基于頂空氣相離子遷移譜比較3種加工方式對番鴨肉揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的影響

杜曉蘭，楊文敏，黃永強，陳曙光，朱宗帥，黃蘇紅，黃 明,

（1.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院，江蘇 南京 210095；2.安徽黃氏番鴨食品有限公司，安徽 阜南 236300；3.阜陽師范大學(xué)物理與電子工程學(xué)院，安徽 阜陽 236037）

中國是肉鴨養(yǎng)殖和消費大國，也是世界上鴨資源遺傳多樣性最豐富的國家[1]。鴨肉不僅含有大量的不飽和脂肪酸，還富含堿性氨基酸和維生素等多種有益物質(zhì)[2-3]。隨著居民飲食文化的發(fā)展和生活水平的提高，消費者日益注重家禽肉類的營養(yǎng)和風(fēng)味，更加追求天然的美味。番鴨是我國南方地區(qū)廣泛養(yǎng)殖的優(yōu)質(zhì)水禽，原野生于南美洲熱帶地區(qū)，鳥綱，察香鴨門，又名香鶉雁、麝香鴨、紅嘴雁等，與一般家鴨同屬但不同種[4]，集食用、藥用、觀賞于一身[5]。它具有生長速度快、抗病力強、耐粗飼、瘦肉率高和肉味鮮香等諸多優(yōu)點[6]，在我國的養(yǎng)殖量逐年上升，是國內(nèi)外公認(rèn)的最具發(fā)展?jié)摿Φ膬?yōu)良肉用鴨[7]。目前有關(guān)于番鴨的研究主要集中在細(xì)小病毒及屠宰性能等[8-11]方面，而有關(guān)不同加工方式對番鴨肉揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的研究鮮見報道。

頂空氣相離子遷移譜（headspace-gas chromatography-ion mobility spectrometry，HS-GC-IMS）是基于不同氣相離子在電場中遷移速率的差異檢測痕量氣體和表征化學(xué)離子物質(zhì)的分析技術(shù)[12]，利用GC保留時間和IMS漂移時間實現(xiàn)物質(zhì)二維分離。相較于GC-MS等傳統(tǒng)的分析技術(shù)，HS-GC-IMS具有高分離度、高靈敏度、分析速度快、操作簡單和風(fēng)味物質(zhì)可視化等諸多優(yōu)點[13-15]，且樣品幾乎不需要任何前處理，尤其適用于食品中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的檢測分析[16-18]。近年來，該技術(shù)廣泛應(yīng)用于食品質(zhì)量安全及食品風(fēng)味等研究領(lǐng)域，包括食品摻假與食品分類[19-20]、新鮮度和貯存條件的判定、質(zhì)量評價及優(yōu)化和食品成分分析等方面[21-23]。

本研究以番鴨肉為研究對象，采用HS-GC-IMS和電子鼻技術(shù)對經(jīng)過煮制、微波熟制、烤制處理產(chǎn)生的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進行鑒定與分析，確定不同處理組揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的種類和相對含量，并結(jié)合相對氣味活度確定3種加工方式的關(guān)鍵性風(fēng)味物質(zhì)，以期確定不同加工方式對番鴨肉風(fēng)味的影響，為番鴨的高效率加工和應(yīng)用提供理論依據(jù)和參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

冷凍鴨胸肉 安徽黃氏番鴨集團；2-丁酮、2-戊酮、2-己酮、2-庚酮、2-辛酮、2-壬酮均為國產(chǎn)分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

G90F23CSXLV-R6真平板微波爐 廣東格蘭仕集團有限公司； ATO-HB30HT北美電烤箱 北美電器（中國）有限公司；不銹鋼湯鍋 愛仕達(dá)集團有限公司；C21-Simple103美的電磁爐 廣東美的集團股份有限公司；數(shù)字式測溫儀 優(yōu)利德科技（中國）股份有限公司；JR18-300絞肉機 蘇泊爾集團有限公司；PEN-3型電子鼻 德國Airsense公司；H1-00053型HSGC-IMS聯(lián)用儀 德國G.A.S.公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品制備

將番鴨胸肉切成約2 cm×2 cm×2 cm的肉塊混勻后各取150 g，分別進行煮制、微波熟制和烤制處理，各組加熱溫度和時間通過預(yù)實驗進行確定。

煮制處理：將肉塊放入鍋中后加水，水位高于肉塊1 cm（電磁爐功率1 200 W），煮制7 min，撈出放在濾紙上晾干表面的水分；微波熟制：將肉塊擺放在瓷盤內(nèi)，放入微波爐，選擇微波爐自動翻熱功能，微波熟制90 s，取出放在濾紙上晾干表面的水分；烤制處理：將烤箱上下火溫度設(shè)置為200 ℃，先預(yù)熱10 min，后將肉塊擺放在烘盤內(nèi)，放入烤箱，烤制10 min，取出放在濾紙上晾干表面水分。

1.3.2 HS-GC-IMS測定

將樣品用絞肉機攪碎后，稱2.0 g樣品置于20 mL頂空瓶中，密封后備用，每個處理組做3 個重復(fù)，用于HSGC-IMS分析。

頂空進樣條件：頂空孵化溫度60 ℃；孵育時間10 min；孵化轉(zhuǎn)速500 r/min；進樣針溫度85 ℃；進樣體積500 μL；清洗時間30 s；載氣：高純N2（純度≥99.99%）。

GC條件：色譜柱溫度60 ℃；運行時間20 min；載氣為高純N2（純度≥99.99%）；流速：初始2 mL/min，保持2 min后10 min內(nèi)增至10 mL/min，之后在20 min內(nèi)增至150 mL/min。

IMS條件：FS-SE-54-CB-1色譜柱（15 m×0.53 mm）；柱溫60 ℃；分析時間30 min；漂移氣為高純N2（純度≥99.99%）。

1.3.3 電子鼻測定

稱取5.0 g樣品于20 mL電子鼻進樣瓶內(nèi)，密封后備用，上機前于50 ℃水浴鍋中保溫30 min，室溫下平衡30 min，隨后插入電子鼻探頭吸取頂端氣體，測定香氣物質(zhì)。每個處理組做3 個重復(fù)。電子鼻參數(shù)設(shè)定如下：采樣時間間隔1 s，傳感器清洗時間200 s，歸0時間10 s，樣品準(zhǔn)備時間5 s，傳感器和樣品流量均為400 mL/min，分析采樣時間60 s，載氣為空氣，清洗傳感器后進樣。檢測時傳感器于56 s后趨于穩(wěn)定，選取56 s為信息采集時間。

1.3.4 風(fēng)味物質(zhì)的評價

采用劉登勇等[24]的相對氣味活度值（relative odor activity value，ROAV）法評價不同加工方式番鴨肉的香氣組分對主體香味的貢獻(xiàn)程度。定義對樣品整體風(fēng)味貢獻(xiàn)程度最大的組分ROAVstan為100，對其他風(fēng)味化合物的ROAV按式（1）計算：

式中：Ci和Ti為該揮發(fā)性化合物的相對含量/%和感覺閾值/（μg/kg）；Cstan和Tstan為對整體風(fēng)味貢獻(xiàn)最大的揮發(fā)性化合物的相對含量和感覺閾值。

1.4 數(shù)據(jù)處理

使用HS-GC-IMS儀器配套的分析軟件LAV以及軟件內(nèi)置的NIST2014數(shù)據(jù)庫和IMS數(shù)據(jù)庫對特征風(fēng)味物質(zhì)進行定性分析，利用LAV中Reporter插件構(gòu)建揮發(fā)性化合物的二維及三維譜圖，運用Gallery Plot插件生成揮發(fā)性化合物指紋圖譜和差異圖譜；揮發(fā)性化合物的相對含量采用SAS 9.2軟件進行方差分析和顯著性分析（P＜0.05），數(shù)據(jù)均表示為±s；關(guān)鍵性風(fēng)味物質(zhì)的主成分雙標(biāo)圖經(jīng)OriginPro 2021繪制；電子鼻數(shù)據(jù)采用自帶Winmuster軟件進行數(shù)據(jù)采集與處理，并進行主成分分析（principal component analysis，PCA）。

2 結(jié)果與分析

2.1 番鴨不同加工方式HS-GC-IMS揮發(fā)性成分譜圖分析

利用HS-GC-IMS儀配套的分析軟件LAV中的Reporter插件程序?qū)?jīng)不同加工方式處理的番鴨胸肉進行揮發(fā)性組分分析。如圖1所示，離子峰兩側(cè)的每個點代表一種揮發(fā)性化合物，顏色的深淺反映含量的高低，整個圖譜反映了樣品全部的揮發(fā)性風(fēng)味組分信息[25]。組分的性質(zhì)和含量又決定了它的數(shù)量（單體、二聚體）[26]。從色彩角度觀察3D譜圖，3種不同加工方式處理較為相似但又存在不同，很難直觀區(qū)分。圖2是以煮制指紋圖譜作為參比，其他處理組扣除參比，若揮發(fā)性有機物含量相同則扣除背景后為白色，高于參比為紅色，低于參比為藍(lán)色[27]。從圖2可以看出，所有樣品在1 200 s內(nèi)完成了氣相分離，不同處理組的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)含量存在差異，烤制處理組大部分揮發(fā)性物質(zhì)的含量高于煮制和微波熟制處理組的，而微波處理組一部分揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)含量高于煮制處理，一部分低于煮制處理。

圖1 番鴨不同加工方式GC-IMS三維圖譜Fig.1 Three dimensional GC-IMS spectra of Muscovy duck meat cooked by different methods

圖2 番鴨不同加工方式GC-IMS二維差異對比圖譜Fig.2 Comparison of differences in two dimensional GC-IMS spectra of Muscovy duck meat cooked by different methods

2.2 番鴨不同加工方式揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)定性分析

根據(jù)揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的GC保留時間和離子遷移時間，利用正酮C4～C9作為外標(biāo)參考得出每種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的保留指數(shù)[28]，通過GC-IMS數(shù)據(jù)庫匹配從而對揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進行定性分析。結(jié)果表明，可以定性出的揮發(fā)性組分共54種，其中醛類18種、醇類16種、酮類11種、酯類5種、呋喃類3種、烯類1種。從表1可以看出，不同處理組能定性分析出揮發(fā)性化合物的完整信息，包括漂移時間和保留時間以及各揮發(fā)性組分在不同加工方式下的相對含量。

表1 番鴨不同加工方式揮發(fā)性成分定性分析Table 1 Qualitative analysis of volatile components in Muscovy duck meat cooked by different methods

續(xù)表1

這些特征性風(fēng)味物質(zhì)的產(chǎn)生主要因為番鴨肉在加工過程中發(fā)生了美拉德反應(yīng)和脂質(zhì)氧化。美拉德反應(yīng)促進了肉中風(fēng)味化合物的生成，脂質(zhì)氧化則賦予不同種類畜禽肉的特征香氣，而美拉德反應(yīng)生成的化合物可能也會同其他物質(zhì)進一步發(fā)生反應(yīng)，從而增加了香氣成分的多樣性。醛類物質(zhì)主要源于脂質(zhì)氧化[29]，風(fēng)味閾值低，是肉制品特征風(fēng)味的主要物質(zhì)來源和不同肉類風(fēng)味差異的主要原因[30]。3種加工方式下番鴨肉中醛類物質(zhì)的相對含量均高于酮類、醇類和其他類物質(zhì)，對整體風(fēng)味的貢獻(xiàn)值較高，在番鴨肉香味的產(chǎn)生過程中發(fā)揮至關(guān)重要的作用。其中戊醛和己醛在3種加工方式下相對含量均較高，其次為庚醛和辛醛。戊醛具有果香和面包香[31]。亞油酸和花生四烯酸氧化產(chǎn)生己醛和庚醛，賦予肉制品草香氣味。油酸氧化產(chǎn)生辛醛和壬醛，有助于形成鮮香的肉味和水果清香味果香氣息[32]。苯甲醛相對含量較低但具有令人愉快的杏仁香且略帶水果香[33]；脂肪氧化的另一重要產(chǎn)物是酮類物質(zhì)。酮類是形成雜環(huán)化合物的中間體，風(fēng)味閾值相對較高，但其性質(zhì)穩(wěn)定、香氣持久，一般具有花香氣味[34]。酮類物質(zhì)在煮制處理組的相對含量高于烤制和微波熟制處理組，其中丙酮的相對含量最高，促進了熟肉制品奶香氣的形成。2-丁酮在不同處理組中的相對含量均高于2-庚酮但二者均對肉制品的揮發(fā)性風(fēng)味產(chǎn)生重要影響，對消減腥味有一定的貢獻(xiàn)[35]；醇類化合物主要源于不飽和脂肪的氧化，一部分醇類也可能是通過醛類物質(zhì)還原得到，具有較高的氣味閾值。油酸氧化生成的戊醇相對含量較高，有助于肉制品形成青草木香[36]，提高人們的食欲。1-辛烯-3-醇在烤制處理組中相對含量顯著高于其他處理組，具有蘑菇香和蔬菜香，對鴨肉風(fēng)味的形成有積極影響[37]。呋喃類化合物大多具有烤肉香氣，其中2-乙基呋喃和2-戊基呋喃均促進了肉制品在加熱過程中植物芳香味的形成[38]。酯類化合物是一種重要的揮發(fā)性化合物，其閾值較低但有助于提高鴨肉整體的風(fēng)味品質(zhì)。不同處理組樣品之間的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)種類基本一致但其相對含量存在差異，其中丙酮、2-丁酮、3-辛酮、己醛、戊醛、2-甲基丁醇、3-辛醇、2-乙基呋喃在3 個處理組中相對含量均較高，但不同處理組之間這些物質(zhì)的相對含量存在顯著差異（P＜0.05）。

2.3 番鴨不同加工方式揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)指紋圖譜分析

為了更加直觀全面地對比不同加工方式對番鴨揮發(fā)性風(fēng)味組分的差異，利用LAV軟件的GalleryPlot插件，選取重復(fù)3 次試樣所得的二維圖譜中所有的待分析峰，生成指紋圖譜，選取的區(qū)域與圖2和表1中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)對應(yīng)。如圖3所示，圖中每一行代表一個樣品中選取的全部揮發(fā)性有機物信息，每一列代表不同樣品中相同揮發(fā)性物質(zhì)在各自處理組中的信息，其中的每一個點代表一種揮發(fā)性有機物，顏色越深代表含量越高。從圖3可以明顯看出各處理組揮發(fā)性組分種類及含量的差異，不同處理組的揮發(fā)性風(fēng)味化合物分布不同，有各自的特征峰區(qū)域同時也存在共同區(qū)域。不同加工方式番鴨肉的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)指紋圖譜存在差異，烤制處理產(chǎn)生的揮發(fā)性物質(zhì)涵蓋了煮制處理產(chǎn)生的揮發(fā)性物質(zhì)和微波熟制處理產(chǎn)生的大部分揮發(fā)性物質(zhì)。煮制番鴨肉樣品的主要風(fēng)味物質(zhì)包括2-甲基丙醇、戊醛、苯甲醛、2-丁酮、2-甲基丁醇、2-己烯-1-醇等物質(zhì)，其中戊醛、2-丁酮和2-甲基丙醇相對含量較高；烤制番鴨肉樣品的主要風(fēng)味物質(zhì)包括辛醛、壬醛、己酸乙酯、丁醛、戊醇、庚酮、2-庚酮、庚酮等物質(zhì)，這些物質(zhì)含量相對較高，也是主要特征風(fēng)味物質(zhì)；丙醛、丙醇、甲基丙醛等物質(zhì)在微波熟制樣品中含量較高，是主要的特征風(fēng)味物質(zhì)。所有處理組共有的風(fēng)味物質(zhì)有3-甲基丁醛、庚醛、丙酮、己醛、丙醇和丁酸乙酯。

圖3 番鴨不同加工方式揮發(fā)性成分指紋圖譜Fig.3 Fingerprints of volatile components in Muscovy duck meat cooked by different methods

2.4 關(guān)鍵性風(fēng)味物質(zhì)ROAV鑒定

揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)相對含量的高低不能說明其對樣品整體風(fēng)味的貢獻(xiàn)程度，還需結(jié)合風(fēng)味物質(zhì)的閾值共同進行評定[39]。ROVA是目前廣泛應(yīng)用于評判食品關(guān)鍵風(fēng)味化合物的有效方法[40]。為進一步明確不同加工方式下番鴨胸肉的關(guān)鍵性風(fēng)味物質(zhì)，本實驗結(jié)合揮發(fā)性化合物的相對含量和感覺閾值，確定其相應(yīng)的ROAV。如表2所示，癸醛在番鴨肉的3種加工方式下相對含量較高，且閾值為0.1 μg/kg，對番鴨肉的風(fēng)味貢獻(xiàn)最大，因此定義癸醛為番鴨肉的關(guān)鍵性風(fēng)味物質(zhì)（ROAVstan=100）。一般認(rèn)為ROVA≥1，該組分為樣品的關(guān)鍵風(fēng)味物質(zhì)，其值越大表明組分對樣品的總體風(fēng)味貢獻(xiàn)率越大；0.1≤ROAV＜1，組分對樣品總體風(fēng)味起一定的修飾作用[41]；ROAV＜0.1，組分為潛在風(fēng)味物質(zhì)。3種加工方式番鴨肉共有的關(guān)鍵揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)分別為癸醛、壬醛、辛醛、庚醛、戊醛、己醛、1-辛烯-3-酮、3-辛酮、1-辛烯-3-醇、2-乙基呋喃。醛類物質(zhì)對主體風(fēng)味的貢獻(xiàn)率高于其他種類物質(zhì)。壬醛、辛醛、庚醛、1-辛烯-3-酮、1-辛烯-3-醇在烤制處理組的香氣貢獻(xiàn)率高于煮制和微波熟制處理組。烤制處理組起修飾作用的揮發(fā)性風(fēng)味組分分別為3-甲基丁醛、庚醇、乙酸乙酯、2-戊基呋喃、E-2-辛烯醛、丁醛、2-庚酮；微波熟制組起修飾作用的揮發(fā)性風(fēng)味組分分別為3-甲基丁醛、庚醇、乙酸乙酯、2-戊基呋喃、E-2-辛烯醛；煮制處理組起修飾作用的揮發(fā)性風(fēng)味組分分別為3-甲基丁醛、庚醇、2-戊基呋喃、E-2-辛烯醛、2-庚酮。此外，部分揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的感覺閾值未能查到，未做相應(yīng)分析。

表2 番鴨肉不同加工方式揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的閾值及ROAVTable 2 Threshold values and ROAVs of volatile flavor substances in Muscovy duck meat cooked by different methods

2.5 關(guān)鍵揮發(fā)性化合物PCA

為進一步研究不同加工方式對番鴨肉揮發(fā)性特征風(fēng)味的影響，根據(jù)ROAV選取10種對番鴨肉揮發(fā)性風(fēng)味有貢獻(xiàn)（ROAV＞1）的化合物進行PCA，分析各組分之間的相關(guān)聯(lián)系[42]。由圖4可知，PC1和PC2的總貢獻(xiàn)率為92.7%，3種不同加工方式能較好分離，表明各處理組的特征風(fēng)味具有一定的差異。在PC1上，烤制處理組的得分為正且最高。庚醛、壬醛、辛醛、3-辛酮、1-辛烯-3-醇在PC1上的載荷最大，因此這些物質(zhì)可以較為明顯地將烤制與煮制、微波熟制樣品區(qū)分開，其他7種揮發(fā)性化合物在PC1上的載荷為負(fù)，但也可以將煮制和微波處理組區(qū)分開。在PC2上，煮制處理組得分為負(fù)，戊醛和己醛將其與烤制和微波樣品區(qū)分開，微波熟制處理組的正得分最高，癸醛、2-乙基呋喃和1-辛烯-3-酮在PC2上也可將其與其他處理組區(qū)分。這些關(guān)鍵揮發(fā)性化合物因其不同的含量比例和種類使番鴨肉在不同加工方式下形成各具特色的香氣。

圖4 番鴨不同加工方式關(guān)鍵性風(fēng)味成分PCA雙標(biāo)圖Fig.4 PCA plot of key flavor components in Muscovy duck meat cooked by different methods

2.6 番鴨不同加工方式揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)電子鼻分析

近年來，多元統(tǒng)計方法廣泛應(yīng)用肉制品風(fēng)味特征成分的分析。PCA依據(jù)PC因子在不同樣本中的貢獻(xiàn)率評估不同處理組之間的規(guī)律性和差異性[43]。對電子鼻10 個不同傳感器的響應(yīng)值進行PCA，結(jié)果如圖5所示，PC1與PC2總貢獻(xiàn)率為84%，能夠反映樣品的主要特征信息。3 組樣品電子鼻檢測信號的特征區(qū)域之間無重合，說明3 組樣品在氣味方面存在差異，PCA能夠?qū)⒉煌庸し绞降姆喨膺M行區(qū)分。揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)由于其相對含量和閾值的不同對主體風(fēng)味的貢獻(xiàn)度也不同，同時各風(fēng)味物質(zhì)之間的協(xié)同、掩蔽等相互作用也會對樣品的風(fēng)味產(chǎn)生一定的影響[44]。結(jié)合ROAV及其PCA結(jié)果可知，不同處理組的關(guān)鍵性風(fēng)味物質(zhì)存在一定的差異。庚醛、壬醛、辛醛、3-辛酮、1-辛烯-3-醇對烤制樣品的風(fēng)味貢獻(xiàn)率最大；戊醛和己醛對煮制樣品的風(fēng)味貢獻(xiàn)率最大；癸醛、2-乙基呋喃和1-辛烯-3-酮對微波樣品的風(fēng)味貢獻(xiàn)率最大。這些物質(zhì)對主體風(fēng)味物質(zhì)貢獻(xiàn)率的不同使不同加工方式下的番鴨肉制品具有各自的香氣。

圖5 番鴨不同加工方式電子鼻PCAFig.5 Principal component analysis of electronic nose data of Muscovy duck meat cooked by different methods

3 結(jié) 論

HS-GC-IMS技術(shù)共鑒定出54種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)包括一些物質(zhì)的二聚體，其中醛類18種、醇類16種、酮類11種、酯類5種、呋喃類3種、烯類1種。煮制、微波熟制和烤制處理組樣品揮發(fā)性組分的種類基本一致但相對含量存在差異，結(jié)合ROAV篩選出10種關(guān)鍵風(fēng)味物質(zhì)分別為癸醛、壬醛、辛醛、庚醛、戊醛、己醛、1-辛烯-3-酮、3-辛酮、1-辛烯-3-醇、2-乙基呋喃。關(guān)鍵揮發(fā)性化合物的PCA證實這10種揮發(fā)性風(fēng)味活性物質(zhì)可以區(qū)分不同加工方式下番鴨肉的風(fēng)味。庚醛、壬醛、辛醛、3-辛酮、1-辛烯-3-醇能將烤制與煮制和微波熟制樣品區(qū)分開；戊醛和己醛將煮制與烤制和微波樣品區(qū)分；微波熟制處理組的癸醛、2-乙基呋喃和1-辛烯-3-酮可將其與其他處理組區(qū)分。電子鼻分析結(jié)果表明不同加工方式下番鴨肉的香氣輪廓存在差異。綜上，HS-GC-IMS與電子鼻均能有效區(qū)分不同加工方式番鴨肉制品，為今后進一步探究番鴨肉關(guān)鍵風(fēng)味物質(zhì)的形成機理和形成途徑研究提供參考依據(jù)。