姚文生，蔡莹暄，刘登勇，马双玉，赵志南，张 浩，张春艳

(1.渤海大学 化学化工学院,辽宁 锦州 121013;2.渤海大学 食品科学与工程学院,辽宁 锦州 121013；3.生鲜农产品贮藏加工及安全控制技术国家地方联合工程研究中心,辽宁 锦州 121013;4.江苏省肉类生产与加工质量安全控制协同创新中心,江苏 南京 210095;5.济南海能仪器股份有限公司,山东 济南 100010)

烟熏肉制品因其独特风味而深受人们喜爱，熏鸡、烟熏香肠，熏制腊肉和烟熏鱼等都是常见的产品种类[1-2]。起初，烟熏工艺作为一种重要的延长保质期方法而被使用，随着社会的发展和对生活品质的追求，人们更注重烟熏食品的色泽及其风味，因此，越来越多元化的熏制方法和熏制材料被开发利用[3]。比如沟帮子熏鸡采用白砂糖或红糖熏制而成[4]，而卓资山熏鸡是在白砂糖的基础上加入木屑(如香樟木锯末)熏制而成，从而获得独特风味[5]。钟昳茹等[6]通过鉴定橘子树枝、锯末、米糠、木粒、杂木5种材料烟熏腊肉的挥发性风味物质对湘西腊肉的品质进行探究，结果发现锯末燃烧产生的苯并芘含量最低，是一种理想的熏材。烟熏风味是评价烟熏肉制品的重要指标，有研究表明其挥发性风味物质主要来源于酚类，如丁香酚、异丁香酚、对甲酚、愈创木酚、4-乙基愈创木酚等[7]。

通过信息处理技术对食品的色泽和气味等重要食用品质进行鉴定，可以得到其特征指纹图谱[8]。随着检测技术的不断发展，食品风味物质指纹图谱受到越来越多的关注，在果蔬[9]、茶叶[10]、饮料[11]、水产品[12]以及肉制品[13]等食品的质量控制领域甚至在农业[14]和医药[15]领域均有广泛应用。风味物质指纹图谱的构建方法主要包括色谱法[16]、光谱法、电子鼻、电子舌和GC- O等技术。目前常见的构建方法主要是气相色谱- 质谱联用技术(GC- MS)。该方法能对香气组成物质进行比较准确和全面的分析，但样品的前处理较为复杂且耗费时间较长。气相离子迁移谱联用(GC- IMS)技术等新技术能提高风味物质检测的准确度和灵敏度，有效解决GC- MS分析速度较慢和因前处理造成香气物质流失等问题[17]。GC- IMS已应用在鉴别食品掺假[18]、检测空气质量[19]和鉴定食品品质[20]等领域。近些年，GC- IMS技术逐渐被应用于食品特征风味有机挥发组分的快速检测，例如通过GC- IMS技术测定食品的挥发性成分的差异，建立新鲜与干燥松菇的特征指纹谱图[21]以及鉴定白术品级等[22]，但是将GC- IMS用于烟熏肉制品风味研究的还比较少。

本研究以白砂糖、苹果木和红茶作为烟熏材料熏制鸡腿肉，利用GC- IMS技术对鸡腿肉的挥发性风味物质进行分析；通过指纹图谱的建立以及主成分分析，探究不同熏制材料挥发性风味物质的差异和关联。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

冻鸡腿，购于锦州市万达广场万维超市，质量170～190 g，品种为淘汰蛋鸡；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；苹果木屑、红茶末，购自锦州某大型批发市场。

2-丁酮(2-butanone)、2-戊酮(2-pentanone)、2-己酮(2-hexanone)、2-庚酮(2-heptanone)、2-辛酮(2-octanone)、2-壬酮(2-nonanone)等为分析纯，国药公司。

Flavour Spec®型气相离子迁移谱联用仪，德国G.A.S.Gesellschaft für analytische sensorsysteme mbH公司。

1.2 实验方法

1.2.1样品制备

以去骨的鸡腿肉为原材料，解冻清洗后，用5%的食盐水煮制30 min，取出后，吸干表面水分熏制。在通风橱内，将铁锅放在加热板上加热，以白砂糖、苹果木屑和红茶末作为基础的熏制材料，组合成7组(糖熏组、茶熏组、木熏组、糖- 茶熏组、糖- 木熏组、木- 茶熏组、糖- 木- 茶熏组样品对应编号分别为1、2、3、4、5、6、7)。每组材料按照相等比例称取24 g放入铁锅锅底，待温度达到350 ℃时，开始熏制样品，熏制时间5 min。将得到的样品冷却后皮与肉完全分离，分别切成2 mm×2 mm×2 mm左右的颗粒，真空包装，放到冰箱中备用。

称取2 g样品(鸡皮∶鸡肉=1∶4)转移至20 mL顶空瓶中，封口，用于GC- IMS分析，每个样品重复3次。

1.2.2GC-IMS测定

色谱柱类型：FS- SE- 54- CB- 1 (15 m×0.53 mm,1 μm)，分析时间30 min，柱温60 ℃，载气/漂移气为N2。采用自动顶空进样，进样体积500 μL，孵育时间20 min，孵育温度65 ℃，进样针温度85 ℃，孵化转速500 r/min。

1.3 数据处理

使用仪器自带的分析软件LAV(laboratory analytical viewer)以及GC- IMS Library Search软件内置的NIST2014 数据库和IMS数据库对特征风味物质进行定性分析；运用LAV中Reporter插件直接对比样品之间的谱图差异，并且采用Gallery Plot插件进行指纹图谱对比，直观且定量地比较不同熏材之间的挥发性物质差异；通过dynamic PCA plug-ins插件程序进行动态主成分分析。

2 结果与分析

2.1 不同材料熏制鸡腿肉风味的GC- IMS谱图对比分析

图1 不同材料熏制鸡腿肉特征风味三维GC- IMS谱图Fig.1 Three-dimensional GC- IMS images of characteristic flavor of chicken thigh samples smoked with different materials

图2 不同材料熏制鸡腿肉特征风味二维GC- IMS谱图Fig.2 Two-dimensional GC- IMS images of characteristic flavor of chicken thigh samples smoked with different materials

图1是由LAV分析软件中Reporter插件程序制作的不同材料熏制鸡腿肉的3D对比图。图2是将图1的三维GC- IMS谱图投影到二维平面上的俯视图，可以直接比较不同材料熏制鸡腿肉的风味物质差异。纵坐标表示保留时间，横坐标表示迁移时间。红色垂直线表示反应离子峰(reaction ion peak，RIP)，归一化后迁移时间为7.84～7.87 ms，RIP两侧的每个点代表一种挥发性物质。颜色代表物质的浓度，白色表示含量较低，红色表示含量较高，颜色越深表示含量越高；然而一种挥发性化合物可能产生一个或多个亮点，代表单体或二聚体和三聚体，这取决于挥发性化合物的浓度，整个谱图代表了样品的全部顶空成分。从图1和图2可以看出，不同材料熏制的鸡腿肉样品特征挥发性组分具有各不相同的GC- IMS特征谱信息，从左到右依次为糖熏组、茶熏组、木熏组、白砂糖- 茶熏组、白砂糖- 木熏组、红茶- 木熏组、白砂糖- 茶- 木熏组。

由图2可知，以木屑作为组合熏材的样品比其余几组样品的挥发性化合物种类更少，如图中圆圈(A5，A6，A7)区域；以白砂糖作为基础熏材或组合熏材的样品比其余几组样品的挥发性化合物种类更多而且含量更高，如图中方框(B1，B4，B5，B7)区域；混合熏材白砂糖- 红茶- 苹果木组总体图谱与基础熏材红茶组的情况相似度很高，这可能是由于3种熏材中红茶对风味物质的影响更大。若要进一步研究挥发性物质的变化情况以及不同熏制材料对鸡腿肉风味物质的影响，需要与指纹图谱进行对比。

2.2 不同材料熏制鸡腿肉风味的GC- IMS定性分析

图3 挥发性组分的定性结果Fig.3 Result of volatiles compounds identified by GC- IMS

通过仪器配套的GC- IMS Library Search软件，根据挥发性物质气相色谱保留时间和IMS迁移时间，使用正酮C4～C9作为外标参考计算每种化合物的保留指数，通过GC- IMS库进行匹配从而对挥发性组分进行定性分析，如图3。横坐标代表迁移时间，纵坐标代表保留时间，每一个用数字标记出的点代表定性出的一种物质。由于目前软件内置的NIST 2014气相保留指数数据库与IMS迁移时间数据库二维定性数据库还不够完善，可以明确定性的挥发性物质有46种单体及部分物质的二聚体。单体和二聚体化学式和CAS都相同，仅形态不同，结果如表1，且图3中编号与表1中物质一一对应。

表1 指纹图谱中部分挥发性物质定性结果Tab.1 Qualitative results of some volatile compounds in fingerprint

图4 不同材料熏制的鸡腿肉中挥发性有机物的指纹图谱Fig.4 Fingerprint of volatile organic compounds in chicken thigh smoked with different materials

由图3和表1的定性分析可以发现，3种熏材中可识别出的共有挥发性物质为46种单体及部分物质的二聚体，单体主要包括醇类4种，酯类2种，酮类4种，醛类9种，呋喃类4种，酸类1种，酚类1种，杂环类1种。被检测到的醛类物质有3-甲基丁醛、丁醛、戊醛、己醛、壬醛、苯乙醛、辛醛、庚醛和甲基丙醛。醛类物质的挥发性较强，主要来自于脂质氧化，己醛和庚醛分别是亚油酸和花生四烯酸的氧化产物[23]，而辛醛和壬醛则由油酸氧化产生[24]，具有烤焦香味[23]。呋喃类物质有糠醛、5-甲基糠醛、糠醇、2-乙酰呋喃，糠醛、5-甲基糠醛，具有木香、焦糖香和烘烤食品的香味；糠醇具有的霉香、焦糖香[25]，可以为熏鸡腿肉贡献特殊风味。醇类物质有乙醇、正戊醇、3-甲基-3-丁烯-1-醇和(Z)-3-己烯-1-醇。醇类物质主要来源于脂质的降解，通常不饱和脂肪醇的阈值低，对风味有较大影响。酮类物质有丙酮、2-丁酮、3-羟基-2-丁酮和2,3-戊二酮。酮类物质可能通过脂肪氧化和美拉德反应产生[26]，对肉香味的形成起着不可忽视作用[27]。其余被检测到的物质有2-甲氧基苯酚、丙酸、乙酸乙酯、2-羟基丙酸乙酯等，酚类物质是烟熏肉制品的重要挥发物质，而酸类和酯类也对风味有一定影响。

2.3 不同材料熏制鸡腿肉风味的GC- IMS指纹图谱分析

为了更加全面地对比不同材料熏制鸡腿肉的挥发性化合物组分的差异性，使用LAV软件的GalleryPlot插件，选取7组材料熏制的鸡腿肉，每个实验重复3次，所得GC- IMS二维图谱中所有的待分析峰自动生成指纹图谱。为了分析方便，将指纹谱图分为2个部分，结果如图4。图4中右侧Y轴为样品编号，X轴为挥发性物质定性结果。将所有特征峰强度值进行分类，具体分析不同材料熏制的鸡腿肉样本特征风味物质的差异性。

由图4指纹图谱可见，所有被检测出的挥发性物质分布在不同区域，通过初步对比可以看出，不同材料熏制的鸡腿肉样本特征风味有各自的特征峰区域，同时也有共同的风味区域。A区为红茶末熏制鸡腿肉的特征峰区域，主要特征物质包括甲基丙醛、丙酸、5-甲基糠醛、己醛、正戊醇等30种(见图4(a))；B区为白砂糖- 红茶熏制鸡腿肉的特征峰区域，主要特征物质包括5-甲基糠醛、己醛、正戊醇、3-羟基-2-丁酮、(Z)-3-己烯-1-醇、2,3-戊二酮等24种(见图4(a))；C区为苹果木熏制鸡腿肉的特征峰区域，主要特征物质包括5-甲基糠醛、己醛、正戊醇、丙酮、(Z)-3-己烯-1-醇、2,3-戊二酮、3-甲基丁醛、2-甲氧基苯酚、2-乙酰呋喃等52种(图4(a))；D区为白砂糖熏制鸡腿肉的特征峰区域，主要特征物质包括戊醛、5-甲基糠醛、庚醛、糠醇、3-羟基-2-丁酮、壬醛、辛醛、糠醛、乙酸乙酯等28种(见图4(a)(b))；E区为白砂糖- 苹果木熏制鸡腿肉的特征峰区域，主要特征物质包括5-甲基糠醛、己醛、正戊醇、丙酮、(Z)-3-己烯-1-醇、2,3-戊二酮、2-乙酰呋喃、壬醛、辛醛、糠醛、乙酸乙酯、庚醛、3-甲基丁醛、丙酸等50种(见图4(a)(b))；F区为红茶- 苹果木熏制鸡腿肉的特征峰区域，主要特征物质包括3-甲基-3-丁烯-1-醇、5-甲基糠醛、己醛、正戊醇、3-羟基-2-丁酮、2-甲氧基苯酚、(Z)-3-己烯-1-醇、2-乙酰呋喃等32种(见图4(a))；G区为白砂糖- 红茶- 苹果木熏制鸡腿肉的特征峰区域，主要特征物质包括3-甲基-3-丁烯-1-醇、5-甲基糠醛、己醛、正戊醇、3-羟基-2-丁酮、2-乙酰呋喃等27种(见图4(a))。进一步对已定性出的物质进行对比分析发现，7组烟熏鸡腿肉共有化合物为2-丁酮、丁醛、乙酸乙酯、丙酮、乙醇、2-乙酰呋喃、5-甲基糠醛和己醛等物质，且含量相差不大。将红茶熏制的鸡腿肉与白砂糖、苹果木以及白砂糖- 苹果木熏制的3组鸡腿肉产生的风味物质进行对比发现，甲基丙醛只在红茶熏制的鸡腿肉中被检测出；将苹果木熏制的鸡腿肉与白砂糖、红茶以及白砂糖- 红茶熏制的3组鸡腿肉产生的风味物质进行对比发现，丙酮、3-甲基丁醛、2-甲氧基苯酚和2-乙酰呋喃只在苹果木熏制的鸡腿肉中被检测出；将白砂糖熏制的鸡腿肉与红茶、苹果木以及红茶- 苹果木熏制的3组鸡腿肉产生的风味物质进行对比发现，戊醛、庚醛、糠醇、壬醛、辛醛、糠醛、乙酸乙酯只在白砂糖熏制的鸡腿肉中被检测出。因此，红茶熏制的鸡腿肉的特有物质为甲基丙醛，苹果木熏制的鸡腿肉的特有物质为丙酮、3-甲基丁醛、2-甲氧基苯酚和2-乙酰呋喃，白砂糖熏制的鸡腿肉的特有物质为戊醛、庚醛、糠醇、壬醛、辛醛、糠醛、乙酸乙酯。对于混合熏材来说，白砂糖- 苹果木屑组得到的挥发性物质最为丰富，这可能是由于白砂糖高温时产生的挥发性化合物较多，且白砂糖和苹果木屑互相没有影响。白砂糖- 红茶末- 苹果木屑组熏制的鸡腿肉仅检测出27种物质，且大多数物质与红茶末熏制的鸡腿肉组物质相同，因此，红茶末对挥发物质的风味影响最大。

2.4 不同材料熏制鸡腿肉风味的GC- IMS主成分分析

1.糖熏组；2.茶熏组；3.木熏组;4.糖- 茶熏组；5.糖- 木熏组；6.木- 茶熏组；7.糖- 茶- 木熏组图5 不同材料熏制鸡腿肉样品的主成分分析结果Fig.5 Principal component analysis of chicken thigh samples smoked with different materials

为了更加直观地分析不同材料熏制鸡腿肉的风味物质差异，使用Dynamic PCA插件程序制作了主成分分析图，结果如图5。图5中浅蓝色的点为白砂糖熏制的鸡腿肉样品，红色的点为红茶熏制的鸡腿肉样品，绿色的点为苹果木熏制的鸡腿肉样品，蓝色的点为白砂糖- 红茶熏制的鸡腿肉样品，紫色的点为白砂糖- 苹果木熏制的鸡腿肉样品，黄色的点为红茶- 苹果木熏制的鸡腿肉样品，黑色的点为白砂糖- 红茶- 苹果木熏制的鸡腿肉样品。由于样本量大，PC1和PC2的贡献解释了总变异的56%以上，且7组熏材间能很好地分离，证明样本的特征风味物质具有一定的差异。基础熏材白砂糖组样品聚集在主成分分析图右侧，苹果木组聚集在主成分分析图上方，红茶组聚集在主成分分析图左侧，组合熏材白砂糖- 苹果木和白砂糖- 红茶组的整体性质更加向中间靠拢，组合熏材红茶- 苹果木与白砂糖- 红茶- 苹果木的主成分更靠近红茶熏组，这可能是红茶对熏制鸡腿肉的风味有较大的影响，与前面指纹图谱所得到的结论一致。

3 结 论

本研究利用气相离子迁移谱(GC- IMS)技术分析了不同材料熏制鸡腿肉的挥发性组分的差异，通过构建特征风味指纹图谱，分别确定出其主要特征风味和特征峰。结果表明，戊醛、庚醛、糠醇、壬醛、辛醛、糠醛、乙酸乙酯等为糖熏鸡腿肉的主要特征风味物质，甲基丙醛为茶熏鸡腿肉的主要特征风味物质，丙酮、3-甲基丁醛、2-甲氧基苯酚和2-乙酰呋喃等为木熏鸡腿肉的主要特征风味物质，不同材料熏制的鸡腿肉样品特征风味物质具有一定差异又相互联系。研究结果旨在对后续深入研究烟熏肉制品风味形成机理提供依据，为现代肉制品加工业提供理论支持。目前GC- IMS Library Search软件内置的2014NIST数据库和 IMS数据库中关于其特征物质的信息还不够完善，本研究中有部分特征标记物仍未被识别。下一步工作中，将通过其他仪器或方法进行检测分析，对相应的指纹图谱进行补充，使其在更多的领域被应用。