基于電子鼻和氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)評價襄陽地區(qū)臘腸風(fēng)味品質(zhì)

楊 江，楊成聰，凌 霞，余海忠，郭 壯,*

（1.湖北文理學(xué)院食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，鄂西北傳統(tǒng)發(fā)酵食品研究所，湖北 襄陽 441053；2.襄陽市食品藥品檢驗所，湖北 襄陽 441021）

作為我國傳統(tǒng)發(fā)酵肉制品的代表[1]，臘腸因其特有的臘香味和醇厚的口感而受到廣大消費者的喜愛，我國華中地區(qū)亦有制作和食用臘腸的習(xí)俗[2]。襄陽地區(qū)臘腸是以豬肉為主要原料，經(jīng)切碎或絞碎后按一定比例加入食鹽、酒和白砂糖等輔料腌制并填充入腸衣中晾曬而成[3]。近年來，圍繞廣式臘腸開展了多項卓有成效的研究，探討了細菌 納米纖維素[4]、丁香萃取物[5]、戊糖乳桿菌[6]、茶多酚[7]、金針菇[8]、血紅素[9]、豬肉品種[10]和豆豉[11]對其品質(zhì)的影響。雖然前期曾采用電子舌技術(shù)對襄陽地區(qū)臘腸的滋味品質(zhì)進行了評價[3]，然而目前關(guān)于襄陽地區(qū)臘腸品質(zhì)評價的研究仍較少。

電子鼻和氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（gas chromatographymass spectrometry，GC-MS）技術(shù)常用于肉制品的風(fēng)味品質(zhì)評價中[12-13]，具有結(jié)果受主觀因素影響小和檢測迅速的優(yōu)點，實現(xiàn)了肉制品中典型物質(zhì)類型和揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的定性和定量分析。近年來，電子鼻技術(shù)已廣泛應(yīng)用于鯇魚肉[14]、豬肉[15]、干腌臘肉[16]、小香雞[17]、酸肉[18]、秋刀魚[19]和清醬肉[20]等肉制品的品質(zhì)評價中，而GC-MS技術(shù)在小鱷龜肉[21]、牛肉餡料[22]、刀魚肉[23]、燒雞[24]、金槍魚肉[25]、臘肉[26]和風(fēng)干牛肉[27]等肉制品的香氣成分解析方面亦有著廣泛應(yīng)用。

本研究采用電子鼻和GC-MS技術(shù)對采集自襄陽地區(qū)宜城市、棗陽市和老河口市農(nóng)戶家中的11 個臘腸樣品的風(fēng)味品質(zhì)和主要揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進行評價，以期為襄陽地區(qū)臘腸相關(guān)制品的研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

臘腸 襄陽市宜城市、棗陽市和老河口市農(nóng)戶；氯化鈉 國藥集團化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

DS-1組織搗碎機 上海標模股份有限公司；PGJ-10-AS純水機 武漢品冠儀器設(shè)備有限公司；PEN3電子鼻（配備10 個金屬氧化電極） 德國Airsense公司；GCMS-QP2020氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（配備電子轟擊（electron impact，EI）電離源和HS-20頂空進樣器）、SH-Rtx-Wax色譜柱（30 m×2.25 mm，0.25 μm）日本島津公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品采集和預(yù)處理

分別從襄陽市宜城市、棗陽市和老河口市的農(nóng)戶家中采集手工制作臘腸11 個，分別編號為A1～A11，樣品采集后放入采樣箱低溫保存送回實驗室。

取采集的臘腸樣品中段，用刀切至顆粒狀后轉(zhuǎn)移至組織搗碎機中進行搗碎，將搗碎后的泥狀臘腸裝入樣品管中待用。

1.3.2 基于電子鼻技術(shù)研究臘腸中典型物質(zhì)類型

準確稱取20 g泥狀臘腸樣品于50 mL電子鼻樣品瓶中并封口，置于60 ℃水浴加熱30 min，室溫平衡10 min后插入電子鼻探頭進行頂空進樣。電子鼻參數(shù)：樣品間隔時間3 min，管路清洗時間95 s，平衡時間5 s，探頭插入時間5 s，進樣時間60 s，進樣流量200 mL/min，空氣流量200 mL/min。10 個金屬氧化傳感器分別對臘腸樣品中不同類型的敏感物質(zhì)進行測定，毎秒測定1 個響應(yīng)值（測試樣品時的電阻值G與測試空氣時的電阻值G0的比值），響應(yīng)值在45 s后穩(wěn)定，本研究選取49、50、51 s時響應(yīng)值的平均值為測試數(shù)據(jù)，重復(fù)操作3 次[28]。

1.3.3 基于GC-MS技術(shù)研究臘腸中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)

準確稱取10 g泥狀臘腸樣品和2 g氯化鈉于25 mL樣品瓶中混合均勻，并使用帶聚四氟乙烯墊片的鋁帽封口，50 ℃振蕩預(yù)熱30 min，平衡5 min，進樣量1 μL，進樣口解析5 min后進行GC-MS分析。

GC參數(shù)設(shè)置：溫控程序為起始溫度35 ℃，保持5 min后以3 ℃/min上升至50 ℃，保持8 min，然后以8 ℃/min上升至150 ℃，不保持，然后以15 ℃/min上升至180 ℃，保持5 min；進樣方式為分流進樣，分流比10∶1；載氣流量1.0 mL/min[29]。

MS參數(shù)設(shè)置：選用EI離子源，離子源溫度為230 ℃，電子轟擊能量為70 eV；質(zhì)量掃描范圍為33～450 u；采集方式為Q3 Scan；采用NIST14標準質(zhì)譜庫和保留時間定性，采用峰面積歸一化法對臘腸樣品中的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進行相對定量分析。

1.4 數(shù)據(jù)處理

基于電子鼻技術(shù)，采用非加權(quán)組平均法（unweighted pair-group method with arithmetic means，UPGMA）聚類分析、主成分分析法（principal component analysis，PCA）和多元方差分析（multivariate analysis of variance，MANOVA）對11 個臘腸樣品的區(qū)分度進行研究；基于GC-MS技術(shù)，采用曼-惠特尼檢驗（Mann-Whitney test）對隸屬于不同聚類的臘腸樣品揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的差異性進行顯著性分析。使用MATLAB 2016b軟件進行數(shù)據(jù)分析；除熱圖由MATLAB 2016b軟件繪制外，其他圖均使用Origin 2017軟件繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 基于電子鼻技術(shù)的臘腸區(qū)分度分析

使用電子鼻技術(shù)對11 個臘腸中的典型物質(zhì)類型進行測定，并結(jié)合多元統(tǒng)計學(xué)方法對臘腸風(fēng)味品質(zhì)的區(qū)分度進行研究?；陔娮颖羌夹g(shù)的臘腸樣品UPGMA聚類分析結(jié)果如圖1所示。當距離取13左右時，11 個樣品整體上可分為2 個聚類，隸屬于聚類Ⅰ的臘腸樣品共計5 個，分別為A1、A2、A3、A4和A9，而隸屬于聚類Ⅱ的臘腸樣品有6 個，分別為A5、A6、A7、A8、A10和A11。本研究進一步采用多元方差分析發(fā)現(xiàn)，不同聚類間的臘腸風(fēng)味品質(zhì)存在顯著差異（P＜0.05）。

圖1 基于聚類分析的臘腸區(qū)分度分析Fig. 1 Sausage differentiation based on cluster analysis

2.2 基于電子鼻技術(shù)的臘腸風(fēng)味品質(zhì)差異性分析

為進一步識別造成臘腸風(fēng)味品質(zhì)差異的敏感物質(zhì)類型，以聚類結(jié)果為分組依據(jù)，結(jié)合Mann-Whitney檢驗對10 個氧化傳感器對不同聚類樣品測定響應(yīng)值的差異性進行分析。

圖2 不同聚類臘腸樣品響應(yīng)值的雷達圖Fig. 2 Radar diagram of response values of different sausage samples

由圖2可知，傳感器W5S（對氫氧化物靈敏）、W6S（對氫氣有選擇性）、W1S（對甲烷類靈敏）、W1W（對有機硫化物、萜類物質(zhì)靈敏）、W2S（對乙醇靈敏）、W2W（對有機硫化物靈敏）和W3S（對烷烴類物質(zhì)靈敏）對隸屬于聚類Ⅰ中臘腸樣品的響應(yīng)值明顯偏高，而傳感器W1C（對芳香類物質(zhì)靈敏）、W3C（對芳香類物質(zhì)靈敏）和W5C（對芳香類物質(zhì)靈敏）呈現(xiàn)出相反的趨勢[30]。經(jīng)Mann-Whitney檢驗發(fā)現(xiàn)，10 個傳感器對2 類臘腸的響應(yīng)值均存在顯著差異（P＜0.05）。由此可見，隸屬于聚類Ⅱ的臘腸風(fēng)味品質(zhì)可能較佳。

進一步以UPGMA聚類結(jié)果為分組依據(jù)，采用PCA對電子鼻金屬氧化電極所測定的響應(yīng)值進行分析，基于PCA的臘腸風(fēng)味品質(zhì)因子載荷圖如圖3所示。

圖3 基于電子鼻技術(shù)的因子載荷圖Fig. 3 PCA factor loadi ng plot of PC1 vs. PC2

由圖3可知，第1主成分由W5C（對芳香類物質(zhì)靈敏）、W3C（對芳香類物質(zhì)靈敏）、W1C（對芳香類物質(zhì)靈敏）、W3S（對烷烴類物質(zhì)靈敏）、W2S（對乙醇靈敏）和W1S（對甲烷類靈敏）6 個傳感器構(gòu)成，其方差貢獻率為74.14%；第2主成分由W6S（對氫氣有選擇性）、W5S（對氫氧化物靈敏）、W2W（對有機硫化物靈敏）和W1W（對有機硫化物、萜類物質(zhì)靈敏）4 個傳感器構(gòu)成，其方差貢獻率為18.62%，前2 個主成分的總方差貢獻率為92.76%。由此可知，第1主成分多為臘腸的特征香味指標，而第2主成分多為臘腸的缺陷型指標。PC1中載荷量較高的正相關(guān)指標為W5C（對芳香類物質(zhì)靈敏）、W3C（對芳香類物質(zhì)靈敏）和W1C（對芳香類物質(zhì)靈敏），其載荷量分別為0.19、0.18和0.15，而載荷量較高的負相關(guān)指標為W3S（對烷烴類物質(zhì)靈敏）、W2S（對乙醇靈敏）和W1S（對甲烷類靈敏），其載荷量分別為0.05、0.12和0.15，即PC1中的主要差異集中在芳香類物質(zhì)；PC2中載荷量較高的正相關(guān)指標為W1W（對有機硫化物、萜類物質(zhì)靈敏）、W2W（對有機硫化物靈敏）和W5S（對氫氧化物靈敏），其載荷量分別為0.32、0.26和0.14，而載荷量較高的負相關(guān)指標為W6S（對氫氣有選擇性），其載荷量為0.03，即PC2中的主要差異集中在有機硫化物。

圖4 基于電子鼻技術(shù)的因子得分圖Fig. 4 PCA factor score plot of PC1 vs. PC2

基于PCA得到臘腸風(fēng)味品質(zhì)的PC1和PC2因子得分圖。由圖4可知，隸屬于聚類Ⅰ的樣品較之聚類Ⅱ樣品在空間排布上偏X軸正方向，且二者呈現(xiàn)出明顯的分離趨勢。結(jié)合因子載荷圖可知，W5C（對芳香類物質(zhì)靈敏）、W3C（對芳香類物質(zhì)靈敏）和W1C（對芳香類物質(zhì)靈敏）3 個傳感器對隸屬于聚類Ⅱ臘腸樣品的響應(yīng)值明顯高于聚類Ⅰ中的樣品，而上述金屬氧化傳感器均對芳香類物質(zhì)敏感，因而聚類Ⅱ中的臘腸樣品的芳香類物質(zhì)含量明顯偏高。GB/T 23493—2009《中式香腸》中要求，臘腸應(yīng)該具有純正濃郁的臘香味，具有臘腸的固有風(fēng)味。因此，上述分析進一步證實了隸屬于聚類Ⅱ中的臘腸樣品風(fēng)味品質(zhì)更優(yōu)。

2.3 基于GC-MS技術(shù)的臘腸中關(guān)鍵揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)識別

在使用電子鼻技術(shù)對11 個臘腸樣品區(qū)分度進行評價的基礎(chǔ)上，進一步使用GC-MS技術(shù)對臘腸中的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)種類和含量進行分析。11 個臘腸樣品中共檢測出35 種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，其中醇類、醛類、酸類、烴類和酯類化合物分別有3、6、1、13、5 種，其平均相對含量分別為18.28%、10.36%、18.28%、34.28%和16.80%。由此可見，襄陽地區(qū)臘腸中的主要揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)為烴類。經(jīng)Mann-Whitney檢驗發(fā)現(xiàn)，隸屬于不同聚類的臘腸樣品其酯類和酸類化合物含量存在顯著性差異（P＜0.05）。

圖5 臘腸中相對含量大于1..0000%的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)箱形圖Fig. 5 Boxplot of volatile components in sausage with relative abundance more than 1.00%

由圖5可知，襄陽地區(qū)臘腸中平均相對含量大于1.00%的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)共有11 種，分別為松油烯、乙醇、醋酸、乙酸乙酯、異戊醛、異丁醛、戊醛、檸檬烯、丁酸乙酯、樟腦萜和己酸乙酯，平均相對含量分別為28.33%、18.28%、17.58%、13.96%、4.15%、3.25%、2.88%、2.69%、1.64%、1.53%和1.27%。由此可見，襄陽地區(qū)臘腸中的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)主要為松油烯、乙醇、醋酸和乙酸乙酯。

進一步使用Mann-Whitney檢驗，以聚類為分組依據(jù)，對不同聚類臘腸中主要揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的相對含量進行顯著性分析。由圖6可知：隸屬于不同聚類的臘腸樣品中醋酸和乙酸乙酯含量差異顯著（Mann-Whitney檢驗，P＜0.05），隸屬于聚類Ⅱ的樣品醋酸和乙酸乙酯平均含量分別為23.55%和17.19%，而在聚類Ⅰ中分別為11.96%和10.09%；隸屬于不同聚類的臘腸樣品中乙醇含量差異不顯著（Mann-Whitney檢驗，P＞0.05），乙醇在聚類Ⅰ和聚類Ⅱ樣品中的平均相對含量分別為17.54%和17.61%。乙基酯類是廣式臘腸獨特風(fēng)味形成的主要物質(zhì)之一，且乙酸乙酯具有微帶果香的酒香氣，而乙醇和醋酸可能來源于臘肉加工過程中加入的白酒和食醋。由此可見，品質(zhì)較佳的臘腸揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)中乙酸乙酯含量可能較高。

圖6 臘腸中相對含量大于1..0000%的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)熱圖Fig. 6 Heat map of volatile components in sausage with relative abundance more than 1.00%

3 結(jié) 論

從襄陽地區(qū)采集11 個臘腸樣品，通過電子鼻分析發(fā)現(xiàn)，品質(zhì)較佳的臘腸揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)中芳香類物質(zhì)含量較高，有機硫化物含量偏低；通過GC-MS分析發(fā)現(xiàn)，松油烯、乙醇、醋酸和乙酸乙酯為襄陽地區(qū)臘腸中的主要揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，其平均相對含量均在10%以上，且品質(zhì)較佳的臘腸中乙酸乙酯含量偏高。