基于计算机视觉技术分析猪肉对清酱肉挥发性风味成分的影响

杨凯 李迎楠 李享 贾晓云 付浩华 孙琦 成晓瑜

摘 要：以清酱肉为研究对象，借助计算机视觉技术和气相色谱-质谱联用技术，对清酱肉原料肉的肥瘦比及清酱肉成品的挥发性风味物质进行研究。结果表明：计算机视觉技术可以快速、无损检测原料肉肥瘦比；白肉比例高的清酱肉产品中检出酯类物质18 种，相对含量为23.05%，醛类物质14 种，相对含量为10.03%；白肉比例低的清酱肉产品中检出酯类物质12 种，相对含量为16.46%，醛类物质10 种，相对含量为8.64%；白肉比例高的清酱肉中主要挥发性风味物质种类更多，相对含量更高，具有更加浓郁、复杂的香味。

关键词：清酱肉；计算机视觉技术；气相色谱-质谱联用；挥发性风味物质

Abstract： In this study， computer vision technology and gas chromatography-mass spectrometry were used to detect the fat to lean meat ratio of raw pork and the volatile flavor compounds of pickled sauced meat with low and high proportions of fat meat， respectively. Computer vision technology could rapidly and non-destructively determine the fat to lean meat in raw pork. A total of 18 esters （23.05%） and 14 aldehydes （10.03%） were detected in the high-fat sample， and 12 esters （16.46%） and 10 aldehydes （8.64%） in the low-fat sample. The high-fat sample contained more types and high relative contents of major volatile compounds and had stronger and more complicated aroma.

Keywords： pickled sauced meat； computer vision technology； gas chromatography-mass spectrometry； volatile flavor composition

DOI：10.7506/rlyj1001-8123-201804007

中图分类号：TS251.1 文献标志码：A 文章编号：1001-8123（2018）04-0039-05

清酱肉是我国的传统腌腊肉制品，它是将猪肉加入盐、酱油、糖和调味香料等腌制后，经过晾晒等工艺加工而成的肉制品。挥发性风味物质是衡量腊肉的一项重要指标，挥发性风味物质的形成是一个复杂的反应过程，是脂质氧化、Strecker降解和美拉德反应共同作用的结果[1-2]。郭昕等[3]对湖南腊肉、四川腊肉和广式腊肉的挥发性风味成分进行了分析和鉴定；张顺亮等[4]对湖南腊肉各加工阶段的挥发性风味物质进行测定，初步探明了湖南腊肉风味形成的规律；Zhang Siyu等[5]研究发现，风味酶促进蛋白质水解，能够改善广式腊肉的食用特性和贮藏稳定性；李迎楠等[6]研究发现，添加苹果多酚发色剂的腊肉挥发性物质相对含量较高。目前，国内学者对腊肉挥发性风味的研究多集中于不同腊肉风味的差异及加工工艺对挥发性风味物质的影响，而原料肉的肥肉比例对清酱肉挥发性风味物质影响的研究还鲜有报道。

作为计算机科学的一个分支，计算机视觉技术是运用计算机技术来模拟生物宏观视觉功能的科学和技术，它通过图像传感器代替人眼获取样品的图像信息，综合利用图像处理、模拟识别和人工智能等技术对图像信息进行分析，是一种快速、无损的非接触检测手段[7-8]。McDonald等[9]将计算机视觉技术应用于牛肉大理石花纹的分级标准；Huan等[10]通过改进算法降低了计算机视觉提取牛肉瘦肉组织轮廓的误差；赵慧等[11]运用计算机视觉技术准确测定午餐肉的颜色。气相色谱-质谱联用（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）仪具有高分离能力、高选择性和高灵敏度的特点，被广泛应用于食品风味物质的检测。索化夷等[12]运用GC-MS测定腊肉各加工阶段的挥发性风味物质；Wu Haizhou等[13]研究氯化钾替代部分氯化钠对干腌腊肉挥发性风味物质的影响。

本研究基于计算机视觉技术，分析清酱肉原料肉的肥瘦比，利用GC-MS仪研究清酱肉的挥发性风味物质，并探討原料肉肥瘦比对挥发性风味物质的影响，为清酱肉原料肉的快速检验和标准化生产及提高产品质量提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

精品猪五花肉 北京二商大红门肉类食品有限公司；辅料 中国肉类食品综合研究中心香辛料部。

2-甲基-3-庚酮（纯度大于99%）、C8～C22系列烷烃标准品（色谱纯） 美国Sigma-Aldrich公司；高效凯氏定氮催化剂片 北京金元兴科科技有限公司；硫酸（分析纯） 国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

TRACE 1310 GC-TSQ 8000 GC-MS仪 美国Thermo公司；BYXX-50烟熏箱 嘉兴艾博实业有限公司；HH-1数显电子恒温水浴锅 上海至翔科教仪器厂；HWS恒温恒湿培养箱 上海森信实验仪器有限公司；UDK159全自动凯氏定氮仪 意大利Velp公司。

计算机视觉系统结构示意图如图1所示[14]。

1.3 方法

1.3.1 清酱肉的加工工艺

以猪五花肉為原料，解冻后进行修整，去除筋膜，修整为长30 cm、宽4 cm、厚3 cm的肉条；加入辅料（白砂糖1%、食盐1.5%、味精0.05%、异抗坏血酸钠0.3%、亚硝酸钠0.005%）后置于真空滚揉机中4 ℃腌制，滚揉时间20 min，静置时间40 min，共腌制12 h；将4%酱料、0.5%曲酒、0.01%红曲红和0.5%水加入滚揉机中继续辊揉12 h；将滚揉后的肉条置于50 ℃烟熏炉中烘干1 h；烘干后放入恒温恒湿培养箱中成熟。

1.3.2 计算机视觉信息采集

拍摄前，打开系统内的光源，启动计算机图像传感器采集软件，将修整好的原料肉置于计算机视觉系统中，调节载物台高度，使原料肉全部进入取景框，对焦拍摄。每块原料肉两侧均采集电子图像信息，图像保存后用于后续分析。

1.3.3 原料肉脂肪含量测定

参照GB 5009.5—2016《食品安全国家标准 食品中脂肪的测定》中的索氏提取法测定。称取5 g左右充分粉碎、混合均匀的清酱肉原料肉（质量记为m2），全部移入滤纸筒内；将滤纸筒放入索氏抽提器中，连接已经称质量的接收瓶（质量记为m0），抽提6 h；提取结束后取下接收瓶，回收石油醚，待接收瓶内溶剂剩余1～2 mL时在水浴上蒸干，再于（100±5） ℃条件下干燥1 h，于干燥器内冷却0.5 h后称质量，重复以上操作直至恒质量（2 次称量的差值不超过2 mg）（m1）。原料肉的脂肪含量按照公式（1）计算。

根据测定结果，将清酱肉样品分为高白肉比例组和低白肉比例组。

1.3.4 清酱肉水分含量测定

参照GB 5009.3—2016《食品安全国家标准 食品中水分的测定》中的直接干燥法测定。从高白肉比例组和低白肉比例组各取1 份样品，分别粉碎并混合均匀；将玻璃制称量瓶105 ℃烘干至恒质量（m5），加入10 g左右清酱肉成品样品，称量称量瓶及样品的总质量（m3）；将盛有清酱肉成品样品的称量瓶放入105 ℃烘箱，烘干至恒质量，称量称量瓶及样品的总质量（m4）。称量均精确至0.000 1 g。原料肉的水分含量按照公式（2）计算。

1.3.5 清酱肉蛋白质含量测定

参照GB 5009.5—2016《食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定》中的凯氏定氮法测定。消化管中加入1 g左右（精确至0.000 1 g）粉碎、混合均匀的清酱肉成品样品，再加入适量消化片及20 mL浓硫酸；置于消化炉中消化，消化温度420 ℃，消化时间1 h；冷却后放入全自动凯氏定氮仪中，实现自动加液、蒸馏、滴定、记录滴定数据和计算的过程。

1.3.6 清酱肉中挥发性风味物质的测定

1.3.6.1 固相微萃取

取3 g粉碎后混合均匀的清酱肉成品样品，装入固相微萃取样品瓶内，水浴（50 ℃，30 min）；将萃取针头插入固相微萃取样品瓶中，萃取30 min后，将萃取头插入GC-MS仪进行分离和分析[14]。

1.3.6.2 GC-MS测定

GC条件：TG-5毛细管柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；载气He（99.99%），流速1.0 mL/min；升温程序：进样口温度250 ℃；起始柱温40 ℃，保持3 min，以5 ℃/min升温至200 ℃，再以10 ℃/min升温至220 ℃，保持1 min[15]。

MS条件：传输线温度240 ℃；离子源温度260 ℃；扫描范围40～600 u；扫描方式为全扫描。

1.4 数据处理

通过软件检索NIST谱库和Willey谱库提供的谱图鉴定化合物，同时借助系列正构烷烃计算挥发性风味化合物的保留指数（retention index，RI），并与标准化合物的RI进行比对，从而对清酱肉中的挥发性风味化合物进行定性分析，并根据面积归一化法求得各成分的相对含量[16]。

使用Windows版SPSS 17.0软件进行数据分析，采用单因素显著性分析和Mann-Whitney U检验进行显著性分析（P<0.05）。每组样品设置3 个重复，数据表示为平均值±标准差。

2 结果与分析

2.1 计算机视觉分析结果及理化指标分析

在前期研究中，我们通过大数据的采集分析出肥瘦肉的R（红色）G（绿色）B（蓝色）值特征，建立了计算机视觉系统颜色测定模型，通过C++语言编写软件，基于原料肉三原色值分析原料肉的肥瘦比，通过RGB值的相互关系定义红色（瘦肉）和白色（肥肉），根据建立的模型，用自身验证法对原样品进行回判，回判正确率为100%。采用上述软件分析原料肉的电子图像信息，计算原料肉的白肉比例（两侧图像取平均值，求得原料肉样品的白肉比例）。

由表1可知，软件处理结果与原料肉实测结果相一致。

由表2可知，根据软件分析得出的低白肉比例组原料肉的白肉比例为（32.71±4.83）%，高白肉比例组为（71.92±6.42）%，白肉比例较高。低白肉比例组清酱肉成品的蛋白质含量显著高于高白肉比例组样品（P<0.05），这与软件分析的结果相符。

2.2 清酱肉中挥发性风味物质分析

由表3可知，2 种清酱肉样品中共鉴定出84 种挥发性风味物质，主要为酯类、醇类、醛类、酸类、酚类、酮类、烃类和少量杂环类化合物，其中醇类和酯类化合物的相对含量较高。高白肉比例组样品中检测到71 种挥发性风味物质，低白肉比例组样品中检测到61 种挥发性风味物质，相对含量分别为94.98%和84.45%，白肉比例高的清酱肉中挥发性风味物质的含量相对较高。

白肉比例高的清酱肉样品的酯类物质种类及含量均高于白肉比例低的样品。游离脂肪酸、加工过程中添加及脂质氧化产生的醇类物质发生酯化反应均能生成酯类物质[17]。游离脂肪酸生成的酯类物质可以赋予清酱肉果香味及香甜的风味，长链脂肪酸生成的酯类物质赋予清酱肉腊味及更具脂香的风味[18]。丁酸乙酯具有甜味和水果味，己酸乙酯具有水果味，辛酸乙酯具有花香味和水果味[19]，癸酸乙酯具有蜂蜜味、甜味和玫瑰味，2，4-己二烯酸乙酯具有腊味[20]。白肉比例高的样品中含有更多脂肪酸，酯化反应产生了更多的酯类物质，赋予清酱肉更加浓郁、复杂的风味。

清酱肉样品中检测到大量乙醇，这是由于加工过程中添加了白酒，酒可以去除肉中的腥味，同时可以抑制微生物的生长，防止产品腐败变质，赋予清酱肉浓郁的酒香风味[21]。清酱肉中的脂肪氧化也会产生醇类物质，脂肪酸降解会产生乙醇[22]。由于正丁醇和正己醇的感觉阈值较高，因此其对清酱肉风味的贡献不大。糠醇具有甜香味、焦糖香味和咖啡香味，蘑菇醇具有蘑菇味[23]，2-壬烯醇是长链饱和醇，具有清香味、木香味等风味[18]，对清酱肉的整体风味具有一定贡献。

白肉比例高的样品中检测到种类更多的醛类物质，由于醛类可由脂肪的氧化分解生成，因此反-2-辛烯醛可能来源于亚油酸的降解[24]。辛醛具有醛香、腊香、苹果皮香和橙柑香气，壬醛具有类似牛脂的脂肪气味，庚醛具有强烈的油脂气味，己醛具有青香味，可卡醛具有可可香味和青香味，2-十一烯醛具有醛香味、柑橘味和脂肪味，反-2-辛烯醛具有青香味和脂肪气味，5-甲基呋喃醛和3-甲硫基丙醛具有强烈的肉香。由于醛类物质的阈值很低，因此是清酱肉重要的风味成分[25-27]。白肉比例高的样品醛类物质种类更多，且相对含量更高，因此风味更好。

脂肪的氧化分解会使清酱肉中的酸类物质增加，同时酯化反应消耗清酱肉中的酸类物质，乙酸、辛酸、山梨酸、壬酸、己酸和癸酸均参与了酯化反应。酮类物质也由脂肪的氧化分解生成，3-羟基-2-丁酮具有强烈的奶油味，乙基环戊烯醇酮属于不饱和酮，是动物特征味的主要来源，酮类物质可以起到增强风味的作用[20]。由于烃类物质阈值较高，一般认为其对风味的贡献不大[28]。此外，样品中还检测到二乙二醇丁醚、2-乙酰基吡咯、3，4-二甲氧基甲苯、邻异丙基甲苯、萘和对二甲苯。杂环类化合物来源复杂，大部分由美拉德反应产生，对风味有一定的修饰增强作用[29]。二乙二醇丁醚可能来源于加工过程中使用的香辛料，2-乙酰基吡咯具有熟肉香味[30]，萘具有樟脑味，对二甲苯具有甜水果糖的香味[23]。

综上所述，白肉比例高的清酱肉产品中挥发性风味物质种类较多且含量较高，其中具有特征风味的酯类、醛类和酮类化合物相对含量较高，白肉比例高的清酱肉产品具有更好的风味。

3 结 论

采用GC-MS法分析清酱肉的挥发性风味物质，共检测到84 种挥发性风味物质，包括酯类、醇类、醛类、酸类、酚类、酮类、烃类和少量杂环类化合物。酯类和醛类物质是主要的香气成分，风味物质的相互作用使清酱肉产生了独特的风味。白肉比例高的清酱肉具有更浓郁、复杂的风味，这是由于主要的香气成分均由脂肪的氧化分解产生或以脂肪氧化分解产物为原料，因此白肉比例高的清酱肉能够产生更多的风味物质，具有更浓郁、复杂的风味。本研究结果为清酱肉的原料肉快速检测和建立清酱肉的指纹图谱提供了理论依据，为清酱肉的原料肉标准化打下了坚实的基础。

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