氣味指紋圖譜技術在肉制品品質檢測中的應用

劉樹萍，方偉佳

(哈爾濱商業大學 旅游烹飪學院，哈爾濱 150076)

肉制品是國民餐桌上不可或缺的一部分。傳統肉質品的加工方法主要有煮制、鹵制、熏制、腌制。肉制品[1]加熱過程發生的化學變化會產生一些化學物質，從而改變肉類的原有風味?；瘜W變化過程主要包括氨基酸和多肽的熱降解、糖降解、脂類降解與氧化、美拉德反應和各種降解產物之間的交換作用等，這些反應中對風味變化起顯著作用的是脂類氧化以及美拉德反應。傳統的肉制品檢測法以人工檢測法和化學檢測法為主，人工檢測法受到檢測員主觀因素的影響，結果往往具有不準確性；而化學檢測法由于菜肴加工過程中復雜的化學變化而導致檢測過程復雜，費時費力。氣味指紋圖譜技術作為前沿的檢測技術，可應用于肉制品的成分分析及品質檢測。氣味指紋圖譜技術結合電子鼻技術、氣質聯用技術以及固相萃取技術等現代先進技術，實現將肉制品特性特征化記錄圖譜，存儲進數據庫，被錄入的肉制品數據庫可用于未知樣品的成分檢測及品質檢測，達到對肉制品快速、無損、實時監控的目的。

1 氣味指紋圖譜技術的簡介

指紋即手指表面凸起而形成的紋路，由于指紋的出現受環境和自身雙重作用，因此指紋普遍存在卻又不盡相同，所以其特異性也被稱為“人體身份證”；指紋圖譜技術[2]是對含有特征性品質的待測組分進行指紋分析的一種技術，常用的技術方法如DNA指紋圖譜技術、蛋白指紋圖譜技術及氣味指紋圖譜技術等。利用這些技術獲得的特征性指紋圖譜不斷豐富數據庫，從而建立識別模型，可將待測物質分門別類歸置的同時，也可對未知樣本進行快速鑒定；其中氣味指紋圖譜技術[3]指的是利用現代先進的檢測儀器，包括電子鼻技術、氣質聯用技術、固相萃取與氣質聯用技術等對揮發性物質進行數據錄入，得到相應的帶有本質屬性特征性的光譜、色譜以及其他圖譜的一門技術。這些技術獲得的特征性氣味指紋圖譜不斷錄入后，氣味數據庫不斷完善，可建立氣味指紋圖譜識別模型，達到對肉制品的快速分類、鑒別和預測未知樣本的目的。

2 氣味指紋圖譜技術在肉制品品質檢測中的應用

2.1 電子鼻技術

電子鼻[4]是一種模擬生物嗅覺的氣味掃描儀，工作程序包括3個部分：樣品信息采集、實時監測和數據模型處理。可對周圍環境在一段時間內進行實時無損檢測，因此被應用于食品把控、人體醫療、環境監控等領域。但是電子鼻技術的局限性在于它只能區分物質的不同，不能定性到具體何種成分造成的不同，所以電子鼻技術常常與氣質聯用技術聯用。

2.1.1 電子鼻在腌制肉品質檢測中的應用

香腸屬于腌制肉類的一種，顧欣哲等[5]根據Loading分析、方差分析和Pearson相關性分析確定了最佳傳感器，通過酸價和過氧化值的指標來觀測氧化指數，結果表明電子鼻監控對脂肪氧化程度有顯著的區分性，可用于脂肪氧化過程的監控。進而根據分析結果繪制圖譜，得到香腸的氣味指紋圖譜。郭昕等[6]選取3種不同產地的臘肉，利用電子鼻對臘肉樣品的揮發性氣體進行檢測，得到特征性圖譜，結果表明不同產地臘肉的揮發性主成分不同，再結合氣質聯用技術繪制主成分分析的氣味指紋圖譜，得到臘肉主成分分布不同的氣味指紋圖譜，此技術可通過檢測臘肉主成分組成來判定地方性特征風味。

2.1.2 電子鼻在鹵制肉品質檢測中的應用

唐春紅等[7]利用電子鼻對不同鹵制方式的雞腿肉錄入數據并進行分析，實驗證明電子鼻可以對不同鹵制方式的雞腿肉進行有效區分，再結合感官評分，與氣味圖譜一一對應起來，可對未知樣品的鹵制方式做標準化鑒定；劉欣等[8]利用PEN3便攜式電子鼻對不同肉桂含量的鹵雞腿樣品的揮發性氣味物質進行數據錄入，再結合頂空固相萃取和氣質聯用技術對主成分進行定性分析，繪制主成分氣味指紋圖譜，得到不同成分的分布情況，得出肉桂含量的增加會引起萜烯類物質的增加，其中0.3%的肉桂添加量導致萜烯類物質增加最顯著。朱成林等[9]利用電子鼻將不同花椒含量的鹵兔腿樣品進行檢測。分析繪制主成分氣味指紋分析圖譜，發現不同花椒添加量的鹵兔腿有著明顯區分，再使用電子鼻-氣質聯用技術對具體成分進行分析，得出結論：不同花椒添加量對兔腿原有成分并不產生種類變化影響，只是產生含量變化影響，在0.3%含量的花椒添加量下，物質含量變化最明顯。

2.1.3 電子鼻在熱處理肉品質檢測中的應用

武蘇蘇等[10]將不同煮制溫度下的雞腿肉樣品切碎置于錐形瓶中，在水浴鍋中加熱用于電子鼻檢測。利用PEN3進行定時檢測，錄入后的數據再結合頂空固相微萃取(HS-SPME)和氣質聯用(GC-MS)技術定性檢測出揮發物成分組成，繪制主成分分析指紋識別圖譜，通過圖譜得出結論：前半段升溫過程中揮發性物質的種類和含量變化較快，后半段較慢，以90 ℃為臨界點。沈旭嬌等[11]利用含有10個熱敏感型金屬氧化物傳感器陣列的電子鼻對相同氣壓不同溫度和相同溫度不同氣壓處理條件下的鹽水鴨胸脯肉樣本定時檢測。將72 s后的電子鼻錄入數據利用主成分分析和線性判別分析2種數據分析方式，得出氣味成分指紋圖譜，根據比較得出結論：200 MPa/40 ℃和400 MPa/40 ℃ 2種條件處理下的鹽水鴨胸脯肉最接近產品的原始風味。

2.2 氣質聯用技術

氣質聯用技術即氣相色譜與質譜聯用的分析技術。質譜法可以對成分單一的化合物進行定性分析，但是對復雜化合物就束手無策，而氣相色譜法可對復雜化合物進行有限分離，彌補了質譜法的缺陷，將二者聯用可達到對復雜化合物的高效、準確定性。氣味本身就是一種復雜的、多種化合物的混合產物，因此需要氣質聯用技術來進行定性操作。但是氣質聯用的局限在于不能從一整塊樣本中排除干擾信息，因此要結合萃取技術將樣本的主要揮發性物質提取出來。

2.2.1 氣質聯用技術在泡制肉品質檢測中的應用

周恒量等[12]利用氣質聯用技術對最佳萃取工藝下風味泡鵝肉樣品的風味物質進行定性，共檢測出63種揮發性物質，并得到相應的氣味指紋圖譜，發現在不同萃取工藝下，氣味指紋圖譜結果會產生差異；胡玉嬌[13]采用正交實驗確定了泡椒鵝肉的最佳工藝，再結合固相微萃取(SPME)和氣質聯用(GC-MS)技術檢測到泡椒鵝肉中的62種揮發性成分，從而建立相應的氣味指紋圖譜，錄入氣味指紋檢測數據庫，可檢測泡椒鵝肉品質變化且預測未知泡椒鵝肉氣味成分組成。

2.2.2 氣質聯用技術在熟制肉品質檢測中的應用

喻倩倩等[14]利用頂空萃取技術對紅燒肉的揮發性物質進行提取，在最優萃取條件下，結合氣相色譜-質譜聯用(GC-MS)進行成分定性分析，繪制特異性氣味指紋圖譜，鑒別出40種揮發性化學物質；程玥等[15]對梅菜扣肉進行蒸餾萃取，提取的氣味揮發物結合氣質聯用法進行成分判別，得出57種揮發性物質成分組成，其中醛類、醚類、含氮、含硫以及雜環化合物是梅菜扣肉的主要揮發性成分，并錄入了特異性氣味指紋圖譜；王旭等[16]通過響應面優化實驗確定45 ℃低溫下的最佳萃取條件，在最佳萃取條件前提下，采用頂空固相微萃取和氣質聯用技術檢測方式，檢測出低溫羊肉火腿中的54種揮發性物質，繪制成專屬的氣味指紋圖譜。

2.3 固相萃取與氣質聯用技術

傳統的肉制品檢測都是將樣品直接檢測，會受到樣品內干擾因子的影響，從而影響實驗結果的準確性。固相萃取技術作為樣品預處理新技術，由液固萃取和柱液相色譜技術結合發展而來，可對樣品進行分離、純化和濃縮，與傳統的液液萃取法相比較可以提高分析物的回收率，對于待測物與干擾物分離更加高效。在肉制品的預處理技術上，固相萃取比傳統的液液萃取分離效果更佳。

2.3.1 固相萃取與氣質聯用技術在熟制肉品質檢測中的應用

丁暉等[17]利用固相微萃取技術，對經過不同加工處理方式的羊羔肉樣品進行預處理，提取不同方式處理的羊羔肉的有效成分，排除干擾因子。得到結果：超高溫處理的脫膻效果最佳；孫承鋒等[18]利用HS-SPME萃取工藝，將二次熱殺菌燒肉樣品預處理，再利用氣質聯用技術分析待測樣本，得出結論：不同的二次殺菌燒肉樣品共有60種揮發性物質成分，其中評價總分最低的是110 ℃殺菌組；師希雄等[19]利用固相萃取技術對不同熟制時間的牦牛肉樣品預處理，得到不同熟制時間的牦牛肉有效成分，再結合氣質聯用檢測技術得出結論：經過8天熟制的牦牛肉比0天與3天美拉德反應得到的產物相對含量總體增加，肉制品香氣增加。

2.3.2 固相萃取與氣質聯用技術在腌制肉品質檢測中的應用

朱建軍等[20]利用固相萃取技術對黔式臘肉樣品進行預處理，得到的黔式臘肉提取物樣本再結合氣質聯用技術得出結果：共檢測出55種揮發性物質成分，酚類、羰基類和酯類這3種起主要揮發性成分代表作用。劉欣等利用固相萃取技術對不同肉桂添加量的鹵雞腿肉樣本進行預處理，得到的鹵雞腿肉提取物樣本再結合氣質聯用技術得出結果：肉桂塊與肉桂粉在對鹵制雞腿肉的影響上差別并不大，因為肉桂塊與肉桂粉在含量和種類上基本一致。

3 氣味指紋圖譜技術在肉制品品質檢測中存在的問題與應用趨勢

3.1 存在的問題

3.1.1 儀器設備不夠精密

氣味指紋識別技術[21]作為一種快速無損識別技術，可以根據氣體樣品總體揮發性信息產生特異性氣味指紋“圖譜”，可將未知樣品與現有數據庫進行比對，來檢測肉制品樣品的成熟度、種類以及特征風味。但是在我國氣味指紋識別技術還處于起步階段[22]，在檢測肉制品品質過程中，由于儀器靈敏度、模式識別和數據處理方式都還未能達到盡善盡美的效果，得到的結果與人們期望中仍會有一些差異。

3.1.2 對肉制品預處理方式沒有統一標準

通常在肉制品成分定性檢測時要進行預處理，達到規避一些干擾因素的作用。但是由于不同的預處理方式會產生不同的實驗結果，肉制品的選取時間、選取部分、切制大小都會成為肉制品預處理的不準確因素，如萃取是預處理技術之一，王旭等通過單因素試驗得出結論：萃取時間、萃取頭類別、萃取溫度、萃取量這4個因素都會影響預處理的結果，從而影響氣味指紋圖譜的準確性。因此，在試驗前需進行單因素試驗以確定最佳預處理工藝，統一預處理標準。

3.1.3 數據庫建立不完備

氣味指紋圖譜作為氣味識別的前沿性科技，在擁有指紋識別精準性的同時，實驗量尚少，數據庫仍不完備。肉制品本身是一種復雜的存在，加之加工過程中與調味品的交互作用，現在普遍使用的氣味指紋圖譜數據庫是對氣味物質的定性與定量分析，以含量多少來定論是否是氣味物質的主體成分，但是有些氣味物質即使含量很多也不是整體氣味的主要影響因子，而有些氣味物質即使含量很少，卻對整體氣味起了決定性作用。由于肉制品風味受到濃度、相對含量及風味閾值3個方面作用的共同影響，所以要綜合考慮而不能只從含量分析，這與人們期望的通過確定最佳風味組成與調配方法，從而優化肉制品產品設計，開發出令大眾滿意的菜肴還有一段距離。

3.2 展望

我國的氣味指紋圖譜技術尚在建立階段，作為氣味識別的前沿性科技，在擁有指紋識別精準性的同時，實驗量尚少，實驗儀器靈敏度不夠，導致數據庫仍不完備。但是隨著時代的進步，納米技術、計算機技術的不斷發展，儀器錄入數據的精準度會提升，并且不斷地錄入不同條件下的肉制品樣品來豐富氣味指紋圖譜庫，從而可以建立不同種類肉制品標準模型，在實現對未知樣品快速無損檢測的同時，也可提高肉制品優化設計的高效性；肉制品香氣采集上，香氣采集中由于碰觸到儀器管壁產生冷凝作用，會損失一部分香氣，使得到的結果與實際產生偏差，將來，會有同溫設備的出現，解決香氣的冷凝損失現象，使實驗結果更加準確。隨著計算機技術的飛速發展，氣味指紋識別技術的數據處理方式也在與時俱進。然而目前數據處理方法主要停留在氣味物質含量分析上，不能綜合評價以分析氣味物質對整體風味的貢獻。因此，希望將來會有一種數據分析方法對氣味呈味主因子進行判別。對于肉制品這種由不同反應交互作用形成的復雜香氣，氣味指紋技術會向著多技術結合、更精準化方向發展。相信將來氣味指紋技術會向著儀器體積便攜式、肉質菜肴無損化發展，在不損壞肉制品品質的基礎上，達到對肉質菜肴氣味、品質的實時、快速、便捷檢測。