利用電子鼻和氣質聯用研究臘肉揮發性風味物質的形成規律

黃業傳，李　鳳，黃　甜，孫　娟

（西南科技大學生命科學與工程學院，四川綿陽621010）

利用電子鼻和氣質聯用研究臘肉揮發性風味物質的形成規律

黃業傳，李鳳，黃甜，孫娟

（西南科技大學生命科學與工程學院，四川綿陽621010）

為研究臘肉加工過程中整體風味的變化，用固相微萃取（SPME）結合氣相色譜-質譜聯用（GC-MS）對川味傳統煙熏臘肉不同加工階段樣品中的揮發性風味物質進行了鑒定，并應用電子鼻和偏最小二乘回歸（PLS）分析比較各加工階段樣品的整體風味。結果表明，在川味臘肉加工的6個階段，共鑒定出揮發性風味成分183種，包括醛、酮、酯、醇、酸、酚、醚和雜環類等；隨著加工的不斷進行，揮發性風味物質的種類不斷增加，從原料中的75種增加到成品中的116種，其峰面積也增加了近4倍；PLS分析和電子鼻可以很好地區分6個不同加工階段的樣品。因此川味臘肉加工過程中，無論是整體風味還是揮發性物質的種類和含量都會發生顯著變化，其風味是在加工中逐漸形成的。

臘肉，揮發性風味物質，固相微萃取，氣質聯用，電子鼻

臘肉是我國具有悠久歷史的傳統豬肉制品之一，是將新鮮豬肉腌制后，再經晾曬、烘烤或煙熏等處理加工而成的生肉類制品，具有色澤美觀、風味濃郁、貯藏性好、食用方便等特點。臘肉按產地和風味主要分為川味臘肉、廣式臘肉和三湘臘肉，其中川味臘肉主產于四川和重慶等地。臘肉的風味形成是一個漫長而復雜的過程，很多學者都對臘肉的風味物質進行了鑒定，如YU Ainong[1-2]、KOSTYRA等[3]研究了煙熏臘肉，成波[4]研究了湘味臘肉，許鵬麗等[5]研究了廣味臘肉，XIE等[6]研究了煙熏烤乳豬的風味，另外閆文杰等[8]研究了添加酶對快速腌制臘肉風味的影響，馮彩平等[9]研究了快速成熟對低鹽臘肉揮發性成分的影響，但大部分僅限于對成品中揮發性物質的分離鑒定或比較不同工藝加工產品的風味物質差異，而對風味物質的形成過程研究較少；劉士健[9]、尚永彪等[10]用同時蒸餾萃取（SDE）法對川味臘肉各加工階段的揮發性風味物質進行了比較，探究了川味臘肉風味形成的初步規律，但SDE法在處理過程中的高溫蒸煮會使風味物質的組成發生顯著變化，而固相微萃取（SPME）是一種新的萃取技術，萃取條件較溫和，萃取過程中風味物質的損失少，現廣泛用于食品風味研究，但目前還沒有將其用于川味臘肉風味物質研究的報道。氣相色譜-質譜聯用（GC-MS）能對樣品中風味物質的種類和含量進行檢測，但它不能分析這些物質作為一個整體時對樣品風味的貢獻[11-13]，而電子鼻能對各樣品的整體香氣特征進行比較，兩者配合有利于從宏觀和微觀上全面研究食品的風味[14]。本研究對川味傳統煙熏臘肉各加工階段的揮發性風味物質進行SPME-GC-MS分析，并用偏最小二乘回歸分析（PLS）和電子鼻對各加工階段樣品的整體風味進行比較，以明確臘肉加工的各階段其整體風味是否會發生明顯變化，為進一步探究川味臘肉的風味形成機理奠定理論基礎。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

豬肋骨肉購于綿陽好又多超市；C5～C24正構烷烴混標Sigma公司。

GCMS-QP2010 Plus型氣相色譜-質譜聯用儀日本島津公司；75μm CAR/PDMS萃取頭、手動SPME進樣器美國Supelco公司；αFOX 4000型電子鼻法國Alpha M.O.S公司。

1.2臘肉加工及樣品采集

1.2.1臘肉加工加工時間為2011年冬季，氣溫多在0～10℃間。原料肉切成長方形小塊，每塊約250g，然后進行腌制，食鹽用量為6%～7%左右，時間為3d，腌制結束后懸掛于農家灶堂的正上方，利用三餐煮飯或取暖燒柴產生的煙進行煙熏，每日約6～8h，共30d，燃料以木材、松樹枝、柏樹枝為主。煙熏結束后，懸掛于通風良好的房間進行后熟，時間為30d。

1.2.2樣品采集分別取原料（A）、腌制后樣品（B）、煙熏前期樣品（煙熏第10d，C）、煙熏中期樣品（煙熏第20d，D）、煙熏結束樣品（煙熏第30d，E）、成熟后樣品（F）各6份，每份約50g，作分析用。樣品分析前于-20℃凍藏。

1.3GC-MS分析

1.3.1固相微萃取（SPME）稱取3.0g待測樣品于15mL樣品瓶內，在60℃水浴鍋中預熱15min后，將固相微萃取器插入樣品瓶中并推出萃取頭，使其暴露在樣品瓶中樣品的上部，于60℃萃取30min，萃取結束后，將萃取頭插入氣相色譜進樣口于250℃解吸5min，同時啟動儀器采集數據。

1.3.2GC-MS條件氣相色譜：DB-5MS毛細管色譜柱（30m×0.25mm×0.25μm）；載氣為氮氣，流速1mL/min；進樣口溫度250℃，分流比5∶1；起始溫度為35℃，保持3min，以4℃/min升到130℃并保持2min，最后以8℃/min升到230℃并保持5min。

質譜：電離方式為EI；電子能量70eV；接口溫度250℃；離子源溫度230℃；燈絲電流150μA；掃描質量范圍35～450amu。

1.3.3定性與定量分析各化合物經計算機檢索同時與系統自帶的數據庫（NIST05和NIST05S）相匹配。并采用正構烷烴混標（C5～C24）在相同條件下進行分析，按照Van[15]的方法計算各揮發性風味物質的保留指數（RI），僅報道相似指數（SI）大于80以及RI與文獻[1，16-19]比較定性的化合物。利用峰面積及峰面積占總面積的百分比進行定量分析。

1.4電子鼻分析

載氣：合成干燥空氣，流速：150mL/min；樣品準備小瓶體積10mL，樣品量1.0g；頂空產生時間900s，產生溫度65℃，攪動速度500r/min；頂空注射體積2.5mL，注射針總體積5.0mL，注射速度2.5mL/S，注射針溫度75℃；參數獲取時間120s；數據分析方法為主成分分析法（PCA）。各階段樣品重復測定6次。

1.5統計分析

不同加工階段對臘肉揮發性風味成分的影響用偏最小二乘回歸（PLS）進行分析，以6個0/1變量（A，B，C，D，E，F）為X軸，Y軸為在6個加工階段樣品中檢測到的183種揮發性物質的峰面積占總面積的百分比（各成分的代號見表1）。PLS分析采用Unscrambler軟件，V9.7（挪威CAMO ASA公司），所有數據在分析前均進行標準化和中心化。

2　結果與分析

2.1GC-MS分析結果

在6個加工階段樣品中共鑒定出揮發性風味物質183種，如表1所示。其中在A、B、C、D、E、F中分別鑒定出75、88、94、100、110、116種（如表2所示），只有33種物質在6樣品中均被檢出，因此揮發性物質的種類在加工中發生了顯著變化。隨著加工時間的推移，揮發性物質的種類越來越多，從原料中的75種到成品中的116種，增加了41種，增加的物質主要是支鏈醛、高級醇、雜環類化合物、烯烴、酚類和酯類，其中支鏈醛如2-甲基丁醛、3-甲基丁醛，雜環類如吡嗪、吡咯、呋喃酮等可能是由于美拉德反應所產生，酚類如愈創木酚、苯酚等，高級醇如松油醇、里哪醇、雪松醇、桉樹腦等，烯烴類如石竹烯、松油烯、月桂烯等主要是來自木材等發煙物燃燒所產生的煙，而酯類則主要是在成熟過程中生成；直鏈飽和醛、烷烴、芳香烴等在加工過程中種類變化不大；而直鏈不飽和醛、酮類、脂肪醇、酸的種類則隨著時間的推移顯著減少，可能是發生了分解，也可能是發生化學反應生成了其他物質，如醇和酸之間的酯化反應。

揮發性物質的峰面積能初步反映其絕對含量，從峰面積的變化可以看出各類物質在加工中含量的變化規律。從表2可以看出，隨著加工時間的推移，樣品總的峰面積逐漸增加，特別是腌制過程中，增加了近2.5倍，在煙熏過程中，總的峰面積繼續增加，煙熏末期時是原料肉的4倍多，而在成熟期則略有降低。從各類物質來看，直鏈飽和醛、直鏈不飽和醛、脂肪醇的變化規律相似，均是在腌制時顯著增加，由于這3類物質大都來自脂肪的自動氧化，說明在腌制過程中脂肪的水解和氧化程度較高，在隨后的煙熏和成熟過程中，除了直鏈飽和醛在成熟期略有增加外，其余的均是隨時間的推移而減少，可能是發生分解生成了其他物質或其他物質的中間反應物，直鏈飽和醛在成熟階段的增加可能是由于樣品中剩余的一些飽和或單不飽和脂肪仍在發生自動氧化，它們氧化的產物主要是直鏈脂肪醛。支鏈醛、雜環類化合物和酯的峰面積在加工中大都處于增加的狀態，支鏈醛和雜環類化合物峰面積的增加說明整個加工過程中美拉德反應都在進行；而酯化反應則主要發生在煙熏前期和成熟期，煙熏前期的增加可能主要是由脂解產生的酸和醇之間的酯化反應，而成熟期主要是由來自煙熏材料中的一些高級醇和酸之間的酯化反應。高級醇的峰面積在煙熏前期顯著增加且達到最大值，說明其主要是來自于煙熏材料；其在后面階段有所減少，可能是發生了酯化反應的原因，這與酯類物質在成熟期的大量增加是一致的。烯烴和酚類的變化趨勢相似，其峰面積均是在煙熏期間顯著增加，這進一步說明兩者主要來自于木材等燃燒后產生的煙。酸類含量較低但也在加工中顯著減少，可能是由于酯化反應的原因。烷烴和芳香烴的峰面積變化規律不明顯，而酮類的含量在加工中有所增加。

表1　GC-MS鑒定出的各揮發性物質的代號和名稱Table.1　Code and name of volatile compounds identified by GC-MS

表2　不同加工階段臘肉中各類揮發性物質的種類、百分比和峰面積Table.2　Kinds，peak area and percentage of every class of volatile compounds in samples of bacon at different processing stages

揮發性物質峰面積的百分比代表其相對含量，從峰面積百分比的變化可以看出（表2），總的來說支鏈醛、高級醇、雜環類化合物、烯烴、醚類、酚類和酯類的相對含量在加工過程中有不同程度的增加，而直鏈飽和醛、直鏈不飽和醛、酮、脂肪醇、烷烴、芳香烴、酸的峰面積百分比均有不同程度的降低。

2.2PLS分析結果

不同加工階段對臘肉中揮發性風味成分峰面積百分比的具體影響規律將通過偏最小二乘回歸法（PLS）進行分析前2維主成分的PLS效果結果如圖1所示。可以看出第1主成分（PC1）和第2主成分（PC2）分別解釋了Y變量的59%和22%，總和為81%，包含了Y變量的絕大部分信息，同時也說明各樣品間的差異主要反映在PC1上；183個Y變量大部分均位于r2= 50%～100%之間，大都顯著有效，因此以各揮發性物質的峰面積百分比為變量通過PLS分析可以很好地區分臘肉加工的不同階段。圖1中各樣品點間的距離可以代表樣品間風味差異的大小，可以看出，原料（A）和腌制后的樣品（B）位于效果圖的左邊，與煙熏樣品（C、D、E）和成品（F）風味差異較大；原料（A）和腌制后樣品（B）間的風味差異主要體現在PC2上；腌制后樣品（B）與煙熏樣品（C、D、E）間的風味差異主要體現在PC1上；煙熏和成熟階段每一加工步驟間風味差異不是很大（C與D、D與E、E與F間），同時區分于PC1和PC2，但隨著加工時間的推移，與原料（A）和腌制后的樣品（B）間的風味差異越來越大，其中原料（A）與成品臘肉（F）在PC1上距離最遠。

從具體的揮發性風味成分來看，原料（A）和腌制后的樣品（B）主要與一些直鏈飽和醛、直鏈不飽和醛、酮、脂肪醇、酸等聯系較緊密，而煙熏樣品（C、D、E）和成品（F）主要與一些支鏈醛、高級醇、雜環類化合物、烯烴、酚類和酯類等聯系較緊密，這與前面的分析是一致的。同時也進一步說明隨著臘肉加工的不斷進行，揮發性物質的種類和含量都發生了比較明顯的變化。

圖1　PLS分析的前二維主成分效果圖Fig.1　The PLS correlation loadings plot for first two Principal Components（PCs）

2.3電子鼻分析結果

6個加工階段樣品電子鼻區分的主成分效果如圖2所示，PC1和PC2的方差貢獻率分別為76.83%和22.71%，累計達99%以上，說明PC1和PC2已包含很大的信息量，能反應樣品的整體信息，各樣品的差異主要體現在PC1。圖中每個橢圓代表不同加工階段樣品的數據采集點，可以看出，除了煙熏30d樣品（E）和成熟后樣品（F）間有部分重疊外，其他各加工階段的樣品均分布于各自獨立的區域，說明電子鼻可以較好地區分不同加工階段的臘肉樣品。各階段樣品在主成分圖上的分布也有一定的規律，原料樣品（A）在圖的右上方，隨著加工的進行，樣品信息點在PC1上不斷向左移動，而在PC2上首先向下移動，然后向上移動，使整個樣品的信息點呈順時針方向變動。另外從圖2可以看出，原料（A）的6個樣品信息點分布比較集中，說明原料樣品間整體風味差異很小，而經過腌制（B）、煙熏（C、D、E）后各樣品的離散程度逐步加大，成熟后（F）各樣品間的離散程度達到最大，說明隨著臘肉加工的不斷進行，各樣品間的風味差異會逐漸增加，這可能是各原料樣品間風味前體物質的含量略有差異，這些物質在原料中是非揮發性成分，因此電子鼻不能反映出此差異，而隨著加工的進行，風味前體物質會發生很多生物化學反應生成揮發性風味物質，特別是脂肪的氧化分解、美拉德反應等，風味前體物質含量的差異必將引起最終臘肉成品中揮發性風味物質含量或種類的較大差異，因此6個樣品在加工中的風味差異會逐漸加大。

電子鼻的區分效果與PLS分析的結果基本一致，但也略有差別，如樣品A與B之間、B與C之間的差異在圖1中較大，而在圖2中各階段樣品中心點間的距離相當（A與B，B與C，…E與F間），這可能是由于電子鼻是針對樣品的整體風味信息，而在PLS分析時只考慮了已鑒定的183種揮發性風味成分，未包括一些微量成分和未鑒定的成分，一些微量成分雖然含量極低，但可能其閾值也較低，因此對樣品的風味可能也有比較重要的貢獻。

GC-MS可對樣品中揮發性風味物質的具體種類和含量進行檢測與比較，但不能分析這些物質作為一個整體時對樣品風味特征的貢獻，而電子鼻與之相反，得到的不是被測樣品中各揮發性物質的定性或定量結果，而是樣品的整體風味信息[11-13]；因此兩者配合有利于同時從宏觀和微觀上研究樣品風味，GC-MS的分析結果有利于對電子鼻分析結果的解釋[14]。本研究通過電子鼻分析發現不同加工階段的臘肉樣品整體風味有顯著差異，通過GC-MS分析發現揮發性物質的種類、含量都隨加工時間的不同有顯著差異，因此通過電子鼻和GC-MS的配合使用，發現臘肉的風味是在加工中逐漸形成的，為進一步探究川味臘肉的風味形成機理和提高川味臘肉的質量奠定了理論基礎。

圖2　六種樣品電子鼻區分的主成分分析圖Fig.2　The PCA plot of six kinds of samples distinguished by electronic nose

3　結論

在川味傳統煙熏臘肉加工的6個階段，共鑒定出揮發性風味成分183種，包括醛、酮、酯、醇、酸、酚、醚和雜環類等。利用揮發性風味成分峰面積百分比為變量的偏最小二乘回歸分析（PLS）和電子鼻能夠區分不同加工階段的臘肉樣品；兩種方法相配合能較好的比較臘肉加工過程中整體風味的變化規律。因此川味傳統煙熏臘肉的風味是在加工中逐漸形成的，不同加工階段樣品的整體風味有顯著差異。

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Study on formation law of volatile flavor compounds in bacon using electronic nose and GC-MS

HUANG Ye-chuan，LI Feng，HUANG Tian，SUN Juan
（College of Life Science and Engineering，Southwest University of Science and Technology，Mianyang 621010，China）

To investigate the changes in whole flavor of bacon during processing，the volatile flavor compounds in samples of Sichuan traditional smoked-and-cured bacon from each processing stage were analyzed by solid-phase microextraction（SPME）combined with gas chromatography-mass spectrometry（GC-MS），then whole flavor of these different samples was compared by Partial Least Squares（PLS）regression analysis and electronic nose（eNose）.The results showed that a total of 183 volatile compounds were identified by GC-MS in the headspace of at least one processing stage sample，which could be grouped into classes of aldehydes，alkanes，ketones，heterocyclic compounds，alcohols，phenols，esters，etc.As the process continued，the kinds of flavor compounds increased from 75 in the green bacon to 116 in the final products，and the total peak area increased by about 4 times over the whole processing.The eNose and PLS analysis could distinguish the samples of different processing stages well.So both the whole flavor and the kinds or content of volatile flavor compounds in the samples of Sichuan traditional smoke-cured bacon changed significantly during processing，its flavor was formed gradually.

bacon；volatile flavor compound；SPME；GC-MS；electronic nose

TS251.1

A

1002-0306（2014）06-0073-06

2013－08－13

黃業傳（1975-），男，博士，副教授，研究方向：肉制品食品加工與酶工程。

國家自然科學基金資助項目（31271892）；西南科技大學博士基金（12zx7110）。