《食品科學》：閔成軍研究員級高級工程師等：梯度升溫和恒定高溫殺菌對紅燒牛肉揮發性物質的影響

牛肉作為一種優質蛋白質來源，深受消費者喜愛，紅燒牛肉更以其獨特的風味和口感成為國內人群廣泛食用的特色中式肉制品。隨著食品工業和人們生活節奏的快速發展，以及應急保障類食品儲備需求增加，方便即食、保質期長的罐頭產品日益受到市場關注。殺菌是延長食品貨架期的重要手段，但溫度過高會影響感官品質。傳統高溫殺菌雖能有效殺滅微生物，但容易導致食品營養成分損失，出現異味、脂肪氧化等問題，嚴重影響產品品質，低溫殺菌能有效保留產品風味但會縮短貨架期。為提升肉制品風味品質，研究人員開展了許多關于殺菌方式對長保質期產品風味影響的研究。一些研究表明，高溫高壓殺菌可以顯著影響熟培根的揮發性風味化合物含量和感官特性；高溫殺菌也可以通過影響脂肪酸含量進而影響醬牛肉的氣味活性成分。為提高肉制品食用品質，人們不斷探索和改進殺菌技術手段，近些年梯度升溫殺菌技術日益受到關注。梁二宏等研究了梯度升溫和高溫殺菌對番茄牛腩風味品質的影響，發現梯度升溫殺菌工藝有助于保護熱敏性揮發性風味化合物；劉博文等研究表明，梯度升溫殺菌工藝與未殺菌的自貢冷吃牛肉樣品風味特征最接近。

目前關于紅燒牛肉產品風味特征的研究較少，許倩倩等對由中國航天員科研訓練中心提供的紅燒牛肉罐頭進行了香味活性化合物分析，認為產品中2-丁酮、2-戊酮、莰烯等是該產品的重要香味活性化合物。關于殺菌工藝對紅燒牛肉類肉制品風味影響的研究仍存在空白，特別是對含糖、醬油、香辛料的帶湯包裝肉制品加工體系中風味的變化的機制尚未闡明。中國肉類食品綜合研究中心的李素、劉莉*和北京二商肉類食品集團有限公司的閔成軍*等擬通過氣相色譜-質譜（GCMS）技術結合氣味活度值（OAV）分析不同殺菌程序下紅燒牛肉揮發性風味物質的變化規律，為優化傳統肉制品工業化加工工藝和改善高溫殺菌肉制品食用品質提供理論依據。

1 不同處理組紅燒牛肉樣品揮發性風味物質差異分析

圖1顯示了不同處理組紅燒牛肉樣品中揮發性風味物質交集情況，具體風味物質組成見表3。紅燒牛肉樣品共檢測出59 種化合物，其中US組樣品檢測出52 種揮發性風味物質。殺菌處理組中HTS組檢出47 種，GHS1組檢出50 種，GHS2組檢出51 種，說明殺菌處理會引起揮發性風味物質種類缺失。4 組樣品中檢出的共有揮發性風味物質36 種，其中醛類物質共檢出12 種。3 個殺菌條件下紅燒牛肉樣品共有的新生成揮發性風味物質為6 種，殺菌后共同缺失的揮發性風味物質為4 種，梯度升溫殺菌后新生成物質為1 種。由熱圖可知，醛類物質種類數最多。結合表4可知，US組揮發性風味物質總含量為639.53 μg/kg，殺菌處理后樣品中揮發性風味物質總含量增加，HTS組總含量為897.83 μg/kg，GHS1組總含量為1 223.46 μg/kg，GHS2組揮發性風味物質總含量（1 953.93 μg/kg）顯著高于其他組（P＜0.05），說明通過殺菌處理可以促進紅燒牛肉產品風味形成，可能是通過促進湯中香辛料、調味料等產生的風味化合物向肉中遷移，也可能是在高溫作用下發生美拉德反應等進一步促進肉中的風味物質含量增加。

1.1 烴類和酸類化合物

由表3、4可知，各組樣品中烴類和酸類化合物含量較低。烴類物質中以烯烴為主，主要來源于紅燒牛肉煮制過程中添加的香辛料，支鏈烷烴也可能由支鏈脂肪酸氧化產生，雖然烴類物質嗅覺閾值通常較高，對產品整體風味形成和保持也具有重要作用。US組的烴類物質檢測出8 種，HTS、GHS1、GHS2組分別為4、7 種和8 種；HTS組的烴類物質含量最低（3.36 μg/kg），GHS2組含量最高（17.03 μg/kg）且顯著高于其他組（P＜0.05），說明121 ℃恒定高溫殺菌會對引起烯烴類化合物的逸散或消失，而GHS2組的殺菌條件有助于促進烴類物質從肉湯進一步向肉中轉移。酸類物質共檢出4 種，其中乙酸含量最高。殺菌組樣品中乙酸含量均高于US組，可能是在熱殺菌過程中樣品的不飽和脂肪酸氧化生成醛類并進一步形成乙酸。其中GHS2組樣品的乙酸含量最高，達到12.07 μg/kg，其次是HTS組，含量為5.98 μg/kg，US組乙酸含量和酸類物質總含量均為最低。

1.2 醇類和酚類化合物

US組共檢測出9 種醇類物質，醇類物質中含量較高的主要是桉樹醇、(-)-4-萜品醇、芳樟醇，主要來源于香辛料，GHS2殺菌條件使這類物質含量增高。HTS組檢測出8 種醇類物質，正己醇缺失，GHS1、GHS2組均檢測出7 種，缺失醇類物質為苯乙醇和正己醇。正己醇具有類似樹脂、花朵的氣味，在US組中的含量較低，殺菌后未檢測出可能是高壓殺菌導致正己醇出現逸散，同時降低了微生物脂肪酶活性，阻斷脂肪水解鏈式反應，抑制了正己醇形成。苯乙醇具有類似蜂蜜、香料、玫瑰的香氣。與US組相比，HTS組的苯乙醇含量顯著提高（P＜0.05），可能是高溫高壓殺菌促進脂肪氧化，導致一些醛類物質發生化學反應形成苯乙醇，且生成量高于逸散量，而梯度升溫殺菌條件下未測出可能是該物質發生逸散現象。1-辛烯-3-醇是亞油酸氫過氧化物的降解產物，具有類似蘑菇、薰衣草、玫瑰和干草的香氣，對肉制品特征香氣的形成有重要作用，但其含量過高時也通常被認為是形成“過熟味”的主要物質之一。從表3可知，熱殺菌使1-辛烯-3-醇含量增加，且3 組殺菌樣品中HTS組的1-辛烯-3-醇含量最高（5.93 μg/kg），GHS2組含量最低（4.62 μg/kg）。有研究表明，1-辛烯-3-醇含量與脂肪氧化程度呈正相關。本實驗結果說明，采用GHS2組的殺菌條件處理可在一定程度上延緩脂肪氧化，與張志剛等的研究結果一致。結合表4可知，GHS2組的醇類物質總含量（177.36 μg/kg）顯著高于其他組（P＜0.05），其次是GHS1組含量較高，為125.90 μg/kg，HTS組含量最低，為104.56 μg/kg，說明梯度升溫殺菌有利于促進醇類風味物質的形成。

樣品中共檢測出5 種酚類物質，主要來源于香辛料，尤其是丁香酚含量較高，來源于香辛料中的的丁香，丁香酚能夠在熱作用下發生甲基化反應生成甲基丁香酚。殺菌處理使肉樣中酚類物質總量明顯增加，總含量從高到低為GHS2組＞GHS2組＞HTS組＞US組。4-乙烯基-2-甲氧基苯酚僅在梯度升溫殺菌樣品中檢出，可能是紅燒牛肉制作過程中添加的八角、桂皮中含有阿魏酸，在梯度升溫殺菌過程中通過非酶促脫羧反應生成。不同殺菌溫度可通過調控阿魏酸的釋放效率和脫羧速率，直接影響4-乙烯基-2-甲氧基苯酚的生成量，低溫（＜100 ℃）有助于保留前體物質，高溫能夠促進轉化，但過度加熱可導致前體物質降解，從而影響生成總量。

1.3 醛類和酮類化合物

醛類化合物多是脂肪的熱降解產物，其閾值較低，對肉制品風味有重要作用。US和HTS組樣品中檢測出14 種醛類物質，GHS1和GHS2樣品中檢測出15 種醛類物質；兩個梯度升溫殺菌組的醛類物質總含量均顯著高于US組和HTS組，GHS2組的醛類含量最高（473.56 μg/kg），US組含量最低（272.87 μg/kg），間接說明殺菌處理促進了脂肪氧化和降解，GHS2組的脂肪氧化和降解程度可能更高。不同樣品組醛類物質中苯甲醛含量最高。苯甲醛是苯丙氨酸的降解產物，具有類似杏仁、焦糖的氣味，US組樣品苯甲醛含量最低，為54.72 μg/kg，殺菌處理后苯甲醛含量顯著增加（P＜0.05），說明紅燒牛肉發生了明顯的脂肪氧化和氨基酸降解。其中GHS2組的苯甲醛含量最高，說明梯度升溫殺菌對苯甲醛保留效果較好，這與梁二宏等的研究結果一致。殺菌后樣品未檢出反式-2-壬醛，可能是反式-2-壬醛分子中的共價鍵和醛基對高溫敏感，殺菌后出現結構破壞和逸散。樣品經過殺菌后新生成的醛類物質為肉桂醛和正十五碳醛，肉桂醛是肉桂等香辛料的主要成分，正十五碳醛主要來源于長鏈脂肪酸氧化裂解，可能是高溫殺菌促進了肉桂醛的釋放、長鏈脂肪酸的氧化和自由基裂解，此外，殺菌還促進了4-甲氧基-苯甲醛的含量升高。

酮類化合物在各樣品中含量較低，生成途徑主要包括脂肪氧化分解、醇類氧化轉化以及酯類水解反應。US組檢測出6 種酮類物質，總含量為13.65 μg/kg，殺菌樣品組均檢測出5 種酮類物質，總含量分別為29.48、28.20 μg/kg和31.98 μg/kg，均顯著高于US組（P＜0.05）。苯乙酮呈鮮花、杏仁的氣味，在US組未檢出，而殺菌組樣品均檢測出，說明殺菌促進了苯乙酮含量增加。3-甲基-6-(1-甲基乙基)-2-環己烯-1-酮、3-羥基-2-丁酮僅在US樣品中檢出，說明殺菌處理導致了這2 種物質的缺失。

1.4 酯類和其他化合物

紅燒牛肉樣品中共檢測出4 種酯類化合物，主要來源于香辛料，US、HTS和GHS1組的酯類總含量無顯著差異（P＞0.05），而GHS2組的總含量（28.75 μg/kg）顯著高于其他組（P＜0.05）。GHS1組未檢出乙酸丁香酚酯。US組檢出其他化合物3 種，HTS和GHS2組均檢出5 種，GHS1組檢出4 種，GHS2組的其他化合物總含量顯著高于其他組（P＜0.05）。其他化合物中茴香腦和4-烯丙基苯甲醚的含量較高，主要來源于香辛料，對牛肉類產品風味有重要作用。

2 紅燒牛肉樣品OAV差異分析

表5列出了樣品中OAV≥1的揮發性風味物質，此類物質嗅覺閾值較低，對整體風味貢獻較大。4 組樣品中各有13、11、14、15 種對紅燒牛肉風味貢獻明顯的物質。不同殺菌處理對紅燒牛肉樣品OAV影響不同，GHS2樣品中化合物的OAV較高，其次是GHS1樣品，US組樣品OAV較低。丁香酚的OAV最高，因其具有較低的嗅覺閾值，相對含量也較高，可賦予產品類似丁香的氣味。醇類物質中共有4 種OAV大于1的物質，主要來源于香辛料，其中桉樹醇OAV最高，不同處理組間除香葉醇外，其他3 種醇類物質各組間OAV差異不明顯，說明不同殺菌條件對紅燒牛肉樣品中醇類物質的影響差異不明顯。醛類物質中壬醛OAV最高，呈類似脂肪、柑橘的氣味，是油酸的氧化產物，正辛醛在各處理組中也具有較高的OAV，具有類似脂肪、肥皂、檸檬的氣味，是亞油酸氧化的典型產物，對紅燒牛肉產品脂肪味形成具有重要作用。其他類物質中4-烯丙基苯甲醚和茴香腦對產品風味貢獻較大。

為進一步研究不同殺菌條件對紅燒牛肉樣品關鍵氣味活性物質的影響，對OAV＞1的物質進行了PCA。如圖2所示，PC1方差貢獻率為59.7%，PC2方差貢獻率為19.2%，PC3方差貢獻率為15.2%，累計方差貢獻率為94.1%。PC1主要貢獻物質為左旋香芹酮、丁香酚、4-烯丙基苯甲醚、芳樟醇和茴香腦，與PC1呈正相關；PC2主要貢獻物質為2-正戊基呋喃、1-辛烯-3-醇，與PC2呈正相關，其次是桉樹醇和反式-2-壬醛，與PC2呈負相關；PC3主要貢獻物質為己醛、辛醛、反式-2-壬醛和壬醛，與PC3呈正相關。由圖2可知，樣品分布分散，表明樣品間氣味活性成分存在差異，不同殺菌工藝和對牛肉產品關鍵氣味活性物質有明顯影響，與柯海瑞對不同高溫處理牛肉脂肪的揮發性風味物質研究結果一致。121 ℃恒定高溫殺菌和GHS2梯度升溫殺菌樣品的距離接近，說明兩組主要貢獻氣味活性成分接近，可能是2 種殺菌條件下使用的最高溫度相同，但GHS2樣品氣味活性物質聚集更加集中，說明該殺菌條件下紅燒牛肉樣品揮發性風味物質保留效果較好。

3 紅燒牛肉樣品電子鼻差異分析

電子鼻可以根據陣列中傳感器對不同氣體的靈敏度響應，用于食品中揮發性氣味物質的整體性評價。由圖3A可知，不同組別樣品間W1C、W3C、W5C、W6S響應值較低，且差異不明顯，代表芳香性成分無明顯差異，W1W、W5S響應值較高，即含硫、含氮化合物更豐富，且GHS1組的W1W、W5S響應值最高，說明GHS1殺菌條件更有助于此類物質的保留或生成。GHS2樣品的揮發性風味物質總含量高但傳感器的響應值偏低，可能是其中某些高含量的物質與其他揮發性風味物質發生競爭吸附或抑制反應，從而影響電子鼻傳感器響應。由圖3B可知，PC1方差貢獻率為80.8%，PC2方差貢獻率為11.9%，累計方差貢獻率為92.7%，不同殺菌條件對樣品氣味的影響主要集中在PC1。W2S、W3S、W1W、W1S傳感器對PC1正向區分貢獻較大，W6S、W5S、W1C和W3C傳感器氣味對PC2正向區分貢獻較大。4 組樣品在PC1和PC2有明顯區分，說明電子鼻技術可區分不同殺菌條件的樣品。GHS1組在第1象限，說明該殺菌條件對產品風味影響較大，與HTS組（第4象限）距離較近，表明兩個殺菌條件對產品風味形成的影響接近；GHS2樣品（第3象限）與US樣品（第2象限）相對接近，說明GHS2殺菌條件在保留紅燒牛肉樣品原有風味品質方面效果較好。

4 紅燒牛肉樣品感官評價

如圖4所示，不同殺菌工藝對紅燒牛肉感官指標有明顯影響，尤其是氣味、滋味和組織狀態。高溫高壓殺菌處理通過調控美拉德反應、焦糖化及氧化分解等化學進程，顯著影響牛肉中蛋白質、脂肪和糖類的轉化效率。不同處理組間溫度與時間的梯度差異影響了揮發性風味物質的生成路徑及其最終含量分布，因此，形成了感官評價結果的差異。GHS2組在氣味、滋味、組織狀態和綜合評分方面得分較高，HTS組的得分最低。US組的色澤得分最高，殺菌后肉樣內部出現變粉現象，影響了殺菌樣品的色澤。在氣味方面，GHS2殺菌樣品的得分最高，與上述結果相印證，即GHS2殺菌樣品揮發性風味物質總含量最高及其OVA較高。在組織狀態方面，US組樣品因熱處理強度低，產品口感偏硬，GHS1因殺菌時間較長，導致產品組織狀態軟爛，因此兩組得分均較低。綜合來看，GHS2組的殺菌條件能夠更好地保持和賦予紅燒牛肉食用品質。

結輪

通過探究2 種不同梯度升溫殺菌和傳統高溫殺菌對紅燒牛肉罐頭產品揮發性風味物質的影響，發現高溫殺菌可以減少產品風味物質種類，增加風味物質總含量，GHS2組的揮發性風味物質總含量顯著高于其他組。殺菌工藝促進了肉桂醛、正十五碳醛和苯乙酮等多種新風味物質生成，梯度殺菌還可以促進4-乙烯基-2-甲氧基苯酚的生成，殺菌后消散的揮發性風味物質有正己醇、反式-2-壬醛、3-甲基-6-(1-甲基乙基)-2-環己烯-1-酮、3-羥基-2-丁酮等。GHS2組的氣味活性物質（OAV≥1）種類和含量最高，丁香酚、桉樹醇、香葉醇、1-辛烯-3-醇、壬醛、正辛醛、4-烯丙基苯甲醚和茴香腦是產品主要特征風味物質，殺菌促進了4-甲氧基-苯甲醛的生成。通過PCA發現3 種殺菌工藝對紅燒牛肉產品關鍵氣味活性物質均有明顯影響，殺菌達到的最高溫度相同，樣品分布則接近。采用電子鼻技術有效區分了不同殺菌條件的樣品風味特性，GHS1對產品風味影響較大，GHS2對產品特征氣味富集效果最好，接近US樣品。感官評價顯示GHS2的各方面得分較高，而采用相同殺菌強度的GHS1條件雖然可以提升肉的風味品質，但嚴重影響感官評價結果。綜合來看，在相同殺菌強度條件下，GHS2（115 ℃-30 min、121 ℃-6 min）在生成和保留紅燒牛肉樣品風味方面和整體感官評價方面表現優異，說明此條件下可以改善紅燒牛肉罐頭產品風味品質和其他食用品質。本研究可為梯度升溫殺菌技術在罐頭類肉制品中的加工應用提供理論依據。

第一作者：

李素高級工程師

中國肉類食品綜合研究中心

李素，碩士，高級工程師，主要從事肉品科學和質量安全控制以及肉制品產品研發和品質提升技術研究工作。作為負責人與技術骨干先后完成了“十二五”“十三五”“十四五”國家重點研發計劃項目、省部級科技項目、首農食品集團科技項目10余項。參與多項國家標準、行業標準和團體標準的制修訂；以第一作者發表學術論文12 篇；申請專利10余項，獲得授權發明專利6 項，授權實用新型專利1 項；科研成果曾獲得多項“食品工業協會”“中國商業聯合會”和首農食品集團的科技進步獎。承擔企業橫向技術服務項目10余項，協助企業完成產品開發、品質提升、貨架期延長、營養品質調控等工作。

通信作者：

閔成軍研究員級高級工程師

北京二商肉類食品集團有限公司 副總經理

閔成軍，研究員級高級工程師，主要從事肉類質量及食品安全管理、技術研發、標準化等領域的研究。擔任全國屠宰加工標準化技術委員會、全國肉禽蛋制品標準化技術委員會、全國農產品購銷標準化技術委員會及農業農村部農產品加工標準化技術委員會委員；ISO9001質量管理體系、ISO14001環境管理體系、ISO22000食品安全管理體系國家注冊審核員，China GAP、自愿性產品認證國家注冊檢查員；中國畜產品加工研究會常務理事，中國農學會農產品儲藏加工分會委員；農業農村標準技術審查評估專家、安徽省農業科技領域專家咨詢評審委員；主持參與國家及省部級科研項目9 項；獲教育部科學技術進步二等獎1 項，輕工業聯合會科技進步一等獎1 項，商業聯合會科技進步獎一等獎、二等獎各1 項；授權發明專利2 項，實用新型20多項；先后主持制修定國家標準、行業標準、地方標準12 項，參與制修定國際標準、國家標準、行業標準46 項和團體標準10余項，參與編著出版專著和教材9 部，發表論文30多篇。

引文格式：

李素, 趙燕, 閔成軍, 等. 梯度升溫和恒定高溫殺菌對紅燒牛肉揮發性物質的影響[J]. 食品科學, 2026, 47(2): 215-222. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250708-063.

LI Su, ZHAO Yan, MIN Chengjun, et al. Effects of gradient heating sterilization and constant high-temperature sterilization on volatile flavor substances of braised beef[J]. Food Science, 2026, 47(2): 215-222. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250708-063.

實習編輯：林安琪；責任編輯：張睿梅。點擊下方 閱讀原文 即可查看全文。圖片來源于文章原文及攝圖網

為系統提升我國食品營養與安全的科技創新策源能力，加速科技成果向現實生產力轉化，推動食品產業向綠色化、智能化、高端化轉型升級，由北京食品科學研究院、中國食品雜志社《食品科學》雜志（EI收錄）、中國食品雜志社《Food Science and Human Wellness》雜志（SCI收錄）、中國食品雜志社《Journal of Future Foods》雜志（ESCI收錄）主辦，合肥工業大學、安徽農業大學、安徽省食品行業協會、安徽大學、合肥大學、合肥師范學院、北京工商大學、中國科技大學附屬第一醫院臨床營養科、安徽糧食工程職業學院、安徽省農科院農產品加工研究所、安徽科技學院、皖西學院、黃山學院、滁州學院、蚌埠學院共同主辦的“ 第六屆食品科學與人類健康國際研討會 ”，將于 2026年8月15-16日（8月14日全天報到） 在 中國 安徽 合肥 召開。

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