基于氣相離子遷移譜技術(shù)分析不同干燥方式下兔肉臘腸揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的變化

于美娟，蔣水艷,2，婁愛華，楊慧

1(湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，湖南省農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，長沙 410125)2(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，長沙 410128)

臘腸是以畜禽肉為原料，添加香辛料、酒類等輔料進行腌制，充填入天然腸衣經(jīng)發(fā)酵后干燥處理，產(chǎn)生濃郁香味的特色傳統(tǒng)半干性生肉制品。過去制作出的臘腸多以豬肉為主，雖豬肉臘腸口感細膩但脂肪含量較高。而兔肉富含蛋白質(zhì)、脂肪含量低、膽固醇低，是一種典型 “三高三低”的健康肉品[1]，易被消化吸收，符合人們的健康飲食要求。

目前對兔肉臘腸加工的研究主要集中于口味[2]、功能性[3]和發(fā)酵性[4]等方面。對其干燥工藝研究較少，干制是臘腸制作中的重要工藝，其不僅僅是簡單的脫水干燥過程，而會影響到產(chǎn)品的風(fēng)味，其中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)是評估幾乎所有食物風(fēng)味的最重要的指標(biāo)之一[5]。以往對肉類揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的分析常采用色譜、質(zhì)譜、核磁共振技術(shù)、電子鼻、電子舌等[6]。近年來，氣相色譜離子遷移譜(gas chromatography ion mobility spectrometry，GC-IMS)逐漸應(yīng)用于食品風(fēng)味研究[7-8]。李海霞等[9]研究了熱泵干燥過程中廣式臘腸品質(zhì)與揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的變化；陳海光等[10]研究了熱風(fēng)干燥處理對廣式臘腸揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)成分的影響。但對于兔肉臘腸不同干燥處理的干燥特性和揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)變化情況、水分活度、質(zhì)構(gòu)特性及揮發(fā)性風(fēng)味間的相互作用研究報道較少。

為更好地了解兔肉臘腸干制過程中風(fēng)味的變化情況，本文以九疑山兔肉為原料，添加杜仲茶、茅巖莓茶等水提物制備臘腸，分組經(jīng)自然干燥、熱風(fēng)干燥和熱泵干燥處理，在不同干燥時間(0、6、12、24 h)內(nèi)取樣。采用氣相-離子遷移譜分析揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，并分析干燥過程中的水分活度值，臘腸硬度、彈性、咀嚼特性，并運用統(tǒng)計學(xué)揭示風(fēng)味與水分、質(zhì)構(gòu)之間的潛在相關(guān)性，一方面可去除傳統(tǒng)兔肉產(chǎn)品中肉腥味的問題，另一方面可提高兔肉的應(yīng)用率，拓寬兔肉消費市場，為新型兔肉臘腸制品的生產(chǎn)提供參考和依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

原料：新鮮兔肉由寧遠九疑山兔食品有限公司提供；調(diào)味料購于大型超市。

1.2 儀器與設(shè)備

101-1AB電熱鼓風(fēng)干燥箱，天津市泰斯特；2HP除濕熱泵干燥系統(tǒng)，中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所；HD-5型水分活度儀，無錫市華科儀器儀表有限公司；CT3質(zhì)構(gòu)儀，美國Brookeld公司；FlavourSpec?風(fēng)味分析儀，中國海能儀器股份有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 兔肉臘腸的制作過程

取2.5～3 kg鮮凍九疑山兔10只，低溫解凍去骨，按兔肉∶雞胸肉∶豬脂肪=6∶2∶2(質(zhì)量比)，分別放入絞肉機中，將肉絞碎成肉丁，以肉重計，分別加入食鹽2%、白糖0.5%、聚葡萄糖0.4%、紅曲米粉0.01%、味精0.09%、料酒2%、香辛料0.3%、茅巖茶、杜仲茶和綠茶水提物各0.2%(均為質(zhì)量分數(shù))，充分攪拌，放置低溫(5 ℃)腌制48 h。灌腸后室溫下放置發(fā)酵24 h，然后分成3組，分別進行自然干燥(22～25 ℃)，熱風(fēng)干燥(40 ℃)，熱泵閉式循環(huán)干燥(40 ℃)，在干燥 0、6、12、24 h 取樣編號，自然干燥：CK、FG6、FG12、FG24；熱風(fēng)干燥：CK、RF6、RF12、RF24；熱泵閉式循環(huán)干燥：CK、RB6、RB12、RB24。

1.3.2 水分活度測定

采用水分活度儀擴散法測定，首先用NaCl飽和溶液校準(zhǔn)，校準(zhǔn)完成后，將樣品倒入玻璃皿中，放入的樣品不超過玻璃皿1/3～1/2的高度，把玻璃皿放入測試盒中，測量10 min后讀數(shù)，每個樣品重復(fù)3次。

1.3.3 TPA 質(zhì)構(gòu)分析

采用質(zhì)構(gòu)儀進行兔肉臘腸的TPA質(zhì)構(gòu)分析。測定參數(shù)：探頭：TA44；模式：TPA；測試前速度1 mm/s；測試速度1 mm/s；測試后速度2 mm/s；距離2 mm。

1.3.4 GC-IMS測定揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)

使用風(fēng)味分析儀測定，無需復(fù)雜的前處理，直接加熱臘腸樣品，頂空進樣后可快速檢測臘腸中的揮發(fā)性有機組分，儀器配備的強大功能軟件可給出樣品的氣相離子遷移譜圖、揮發(fā)性有機物的Gallery Plot圖、主成分分析(principal component analysis，PCA)等，可以快速分析出不同組別樣品之間的差異。

頂空進樣條件：稱取 2 g樣品放入頂空瓶中，60 ℃孵育15 min，孵化轉(zhuǎn)速500 r/min，進樣針溫度65 ℃，進樣量500 μL。

色譜條件：FS-SE-54-CB-1石英毛細管柱(15 m×0.53 mm×0.5 μm)；色譜柱溫度60 ℃；載氣為N2(純度≥99.999%)；載氣流速程序：初始流速2.0 mL/min，保持2 min，然后18 min內(nèi)線性升至100.0 mL/min。

IMS條件：漂移管長度98 mm；管內(nèi)線性電壓500 V/cm；漂移管溫度45 ℃；漂移氣為 N2(純度≥99.999%)；漂移氣流速150 mL/min；放射源：β射線(氚，3H)；離子化模式：正離子。

1.4 數(shù)據(jù)處理

GC-IMS 數(shù)據(jù)利用設(shè)備自帶Laboratory Analytical Viewer(LAV)分析軟件和3款插件(Reporter插件、Gallery Plot插件、Dynamic PCA插件)以及GC×IMS Library Search定性分析軟件分別從不同角度對兔肉臘腸的揮發(fā)性有機物進行采集和分析。利用Excel 2010、SPSS 20、Origin 9.1等統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同干燥方式下兔肉臘腸水分活度值變化

肉制品中水分活度的大小會影響其質(zhì)構(gòu)特性和揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的種類和含量變化[11-12]，隨著干燥時間的延長，兔肉臘腸的水分含量、色澤、風(fēng)味等隨之變化。通過干燥處理降低兔肉臘腸中的水分活度可以控制產(chǎn)品中微生物的生長和繁殖，同時也可保持各營養(yǎng)成分的穩(wěn)定性。由表1可知，隨著時間的延長，3種干燥方式處理的兔肉臘腸水分活度值都明顯下降，其中熱泵干燥速度明顯優(yōu)于熱風(fēng)干燥和自然干燥，如在干燥6 h時，水分活度值就下降了0.1左右；24 h時，水分活度值降至0.7左右，能有效抑制大部分細菌、霉菌和嗜鹽酸菌的生長。3種干燥方式在同一干燥時間比較，其水分活度值呈顯著性差異(P<0.05)。干燥24 h后，兔肉臘腸的水分活度值為0.703～0.835，與余靜等[13]分析四川地區(qū)香腸的水分活度值為0.675～0.855的結(jié)果接近，屬于中水分活度范圍肉制品。

表1 不同干燥兔肉臘腸的水分活度值(n=6)Table 1 The water activity of rabbit sausage with different drying(n=6)

2.2 不同干燥方式下兔肉臘腸的質(zhì)構(gòu)特性變化

在兔肉臘腸干燥過程中，臘腸的硬度、彈性和咀嚼性是影響臘腸感官品質(zhì)的重要理化指標(biāo)。在兔肉臘腸干燥過程中，發(fā)生了一系列物理化學(xué)和微生物反應(yīng)，使得臘腸的硬度、彈性和咀嚼性發(fā)生改變。如圖1所示，隨著干燥時間的延長，兔肉臘腸的硬度、彈性和咀嚼性變化呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)(P<0.05)，這與PAWLAK等[14]的研究結(jié)果一致。由于臘腸的質(zhì)構(gòu)特性決定了兔肉臘腸的可接受性和商業(yè)價值，質(zhì)構(gòu)指標(biāo)的升高和水分活度的降低表明臘腸加工過程中可以通過控制水分活度來控制兔肉臘腸的最佳質(zhì)構(gòu)特性。

a-硬度；b-彈性；c-咀嚼性圖1 不同干燥兔肉臘腸質(zhì)構(gòu)特性Fig.1 Texture characteristics of rabbit sausages with different drying

3種干燥方式的質(zhì)構(gòu)特性差異明顯，從干燥速率上來看，熱泵干燥效率最高，而熱風(fēng)干燥和熱泵干燥的干燥速率明顯優(yōu)于自然干燥(P<0.05)；從干燥24 h后的成品看，熱泵干燥和熱風(fēng)干燥的效果接近。硬度、彈性和咀嚼性都遠高于自然干燥，與表1的結(jié)果相符。劉成國等[15]研究發(fā)現(xiàn)，升溫模式能顯著提升臘腸的硬度、彈性和咀嚼性。干燥前期，臘腸因為溫度升高而水分大量喪失，臘腸的彈性、硬度和咀嚼性都顯著提升；干燥后臘腸的彈性開始下降，硬度增加。因此，從兔肉臘腸質(zhì)構(gòu)結(jié)果和干燥速率方面考慮，熱泵干燥>熱風(fēng)干燥>自然干燥。

2.3 不同干燥方式兔肉臘腸揮發(fā)性化合物的變化

圖2為兔肉臘腸干燥過程中不同干燥方式在干燥 0、6、12、24 h取樣編號后的樣品GC-IMS二維譜圖。圖中左側(cè)紅色線條表示離子峰(reaction ion peak，RIP)，每個點代表臘腸中的一種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，顏色越深表示含量越高[16]。

從圖2可以看出，兔肉臘腸在不同干燥方式下，揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)隨時間變化，各物質(zhì)的組成成分相似但含量差異明顯。自然干燥、熱風(fēng)干燥和熱泵干燥在不同時間段的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)GC-IMS譜圖變化較大的是在保留時間200～300 s(圖中黃色橢圓區(qū)域)，隨著加工時間的延長，風(fēng)味物質(zhì)特征峰的數(shù)量和特征峰信號強度均有所增加。在兔肉臘腸的加工過程中，干燥方式和時間會改變兔肉臘腸的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)。而不同干燥方式中溫度和時間是影響兔肉臘腸品質(zhì)特性和揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的關(guān)鍵因素，也會引起兔肉臘腸揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的組成成分和含量變化。

圖2 兔肉臘腸不同干燥方式GC-MS二維譜圖分析Fig.2 The characteristic peak location point of volatile compounds in rabbit sausage samples

2.3.1 兔肉臘腸不同干燥方式GC-MS揮發(fā)性成分定性分析

采用HS-GC-IMS對兔肉臘腸的揮發(fā)性化合物進行了表征。揮發(fā)物在柱子中被電離，并根據(jù)氣相色譜保留時間和離子遷移時間對揮發(fā)性組分進行定性分析(圖2)。每一個點標(biāo)記出的數(shù)字代表已定性的一種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)。通過GC-IMS應(yīng)用軟件內(nèi)置的NIST數(shù)據(jù)庫和IMS數(shù)據(jù)庫可對物質(zhì)進行定性分析，具體定性物質(zhì)見表2。

表2 兔肉臘腸揮發(fā)性組分的定性分析Table 2 Rabbit sausage Volatiles identified by GC-IMS

通過GC-IMS檢測到兔肉臘腸中有44個峰，經(jīng)數(shù)據(jù)庫比對，鑒定出33個揮發(fā)性成分，包括8個醛、8個醇、3 個酮、7個酯、1個酚、4個萜烯類、1個醚和1個酸。由于在氣相離子遷移譜分析過程中，許多揮發(fā)性物質(zhì)因其濃度不同會產(chǎn)生不同的產(chǎn)物離子，同一物質(zhì)有單體和二聚體的存在，E-2-庚烯醛、庚醛、乙醇、已酸乙酯、3-甲基丁酸乙酯和桉樹酚顯示出2個峰[17]。其中己醛、壬醛、E-2-庚烯醛、庚醛、苯甲醛、1-辛烯-3 醇等揮發(fā)性物質(zhì)被前人[18-20]確定為兔肉本身的主體風(fēng)味物質(zhì)，己醛為兔肉腥味的主要來源。其他揮發(fā)物在香腸及發(fā)酵肉制品中被頻繁報道[21]。

2.3.2 不同干燥時間兔肉臘腸揮發(fā)性有機物質(zhì)的指紋圖譜

為分析不同干燥時間的兔肉臘腸風(fēng)味物質(zhì)的變化情況，采用 LAV 軟件的Gallery Plot功能，選取離子遷移圖中所有的分析區(qū)域生成指紋圖譜，圖譜每一列代表同一保留、遷移時間下?lián)]發(fā)性化合物的信號峰；每一行代表不同干燥方式下的樣品，每個樣品3個平行，每個點代表1個揮發(fā)性化合物，點顏色越深表示其含量越高。從圖3中可以看出每種干燥方式不同干燥程度揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的完整信息以及各種干燥方式之間揮發(fā)性有機物的差異。

從揮發(fā)性有機物的離子峰排列可明顯看出，不同干燥方式含有共有揮發(fā)性有機物，區(qū)別僅在于豐度值的不同。從圖譜中發(fā)現(xiàn)，3種干燥方式的揮發(fā)性有機物含量差異明顯，其中熱泵干燥處理24 h的樣品揮發(fā)性有機物濃度較高。圖中A區(qū)域的風(fēng)味物質(zhì)在自然干燥處理中的濃度遠遠大于熱風(fēng)干燥和熱泵干燥處理的樣品，可作為兔肉臘腸自然干燥處理的特征物質(zhì)，主要為3-甲基丁酸乙酯、丙酸乙酯、2-甲基丁酸乙酯和壬醛；B區(qū)域中兔肉臘腸的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)甲琉基丙醛、苯甲醛和苯乙醛隨著干燥處理時間的延長揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)濃度升高，這與干燥過程中水分活度減小有關(guān)；圖C、D區(qū)域揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)濃度都呈現(xiàn)熱泵干燥>熱風(fēng)干燥>自然干燥，表明熱泵干燥處理可以較好地保留揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，熱泵干燥有利于兔肉臘腸中脂質(zhì)的降解和氧化，從而生成風(fēng)味物質(zhì)，這與李海霞等[9]研究結(jié)果一致。

圖3 干燥時間兔肉臘腸揮發(fā)性有機物的指紋圖譜Fig.3 Gallery polt of VOCs in rabbit sausage with drying duration注：A、B、C、D表示差異區(qū)域

2.3.3 兔肉臘腸中揮發(fā)性化合物的PCA

由圖4可知，第一主成分(PC1)的貢獻率為53%，第二主成分(PC2)的貢獻率為18%，2 種主成分累積貢獻率達到71%，可以較好地反應(yīng)不同干燥方式加工兔肉臘腸在不同時間段揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)成分差異的影響因素。從樣本的聚集、離散程度看，CK和FG樣本距離很近，表明自然風(fēng)干的加工方式兔肉臘腸的風(fēng)味物質(zhì)成分變化最小。熱泵干燥是一種干燥介質(zhì)為濕空氣的閉式循壞干燥，整個過程不向外界排放廢氣；熱風(fēng)干燥是通過鼓入熱風(fēng)，進而使空氣流動速度加快從而使水分蒸發(fā)[22]；RB24和RF24樣本距離接近，表明熱風(fēng)干燥和熱泵干燥的兔肉臘腸的加工方式使得兔肉臘腸的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)變化較大，可能是由于這2種干燥方式都會因為溫度較高發(fā)生美拉德反應(yīng)和脂肪氧化，所以氣味較接近。熱風(fēng)干燥和熱泵干燥對兔肉臘腸風(fēng)味物質(zhì)的形成有重要作用，這與前面二維譜圖的分析結(jié)果基本一致。

圖4 不同干燥方式兔肉臘腸的PCAFig.4 PCA analysis of different dried rabbit sausage

2.4 揮發(fā)性有機化合物與水分活度、質(zhì)構(gòu)的相關(guān)性分析

消費者對肉的水分活度、質(zhì)構(gòu)特性和風(fēng)味等質(zhì)量要素的接受程度是決定肉質(zhì)量的主要因素[23]。肉制品的風(fēng)味是存在于肉制品中的脂肪、蛋白質(zhì)和鹽的相互作用產(chǎn)生的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)[24]。圖5為水分活度、質(zhì)構(gòu)與揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的PCA載荷圖。

圖5 水分活度、質(zhì)構(gòu)與揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的PCA載荷圖Fig.5 PCA doping map of water activity, texture and volatile flavor compounds注：圖中字母(F1-F37)分別與表2(特征峰編號)對應(yīng)；紅點(CK、RB、RF、FG)表示不同干燥時間

第一、第二主成分的方差貢獻率分別是61.7%和22.95%。揮發(fā)性有機化合物中除酚類、萜烯類和醚類(如F6、F10、F2等)以外的揮發(fā)性有機化合物與水分活度呈顯著負相關(guān)性，其原因是水分減少導(dǎo)致?lián)]發(fā)性有機化合物濃度和活性增加，這與YAMANAKA[25]的研究結(jié)果相一致；揮發(fā)性化合物與質(zhì)構(gòu)的相關(guān)性與有機化合物的化學(xué)性質(zhì)有關(guān)，其中質(zhì)構(gòu)與酮類、萜烯類無顯著相關(guān)性，質(zhì)構(gòu)與醛類、酯類、醇類、酸類呈正相關(guān)性，質(zhì)構(gòu)與酚類、醚類呈現(xiàn)負相關(guān)性；質(zhì)構(gòu)與水分活度位于X軸的正負兩極，總體呈現(xiàn)負相關(guān)性，原因可能是由于在一定范圍內(nèi)，水分活度的減小導(dǎo)致細胞皺縮，整體的硬度、彈性、咀嚼性均增加。

3 結(jié)論

采用不同干燥方式加工的兔肉臘腸之間水分活度的變化情況存在顯著性差異，熱泵干燥的速度最快，干燥效果最好，最終產(chǎn)品水分活度為(0.703±0.002)。其次，隨著干燥時間的延長，兔肉臘腸的硬度、彈性和咀嚼性變化呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)，從兔肉臘腸質(zhì)構(gòu)結(jié)果和干燥速率方面考慮，熱泵干燥>熱風(fēng)干燥>自然干燥。采用GC-IMS對不同干燥方式的兔肉臘腸揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進行分析，4組產(chǎn)品兔肉臘腸中有44個峰，經(jīng)數(shù)據(jù)庫比對，鑒定出33個揮發(fā)性成分，包括8個醛、8個醇、3個酮、7個酯、1個酚、4個萜烯類、1個醚和1個酸；指紋圖譜表明熱泵干燥處理可較好地保留揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，有利于兔肉臘腸中脂質(zhì)的降解和氧化；2種主成分貢獻率達71%，樣本特征差異明顯。

研究結(jié)果表明水分活度與硬度、彈性和咀嚼性總體呈現(xiàn)負相關(guān)，原因是肉的水分活度直接影響肉質(zhì)的持水性、嫩度和多汁性從而影響肉的整體質(zhì)構(gòu)特性；揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)與水分活度呈現(xiàn)負相關(guān)，其原因是水分減少后揮發(fā)性有機化合物濃度和活性增加所致。