基于SPME-GC-MS分析熏制材料对熏鸡腿挥发性风味物质的影响

刘登勇，赵志南，吴金城，邹玉峰，王 逍，李明倩

（1.渤海大学食品科学与工程学院，生鲜农产品贮藏加工及发全控制技术国家地方联合工程研究中心，辽宁 锦州 121013；2.江苏省肉类生产与加工质量发全控制协同创新中心，江苏 南京 210095）

烟熏肉制品是典型的中华传统熟肉制品，是指腌制或熟制后的肉，以烟熏、高温气体或固体等为介质热加工制作而成[1]。烟熏肉制品一般采用富含纤维素、半纤维素和木质素的硬木进行熏制[2]。而我国北方，白砂糖熏制较普遍，且产品色泽诱人，风味独特，其中以沟帮子熏鸡、卓资山熏鸡最为著名[3-4]。还有部分烟熏肉制品为追求独特风味而添加一些茶末、稻糠、橘皮等熏材，例如徽州地区传统的名菜茶熏鸡[5]。

近年来，关于烟熏风味的研究主要集中于果木等含纤维素较多的熏制材料以及烟熏液等。周绪霞等[6]研究了栗木、榉木和桂圆木对烟熏鲣鱼挥发性风味物质的影响，发现栗木熏制的鲣鱼烟熏味较明显，桂圆木熏制品风味更丰富，而榉木熏制品含氮类物质含量相对较高。Kosowska等[7]利用气相色谱-嗅觉测量法和香气提取物稀释分析法对烟熏腰肉（分别采用山毛榉、桤木熏制）的关键挥发性风味物质进行鉴定，发现酚类物质是烟熏过程产生的典型物质，醛类物质是肉本身在加热过程中产生的物质。Pino等[8]从稻壳烟熏液中分离鉴定出93 种化合物，其中2-甲氧基苯酚、4-甲基-2-甲氧基苯酚、2-糠醛等14 种酚类和呋喃类物质是主要气味活性化合物。但目前关于多种材料混合熏制的研究较少，特别是糖熏对肉制品风味物质影响的研究鲜有报道。

本实验以白砂糖、果木屑、红茶末作为烟熏材料熏制的鸡腿为研究对象，通过固相微萃取（solidphase microextraction，SPME）结合气相色谱-质谱（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）联用仪技术分离鉴定烟熏鸡腿肉的风味物质，采用面积归一化法，结合相对气味活度值（relative odor activity value，ROAV），确定不同熏制材料的主体风味活性物质，为烟熏材料的选择和优化、熏鸡的生产加工及风味评价提供指导。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

冻鸡腿（180～200 g，品种为AA鸡）、苹果木屑、红茶末 市购；白砂糖 南京甘汁园糖业有限公司；食盐 大连盐化集团有限公司。

C7～C30正构烷烃标准品 美国Supelco公司；乙醇（色谱纯）、环己酮标准品 美国Sigma-Aldrich公司。

1.2 仪器与设备

7890A-5975C型GC-MS联用仪 美国发捷伦公司；SPME装置、20 mL顶空钳口样品瓶、75 μm碳分子筛/聚二甲基硅氧烷（carboxen/polydimethylsiloxane，CAR/PDMS）萃取头 美国Supelco公司；PL203型电子分析天平 梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；SY-1230型恒温水浴槽 上海沪粤明科学仪器有限公司；C-MAG HP10电热板 德国IKA集团。

1.3 方法

1.3.1 样品制备

以鸡腿肉为原料，解冻清洗后，用5%食盐水煮制30 min，沥干汤汁后熏制。将不锈钢桶放到电热板上加热，以白砂糖、苹果木屑、红茶末作为基础熏制材料，按照完全随机组合共分为7 组（木熏组、茶熏组、糖熏组、糖-木熏组、糖-茶熏组、木-茶熏组、糖-木-茶熏组），每组按等质量比各称取24 g，放入不锈钢桶底。待熏制材料中心温度达到270 ℃后，开始熏制样品，熏制时间5 min。将得到的样品冷却后真空包装，并置于-18 ℃贮藏备用，以未熏制的鸡腿作为对照组。

1.3.2 风味物质分离

挥发性物质富集：将冷冻熏鸡样品置于4 ℃条件下缓慢解冻12 h，称取4 g样品（鸡皮与鸡肉质量比1∶3）转移至20 mL顶空瓶中，快速用聚四氟乙烯隔垫迅速封口。将顶空瓶置于50 ℃水浴条件下预热10 min，55 ℃水浴条件下用SPME萃取针（已活化）顶空萃取45 min后，将萃取针插入GC进样口进行解吸，解吸温度250 ℃、解吸时间4 min。

GC条件：HP-5MS毛细管柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；前进样口温度250 ℃；载气（He）流速1.0 mL/min；不分流模式进样；程序升温：初始柱温40 ℃，保持3 min，以3 ℃/min升至70 ℃，以5 ℃/min升至180 ℃，再以10 ℃/min升至230 ℃并保持5 min。

MS条件：电子电离源；接口温度280 ℃；离子源温度230 ℃；四极杆温度150 ℃；电子能量70 eV；质量扫描范围m/z 30～550。

1.3.3 风味物质鉴定

熏鸡风味物质鉴定结果通过计算机谱库（Nist/Wiley）进行检索，并配合手动检索校对信息，正反匹配度均大于800（最大值为1 000）或有一个匹配度大于900的成分作为定性结果。采用与样品分析相同的色谱条件，以C7～C30正构烷烃作为标准，计算挥发性化合物的保留指数。各化合物峰面积由软件系统计算。利用面积归一化法计算各挥发性成分在熏鸡挥发性气味物质中的相对含量。参考刘登勇等[9]的方法计算各成分的ROAV，并据此确定主体风味成分。

1.4 数据处理

采用Excel软件和SPSS 19软件中的单因素方差分析（ANOVA）法和Duncan多重比较法对数据进行处理与分析，结果以表示，P＜0.05，差异显著。并采用SPSS 19.0软件进行GC-MS数据的主成分分析。每个实验独立重复3 次。

2 结果与分析

2.1 SPME-GC-MS检测结果及ROAV鉴定关键性风味物质

采用SPME结合GC-MS提取熏鸡腿肉中的挥发性风味物质。如表1可知，熏鸡腿中共鉴定出92 种化合物，包括烃类22 种、醇类7 种、醛类13 种、酮类6 种、酚类8 种、呋喃类15 种、含氮/硫化合物13 种、醚类4 种、酯类3 种、酸类1 种。不同烟熏组中检测到的挥发性化合物存在显著差异（P＜0.05），对照组中相对含量最高的为烃类化合物（43.44%）；茶熏组中相对含量较高的为含氮/硫类化合物（13.36%），是其他烟熏组相对含量的4.9～111 倍；木熏组中相对含量较高的物质有愈创木酚（12.75%）、2-呋喃甲醛（40.45%）、5-甲基-2-呋喃甲醛（11.43%），其中，愈创木酚的相对含量是其他烟熏组的2.6～45.6 倍；糖熏组中相对含量较高的物质为2-呋喃甲醛（75.30%）、5-甲基-2-呋喃甲醛（11.01%）。化合物相对含量的高低并不能说明其对风味的贡献度大小[10]，还需结合各挥发性成分香味阈值，进行ROAV分析。通过查询，共找到47 种挥发性风味物质的香味阈值[11-13]（表2），因此，本实验只对查到阈值的化合物进行分析。其中，饱和烷烃类物质由于感觉阈值很高，几乎不产生明显嗅感；16 个碳原子以上的醇类、醛类、羧酸类和酯类等物质在食品中正常的浓度范围内也几乎没有气味[14]。这些化合物虽然相对含量很高，但本研究目的是确定关键风味化合物，故此处不作详细分析。

烃类（除萜烯类化合物）主要来源于脂肪酸烷氧自由基的均裂。如表2所示，ROAV大于1的烃类化合物只有1 种，Shahidi等[15]认为无论饱和烃还是不饱和烃在食品风味形成过程中发挥的作用均较小。D-柠檬烯具有令人愉快的柠檬香气[16]，是茶熏组和木-茶熏组烃类物质中的主要风味成分（ROAV≥1），对其他烟熏组和对照组的风味也有一定的修饰作用（0.1≤ROAV＜1）。

表1 熏鸡腿中挥发性物质相对含量及种类Table 1 Relative contents and types of volatile compounds in smoked chicken thighs

续表1

饱和脂肪醇的阈值较高，对整体风味贡献相对较小，而不饱和醇的阈值相对较低，对风味贡献较大[17]。由表2可知，ROAV不小于1的醇类只有1-辛烯-3-醇，且ROAV在8.24～57.72范围内，是对照组和烟熏组主要的风味成分，对样品整体风味具有较大贡献。1-辛烯-3-醇是由亚油酸或其他多不饱和脂肪酸自动氧化形成[18]，主要呈现蘑菇味、泥土味和柑橘、玫瑰气味[19-20]，还可增强肉中的脂肪香味。

醛类物质具有较强的挥发性，浓度高且阈值较低，是熟肉中重要的风味化合物。有研究报道己醛、辛醛、壬醛、(E,E)-2,4-壬二烯醛等醛类物质是煮鸡肉中主要的气味化合物[21]。由表2可知，ROAV不小于1的醛类有己醛、庚醛、辛醛、壬醛、癸醛等低碳原子直链饱和脂肪醛以及(E)-2-辛烯醛等烯醛，表明它们在对照组和烟熏组鸡腿肉香气中起重要作用。前期研究表明，醛类主要来源于脂质氧化[22]。例如，己醛和庚醛主要由亚油酸和花生四烯酸的氧化产生[23]，而辛醛和壬醛则由油酸氧化产生[24]。己醛对木-茶-糖熏组的风味贡献最大，具有草本风味[25]，癸醛的嗅觉阈值较低，仅为0.1 ng/g，在样品风味中起重要作用（ROAV在14.12～100范围内）。辛醛和壬醛在茶-糖熏组中ROAV分别达到63.66和100，说明对该组的风味具有重要贡献。庚醛具有强烈而不愉快、粗糙刺鼻的气味，在茶熏组中ROAV为12.97，贡献较大。与对照组相比，茶熏组、木-茶-糖熏组中醛类风味物质（ROAV≥1）中的戊醛贡献较大，具有果香和面包香[26]。除直链饱和脂肪醛，烯醛也是鸡肉脂肪受热时的特征香气呈味物。(E)-2-辛烯醛对7 组样品风味均有贡献。木-茶组和木-茶-糖组的醛类风味物质（ROAV≥1）中的(E)-2-壬烯醛贡献较大，其属于不饱和烯醛，赋予鸡腿肉脂肪香气。

酮类物质可通过脂肪氧化降解生成，也可能来自美拉德反应[27]。如表2所示，2-壬酮在对照组风味中具有重要的修饰作用（0.1≤ROAV＜1）。2,5-辛二酮的ROAV较高，在3.36～43.03范围内，对烟熏鸡腿的风味有一定贡献。酮类物质主要是在鸡腿肉高温煮制过程中产生，而在烟熏阶段，酮类物质可作为中间产物通过氧化降解形成其他物质[28]。由于酮类在熏鸡腿中种类较少、相对含量低且阈值比部分醛类高，因此，对熏鸡腿风味贡献不突出。

酚类物质被描述为烟熏香、焦香味，是烟熏肉制品特殊的挥发性风味物质，主要由烟熏材料中的木质素分解生成[29]。烟熏过程中，木质素首先分解为4-乙烯基愈创木酚，近而形成愈创木酚的同系物，如4-甲基愈创木酚、4-乙基愈创木酚等，这些化合物是肉制品传统烟熏风味的主要来源[30-31]。由表2可知，含有苹果木或红茶末的烟熏组中均检测到愈创木酚，愈创木酚是木熏组中贡献最大的风味物质（ROAV=100），这也可在木-茶、木-糖、木-茶-糖熏组中得到验证（ROAV分别为74.55、11.67、5.47），说明愈创木酚、4-甲基愈创木酚、4-乙基愈创木酚、4-乙烯基愈创木酚是木熏最主要的风味物质，这与Kosowska等[7]研究的酚类物质是木熏过程产生的典型风味物质结果一致。愈创木酚也是茶熏组中贡献较大的风味物质（ROAV＝11.02），这可在木-茶、茶-糖、木-茶-糖熏组中得到验证（ROAV在5.47～74.55范围内），说明愈创木酚也是茶熏主要的风味物质，同时4-甲基愈创木酚对茶熏组风味有一定的修饰作用（0.1≤ROAV＜1）。而对照组和糖熏组中未检测到酚类物质，进一步说明酚类物质是木熏和茶熏产生的主要风味物质，与烟熏材料中是否存在木质素有关。

呋喃类物质是糖裂解反应和美拉德反应的产物，是熏鸡风味中重要的杂环化合物。如表2所示，2-戊基呋喃对8 组样品风味均有较大贡献（ROAV≥1），2-戊基呋喃是一种衍生自亚油酸和其他n-6脂肪酸的非羧基化合物，具有相对较低的阈值，呈植物芳香味[32]，是鸡肉加热过程中产生的主要风味物质[33]。所有含木屑或白砂糖的烟熏组中均检测到2-呋喃甲醛、5-甲基-2-呋喃甲醛（ROAV≥1），对照组和茶熏组中未检测到。2-呋喃甲醛是糖熏组中贡献最大的风味物质（ROAV=100），在含有白砂糖的烟熏组中，如木-糖熏组、茶-糖熏组、木-茶-糖熏组中贡献较大（ROAV分别为61.56、98.2、100），5-甲基-2-呋喃甲醛对熏鸡腿整体风味贡献趋势与2-呋喃甲醛相似，说明2-呋喃甲醛、5-甲基-2-呋喃甲醛是糖熏产生的最主要风味物质。2-呋喃甲醛可能是由熏制过程中蔗糖热解产生[34]，通过烟气吸附渗透到熏鸡中，赋予鸡肉焦糖香气，与刘君等[35]利用糖熏工艺熏制鸡肉的结果一致。2-呋喃甲醛、5-甲基-2-呋喃甲醛在木熏组中贡献也较大（ROAV分别为23.79、5.38），可在木-茶熏组中得到验证（ROAV为53.11、8.17），说明2-呋喃甲醛、5-甲基-2-呋喃甲醛也是木熏产生的主要风味物质。同时，2-乙酰基呋喃呈现甜香以及青香味，在熏鸡腿风味中起着一定的协调、平衡的作用。综上2-呋喃甲醛、5-甲基-2-呋喃甲醛等糠醛类是糖熏风味的主要贡献者，对木熏风味构成也有一定贡献。

含氮化合物一般有烤香香气特征，主要来源于美拉德反应，含硫化合物对肉的基础香味有重要贡献[36]。由表2可知，二甲基二硫醚只在对照组风味中有较大贡献（ROAV≥1），对肉香味形成具有重要作用，而实验组中未检测到二甲基二硫醚，可能是被烟熏产生的酚类、呋喃类等化合物的浓烈烟熏味所湮没。与其他样品组相比，茶熏组中新增了含氮化合物2,6-二乙基吡嗪，占茶熏组总挥发性物质含量的13.36%。2,6-二乙基吡嗪的香味特征主要为坚果、泥土和类似土豆风味[37]，且只对茶熏组的风味有贡献（ROAV≥1），说明2,6-二乙基吡嗪是茶熏的主体风味物质。

此外本实验还检出一定含量的醚类、酸类、酯类化合物，对熏鸡腿风味的形成具有一定的影响。1-甲氧基-4-甲基-苯对木熏组鸡腿风味有一定贡献（0.1≤ROAV＜1）。乙酸感觉阈值高达22 000 ng/g，还可与醇类物质反应生成酯类，因此对整体风味贡献不大。乙酸乙酯和乙酸己酯在对照组中主要起到辅助修饰作用（0.1≤ROAV＜1），呈现甜香、清香香气[38]。以上这些物质主要对熏鸡腿风味起到协调、平衡的作用。

2.2 关键挥发性化合物主成分分析

为进一步研究不同熏制材料对熏鸡腿特征风味的影响，选取对熏鸡腿挥发性风味贡献较大的物质进行主成分分析。醛类、醇类和酮类等化合物对熏鸡风味有重要贡献，它们主要是由肉本身在加热过程中发生脂肪氧化降解等反应形成[39]，故此处不做分析。由表2可知，愈创木酚、4-甲基愈创木酚、4-乙基愈创木酚、4-乙烯基愈创木酚在含有木屑、红茶末的烟熏组中ROAV均较高，对风味贡献较大，故选取这4 种酚类物质。呋喃类物质中，2-呋喃甲醛、5-甲基-2-呋喃甲醛、2-戊基呋喃在含有白砂糖、木屑的烟熏组中ROAV较大，故选取这3 种呋喃类物质，而2,6-二乙基吡嗪只在茶熏组中ROAV较大，对茶熏组风味贡献最大。这些挥发性化合物以不同的比例分别形成了熏鸡腿独特风味，因此，选取以上8 种挥发性风味物质进行主成分分析。

图1 主要挥发性风味物质和样品主成分分析图Fig. 1 Principal component analysis plot for selected volatile fl avor compounds of smoked chicken thighs

如图1所示，根据特征值大于1的原则，共提取到2 个主成分，反映了原始数据提供信息总量的80.7%。木熏组、木-茶熏组等熏材中含有木屑的烟熏组中，愈创木酚、4-乙基愈创木酚等酚类化合物贡献较大，5-甲基-2-呋喃甲醛等呋喃类物质也有贡献；糖熏组、木-糖熏组等熏材中含有白砂糖的烟熏组，主要贡献物质为2-呋喃甲醛和5-甲基-2-呋喃甲醛等呋喃类化合物；2-戊基呋喃是对照组鸡肉产生的挥发性化合物，2,6-二乙基吡嗪在茶熏组中贡献较大。

3 结 论

本实验采用SPME结合GC-MS联用仪，并通过计算“ROAV”的方法，对果木屑、红茶末、白砂糖熏制的鸡腿进行测定。结果表明，从熏鸡腿中共鉴定出92 种挥发性物质。根据ROAV结果并借助主成分分析法发现，2-呋喃甲醛和5-甲基-2-呋喃甲醛等糠醛类化合物是糖熏最主要的风味物质；愈创木酚、4-甲基愈创木酚、4-乙基愈创木酚、4-乙烯基愈创木酚等愈创木酚类物质是木熏最主要的风味物质，2-呋喃甲醛、5-甲基-2-呋喃甲醛等糠醛类物质也有较大贡献；2,6-二乙基吡嗪等含氮化合物和愈创木酚类化合物是茶熏主要的风味物质。研究结果为后续深入研究烟熏肉制品风味形成机理、指导风味品质精准调控等提供依据。