氣味指紋圖譜技術(shù)在肉類產(chǎn)品中的應(yīng)用研究進展

李月明 韓 冰 王軍茹 潘 雷 徐旖夢 張根生

(1. 哈爾濱商業(yè)大學(xué)食品工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150028；2. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所主食加工技術(shù)研究院，黑龍江 哈爾濱 151900)

肉類食品富含人體所需營養(yǎng)物質(zhì)且口感極佳，在人們的日常生活中必不可少[1-2]。氣味特征是評判肉類產(chǎn)品品質(zhì)的重要指標(biāo)之一，在實際生產(chǎn)中起到指導(dǎo)作用[3]。氣味特征的描述和判定可以通過感官評價實現(xiàn)，由于個體間的差異對結(jié)果影響較大，可以結(jié)合氣味指紋圖譜技術(shù)共同表征。氣味指紋圖譜技術(shù)[4]是指利用現(xiàn)代先進的檢測儀器對揮發(fā)性物質(zhì)進行數(shù)據(jù)檢測，得到相應(yīng)的帶有本質(zhì)屬性特征的光譜、色譜以及其他圖譜的一門技術(shù)。該技術(shù)是以揮發(fā)性物質(zhì)分析為基礎(chǔ)，通過繪制特征氣味指紋圖譜達到表征與鑒別的目的。研究檢索并總結(jié)該技術(shù)在肉類產(chǎn)品研究領(lǐng)域的具體應(yīng)用，如產(chǎn)品溯源與品種鑒定、工藝控制、貯藏期、質(zhì)量管理等，并對該技術(shù)在肉類產(chǎn)品應(yīng)用中的研究方向和發(fā)展前景進行展望，以期為肉類產(chǎn)品研究提供依據(jù)。

1 氣味指紋圖譜的構(gòu)建流程

構(gòu)建氣味指紋圖譜的主要步驟見圖1：樣品采集[5]、數(shù)據(jù)采集[6]、數(shù)據(jù)分析與特征信息提取[7-10]、建立氣味指紋圖譜。根據(jù)檢測需要進行樣品采樣，理論上采樣數(shù)量越多越好。在肉類產(chǎn)品研究中，通常采用一種或多種方法進行數(shù)據(jù)采集。依據(jù)所提取的特征信息，建立一種可以反映一類或一種樣品主要特征的圖像或圖形[11]。氣味指紋圖譜技術(shù)應(yīng)用在揮發(fā)性成分檢測與評價方面具有不可替代的優(yōu)勢。

圖1 氣味指紋圖譜的構(gòu)建Figure 1 Construction of odor fingerprint

2 氣味指紋圖譜技術(shù)在肉類產(chǎn)品中的應(yīng)用

2.1 在肉類產(chǎn)品溯源與品種鑒定上的應(yīng)用

肉類產(chǎn)品的可追溯性和真實性研究對于保證肉類品質(zhì)及其產(chǎn)品的安全和質(zhì)量、維護消費者的利益、保護地方特色產(chǎn)品均具有重要意義[12]。目前針對肉類產(chǎn)品溯源與品種鑒定的方法較多，主要有穩(wěn)定同位素技術(shù)、DNA技術(shù)、光譜技術(shù)、礦物元素分析和氣味指紋圖譜技術(shù)等[13-15]，各方法的優(yōu)勢和不足見表1。在產(chǎn)品溯源與品種鑒定領(lǐng)域，氣味指紋圖譜技術(shù)仍處于發(fā)展階段，相較于DNA技術(shù)、同位素技術(shù)等常規(guī)方法，其在溯源、品種鑒定協(xié)同風(fēng)味表征上具有不可替代的優(yōu)勢。

表1 不同溯源與品種鑒定方法的對比Table 1 Comparison of different traceability and variety identification methods

有研究[16]表明，可應(yīng)用氣相色譜—質(zhì)譜聯(lián)用(GC-MS)或氣相色譜—離子遷移色譜(GC-IMS)等檢測設(shè)備對揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進行檢測，經(jīng)數(shù)據(jù)分析如采用主成分分析方法(PCA)、線性判別分析方法(LDA)、偏最小二乘—判別分析(PLS-DA)等方法找到關(guān)鍵化合物，通過繪制指紋圖譜來進行肉類產(chǎn)品的品種鑒定。此外，不同地區(qū)的肉類產(chǎn)品的品質(zhì)特征不同，通過氣味指紋圖譜技術(shù)也可以進行產(chǎn)品溯源。表2列舉了相關(guān)氣味指紋圖譜技術(shù)在肉類產(chǎn)品溯源與品種鑒定上的應(yīng)用。

表2 氣味指紋圖譜技術(shù)在肉類產(chǎn)品溯源與品種鑒定上的應(yīng)用Table 2 Application of odor fingerprinting technology in traceability and species identification of meat products

2.2 在肉類產(chǎn)品工藝控制上的應(yīng)用

氣味指紋圖譜技術(shù)不僅可以對風(fēng)味進行表征，還可以評判加工工藝對肉類產(chǎn)品風(fēng)味的影響。其中，不同的輔料添加與加工過程影響著產(chǎn)品的風(fēng)味。王寧寧等[23]應(yīng)用氣相色譜—質(zhì)譜聯(lián)用(GC-MS)檢測低鈉復(fù)合鹽發(fā)酵香腸中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，得到的指紋圖譜數(shù)據(jù)中低鈉復(fù)合鹽組對發(fā)酵香腸的風(fēng)味無影響。劉萍等[24]采用氣相色譜離子遷移譜(GC-IMS)對肉脯加工過程中產(chǎn)生的原料肉、拌料肉、發(fā)酵肉、半成品肉和成品肉的揮發(fā)性有機物進行檢測和分析，對選取的氣相色譜離子遷移譜(GC-IMS)圖譜特征區(qū)域信號進行主成分分析，發(fā)現(xiàn)該方法能夠有效區(qū)分各加工階段的肉脯樣品。姚敏等[25]應(yīng)用電子鼻和氣相質(zhì)譜聯(lián)用(GC-MS)的方法通過對紅燒肉加工過程中的關(guān)鍵過程如漂燙、油炸、燉煮及添加調(diào)味汁等進行風(fēng)味物變化分析，發(fā)現(xiàn)電子鼻技術(shù)結(jié)合氣相質(zhì)譜聯(lián)用(GC-MS)依據(jù)風(fēng)味物質(zhì)的變化可以較好地反映紅燒肉的不同加工階段。表3列舉了相關(guān)氣味指紋圖譜技術(shù)在肉類產(chǎn)品工藝控制上的應(yīng)用。

表3 氣味指紋圖譜技術(shù)在肉類產(chǎn)品工藝控制上的應(yīng)用Table 3 Application of odor fingerprinting technology inprocess controlof meat products

2.3 在肉類產(chǎn)品貯藏期表征上的應(yīng)用

肉類產(chǎn)品由于化學(xué)反應(yīng)、內(nèi)源酶反應(yīng)、細菌活動等因素會出現(xiàn)異味、變色、產(chǎn)氣和黏稠現(xiàn)象[33]。應(yīng)用氣味指紋圖譜技術(shù)探究肉類產(chǎn)品貯藏期間揮發(fā)性成分的變化，結(jié)合感官評價和微生物指標(biāo)檢驗可以表征其貯藏期。其中，氣相色譜—質(zhì)譜聯(lián)用(GC-MS)是檢測肉中微生物產(chǎn)生的揮發(fā)性成分最常用的分析方法[34]。Papadopoulou等[35]為探究腐敗微生物對無菌豬肉揮發(fā)性化合物在貯藏期間的變化，采用頂空—固相微萃取—氣相色譜—質(zhì)譜(HS-SPME-GC-MS)分析，發(fā)現(xiàn)變質(zhì)樣品中揮發(fā)性物質(zhì)主要為醇類、酮類、乙酸丁酯和乙酸乙酯，而新鮮樣品中揮發(fā)性物質(zhì)主要為二甲基硫、呋喃、乙酯和乳酸乙酯。通過指紋圖譜比對，可判斷豬肉處于貯藏期的具體階段。Li等[36]應(yīng)用氣相色譜—質(zhì)譜聯(lián)用(GC-MS)法對臘肉冷藏期間揮發(fā)性成分進行測定，并應(yīng)用電子鼻對主成分進行分析。經(jīng)測定共檢出56種揮發(fā)性有機物，將其繪制成不同貯藏期的氣味指紋圖譜。使用不同貯藏時間的指紋圖譜可以很好地識別和區(qū)分貯藏期超過15 d的樣品。周慧敏等[37]采用吹掃捕集—熱脫附—氣相色譜—嗅聞—質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)，結(jié)合指紋圖譜技術(shù)研究了黑白胡椒臘腸貯藏期的氣味活性化合物的演變規(guī)律，并建立了評價貨架期風(fēng)味劣變和貨架期預(yù)測的方法。Schuster等[38]研究了不同瘦肉、脂肪組織和骨骼比例對真空包裝羔羊在2 ℃貯藏15 d的揮發(fā)性有機化合物(VOC)。應(yīng)用氣味指紋圖譜技術(shù)，采用質(zhì)子轉(zhuǎn)移—反應(yīng)質(zhì)譜(PTR-MS)和互補固相微萃取—氣相色譜—質(zhì)譜(SPME-GC-MS)對部分樣品進行檢測，發(fā)現(xiàn)微生物數(shù)量的增加會導(dǎo)致不同揮發(fā)性有機化合物的產(chǎn)生，包括醇、醛、酮、酸和含硫化合物。說明利用氣味指紋圖譜技術(shù)可以表征肉類產(chǎn)品貯藏期。

2.4 在肉類產(chǎn)品質(zhì)量管理上的應(yīng)用

中國牛肉、羊肉、馬肉等價格要遠高于豬肉、雞肉、鴨肉等，在利益的驅(qū)動下，一些不法商家在肉類產(chǎn)品中摻假的現(xiàn)象屢見不鮮，嚴(yán)重侵害了消費者的權(quán)益[39]。應(yīng)用氣味指紋圖譜技術(shù)可以進行摻假辨別。此外，不同的陳化時間會影響肉類產(chǎn)品的品質(zhì)，尤其是一些傳統(tǒng)發(fā)酵制品。隨著陳化時間的延長，產(chǎn)品的品質(zhì)與風(fēng)味都有較大提升。應(yīng)用氣味指紋圖譜技術(shù)可以通過揮發(fā)性成分的測定來鑒定不同的陳化時間，進而對肉類產(chǎn)品進行品級分類。表4列舉了相關(guān)氣味指紋圖譜技術(shù)在肉類產(chǎn)品質(zhì)量管理上的應(yīng)用。

表4 氣味指紋圖譜技術(shù)在肉類產(chǎn)品質(zhì)量管理上的應(yīng)用Table 4 Application of odor fingerprinting technology in quality controlof meat products

此外，氣味指紋圖譜技術(shù)也可應(yīng)用于營養(yǎng)代謝與風(fēng)味協(xié)同調(diào)控研究中。如辨別與揭示各種類型肉類產(chǎn)品中是否具有致敏潛力的植物蛋白[45]；表征肉類產(chǎn)品貯藏過程中揮發(fā)性化合物和代謝途徑的特征[46]；探究降低脂肪含量[47]、降低鈉鹽含量[48]、以植物基部分替代原料肉[49-51]等改變?nèi)忸惍a(chǎn)品原料組成所帶來的風(fēng)味變化。

3 氣味指紋圖譜技術(shù)在肉類產(chǎn)品應(yīng)用中的研究方向

3.1 改進提取肉類產(chǎn)品揮發(fā)性物質(zhì)的方法

采用不同的揮發(fā)性物質(zhì)提取手段會得到不同的試驗結(jié)果。即使是同一種肉類產(chǎn)品，不同的萃取手段也會影響預(yù)處理結(jié)果[52]。如何最大限度地收集并保留檢測物質(zhì)是保證氣味指紋分析能夠準(zhǔn)確檢測的前提。因此，繼續(xù)探索新型提取方法，制定不同肉類產(chǎn)品的前處理標(biāo)準(zhǔn)，是今后氣味指紋圖譜技術(shù)在肉類產(chǎn)品應(yīng)用中的研究方向。

3.2 健全不同加工工藝處理下的氣味指紋數(shù)據(jù)庫

肉類產(chǎn)品在加工過程中的變化因素較多，對揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的變化影響較大，為氣味指紋圖譜數(shù)據(jù)庫的建立提出了挑戰(zhàn)。如發(fā)酵處理中微生物的作用、發(fā)酵工藝與貯藏時間的改變等，均影響揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的種類與數(shù)量。因此，對不同加工工藝處理的肉類產(chǎn)品進行系統(tǒng)劃分、制定相關(guān)工藝標(biāo)準(zhǔn)以及全面建立指紋數(shù)據(jù)庫，是氣味指紋圖譜技術(shù)在肉類產(chǎn)品風(fēng)味領(lǐng)域的研究方向。

3.3 采用多種方法共同表征肉類產(chǎn)品溯源與品種鑒定

氣味指紋圖譜技術(shù)可以根據(jù)肉類產(chǎn)品中收集到的揮發(fā)性成分信息來進行溯源與品種鑒定。但要準(zhǔn)確辨別產(chǎn)品品質(zhì)及其溯源還應(yīng)結(jié)合其他分析手段[45]。中國氣味指紋圖譜技術(shù)正處于發(fā)展初期階段，得到的結(jié)果與真實情況仍會有一定的差異。因此，采用多種方法共同表征肉類產(chǎn)品溯源與品種鑒定，是氣味指紋圖譜技術(shù)在肉類產(chǎn)品溯源、品種鑒定與風(fēng)味研究相結(jié)合的研究方向。

3.4 結(jié)合多種數(shù)據(jù)處理方法對數(shù)據(jù)進行分析

氣味指紋圖譜技術(shù)應(yīng)用儀器檢測設(shè)備得到的數(shù)據(jù)偏多，如何找到重要信息是關(guān)鍵。數(shù)據(jù)處理方法較多，如何選擇合適的數(shù)據(jù)分析方法是難點。目前應(yīng)用于肉類產(chǎn)品揮發(fā)性成分研究中的方法大多是采用主成分分析和聚類分析。僅使用一種方法有時并不能較好地對數(shù)據(jù)進行分類，還需結(jié)合其他數(shù)據(jù)處理方法如偏最小二乘法、線性辨別分析、模糊信息分析法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等。因此，探究與改進數(shù)據(jù)處理與分析方法、結(jié)合多種數(shù)據(jù)處理方法對數(shù)據(jù)進行分析，也是今后氣味指紋圖譜技術(shù)在肉類產(chǎn)品應(yīng)用中的研究方向。有關(guān)不同數(shù)據(jù)分析方法在肉類產(chǎn)品中的應(yīng)用還需要更多專業(yè)學(xué)者的深入研究。

4 結(jié)論與展望

氣味指紋圖譜技術(shù)在肉類產(chǎn)品溯源與品種鑒定、工藝控制、貯藏期表征、質(zhì)量管理等領(lǐng)域均有應(yīng)用。與傳統(tǒng)通過感官評價來評判風(fēng)味的方法相比，氣味指紋圖譜技術(shù)具有更科學(xué)、更準(zhǔn)確等優(yōu)勢。但該技術(shù)目前并不成熟，還需要改進與規(guī)范在肉類產(chǎn)品揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)中的提取方法、健全氣味指紋數(shù)據(jù)庫、結(jié)合其他方法如礦物元素分析、DNA技術(shù)和紅外光譜等技術(shù)手段共同表征肉類產(chǎn)品的來源與品質(zhì)，結(jié)合多種數(shù)據(jù)處理方法對關(guān)鍵揮發(fā)性成分進行數(shù)據(jù)分析，達到在不損壞肉類產(chǎn)品品質(zhì)的基礎(chǔ)上對產(chǎn)品品質(zhì)進行準(zhǔn)確評價。