解作用形成各种肉制品的特殊风味。肉类中的脂类会水解成游离脂肪酸，后者会被氧化成氢过氧化物和二级产物，包括醛、酮、醇和酸等。在加热过程中，脂肪酸的氧化途径多种多样，这在很大程度上导致了不同肉类产品的香气差异。一个令人信服的例子是，由于脂肪酸氧化程度不同，煎肉、烤肉和水煮肉呈现出完全不同的香味特征。研究表明，与饱和脂肪酸相比，不饱和脂肪酸由于更易氧化，在肉制品香气形成过程中发挥着更重要的作用。我们之前的研究也发现，红烧处理后，瘦肉产生的醛类、醇类和酮类明显比猪肚皮下脂肪丰富。原因可能是瘦肉中的磷脂和肌间脂肪的不饱和脂肪酸含量高于皮下脂肪的主要成分三酰甘油。因此，有人推测，瘦肉中的脂肪酸所产生的香味化合物是传统红烧肉特有香味的关键因素。然而，瘦肉中的脂肪酸对传统红烧肉香气演变的具体影响仍有待探索。美拉德反应是形成肉制品香气的另一个重要途径，它主要发生在油炸和烤肉的过程中，而在炖煮和蒸煮处理等高水分含量的烹饪系统中则鲜有报道。然而，在红烧肉中发现了吡嗪类、吡咯类和呋喃类等 MRPs，这可能归因于使用酱油的特殊烹饪过程。此外，美拉德反应和脂质氧化产生的次级产物之间的相互作用在肉制品香气形成过程中也发挥着重要作用，这已在许多由还原糖、氨基酸（或肽）和脂质（或氧化脂质、脂肪酸）组成的肉类模型系统中得到证实。然而，如何理解由美拉德反应改变的脂质氧化的发展与红烧肉特有风味的形成之间的关系仍然是一个难题。
为了揭示传统红烧肉的香味形成过程，我们通过非靶向香味组学研究了所有香味化合物的演变，并通过靶向分析研究了关键香味化合物。在整个烹饪过程中，对瘦肉中的脂质和水分含量以及香味前体物质（包括游离脂肪酸、葡萄糖、核糖和游离氨基酸）的浓度进行了监测。此外，还分析了香味前体和主要香味化合物之间的相关性，以阐明脂质氧化、美拉德反应以及这些反应之间的相互作用在红烧肉香味形成过程中的作用。
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2. 材料与方法
2.1. 原材料和化学品
2.2. 制备不同烹饪时间的红烧肉样品
2.3. 不同烹饪时间红烧肉的非靶向风味组学
2.4. 红烧肉中特征香味化合物的定向定量分析
2.5. 描述性感官分析
2.6. 核糖和葡萄糖含量的测定
2.7. 游离氨基酸的测定
2.8. 游离脂肪酸分析
2.9. 硫代巴比妥酸活性物质含量分析
2.10. 数据分析
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3. 结果和讨论
图 1. 红烧肉在烹饪过程中的风味变化，通过无目标风味组学分析可视化，包括三维主成分分析（a）、热图聚类分析（b）和火山图分析：第 15 分钟与第 0 分钟的对比图（c）、第 30 分钟与第 15 分钟的对比图（d）、第 45 分钟与第 30 分钟的对比图（e）、第 60 分钟与第 45 分钟的对比图（f）和第 73 分钟与第 60 分钟的对比图（g）；通过偏最小二乘判别分析得出的投影变量重要性图（VIP）（h）；以及利用气相色谱-质谱技术对不同时间烹制的红烧肉中的挥发性化合物数据矩阵进行的镦粗图分析（i）。图 1c-g 中挥发性化合物的全称见表 S3。
图 2. 红烧肉在传统烹饪过程中肉质、脂肪、焦糖和甜味以及酱汁味等四种感官风味属性的变化。
图 3. 红烧肉在烹饪过程中添加和不添加调味料时葡萄糖含量（a）、核糖含量（b）、脂质含量（c）和硫代巴比妥酸活性物质（TBARS）值（d）的变化。LMS：加调味料的瘦肉，LMNS：不加调味料的瘦肉。葡萄糖含量、核糖含量和脂质含量均按干基计算。不同字母（a - f）表示差异显著（p < 0.05）。
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4. 总结
非靶向风味组学和特征香气化合物的目标定量分析被证明是分析传统红烧肉香气演变的有效方法。在烹饪的早期阶段，不饱和脂肪酸的快速氧化导致醛类、醇类、酮类和呋喃类化合物的增加，其中包括特征香气化合物：庚醛、辛醛、己醛、(E)-2-辛烯醛、2,3-辛二酮、苯甲醛、壬醛、1-辛烯-3-醇和 2-戊基呋喃。在烹饪的后期阶段，由于调味料在肉中的浓度增加，美拉德反应加剧，同时不饱和脂肪酸的氧化程度降低。一方面，从第 45 分钟到第 73 分钟，美拉德反应增强，促进了含硫化合物、含氮化合物和糠醛的生成，从而带来了肉香、酱香和甜香。另一方面，调味料引起的不饱和脂肪酸氧化作用减弱，减少了脂肪醛和酮的过度生成，从而防止了在最后烹饪阶段形成难闻的脂肪气味。一个有趣的发现是，从第 45 分钟到第 73 分钟，随着红烧肉中糖和氨基酸的富集，2-戊基呋喃的含量增加，但亚油酸的初级氧化作用减弱。在烹饪过程中，调味料在促美拉德反应和防止脂质过度氧化方面发挥了重要作用，从而形成了传统红烧肉特有的香味。
