基于电子鼻和气相色谱-质谱联用技术评价襄阳地区腊肠风味品质

2018-09-23杨成聪余海忠

肉类研究 2018年8期

杨江，杨成聪，凌霞，余海忠，郭壮,*

（1.湖北文理学院食品科学技术学院，鄂西北传统发酵食品研究所，湖北襄阳 441053；2.襄阳市食品药品检验所，湖北襄阳 441021）

作为我国传统发酵肉制品的代表[1]，腊肠因其特有的腊香味和醇厚的口感而受到广大消费者的喜爱，我国华中地区亦有制作和食用腊肠的习俗[2]。襄阳地区腊肠是以猪肉为主要原料，经切碎或绞碎后按一定比例加入食盐、酒和白砂糖等辅料腌制并填充入肠衣中晾晒而成[3]。近年来，围绕广式腊肠开展了多项卓有成效的研究，探讨了细菌纳米纤维素[4]、丁香萃取物[5]、戊糖乳杆菌[6]、茶多酚[7]、金针菇[8]、血红素[9]、猪肉品种[10]和豆豉[11]对其品质的影响。虽然前期曾采用电子舌技术对襄阳地区腊肠的滋味品质进行了评价[3]，然而目前关于襄阳地区腊肠品质评价的研究仍较少。

电子鼻和气相色谱-质谱联用（gas chromatographymass spectrometry，GC-MS）技术常用于肉制品的风味品质评价中[12-13]，具有结果受主观因素影响小和检测迅速的优点，实现了肉制品中典型物质类型和挥发性风味物质的定性和定量分析。近年来，电子鼻技术已广泛应用于鲩鱼肉[14]、猪肉[15]、干腌腊肉[16]、小香鸡[17]、酸肉[18]、秋刀鱼[19]和清酱肉[20]等肉制品的品质评价中，而GC-MS技术在小鳄龟肉[21]、牛肉馅料[22]、刀鱼肉[23]、烧鸡[24]、金枪鱼肉[25]、腊肉[26]和风干牛肉[27]等肉制品的香气成分解析方面亦有着广泛应用。

本研究采用电子鼻和GC-MS技术对采集自襄阳地区宜城市、枣阳市和老河口市农户家中的11 个腊肠样品的风味品质和主要挥发性风味物质进行评价，以期为襄阳地区腊肠相关制品的研究提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

腊肠襄阳市宜城市、枣阳市和老河口市农户；氯化钠国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

DS-1组织捣碎机上海标模股份有限公司；PGJ-10-AS纯水机武汉品冠仪器设备有限公司；PEN3电子鼻（配备10 个金属氧化电极）德国Airsense公司；GCMS-QP2020气相色谱-质谱联用仪（配备电子轰击（electron impact，EI）电离源和HS-20顶空进样器）、SH-Rtx-Wax色谱柱（30 m×2.25 mm，0.25 μm）日本岛津公司。

1.3 方法

1.3.1 样品采集和预处理

分别从襄阳市宜城市、枣阳市和老河口市的农户家中采集手工制作腊肠11 个，分别编号为A1～A11，样品采集后放入采样箱低温保存送回实验室。

取采集的腊肠样品中段，用刀切至颗粒状后转移至组织捣碎机中进行捣碎，将捣碎后的泥状腊肠装入样品管中待用。

1.3.2 基于电子鼻技术研究腊肠中典型物质类型

准确称取20 g泥状腊肠样品于50 mL电子鼻样品瓶中并封口，置于60 ℃水浴加热30 min，室温平衡10 min后插入电子鼻探头进行顶空进样。电子鼻参数：样品间隔时间3 min，管路清洗时间95 s，平衡时间5 s，探头插入时间5 s，进样时间60 s，进样流量200 mL/min，空气流量200 mL/min。10 个金属氧化传感器分别对腊肠样品中不同类型的敏感物质进行测定，毎秒测定1 个响应值（测试样品时的电阻值G与测试空气时的电阻值G0的比值），响应值在45 s后稳定，本研究选取49、50、51 s时响应值的平均值为测试数据，重复操作3 次[28]。

1.3.3 基于GC-MS技术研究腊肠中挥发性风味物质

准确称取10 g泥状腊肠样品和2 g氯化钠于25 mL样品瓶中混合均匀，并使用带聚四氟乙烯垫片的铝帽封口，50 ℃振荡预热30 min，平衡5 min，进样量1 μL，进样口解析5 min后进行GC-MS分析。

GC参数设置：温控程序为起始温度35 ℃，保持5 min后以3 ℃/min上升至50 ℃，保持8 min，然后以8 ℃/min上升至150 ℃，不保持，然后以15 ℃/min上升至180 ℃，保持5 min；进样方式为分流进样，分流比10∶1；载气流量1.0 mL/min[29]。

MS参数设置：选用EI离子源，离子源温度为230 ℃，电子轰击能量为70 eV；质量扫描范围为33～450 u；采集方式为Q3 Scan；采用NIST14标准质谱库和保留时间定性，采用峰面积归一化法对腊肠样品中的挥发性风味物质进行相对定量分析。

1.4 数据处理

基于电子鼻技术，采用非加权组平均法（unweighted pair-group method with arithmetic means，UPGMA）聚类分析、主成分分析法（principal component analysis，PCA）和多元方差分析（multivariate analysis of variance，MANOVA）对11 个腊肠样品的区分度进行研究；基于GC-MS技术，采用曼-惠特尼检验（Mann-Whitney test）对隶属于不同聚类的腊肠样品挥发性风味物质的差异性进行显著性分析。使用MATLAB 2016b软件进行数据分析；除热图由MATLAB 2016b软件绘制外，其他图均使用Origin 2017软件绘制。

2 结果与分析

2.1 基于电子鼻技术的腊肠区分度分析

使用电子鼻技术对11 个腊肠中的典型物质类型进行测定，并结合多元统计学方法对腊肠风味品质的区分度进行研究。基于电子鼻技术的腊肠样品UPGMA聚类分析结果如图1所示。当距离取13左右时，11 个样品整体上可分为2 个聚类，隶属于聚类Ⅰ的腊肠样品共计5 个，分别为A1、A2、A3、A4和A9，而隶属于聚类Ⅱ的腊肠样品有6 个，分别为A5、A6、A7、A8、A10和A11。本研究进一步采用多元方差分析发现，不同聚类间的腊肠风味品质存在显著差异（P＜0.05）。

图1 基于聚类分析的腊肠区分度分析Fig. 1 Sausage differentiation based on cluster analysis

2.2 基于电子鼻技术的腊肠风味品质差异性分析

为进一步识别造成腊肠风味品质差异的敏感物质类型，以聚类结果为分组依据，结合Mann-Whitney检验对10 个氧化传感器对不同聚类样品测定响应值的差异性进行分析。

图2 不同聚类腊肠样品响应值的雷达图Fig. 2 Radar diagram of response values of different sausage samples

由图2可知，传感器W5S（对氢氧化物灵敏）、W6S（对氢气有选择性）、W1S（对甲烷类灵敏）、W1W（对有机硫化物、萜类物质灵敏）、W2S（对乙醇灵敏）、W2W（对有机硫化物灵敏）和W3S（对烷烃类物质灵敏）对隶属于聚类Ⅰ中腊肠样品的响应值明显偏高，而传感器W1C（对芳香类物质灵敏）、W3C（对芳香类物质灵敏）和W5C（对芳香类物质灵敏）呈现出相反的趋势[30]。经Mann-Whitney检验发现，10 个传感器对2 类腊肠的响应值均存在显著差异（P＜0.05）。由此可见，隶属于聚类Ⅱ的腊肠风味品质可能较佳。

进一步以UPGMA聚类结果为分组依据，采用PCA对电子鼻金属氧化电极所测定的响应值进行分析，基于PCA的腊肠风味品质因子载荷图如图3所示。

图3 基于电子鼻技术的因子载荷图Fig. 3 PCA factor loadi ng plot of PC1 vs. PC2

由图3可知，第1主成分由W5C（对芳香类物质灵敏）、W3C（对芳香类物质灵敏）、W1C（对芳香类物质灵敏）、W3S（对烷烃类物质灵敏）、W2S（对乙醇灵敏）和W1S（对甲烷类灵敏）6 个传感器构成，其方差贡献率为74.14%；第2主成分由W6S（对氢气有选择性）、W5S（对氢氧化物灵敏）、W2W（对有机硫化物灵敏）和W1W（对有机硫化物、萜类物质灵敏）4 个传感器构成，其方差贡献率为18.62%，前2 个主成分的总方差贡献率为92.76%。由此可知，第1主成分多为腊肠的特征香味指标，而第2主成分多为腊肠的缺陷型指标。PC1中载荷量较高的正相关指标为W5C（对芳香类物质灵敏）、W3C（对芳香类物质灵敏）和W1C（对芳香类物质灵敏），其载荷量分别为0.19、0.18和0.15，而载荷量较高的负相关指标为W3S（对烷烃类物质灵敏）、W2S（对乙醇灵敏）和W1S（对甲烷类灵敏），其载荷量分别为0.05、0.12和0.15，即PC1中的主要差异集中在芳香类物质；PC2中载荷量较高的正相关指标为W1W（对有机硫化物、萜类物质灵敏）、W2W（对有机硫化物灵敏）和W5S（对氢氧化物灵敏），其载荷量分别为0.32、0.26和0.14，而载荷量较高的负相关指标为W6S（对氢气有选择性），其载荷量为0.03，即PC2中的主要差异集中在有机硫化物。

图4 基于电子鼻技术的因子得分图Fig. 4 PCA factor score plot of PC1 vs. PC2

基于PCA得到腊肠风味品质的PC1和PC2因子得分图。由图4可知，隶属于聚类Ⅰ的样品较之聚类Ⅱ样品在空间排布上偏X轴正方向，且二者呈现出明显的分离趋势。结合因子载荷图可知，W5C（对芳香类物质灵敏）、W3C（对芳香类物质灵敏）和W1C（对芳香类物质灵敏）3 个传感器对隶属于聚类Ⅱ腊肠样品的响应值明显高于聚类Ⅰ中的样品，而上述金属氧化传感器均对芳香类物质敏感，因而聚类Ⅱ中的腊肠样品的芳香类物质含量明显偏高。GB/T 23493—2009《中式香肠》中要求，腊肠应该具有纯正浓郁的腊香味，具有腊肠的固有风味。因此，上述分析进一步证实了隶属于聚类Ⅱ中的腊肠样品风味品质更优。

2.3 基于GC-MS技术的腊肠中关键挥发性风味物质识别

在使用电子鼻技术对11 个腊肠样品区分度进行评价的基础上，进一步使用GC-MS技术对腊肠中的挥发性风味物质种类和含量进行分析。11 个腊肠样品中共检测出35 种挥发性风味物质，其中醇类、醛类、酸类、烃类和酯类化合物分别有3、6、1、13、5 种，其平均相对含量分别为18.28%、10.36%、18.28%、34.28%和16.80%。由此可见，襄阳地区腊肠中的主要挥发性风味物质为烃类。经Mann-Whitney检验发现，隶属于不同聚类的腊肠样品其酯类和酸类化合物含量存在显著性差异（P＜0.05）。

图5 腊肠中相对含量大于1..0000%的挥发性风味物质箱形图Fig. 5 Boxplot of volatile components in sausage with relative abundance more than 1.00%

由图5可知，襄阳地区腊肠中平均相对含量大于1.00%的挥发性风味物质共有11 种，分别为松油烯、乙醇、醋酸、乙酸乙酯、异戊醛、异丁醛、戊醛、柠檬烯、丁酸乙酯、樟脑萜和己酸乙酯，平均相对含量分别为28.33%、18.28%、17.58%、13.96%、4.15%、3.25%、2.88%、2.69%、1.64%、1.53%和1.27%。由此可见，襄阳地区腊肠中的挥发性风味物质主要为松油烯、乙醇、醋酸和乙酸乙酯。

进一步使用Mann-Whitney检验，以聚类为分组依据，对不同聚类腊肠中主要挥发性风味物质的相对含量进行显著性分析。由图6可知：隶属于不同聚类的腊肠样品中醋酸和乙酸乙酯含量差异显著（Mann-Whitney检验，P＜0.05），隶属于聚类Ⅱ的样品醋酸和乙酸乙酯平均含量分别为23.55%和17.19%，而在聚类Ⅰ中分别为11.96%和10.09%；隶属于不同聚类的腊肠样品中乙醇含量差异不显著（Mann-Whitney检验，P＞0.05），乙醇在聚类Ⅰ和聚类Ⅱ样品中的平均相对含量分别为17.54%和17.61%。乙基酯类是广式腊肠独特风味形成的主要物质之一，且乙酸乙酯具有微带果香的酒香气，而乙醇和醋酸可能来源于腊肉加工过程中加入的白酒和食醋。由此可见，品质较佳的腊肠挥发性风味物质中乙酸乙酯含量可能较高。