氣味指紋圖譜技術在肉類產品中的應用研究進展

李月明 韓 冰 王軍茹 潘 雷 徐旖夢 張根生

(1. 哈爾濱商業大學食品工程學院，黑龍江 哈爾濱 150028；2. 中國農業科學院農產品加工研究所主食加工技術研究院，黑龍江 哈爾濱 151900)

肉類食品富含人體所需營養物質且口感極佳，在人們的日常生活中必不可少[1-2]。氣味特征是評判肉類產品品質的重要指標之一，在實際生產中起到指導作用[3]。氣味特征的描述和判定可以通過感官評價實現，由于個體間的差異對結果影響較大，可以結合氣味指紋圖譜技術共同表征。氣味指紋圖譜技術[4]是指利用現代先進的檢測儀器對揮發性物質進行數據檢測，得到相應的帶有本質屬性特征的光譜、色譜以及其他圖譜的一門技術。該技術是以揮發性物質分析為基礎，通過繪制特征氣味指紋圖譜達到表征與鑒別的目的。研究檢索并總結該技術在肉類產品研究領域的具體應用，如產品溯源與品種鑒定、工藝控制、貯藏期、質量管理等，并對該技術在肉類產品應用中的研究方向和發展前景進行展望，以期為肉類產品研究提供依據。

1 氣味指紋圖譜的構建流程

構建氣味指紋圖譜的主要步驟見圖1：樣品采集[5]、數據采集[6]、數據分析與特征信息提取[7-10]、建立氣味指紋圖譜。根據檢測需要進行樣品采樣，理論上采樣數量越多越好。在肉類產品研究中，通常采用一種或多種方法進行數據采集。依據所提取的特征信息，建立一種可以反映一類或一種樣品主要特征的圖像或圖形[11]。氣味指紋圖譜技術應用在揮發性成分檢測與評價方面具有不可替代的優勢。

圖1 氣味指紋圖譜的構建Figure 1 Construction of odor fingerprint

2 氣味指紋圖譜技術在肉類產品中的應用

2.1 在肉類產品溯源與品種鑒定上的應用

肉類產品的可追溯性和真實性研究對于保證肉類品質及其產品的安全和質量、維護消費者的利益、保護地方特色產品均具有重要意義[12]。目前針對肉類產品溯源與品種鑒定的方法較多，主要有穩定同位素技術、DNA技術、光譜技術、礦物元素分析和氣味指紋圖譜技術等[13-15]，各方法的優勢和不足見表1。在產品溯源與品種鑒定領域，氣味指紋圖譜技術仍處于發展階段，相較于DNA技術、同位素技術等常規方法，其在溯源、品種鑒定協同風味表征上具有不可替代的優勢。

表1 不同溯源與品種鑒定方法的對比Table 1 Comparison of different traceability and variety identification methods

有研究[16]表明，可應用氣相色譜—質譜聯用(GC-MS)或氣相色譜—離子遷移色譜(GC-IMS)等檢測設備對揮發性風味物質進行檢測，經數據分析如采用主成分分析方法(PCA)、線性判別分析方法(LDA)、偏最小二乘—判別分析(PLS-DA)等方法找到關鍵化合物，通過繪制指紋圖譜來進行肉類產品的品種鑒定。此外，不同地區的肉類產品的品質特征不同，通過氣味指紋圖譜技術也可以進行產品溯源。表2列舉了相關氣味指紋圖譜技術在肉類產品溯源與品種鑒定上的應用。

表2 氣味指紋圖譜技術在肉類產品溯源與品種鑒定上的應用Table 2 Application of odor fingerprinting technology in traceability and species identification of meat products

2.2 在肉類產品工藝控制上的應用

氣味指紋圖譜技術不僅可以對風味進行表征，還可以評判加工工藝對肉類產品風味的影響。其中，不同的輔料添加與加工過程影響著產品的風味。王寧寧等[23]應用氣相色譜—質譜聯用(GC-MS)檢測低鈉復合鹽發酵香腸中揮發性風味物質，得到的指紋圖譜數據中低鈉復合鹽組對發酵香腸的風味無影響。劉萍等[24]采用氣相色譜離子遷移譜(GC-IMS)對肉脯加工過程中產生的原料肉、拌料肉、發酵肉、半成品肉和成品肉的揮發性有機物進行檢測和分析，對選取的氣相色譜離子遷移譜(GC-IMS)圖譜特征區域信號進行主成分分析，發現該方法能夠有效區分各加工階段的肉脯樣品。姚敏等[25]應用電子鼻和氣相質譜聯用(GC-MS)的方法通過對紅燒肉加工過程中的關鍵過程如漂燙、油炸、燉煮及添加調味汁等進行風味物變化分析，發現電子鼻技術結合氣相質譜聯用(GC-MS)依據風味物質的變化可以較好地反映紅燒肉的不同加工階段。表3列舉了相關氣味指紋圖譜技術在肉類產品工藝控制上的應用。

表3 氣味指紋圖譜技術在肉類產品工藝控制上的應用Table 3 Application of odor fingerprinting technology inprocess controlof meat products

2.3 在肉類產品貯藏期表征上的應用

肉類產品由于化學反應、內源酶反應、細菌活動等因素會出現異味、變色、產氣和黏稠現象[33]。應用氣味指紋圖譜技術探究肉類產品貯藏期間揮發性成分的變化，結合感官評價和微生物指標檢驗可以表征其貯藏期。其中，氣相色譜—質譜聯用(GC-MS)是檢測肉中微生物產生的揮發性成分最常用的分析方法[34]。Papadopoulou等[35]為探究腐敗微生物對無菌豬肉揮發性化合物在貯藏期間的變化，采用頂空—固相微萃取—氣相色譜—質譜(HS-SPME-GC-MS)分析，發現變質樣品中揮發性物質主要為醇類、酮類、乙酸丁酯和乙酸乙酯，而新鮮樣品中揮發性物質主要為二甲基硫、呋喃、乙酯和乳酸乙酯。通過指紋圖譜比對，可判斷豬肉處于貯藏期的具體階段。Li等[36]應用氣相色譜—質譜聯用(GC-MS)法對臘肉冷藏期間揮發性成分進行測定，并應用電子鼻對主成分進行分析。經測定共檢出56種揮發性有機物，將其繪制成不同貯藏期的氣味指紋圖譜。使用不同貯藏時間的指紋圖譜可以很好地識別和區分貯藏期超過15 d的樣品。周慧敏等[37]采用吹掃捕集—熱脫附—氣相色譜—嗅聞—質譜聯用技術，結合指紋圖譜技術研究了黑白胡椒臘腸貯藏期的氣味活性化合物的演變規律，并建立了評價貨架期風味劣變和貨架期預測的方法。Schuster等[38]研究了不同瘦肉、脂肪組織和骨骼比例對真空包裝羔羊在2 ℃貯藏15 d的揮發性有機化合物(VOC)。應用氣味指紋圖譜技術，采用質子轉移—反應質譜(PTR-MS)和互補固相微萃取—氣相色譜—質譜(SPME-GC-MS)對部分樣品進行檢測，發現微生物數量的增加會導致不同揮發性有機化合物的產生，包括醇、醛、酮、酸和含硫化合物。說明利用氣味指紋圖譜技術可以表征肉類產品貯藏期。

2.4 在肉類產品質量管理上的應用

中國牛肉、羊肉、馬肉等價格要遠高于豬肉、雞肉、鴨肉等，在利益的驅動下，一些不法商家在肉類產品中摻假的現象屢見不鮮，嚴重侵害了消費者的權益[39]。應用氣味指紋圖譜技術可以進行摻假辨別。此外，不同的陳化時間會影響肉類產品的品質，尤其是一些傳統發酵制品。隨著陳化時間的延長，產品的品質與風味都有較大提升。應用氣味指紋圖譜技術可以通過揮發性成分的測定來鑒定不同的陳化時間，進而對肉類產品進行品級分類。表4列舉了相關氣味指紋圖譜技術在肉類產品質量管理上的應用。

表4 氣味指紋圖譜技術在肉類產品質量管理上的應用Table 4 Application of odor fingerprinting technology in quality controlof meat products

此外，氣味指紋圖譜技術也可應用于營養代謝與風味協同調控研究中。如辨別與揭示各種類型肉類產品中是否具有致敏潛力的植物蛋白[45]；表征肉類產品貯藏過程中揮發性化合物和代謝途徑的特征[46]；探究降低脂肪含量[47]、降低鈉鹽含量[48]、以植物基部分替代原料肉[49-51]等改變肉類產品原料組成所帶來的風味變化。

3 氣味指紋圖譜技術在肉類產品應用中的研究方向

3.1 改進提取肉類產品揮發性物質的方法

采用不同的揮發性物質提取手段會得到不同的試驗結果。即使是同一種肉類產品，不同的萃取手段也會影響預處理結果[52]。如何最大限度地收集并保留檢測物質是保證氣味指紋分析能夠準確檢測的前提。因此，繼續探索新型提取方法，制定不同肉類產品的前處理標準，是今后氣味指紋圖譜技術在肉類產品應用中的研究方向。

3.2 健全不同加工工藝處理下的氣味指紋數據庫

肉類產品在加工過程中的變化因素較多，對揮發性風味物質的變化影響較大，為氣味指紋圖譜數據庫的建立提出了挑戰。如發酵處理中微生物的作用、發酵工藝與貯藏時間的改變等，均影響揮發性風味物質的種類與數量。因此，對不同加工工藝處理的肉類產品進行系統劃分、制定相關工藝標準以及全面建立指紋數據庫，是氣味指紋圖譜技術在肉類產品風味領域的研究方向。

3.3 采用多種方法共同表征肉類產品溯源與品種鑒定

氣味指紋圖譜技術可以根據肉類產品中收集到的揮發性成分信息來進行溯源與品種鑒定。但要準確辨別產品品質及其溯源還應結合其他分析手段[45]。中國氣味指紋圖譜技術正處于發展初期階段，得到的結果與真實情況仍會有一定的差異。因此，采用多種方法共同表征肉類產品溯源與品種鑒定，是氣味指紋圖譜技術在肉類產品溯源、品種鑒定與風味研究相結合的研究方向。

3.4 結合多種數據處理方法對數據進行分析

氣味指紋圖譜技術應用儀器檢測設備得到的數據偏多，如何找到重要信息是關鍵。數據處理方法較多，如何選擇合適的數據分析方法是難點。目前應用于肉類產品揮發性成分研究中的方法大多是采用主成分分析和聚類分析。僅使用一種方法有時并不能較好地對數據進行分類，還需結合其他數據處理方法如偏最小二乘法、線性辨別分析、模糊信息分析法和人工神經網絡法等。因此，探究與改進數據處理與分析方法、結合多種數據處理方法對數據進行分析，也是今后氣味指紋圖譜技術在肉類產品應用中的研究方向。有關不同數據分析方法在肉類產品中的應用還需要更多專業學者的深入研究。

4 結論與展望

氣味指紋圖譜技術在肉類產品溯源與品種鑒定、工藝控制、貯藏期表征、質量管理等領域均有應用。與傳統通過感官評價來評判風味的方法相比，氣味指紋圖譜技術具有更科學、更準確等優勢。但該技術目前并不成熟，還需要改進與規范在肉類產品揮發性風味物質中的提取方法、健全氣味指紋數據庫、結合其他方法如礦物元素分析、DNA技術和紅外光譜等技術手段共同表征肉類產品的來源與品質，結合多種數據處理方法對關鍵揮發性成分進行數據分析，達到在不損壞肉類產品品質的基礎上對產品品質進行準確評價。