孟維一，古 瑾，徐淇淇，馬燕紅，李瑩瑩，郭文萍，王守偉

（中國(guó)肉類(lèi)食品綜合研究中心，北京 100068）

豬肉是人們最?lèi)?ài)吃的肉類(lèi)之一，尤其是品質(zhì)優(yōu)良的豬肉在市場(chǎng)中逐漸體現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)[1]。我國(guó)是世界上最大的豬肉生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)[2]，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展及人民生活水平的提高，人們?cè)谧⒅刎i肉健康營(yíng)養(yǎng)安全的同時(shí)，也更加注重不同類(lèi)型豬肉帶來(lái)的不同口感和風(fēng)味。近年來(lái)，對(duì)豬肉揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的研究主要集中在各種豬肉制品風(fēng)味研究及不同加工處理下豬肉風(fēng)味物質(zhì)的變化等方面[3-7]，對(duì)不同類(lèi)型豬肉揮發(fā)性風(fēng)味化合物的差異研究還相對(duì)較少。

氣相色譜-離子遷移譜（gas chromatography-ion mobility spectrometry，GC-IMS）是通過(guò)對(duì)樣品分子電離，根據(jù)離子遷移率的差異進(jìn)行分離檢測(cè)，具有響應(yīng)快、靈敏度高、易操作和成本低的優(yōu)點(diǎn)，且樣品幾乎不需要進(jìn)行前處理。相比經(jīng)典的食品風(fēng)味物質(zhì)分析方法，如氣相色譜、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用，GC-IMS成本低、不需要真空且功率小。食品風(fēng)味物質(zhì)中很多都是高電負(fù)性或高質(zhì)子親和力的基團(tuán)，如醛、酮、醚和芳香族化合物以及氨基、巰基、鹵素基團(tuán)等[8]，GC-IMS對(duì)高電負(fù)性和高質(zhì)子親和力的化合物響應(yīng)靈敏度很高。因此，GC-IMS技術(shù)適用于食品風(fēng)味化合物的分析。目前，國(guó)內(nèi)外GC-IMS技術(shù)在食品風(fēng)味分析中已有較多應(yīng)用，主要有酒分類(lèi)[9-10]、油脂分級(jí)[11-14]和鑒別[15-18]、不同產(chǎn)地食品揮發(fā)性有機(jī)物指紋圖譜分析[19-20]、食品儲(chǔ)藏過(guò)程中風(fēng)味分析[21-22]、醬油風(fēng)味分析[23]、熏雞腿肉風(fēng)味分析[24]、美人椒醬風(fēng)味分析[25]以及其他各類(lèi)食品風(fēng)味分析[26-29]等。

本實(shí)驗(yàn)運(yùn)用頂空-GC-IMS（headspace-GC-IMS，HS-GC-IMS）技術(shù)分析5種不同類(lèi)型豬肉樣品的揮發(fā)性風(fēng)味化合物，包括普通豬里脊、普通豬五花、普通豬后尖、黑豬后尖和土豬后尖，并利用主成分分析（principal component analysis，PCA）考察分析結(jié)果在判別區(qū)分不同類(lèi)型豬肉中的應(yīng)用性，研究結(jié)果可為豬肉風(fēng)味品質(zhì)評(píng)價(jià)和控制中的應(yīng)用提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

普通豬里脊（普通豬里脊-1和普通豬里脊-2）、普通豬五花（普通豬五花-1和普通豬五花-2）、普通豬后尖（普通豬后尖-1和普通豬后尖-2）、土豬后尖（土豬后尖-1和土豬后尖-2）、黑豬后尖（黑豬后尖-1和黑豬后尖-2），每種類(lèi)型兩個(gè)樣品，各250 g，所有樣品均為市購(gòu)。

1.2 儀器與設(shè)備

FlavourSpec?食品風(fēng)味分析與質(zhì)量控制系統(tǒng)（配有CTC自動(dòng)頂空進(jìn)樣器、Laboratory Analytical Viewer（LAV）分析軟件及Library Search定性軟件的GC-IMS系統(tǒng)） 德國(guó)G.A.S公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品制備

豬肉樣品經(jīng)攪樣機(jī)制備均勻后，稱(chēng)取肉樣2 g，裝入進(jìn)樣瓶中用于GC-IMS分析，每個(gè)樣品平行測(cè)定2 次。

1.3.2 HS-GC-IMS分析

1.3.2.1 自動(dòng)進(jìn)樣器條件

孵化溫度55 ℃；孵化時(shí)間5 min；進(jìn)樣方式為頂空進(jìn)樣；加熱方式為振蕩加熱；振蕩速率500 r/min；進(jìn)樣針溫度85 ℃；進(jìn)樣量500 μL，不分流；清洗時(shí)間0.5 min。

1.3.2.2 GC條件

色譜柱：FS-SE-54-CB-0.5石英毛細(xì)管柱（15 m×0.53 mm，0.5 μm）；色譜柱溫度40 ℃；載氣為N2（純度≥99.999%）；載氣流量：0～2 min，2 mL/min；2～10 min，2～10 mL/min；10～20 min，10～100 mL/min；20～30 min，100～140 mL/min；運(yùn)行時(shí)間30 min。

1.3.2.3 IMS條件

漂移管溫度45 ℃；漂移氣為N2（純度≥99.999%）；漂移氣流速150 mL/min；放射源為β射線(xiàn)（氚，3H）；離子化模式為正離子。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用設(shè)備自帶的LAV分析軟件及Library Search定性軟件對(duì)豬肉中的揮發(fā)性化合物進(jìn)行采集和鑒定，運(yùn)用LAV中插件Gallery Plot進(jìn)行GC-IMS指紋圖譜的對(duì)比，通過(guò)插件Dynamic進(jìn)行樣品PCA。通過(guò)比較保留時(shí)間和漂移時(shí)間，計(jì)算每種化合物的保留指數(shù)，通過(guò)GC-IMS庫(kù)進(jìn)行匹配從而對(duì)化合物進(jìn)行定性。化合物含量為歸一化后的相對(duì)含量。平行分析3 份樣品。

2 結(jié)果與分析

2.1 普通豬肉不同部位揮發(fā)性化合物的GC-IMS分析

如圖1A所示，左側(cè)紅色豎線(xiàn)為反應(yīng)離子峰（reaction ion peak，RIP），RIP的遷移時(shí)間為7.9 ms。RIP峰兩側(cè)的每一個(gè)點(diǎn)代表一種揮發(fā)性化合物，白色表示濃度較低，紅色表示濃度較高，顏色越深表示濃度越高。對(duì)比圖1A可知，3 個(gè)部位豬肉樣品中，五花肉的揮發(fā)性物質(zhì)種類(lèi)最多，濃度相對(duì)最高。應(yīng)該是該部位脂肪含量較高，脂質(zhì)熱氧化的產(chǎn)物與瘦肉組織的成分反應(yīng)后，可產(chǎn)生鮮明風(fēng)味[30]，故而風(fēng)味物質(zhì)相對(duì)豐富。

如圖1B所示，以里脊樣品譜圖為背景，扣除其譜圖后得到五花樣品和后尖樣品差異。濃度相同的物質(zhì)顏色抵消為白色。被參比樣品中的藍(lán)色區(qū)域表示該物質(zhì)濃度低于參比樣品，藍(lán)色越深，表示濃度越低；被參比樣品中的紅色區(qū)域表示該物質(zhì)濃度高于參比樣品，紅色越深，表示濃度越高。對(duì)比圖1B可看出，五花樣品譜圖中揮發(fā)性物質(zhì)較里脊樣品不管是濃度還是種類(lèi)都多很多，后尖樣品較里脊樣品揮發(fā)性物質(zhì)則少一些，濃度也相對(duì)低。由此可見(jiàn)，普通豬肉不同部位揮發(fā)性化合物有較大差異，并且不同部位揮發(fā)性化合物的含量存在較大差異。

圖1 普通豬肉不同部位揮發(fā)性化合物的GC-IMS譜圖（A）和差異圖（B）Fig.1 GC-IMS spectra of VOCs in different pork meat cuts from commercially reared pigs (A) and differences in belly and rump compared with tenderloin (B)

2.2 普通豬肉不同部位揮發(fā)性化合物差異分析

2.2.1 揮發(fā)性化合物鑒定分析

在3 個(gè)部位豬肉樣品中，共計(jì)檢測(cè)出152種待分析峰，采用GC-IMS Library Search軟件的NIST數(shù)據(jù)庫(kù)和IMS數(shù)據(jù)庫(kù)鑒定化合物，共定性出41種化合物，結(jié)果見(jiàn)表1，包括醛類(lèi)14種、醇類(lèi)8種、酮類(lèi)9種、酯類(lèi)4種、吡嗪類(lèi)3種、含硫化合物2種，雜環(huán)化合物1種，醛類(lèi)、醇類(lèi)和酮類(lèi)均為3 個(gè)部位豬肉樣品的主要揮發(fā)性化合物。

表1 HS-GC-IMS分析不同部位豬肉揮發(fā)性化合物Table 1 Volatile flavor compounds identified in different pork meat cuts by HS-GC-IMS

醛類(lèi)揮發(fā)性強(qiáng)，主要來(lái)源于脂質(zhì)氧化降解，是豬肉的主要揮發(fā)性物質(zhì)之一，也是最豐富的風(fēng)味物質(zhì)[31]。3 個(gè)部位豬肉樣品中，相對(duì)含量較高的醛類(lèi)主要包括壬醛、辛醛、庚醛（≥1%）。壬醛有清香，庚醛有油脂香和果香[32]。在已鑒定出的41種化合物中，相比其他類(lèi)化合物，醛類(lèi)化合物在五花和后尖樣品中相對(duì)含量最高，在里脊樣品中相對(duì)含量?jī)H次于酮類(lèi)化合物。不同部位豬肉樣品中醛類(lèi)化合物的相對(duì)含量也有較大差異，里脊中醛類(lèi)相對(duì)含量為8.57%，五花中醛類(lèi)相對(duì)含量為14.06%，后尖中醛類(lèi)相對(duì)含量為5.88%，五花肉中醛類(lèi)化合物含量最高。其中，壬醛、辛醛、反-2-庚烯醛、庚醛在五花肉中相對(duì)含量較其他2種樣品高，相對(duì)含量分別為2.86%、2.09%、1.55%、2.68%（含量按單體和二聚體加和計(jì)算，下同）。醛類(lèi)在不同部位豬肉中的含量和種類(lèi)均存在一定差異，這可能是影響豬肉風(fēng)味的重要因素。

醇類(lèi)化合物對(duì)肉香氣的影響不如醛類(lèi)明顯，但在肉類(lèi)整體風(fēng)味的形成中也發(fā)揮著關(guān)鍵作用[33]，主要由脂質(zhì)氧化和Strecker降解反應(yīng)生成。3 個(gè)不同部位豬肉樣品中，醇類(lèi)多為飽和醇，如相對(duì)含量較高的己醇和戊醇（≥1%），己醇和戊醇等具有果香[34]。同時(shí)，也含有不飽和醇，如1-辛烯-3-醇和3-甲基-3-丁烯-1-醇，1-辛烯-3-醇具有熟蘑菇的味道，其由花生四烯酸熱降解產(chǎn)生，對(duì)豬肉風(fēng)味有重要貢獻(xiàn)[35]。里脊中醇類(lèi)相對(duì)含量為6.99%，五花中醇類(lèi)相對(duì)含量為6.68%，后尖中醇類(lèi)相對(duì)含量為4.27%，里脊和五花中醇類(lèi)化合物含量相近，后尖較其他2種含量較低。

豬肉中酮類(lèi)化合物多由不飽和脂肪酸受熱氧化降解或氨基酸降解產(chǎn)生[33]。酮類(lèi)化合物在不同部位豬肉樣品中也存在差異，里脊中酮類(lèi)相對(duì)含量為9.73%，五花中酮類(lèi)相對(duì)含量為3.73%，后尖中酮類(lèi)相對(duì)含量為5.80%。酮類(lèi)化合物中相對(duì)含量較高的有2-庚酮和2-丁酮，2-庚酮具有水果香，2-丁酮有醚香、果香和清香[34]。其中，里脊肉中2-丁酮相對(duì)含量最高，為6.41%。豬肉中酮類(lèi)化合物比醛類(lèi)少，含量較低，對(duì)豬肉風(fēng)味起增強(qiáng)作用[36]。

酯類(lèi)化合物主要來(lái)源于肉中游離脂肪酸和醇的酯化反應(yīng)。在3 個(gè)樣品中檢出的酯類(lèi)物質(zhì)有γ-丁內(nèi)酯、γ-丁內(nèi)酯二聚體、乙酸異丁酯、甲基丁酸乙酯。其中乙酸酯類(lèi)、γ-內(nèi)酯等有奶油、脂肪氣味[37]。

含硫化合物主要由硫胺素降解產(chǎn)生，在肉中通常濃度低，但其閾值也較低，因此，是一大類(lèi)貢獻(xiàn)肉類(lèi)香氣的重要化合物。在3 個(gè)樣品中，甲硫基丙醛在里脊中相對(duì)含量為1.04%，五花中相對(duì)含量為1.74%，后尖中相對(duì)含量為1.38%，五花肉中甲硫基丙醛的相對(duì)含量較高。二甲基二硫醚在里脊中相對(duì)含量為1.93%，五花中相對(duì)含量為1.24%，后尖中相對(duì)含量為1.25%。甲硫基丙醛具有土豆香和肉香，二甲基二硫醚具有烤肉香。

此外，樣品中還檢出甲基吡嗪、2,5-二甲基吡嗪和2-戊基呋喃。吡嗪類(lèi)化合物風(fēng)味閾值較低，有堅(jiān)果味和烘烤香味[33]，2-戊基呋喃與肉的烤制過(guò)程有關(guān)[5]。

2.2.2 揮發(fā)性化合物GC-IMS指紋圖譜分析

為了更方便直觀地對(duì)比不同部位豬肉間揮發(fā)性化合物的差異，采用G.A.S.公司開(kāi)發(fā)的LAV軟件的GalleryPlot插件，選取譜圖中所有的待分析峰，自動(dòng)生成指紋圖譜，結(jié)果如圖2所示。不同部位豬肉樣品揮發(fā)性化合物均有各自的特征峰區(qū)域。A區(qū)域?yàn)槔锛谷馓卣鞣鍏^(qū)域，主要包括2,3-丁二酮、2,3-乙酰丙酮、2-丁酮，且里脊樣品中2,3-戊二酮、2,3-丁二酮、2-丁酮等含量較另外2 個(gè)樣品高。B區(qū)域?yàn)槲寤ㄈ馓卣鞣鍏^(qū)域，五花肉含有大量特有的或濃度相對(duì)較高的揮發(fā)性醛、醇類(lèi)物質(zhì)，如反-2-辛烯醛、反-2-庚烯醛、糠醇、3-辛醇、辛醛、壬醛、反-2-己烯-1-醇等。C區(qū)域?yàn)楹蠹馊馓卣鞣鍏^(qū)域，后尖中特有的揮發(fā)性物質(zhì)較少，只有2-甲基吡嗪、2,5-二甲基吡嗪等化合物含量相對(duì)較高（黑豬和土豬中含量更高）。由此可見(jiàn)，不同部位豬肉風(fēng)味物質(zhì)之間存在明顯差異，里脊肉的特征揮發(fā)性化合物多為酮類(lèi)物質(zhì)，五花肉的特征揮發(fā)性化合物多為醛醇類(lèi)物質(zhì)，后尖肉特征揮發(fā)性化合物多為吡嗪類(lèi)物質(zhì)。根據(jù)樣品的揮發(fā)性化合物信息，通過(guò)軟件計(jì)算出不同樣品的相似度，結(jié)果如表2所示。3種樣品相似度都比較低，即揮發(fā)性化合物組成差異很大，尤其是五花樣品和另外2種樣品間的差異非常大。

圖2 普通豬不同部位GC-IMS譜圖中揮發(fā)性化合物的Gallery Plot圖Fig.2 Gallery plot of volatile compound peaks selected from the GC-IMS spectra of different pork cuts

表2 不同部位豬肉樣品間揮發(fā)性化合物的相似度Table 2 Similarity of VOCs among different pork cuts%

2.3 不同品種豬肉揮發(fā)性化合物的GC-IMS分析

對(duì)比圖3A可看出，3 個(gè)品種豬肉后尖樣品的揮發(fā)性物質(zhì)組成很相近，由圖3B可以看出，3 個(gè)品種豬肉組成雖然相近但濃度有差別，黑豬和土豬樣品部分揮發(fā)性物質(zhì)濃度明顯更高。

圖3 不同品種豬肉揮發(fā)性化合物的GC-IMS譜圖（A）和差異圖（B）Fig.3 GC-IMS spectra of VOCs in rumps of different breeds (A) and difference in rumps of Chinese indigenous pigs and black pigs compared with commercially reared pigs (B)

2.4 不同品種豬肉揮發(fā)性化合物差異分析

2.4.1 揮發(fā)性化合物鑒定分析

在3 個(gè)品種后尖樣品中，共定性出29種化合物，包括醛類(lèi)7種、醇類(lèi)4種、酮類(lèi)7種、酯類(lèi)4種、吡嗪類(lèi)4種、含硫化合物2種，雜環(huán)化合物1種，結(jié)果見(jiàn)表3。由表3可知，3 個(gè)品種豬后尖揮發(fā)性化合物種類(lèi)一致，但含量有差別。普通豬后尖中戊醛、己醛、2-辛酮、2-庚酮、γ-丁內(nèi)酯和2-戊基呋喃與其他2種豬后尖含量差異較大。土豬后尖中己醇含量較高。黑豬后尖中吡嗪類(lèi)化合物含量明顯高于其他2種豬后尖樣品，較有特色。吡嗪類(lèi)化合物是典型的美拉德反應(yīng)產(chǎn)物，具有較低的閾值，是貢獻(xiàn)燒烤香氣的極其重要的化合物。當(dāng)肉類(lèi)加熱至較高溫度時(shí)，氨基酸和多肽發(fā)生脫酸、脫氨反應(yīng)，生成吡嗪等揮發(fā)性物質(zhì)。

表3 HS-GC-IMS分析不同品種豬肉揮發(fā)性化合物Table 3 Volatile flavor compounds identified in rumps of different breeds by HS-GC-IMS

2.4.2 揮發(fā)性化合物指紋譜圖分析

如圖4所示，不同品種豬后尖揮發(fā)性物質(zhì)種類(lèi)幾乎一致，但含量差別很大，也可找到幾個(gè)較為明顯的特征峰區(qū)域，如圖紅色框標(biāo)注的地方。各品種豬后尖樣品均含有各自濃度相對(duì)較高的成分，如普通豬后尖中的2-戊酮、2-庚酮，土豬后尖中的己醇，黑豬后尖中的2-甲基吡嗪、2,5-二甲基吡嗪、2,6-二甲基吡嗪。黑豬和土豬后尖中含有一些相對(duì)于普通豬濃度較高的成分如苯甲醛、3甲基-3-丁烯-1-醇、二甲基二硫等。由此可見(jiàn)，不同品種豬后尖雖然揮發(fā)性物質(zhì)相似，但又各有特色。

圖4 不同品種豬肉GC-IMS譜圖中選取的揮發(fā)性有機(jī)物峰的Gallery Plot圖Fig.4 Gallery plot of volatile compound peaks selected from the GC-IMS spectra of rumps of different breeds

根據(jù)樣品的揮發(fā)性化合物信息，通過(guò)軟件計(jì)算出不同樣品的相似度，結(jié)果如表4所示，3種樣品相似度在64%～77%之間，3種豬后尖有一定的相似性，但也存在差異性。

表4 不同品種豬后尖樣品間揮發(fā)性化合物的相似度Table 4 Similarity of VOCs among rumps of different breeds%

2.5 豬肉樣品PCA

為使差異進(jìn)一步可視化，通過(guò)儀器軟件自帶的Dynamic進(jìn)行PCA處理，分析結(jié)果見(jiàn)圖5。PC1貢獻(xiàn)率為50%，PC2貢獻(xiàn)率為30%。3 個(gè)不同品種豬的后尖樣品相互之間能夠區(qū)分開(kāi)。對(duì)于同一品種，里脊、五花、后尖3 個(gè)部位的樣品間區(qū)分度非常大，遠(yuǎn)大于不同品種豬的后尖樣品間差別，同時(shí)，五花肉樣品與另外2 個(gè)部位樣品間差別最大。由此可見(jiàn)，相比于豬的品種，豬肉部位對(duì)于風(fēng)味的影響更大，這應(yīng)該主要是受到脂肪含量的影響。

圖5 不同品種、部位豬肉樣品PCA結(jié)果Fig.5 PCA plots discriminating different pork cuts and breeds

3 結(jié) 論

采用HS-GC-IMS技術(shù)分析了豬里脊、豬五花、豬后尖以及普通豬后尖、土豬后尖、黑豬后尖的揮發(fā)性風(fēng)味化合物。不同部位豬肉中共鑒定出41種揮發(fā)性化合物，主要包括醛類(lèi)、酮類(lèi)、醇類(lèi)及其他類(lèi)。不同種類(lèi)豬后尖中共鑒定出29種揮發(fā)性化合物，主要包括醛類(lèi)、酮類(lèi)、醇類(lèi)、吡嗪類(lèi)及其他類(lèi)。通過(guò)繪制GC-IMS指紋圖譜，明析了不同部位豬肉中的特征峰區(qū)域。結(jié)合相似度分析和PCA，不同品種或不同部位豬肉得到很好區(qū)分。因此，普通豬、黑豬、土豬肉可以通過(guò)檢測(cè)揮發(fā)性物質(zhì)組成的方式進(jìn)行區(qū)分。相比于豬的品種，豬肉部位對(duì)于風(fēng)味的影響更大，這應(yīng)該主要是受到了脂肪含量的影響。GC-IMS技術(shù)簡(jiǎn)單、快速、無(wú)損，采用GC-IMS技術(shù)可為豬肉揮發(fā)性風(fēng)味成分分析及不同產(chǎn)品的判別提供一定參考依據(jù)和理論基礎(chǔ)。