基于電子鼻和GC-IMS分析四川傳統醬肉發酵過程中揮發性風味化合物的變化

DOI：10.3969/j.issn.1000-9973.2025.08.008

引文格式：，等.基于電子鼻和GC-IMS分析四川傳統醬肉發酵過程中揮發性風味化合物的變化[J].中國調味 品，2025，50（8）：51-59. TANG W T，DONG P， YUAN H B，et al. Analysis of changes in volatile flavor compounds in fermentation processof Sichuan traditional sauced meat based on electronic nose and GC-IMS[J].China Condiment，2025，5O（8）：51-59.

Abstract： Traditional sauced meat has a long fermentation period and is easily affectedby external factors，which leads to unstable quality and limits its industrial development. The purpose of this study is to analyze the flavor changes of sauced meat in the fermentation process and screen out the key volatile flavor substances in sauced meat to control the flavor and quality of sauced meat products.Overall odor characteristics are detected by electronic nose，and gas chromatography-ion mobility spectrometry （GC-IMS） is used to identify 71 volatile flavor substances in samples at different fermentation stages. The content of main flavor substances such as aldehydes，ketones，esters，pyrazines and so on in the fermentation process generallyincreases，which increases the flavor richness of sauced meat. The relative odor activity value （ROAV） method is used to identify 9 key volatile flavor substances in sauced meat at diferent fermentation stages.The combination of electronic nose and GC-IMS can comprehensively reflect the changes of volatile substances in sauced meat at different fermentation stages，which is helpful to further understand the formation mechanism of flavor of sauced meat，and has provided a basis for the regulation and control of flavor and quality of sauced meat products.

Key words：Sichuan traditional sauced meat；volatile flavor substances； electronic nose； GC-IMS；ROAV

醬肉制品是我國特有的一類傳統肉類制品，其風味濃郁、口感酥軟，受到廣大消費者的青睞，它在中國的傳統腌制肉類中占據著特殊的地位[1]。四川傳統醬肉是采用四川生產的甜面醬和醬油腌制，選用優質的五花肉為原料，經過預處理、腌制和發酵工藝得到的產品。目前醬肉生產的工業化程度低，在生產過程中人們往往依賴于自身經驗，很難保證最終產品質量的一致性。通過分析四川傳統醬肉發酵過程中不同階段的關鍵環節，探究影響風味的關鍵因素，改進發酵工藝，提高最終產品的質量。

傳統發酵肉制品的制備具有較長的成熟期，這一過程涉及大量的生化反應和微生物作用[2]。復雜的生化反應和微生物作用對發酵肉制品的風味變化和感官特性有很大影響。同時腌制時間和發酵時間等因素的變化可能會導致最終醬肉制品風味的差異，并進一步影響消費者對醬肉制品的選擇。風味是用于評判肉及肉制品食用品質的重要組成部分。Li等[3]研究了干腌鴨加工過程中風味特征的動態變化，鑒定出35種揮發性物質，其中壬醛、1-辛烯-3-醇、己醛、苯甲醛和2-戊基呋喃是特征風味化合物。Li等4采用GC-MS和GC-IMS對不同發酵階段蝦醬樣品中的106種揮發性風味化合物進行了鑒定。發酵過程中的主要風味物質醇類、醛類、吡嗪類等的含量總體呈上升趨勢。采用相對氣味活度值（ROAV）法鑒定了不同發酵階段蝦醬中17種關鍵揮發性風味物質，為蝦醬產品風味和品質的調控提供了依據。目前關于醬肉風味的研究主要集中在成品階段，缺乏動態研究。因此，有必要了解醬肉發酵過程中風味的動態變化情況。

本研究中，使用電子鼻檢測醬肉的氣味，采用GC-IMS測定揮發性風味化合物，并結合相對氣味活度值（ROAV）法確定醬肉的關鍵風味化合物，運用多元統計分析對不同發酵階段醬肉的風味物質進行對比。該研究結果將為醬肉風味形成機理的研究提供一定的參考，并為醬肉的工業化發展提供一定的理論依據。

1材料與方法

1. 1 材料與儀器

精修豬五花肉：購于永輝超市；五比一醬油：四川合江縣永興誠釀造有限責任公司；天車甜面醬：自貢市天味食品有限公司。

RGX-150B人工氣候培養箱 天津市宏諾儀器有

限公司；FOX4000電子鼻法國阿爾法莫斯儀器公司；Flavour Spec^°ledast 氣相色譜-離子遷移譜聯用儀德國G.A.S.公司。

1. 2 試驗方法

1.2.1醬肉的制作工藝流程及操作要點

取精修豬五花肉，修整成 20cm×5cm 的長條形，約 500g 。按照五花肉：甜面醬：醬油為 20：3：2 的比例進行腌制，每 24h 翻動一次，腌制 7d 將腌制好的五花肉用清水清洗，洗去表面的醬，放入恒溫恒濕培養箱中懸掛發酵。設定發酵溫度為 10.5°C 、發酵濕度為 65% ，分別在醬肉發酵的第0，5，10，15，20，25，30，35天取樣，將取得的樣品分別命名為A、B、C、D、E、F、G、H。

1.2.2 電子鼻分析

電子鼻參考王天楊等[5]的方法并稍作修改，將 1.0g 醬肉樣品剁碎后放入 10mL 頂空進樣瓶中進行測定。頂空條件設置為溫度 70^°C 、孵化時間 300s 載氣流量150mL/s 、進樣量 1mL ，數據采集持續時間為 120s 數據采集延遲時間為 180s 。不同發酵階段醬肉每組測定10次，保留其中最穩定的3次結果。

1.2.3 GC-IMS分析

GC-IMS參考Xie等[的方法并稍作修改，將發酵后的醬肉樣品進行破碎，并準確稱取 3.0g 樣品置于具有磁性螺旋密封蓋的 20mL 頂空瓶中。為確保數據的準確性，每個樣品均進行3次重復測定。

1.2.3.1 進樣條件

將進樣溫度設定為 65°C ，并在 60°C 下將樣品孵育15min ；采用頂空進樣方式，將醬肉樣品在 500r/min 的搖瓶轉速下進行振蕩孵化。清洗周期為 0.5min ，每次進樣量為 500μL 。

1.2.3.2 GC條件

色譜柱：MXT-WAX色譜柱 （30m×0.53mm，1μm） 柱溫保持在 60°C ；載氣為高純 N₂ （純度 99.99% 。1.2.3.3IMS條件

漂移管溫度設定為 45°C ，使用正離子模式的電子轟擊離子源進行離子化，漂移管長度為 9.8cm ，管內線性電壓達到 400V/cm ，漂移氣 （N₂ ，純度 99.99% 流速為 150mL/min 。

1.2.4揮發性化合物的ROAV分析

相對氣味活度值（relativeodoractivityvalue，ROAV）法用于評價單個化合物對整體香氣的貢獻[4]，計算公

式如下：

式中： C_i 表示特定化合物的相對含量 表示測量的化合物的閾值濃度（ mg/m³ ）； C_stan 表示對風味貢獻最大的物質的相對含量 （%）：T_stan 表示對風味影響最大的物質的閾值濃度 （mg/m³ ）。

1.3 數據處理

電子鼻數據使用Origin2019進行圖形繪制；GC-IMS分析利用設備配備的LAV（laboratoryanalyticalviewer）和GalleryPlot工具，LAV負責GC-IMS數據的分析和標注，并結合NIST和IMS數據庫進行進一步深入分析，指紋圖譜采用GalleryPlot進行繪制；采用SIMCA軟件進行PCA和OPLS-DA；數據結果用“平均值士標準差\"表示，采用SPSS軟件進行分析；采用R語言進行顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 不同發酵階段醬肉電子鼻分析

圖1不同發酵階段醬肉電子鼻分析圖Fig.1 Electronic nose analysis diagrams of saucedmeat at different fermentation stages

注：a為雷達圖；b為主成分分析圖。

電子鼻利用各種敏感傳感器檢測和區分樣品中的風味，可以檢測樣品中揮發性風味化合物的細微變化。采用電子鼻分析不同發酵階段醬肉樣品的總體風味，結果見圖1中a。由圖1中a可知，醬肉樣品對LY2/G、LY2/AA、LY2/Gh、LY2/gCT1和 LY2/gCT 等傳感器的響應值較低，表明醬肉在發酵過程中產生的氮氧化合物、氨、胺類化合物、硫化物和丙酮較少。與其他樣品相比，醬肉A和D樣品對 TA/2.T40/1.T40/2.P30/2 P40/2，P30/1，PA/2，T70/2，P40/1，P10/2，P10/1 和 T30/1 傳感器的響應值較高，表明醬肉A和D樣品可能含有較高豐富度的醇類、芳香化合物、碳氫化合物。

為了評估各種樣品之間的總體差異，主成分分析（PCA）被用作多變量統計工具。由圖1中b可知，PC1和PC2的貢獻率分別為 72.7% 和 17.0% ，累計方差貢獻率為 89.7%（gt;85%） ，表明經該模型分析醬肉樣品揮發性物質信息的結果具有可靠性。樣品大致分為4個相對獨立的區域，A、B兩個發酵時間段的樣品比較集中，C、D兩個發酵時間段的樣品相對獨立，E、F、G和H4個發酵時間段的樣品較接近，表明在發酵后期 20～35d 醬肉具有相似的風味特征，發酵中后期是醬肉風味形成的關鍵時期。

2.2 不同發酵階段醬肉GC-IMS分析

2.2.1 GC-IMS譜圖分析

圖2不同發酵階段醬肉中揮發性化合物的GC-IMS二維譜圖 Fig.2 GC-IMS two-dimensional spectra of volatile compounds in sauced meat at different fermentation stages

采用GC-IMS分析不同階段醬肉的揮發性風味物質，并根據二維圖譜提供的整體信息區分樣品之間揮發性物質的差異。由圖2中a可知，橫坐標0.5處的垂直線為RIP峰（歸一化后的反應離子峰）[]。RIP峰兩側的數據點代表揮發性有機化合物，淺色表示濃度較低，深色表示濃度較高，顏色越深表示濃度越高。為了直觀地比較8個組間風味化合物的差異，選擇發酵0d的樣品的譜圖作為參考，得出其他發酵時間樣品的二維譜圖（見圖2中b）。白色背景代表與參考品濃度相似的風味化合物，而淺色或深色分別表示風味化合物的濃度高于或低于參考品的濃度。結果表明，8個樣品之間差異點大多數保留時間在 100～1000s ，遷移時間在 0.5～0.75ms 之間。相較于發酵Od的A樣品，其余7個樣品中揮發性化合物的種類增加，并且大部分揮發性化合物的濃度也隨之增加。特別是在G和H樣品中這種變化更明顯，表明隨著發酵時間的增加，醬肉產生的揮發性風味物質也相應增多。

表1不同發酵階段醬肉中鑒定的揮發性化合物 Table1 Volatile compounds identified in sauced meat at different fermentation stages

續表

注：“一\"表示未查詢到該化合物的氣味描述;化合物后面的“M\"表示單體，“D\"表示二聚體;物質氣味描述源于氣味描述查詢系統（https：//www.vcf-online. nl/） ，下表同。

通過內置的NIST、IMS數據庫，結合醬肉揮發性風味物質不同的保留時間和遷移時間進行二維定性。從8個樣品中共檢測出71種已定性的揮發性物質，由表1可知，醇類13種、醛類11種、酮類11種、酯類14種、酸類2種、烯烴類8種、含硫化合物2種、吡嗪類2種、呋喃類2種、醚類1種、其他化合物5種。酮類化合物是醬肉中重要的風味化合物。酮類物質主要源自氨基酸的降解或不飽和脂肪酸的氧化，這些化合物可以賦予發酵肉制品花香和果香[8]。其次是醛類，醛類物質由于氣味閾值較低，對發酵肉制品的風味有很大影響[9]醛類物質主要通過脂質的氧化和分解形成，此外，短鏈醛也可以通過Strecker降解反應或微生物代謝生成。己醛、丁醛等直鏈醛具有令人愉快的脂肪味、花香和草香[10]

醬肉腌制醬料中甜面醬、醬油是醬豬肉中烯烴類、醇類、醛類和呋喃類化合物形成的主要原因之一[]。本試驗從8個不同發酵階段的醬肉中檢測出8種烯烴類物質。研究表明，烯烴類物質與肉類腌制品的風味密切相關，這些烯烴類化合物在醬肉腌制過程中對風味的形成有較大影響[12]。此外，呋喃類和吡嗪類也是肉制品重要的風味物質，吡嗪類通常由Strecker反應產生的兩個α-氨基羰基縮合而成，主要提供烘烤風味[13]。呋喃類化合物通常由多不飽和脂肪酸的氧化降解生成，這些脂肪酸在發酵過程中被酯酶和脂肪酶水解成甘油和脂肪酸，然后進一步被氧化生成揮發性化合物。脂肪酸的降解途徑包括 β -氧化和脂氧合酶途徑，這些途徑會產生不同的呋喃衍生物 [14-15] 。某些呋喃衍生物具有特征性氣味描述，如2-甲基二氫-3-2H-呋喃酮具有甜美的焦糖和水果香氣并且通常被認為是對醬油風味有重要貢獻的芳香化合物[16]。醇類主要通過酯類的氧化分解生成[1]。由于醇類的氣味閾值相對較高，通常認為醇類物質對肉制品的風味貢獻不大。然而，與短鏈醇相比，來自多不飽和脂肪酸氧化的長鏈醇具有較低的閾值，其對肉制品的香氣貢獻更大[18]。酯類化合物可以通過酸類和醇類的酯化反應生成，Wang等[19]研究表明，短鏈酯具有水果味，長鏈酯具有脂肪味。

2.2.2 GC-IMS指紋圖譜分析

圖3不同發酵階段醬肉中揮發性有機化合物 Fig.3 Volatile organic compounds in sauced meat at different fermentation stages

注：a為指紋圖譜；b為分類柱狀圖。

為進一步了解不同品種醬肉揮發性風味物質的差異，通過儀器自帶插件（GalleryPlot）生成了指紋圖譜（見圖3中a），可以看出8個發酵階段醬肉的VOCs含量差異較大。圖3中b中縱坐標代表不同階段醬肉中同一化合物相對含量的高低，顏色越深表示濃度越高，反之則越低[20]。按含量變化趨勢將指紋圖譜分為4個區域。I區域為8個發酵階段醬肉共有的物質，包括2-辛酮、3-甲基-1-丁醇（單雙聚體）、丁醛、1-丁醇（單雙聚體）、2-甲基二氫-3-2H-呋喃酮、乙酸乙酯（單雙聚體）、烯丙基甲基硫醚等，它們為醬肉提供了果香、木香、烤肉香等風味。Ⅱ區域中的物質在醬肉發酵 10～ 35d含量較高，包括三甲基吡嗪、2，5-二甲基吡嗪、乙酸-D、1-戊醇-M、丙酸異戊酯、三乙胺6種化合物。在此階段，可能是微生物代謝活動、化學反應和環境條件的共同作用，促使了這幾種風味化合物的積累。Ⅲ區域主要是醬肉發酵中后期（ 15～35 d）含量較高的物質，包括2-戊烯醛-M、2-己酮、環己胺、1-戊烯-3-醇、1-十二碳烯、1-丙硫醇、己醛、1-戊烯-3-酮8種化合物，它們為醬肉提供了果香和花香等風味。胺類化合物如環己胺的生成通常與蛋白質的降解有關。在發酵后期，蛋白質降解更加充分，生成更多的氨基酸和胺類化合物，如1-丙硫醇，這種硫醇類化合物通常由含硫氨基酸在微生物代謝過程中降解生成[14]。在發酵中后期，蛋白質降解和氨基酸代謝更加活躍，生成更多的硫化物，賦予醬肉卷心菜、洋蔥的香氣。V區域中的物質主要在醬肉發酵后期（ 20～35 d含量較高，包括2-內烯酸異丁酯、1-戊醇-D、戊醛、2-庚烯醛（單雙聚體）、2-庚醇、丙酸乙酯、2-甲基丙酸異戊酯、2-戊烯醛-D、四氫呋喃10種化合物。2-庚醇、1-戊醇-D通常賦予醬肉果香、杏仁香和蘑菇味。戊醛和2-庚烯醛（單雙聚體）是具有強烈香氣的醛類化合物，能夠增強醬肉的香味。由指紋圖譜綜合分析結果可知，不同發酵階段醬肉的揮發性風味物質有明顯差別，其中A、B樣品中揮發性化合物的種類和含量明顯低于其他6個階段樣品，而在F、G和H樣品中化合物的含量和種類較高。指紋圖譜表明，發酵中后期是醬肉風味形成的關鍵時期。

2.2.3 PCA

主成分分析（PCA）是一種多元統計分析技術，其目的是通過確定幾個主成分因子來代表原始樣品中的多個復雜且難以直接觀察到的變量，通過評估主成分因子在不同樣品中的貢獻率揭示樣品之間的規律性和差異[21-22]。為了研究不同發酵階段醬肉樣品中揮發性化合物的變化，對基于先前分析得到的71種揮發性化合物的定性和半定量結果進行了主成分分析。當PC1和PC2的累計貢獻率達到 60% 時，表明這兩個主成分能夠有效地代表原始數據的大部分信息[23]。不同發酵階段醬肉揮發性物質的PCA見圖4。

圖5不同發酵階段醬肉中揮發性物質OPLS-DAFig.5 OPLS-DA ofvolatile substancesin saucedmeatatdifferent fermentation stages

由圖4可知，累計方差貢獻率為 77.2% ，能較好地體現樣品的差異。PCA結果表明，各樣品之間分散程度較好，8組不同發酵階段醬肉樣品在分布圖中可以很好地區分，單個樣品的重復性較好。與未發酵的A樣品相比，發酵后期G、H樣品中揮發性有機物變化最明顯；在發酵前期，B樣品中揮發性有機物與未發酵醬肉無較大差異，說明在此階段發酵的影響還不明顯。在發酵中期（第15天）時醬肉的揮發性風味物質開始發生了較明顯的變化。在發酵后期（ 25～35d） ，醬肉的揮發性風味物質變化較小，風味較接近，表明此階段的發酵過程已經趨于穩定，說明醬肉的風味在此階段可能趨于成熟和統一。

2.2.4 OPLS-DA

OPLS-DA是一種用于數據可視化和根據數據之間的相關性量化樣品之間變化程度的分析方法[24]。發酵時間為OPLS-DA模型設計的 Y 變量。模型的解釋力表示為 R²X 和 R²Y ，模型的預測力表示為 Q² ，其中 R² 和 Q² 在 0.5～1 之間時，說明新建立的模型具有較好的解釋力和預測力。

由圖5中a可知， R²Y=0.86 Q²=0.684 ，均大于0.5，表明該模型具有較好的解釋力和預測力，不同發酵階段醬肉樣品分離良好。A樣品位于第四象限；B和C樣品位于第一象限；D、H和F樣品位于第二象限；G和E樣品位于第三象限。E、F和G樣品距離較近，表明它們具有相似的風味類型。通過200次排列測試對模型進行了驗證（見圖5中b）。且模型 Q² 回歸線與水平坐標的截距為負，表明模型無過擬合，穩定可靠。因此，所得結果可用于區分不同發酵階段醬肉的特征物質。

由OPLS-DA載荷圖反映不同發酵階段醬肉中揮發性成分對模型的貢獻。由圖5中c可知，2-丁醇（單雙聚體）、2-丙烯腈、2-丁酮-D、丁醛對A樣品的香氣影響較大，因此A樣品呈現出復雜的香料香氣，混合了甜面醬和醬油的基本味道。B和C樣品位于第一象限，包含的物質主要有1-丙醇-M、2-丁酮-M、2-丙烯醛、異松油烯、2-甲基二氫-3-2H-呋喃酮、乙酸異丁酯等，特征風味表現為復雜的香料香氣，伴隨著發酵特有的醇香和酯香，呈現出甜味、水果味和辛辣味。E和G樣品分布在第三象限并且與1-辛烯、2-甲基丁醛、醋酸異丙酯、3-庚酮、 α -水芹烯、4-庚酮、2-戊酮呈正相關，表現出強烈的植物香氣，伴隨著長時間發酵特有的深層次香氣。以上結果表明，不同發酵階段醬肉呈現出不同的風味特征，隨著醬肉發酵時間的延長，醬肉的風味豐富度增加，這種變化可能是由于發酵過程中復雜化學反應的持續進行，導致風味化合物的生成。在長期的發酵過程中，甜面醬和醬油作為基礎原料，發酵期間的酶活性和化學變化促使了原料中多種成分的轉化和釋放，從而形成了更加復雜和豐富的風味特征。

2.2.5 ROAV分析

表2不同發酵階段醬肉揮發性風味物質的 ROAVgt;1 的化合物及閾值 Table2Compoundswith ROAV gt;1 and their thresholds of volatile flavor substances in sauced meat at different fermentation stages

ROAV法廣泛用于分析關鍵風味化合物，較高的ROAV表明化合物的揮發性風味對整體香氣的貢獻較大[25]。一般 0.1?ROAVlt;1 的化合物被認為對整體香氣具有修飾作用， ROAV?1 的化合物被認為是關鍵風味化合物，而 ROAVlt;0. 1 的化合物為潛在風味物質[26]。由表2可知，烯丙基甲基硫醚是在A樣品中相對含量較高且閾值低的組分，因此，選擇烯丙基甲基硫醚作為主要風味物質，這意味著 ROAV_stan 在A樣品中的濃度為100，烯丙基甲基硫醚賦予了A樣品大蒜味和洋蔥味;1-辛烯-3-酮是在其余7個樣品中相對含量較高和閾值低的化合物，對整體氣味的貢獻最大，因此，定義其為7個發酵階段醬肉樣品的關鍵性揮發性化合物（2號 ，其余揮發性化合物的 ROAVgt;1 。

醛類具有較低的氣味閾值和強烈的香氣，是肉制品的重要成分[27]。例如，己醛具有水果味和青草味，2-甲基丁醛具有可可味和堅果味。酮類物質主要來源于脂肪氧化，通常具有花香、奶油味和果香。2-辛酮賦予醬肉產品肉味，而2-戊酮具有奶油味和奶酪味[]。總之，ROAV分析為不同發酵階段醬肉的風味特征提供了一些見解，使人們能夠較準確地評估它們在風味形成中的作用大小。

3結論

本研究利用電子鼻結合氣相色譜-離子遷移譜技術探究了不同發酵階段醬肉的風味變化情況。結果表明，電子鼻能明顯區分不同發酵階段醬肉的特征氣味。在醬肉發酵初中期 （0～20d） 樣品之間差異較大，而在發酵后期 25～35d） 樣品的香氣具有較高的相似性，說明在發酵后期醬肉主要風味化合物的生成和相對比例達到了穩定狀態。采用GC-IMS技術對不同發酵階段醬肉的揮發性化合物進行測定，共檢測出71種已定性的揮發性物質。多元統計分析結果表明，8個不同發酵階段醬肉樣品在分布圖中可以很好地區分，不同發酵階段醬肉中揮發性有機物存在差異。與未發酵的A樣品相比，發酵后期的G、H樣品中揮發性有機物變化最明顯，在醬肉發酵后期 25～35d） 醬肉的揮發性風味物質變化較小，風味較接近。由OPLS-DA可以得出：不同發酵階段醬肉呈現出不同的風味特征，隨著醬肉發酵時間的延長，醬肉的風味增強，風味豐富度增加。綜上所述，發酵中后期是醬肉風味形成的關鍵時期。本研究通過明確不同發酵階段醬肉風味動態變化，為醬肉產品的工業化發展提供了較詳細的理論依據，對醬肉生產過程中優化產品工藝、控制風味一致性和提升產品品質具有一定的指導意義。

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