肉類風味物質檢測技術研究進展

杜春林，趙春萍，譚 婭,*

（1.貴州省畜牧獸醫研究所，貴州 貴陽 550005；2.貴州省地方豬保護與繁育工程研究中心，貴州 貴陽 550005）

風味是動物產品非常重要的感官特性。隨著生活水平的提高，人們對動物產品的要求不斷提高。表面顏色、觸感及風味等是人們在選擇動物產品時可通過感官獲得的第一信息，在食品質量評價中占據重要地位[1]。其中，風味是動物產品非常重要的感官特性，主要包括香味和味道，香味的產生主要源于食物中的揮發性風味物質（如揮發性脂肪酸等），脂質反應和美拉德反應是其產生的主要途徑[2-3]；味道源于食物中多種有機物質（如氨基酸和核糖等物質）[4-5]。食品感官評價最初是通過人口、鼻、舌等器官完成，如通過培訓較為專業感官接觸的小組評定食物間的細微差異或者直接通過消費者群體對肉類進行評定，多次重復后以獲得科學的結果。隨著食品加工業和科技的發展，感官評價逐漸趨于專業化[6]，出現了更為靈敏和客觀的檢測方式，如色譜-質譜聯用、核磁共振及電子鼻等技術，這些技術在肉類風味物質檢測中的優缺點如表1所示。本文綜述目前檢測肉類風味的主要技術，相較于之前發表的此類綜述，本文聚焦于色譜-質譜聯用技術、核磁共振技術及電子鼻技術，總結其最新研究進展及應用，為肉類風味物質的研究提供一定的理論依據。

表1 不同揮發性物質檢測方法的原理及其優缺點Table 1 Principles, advantages and disadvantages of different methods for detecting volatile substances

1 色譜-質譜聯用技術在肉類檢測中的應用

色譜-質譜聯用技術常被用于研究小分子代謝物以及外部刺激、病理生理變化和生物遺傳突變引起的上述物質的組成和數量變化[7]。色譜-質譜聯用技術可通過分析生物液和組織確定系統生化圖譜和整個生物體的功能調節[8]。當前，色譜-質譜聯用技術被廣泛應用于對風味前體物質的檢測。

1.1 超高效液相色譜-質譜

超高效液相色譜-質譜是21世紀初發展起來的分析技術，它是結合了液相色譜的高效分離能力和質譜的高靈敏度的分離檢測技術，具有應用廣泛、分離能力強、靈敏度高、分析速度快和自動化程度高等特點，也存在儀器復雜性高、樣品處理復雜、數據處理復雜及重復性較低等不足，其主要原理可分為4 部分：樣品制備、超高效液相色譜分離、質譜檢測和數據分析。與其他檢測方法不同之處主要表現在超高效液相色譜分離，其色譜柱內填充有高效液相固定相[9-10]。在肉類風味前體物質的檢測中，超高效液相色譜-質譜常用于對游離氨基酸和揮發性脂肪酸的檢測。在牛肉風干過程中，不同的風干方式可造成風味相關物質的不同。利用超高效液相色譜-質譜，有學者發現常規成熟方法揮發性物質含量較高[11]。同樣是利用超高效液相色譜-質譜的方法研究牛肉，Setyabrata等[12]還發現成熟牛肉中含有更多的短鏈多肽，但多不飽脂肪酸和游離脂肪酸較少。通過超高效液相色譜-質譜技術對烤制肉類及腌制肉類進行檢測[13]，發現其中雜環胺物質主要通過肌酸、氨基酸和糖混合加熱產生，具有多種危害[14]，同時雜環胺常影響肉制品的風味。據此，Hsu等[15]研究得出，在烘烤過程加入迷迭香香料可顯著抑制雜環胺的形成。

1.2 頂空微萃取-氣相色譜-質譜

頂空微萃取-氣相色譜-質譜法是分析風味物質的常用方法之一，其原理是采用頂空的進樣方式，通過加熱使風味揮發性物質從樣品中分裂，具有樣品制備簡單、靈敏度高等優點，但也存在樣品處理復雜、分辨率低、儀器成本高、樣品存在損失及非常規樣品難處理等不足。頂空微萃取-氣相色譜-質譜法可分為頂空液相微萃取和頂空固相微萃取2 種[16-19]。在肉類風味物質的檢測中，頂空微萃取-氣相色譜-質譜法運用廣泛。Zhen Zongyuan等[20]采集鴨肉中3 種不同部位（胸部、腿部和翅膀），利用頂空固相微萃取-氣相色譜-質譜法提取了揮發性風味物質并進行測定，共檢出81 種揮發性物質，包括15 種碳氫化合物、10 種醇、7 種酸、12 種醛、4 種酯、19 種含硫和含氮化合物以及14 種其他化合物。Zhang Xue等[21]利用頂空固相微萃取-氣相色譜-質譜聯用技術探究不同飼養方式對藏羊肌肉代謝的影響，研究表明，畜舍飼養組的肉營養品質（包括蛋白質和脂肪含量）和食用品質（包括嫩度、持水力、口感和風味）均優于傳統放牧組。在畜舍飼養組中，上調的代謝物和代謝途徑以必需氨基酸和氨基酸代謝為主，下調的代謝物和代謝途徑以多不飽和脂肪酸和脂質代謝為主。王珺等[22]對兔4 個部位的風味物質進行定性和半定量分析，發現兔肉主體風味物質為醛類、酮類、醇類及烴類化合物。同時，頂空固相微萃取-氣相色譜-質譜聯用技術還用于揭示板鴨微生物和風味物質的聯系[23]。除此之外，該技術還可用于檢測由土豆素和2-甲基異龍腦等所引起的魚肉中的異味以及評估不同溫度對冷凍牛肉代謝物的影響[24]。

1.3 全二維氣相色譜-飛行時間質譜聯用

全二維氣相色譜是20世紀90年代發展起來的技術，相較于傳統氣相色譜技術，其具有更高的靈敏度、選擇性和峰容量，同時它的另一個優勢是同系物系列（如直鏈烷烴、脂肪酸甲酯等）的有序洗脫模式[25]，但是同樣存在儀器復雜、成本高、樣品處理要求嚴格和數據分析難度大等缺點。全二維氣相色譜-飛行時間質譜聯用技術是2 根不同性質的氣相色譜柱由兩級環形調制器串聯的，樣品經過一維柱分離后，再以周期脈沖方式進樣至二維柱對樣品進行再次分離[26-29]。全二維氣相色譜依靠飛行時間質譜適合分析復雜的物質，其具有全范圍質譜學的高采集率[30]。

基于全二維氣相色譜-飛行時間質譜聯用技術的眾多優勢，其也被用于肉類風味前體物質的檢測。氨基酸和還原性碳水化合物之間的美拉德反應是導致肉類產生各種氣味和味覺的重要反應之一，其有助于肉類在烹調過程被賦予更多的風味和味道。采用氣相色譜-飛行時間質譜和感官評價相結合的非目標分析方法以及結合最小二乘回歸分析，Lee等[31]發現，2-甲基呋喃-3-硫醇、3-磺基戊烷-2-酮等可能對牛肉中美拉德反應產生的風味有關鍵貢獻。Li Wenqian等[32]基于全二維氣相色譜-飛行時間質譜聯用技術對生、熟驢肉的風味物質進行檢測，鑒定出γ-氨基丁酸和丁烷-1,2,3,4-四醇等9 種潛在物質可區分生驢肉和熟驢肉。除此之外，全二維氣相色譜-飛行時間質譜聯用技術還可用于分析不同組織部位風味優劣和閹割與否對肉風味的影響。同時，基于此技術還可對肉類加工產品，如干腌火腿等的風味物質進行分析，以發現不同地區間火腿的差異[33-34]。

1.4 氣相色譜-離子遷移譜

氣相色譜-離子遷移譜技術在19世紀中葉發現和創新，20世紀90年代得到了蓬勃發展[35]，其根據物質遷移時間進行定性，根據所形成的峰值和峰面積對物質定量，具有檢測時間短、結果可靠及靈敏度高等優點，同時具有設備成本高、操作困難和樣品需要預處理等缺點[36]。其基本原理是：樣品經過氣相色譜色譜柱分離出單個組分并進入離子遷移譜反應區，通過電離反應，并且在電場力的作用下，離子進入漂移區，在不斷的碰撞過程中，由于不同離子在電場中的遷移速率不同，使得不同離子間分離，其到達電極的時間不同而分別得以檢測。氣相色譜-離子遷移譜技術廣泛應用于藥物檢測、疾病監控和環境保護等領域，近年來也被用于對風味物質的檢測[37]。

對羊肉揮發性風味物質研究中，有學者利用氣相色譜-離子遷移譜分析不同地區羊肉的揮發性風味物質發現，不同地區的羊肉以及不同品種羊肉存在差異。如青海玉樹羊肉特征風味物質為2,3-丁二酮、苯甲醛、丁醇、丙酮、2-丁酮、辛醛和1-辛烯-3-醇等，而2-戊酮和2-己醇等是四川羊肉的特征風味物質[38]。烏珠穆沁羊肉與蘇尼特羊肉差異風味物質有7 種，分別為乙酸乙酯、丙酮、乙醇、2-丁酮、丁醛、壬醛和苯甲醛[39]。Zhang Xue等[40]研究日糧能量水平對綿羊肉質風味的影響，利用氣相色譜-離子遷移譜發現高能飼料飼喂顯著增加了揮發性風味物質。在禽肉風味的研究中，姚文生等[41]基于氣相色譜-離子遷移譜發現生鮮雞肉貨架期不超過4 d，超過4 d會產生二甲基三硫醚、二甲基二硫醚和3-甲基丁酸等主要揮發性物質。巨曉軍等[42]通過分析不同生長速度肉雞雞肉中的揮發性物質發現，慢速型雞肉中醛類和醇類含量顯著高于快速和中速型雞肉，主要包括反-2-辛烯醛、戊醛、壬醛、己醛、1-丁醇、乙醇、1-戊醇和1-辛烯-3-醇。利用氣相色譜-離子遷移譜技術檢測燒雞和燉煮雞肉中的風味物質，發現己醛（二聚體）、3-羥基-2-丁酮（二聚體）、1-辛烯-3-醇、甲硫醚是靜寧燒雞中的關鍵揮發性風味物質，隨著燉煮次數的增加（到達15 次時），雞肉中風味物質趨于穩定[43-44]。

2 核磁共振在肉類檢測中的應用

核磁共振技術源于20世紀40年代，直到20世紀80年代末才開始被應用于食品領域[45]。其基本原理是：具有活性自旋的原子核在靜態磁場存在的情況下，具有能量的吸收，能量吸收主要通過適當的射頻脈沖獲得；在脈沖之后，被激發的原子核松弛，其發射的能量被檢測為與時間關聯的信號強度，該信號將產生與構成核磁共振信號的激發核，并與激發核的數量成正比；同時每個原子核在頻譜顯示特定位置，由此產生的譜線可測量的參數就可用于解釋分子結構、構象及分子運動等，其具有非破壞性、高分辨率、無毒性及可定量性等優點，也存在儀器復雜、分析時間長及樣品準備時間長等缺點[46-47]。根據磁場強度大小，核磁共振可分為3 類：高場、中場、低場。由于核磁共振技術所產生的的數據較為龐大、繁雜，所以需要對數據進行處理和分析，現有的核磁共振數據分析方法有主成分分析、偏最小二乘法判別分析和正交偏最小二乘法判別分析等[48]。

低場和高場核磁共振在食品領域被廣泛應用，低場核磁共振常用于分析食品摻假[49]、食品含有水分類型、水分分布及水分移動等[50]。朱瑩瑩等[51]利用低場核磁共振鑒別不同干燥方式牛肉干產品，發現不同干燥加工方式牛肉干的T2弛豫特性存在顯著差異，且主成分分析有明顯分離。季美泉等[52]基于低場核磁共振技術結合化學計量學方法實現了對凍融肉的快速鑒別。相較于低場核磁共振，高場核磁共振實現了對多種化合物的快速鑒定和定量檢測，因此其也更多地被應用于對肉類及肉制品風味和品質的研究[53-54]。許多研究表明，在肉類烹調過程中，水溶性低分子化合物是形成肉類風味的重要因素，Xiao Zhichao等[55]利用高場核磁共振比較中國地方雞（武定雞和鹽津烏骨雞）和商品肉雞生肉和雞湯中的水溶性低分子化合物含量，發現中國地方雞胸肉和腿肉中的主要風味物質含量顯著高于普通商品肉雞，同時雞湯中風味物質含量也顯著高于普通肉雞。在對不同品種雞肉風味物質差異的研究中，Kim等[56]利用核磁共振技術對韓國土雞、KNC-D雞和商業KNC肉雞的雞胸肉和雞腿肉中的風味活性物質和生物活性物質進行定量研究，發現KNC-D雞胸部組織中的絲氨酸、肌酸、肌肽和肌苷酸含量高于商業KNC和韓國土雞品種。

利用核磁共振技術可揭示肉類制品風味形成的原因。Zhang Jian等[57]利用高場核磁共振技術研究無骨干腌火腿加工過程中代謝產物的變化，共鑒定出28 種代謝物，包括氨基酸、多肽、有機酸、核酸及其衍生物、糖等，發現氨基酸（異亮氨酸、纈氨酸、丙氨酸、谷氨酸和組氨酸）、有機酸（乳酸、醋酸鹽、琥珀酸、檸檬酸和甲酸鹽）和核苷酸衍生物（次黃嘌呤）是影響最終產品滋味的主要因素。Huang Ling等[58]采用核磁共振氫譜和多元數據分析方法，研究不添加亞硝酸鹽的臘肉在加工過程中口感品質的變化。結果表明：加工過程中含有21 種代謝產物，包括氨基酸、糖類、有機酸、核酸及其衍生物、生物堿等，異亮氨酸、亮氨酸、纈氨酸、丙氨酸、醋酸鹽、谷氨酸、琥珀酸、甘氨酸、蔗糖、酪氨酸和苯丙氨酸的含量在整個過程中不斷增加；烘烤后乳酸、肌酸、肌氨酸、甜菜堿、牛磺酸、次黃嘌呤和腺苷含量均顯著升高；肌苷含量發酵后先顯著升高后降低；組胺含量風干后顯著升高后降低；組氨酸含量降低；各加工處理均能促進不添加亞硝酸鹽臘肉（未熏）的風味形成，尤其是烘焙。

3 電子鼻在肉類檢測中的應用

仿生嗅覺技術，即電子鼻技術是一種智能仿生系統，最早應用在1982年。其主要是由傳感器和模式識別系統組成，基本工作原理是：通過氣體采集系統、氣敏傳感器列陣和模式識別系統等部分，當被測樣品中揮發性混合氣體和傳感器接觸時，氣體與靈敏材料發生反應并產生可收集信息，再利用模式識別系統對信號進行分析，在特定類型的氣味檢測和識別系統中，其敏感元件的激發導致特定信號的產生[59-61]。電子鼻技術目前廣泛應用于食品安全、環境監測及臨床醫學診斷等領域。電子鼻應用于風味物質檢測，具有快速、高靈敏度和非破壞性等特點，但也存在易受環境干擾、儀器昂貴和學習能力不足的缺點。在肉類風味和品質評定方面，電子鼻技術常用于對不同品種肉類揮發性氣味的檢測，其主要通過風味識別、肉質評估、新鮮度識別和風味調控等方面對肉類品質進行調控[62]。Chen Jingru等[63]利用電子鼻和頂空固相微萃取-氣相色譜-質譜聯用技術分析證實了北京油雞、魯花雞和AA肉雞之間的顯著差異，醛的種類較多和相對含量較高可能是北京油雞雞肉風味更濃郁的原因。北京油雞必需氨基酸、花生四烯酸、肌苷一磷酸含量高于另外2 種雞。Wilson等[64]通過電子鼻對叉尾魚魚片中的氣味化合物進行檢測，發現其中存在異味氣味化合物，同時傳感器列陣輸出結果表明，風味良好和風味差的魚片香味特征有顯著差異，這都表明電子鼻技術可有效、快速評估肉類質量。需要注意的是，電子鼻在肉類風味和品質評定方面的應用仍然面臨一些挑戰。例如，不同品種肉類之間的揮發性化合物差異較大，因此需要建立合適的模型和數據庫。此外，環境條件和樣品處理等因素也可能對電子鼻的檢測結果產生影響。因此，在實際應用中需要結合其他分析手段和專業知識進行綜合評估和判斷[65-67]。

4 結 語

對肉類風味物質的檢測，無論是色譜-質譜聯用技術，還是核磁共振波譜技術，都應用較為廣泛。色譜-質譜聯用技術可以同時分離和定性分析復雜的肉類風味物質，如氨基酸、肽類、脂肪酸和揮發性化合物等，這種技術具有高效、靈敏和可靠的特點，可以提供關于風味物質的結構和含量信息。核磁共振作為一種無損分析技術，可以提供關于食品中化學成分的結構和動態信息。在肉類風味物質檢測中，核磁共振技術可以用于鑒定和定量分析肉類中的營養成分、氨基酸和脂類等風味物質，具有高分辨率、非破壞性和多維的特點，可以提供全面的風味物質分析結果。電子鼻技術是一種模擬人類嗅覺系統的傳感器裝置，可以通過探測和識別氣體混合物的特征模式來辨別不同的風味。在肉類風味物質檢測中，電子鼻技術可以用于分析和區分肉類產品中的揮發性風味物質，具有快速、便捷和非破壞性的特點，用于大規模的樣品分析和實時的風味檢測。

這些檢測技術雖然都已較成熟，但對風味物質在機體內的分布及代謝機制等研究尚顯不足。近年來，由于技術平臺的愈加成熟，代謝組學隨之興起，各個組織中的代謝物分布被充分揭示。因此，未來代謝組學的應用將更加深入，主要體現在以下幾個方面：1）多組學的融合運用，代謝組學、轉錄組學及蛋白組學等多組學聯合分析，以探究各種風味代謝物質產生的分子機制；2）對代謝物庫的擴充，不斷增加肉類風味庫中所含有的代謝物質，增加可檢測范圍；3）對樣品預處理和后續龐大數據的準確性及可重復性分析；4）隨著技術的不斷進步，研究人員將利用創新的檢測技術應用于肉類風味物質檢測。例如，基于人工智能和機器學習的方法可以快速、準確地識別和定量肉類風味物質，從而提高肉類產品的質量控制和食品安全。未來代謝組學將被更加廣泛地應用于肉類風味檢測及動物育種領域中。