基于電子鼻和氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)分析不同貯藏時間羊肉火腿香氣成分

王勇勤，郭 新，黃笠原，王 遠(yuǎn)，王 斌，張 杰，張燕麗，王慶玲,

（1.石河子大學(xué)食品學(xué)院，新疆 石河子 832003；2.新疆綠翔牧業(yè)有限責(zé)任公司，新疆 額敏 834600）

干腌羊肉火腿是以新鮮羊后腿為原料，經(jīng)過腌制、洗曬、整形和發(fā)酵制成的特色肉制品，以其豐富的營養(yǎng)、濃郁的香氣深受消費者喜愛[1]。風(fēng)味是消費者判斷食品質(zhì)量和可接受性的重要感官屬性之一[2]，干腌火腿的香氣主要由加工成熟階段蛋白水解和脂肪氧化產(chǎn)生的醛、醇、酮、羧酸、碳?xì)浠衔锏葥]發(fā)性化合物組成[3]。

電子鼻技術(shù)和氣相色譜-質(zhì)譜（gas chromatographymass spectrometry，GC-MS）聯(lián)用是目前食品風(fēng)味分析的重要研究手段[4]。電子鼻通過對產(chǎn)品風(fēng)味輪廓信息進行綜合分析，已經(jīng)用于水果和蔬菜新鮮分級及產(chǎn)品溯源地追蹤[5-6]，及飲料、化妝品、醫(yī)藥等[7]。GC-MS技術(shù)則能夠?qū)崿F(xiàn)待測樣品具體風(fēng)味化合物的定性和定量，GC-MS與電子鼻技術(shù)的結(jié)合能夠全面分析和評價食品的風(fēng)味特性[8]。

前期研究發(fā)現(xiàn)羊肉火腿成品具有濃郁的香氣，但在貯藏過程中風(fēng)味逐漸發(fā)生變化，為探明火腿成品不同貯藏時間的風(fēng)味差異，本研究以室溫條件下不同貯藏時間的真空包裝羊肉火腿為研究對象，利用電子鼻及GC-MS技術(shù)對風(fēng)味化合物進行檢測，以期為新疆干腌羊肉火腿工業(yè)化生產(chǎn)及產(chǎn)品貯運提供參考。

1 材料與方法

以5 ℃/min升至90 ℃；再以10 ℃/min升至180 ℃；接著以10 ℃/min升至230 ℃，保留7 min。載氣為He，流量0.8 mL/min；汽化室溫度230 ℃。

MS條件：電子電離源；電子能量70 eV；接口溫度250 ℃；離子源溫度200 ℃；燈絲發(fā)射電流200 μA；檢測器電壓1 kV。

1.3.5 揮發(fā)性物質(zhì)定性及定量

定性方法：通過比較質(zhì)譜與NIST 15質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫及保留指數(shù)（retention index，RI）鑒定化合物，保留正、反匹配度均大于800（最大值1 000）的鑒定結(jié)果[11]。根據(jù)揮發(fā)物的保留時間計算RI，按下式計算：

式中：tR（x）、tR（n）、tR（n+1）分別為待測揮發(fā)物、含n 個及（n+1）個碳原子的正構(gòu)烷烴的保留時間/min。

定量方法：采用峰面積歸一化法求得各揮發(fā)性化合物相對含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

1.1 材料

新鮮巴什拜羊后腿購自新疆石河子市友好超市。

1.2 儀器與設(shè)備

Fox 4000電子鼻 法國Alpha MOS公司；7890A-7000B GC-MS聯(lián)用儀 日本島津公司；JJ-2BS型組織搗碎機 常州崢嶸儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品制備

羊肉火腿加工參考馬艷梅等[9]的方法。取同一批次不同火腿成品3 份，切片（5 cm×3 cm×0.8 cm）后真空包裝，于（22±1） ℃、相對濕度40%條件下貯藏，分別于0、30、60、90、120、150 d和180 d取樣，剔除樣品表面脂肪和肉眼可見肌膜，組織搗碎機攪碎，備用。

1.3.2 電子鼻測定

準(zhǔn)確稱取（3.00±0.01）g樣品于20 mL樣品瓶中密封，并于50 ℃加熱5 min。以潔凈的干燥空氣作為載氣，恒定流速100 mL/min，注射針總體積2 000 μL，1.5 s進樣完成，注射溫度60 ℃，數(shù)據(jù)采集2 min，延滯時間15 min[10]。

1.3.3 頂空固相微萃取

準(zhǔn)確稱?。?.00±0.01） g樣品置于20 mL頂空瓶中，將老化后的50/30 μm二乙基苯/碳分子篩/聚二甲基硅氧烷萃取頭插入樣品瓶頂空部分，于60 ℃吸附30 min，吸附后的萃取頭取出后插入GC進樣口，于250 ℃解吸3 min，同時啟動儀器采集數(shù)據(jù)[11]。

1.3.4 GC-MS檢測條件

GC條件：DB-WAX毛細(xì)管柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；恒定流量模式；升溫程序：起始柱溫40 ℃，

采用The Unscrambler v9.7進行主成分分析（principal component analysis，PCA）和判別因子分析（discriminant factor analysis，DFA）；SPSS 17.0軟件進行顯著性分析，顯著水平P＜0.05；每組樣品測定3 組重復(fù)，結(jié)果以 ±s表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 電子鼻結(jié)果分析

2.1.1 不同貯藏時間干腌羊肉火腿風(fēng)味雷達(dá)指紋圖譜分析

圖1 不同貯藏時間羊肉火腿揮發(fā)性成分雷達(dá)圖譜Fig.1 Radar chart of volatile components of mutton ham with different storage times

表1 不同貯藏時間羊肉火腿揮發(fā)性物質(zhì)種類及相對含量Table1 Classes and relative contents of volatile compounds in mutton ham with different storage times

采用配備有18 種金屬傳感器的Fox 4000型電子鼻分析羊肉火腿在不同貯藏時間的揮發(fā)性風(fēng)味特征，其香氣不僅取決于風(fēng)味分子組成，還取決于風(fēng)味中分子濃度。由圖1可以看出，P30/1、TA/2、PA/2、T70/2、P10/2、T30/1傳感器對不同貯藏時間羊肉火腿風(fēng)味響應(yīng)值較大，其中P30/1、T70/2、T30/1感應(yīng)器區(qū)分度較高；P30/1傳感器響應(yīng)值最大，傳感信號強度依次是180、120、150、90、0、30 d和60 d，且180 d的傳感信號強度顯著高于其他貯藏期間的傳感信號強度，在90 d和120 d雷達(dá)指紋圖譜幾乎重疊，表明在樣品中存在相似的揮發(fā)性成分；LY2/LG、LY2/G、LY2/AA、LY2/GH、LY2/gCTL、LY2/gCT傳感器響應(yīng)值明顯小于其他傳感器，表明上述傳感器對某些風(fēng)味物質(zhì)響應(yīng)不敏感或該類風(fēng)味物質(zhì)含量較低，因而傳感器響應(yīng)較小；整體而言，雷達(dá)圖能有效區(qū)分干腌羊肉火腿不同貯藏時間揮發(fā)性成分。

2.1.2 不同貯藏時間干腌羊肉火腿風(fēng)味PCA和DFA結(jié)果

圖2 不同貯藏時間羊肉火腿電子鼻PCA（a）和DFA（b）Fig.2 PCA plot (a) and DFA plot (b) of mutton ham with different storage times

PCA使用正交變換將一組可觀相關(guān)變量的觀測值轉(zhuǎn)換為一組主成分的線性不相關(guān)變量值[12]。DFA是將傳感器數(shù)據(jù)重新組合優(yōu)化區(qū)分性的分類技術(shù)，主要目的是使各個組間的重心距離最大，同時保證組內(nèi)差異最小，不同類數(shù)據(jù)之間差異最大化[13]。如圖2a所示，PC1和PC2貢獻(xiàn)率分別為81.12%和8.07%，總貢獻(xiàn)率為89.19%，表明PC1、PC2提取了干腌羊肉火腿貯藏期揮發(fā)性化合物的主要特征[14]，可用于分析羊肉火腿在不同貯藏期揮發(fā)性香氣成分的變化規(guī)律。由圖2a可知，羊肉火腿不同貯藏時間在PC1上有明顯的位置遷移，說明不同貯藏時間下火腿風(fēng)味呈現(xiàn)顯著變化，同時可以看出90 d和120 d圖譜存在交叉重疊，表明貯藏90 d和120 d火腿風(fēng)味差異不顯著，存在相似成分，但貯藏150 d后風(fēng)味呈現(xiàn)顯著變化，此結(jié)果與雷達(dá)圖譜分析結(jié)果一致。由圖2b可以看出，不同貯藏時間干腌羊肉火腿分散程度大，組內(nèi)差異小，PC1和PC2貢獻(xiàn)率為98.02%和1.07%，總貢獻(xiàn)率為99.09%，DFA能對所有樣品進行良好地區(qū)分且區(qū)分效果顯著高于PCA。

2.2 風(fēng)味化合物的GC-MS測定結(jié)果

由表1、2可以看出，羊肉火腿中各類揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)在不同貯藏時間存在顯著變化。通過GC-MS聯(lián)用技術(shù)共檢測和鑒定出干腌羊肉火腿烴類、醛類、酮類、醇類、酸類、酯類和其他風(fēng)味物質(zhì)7類，共計94 種。各貯藏時間分別鑒定出揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)56、55、59、64、69、61 種和68 種。其中烴類、醛類種類和相對含量最多，其中，貯藏0 d時烴類、醛類相對含量分別為34.469%和43.688%；貯藏結(jié)束時分別為39.674%、36.788%。表明干腌羊肉火腿在不同貯藏時間風(fēng)味存在顯著差異，此結(jié)果與電子鼻分析結(jié)果一致。

2.3 揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)分析

2.3.1 烴類化合物

烷烴類化合物主要由脂質(zhì)分解產(chǎn)生，一般具有較高的閾值，大多香氣較弱或者無味，一般不作為羊肉火腿的主要香味物質(zhì)，有研究表明烴類化合物是雜環(huán)化合物的重要中間體，因此對火腿風(fēng)味具有基底作用[15]。但烯

烴類化合物可作為酮、醛的前體物質(zhì)，對風(fēng)味具有潛在作用，并且烯烴具有較低的閾值[16]；在干腌羊肉火腿中共鑒定出5 種烯烴，分別為2,4-二甲基-1-庚烯、1-己二烯、反式石竹烯、（2E）-3,7,11,15-四甲基-2-十六碳烯、4-戊基丁烷-4-烯烴，其中2,4-二甲基-1-庚烯在整個貯藏過程中始終存在，且貯藏過程中相對含量逐漸增加，表明該物質(zhì)為烴類主要風(fēng)味物質(zhì)，此結(jié)果與Martínez-Onandi等[17]對伊比利亞火腿揮發(fā)性成分鑒定結(jié)果一致。

表2 不同貯藏時間的羊肉火腿揮發(fā)性香氣成分及相對含量Table2 Volatile aroma components and their relative contents in mutton ham with different storage times

續(xù)表2

2.3.2 酸酯類化合物

糖酵解、蛋白質(zhì)水解、脂肪氧化以及內(nèi)源酶作用是火腿產(chǎn)生揮發(fā)性化合物主要途徑[18]，酯類化合物是酯化反應(yīng)的重要產(chǎn)物，也是發(fā)酵過程中重要的產(chǎn)物之一，它們賦予干腌火腿果味和甜味[19]，在貯藏期共檢測出3 種酯類化合物，1 種長鏈酯（苯乙酸-2-十四酯），1 種內(nèi)酯（γ-庚內(nèi)酯）和1 種短鏈酯（亞硫酸十二烷基戊酯），它們在貯藏過程中相對含量較低，貯藏結(jié)束時相對含量分別為0.895%、0.12%、0.233%，其中內(nèi)酯是通過羥基酸的分子內(nèi)酯化形成[20]。酸類物質(zhì)可能來自于火腿中甘油和磷脂的降解，是火腿重要的風(fēng)味物質(zhì)，乙酸作為一種糖類微生物代謝的衍生物，而癸酸與蛋白質(zhì)水解有關(guān)[21]。在貯藏過程中共檢測出酸類9 種，其中丁酸、戊酸和十六酸相對含量顯著增加；乙酸和十五酸相對含量顯著降低；3-甲基丁酸和辛酸具有奶味和油脂味且貯藏180 d后消失；己酸和癸酸無顯著變化，此結(jié)果與伊比利亞火腿風(fēng)味變化規(guī)律[22]一致；這也體現(xiàn)了干腌羊肉火腿風(fēng)味貯藏過程中變化規(guī)律。

2.3.3 醛酮類化合物

干腌羊肉火腿貯藏過程中醛酮類化合物相對含量較高，并且此類物質(zhì)閾值較低，氣味濃郁，對風(fēng)味貢獻(xiàn)較大[23]。貯藏過程中共檢測出醛類15 種，酮類10 種。醛類主要表現(xiàn)為水果味[24]，在貯藏過程中顯著降低，貯藏0 d時，醛類物質(zhì)總相對含量為43.688%，但在180 d總相對含量為36.788%，降低6.900%；酮類風(fēng)味物質(zhì)則相對含量有所上升，貯藏0 d時，酮類物質(zhì)總相對含量為3.170%，120 d時相對含量為9.873%。醛酮類揮發(fā)性風(fēng)味化合物主要由脂質(zhì)氧化降解、氧化脂質(zhì)和氨基酸或蛋白質(zhì)之間的相互作用以及長鏈化合物降解生成[25]；醛多數(shù)為脂質(zhì)氧化和降解產(chǎn)生的脂肪族化合物，如具有油脂味和辛辣味的辛醛、苯乙醛等線性醛主要通過不飽和脂肪酸的自動氧化和氧化脫氨-脫羧作用產(chǎn)生，可能通過Strecker降解[26]；苯甲醛由α-亞麻酸的降解形成，而苯乙醛由苯丙氨酸經(jīng)美拉德反應(yīng)形成，5-甲基己醛是由支鏈氨基酸轉(zhuǎn)化生成[27]；酮類化合物性質(zhì)穩(wěn)定，香氣持久，一般具有花香氣味[28]，羊肉火腿貯藏中酮類整體含量變化幅度較小，所以酮類化合物對火腿貯藏風(fēng)味具有重要作用。其中2-辛酮、2-壬酮、四氫-6-丙基-2H-吡喃-2-酮貫穿于整個貯藏期且變化幅度小，表明其香氣持久穩(wěn)定。

2.3.4 醇類化合物

醇類風(fēng)味物質(zhì)與脂肪降解、氨基酸代謝、甲基酮還原和微生物繁殖密切相關(guān)[29]，但醇類物質(zhì)閾值相較于醛酮化合物較高，因此其對干腌羊肉火腿風(fēng)味貢獻(xiàn)較小。醇類風(fēng)味物質(zhì)在貯藏過程中相對含量顯著降低（表1），2-丁基-1-辛醇和1-辛烯-3-醇為主要醇類風(fēng)味物質(zhì)，在貯藏0 d時相對含量分別為5.426%和2.391%，貯藏180 d相對含量分別為0.921%和1.199%；2-丁基-1-辛醇屬于支鏈醇，主要由氨基酸Strecker降解反應(yīng)生成；由花生四烯酸氧化產(chǎn)生的1-辛烯-3-醇具有蘑菇味，對豬肉香味有重要貢獻(xiàn)[30]。

2.3.5 其他化合物

其他類風(fēng)味物質(zhì)主要有吡嗪類化合物、醚類化合物、呋喃類化合物、酚等共計10 種。吡嗪類風(fēng)味化合物廣泛存在于發(fā)酵火腿中，主要由α-氨基酮經(jīng)美拉德反應(yīng)生成吡嗪化合物，也可能與微生物有關(guān)，通常賦予肉品堅果、烘烤的香味[31]。呋喃可以由糖焦糖化和碳水化合物降解產(chǎn)生；2-戊基-呋喃通常在加熱過程中由脂質(zhì)氧化和降解形成，常見于熟肉及肉制品中，賦予產(chǎn)品烘烤味[32]。

2.4 偏最小二乘法相關(guān)性分析結(jié)果

圖3 偏最小二乘不同貯藏時間的羊肉火腿相關(guān)性載荷圖Fig.3 PLSR correlation loadings plot for mutton ham with different storage times

通過偏最小二乘法對GC-MS和電子鼻數(shù)據(jù)進行建模，以94 種揮發(fā)性成分為X自變量、電子鼻響應(yīng)值為Y因變量，如圖3所示。14 個Y變量和33個X變量位于r2為50%和100%橢圓之間，表明其可以被偏最小二乘模型較好地解釋[33]。LY2/LG、LY2/AA、LY2/gCTL、LY2/gCT、LY2/GH等傳感器與多數(shù)烴類物質(zhì)相關(guān)性較高，此類傳感器能對烴類較好地識別，但烴類閾值較高，在傳感器響應(yīng)值較小，此結(jié)果與雷達(dá)圖結(jié)果一致。同時，偏最小二乘法表明3-甲硫基丁醛、戊醛、己醛、5-甲基己醛、壬醛、苯甲醛、2-甲基-2-十一烷硫醇、1-戊醇、1-辛烯-3-醇、2-辛酮、丁二酮、2-壬酮、乙酸、2,6-二甲基吡嗪等15 種物質(zhì)為羊肉火腿貯藏過程中主要香氣成分；在貯藏90～150 d時特征香氣相對含量及種類較高，此時羊肉火腿食用風(fēng)味最佳。

3 結(jié) 論

采用電子鼻與頂空固相微萃取GC-MS相結(jié)合的方法能有效鑒定不同貯藏期干腌羊肉火腿揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)。電子鼻分析結(jié)果表明不同貯藏時間羊肉火腿香氣輪廓存在顯著差異，除90 d和120 d存在交叉重疊外，整體區(qū)分效果較好；GC-MS共鑒定出揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)94 種，共7 類，烴類38 種、醛類15 種、酮類10 種、醇類9 種、酸類9 種、酯類3 種、其他10 種，醛類物質(zhì)在貯藏期相對含量最高，酯類風(fēng)味物質(zhì)相對含量最少；偏最小二乘結(jié)果表明3-甲硫基丁醛、戊醛、己醛、5-甲基己醛、壬醛、苯甲醛、2-甲基-2-十一烷硫醇、1-戊醇、1-辛烯-3-醇、2-辛酮、丁二酮、2-壬酮、乙酸、2,6-二甲基吡嗪等是羊肉火腿貯藏過程中主要香氣成分，貯藏90～150 d時食用最佳。