利用电子鼻和气质联用研究腊肉挥发性风味物质的形成规律

黄业传，李　凤，黄　甜，孙　娟

（西南科技大学生命科学与工程学院，四川绵阳621010）

利用电子鼻和气质联用研究腊肉挥发性风味物质的形成规律

黄业传，李凤，黄甜，孙娟

（西南科技大学生命科学与工程学院，四川绵阳621010）

为研究腊肉加工过程中整体风味的变化，用固相微萃取（SPME）结合气相色谱-质谱联用（GC-MS）对川味传统烟熏腊肉不同加工阶段样品中的挥发性风味物质进行了鉴定，并应用电子鼻和偏最小二乘回归（PLS）分析比较各加工阶段样品的整体风味。结果表明，在川味腊肉加工的6个阶段，共鉴定出挥发性风味成分183种，包括醛、酮、酯、醇、酸、酚、醚和杂环类等；随着加工的不断进行，挥发性风味物质的种类不断增加，从原料中的75种增加到成品中的116种，其峰面积也增加了近4倍；PLS分析和电子鼻可以很好地区分6个不同加工阶段的样品。因此川味腊肉加工过程中，无论是整体风味还是挥发性物质的种类和含量都会发生显著变化，其风味是在加工中逐渐形成的。

腊肉，挥发性风味物质，固相微萃取，气质联用，电子鼻

腊肉是我国具有悠久历史的传统猪肉制品之一，是将新鲜猪肉腌制后，再经晾晒、烘烤或烟熏等处理加工而成的生肉类制品，具有色泽美观、风味浓郁、贮藏性好、食用方便等特点。腊肉按产地和风味主要分为川味腊肉、广式腊肉和三湘腊肉，其中川味腊肉主产于四川和重庆等地。腊肉的风味形成是一个漫长而复杂的过程，很多学者都对腊肉的风味物质进行了鉴定，如YU Ainong[1-2]、KOSTYRA等[3]研究了烟熏腊肉，成波[4]研究了湘味腊肉，许鹏丽等[5]研究了广味腊肉，XIE等[6]研究了烟熏烤乳猪的风味，另外闫文杰等[8]研究了添加酶对快速腌制腊肉风味的影响，冯彩平等[9]研究了快速成熟对低盐腊肉挥发性成分的影响，但大部分仅限于对成品中挥发性物质的分离鉴定或比较不同工艺加工产品的风味物质差异，而对风味物质的形成过程研究较少；刘士健[9]、尚永彪等[10]用同时蒸馏萃取（SDE）法对川味腊肉各加工阶段的挥发性风味物质进行了比较，探究了川味腊肉风味形成的初步规律，但SDE法在处理过程中的高温蒸煮会使风味物质的组成发生显著变化，而固相微萃取（SPME）是一种新的萃取技术，萃取条件较温和，萃取过程中风味物质的损失少，现广泛用于食品风味研究，但目前还没有将其用于川味腊肉风味物质研究的报道。气相色谱-质谱联用（GC-MS）能对样品中风味物质的种类和含量进行检测，但它不能分析这些物质作为一个整体时对样品风味的贡献[11-13]，而电子鼻能对各样品的整体香气特征进行比较，两者配合有利于从宏观和微观上全面研究食品的风味[14]。本研究对川味传统烟熏腊肉各加工阶段的挥发性风味物质进行SPME-GC-MS分析，并用偏最小二乘回归分析（PLS）和电子鼻对各加工阶段样品的整体风味进行比较，以明确腊肉加工的各阶段其整体风味是否会发生明显变化，为进一步探究川味腊肉的风味形成机理奠定理论基础。

1　材料与方法

1.1材料与仪器

猪肋骨肉购于绵阳好又多超市；C5～C24正构烷烃混标Sigma公司。

GCMS-QP2010 Plus型气相色谱-质谱联用仪日本岛津公司；75μm CAR/PDMS萃取头、手动SPME进样器美国Supelco公司；αFOX 4000型电子鼻法国Alpha M.O.S公司。

1.2腊肉加工及样品采集

1.2.1腊肉加工加工时间为2011年冬季，气温多在0～10℃间。原料肉切成长方形小块，每块约250g，然后进行腌制，食盐用量为6%～7%左右，时间为3d，腌制结束后悬挂于农家灶堂的正上方，利用三餐煮饭或取暖烧柴产生的烟进行烟熏，每日约6～8h，共30d，燃料以木材、松树枝、柏树枝为主。烟熏结束后，悬挂于通风良好的房间进行后熟，时间为30d。

1.2.2样品采集分别取原料（A）、腌制后样品（B）、烟熏前期样品（烟熏第10d，C）、烟熏中期样品（烟熏第20d，D）、烟熏结束样品（烟熏第30d，E）、成熟后样品（F）各6份，每份约50g，作分析用。样品分析前于-20℃冻藏。

1.3GC-MS分析

1.3.1固相微萃取（SPME）称取3.0g待测样品于15mL样品瓶内，在60℃水浴锅中预热15min后，将固相微萃取器插入样品瓶中并推出萃取头，使其暴露在样品瓶中样品的上部，于60℃萃取30min，萃取结束后，将萃取头插入气相色谱进样口于250℃解吸5min，同时启动仪器采集数据。

1.3.2GC-MS条件气相色谱：DB-5MS毛细管色谱柱（30m×0.25mm×0.25μm）；载气为氮气，流速1mL/min；进样口温度250℃，分流比5∶1；起始温度为35℃，保持3min，以4℃/min升到130℃并保持2min，最后以8℃/min升到230℃并保持5min。

质谱：电离方式为EI；电子能量70eV；接口温度250℃；离子源温度230℃；灯丝电流150μA；扫描质量范围35～450amu。

1.3.3定性与定量分析各化合物经计算机检索同时与系统自带的数据库（NIST05和NIST05S）相匹配。并采用正构烷烃混标（C5～C24）在相同条件下进行分析，按照Van[15]的方法计算各挥发性风味物质的保留指数（RI），仅报道相似指数（SI）大于80以及RI与文献[1，16-19]比较定性的化合物。利用峰面积及峰面积占总面积的百分比进行定量分析。

1.4电子鼻分析

载气：合成干燥空气，流速：150mL/min；样品准备小瓶体积10mL，样品量1.0g；顶空产生时间900s，产生温度65℃，搅动速度500r/min；顶空注射体积2.5mL，注射针总体积5.0mL，注射速度2.5mL/S，注射针温度75℃；参数获取时间120s；数据分析方法为主成分分析法（PCA）。各阶段样品重复测定6次。

1.5统计分析

不同加工阶段对腊肉挥发性风味成分的影响用偏最小二乘回归（PLS）进行分析，以6个0/1变量（A，B，C，D，E，F）为X轴，Y轴为在6个加工阶段样品中检测到的183种挥发性物质的峰面积占总面积的百分比（各成分的代号见表1）。PLS分析采用Unscrambler软件，V9.7（挪威CAMO ASA公司），所有数据在分析前均进行标准化和中心化。

2　结果与分析

2.1GC-MS分析结果

在6个加工阶段样品中共鉴定出挥发性风味物质183种，如表1所示。其中在A、B、C、D、E、F中分别鉴定出75、88、94、100、110、116种（如表2所示），只有33种物质在6样品中均被检出，因此挥发性物质的种类在加工中发生了显著变化。随着加工时间的推移，挥发性物质的种类越来越多，从原料中的75种到成品中的116种，增加了41种，增加的物质主要是支链醛、高级醇、杂环类化合物、烯烃、酚类和酯类，其中支链醛如2-甲基丁醛、3-甲基丁醛，杂环类如吡嗪、吡咯、呋喃酮等可能是由于美拉德反应所产生，酚类如愈创木酚、苯酚等，高级醇如松油醇、里哪醇、雪松醇、桉树脑等，烯烃类如石竹烯、松油烯、月桂烯等主要是来自木材等发烟物燃烧所产生的烟，而酯类则主要是在成熟过程中生成；直链饱和醛、烷烃、芳香烃等在加工过程中种类变化不大；而直链不饱和醛、酮类、脂肪醇、酸的种类则随着时间的推移显著减少，可能是发生了分解，也可能是发生化学反应生成了其他物质，如醇和酸之间的酯化反应。

挥发性物质的峰面积能初步反映其绝对含量，从峰面积的变化可以看出各类物质在加工中含量的变化规律。从表2可以看出，随着加工时间的推移，样品总的峰面积逐渐增加，特别是腌制过程中，增加了近2.5倍，在烟熏过程中，总的峰面积继续增加，烟熏末期时是原料肉的4倍多，而在成熟期则略有降低。从各类物质来看，直链饱和醛、直链不饱和醛、脂肪醇的变化规律相似，均是在腌制时显著增加，由于这3类物质大都来自脂肪的自动氧化，说明在腌制过程中脂肪的水解和氧化程度较高，在随后的烟熏和成熟过程中，除了直链饱和醛在成熟期略有增加外，其余的均是随时间的推移而减少，可能是发生分解生成了其他物质或其他物质的中间反应物，直链饱和醛在成熟阶段的增加可能是由于样品中剩余的一些饱和或单不饱和脂肪仍在发生自动氧化，它们氧化的产物主要是直链脂肪醛。支链醛、杂环类化合物和酯的峰面积在加工中大都处于增加的状态，支链醛和杂环类化合物峰面积的增加说明整个加工过程中美拉德反应都在进行；而酯化反应则主要发生在烟熏前期和成熟期，烟熏前期的增加可能主要是由脂解产生的酸和醇之间的酯化反应，而成熟期主要是由来自烟熏材料中的一些高级醇和酸之间的酯化反应。高级醇的峰面积在烟熏前期显著增加且达到最大值，说明其主要是来自于烟熏材料；其在后面阶段有所减少，可能是发生了酯化反应的原因，这与酯类物质在成熟期的大量增加是一致的。烯烃和酚类的变化趋势相似，其峰面积均是在烟熏期间显著增加，这进一步说明两者主要来自于木材等燃烧后产生的烟。酸类含量较低但也在加工中显著减少，可能是由于酯化反应的原因。烷烃和芳香烃的峰面积变化规律不明显，而酮类的含量在加工中有所增加。

表1　GC-MS鉴定出的各挥发性物质的代号和名称Table.1　Code and name of volatile compounds identified by GC-MS

表2　不同加工阶段腊肉中各类挥发性物质的种类、百分比和峰面积Table.2　Kinds，peak area and percentage of every class of volatile compounds in samples of bacon at different processing stages

挥发性物质峰面积的百分比代表其相对含量，从峰面积百分比的变化可以看出（表2），总的来说支链醛、高级醇、杂环类化合物、烯烃、醚类、酚类和酯类的相对含量在加工过程中有不同程度的增加，而直链饱和醛、直链不饱和醛、酮、脂肪醇、烷烃、芳香烃、酸的峰面积百分比均有不同程度的降低。

2.2PLS分析结果

不同加工阶段对腊肉中挥发性风味成分峰面积百分比的具体影响规律将通过偏最小二乘回归法（PLS）进行分析前2维主成分的PLS效果结果如图1所示。可以看出第1主成分（PC1）和第2主成分（PC2）分别解释了Y变量的59%和22%，总和为81%，包含了Y变量的绝大部分信息，同时也说明各样品间的差异主要反映在PC1上；183个Y变量大部分均位于r2= 50%～100%之间，大都显著有效，因此以各挥发性物质的峰面积百分比为变量通过PLS分析可以很好地区分腊肉加工的不同阶段。图1中各样品点间的距离可以代表样品间风味差异的大小，可以看出，原料（A）和腌制后的样品（B）位于效果图的左边，与烟熏样品（C、D、E）和成品（F）风味差异较大；原料（A）和腌制后样品（B）间的风味差异主要体现在PC2上；腌制后样品（B）与烟熏样品（C、D、E）间的风味差异主要体现在PC1上；烟熏和成熟阶段每一加工步骤间风味差异不是很大（C与D、D与E、E与F间），同时区分于PC1和PC2，但随着加工时间的推移，与原料（A）和腌制后的样品（B）间的风味差异越来越大，其中原料（A）与成品腊肉（F）在PC1上距离最远。

从具体的挥发性风味成分来看，原料（A）和腌制后的样品（B）主要与一些直链饱和醛、直链不饱和醛、酮、脂肪醇、酸等联系较紧密，而烟熏样品（C、D、E）和成品（F）主要与一些支链醛、高级醇、杂环类化合物、烯烃、酚类和酯类等联系较紧密，这与前面的分析是一致的。同时也进一步说明随着腊肉加工的不断进行，挥发性物质的种类和含量都发生了比较明显的变化。

图1　PLS分析的前二维主成分效果图Fig.1　The PLS correlation loadings plot for first two Principal Components（PCs）

2.3电子鼻分析结果

6个加工阶段样品电子鼻区分的主成分效果如图2所示，PC1和PC2的方差贡献率分别为76.83%和22.71%，累计达99%以上，说明PC1和PC2已包含很大的信息量，能反应样品的整体信息，各样品的差异主要体现在PC1。图中每个椭圆代表不同加工阶段样品的数据采集点，可以看出，除了烟熏30d样品（E）和成熟后样品（F）间有部分重叠外，其他各加工阶段的样品均分布于各自独立的区域，说明电子鼻可以较好地区分不同加工阶段的腊肉样品。各阶段样品在主成分图上的分布也有一定的规律，原料样品（A）在图的右上方，随着加工的进行，样品信息点在PC1上不断向左移动，而在PC2上首先向下移动，然后向上移动，使整个样品的信息点呈顺时针方向变动。另外从图2可以看出，原料（A）的6个样品信息点分布比较集中，说明原料样品间整体风味差异很小，而经过腌制（B）、烟熏（C、D、E）后各样品的离散程度逐步加大，成熟后（F）各样品间的离散程度达到最大，说明随着腊肉加工的不断进行，各样品间的风味差异会逐渐增加，这可能是各原料样品间风味前体物质的含量略有差异，这些物质在原料中是非挥发性成分，因此电子鼻不能反映出此差异，而随着加工的进行，风味前体物质会发生很多生物化学反应生成挥发性风味物质，特别是脂肪的氧化分解、美拉德反应等，风味前体物质含量的差异必将引起最终腊肉成品中挥发性风味物质含量或种类的较大差异，因此6个样品在加工中的风味差异会逐渐加大。

电子鼻的区分效果与PLS分析的结果基本一致，但也略有差别，如样品A与B之间、B与C之间的差异在图1中较大，而在图2中各阶段样品中心点间的距离相当（A与B，B与C，…E与F间），这可能是由于电子鼻是针对样品的整体风味信息，而在PLS分析时只考虑了已鉴定的183种挥发性风味成分，未包括一些微量成分和未鉴定的成分，一些微量成分虽然含量极低，但可能其阈值也较低，因此对样品的风味可能也有比较重要的贡献。

GC-MS可对样品中挥发性风味物质的具体种类和含量进行检测与比较，但不能分析这些物质作为一个整体时对样品风味特征的贡献，而电子鼻与之相反，得到的不是被测样品中各挥发性物质的定性或定量结果，而是样品的整体风味信息[11-13]；因此两者配合有利于同时从宏观和微观上研究样品风味，GC-MS的分析结果有利于对电子鼻分析结果的解释[14]。本研究通过电子鼻分析发现不同加工阶段的腊肉样品整体风味有显著差异，通过GC-MS分析发现挥发性物质的种类、含量都随加工时间的不同有显著差异，因此通过电子鼻和GC-MS的配合使用，发现腊肉的风味是在加工中逐渐形成的，为进一步探究川味腊肉的风味形成机理和提高川味腊肉的质量奠定了理论基础。

图2　六种样品电子鼻区分的主成分分析图Fig.2　The PCA plot of six kinds of samples distinguished by electronic nose

3　结论

在川味传统烟熏腊肉加工的6个阶段，共鉴定出挥发性风味成分183种，包括醛、酮、酯、醇、酸、酚、醚和杂环类等。利用挥发性风味成分峰面积百分比为变量的偏最小二乘回归分析（PLS）和电子鼻能够区分不同加工阶段的腊肉样品；两种方法相配合能较好的比较腊肉加工过程中整体风味的变化规律。因此川味传统烟熏腊肉的风味是在加工中逐渐形成的，不同加工阶段样品的整体风味有显著差异。

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Study on formation law of volatile flavor compounds in bacon using electronic nose and GC-MS

HUANG Ye-chuan，LI Feng，HUANG Tian，SUN Juan
（College of Life Science and Engineering，Southwest University of Science and Technology，Mianyang 621010，China）

To investigate the changes in whole flavor of bacon during processing，the volatile flavor compounds in samples of Sichuan traditional smoked-and-cured bacon from each processing stage were analyzed by solid-phase microextraction（SPME）combined with gas chromatography-mass spectrometry（GC-MS），then whole flavor of these different samples was compared by Partial Least Squares（PLS）regression analysis and electronic nose（eNose）.The results showed that a total of 183 volatile compounds were identified by GC-MS in the headspace of at least one processing stage sample，which could be grouped into classes of aldehydes，alkanes，ketones，heterocyclic compounds，alcohols，phenols，esters，etc.As the process continued，the kinds of flavor compounds increased from 75 in the green bacon to 116 in the final products，and the total peak area increased by about 4 times over the whole processing.The eNose and PLS analysis could distinguish the samples of different processing stages well.So both the whole flavor and the kinds or content of volatile flavor compounds in the samples of Sichuan traditional smoke-cured bacon changed significantly during processing，its flavor was formed gradually.

bacon；volatile flavor compound；SPME；GC-MS；electronic nose

TS251.1

A

1002-0306（2014）06-0073-06

2013－08－13

黄业传（1975-），男，博士，副教授，研究方向：肉制品食品加工与酶工程。

国家自然科学基金资助项目（31271892）；西南科技大学博士基金（12zx7110）。