基于电子鼻和气相色谱-质谱联用技术分析不同贮藏时间羊肉火腿香气成分

王勇勤，郭 新，黄笠原，王 远，王 斌，张 杰，张燕丽，王庆玲,

（1.石河子大学食品学院，新疆 石河子 832003；2.新疆绿翔牧业有限责任公司，新疆 额敏 834600）

干腌羊肉火腿是以新鲜羊后腿为原料，经过腌制、洗晒、整形和发酵制成的特色肉制品，以其丰富的营养、浓郁的香气深受消费者喜爱[1]。风味是消费者判断食品质量和可接受性的重要感官属性之一[2]，干腌火腿的香气主要由加工成熟阶段蛋白水解和脂肪氧化产生的醛、醇、酮、羧酸、碳氢化合物等挥发性化合物组成[3]。

电子鼻技术和气相色谱-质谱（gas chromatographymass spectrometry，GC-MS）联用是目前食品风味分析的重要研究手段[4]。电子鼻通过对产品风味轮廓信息进行综合分析，已经用于水果和蔬菜新鲜分级及产品溯源地追踪[5-6]，及饮料、化妆品、医药等[7]。GC-MS技术则能够实现待测样品具体风味化合物的定性和定量，GC-MS与电子鼻技术的结合能够全面分析和评价食品的风味特性[8]。

前期研究发现羊肉火腿成品具有浓郁的香气，但在贮藏过程中风味逐渐发生变化，为探明火腿成品不同贮藏时间的风味差异，本研究以室温条件下不同贮藏时间的真空包装羊肉火腿为研究对象，利用电子鼻及GC-MS技术对风味化合物进行检测，以期为新疆干腌羊肉火腿工业化生产及产品贮运提供参考。

1 材料与方法

以5 ℃/min升至90 ℃；再以10 ℃/min升至180 ℃；接着以10 ℃/min升至230 ℃，保留7 min。载气为He，流量0.8 mL/min；汽化室温度230 ℃。

MS条件：电子电离源；电子能量70 eV；接口温度250 ℃；离子源温度200 ℃；灯丝发射电流200 μA；检测器电压1 kV。

1.3.5 挥发性物质定性及定量

定性方法：通过比较质谱与NIST 15质谱数据库及保留指数（retention index，RI）鉴定化合物，保留正、反匹配度均大于800（最大值1 000）的鉴定结果[11]。根据挥发物的保留时间计算RI，按下式计算：

式中：tR（x）、tR（n）、tR（n+1）分别为待测挥发物、含n 个及（n+1）个碳原子的正构烷烃的保留时间/min。

定量方法：采用峰面积归一化法求得各挥发性化合物相对含量。

1.4 数据处理

1.1 材料

新鲜巴什拜羊后腿购自新疆石河子市友好超市。

1.2 仪器与设备

Fox 4000电子鼻 法国Alpha MOS公司；7890A-7000B GC-MS联用仪 日本岛津公司；JJ-2BS型组织捣碎机 常州峥嵘仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 样品制备

羊肉火腿加工参考马艳梅等[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）后真空包装，于（22±1） ℃、相对湿度40%条件下贮藏，分别于0、30、60、90、120、150 d和180 d取样，剔除样品表面脂肪和肉眼可见肌膜，组织捣碎机搅碎，备用。

1.3.2 电子鼻测定

准确称取（3.00±0.01）g样品于20 mL样品瓶中密封，并于50 ℃加热5 min。以洁净的干燥空气作为载气，恒定流速100 mL/min，注射针总体积2 000 µL，1.5 s进样完成，注射温度60 ℃，数据采集2 min，延滞时间15 min[10]。

1.3.3 顶空固相微萃取

准确称取（5.00±0.01） g样品置于20 mL顶空瓶中，将老化后的50/30 µm二乙基苯/碳分子筛/聚二甲基硅氧烷萃取头插入样品瓶顶空部分，于60 ℃吸附30 min，吸附后的萃取头取出后插入GC进样口，于250 ℃解吸3 min，同时启动仪器采集数据[11]。

1.3.4 GC-MS检测条件

GC条件：DB-WAX毛细管柱（30 m×0.25 mm，0.25 µm）；恒定流量模式；升温程序：起始柱温40 ℃，

采用The Unscrambler v9.7进行主成分分析（principal component analysis，PCA）和判别因子分析（discriminant factor analysis，DFA）；SPSS 17.0软件进行显著性分析，显著水平P＜0.05；每组样品测定3 组重复，结果以 ±s表示。

2 结果与分析

2.1 电子鼻结果分析

2.1.1 不同贮藏时间干腌羊肉火腿风味雷达指纹图谱分析

图1 不同贮藏时间羊肉火腿挥发性成分雷达图谱Fig.1 Radar chart of volatile components of mutton ham with different storage times

表1 不同贮藏时间羊肉火腿挥发性物质种类及相对含量Table1 Classes and relative contents of volatile compounds in mutton ham with different storage times

采用配备有18 种金属传感器的Fox 4000型电子鼻分析羊肉火腿在不同贮藏时间的挥发性风味特征，其香气不仅取决于风味分子组成，还取决于风味中分子浓度。由图1可以看出，P30/1、TA/2、PA/2、T70/2、P10/2、T30/1传感器对不同贮藏时间羊肉火腿风味响应值较大，其中P30/1、T70/2、T30/1感应器区分度较高；P30/1传感器响应值最大，传感信号强度依次是180、120、150、90、0、30 d和60 d，且180 d的传感信号强度显著高于其他贮藏期间的传感信号强度，在90 d和120 d雷达指纹图谱几乎重叠，表明在样品中存在相似的挥发性成分；LY2/LG、LY2/G、LY2/AA、LY2/GH、LY2/gCTL、LY2/gCT传感器响应值明显小于其他传感器，表明上述传感器对某些风味物质响应不敏感或该类风味物质含量较低，因而传感器响应较小；整体而言，雷达图能有效区分干腌羊肉火腿不同贮藏时间挥发性成分。

2.1.2 不同贮藏时间干腌羊肉火腿风味PCA和DFA结果

图2 不同贮藏时间羊肉火腿电子鼻PCA（a）和DFA（b）Fig.2 PCA plot (a) and DFA plot (b) of mutton ham with different storage times

PCA使用正交变换将一组可观相关变量的观测值转换为一组主成分的线性不相关变量值[12]。DFA是将传感器数据重新组合优化区分性的分类技术，主要目的是使各个组间的重心距离最大，同时保证组内差异最小，不同类数据之间差异最大化[13]。如图2a所示，PC1和PC2贡献率分别为81.12%和8.07%，总贡献率为89.19%，表明PC1、PC2提取了干腌羊肉火腿贮藏期挥发性化合物的主要特征[14]，可用于分析羊肉火腿在不同贮藏期挥发性香气成分的变化规律。由图2a可知，羊肉火腿不同贮藏时间在PC1上有明显的位置迁移，说明不同贮藏时间下火腿风味呈现显著变化，同时可以看出90 d和120 d图谱存在交叉重叠，表明贮藏90 d和120 d火腿风味差异不显著，存在相似成分，但贮藏150 d后风味呈现显著变化，此结果与雷达图谱分析结果一致。由图2b可以看出，不同贮藏时间干腌羊肉火腿分散程度大，组内差异小，PC1和PC2贡献率为98.02%和1.07%，总贡献率为99.09%，DFA能对所有样品进行良好地区分且区分效果显著高于PCA。

2.2 风味化合物的GC-MS测定结果

由表1、2可以看出，羊肉火腿中各类挥发性风味物质在不同贮藏时间存在显著变化。通过GC-MS联用技术共检测和鉴定出干腌羊肉火腿烃类、醛类、酮类、醇类、酸类、酯类和其他风味物质7类，共计94 种。各贮藏时间分别鉴定出挥发性风味物质56、55、59、64、69、61 种和68 种。其中烃类、醛类种类和相对含量最多，其中，贮藏0 d时烃类、醛类相对含量分别为34.469%和43.688%；贮藏结束时分别为39.674%、36.788%。表明干腌羊肉火腿在不同贮藏时间风味存在显著差异，此结果与电子鼻分析结果一致。

2.3 挥发性风味物质分析

2.3.1 烃类化合物

烷烃类化合物主要由脂质分解产生，一般具有较高的阈值，大多香气较弱或者无味，一般不作为羊肉火腿的主要香味物质，有研究表明烃类化合物是杂环化合物的重要中间体，因此对火腿风味具有基底作用[15]。但烯

烃类化合物可作为酮、醛的前体物质，对风味具有潜在作用，并且烯烃具有较低的阈值[16]；在干腌羊肉火腿中共鉴定出5 种烯烃，分别为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-烯烃，其中2,4-二甲基-1-庚烯在整个贮藏过程中始终存在，且贮藏过程中相对含量逐渐增加，表明该物质为烃类主要风味物质，此结果与Martínez-Onandi等[17]对伊比利亚火腿挥发性成分鉴定结果一致。

表2 不同贮藏时间的羊肉火腿挥发性香气成分及相对含量Table2 Volatile aroma components and their relative contents in mutton ham with different storage times

续表2

2.3.2 酸酯类化合物

糖酵解、蛋白质水解、脂肪氧化以及内源酶作用是火腿产生挥发性化合物主要途径[18]，酯类化合物是酯化反应的重要产物，也是发酵过程中重要的产物之一，它们赋予干腌火腿果味和甜味[19]，在贮藏期共检测出3 种酯类化合物，1 种长链酯（苯乙酸-2-十四酯），1 种内酯（γ-庚内酯）和1 种短链酯（亚硫酸十二烷基戊酯），它们在贮藏过程中相对含量较低，贮藏结束时相对含量分别为0.895%、0.12%、0.233%，其中内酯是通过羟基酸的分子内酯化形成[20]。酸类物质可能来自于火腿中甘油和磷脂的降解，是火腿重要的风味物质，乙酸作为一种糖类微生物代谢的衍生物，而癸酸与蛋白质水解有关[21]。在贮藏过程中共检测出酸类9 种，其中丁酸、戊酸和十六酸相对含量显著增加；乙酸和十五酸相对含量显著降低；3-甲基丁酸和辛酸具有奶味和油脂味且贮藏180 d后消失；己酸和癸酸无显著变化，此结果与伊比利亚火腿风味变化规律[22]一致；这也体现了干腌羊肉火腿风味贮藏过程中变化规律。

2.3.3 醛酮类化合物

干腌羊肉火腿贮藏过程中醛酮类化合物相对含量较高，并且此类物质阈值较低，气味浓郁，对风味贡献较大[23]。贮藏过程中共检测出醛类15 种，酮类10 种。醛类主要表现为水果味[24]，在贮藏过程中显著降低，贮藏0 d时，醛类物质总相对含量为43.688%，但在180 d总相对含量为36.788%，降低6.900%；酮类风味物质则相对含量有所上升，贮藏0 d时，酮类物质总相对含量为3.170%，120 d时相对含量为9.873%。醛酮类挥发性风味化合物主要由脂质氧化降解、氧化脂质和氨基酸或蛋白质之间的相互作用以及长链化合物降解生成[25]；醛多数为脂质氧化和降解产生的脂肪族化合物，如具有油脂味和辛辣味的辛醛、苯乙醛等线性醛主要通过不饱和脂肪酸的自动氧化和氧化脱氨-脱羧作用产生，可能通过Strecker降解[26]；苯甲醛由α-亚麻酸的降解形成，而苯乙醛由苯丙氨酸经美拉德反应形成，5-甲基己醛是由支链氨基酸转化生成[27]；酮类化合物性质稳定，香气持久，一般具有花香气味[28]，羊肉火腿贮藏中酮类整体含量变化幅度较小，所以酮类化合物对火腿贮藏风味具有重要作用。其中2-辛酮、2-壬酮、四氢-6-丙基-2H-吡喃-2-酮贯穿于整个贮藏期且变化幅度小，表明其香气持久稳定。

2.3.4 醇类化合物

醇类风味物质与脂肪降解、氨基酸代谢、甲基酮还原和微生物繁殖密切相关[29]，但醇类物质阈值相较于醛酮化合物较高，因此其对干腌羊肉火腿风味贡献较小。醇类风味物质在贮藏过程中相对含量显著降低（表1），2-丁基-1-辛醇和1-辛烯-3-醇为主要醇类风味物质，在贮藏0 d时相对含量分别为5.426%和2.391%，贮藏180 d相对含量分别为0.921%和1.199%；2-丁基-1-辛醇属于支链醇，主要由氨基酸Strecker降解反应生成；由花生四烯酸氧化产生的1-辛烯-3-醇具有蘑菇味，对猪肉香味有重要贡献[30]。

2.3.5 其他化合物

其他类风味物质主要有吡嗪类化合物、醚类化合物、呋喃类化合物、酚等共计10 种。吡嗪类风味化合物广泛存在于发酵火腿中，主要由α-氨基酮经美拉德反应生成吡嗪化合物，也可能与微生物有关，通常赋予肉品坚果、烘烤的香味[31]。呋喃可以由糖焦糖化和碳水化合物降解产生；2-戊基-呋喃通常在加热过程中由脂质氧化和降解形成，常见于熟肉及肉制品中，赋予产品烘烤味[32]。

2.4 偏最小二乘法相关性分析结果

图3 偏最小二乘不同贮藏时间的羊肉火腿相关性载荷图Fig.3 PLSR correlation loadings plot for mutton ham with different storage times

通过偏最小二乘法对GC-MS和电子鼻数据进行建模，以94 种挥发性成分为X自变量、电子鼻响应值为Y因变量，如图3所示。14 个Y变量和33个X变量位于r2为50%和100%椭圆之间，表明其可以被偏最小二乘模型较好地解释[33]。LY2/LG、LY2/AA、LY2/gCTL、LY2/gCT、LY2/GH等传感器与多数烃类物质相关性较高，此类传感器能对烃类较好地识别，但烃类阈值较高，在传感器响应值较小，此结果与雷达图结果一致。同时，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 种物质为羊肉火腿贮藏过程中主要香气成分；在贮藏90～150 d时特征香气相对含量及种类较高，此时羊肉火腿食用风味最佳。

3 结 论

采用电子鼻与顶空固相微萃取GC-MS相结合的方法能有效鉴定不同贮藏期干腌羊肉火腿挥发性风味物质。电子鼻分析结果表明不同贮藏时间羊肉火腿香气轮廓存在显著差异，除90 d和120 d存在交叉重叠外，整体区分效果较好；GC-MS共鉴定出挥发性风味物质94 种，共7 类，烃类38 种、醛类15 种、酮类10 种、醇类9 种、酸类9 种、酯类3 种、其他10 种，醛类物质在贮藏期相对含量最高，酯类风味物质相对含量最少；偏最小二乘结果表明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贮藏过程中主要香气成分，贮藏90～150 d时食用最佳。