陈君玉，孙 渊，饶 雷，赵 靓,2，王永涛，李全宏，吴晓蒙, ，廖小军

（1.中国农业大学食品科学与营养工程学院，国家果蔬加工工程技术研究中心，农业农村部果蔬加工重点实验室，食品非热加工北京市重点实验室，北京 100083；2.中国农业大学（兴化）健康食品产业研究院，江苏兴化 225700）

红烧肉是以肥瘦相间的肉为主要原料，配以多种辅料和调味料红烧加工而成的一种典型的传统中式肉类菜肴，其风味独特，咸中带甜、肥而不腻、瘦而不柴，深受广大消费者喜爱[1]。随着人们生活水平逐渐提高，社会节奏越来越快，消费者在厨房备餐的时间越来越少，进而对方便快捷的预制菜肴产品的市场需求不断提高。作为中式调理食品和中式快餐中重要的菜肴，将传统红烧肉经加工制成即热食用的肉类方便菜肴调理包，配送至熟食店和便利店等，可弥补红烧肉罐头因高温杀菌对品质破坏较大、保质不保鲜的不足，满足快节奏生活人群对食品营养、安全、美味、方便的追求。

肉类食品富含蛋白质、脂肪、氨基酸、维生素等多种营养成分，是微生物生长繁殖的良好基质。因此，在生产和加工过程中极易受到污染。有效杀灭肉品中的微生物是保障肉品安全的一个重要途径[2]。目前肉制品方便菜肴常用的杀菌方式有热杀菌、辐照杀菌、微波杀菌、超高压杀菌等。其中传统热杀菌虽然在延长保质期方面效果最好，但是对产品质构、颜色、营养等损失较大；辐照杀菌作为一种非常高效的冷杀菌技术，虽然可以有效杀灭或减少肉中的食源性致病微生物和寄生虫，但是也会导致肉风味和色泽的劣变[3]；微波杀菌作为一种新型杀菌方式，具有快速、高效、安全、保鲜等优点，但研究表明不适宜的温度、时间、功率等因素易造成肉质构、感官品质以及风味的改变[4]；而超高压（Ultra-high Pressure, UHP）杀菌作为一种非热杀菌技术，对食物的风味、色素等小分子物质的天然结构及水解[5]几乎无影响，且能够更好地保持食品原有的色香味，此外，UHP 具有很好的杀菌灭酶效果，利于食品的长期储藏[6]。

红烧肉加工过程中脂类物质分解与氧化对风味形成具有重要作用。脂肪酸作为脂肪的主要组成部分，可降解形成游离脂肪酸等风味前体物质，再经过复杂的化学反应产生红烧肉的特征性风味，且肉制品中挥发性香气物质中大部分来自加工过程中脂肪的氧化[7-8]，因此测定红烧肉中脂质的变化是研究红烧肉风味品质的关键。

作为代谢组学的分支之一，脂质组学可以系统、全面地分析研究生物体、组织和细胞中的脂质以及变化机制[9]，其中非靶向脂质组学可以无针对性地对样品脂质的变化情况进行分析，最大程度地反映样品中脂质的变化规律和趋势，从而找出差异标志物[10]。它可以和各种分析方法如核磁共振、近红外光谱、气相色谱-质谱、液相色谱-质谱等结合以评估代谢物水平与外界因素之间的关系[11]，其中，超高效液相色谱串联四级杆飞行时间质谱（Ultra Performance Liquid Chromatography Coupled with Quadrupole-Time of Flight Mass Spectrometry, UPLC/Q-TOF-MS）因具有高灵敏度、高选择性、高精密度、高信息采集速度等不可比拟的优势而得到广泛应用[12]。

近些年来，基于固相微萃取-气相色谱-质谱联用技术（Solid Phase Micro-Extraction-Gas Chromatographic-Mass Spectrometric，SPME-GC-MS）能有效地对挥发性物质进行检测，该方法最大程度地保留了原有化合物性状，避免了萃取而带来的杂质且操作连续[13]，采用SPME-GC-MS 研究挥发性成分的应用已十分广泛。王学敬等[14]利用该法分析出了德州扒鸡中57 种挥发性风味成分；肖虹等[15]也从冷却肉中共测出25 种挥发性成分；孟一等[16]利用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用技术检测出牛肉中37 种特征性挥发成分。

关于红烧肉的研究主要集中在以五花肉为原料的工艺研究，而以肥瘦相间的肉的研究较少，基于此，本研究以猪前肩肉为原料，在前期优化后的红烧肉制作工艺基础上进行巴氏、UHP 杀菌处理，采用UPLCQ-TOF-MS 结合非靶向脂质组学技术对处理后红烧肉的脂质成分进行分析，利用主成分分析（Principal Component Analysis，PCA）、偏最小二乘法判别分析（Partial Least Squares Discriminant Analysis，PLS-DA）和层次聚类分析（Hierarchical Clustering Analysis，HCA），旨在探明不同杀菌方式间红烧肉脂质含量和分布的差异性；采用SPME-GC-MS 检测了不同杀菌方式后红烧肉样品中挥发性物质的种类和含量，以此来研究产品风味物质的变化规律，以期为企业红烧肉产品杀菌方式的选择提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

新鲜猪前尖肉、葱、姜、蒜、花椒、大料、桂皮、干辣椒、香叶 购于北京新发地农贸市场；食盐、鸡精、白砂糖、色拉油、老抽酱油、东古一品鲜、料酒、番茄酱、红曲红 购于当地超市；炸酱、糖色 自制；甲醇、乙腈、异丙醇、甲酸铵 均为色谱纯，赛默飞世尔科技公司。

DHG-9053A 电热鼓风干燥箱 上海精宏实验设备有限公司；TAXT Plus 质构仪 英国Stable Micro System 公司；Color Quest XE 色差仪 美国HunterLab 公司；Agilent 7890B/5977A 气相色谱质谱联用仪 美国安捷伦科技有限公司；Sciex Triple TOF6600 离子型淌度超高分辨飞行时间质谱仪 美国AB Sciex 公司；HPP-30L 超高压设备 北京速原中天。

1.2 实验方法

1.2.1 样品制备将500 g 猪前肩肉自然解冻，去除淋巴、碎骨、伤肉、淤血、毛和其它杂质后，洗净、切成1 cm×1.5 cm×3 cm 的带皮长方体并在100 ℃沸水中焯水8 min；将7 g 葱、6 g 姜、4 g 蒜洗净后切碎放置到纱布中包裹，制得调料包备用；0.7 g 花椒、1 g大料、1 g 干辣椒（即干调味料）洗净后在锅中炒制20 min 后盛出，将炒制后的干调味料、调料包和洗净后的1 g 桂皮、0.3 g香叶放入水中煮制，滤出调料取汤汁备用；将焯水后的猪肉块加入煮好的汤汁中，加入鸡精3 g、色拉油10 g、酱油7 g、料酒10 g、番茄酱5 g、炸酱9 g、红曲红0.15 g、糖色10 g，在90 ℃下焖焅35 min，最后加入食盐6 g、白砂糖6 g，得到红烧肉产品并真空包装后，分别进行巴氏杀菌（80 ℃、10 min）、UHP 杀菌（600 MPa、5 min）得到成品，以未杀菌组作为对照组。

1.2.2 脂质组学测定 样品预处理：参考Sarafian等[17]的方法。称取300 mg 搅碎的红烧肉末于4 mL离心管中，加入2.7 mL 异丙醇，涡旋混合10 s 后超声处理10 min。将混合物在-20 ℃下放置1 h 以上备用。将样品在室温下涡旋混匀后在4 °C 下以10000 r/min 离心10 min。上清液过0.22 μm 聚偏二氟乙烯膜后准备质谱分析。

色谱条件：色谱柱：CSH C18柱（50 mm×2.1 mm，1.7 μm）；柱温：55 ℃；流动相A：含有0.1%甲酸和10 mmol/L 甲酸铵的乙腈/水（60/40，v/v）溶液；流动相B：含有0.1%甲酸和10 mmol/L 甲酸铵的异丙醇/乙腈（90/10，v/v）溶液；流速：300 μL/min。梯度洗脱程序：0～3 min，98% A；3～5 min，90% A；5～6 min，50% A；6～9 min，40% A；9～11 min，30% A；11～15 min，98% A；进样量2 μL。

质谱条件：正离子模式检测；扫描范围m/z 50～2000 Da；去簇电压：80.0 V；离子源温度：550 ℃；雾化气：50 psi；辅助加热气：50 psi；气帘气：25 psi；喷雾电压：5500 V；扫描持续时间：15 min，周期：818，循环时间：1.1003 s；其中，一级质谱和二级质谱碰撞能量分别为10 和30 eV，积累时间分别为0.049982 和0.100030 s/spectra。

每个样品各取2 个重复，作为2 个平行进行各项指标的测定。

1.2.3 挥发性成分测定 红烧肉挥发性成分测定参考王瑞澄等[18]的方法并略做修改。

固相微萃取：取杀菌后红烧肉样品于-20 ℃冷冻，用打浆机搅碎混匀后在液氮下速冻后，研磨成粉末。称取8 g 样品转移至40 mL 的顶空瓶中，并加入1 μL 0.816 mg/mL 的2-甲基-3-庚酮作为内标物。在60 ℃水浴条件下将老化的DVB/CAR/PDMS 50/30 μm 萃取头插入样品瓶中，顶空吸附40 min。吸附后的萃取头取出并插入GC 进样口，于250 ℃解吸5 min，同时进行GC-MS 联机分析。

色谱条件：DB-WAX 毛细管色谱柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；进样口温度250 °C，分流比3:1；载气为He，流速1.2 mL/min；升温程序：柱温40 ℃，保持3 min，以5 °C/min 升至200 ℃，保持1 min，然后以10 °C/min 升至230 ℃，保持3 min。

质谱条件：电子电离源；电子能量70 eV；离子源温度230 ℃；接口温度280 ℃；四极杆温度为150 ℃；质量扫描范围m/z 45～350。

定性方法：挥发性成分的定性分析通过不同成分在DB-WAX 色谱柱上的线性保留指数（Linear Retention Index，LRI）并结合NIST14 谱库检索进行。LRI 可通过配置正构系列烷烃混合标样（C6-C30）得到保留时间并根据下式进行计算[19]。

式中：N 为色谱图中位于目标物质左侧正构烷烃的碳原子数；n 为位于目标物质两侧的正构烷烃的碳分子数之差； tRa、 tRN、 tR分别是色谱图中待测物质、待测物质左侧和右侧正构烷烃的保留时间，min。

定量方法：用1 μL 的0.816 μg/μL 的2-甲基-3-庚酮为内标。对气相色谱-质谱所测得的香气物质浓度进行数据处理，假设其相对内标校正因子为1，根据下式进行计算：

式中：ms为挥发性物质含量，μg/kg；mi为内标物含量，μg；m0为实验所用肉的质量，g；As为挥发性物质峰面积；Ai内标物峰面积。

每个样品各取3 个重复，作为3 个平行进行各项指标的测定。

1.3 数据处理

利用MS-DIAL 中自带质谱数据包对UPLC-QTOF-MS 得到的原始数据进行特征峰的提取和处理，并利用SIMCA-P 14.1 软件进行多元统计分析（PCA、PLS-DA）；利用Origin 2019 绘制聚类热图；利用SPSS 22.0 进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 基于UPLC-Q-TOF-MS 的脂质组学分析

2.1.1 不同杀菌方式红烧肉脂质成分的分布分析本研究采用非靶向脂质组学方法对3 种杀菌方法处理后的红烧肉进行了脂质组学分析。3 种处理方式中，累计鉴定出包括甘油三酯（Triglyceride，TG）、磷脂酰胆碱（Phosphatidylchlines，PC）、磷脂酰乙醇胺（Phosphatidylethanolamines，PE）、甘油二脂（Diglyceride，DG）等在内的251 种脂质化合物。

因红烧肉的脂质成分复杂、难以分析，而多元统计分析手段能够在多个对象和多个指标互相关联的情况下分析目标样品的统计规律，因此被广泛运用于组学分析领域。其中PCA 作为常见的统计学分析手段，是将原始的多维变量按一定权重组合产生新的主成分，PCA 图可体现样本之间的离散和聚集趋势[20-21]。本研究基于不同杀菌方式红烧肉的脂质成分的相对含量建立了相应的PCA 模型，如图1所示，在PCA 模型上，虽所有的样品都在95%的置信区间内，但R2X=0.777，Q2=0.336，依据脂质的组成，对照组、巴氏杀菌组和UHP 杀菌组红烧肉样品无法较好地进行区分。

图1 不同杀菌方式红烧肉脂质成分PCA 得分图Fig.1 PCA score plot of lipid components in braised pork in different sterilization methods

因PCA 采用无监督的降维分析方法，存在与研究目的无关的组内误差以及随机误差，不利于分组信息的准确性。为了准确地确定各组样品的差异，进一步采用有监督模式识别的PLS-DA。PLS-DA 通过对不同处理样本（如观测样本、对照样本）的特性分别进行训练以产生训练集，并检验训练集的可信度，由于其降维能力和处理多重共线性和相关变量的能力，且能忽略组内误差、消除与研究目的无关的随机误差，是代谢组数据分类和回归的经典工具[22-24]。

根据红烧肉样品的251 种脂质成分组成和相对含量，对3 种处理方式的红烧肉样品进行PLS-DA分析，建立各个处理方式红烧肉的判别分析模型。由图2 所知，样品均在95%的置信区间内，各样表现出明显的聚类趋势，未发现离群样本点，说明建立的PLS-DA 模型可对不同杀菌方式的红烧肉进行分类，其中对照组和UHP 杀菌组在第1 主成分上进行分离，对照组和巴氏杀菌组主要通过第2 主成分进行有效区分，巴氏杀菌组和UHP 杀菌组在第1 主成分和第2 主成分上均可以进行区分。结果表明，本研究建立的PLS-DA 模型有良好的拟合参数，R2X=0.769，R2X 越接近1，模型越稳定[25]，R2Y（cum）=0.963，该模型能够解释96.3%的原始数据；Q2（cum）=0.845，Q2大于0.5，说明模型的预测能力强。

图2 不同杀菌方式红烧肉脂质成分PLS-DA 得分图Fig.2 PLS-DA score plot of lipid components in braised pork in different sterilization methods

由于当变量数量大于样品数量时，使用有监督判别方法进行分析时易产生过拟合现象，因此需要使用置换检验方法考察PLS-DA 在无差异情况下的建模效果[24]。如图3所示，经过200次交叉验证之后，3 个模型中Q2回归直线在Y 轴的截距均小于0，表明该PLS-DA 判别模型不存在过拟合现象，模型较为可靠，可进行后续差异性成分分析。

图3 不同杀菌方式红烧肉脂质成分PLS-DA 模型置换验证图Fig.3 PLS-DA model replacement validation plots of lipid components in braised pork in different sterilization methods

2.1.2 不同杀菌方式红烧肉脂质成分的差异分析变量重要性预测（variable importance in the projection，VIP）值可以量化PLS-DA 模型的每个变量对分类的贡献，VIP 值越大，该脂质成分的含量在不同杀菌方式的红烧肉样品之间的差异越大，对分类起着越关键的作用，通常认为VIP 值大于1 的变量在不同类别之间差异显著，对分类起着重要作用，同时结合t检验的P值（P＜0.05）比较分析不同组样品中的具体差异性表达化合物[25-26]。寻找差异化合物并鉴定结果如表1所示，不同杀菌方式的红烧肉中显著差异化合物有24 个，包括15 种TG、4 种PC、3 种PE、1 种溶血磷脂酰胆碱（lyso-PC，LPC）以及1 种N-酰基乙醇胺（N-acylethanolamine, NAE）。

表1 PLS-DA 模型中VIP 值大于1、P 值小于0.05 的24 种脂质化合物Table 1 The 24 lipid components with VIP＞1, P＜0.05 in PLS-DA model

采用次聚类分析法对杀菌方式的红烧肉中的差异化合物进行分析，结果见图4。图中颜色表示含量，红色表示相对含量较高，绿色表示相对含量较低，通过对鉴定的化合物进行HCA 后，从图中可以看出不同杀菌方式的红烧肉中脂质化合物的含量具有显著差别，可以根据脂质种类区分每组杀菌方式。

图4 24 种关键差异脂质成分在不同杀菌方式红烧肉中的含量分布热图Fig.4 Heat map of 24 key lipid components among braised pork in different sterilization methods

经过巴氏杀菌以及UHP 处理后，红烧肉中的TG 种类发生较大改变，TG 中序号1～4、6～8 类在巴氏杀菌中含量增加，7、8、10、14 类在UHP 处理组含量增加，而其原有的TG 种类含量降低；除PE（O-40:9）、PE（O-38:8）、LPC 18:2 外，其余磷脂均有不同程度的增加，且UHP 处理后磷脂相对含量总体高于巴氏杀菌，这可能与磷脂的长链多不饱和脂肪酸含量高，巴氏杀菌温度高使得磷脂容易降解有关[27]。研究表明，在加热过程中红烧肉脂肪组织中结缔组织受热收缩，致使其包裹的脂肪细胞受到较大的压力后破碎，另一方面，脂肪受热后熔化分解，产生脂肪酸、风味物质等，也会使脂肪含量发生变化[28]，而在压力处理的过程中，红烧肉中的肌红蛋白会转变为变性的铁肌红蛋白，同时释放三价铁离子，促进脂肪氧化[29]，另一方面，超高压作用导致肌原纤维蛋白与游离脂肪酸之间静电力、范德华力、疏水力等相互作用的改变而引起了游离脂肪酸的释放[30]，进一步造成了两种杀菌方式下红烧肉脂质的变化。

2.2 基于SPME-GC-MS 的挥发性成分分析

肉制品中挥发性成分的种类及相对含量是评价肉制品杀菌方式好坏的重要指标[31]。利用SPMEGC-MS 方法对3 种不同处理方式红烧肉进行挥发性化合物检测及定性定量分析。如表2所示，共鉴定出31 种挥发性风味成分，包括4 种醇、4 种酸、4 种脂、7 种烃、2 种酮、9 种醛和1 种呋喃。

表2 不同杀菌方式对红烧肉挥发性成分的影响Table 2 Effect of different pasteurization methods on volatile components of stewed pork

醇类物质主要来源于脂肪氧化和Strecker 降解反应，饱和脂肪醇的阈值较高，对整体风味贡献相对较小，而不饱和醇的阈值较低，对风味有一定贡献[32]。肉桂醇为含有油脂香气的不饱和醇[33]，与对照组相比，巴氏杀菌样品中不饱和醇肉桂醇的含量显著降低（P＜0.05），而UHP 样品中未发生显著变化（P＞0.05）。

酯类物质常具有水果和清甜香气，主要来源于加热过程中猪肉脂质氧化产生的醇与游离脂肪酸的相互作用，为肉带来特征香气[8,34]，但由表2可知，酯类在红烧肉中种类较少且相对含量低，且因酯类物质的阈值较高，对风味的影响较小[35]，因此对红烧肉风味贡献不突出。

烃类物质在各组样品中均具有较高的含量，它主要来源于脂肪酸烷氧自由基的均裂，在检测到的7 种烃类物质中，饱和烃类占5 种，且3 组样品之间差异不大。由于烃类物质具有较高的阈值，一般认为对红烧肉香气无特殊贡献，但有些可能是形成杂环化合物的重要中间体，有助于提高红烧肉的整体风味质量[36-37]。巴氏杀菌组的烷烃化合物与其他组存在较大差异，但超高压杀菌组和未杀菌组物质含量差异不大，揭示饱和烃类物质可能受温度影响较大，而三组之间烯烃化合物相对差异较小，表明烯烃化合物受温度影响较小[34]。

在红烧肉氧化降解生成的物质中，醛类是最丰富的挥发性化合物，三种样品中共检测出9 类化合物，醛的阈值一般很低，具有脂肪香味，是肉品香味的主要构成部分[36]。由表2可知，3 组样品未杀菌组-巴氏杀菌组-超高压杀菌组醛类物质含量比为1:1.03:0.93，可以看出巴氏杀菌组醛类物质的含量高于其他2 组，而超高压杀菌组含量最低，这是由于醛类物质主要来源于脂肪酸的受热降解、氧化。含量较多的几种物质中，正己醛是亚油酸的氧化产物，浓度较低时，具有清香和草香味，浓度较高时，具有酸败味和辛辣味[38-39]，壬醛具有玫瑰、柑橘等香气，有强的油脂气味，存在于肉桂油中，能够使肉香更浓郁[40]。反式肉桂醛大量存在于肉桂等植物体内，具有肉桂芳香气味，不饱和醛大多具有愉快的香气且阈值较低，如反式-2-癸烯醛，此物质具有脂肪香味且带有猪肉香韵[41-42]，糠醛具有焙烤香、苦杏仁气味，呈黄棕色，可能对红烧肉鲜艳的色泽有贡献[8,33]。

酮类化合物主要来自于脂肪或醇类的氧化降解作用和美拉德反应，因其阈值远高于醛类，一般认为对风味影响不大，主要对其他风味物质起辅助作用，使肉类产品香味更加饱满，有层次感[40]。3-羟基-2-丁酮具有甜香、奶制品香，并带有脂肪的油腻气息，2,3-辛二酮稀释有油脂香味[43]，与对照组相比，巴氏杀菌后红烧肉中两种酮的相对含量均明显降低（P＜0.05），而UHP 后无明显影响，UHP 能更好地维持红烧肉的原有香气。

呋喃物质主要来源于美拉德反应以及氨基酸、硫胺素的热降解反应，虽含量较少，但阈值较低，对风味具有较大影响[37]。2-正戊基呋喃具有豆香、果香、青香及类似蔬菜的香韵[40]；巴氏杀菌后，产品中呋喃物质略有升高。

酸类化合物主要来自脂肪的水解以及脂肪氧化过程中产生的小分子脂肪酸，对整体的风味起到协调、平衡的作用[8]。本实验中共检测到4 种酸类化合物，其中壬酸具有一定的脂肪香，己酸具有一定的腐臭味，辛酸具有一定的汗味，正癸酸具有一定的酸腐味和脂肪味[44-45]，与对照组相比，巴氏杀菌在增强了红烧肉原有的香味的同时，也增加了霉臭味等不良风味，而超高压杀菌可以减弱红烧肉的脂肪臭味和酸腐味，更好地保持和突出红烧肉的特征香气物质。

3 结论

本研究通过UPLC-Q-TOF-MS 结合非靶向代谢组学技术对不同杀菌方式下的红烧肉的脂质成分进行测定并最终筛选出24 种关键性脂质物质且主要差异物质为TG，且该技术可有效区分不同杀菌方式处理的红烧肉。根据脂质化合物的相对含量，显示UHP 杀菌组更接近于对照组。采用SPEM-GCMS 技术，对不同杀菌方式处理的红烧肉挥发性成分进行检测并鉴定出包括4 种醇、4 种酸、4 种脂、7 种烃、2 种酮、9 种醛和1 种呋喃物质在内的31 种化合物，且不同杀菌方式处理的红烧肉中挥发性成分含量差异较明显。综合看来，不同杀菌方式均会对脂质化合物和风味物质产生一定的影响，但从脂质成分和挥发性成分方面来看，UHP 较巴氏杀菌对产品的影响较小。