肉類風味物質(zhì)檢測技術(shù)研究進展

杜春林，趙春萍，譚 婭,*

（1.貴州省畜牧獸醫(yī)研究所，貴州 貴陽 550005；2.貴州省地方豬保護與繁育工程研究中心，貴州 貴陽 550005）

風味是動物產(chǎn)品非常重要的感官特性。隨著生活水平的提高，人們對動物產(chǎn)品的要求不斷提高。表面顏色、觸感及風味等是人們在選擇動物產(chǎn)品時可通過感官獲得的第一信息，在食品質(zhì)量評價中占據(jù)重要地位[1]。其中，風味是動物產(chǎn)品非常重要的感官特性，主要包括香味和味道，香味的產(chǎn)生主要源于食物中的揮發(fā)性風味物質(zhì)（如揮發(fā)性脂肪酸等），脂質(zhì)反應和美拉德反應是其產(chǎn)生的主要途徑[2-3]；味道源于食物中多種有機物質(zhì)（如氨基酸和核糖等物質(zhì)）[4-5]。食品感官評價最初是通過人口、鼻、舌等器官完成，如通過培訓較為專業(yè)感官接觸的小組評定食物間的細微差異或者直接通過消費者群體對肉類進行評定，多次重復后以獲得科學的結(jié)果。隨著食品加工業(yè)和科技的發(fā)展，感官評價逐漸趨于專業(yè)化[6]，出現(xiàn)了更為靈敏和客觀的檢測方式，如色譜-質(zhì)譜聯(lián)用、核磁共振及電子鼻等技術(shù)，這些技術(shù)在肉類風味物質(zhì)檢測中的優(yōu)缺點如表1所示。本文綜述目前檢測肉類風味的主要技術(shù)，相較于之前發(fā)表的此類綜述，本文聚焦于色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)、核磁共振技術(shù)及電子鼻技術(shù)，總結(jié)其最新研究進展及應用，為肉類風味物質(zhì)的研究提供一定的理論依據(jù)。

表1 不同揮發(fā)性物質(zhì)檢測方法的原理及其優(yōu)缺點Table 1 Principles, advantages and disadvantages of different methods for detecting volatile substances

1 色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)在肉類檢測中的應用

色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)常被用于研究小分子代謝物以及外部刺激、病理生理變化和生物遺傳突變引起的上述物質(zhì)的組成和數(shù)量變化[7]。色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)可通過分析生物液和組織確定系統(tǒng)生化圖譜和整個生物體的功能調(diào)節(jié)[8]。當前，色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)被廣泛應用于對風味前體物質(zhì)的檢測。

1.1 超高效液相色譜-質(zhì)譜

超高效液相色譜-質(zhì)譜是21世紀初發(fā)展起來的分析技術(shù)，它是結(jié)合了液相色譜的高效分離能力和質(zhì)譜的高靈敏度的分離檢測技術(shù)，具有應用廣泛、分離能力強、靈敏度高、分析速度快和自動化程度高等特點，也存在儀器復雜性高、樣品處理復雜、數(shù)據(jù)處理復雜及重復性較低等不足，其主要原理可分為4 部分：樣品制備、超高效液相色譜分離、質(zhì)譜檢測和數(shù)據(jù)分析。與其他檢測方法不同之處主要表現(xiàn)在超高效液相色譜分離，其色譜柱內(nèi)填充有高效液相固定相[9-10]。在肉類風味前體物質(zhì)的檢測中，超高效液相色譜-質(zhì)譜常用于對游離氨基酸和揮發(fā)性脂肪酸的檢測。在牛肉風干過程中，不同的風干方式可造成風味相關(guān)物質(zhì)的不同。利用超高效液相色譜-質(zhì)譜，有學者發(fā)現(xiàn)常規(guī)成熟方法揮發(fā)性物質(zhì)含量較高[11]。同樣是利用超高效液相色譜-質(zhì)譜的方法研究牛肉，Setyabrata等[12]還發(fā)現(xiàn)成熟牛肉中含有更多的短鏈多肽，但多不飽脂肪酸和游離脂肪酸較少。通過超高效液相色譜-質(zhì)譜技術(shù)對烤制肉類及腌制肉類進行檢測[13]，發(fā)現(xiàn)其中雜環(huán)胺物質(zhì)主要通過肌酸、氨基酸和糖混合加熱產(chǎn)生，具有多種危害[14]，同時雜環(huán)胺常影響肉制品的風味。據(jù)此，Hsu等[15]研究得出，在烘烤過程加入迷迭香香料可顯著抑制雜環(huán)胺的形成。

1.2 頂空微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜

頂空微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜法是分析風味物質(zhì)的常用方法之一，其原理是采用頂空的進樣方式，通過加熱使風味揮發(fā)性物質(zhì)從樣品中分裂，具有樣品制備簡單、靈敏度高等優(yōu)點，但也存在樣品處理復雜、分辨率低、儀器成本高、樣品存在損失及非常規(guī)樣品難處理等不足。頂空微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜法可分為頂空液相微萃取和頂空固相微萃取2 種[16-19]。在肉類風味物質(zhì)的檢測中，頂空微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜法運用廣泛。Zhen Zongyuan等[20]采集鴨肉中3 種不同部位（胸部、腿部和翅膀），利用頂空固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜法提取了揮發(fā)性風味物質(zhì)并進行測定，共檢出81 種揮發(fā)性物質(zhì)，包括15 種碳氫化合物、10 種醇、7 種酸、12 種醛、4 種酯、19 種含硫和含氮化合物以及14 種其他化合物。Zhang Xue等[21]利用頂空固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)探究不同飼養(yǎng)方式對藏羊肌肉代謝的影響，研究表明，畜舍飼養(yǎng)組的肉營養(yǎng)品質(zhì)（包括蛋白質(zhì)和脂肪含量）和食用品質(zhì)（包括嫩度、持水力、口感和風味）均優(yōu)于傳統(tǒng)放牧組。在畜舍飼養(yǎng)組中，上調(diào)的代謝物和代謝途徑以必需氨基酸和氨基酸代謝為主，下調(diào)的代謝物和代謝途徑以多不飽和脂肪酸和脂質(zhì)代謝為主。王珺等[22]對兔4 個部位的風味物質(zhì)進行定性和半定量分析，發(fā)現(xiàn)兔肉主體風味物質(zhì)為醛類、酮類、醇類及烴類化合物。同時，頂空固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)還用于揭示板鴨微生物和風味物質(zhì)的聯(lián)系[23]。除此之外，該技術(shù)還可用于檢測由土豆素和2-甲基異龍腦等所引起的魚肉中的異味以及評估不同溫度對冷凍牛肉代謝物的影響[24]。

1.3 全二維氣相色譜-飛行時間質(zhì)譜聯(lián)用

全二維氣相色譜是20世紀90年代發(fā)展起來的技術(shù)，相較于傳統(tǒng)氣相色譜技術(shù)，其具有更高的靈敏度、選擇性和峰容量，同時它的另一個優(yōu)勢是同系物系列（如直鏈烷烴、脂肪酸甲酯等）的有序洗脫模式[25]，但是同樣存在儀器復雜、成本高、樣品處理要求嚴格和數(shù)據(jù)分析難度大等缺點。全二維氣相色譜-飛行時間質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)是2 根不同性質(zhì)的氣相色譜柱由兩級環(huán)形調(diào)制器串聯(lián)的，樣品經(jīng)過一維柱分離后，再以周期脈沖方式進樣至二維柱對樣品進行再次分離[26-29]。全二維氣相色譜依靠飛行時間質(zhì)譜適合分析復雜的物質(zhì)，其具有全范圍質(zhì)譜學的高采集率[30]。

基于全二維氣相色譜-飛行時間質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)的眾多優(yōu)勢，其也被用于肉類風味前體物質(zhì)的檢測。氨基酸和還原性碳水化合物之間的美拉德反應是導致肉類產(chǎn)生各種氣味和味覺的重要反應之一，其有助于肉類在烹調(diào)過程被賦予更多的風味和味道。采用氣相色譜-飛行時間質(zhì)譜和感官評價相結(jié)合的非目標分析方法以及結(jié)合最小二乘回歸分析，Lee等[31]發(fā)現(xiàn)，2-甲基呋喃-3-硫醇、3-磺基戊烷-2-酮等可能對牛肉中美拉德反應產(chǎn)生的風味有關(guān)鍵貢獻。Li Wenqian等[32]基于全二維氣相色譜-飛行時間質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)對生、熟驢肉的風味物質(zhì)進行檢測，鑒定出γ-氨基丁酸和丁烷-1,2,3,4-四醇等9 種潛在物質(zhì)可區(qū)分生驢肉和熟驢肉。除此之外，全二維氣相色譜-飛行時間質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)還可用于分析不同組織部位風味優(yōu)劣和閹割與否對肉風味的影響。同時，基于此技術(shù)還可對肉類加工產(chǎn)品，如干腌火腿等的風味物質(zhì)進行分析，以發(fā)現(xiàn)不同地區(qū)間火腿的差異[33-34]。

1.4 氣相色譜-離子遷移譜

氣相色譜-離子遷移譜技術(shù)在19世紀中葉發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)新，20世紀90年代得到了蓬勃發(fā)展[35]，其根據(jù)物質(zhì)遷移時間進行定性，根據(jù)所形成的峰值和峰面積對物質(zhì)定量，具有檢測時間短、結(jié)果可靠及靈敏度高等優(yōu)點，同時具有設備成本高、操作困難和樣品需要預處理等缺點[36]。其基本原理是：樣品經(jīng)過氣相色譜色譜柱分離出單個組分并進入離子遷移譜反應區(qū)，通過電離反應，并且在電場力的作用下，離子進入漂移區(qū)，在不斷的碰撞過程中，由于不同離子在電場中的遷移速率不同，使得不同離子間分離，其到達電極的時間不同而分別得以檢測。氣相色譜-離子遷移譜技術(shù)廣泛應用于藥物檢測、疾病監(jiān)控和環(huán)境保護等領(lǐng)域，近年來也被用于對風味物質(zhì)的檢測[37]。

對羊肉揮發(fā)性風味物質(zhì)研究中，有學者利用氣相色譜-離子遷移譜分析不同地區(qū)羊肉的揮發(fā)性風味物質(zhì)發(fā)現(xiàn)，不同地區(qū)的羊肉以及不同品種羊肉存在差異。如青海玉樹羊肉特征風味物質(zhì)為2,3-丁二酮、苯甲醛、丁醇、丙酮、2-丁酮、辛醛和1-辛烯-3-醇等，而2-戊酮和2-己醇等是四川羊肉的特征風味物質(zhì)[38]。烏珠穆沁羊肉與蘇尼特羊肉差異風味物質(zhì)有7 種，分別為乙酸乙酯、丙酮、乙醇、2-丁酮、丁醛、壬醛和苯甲醛[39]。Zhang Xue等[40]研究日糧能量水平對綿羊肉質(zhì)風味的影響，利用氣相色譜-離子遷移譜發(fā)現(xiàn)高能飼料飼喂顯著增加了揮發(fā)性風味物質(zhì)。在禽肉風味的研究中，姚文生等[41]基于氣相色譜-離子遷移譜發(fā)現(xiàn)生鮮雞肉貨架期不超過4 d，超過4 d會產(chǎn)生二甲基三硫醚、二甲基二硫醚和3-甲基丁酸等主要揮發(fā)性物質(zhì)。巨曉軍等[42]通過分析不同生長速度肉雞雞肉中的揮發(fā)性物質(zhì)發(fā)現(xiàn)，慢速型雞肉中醛類和醇類含量顯著高于快速和中速型雞肉，主要包括反-2-辛烯醛、戊醛、壬醛、己醛、1-丁醇、乙醇、1-戊醇和1-辛烯-3-醇。利用氣相色譜-離子遷移譜技術(shù)檢測燒雞和燉煮雞肉中的風味物質(zhì)，發(fā)現(xiàn)己醛（二聚體）、3-羥基-2-丁酮（二聚體）、1-辛烯-3-醇、甲硫醚是靜寧燒雞中的關(guān)鍵揮發(fā)性風味物質(zhì)，隨著燉煮次數(shù)的增加（到達15 次時），雞肉中風味物質(zhì)趨于穩(wěn)定[43-44]。

2 核磁共振在肉類檢測中的應用

核磁共振技術(shù)源于20世紀40年代，直到20世紀80年代末才開始被應用于食品領(lǐng)域[45]。其基本原理是：具有活性自旋的原子核在靜態(tài)磁場存在的情況下，具有能量的吸收，能量吸收主要通過適當?shù)纳漕l脈沖獲得；在脈沖之后，被激發(fā)的原子核松弛，其發(fā)射的能量被檢測為與時間關(guān)聯(lián)的信號強度，該信號將產(chǎn)生與構(gòu)成核磁共振信號的激發(fā)核，并與激發(fā)核的數(shù)量成正比；同時每個原子核在頻譜顯示特定位置，由此產(chǎn)生的譜線可測量的參數(shù)就可用于解釋分子結(jié)構(gòu)、構(gòu)象及分子運動等，其具有非破壞性、高分辨率、無毒性及可定量性等優(yōu)點，也存在儀器復雜、分析時間長及樣品準備時間長等缺點[46-47]。根據(jù)磁場強度大小，核磁共振可分為3 類：高場、中場、低場。由于核磁共振技術(shù)所產(chǎn)生的的數(shù)據(jù)較為龐大、繁雜，所以需要對數(shù)據(jù)進行處理和分析，現(xiàn)有的核磁共振數(shù)據(jù)分析方法有主成分分析、偏最小二乘法判別分析和正交偏最小二乘法判別分析等[48]。

低場和高場核磁共振在食品領(lǐng)域被廣泛應用，低場核磁共振常用于分析食品摻假[49]、食品含有水分類型、水分分布及水分移動等[50]。朱瑩瑩等[51]利用低場核磁共振鑒別不同干燥方式牛肉干產(chǎn)品，發(fā)現(xiàn)不同干燥加工方式牛肉干的T2弛豫特性存在顯著差異，且主成分分析有明顯分離。季美泉等[52]基于低場核磁共振技術(shù)結(jié)合化學計量學方法實現(xiàn)了對凍融肉的快速鑒別。相較于低場核磁共振，高場核磁共振實現(xiàn)了對多種化合物的快速鑒定和定量檢測，因此其也更多地被應用于對肉類及肉制品風味和品質(zhì)的研究[53-54]。許多研究表明，在肉類烹調(diào)過程中，水溶性低分子化合物是形成肉類風味的重要因素，Xiao Zhichao等[55]利用高場核磁共振比較中國地方雞（武定雞和鹽津烏骨雞）和商品肉雞生肉和雞湯中的水溶性低分子化合物含量，發(fā)現(xiàn)中國地方雞胸肉和腿肉中的主要風味物質(zhì)含量顯著高于普通商品肉雞，同時雞湯中風味物質(zhì)含量也顯著高于普通肉雞。在對不同品種雞肉風味物質(zhì)差異的研究中，Kim等[56]利用核磁共振技術(shù)對韓國土雞、KNC-D雞和商業(yè)KNC肉雞的雞胸肉和雞腿肉中的風味活性物質(zhì)和生物活性物質(zhì)進行定量研究，發(fā)現(xiàn)KNC-D雞胸部組織中的絲氨酸、肌酸、肌肽和肌苷酸含量高于商業(yè)KNC和韓國土雞品種。

利用核磁共振技術(shù)可揭示肉類制品風味形成的原因。Zhang Jian等[57]利用高場核磁共振技術(shù)研究無骨干腌火腿加工過程中代謝產(chǎn)物的變化，共鑒定出28 種代謝物，包括氨基酸、多肽、有機酸、核酸及其衍生物、糖等，發(fā)現(xiàn)氨基酸（異亮氨酸、纈氨酸、丙氨酸、谷氨酸和組氨酸）、有機酸（乳酸、醋酸鹽、琥珀酸、檸檬酸和甲酸鹽）和核苷酸衍生物（次黃嘌呤）是影響最終產(chǎn)品滋味的主要因素。Huang Ling等[58]采用核磁共振氫譜和多元數(shù)據(jù)分析方法，研究不添加亞硝酸鹽的臘肉在加工過程中口感品質(zhì)的變化。結(jié)果表明：加工過程中含有21 種代謝產(chǎn)物，包括氨基酸、糖類、有機酸、核酸及其衍生物、生物堿等，異亮氨酸、亮氨酸、纈氨酸、丙氨酸、醋酸鹽、谷氨酸、琥珀酸、甘氨酸、蔗糖、酪氨酸和苯丙氨酸的含量在整個過程中不斷增加；烘烤后乳酸、肌酸、肌氨酸、甜菜堿、?；撬帷⒋吸S嘌呤和腺苷含量均顯著升高；肌苷含量發(fā)酵后先顯著升高后降低；組胺含量風干后顯著升高后降低；組氨酸含量降低；各加工處理均能促進不添加亞硝酸鹽臘肉（未熏）的風味形成，尤其是烘焙。

3 電子鼻在肉類檢測中的應用

仿生嗅覺技術(shù)，即電子鼻技術(shù)是一種智能仿生系統(tǒng)，最早應用在1982年。其主要是由傳感器和模式識別系統(tǒng)組成，基本工作原理是：通過氣體采集系統(tǒng)、氣敏傳感器列陣和模式識別系統(tǒng)等部分，當被測樣品中揮發(fā)性混合氣體和傳感器接觸時，氣體與靈敏材料發(fā)生反應并產(chǎn)生可收集信息，再利用模式識別系統(tǒng)對信號進行分析，在特定類型的氣味檢測和識別系統(tǒng)中，其敏感元件的激發(fā)導致特定信號的產(chǎn)生[59-61]。電子鼻技術(shù)目前廣泛應用于食品安全、環(huán)境監(jiān)測及臨床醫(yī)學診斷等領(lǐng)域。電子鼻應用于風味物質(zhì)檢測，具有快速、高靈敏度和非破壞性等特點，但也存在易受環(huán)境干擾、儀器昂貴和學習能力不足的缺點。在肉類風味和品質(zhì)評定方面，電子鼻技術(shù)常用于對不同品種肉類揮發(fā)性氣味的檢測，其主要通過風味識別、肉質(zhì)評估、新鮮度識別和風味調(diào)控等方面對肉類品質(zhì)進行調(diào)控[62]。Chen Jingru等[63]利用電子鼻和頂空固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)分析證實了北京油雞、魯花雞和AA肉雞之間的顯著差異，醛的種類較多和相對含量較高可能是北京油雞雞肉風味更濃郁的原因。北京油雞必需氨基酸、花生四烯酸、肌苷一磷酸含量高于另外2 種雞。Wilson等[64]通過電子鼻對叉尾魚魚片中的氣味化合物進行檢測，發(fā)現(xiàn)其中存在異味氣味化合物，同時傳感器列陣輸出結(jié)果表明，風味良好和風味差的魚片香味特征有顯著差異，這都表明電子鼻技術(shù)可有效、快速評估肉類質(zhì)量。需要注意的是，電子鼻在肉類風味和品質(zhì)評定方面的應用仍然面臨一些挑戰(zhàn)。例如，不同品種肉類之間的揮發(fā)性化合物差異較大，因此需要建立合適的模型和數(shù)據(jù)庫。此外，環(huán)境條件和樣品處理等因素也可能對電子鼻的檢測結(jié)果產(chǎn)生影響。因此，在實際應用中需要結(jié)合其他分析手段和專業(yè)知識進行綜合評估和判斷[65-67]。

4 結(jié) 語

對肉類風味物質(zhì)的檢測，無論是色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)，還是核磁共振波譜技術(shù)，都應用較為廣泛。色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)可以同時分離和定性分析復雜的肉類風味物質(zhì)，如氨基酸、肽類、脂肪酸和揮發(fā)性化合物等，這種技術(shù)具有高效、靈敏和可靠的特點，可以提供關(guān)于風味物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和含量信息。核磁共振作為一種無損分析技術(shù)，可以提供關(guān)于食品中化學成分的結(jié)構(gòu)和動態(tài)信息。在肉類風味物質(zhì)檢測中，核磁共振技術(shù)可以用于鑒定和定量分析肉類中的營養(yǎng)成分、氨基酸和脂類等風味物質(zhì)，具有高分辨率、非破壞性和多維的特點，可以提供全面的風味物質(zhì)分析結(jié)果。電子鼻技術(shù)是一種模擬人類嗅覺系統(tǒng)的傳感器裝置，可以通過探測和識別氣體混合物的特征模式來辨別不同的風味。在肉類風味物質(zhì)檢測中，電子鼻技術(shù)可以用于分析和區(qū)分肉類產(chǎn)品中的揮發(fā)性風味物質(zhì)，具有快速、便捷和非破壞性的特點，用于大規(guī)模的樣品分析和實時的風味檢測。

這些檢測技術(shù)雖然都已較成熟，但對風味物質(zhì)在機體內(nèi)的分布及代謝機制等研究尚顯不足。近年來，由于技術(shù)平臺的愈加成熟，代謝組學隨之興起，各個組織中的代謝物分布被充分揭示。因此，未來代謝組學的應用將更加深入，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：1）多組學的融合運用，代謝組學、轉(zhuǎn)錄組學及蛋白組學等多組學聯(lián)合分析，以探究各種風味代謝物質(zhì)產(chǎn)生的分子機制；2）對代謝物庫的擴充，不斷增加肉類風味庫中所含有的代謝物質(zhì)，增加可檢測范圍；3）對樣品預處理和后續(xù)龐大數(shù)據(jù)的準確性及可重復性分析；4）隨著技術(shù)的不斷進步，研究人員將利用創(chuàng)新的檢測技術(shù)應用于肉類風味物質(zhì)檢測。例如，基于人工智能和機器學習的方法可以快速、準確地識別和定量肉類風味物質(zhì)，從而提高肉類產(chǎn)品的質(zhì)量控制和食品安全。未來代謝組學將被更加廣泛地應用于肉類風味檢測及動物育種領(lǐng)域中。