頂空吹掃捕集-氣相色譜-質譜法分離鑒定強化高溫火腿中的揮發性風味物質

唐 靜，張迎陽，吳海舟，陳 肖，章建浩

頂空吹掃捕集-氣相色譜-質譜法分離鑒定強化高溫火腿中的揮發性風味物質

唐 靜，張迎陽，吳海舟，陳 肖，章建浩*

（南京農業大學食品科技學院，農業部農畜產品加工與質量控制重點開放實驗室，教育部肉品加工與質量控制重點實驗室，國家肉品質量安全控制工程技術研究中心，江蘇 南京 210095）

采用頂空吹掃捕集法提取、氣相色譜-質譜聯用技術分離鑒定強化高溫加工過程中腌制結束、成熟中期、成熟結束、后熟中期、后熟結束期火腿中的揮發性風味化合物，并研究新工藝過程中揮發性風味物質的發展規律，并采用相對氣味活度值判定其特征性風味化合物。結果表明：揮發性風味成分種類與傳統工藝相似，但相對含量有所不同，尤其是酸類、酯類；同時新檢測出茚、二苯并呋喃、2,3-二甲基萘等化合物；相對氣味活度法判定其主體揮發性成分為3-甲基丁醛、二甲基二硫化合物、2-壬烯醛、2-辛烯醛、辛醛、壬醛、庚醛、戊醛、己醛、1-辛烯-3-醇、1-庚醇11種。

頂空吹掃捕集；強化高溫；揮發性風味化合物；相對氣味活度法；特征風味化合物

干腌火腿是我國傳統腌臘肉制品中的精華，其風味獨特、肉質細嫩、皮色黃亮、肉紅似火、香郁味美、營養豐富。金華火腿、宣威火腿、如皋火腿等乃中國傳統腌臘肉制品的杰出代表，因其原料獨特、選材嚴格、制作精細及特有的地域條件等形成了其獨特的芳香。但傳統的火腿生產周期長、干腌發酵成熟過程漫長，容易發生脂質過氧化、微生物繁殖等問題，嚴重影響其風味品質。近年來，雖然已有不少對干腌火腿風味的研究報道[1-3]，但國際干腌火腿工藝研究采用的成熟溫度一般不超過30 ℃，采用的工藝時間至少6個月，而長時間高溫成熟（成熟溫度超過30℃，比傳統工藝提高0.7～2.7 ℃，持續時間延長3～8 d）的研究鮮有報道。因此，本研究通過測定強化高溫整個加工過程中的揮發性風味物質，并與傳統工藝的干腌火腿進行對比分析，采用相對氣味活度值（relative odor activity value，ROAV）法分析揮發性成分對風味的貢獻大小，鑒定強化高溫火腿中的主要揮發性成分。ROAV越大的組分對總體氣味的貢獻越大，ROAV＞1的揮發性成分是為主體揮發性成分，而0.1＜ROAV＜l的揮發成分也對樣品總體的氣味具有比較重要的貢獻。

提取食品揮發性風味物質的方法包括主要包括超臨界流體萃取法、同時蒸餾萃取法、吹掃冷阱捕集技術和固相微萃取法等。吹掃捕集技術也稱動態頂空技術，是用惰性氣體，如氮氣對密閉容器中樣品表面進行吹掃，樣品頂空中的揮發性成分便會被載氣帶出來，當混合氣體通過一個捕集物（如Tenax柱）時，就會被吸收。這樣經過一段時間，捕集物上就會聚集一定量的揮發性化合物，然后將捕集物加熱，揮發性化合物即可揮發出來，利用氣相色譜儀或氣相色譜-質譜聯用儀進行成分分析。Tenax柱中的填料是一種多聚物吸附劑（聚（2,6-二苯基-p-苯烯基氧化物）），它能有效地吸附香氣揮發物，現已被廣泛應用于食品香氣、水中揮發性有機物以及環境檢測中[4]。本研究采用吹掃捕集法速度快、吸收完全，幾乎能全部定量地將被測物萃取出來，不但萃取效率高，而且被測物可以被濃縮，使檢測靈敏度大大提高[5]，結合ROAV法量化評價不同揮發性物質對總體風味的貢獻程度，確定關鍵風味化合物，為改善傳統火腿風味提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

豬后腿肉購于江蘇長壽集團，取質量為（7.5±0.5）kg的豬后腿27條用于火腿加工。

1.2 儀器與設備

Eclipse 4660吹掃濃縮捕集儀、Trace MS氣相色譜-質譜聯用儀 美國Finnigan公司；DB-5毛細管色譜柱（60 m×0.32 mm，1 μm） 美國J＆W Scientific公司。

1.3 方法

1.3.1 火腿強化高溫加工工藝

在傳統金華火腿的工藝上進行了改進，其簡要生產工藝流程為：原料腿→修胚→攤涼→腌制→洗腿→曬腿→發酵成熟→后熟→成品。

原料腿經修胚、攤涼后，以11 g/100 g肉的用鹽量腌制30 d，然后浸腿24 h，洗刷除去表面黏著物，經過10 d的曬腿過程后入庫。庫房內溫濕度按實驗設計設定后自動調控，經近90 d發酵成熟、35 d后熟，完成整個生產過程。

分別于5個主要工藝步驟中隨機取3只腿的股二頭肌作樣品。樣品取出后真空封口，立即于-40 ℃凍藏。取樣工藝點、生產時間和取樣日溫濕度如表1所示，每個點做3個重復。

表1 火腿生產過程中的取樣工藝點Table 1 Sampling stages during the processing of dry-cured ham

1.3.2 吹掃捕集條件

參考Yuan Baoling等[6]的方法并稍作改動。樣品于4 ℃解凍后，迅速剪成1～2 mm大小的顆粒。取2 g樣品于40 mL樣品瓶中，氦氣（99.99%）、275 kPa吹5 s，于4 ℃保藏，最多保存5 h。樣品加熱至40 ℃，氦氣以40 mL/min吹掃13 min，Tenax吸附劑吸附，捕集阱加熱到200 ℃，氦氣200 ℃脫附2 min，直接進入氣相色譜。

1.3.3 色譜條件

參考Huan等[7]的方法并稍作改動。色譜柱：J&W DB-5石英毛細柱（30 m×0.25 mm，0.25 ?m）；載氣He流速1 mL/min；進樣品和接口溫度250 ℃；升溫程序：40 ℃保持1min，以5 ℃/min升至130 ℃，以8 ℃/min升至200 ℃，以12 ℃/min升至250 ℃，保持7 min；不分流進樣。

1.3.4 質譜條件

電子電離源；電子能量70 eV；發射電流200 μA；離子源溫度200 ℃；激活電壓350 V；質量掃描范圍m/z 33～450。

1.3.5 ROAV計算

式中：Ci、Ti分別為各化合物的相對含量/%和相應的感覺閾位；Cmax、Tmax是對總體風味貢獻最大的組分的相對含量/%和相應的感覺閾值。

1.4 數據處理與統計

1.4.1 揮發性成分定性定量方法

質譜圖經與MEANLIB、REPLIB、NISTDEMO和Wiley Library檢索定性，匹配度大于800（最大值1 000）作為鑒定依據。按峰面積歸一化法計算相對含量，用總離子流色譜圖總峰面積表示火腿樣品揮發性風味成分總量。

1.4.2 統計

數據用SAS.9.2統計軟件進行方差分析，不同平均值之間利用Fisher’s最小顯著差異法進行差異顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 干腌火腿加工過程中揮發性化合物種類以及相對含量的變化

表2 干腌火腿加工過程中的揮發性化合物及相對含量（n=3）Table 2 GC-MS analysis of volatile compounds during the processing of dry-cured ham (n = 3)

續表2

由表2可知，強化高溫后的火腿中新檢測出茚、二苯并呋喃、2,3-二甲基萘等化合物。茚是一種芳香烴，常溫下為無色透明油狀液體，衍生物為苯并呋喃、苯并吡咯等。二苯并呋喃是一種雜環芳香有機化合物，常溫條件下為油狀液體，具有芳香味。2,3-二甲基萘為芳香烴萘的衍生物。

圖1 強化高溫火腿加工過程中揮發性化合物總離子流色譜圖Fig.1 Gas chromatogram of volatile flavor compounds during different stages in the processing of high-temperature intensified ham

由圖1、表3可知，在加工過程中揮發性風味成分的種類和相對含量都在發生變化，腌制結束、成熟中期、成熟后期、后熟中期、后熟結束5 個階段揮發性風味成分種類數分別為43、46、50、41 種及43種，主要為醛類、酮類和醇類等，它們的變化初步反映了火腿風味的形成過程。

醛類和醇類是每個階段都占優勢的2 種成分，二者含量之和超過揮發性風味成分總量的一半。醛類物質的產生主要由脂肪氧化產生，也可通過烷氧自由基分解和氨基酸的Strecker降解生成。腌制結束到發酵中期，醛類、醇類種類有所減少，可能由于腌制結束需要洗腿，部分低級醛、醇溶于水而流失，或者進一步氧化為酮類等物質。在發酵成熟階段，醛類的種類雖然沒有顯著增加，但含量顯著增加（P＜0.05），其中戊醛含量從1.75%增加到2.15%，很可能是強化高溫提高了酶的活性，促進脂肪水解氧化，產生大量的醛類物質，同時蛋白質水解程度也增強，產生大量游離氨基酸，氨基酸氧化降解形成醛[1]，使醛類物質大幅增加。后熟結束時醛含量有所下降，可能此時醛與其他降解產物發生反應，與前2 個階段比較，消耗量大于生成量，這點與宣威火腿的變化相似[9]。

表3 干腌火腿加工過程中揮發性化合物的種類及相對含量的變化Table 3 Changes in the composition and relative contents of compound classes during the processing of dry-cured ham

醇類物質大多數來源于脂質氧化分解，因為原料肉中醇含量不高[10]，而腌制后的相對含量顯著增加。腌制過程中產生的醇類物質可能是由于烷氧自由基和另一個脂肪分子發生反應生成的，發酵成熟時期，高溫使得易揮發性醇類大量損失，且加工過程中隨著氧化反應和酯化反應的進行，醇類物質有所減少，但在后熟后期，由于醛類物質的還原使得醇類物質有所增加。

酮類物質的相對含量隨著干燥的進行而不斷下降，從4.96%下降到4.55%，這與醛類物質含量的變化正好相反。結果說明，高溫成熟階段是脂肪酸氧化的主要階段，酮類物質是醛類進一步氧化的結果，是脂肪酸氧化的最終產物，這與曾令彬[11]報道的一致。酮類物質作為一種羰基化合物，它的相對含量比醛類少，閾值也比同分異構體的醛類物質高[12-13]，因此對干腌火腿風味的貢獻小于醛類，但有增強風味的作用。

與金華火腿不同[2]，烴類物質主要在高溫成熟階段出現且含量較高，特別是成熟階段的直鏈烷烴，但后熟期時已完全消失。出現這種現象的原因可能是火腿并非堆疊成熟，高溫成熟后期懸掛著的火腿出油嚴重，烴類隨脂肪的流失而減少，或者烴類物質在一定條件下形成了醛類等其他物質。此外，由于烴類物質的閾值較大，一般認為對腌臘制品的風味貢獻不大[12-13]。

酸類物質僅在發酵成熟后期產生，含量在0.59%左右，且后熟結束時又消失了，這與宣威火腿中酸類物質含量（0.8%）[9]相似，但與金華火腿的19.23%[2]、如皋火腿的12.38%[15]有所差異。差異的來源主要有以下幾個方面：強化高溫使得火腿中易揮發的脂肪酸，如乙酸、丙酸、丁酸、戊酸等都揮發了；成熟時采用的掛腿方式使得油脂嚴重流失，而酸類可能來自三酰基甘油和磷脂的水解[9]；強化高溫的周期短，部分酸類還未形成；微生物的產酸作用微弱等。由此表明強化高溫對酸類物質的調控作用顯著。

酯類由游離脂肪酸和肌肉組織內脂類氧化產生的醇反應生成，代表成熟肉制品的風味，對火腿風味特征有較大貢獻。而表3顯示了酯類在種類和含量方面都不及傳統火腿豐富[2-3,9]，可能是強化高溫加速脂質氧化，大量快速氧化生成醛、酮等物質。因此，強化高溫不利于酯類的形成。

呋喃類的相對含量在整個加工過程中沒有顯著變化，這與西班牙Serrano干腌火腿研究一致[16]。強化高溫條件下的干腌火腿揮發性物質中鑒別出了2 種呋喃，它們對基本的肉香味道作用不大，但對煮熟的肉或烤肉的總體風味有所貢獻[17]。

2.2 強化高溫火腿主體揮發性成分分析

由表2可知，強化高溫火腿中有多種揮發性風味成分，但通常僅有一小部分對火腿的總體氣味具有顯著貢獻，還有一些可能只起輔助作用。按照一般食品風味的研究方法[3,19-20]，結合表4可以判定醛類物質對新工藝火腿的風味貢獻較大，醇類物質雖然相對含量較高，但由于它們的感覺閾值通常也很高，因此對總體風味貢獻不大。然而有文獻報道揮發性化合物對火腿風味的貢獻是由其絕對含量、相對含量及風味閾值3方面決定的，特征性風味化合物未必是火腿風味最重要的貢獻者，一些含量低但風味閾值也很低的化合物也可能對火腿整體風味起重要作用[21]。

新工藝火腿的特征風味化合物（ROAV≥1）有11 種：3-甲基-丁醛、二甲基二硫化合物、2-壬烯醛、2-辛烯醛、辛醛、壬醛、庚醛、戊醛、己醛、1-辛烯-3-醇、1-庚醇，與如皋火腿的6種相比[15]，新增了帶有果香的2-壬烯醛、2-辛烯醛、辛醛、壬醛、庚醛等，未出現1-辛烯-3-酮，可能是加工的周期不長，1-辛烯-3-醇還未氧化成1-辛烯-3-酮，由此表明強化高溫使得多不飽和脂肪酸氧化加快，形成大量醛類物質，豐富了火腿的主體揮發性成分，但也可能是由于采用吹掃捕集法提取揮發性化合物，更易檢測到低沸點的醛[18]；同時，丁醛、丙醛、苯乙醛、2-庚烯醛、3-羥基-2-丁酮、2-戊基呋喃等對總體風味發揮著重要的修飾作用（0.1≤ROAV＜1）。

表4 新工藝干腌火腿的揮發性成分氣味貢獻表Table 4 Odor contribution of volatile compounds in high-temperature intensified ham

醛類物質含量高且閾值低，ROAV值大，對火腿風味貢獻較大[3]，是火腿風味成分中最重要的一類化合物[20]。其中，辛醛、壬醛和庚醛是油酸的氧化產物[23]，ROAV值分別為10.06、17.14和5.95，對火腿的風味貢獻較大，能夠帶來高度愉快的甜味或果香風味特征。戊醛是13-亞油酸氫過氧化物的裂解產物[23]，稀釋后具有果香、面包香[24]，其ROAV值為4.11，氣味貢獻相對較大。己醛是亞油酸的氧化產物[25]，其氣味特征與含量有關，在含量較低時，呈現清香的青草氣味，含量高時，產生強烈的脂肪酸敗味[11]，其ROAV值為100，與火腿風味密切相關。2-壬烯醛、2-辛烯醛具有青香和果香，ROAV值分別為41.07、2.35，對火腿貢獻較大。3-甲基-丁醛的ROAV值為264.08，除了未查到閾值的化合物，它在新工藝火腿中的ROAV最高，對風味有著重要貢獻。它的揮發性較強，含量低于10 mg/kg時呈桃子香味，高度稀釋時有似蘋果香氣、甜潤巧克力、可可樣香[26]，是鮮肉所沒有的成分[27]。

醇類物質含量高但閾值也較高，只有1-辛烯-3-醇、1-庚醇對風味有一定的貢獻。1-辛烯-3-醇呈現蘑菇味特征，ROAV值為27.46，對火腿總體風味的貢獻比較大。1-辛烯-3-醇的氧化產物1-辛烯-3-酮對如皋火腿總體風味的貢獻較大[15]。一般認為酮類物質具有青香氣味，或奶油味、果香味，其中不飽和酮是動物特征味和植物油脂味的來源[17]，是干腌火腿風味的重要組成部分。

二甲基二硫化合物是甲硫醇氧化的產物，揮發性較強，具有硫磺、洋蔥似的氣味，ROAV值為70.42，對火腿風味有重要貢獻。2-戊基呋喃是亞油酸的氧化產物[25]，具有泥土及蔬菜樣香氣，其ROAV值為0.63，對整體風味有一定的影響。

另外，有15 種組分因為無法查到相應的感覺闕值而未作具體分析。其中萘、1-甲基萘、2-甲基萘、2-辛烯-1-醇、異丙醇、1-壬醇等含量雖較高，但烴類和醇類物質的閾值一般較高，ROAV值較小，可能對火腿的總體風味貢獻不大。

3 結 論

與傳統工藝相比，強化高溫工藝火腿檢測出茚、2,3-二甲基萘、二苯并呋喃等新的揮發性化合物，雖然5 個加工階段揮發性風味化合物的種類相似，但相對含量有所差異，特別是酸類和酯類顯著減少。ROAV法判定強化高溫火腿中的主體揮發性成分為3-甲基丁醛、二甲基二硫化合物、2-壬烯醛、2-辛烯醛、辛醛、壬醛、庚醛、戊醛、己醛、1-辛烯-3-醇、1-庚醇等11種，對火腿風味具有重要貢獻，與傳統如皋火腿相比，新增了帶有果香的2-壬烯醛、2-辛烯醛、辛醛、壬醛、庚醛等5種醛，說明強化高溫對干腌火腿醛類物質的生成有重要影響。火腿的揮發性風味化合物因加工工藝、揮發性風味物質檢測方法的不同而存在差異，因此強化高溫對干腌火腿風味的影響還有待進一步研究。

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Separation and Identification of Volatile Flavors of High-Temperature Intensified Ham by Gas Chromatography-Mass Spectrometry Coupled with Head Space Purge and Trap

TANG Jing, ZHANG Ying-yang, WU Hai-zhou, CHEN Xiao, ZHANG Jian-hao*
(National Center of Meat Quality and Safety Control, Key Laboratory of Meat Processing and Quality Control, Ministry of Education, Key Laboratory of Food Processing and Quality Control, Ministry of Agriculture, College of Food Science and Technology, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China)

Volatile flavor compounds from high-temperature intensified ham were extracted by purge and trap and analyzed by gas chromatographic-mass spectrometry (GC-MS). Ham samples were collected at five different stages: the end of salting, the middle stage of aging, the end of aging, the middle stage of post-aging and the end of post-aging. The results showed that the composition of volatile compounds was similar between high-temperature intensified ham and traditional dry-cured ham, but the contents of some volatile compounds showed a significant difference between them, especially for acids and esters. Indene, dibenzofuran and 2,3-dimethyl-naphthalene were first detected in high-temperature intensified ham. Totally 11 key flavor compounds were identified by relative odor activity value (ROAV), including 3-methyl-butanal, dimethyl-disulfide, 2-nonenal, 2-octenal, octanal, nonanal, heptanal, pentanal, hexanal, 1-octen-3-ol and 1-heptanol.

head-space purge and trap (HS-PT); high-temperature intensified ham; volatile flavor compounds; relative odor activity value; key odor compound

TS251.1

A

1002-6630（2014）08-0115-06

10.7506/spkx1002-6630-201408022

2013-08-09

“十二五”國家科技支撐計劃項目（2012BAD28B01）；公益性行業（農業）科研專項（200902012）；

江蘇高校優勢學科建設工程資助項目

唐靜（1990—），女，碩士研究生，研究方向為畜產品加工與質量控制。E-mail：2012108079@njau.edu.cn*

章建浩（1961—），男，教授，博士，研究方向為肉制品加工和質量控制。E-mail：nau_zjh@njau.edu.cn