低溫長時間熏制過程中香腸揮發(fā)性物質(zhì)及脂肪氧化變化

李 翔，聶青玉，趙?？瑥堄铌?，劉 丹，許 彥

1.重慶三峽職業(yè)學(xué)院 農(nóng)林科技學(xué)院，重慶 萬州 404155；2.西南大學(xué) 食品科學(xué)學(xué)院，重慶 400715

香腸和臘肉是川渝地區(qū)傳統(tǒng)的兩大腌臘肉制品，其中香腸制品具有典型的川味特征，重麻辣，且經(jīng)過煙熏工藝，具有煙熏風(fēng)味[1].低溫長時間煙熏香腸的加工主要集中在渝東北地區(qū)的高海拔山地地區(qū)，如城口、巫溪等地，由于冬季氣溫低、時間長，宜制作腌臘制品，且山區(qū)多有松柏等資源，以其枝丫結(jié)合雜木熏制臘肉和香腸，煙量大且不起明火，熏制出的臘肉和香腸香氣風(fēng)味獨特，因而名聲在外.但是，傳統(tǒng)的煙熏工藝沒有固定的熏制時間，由人為的主觀經(jīng)驗判別，熏制時間長達(dá)10 d甚至月余，不僅加工周期漫長，且沒必要的熏制還有可能增加衛(wèi)生安全隱患，提高脂肪氧化.因此，研究煙熏過程中香腸揮發(fā)性物質(zhì)和脂肪氧化的情況，有助于判別其風(fēng)味成分的變化和積累程度、且有利于工藝改進(jìn)和提升食品安全品質(zhì).

腌臘制品的風(fēng)味物質(zhì)分析及其形成機理已經(jīng)有較多研究[2]，但大多采用電子鼻或氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(GC-MS)技術(shù)[3-4].氣相色譜-離子遷移譜聯(lián)用(GC-IMS)是近年來出現(xiàn)的一種新的氣相分離和檢測技術(shù)，融合了氣相色譜突出的分離特點和離子遷移譜反應(yīng)快速、靈敏度高的優(yōu)勢，能夠?qū)σ恍]發(fā)性有機化合物進(jìn)行痕量探測[5].另外，由于離子遷移譜檢測靈敏度高，檢測條件常溫常壓，所以樣品通常不需要通過蒸餾、濃縮等富集處理，達(dá)到了樣品物質(zhì)的無損檢測，最真實地檢測出樣品揮發(fā)性成分的組成.且GC-IMS數(shù)據(jù)結(jié)果以可視化指紋圖譜形式展現(xiàn)，數(shù)據(jù)處理簡單，更方便進(jìn)行樣品間的差異對比，可以作為GC-MS技術(shù)數(shù)據(jù)的支撐或補充.近年來，人們越來越多地將這種方法應(yīng)用于食品風(fēng)味物質(zhì)的檢測分析[6-8]和食品質(zhì)量的快速鑒別[9-10]中.采用GC-IMS技術(shù)檢測腌臘制品的揮發(fā)性成分近年來也開始有相關(guān)報道[11-13]，但目前，尚未見到采用GC-IMS技術(shù)分析熏制時間對香腸揮發(fā)性成分影響的報道.

本研究利用氣相色譜-離子遷移譜聯(lián)用(GC-IMS)技術(shù)對低溫熏制過程中香腸揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行檢測和分析，同時檢測煙熏過程中香腸的pH值、丙二醛質(zhì)量分?jǐn)?shù)、過氧化值的變化，旨在為合理制定低溫?zé)熝隳c的加工工藝提供科學(xué)依據(jù).

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

1.1.1 材料采樣及處理

供試材料為鮮肉和香腸，采樣于重慶市巫溪縣天元鄉(xiāng)萬春臘肉加工廠.香腸制作工藝為原料肉經(jīng)修整、腌制、絞碎拌料、灌腸后，在70 ℃熱風(fēng)干燥5 h，后入煙熏車間熏制，熏制溫度為15～20 ℃.

鮮肉(記為CK)，經(jīng)腌制、調(diào)配攪拌、灌腸、干制后的樣品(記為0 d)，入煙熏車間煙熏并分別在第3 d，6 d，9 d和12 d取樣.采集的樣品真空包裝后冷凍保藏，檢測前將樣品于25 ℃恒溫箱中解凍，然后切成2×2×2 mm的顆粒、混合均勻.

1.1.2 試 劑

甲醇：色譜純；三氯乙酸、乙二胺四乙酸二鈉、硫代巴比妥酸、三氯甲烷、碘化鉀、硫代硫酸鈉、石油醚、無水硫酸鈉、可溶性淀粉均為分析純.

1.1.3 主要設(shè)備

設(shè)備為FlavourSpec?風(fēng)味分析儀：德國G.A.S；1260型高效液相色譜儀：安捷倫科技有限公司；FA2204B型電子天平：上海?？惦娮觾x器廠；RE-52B型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀：上海亞榮生化儀器廠；科析4型恒溫水浴鍋：金壇市科析儀器有限公司；DHG-9140A型電熱恒溫干燥箱：上海博訊實業(yè)公司醫(yī)療設(shè)備廠；雷磁pHS-3E型pH計：上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司；其他為實驗室常規(guī)儀器設(shè)備.

1.2 試驗方法

1.2.1 GC-IMS分析

樣品處理：取2g樣品，置于20 mL頂空瓶中，60 ℃孵育15 min后進(jìn)樣，進(jìn)樣量為500 μL.

氣相-離子遷移譜分析系統(tǒng)條件設(shè)置見表1.

表1 氣相-離子遷移譜分析條件

1.2.2 理化指標(biāo)測定

pH值：按照GB/T9695.5-2008《肉與肉制品pH測定》[14]的方法測定；丙二醛：按照GB5009.181-2016《食品中丙二醛的測定》[15]中高效液相色譜法測定；過氧化值：按照GB5009.227-2016《食品中過氧化值的測定》[16]中滴定法滴定.

1.3 數(shù)據(jù)分析

GC-IMS數(shù)據(jù)采用FlavourSpec?風(fēng)味分析儀的Reporter插件形成三維譜圖，然后降維形成二維譜圖，并進(jìn)行揮發(fā)性物質(zhì)差異性分析；利用Gallery Plot插件進(jìn)行揮發(fā)性物質(zhì)指紋圖譜分析；利用內(nèi)置的Dynamic PCA進(jìn)行主成分分析；利用Library Search進(jìn)行定性分析.

理化指標(biāo)數(shù)據(jù)每個指標(biāo)測定3次，結(jié)果表示為X±SD的形式.

2 結(jié)果與分析

2.1 不同熏制時間的香腸GC-IMS圖譜分析

圖1為Reporter插件制作的二維俯視圖，背景為藍(lán)色，橫坐標(biāo)10處紅色豎線為RIP峰(反應(yīng)離子峰，經(jīng)歸一化處理)，RIP峰兩側(cè)的每一個點代表一種揮發(fā)性有機物.根據(jù)峰(色點)的有無或者顏色深淺能夠直觀表現(xiàn)不同樣品之間的組分及濃度差異，白色表示濃度較低，紅色表示濃度較高.由圖1可以看出，不同煙熏時間臘肉和香腸揮發(fā)性有機物能夠被GC-IMS很好地分離，且可以直觀地觀察到不同樣品中的揮發(fā)性物質(zhì)種類及濃度差異.相對于鮮肉，經(jīng)處理后的香腸樣品中大部分風(fēng)味物質(zhì)濃度增加，個別物質(zhì)濃度有所降低甚至消失.

圖1 不同煙熏時間的香腸氣相-離子遷移譜圖

2.2 樣品中揮發(fā)性有機物的定性鑒別

通過GC-IMS技術(shù)，香腸中被檢測出揮發(fā)性成分58種，其定性分析由NIST譜庫的RI和IMS數(shù)據(jù)庫鑒別出來列于表2中.共鑒別出揮發(fā)性風(fēng)味成分36種，其中32種單體，4種二聚體.單體物質(zhì)中包含醇類3種、醛類6種、酮類2種、酸類2種、酯類11種、酚類1種、萜烯類6種、雜環(huán)類1種.對照鮮肉樣品中檢出的2，3-丁二酮成分(57號特征峰)在香腸樣品中未檢出，說明制作香腸的過程中該物質(zhì)轉(zhuǎn)化成了其他成分.

表2 香腸中揮發(fā)性組分定性結(jié)果

2.3 樣品揮發(fā)性物質(zhì)的Gallery Plot指紋譜圖

由圖2可以看出，不同熏制時間香腸風(fēng)味物質(zhì)呈現(xiàn)出較為顯著的變化，且采用Gallery Plot指紋圖譜呈現(xiàn)變化非常直觀.圖2中1-22號是香腸中被GC-IMS檢測出但未被鑒別出的物質(zhì).從已鑒別出的36種揮發(fā)性物質(zhì)來看，羰基化合物、酯類物質(zhì)和萜烯類物質(zhì)是香腸揮發(fā)性物質(zhì)的主體成分.

圖2 不同熏制時間的香腸樣品Gallery Plot指紋譜

醇類物質(zhì)主要由脂肪降解產(chǎn)生[17]，在本試驗樣品中所含種類較少，且閾值較高，在制品風(fēng)味中貢獻(xiàn)較小.

羰基化合物主要由亞油酸和花生四稀酸氧化而來[18]，其中呋喃類提供糖香和濃郁的烤香味，是熏烤類肉制品優(yōu)良的香氣來源[19]，這類物質(zhì)在第6 d開始出現(xiàn)，并在第9 d達(dá)到最大值，第12 d時又降低.

酯類物質(zhì)一般是腌臘肉制品中主要的風(fēng)味貢獻(xiàn)成分，碳鏈小于10的酸形成的酯類一般賦予肉制品愉悅的果香或甜香[20]，它們通常由羧基和羥基的酯化反應(yīng)生成.在本試驗的香腸樣品中，大部分酯類在第6 d開始顯著產(chǎn)生，隨煙熏時間延長濃度增大.而乙酸香葉酯、乙酸冰片酯含量隨煙熏時間延長持續(xù)下降，這兩種可能是香腸中添加的調(diào)味料和香辛料提供的，隨煙熏時間延長揮發(fā)消耗而濃度降低.

萜烯類物質(zhì)也是香腸的特征型香氣物質(zhì)，主要來源于加入的香辛料，如α-蒎烯，β-蒎烯都可以由花椒提供，這些萜烯類物質(zhì)賦予香腸特殊的風(fēng)味，如芳樟醇就具有百合花、鈴蘭和柑橘類香氣[21].萜烯類化合物在煙熏后濃度顯著降低，在3 d后變化基本不顯著，這可能是由于初始煙熏后，萜烯類物質(zhì)大量揮發(fā)，在后期的低溫熏制過程中，萜烯類揮發(fā)性成分從香辛料中緩釋揮發(fā)出來，其產(chǎn)生速度與揮發(fā)速度相當(dāng)所致.

2-乙?；秽谙隳c熏制后產(chǎn)生，并隨著熏制時間延長濃度逐漸提高.呋喃類化合物被認(rèn)為是來自于熏煙成分，由纖維素?zé)峤猱a(chǎn)生[18]，在多數(shù)熏烤類肉制品中被檢出[13，21-22]，為肉制品提供正面的香氣.

酚類為煙熏味的主要貢獻(xiàn)成分，主要由發(fā)煙的植物性材料中木質(zhì)素分解產(chǎn)生，包括苯酚、愈創(chuàng)木酚及其衍生物成分，一般有多種酚類物質(zhì)同時存在[23-25].圖2中只檢測出苯酚成分，含量呈現(xiàn)出增長趨勢，這與常海軍等[21]采用GC-MS對重慶城口香腸的檢測結(jié)果一致，且有可能在1-22號成分中也存在其他酚類物質(zhì).

2.4 不同煙熏時間的香腸揮發(fā)性物質(zhì)的GC-IMS主成分分析

主成分分析(PCA)是一種主要的多元統(tǒng)計技術(shù)，通過將復(fù)雜繁多的數(shù)據(jù)進(jìn)行降維，獲得幾個主成分，根據(jù)主成分因子在不同樣本中的貢獻(xiàn)率來評價其表達(dá)數(shù)據(jù)的可靠性.這種分析能更加直觀地表述不同樣本間的揮發(fā)性成分物質(zhì)差異.采用Dynamic PCA插件程序繪制3D-PCA圖，獲得3個主成分，累積貢獻(xiàn)率達(dá)到了91.8%.

由于是3個主成分，各樣本的點在坐標(biāo)中展示的是空間位置，由圖3可以看出，香腸的各組樣本平行樣間重復(fù)性很好，且能夠被很好地分離，說明不同熏制時間的樣本揮發(fā)性風(fēng)味成分間存在較為顯著的差異.在香腸樣品中，各組間揮發(fā)性成分都相距較遠(yuǎn)，說明隨著熏制時間延長，香腸揮發(fā)性物質(zhì)始終在發(fā)生顯著性變化，變化的總趨勢是遠(yuǎn)離初始狀態(tài).

圖3 不同熏制時間的香腸主成分分析結(jié)果

2.5 理化指標(biāo)的變化

香腸中pH值的變化如圖4所示，前期波動性變化但不顯著，至第9 d顯著下降，這可能是由于酚類物質(zhì)吸附和有機酸積累導(dǎo)致.而后又開始上升，這可能是由于有機酸又進(jìn)一步和醇類物質(zhì)產(chǎn)生了酯化反應(yīng)的結(jié)果，也有可能是蛋白質(zhì)分解產(chǎn)物所致[26].

圖4 不同熏制時間的香腸中pH值的變化

丙二醛為肉中脂肪氧化的一類產(chǎn)物，常用來表征肉的氧化程度[27]，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)與風(fēng)味成反比，GB10146-2015《食用動物油脂衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》[28]中要求其質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤2.5 mg/kg.由圖5可知，隨著對鮮肉的預(yù)處理和熏制，丙二醛質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈快速上升趨勢，在第9 d濃度突然下降，然后又呈上升趨勢，這可能是由于蛋白質(zhì)與丙二醛結(jié)合成復(fù)合物所致[25]，也可能與酚類物質(zhì)的積累導(dǎo)致脂肪氧化速度有所降低有關(guān).

圖5 不同熏制時間的香腸中丙二醛質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化

過氧化值(POV)是表征脂肪氧化中間產(chǎn)物積累量的一個值，經(jīng)常用來表示脂肪的氧化程度，在動物油脂中其質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)≤2 mg/g.由圖6可知，香腸在前處理和熏制初期，POV值相對于鮮肉顯著上升，在第6 d以后，增長趨勢趨于緩慢，這可能是由于在熏制進(jìn)行一定時間后，酚類物質(zhì)的積累和pH值的降低，抑制了脂肪氧化的進(jìn)程，但POV值總體還是呈上升趨勢.

圖6 不同熏制時間的香腸中POV值的變化

3 結(jié) 語

香腸相對于對照樣品原料鮮肉揮發(fā)性成分變化較大，增加了大量的揮發(fā)性成分種類，減少了一種揮發(fā)性成分.香腸的主要揮發(fā)成分為醛、酯以及萜烯類物質(zhì)，從第6 d開始，香腸的揮發(fā)性成分種類和濃度有顯著提高，尤其是酯類物質(zhì).而由香辛料帶來的乙酸香葉酯和乙酸冰片酯呈降低趨勢，萜烯類物質(zhì)在第3 d顯著下降，而后未出現(xiàn)顯著變化.主成分分析說明，不同煙熏時間的樣本能夠被很好地分離，香腸的揮發(fā)性風(fēng)味隨煙熏時間呈顯著性變化，總體呈遠(yuǎn)離初始狀態(tài)的趨勢.

渝東北地區(qū)低溫?zé)熝瑐鹘y(tǒng)工藝制作的香腸在煙熏第6 d時開始具備豐富的揮發(fā)性物質(zhì)基礎(chǔ)，故從揮發(fā)性物質(zhì)的角度出發(fā)，煙熏時間不宜低于6 d.過氧化值隨煙熏時間持續(xù)上升，pH值和丙二醛質(zhì)量分?jǐn)?shù)均在第9 d出現(xiàn)最低值.因此，將煙熏時間選在6～9 d較為適宜.