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中国精品科技期刊2020

HS-GC-IMS技术判定鸭锁骨货架期及风味物质分析

姚文生, 苟紫慧, 刘登勇, 张明成, 杨晶, 蔡莹暄, 吴慧颖

姚文生,苟紫慧,刘登勇,等. HS-GC-IMS技术判定鸭锁骨货架期及风味物质分析[J]. 食品工业科技,2023,44(4):352−360. doi: 10.13386/j.issn1002-0306.2022050004.
引用本文: 姚文生,苟紫慧,刘登勇,等. HS-GC-IMS技术判定鸭锁骨货架期及风味物质分析[J]. 食品工业科技,2023,44(4):352−360. doi: 10.13386/j.issn1002-0306.2022050004.
YAO Wensheng, GOU Zihui, LIU Dengyong, et al. Analysis of Shelf Life and Flavor Substances of Duck Clavicle with HS-GC-IMS Technology[J]. Science and Technology of Food Industry, 2023, 44(4): 352−360. (in Chinese with English abstract). doi: 10.13386/j.issn1002-0306.2022050004.
Citation: YAO Wensheng, GOU Zihui, LIU Dengyong, et al. Analysis of Shelf Life and Flavor Substances of Duck Clavicle with HS-GC-IMS Technology[J]. Science and Technology of Food Industry, 2023, 44(4): 352−360. (in Chinese with English abstract). doi: 10.13386/j.issn1002-0306.2022050004.

HS-GC-IMS技术判定鸭锁骨货架期及风味物质分析

基金项目: 辽宁省“兴辽英才计划”项目(XLYC1807100);辽宁省食品科学与工程一流学科专项资金项目(LNSPXKBD2020306)。
详细信息
    作者简介:

    姚文生(1967−),女,博士,教授,研究方向:食品风味物质分析检测,E-mail:Lydia-china@163.com

    通讯作者:

    刘登勇(1979−),男,博士,教授,研究方向:肉品加工与质量安全控制、食品风味与感知科学,E-mail:jz_dyliu@126.com

  • 中图分类号: TS251.6

Analysis of Shelf Life and Flavor Substances of Duck Clavicle with HS-GC-IMS Technology

  • 摘要: 休闲食品鸭锁骨深受消费者喜爱,然而有关其货架期技术参数却比较缺乏。本文在室温贮藏条件下研究了其pH、TVB-N、水分含量和菌落总数的变化规律;在此基础上采用顶空-气相色谱-离子迁移谱(HS-GC-IMS)结合主成分分析(PCA)对鸭锁骨贮藏过程中的挥发性物质进行了研究并建立了货架期前后风味指纹图谱。结果表明:随着贮藏时间的延长鸭锁骨pH呈现下降趋势,菌落总数、TVB-N和水分呈现出上升趋势。第6 d的TVB-N含量为21.1±1.21 mg/100 g,菌落总数第6 d为5.82±0.08 lg CFU/g,都超过最高安全限量值,判定其货架期为不超过6 d。GC-IMS技术鉴定出52种挥发性风味物质,包括12种醛、13种醇、7种酮、8种酯、6种酸、2种吡嗪类物质、2种呋喃类物质、1种胺类物质和1种碳氢化合物。在贮藏初期(0、2 d)关键风味物质有丙醛、2-甲基丁酸、乙酸丙酯、丁酸乙酯、庚醛等。在产品超过货架期(6 d)后,2,3-丁二酮、3-羟基-2-丁酮二聚体、N-亚硝基甲基乙基胺、2,3-戊二酮、丁酸、丙酸等成为主要特征挥发性物质,这些挥发性物质可以作为判定鸭锁骨超过货架期标记物,基于GC-IMS技术建立的鸭锁骨货架期指纹图谱可以为生产公司提供新的技术参数。
    Abstract: Duck clavicle is very popular among consumers as snack food, however, the technical parameters about its shelf life are insufficient. In this paper, the changes of pH, TVB-N, water content and total bacterial count were studied under room temperature storage. On this basis, the volatile flavor compounds of duck clavicle were detected using headspacegas chromatography-ion mobility spectroscopy (HS-GC-IMS) combined with principal component analysis (PCA), and the flavor fingerprints around shelf life were established. The results showed that the pH appeared downtrend, and the total number of colonies, TVB-N, water were on the increasing following the growth of storage time. On the 6th day, the content of TVB-N was 21.1±1.21 mg/100 g and the total number of colonies on the 6th day was 5.82±0.08 lg CFU/g. Both of them exceeded the maximum safety limit value, so its shelf life was determined to be no more than 6 days. A total of 52 flavor substances were identified by GC-IMS technology, including 12 aldehydes, 13 alcohols, 7 ketones, 8 esters, 6 acids, 2 pyrazines, 2 furans, 1 amine and 1 hydrocarbon. Propanal, 2-methylbutyric acid, propyl acetate, ethyl butyrate and heptanal were determined as the key flavor compounds of samples at the initial stage of storage (0, 2 d). After the samples exceeded the shelf life (6 d), 2,3-butanedione, 3-hydroxy-2-butanonedimer, 2,3-pentanedione, N-nitromethylethylamine, butyric acid,propionic acid were the main flavor compounds. These volatile substances could be used as characteristic markers substances to determine the shelf-life of duck clavicle product. The shelf-life fingerprint based on GC-IMS technology would provide new technical parameters for production companies.
  • 酱卤肉制品因其独特的风味、营养价值而深受年轻消费者喜爱,但其货架期短,容易变质。超过货架期的肉制品不仅微生物超标,物理化学性质发生变化,同时其风味感官特性也有所改变。因此,酱卤肉制品的货架期的预测不仅是注重健康的消费者关注的热点问题,同时也是生产公司将其推向市场面临的一个挑战。

    目前常用的肉类新鲜度的检测方法有挥发性盐基氮(TVB-N)[1]、菌落总数[2]、近红外光谱法[3]、电子鼻[4]和电化学传感器[5]等。由于这些方法需要复杂的样品前处理过程,使得操作变得较为繁琐。顶空-气相色谱-离子迁移谱(HS-GC-IMS)[6-8]是一种新兴的技术,可用于测定食品中关键香气成分的含量[9-10],分析肉制品风味化合物变化进而判断肉制品的货架期。与传统的方法相比,HS-GC-IMS具有响应速度快,灵敏度高,操作简单等优点[11];已广泛应用于医疗检测领域[12]、环境监测领域[13]、食品领域,如食品新鲜度评价、食品风味鉴别和食品掺假鉴别等方面[14-15]。Cavanna等[16]使用SPME-GC-IMS选择并鉴定了不同批次鸡蛋的挥发性物质,成功地对新鲜鸡蛋样品和非新鲜鸡蛋样品进行了区分。这些结果表明,GC-IMS可用于建立不同货架期的食品风味指纹图谱,PCA是一种多元统计分析方法,可以结合HS-GC-IMS对肉制品中挥发性风味物质进行检测。

    本研究以鸭锁骨为实验研究对象,首先通过pH、菌落总数等理化与微生物指标确定其货架期;在此基础上,通过GC-IMS技术鉴定其贮藏过程中挥发性风味成分变化规律,建立货架期指纹图谱,为生产公司提供货架期检测新的技术参数。

    酱卤鸭锁骨 辽宁闻天香食品有限公司,室温下储存0、2、4、6、8 d,分别取三个平行样进行实验;氯化钠 分析纯,天津市大茂化学试剂厂;氯化钾 分析纯,辽宁泉瑞试剂有限公司;盐酸 分析纯,锦州古城化学试剂有限公司;硼酸 分析纯,天津永晟精细化工有限公司;氧化镁 分析纯,天津市风船化学试剂科技有限公司;2-丁酮、2-戊酮、2-己酮、2-庚酮、2-辛酮、2-壬酮 分析纯,国药公司;PCA培养基 青岛科技工业园海博生物技术有限公司。

    FE20 pH计、ME104电子天平 瑞士Mettler Toledo公司;LRH-150L生化培养箱 上海一恒科学仪器有限公司;K9840凯氏定氮 山东海能科学仪器有限公司;Flavour Spec®气相离子迁移谱联用仪 G.A.S.Gesellschaft für analytische Sensorsysteme mbH公司;T25均质机 德国IKA集团;THZ-100B恒温培养摇床、DHG-9240A电热恒温干燥箱 上海一恒科学仪器有限公司;LDZM-69L-II立式高压灭菌锅 上海申安医疗器械厂;SW-CJ-2FD超净工作台 苏净集团苏州安泰空气技术有限公司。

    pH的测定:按照GB 5009.237-2016《食品pH值的测定》的方法进行测定。

    挥发性盐基氮(TVB-N)的测定:依据GB 5009.228-2016《食品中挥发性盐基氮的测定》中的半自动凯氏定氮法。

    水分含量的测定:按照GB 5009.3-2016《食品中水分的测定》中的直接干燥法并稍作修改,取样质量为1.000 g左右,设置烘箱温度为105 ℃烘至恒重。

    菌落总数的测定:依据GB 4789.2-2016《食品微生物学检验:菌落总数测定》并稍作修改,取样10.000 g于灭菌的90 mL生理盐水中,摇床振摇1 h。其余与国家标准一致。

    取储藏0、2、4、6、8 d的鸭锁骨可食用部位于绞肉机中搅碎,称取2.0 g样品于20 mL顶空瓶中,每个样品三个平行。

    2.0 g样品直接加入20 mL顶空瓶中,孵育温度为60 ℃,孵育时间20 min,色谱分离采用FS-SE-54-CB-1毛细管柱(15 m×0.53 mm,1 μm膜厚),保持在60 ℃。氮气作为载气,从2 mL/min开始,持续2 min,然后在8 min增加到20 mL/min,在10 min增加到130 mL/min。

    使用仪器配套的分析软件LAV(Laboratory Analytical Viewer,LAV)和GC-IMS Library Search软件内置的2014 NIST数据库对特征风味物质进行定性分析。运用LAV中Reporter和Gallery插件程序构建挥发性有机物的差异图谱和指纹图谱。采用Origin 2019b软件进行主成分分析(principal component analysis,PCA),并生成PCA图。

    为了评估鸭锁骨产品货架期,对常温下不同储藏时间的产品进行了理化指标的测定。主要有pH、TVB-N、菌落总数和水分含量,结果见图1

    图  1  室温储存过程中鸭锁骨理化指标的变化
    注:A为pH的变化;B为TVB-N;C为水分含量;D为菌落总数;小写字母不同表示各组间差异显著(P<0.05)。
    Figure  1.  Changes of physical and chemical indexes of duck clavicle during room temperature storage

    pH对于微生物的生长有重要影响,所以在肉制品新鲜度的检测中pH是一项重要指标[17]。如图1A所示,随着储藏时间的增加,pH呈现出下降的趋势,这可能是因为在储藏的过程中乳酸菌的生长导致的[18]。第6 d以后,pH出现了上升趋势,推断微生物分解蛋白质产生胺类物质导致pH上升[19]

    TVB-N是判定肉质腐败的另一个重要依据,指肉制品中的蛋白质在内源酶或者微生物的作用下分解成氨、挥发性胺等碱性含氮物质,可用来衡量肉制品中蛋白质的降解程度[20],判断肉制品的新鲜度。根据国标GB 2707-2016《鲜(冻)畜、禽产品》和前人的研究成果[21-23],肉及肉制品中TVB-N的标准:一级鲜肉≤15 mg/100 g;二级鲜肉≤20 mg/100 g。从图1B中可以看出第6 d的含量为21.1±1.21 mg/100 g,已经不再新鲜不可食用。

    水分含量与肉质的新鲜度也存在一定的关系,当水分含量高时,容易滋生微生物,造成微生物的繁殖进而影响变质程度[24]。从图1C中也可以看出随着储存天数的增加,水分含量也呈现出上升的趋势。

    随着储藏时间的增加,细菌滋生繁殖从而加速了肉的变质,因此菌落总数可以作为评判肉制品微生物污染状态的一个重要依据[25]。根据GB 2726-2016《食品安全国家标准 熟肉制品》中的规定,熟肉制品可接受水平的菌落总数限量值为1×104 CFU/g,而最高安全限量值为1×105 CFU/g[26],即lg CFU/g 为5。从图1D中可以看出第6 d为5.82±0.08 lg CFU/g,已经超过国标规定。综合四个理化指标判定鸭锁骨的货架期为不超过6 d。

    运用GC-IMS技术对不同储藏时间鸭锁骨样本进行挥发性成分差异,图2为二维差异图。

    图  2  不同储藏时间鸭锁骨中风味物质GC-IMS 2D差异图
    注:0、2、4、6、8表示不同储存天数的样品编号;图3同。
    Figure  2.  GC-IMS 2D difference of flavor substances in clavicle of ducks with different storage time

    采用HS-GC-IMS方法对不同贮藏时间鸭锁骨样品挥发性有机物进行分析,得到货架期前后样品中风味物质及其变化规律。为了更加明显比较不同样品的差异,选取其中第0 d样品的谱图作为参比,其他样品的谱图扣减参比,得到GC-IMS分析得出的风味物质差异图2。结果显示,不同储藏天数的鸭锁骨中风味物质的种类存在明显差异,随着储藏天数增加,风味物质也逐渐增多。

    为了更清晰地突出不同储藏时间风味物质差异性,运用LAV分析软件分析,得到不同储藏天数下鸭锁骨三维谱图,见图3。纵坐标为气相色谱保留时间,横坐标为离子迁移谱迁移时间。垂直线表示反应离子峰(reaction ion peak,RIP),红色点代表反应离子峰。RIP峰两侧的每个点代表一种风味物质。白色表示浓度低,红色表示浓度高,颜色越深,浓度越高。可以清楚地看出不同贮藏阶段挥发性化合物的差异。与第0 d样品相比,随着贮藏时间的增加,产品中的风味物质明显增加。总体而言,风味物质总量和含量明显随着贮藏时间的增加而增加。这可能是由于在贮藏过程中,尤其是货架期前后食品腐败变质会释放出一些挥发性风味物质。

    图  3  不同储藏时间鸭锁骨风味物质GC-IMS 3D图
    Figure  3.  GC-IMS 3D image of duck clavicle flavor substances at different storage times

    利用GC-IMS library Search 1.0.3软件中的2014NIST数据库和IMS数据库对挥发性组分进行定性分析,如图4。横坐标代表迁移时间,纵坐标表示保留时间,用数字标记出的每一个点代表定性出的一种物质。可以明确定性的挥发性物质有52种单体以及部分物质的二聚体,结果如表1图4中编号与表1中物质一一对应。

    图  4  挥发性组分的定性结果
    Figure  4.  Qualitative results of volatile components
    表  1  室温条件下不同储藏时间鸭锁骨特征风味物质定性分析
    Table  1.  Qualitative analysis of characteristic flavor substances of clavicle of duck under different storage time at room temperature
    序号中文名称CAS化学式MWRIRT(s)DT(ms)定性依据
    1丙醛C123386C3H6O58.1500.895.8971.0462RI,DT
    2丙烯醛C107028C3H4O56.1469.987.9591.0606RI,DT
    3乙醇C64175C2H6O46.1446.682.5671.0424RI,DT,STD
    4丙醇C71238C3H8O60.1559113.5921.1167RI,DT
    52,3-丁二酮C431038C4H6O286.1607.1131.4211.1721RI,DT
    6丙酮醇C116096C3H6O274.1631.7141.8381.2293RI,DT
    7异丁醛C78842C4H8O72.1584122.4391.2838RI,DT
    8甲乙酮C78933C4H8O72.1607.2131.4251.2495RI,DT
    9丙酸*C79094C3H6O274.1659.9155.0391.2678RI,DT
    10异丁醇C78831C4H10O74.1640.5145.8261.1704RI,DT
    11异戊醛C590863C5H10O86.1671.4160.8531.1621RI,DT
    12异戊醛*C590863C5H10O86.1671160.6571.4077RI,DT
    13戊醛*C110623C5H10O86.1699.6176.211.4244RI,DT
    14乙酸丙酯*C109604C5H10O2102.1714184.6461.4773RI,DT
    15乙酸丙酯C109604C5H10O2102.1714.4184.911.1638RI,DT
    16丙酸C79094C3H6O274.1660.2155.1981.1129RI,DT
    17乙酸乙酯C141786C4H8O288.1633142.421.0948RI,DT
    18乙酸乙酯*C141786C4H8O288.1633.5142.6311.3354RI,DT
    19乙酸C64197C2H4O260.1614134.2361.0568RI,DT
    20正丁醇C71363C4H10O74.1659.3154.7491.18RI,DT
    21戊醛C110623C5H10O86.1700.2176.5481.1829RI,DT
    22正戊醇C71410C5H12O88.1771.1223.2171.2521RI,DT
    23正戊醇*C71410C5H12O88.1771.1223.2171.5087RI,DT
    243-甲基-2-丁醇C598754C5H12O88.1699.9176.391.2359RI,DT
    253-羟基-2-丁酮*C513860C4H8O288.1720.3188.5271.3308RI,DT
    263-羟基-2-丁酮C513860C4H8O288.1720.3188.5571.0582RI,DT
    272-甲基丁醇C137326C5H12O88.1738.4200.1681.4754RI,DT
    28丁酸乙酯C105544C6H12O2116.2795.5242.3851.5618RI,DT
    292-己醇C626937C6H14O102.2801246.9441.2802RI,DT
    302-甲基丁酸C116530C5H10O2102.1817.2260.951.4729RI,DT
    31庚醛C111717C7H14O114.2896.9343.7421.3397RI,DT,STD
    32庚醛*C111717C7H14O114.2897.2344.1191.6929RI,DT
    334-甲基-2-戊酮C108101C6H12O100.2739.3200.7611.1759RI,DT
    342-庚酮C110430C7H14O114.2887.7332.8431.2587RI,DT
    35顺-3-己烯-1-醇C928961C6H12O100.2840.9283.031.2295RI,DT
    36N-亚硝基甲基乙基胺C10595956C3H8N2O88.1827.3270.0971.1106RI,DT
    37丁醛C123728C4H8O72.1618.8136.2431.2851RI,DT
    383-甲基-3-丁烯-1-醇C763326C5H10O86.1737.4199.4881.4991RI,DT
    39丁酸C107926C4H8O288.1809.7254.3851.3828RI,DT
    402-甲基吡嗪C109080C5H6N294.1837.1279.341.0736RI,DT
    412-甲基吡嗪*C109080C5H6N294.1837.1279.341.3944RI,DT
    42苯甲醛C100527C7H6O106.1959.6428.7441.1504RI,DT
    43苯甲醛*C100527C7H6O106.1959.7428.8731.4719RI,DT
    44正己酸C142621C6H12O2116.21029.7550.6261.3013RI,DT
    45乙酸己酯C142927C8H16O2144.21004.5503.2121.4137RI,DT
    46芳樟醇C78706C10H18O154.31098.9706.9911.2145RI,DT
    472-戊基呋喃C3777693C9H14O138.2992.8482.5731.251RI,DT,STD
    48柠檬烯C138863C10H16136.21028.8548.8811.2179RI,DT,STD
    49乙酸异戊酯C123922C7H14O2130.2873.7316.9991.3048RI,DT
    502,3-戊二酮C600146C5H8O2100.1720.4188.5651.2222RI,DT
    512-乙酰基呋喃C1192627C6H6O2110.1916.9368.6991.1158RI,DT
    522-甲基丁酸乙酯C7452791C7H14O2130.2816.1259.9721.2433RI,DT
    注:RT表示在毛细管气相色谱柱中的保留时间;RI表示以正酮C4~C9为外标在FS-SE-54-CB-1柱上计算的保留指数;DT表示漂移管中的漂移时间;STD,通过分析标准化学品进一步确认;IMS漂移管中形成的二聚体用符号“*”表示。
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    图4表1的定性分析可以发现,识别出的物质主要包括12种醛、13种醇、7种酮、8种酯、6种酸、2种吡嗪、2种呋喃、1种胺和1种碳氢化合物共52种化合物(表1)。醛类物质有丙醛、异丁醛、异戊醛、庚醛、戊醛、丁醛和苯甲醛等。醛类物质具有较低的香气阈值,这些物质是影响鸭锁骨风味的主要因素[27]。庚醛可能由油酸氧化所得,与鸭锁骨中令人愉快的肉香味有关[28];异戊醛有酸败变质的气味[29]。醇类物质有乙醇、丙醇、异丁醇、正丁醇、正戊醇等,醇类物质大多数是由不饱和脂肪降解产生的,还有一部分可能是通过醛类物质还原得到[30]。酮类物质有2,3-丁二酮、3-羟基-2-丁酮、4-甲基-2-戊酮和2-庚酮等。奶香味的3-羟基-2-丁酮是美拉德反应的羰基化合物,可能来自于油酸氧化或者葡萄糖分解代谢[31]。酯类物质有乙酸乙酯、乙酸丙酯、丁酸乙酯和乙酸异戊酯等。酯是由肌肉组织中脂肪氧化产生的醇和游离脂肪酸的相互作用形成的[32]。吡嗪是肉制品中最重要的香味呈味物质,具有肉香味和烤香味[33],来自于还原糖和氨基酸之间的美拉德反应。

    对室温条件下不同储藏时间鸭锁骨特征风味物质进行了定量分析,结果如表2所示。在贮藏初期(0、2 d),2-甲基丁酸、庚醛、丁酸乙酯等物质含量明显高于后期;在超出货架期(6 d)时,可以看到2,3-丁二酮、丙酸、N-亚硝基甲基乙基胺等物质含量在6 d时显著(P<0.05)增加,说明鸭锁骨的变质导致了这些物质的含量增加。

    表  2  室温条件下不同储藏时间鸭锁骨特征风味物质定量分析
    Table  2.  Characteristic flavor material quantitative analysis of duck clavicle under the condition of different storage time at room temperature
    名称峰高数值
    0 d2 d4 d6 d8 d
    丙醛2362.67±13.05a226.67±16.77e528.67±49.86c724.67±35.50b294.00±15.10d
    丙烯醛648.67±358.36b794.33±466.91ab1769.00±590.40a1523.33±376.45ab1635.67±694.28ab
    乙醇193.67±87.31a8.33±1.15b6.00±4.58b19.67±3.21b11.67±4.73b
    丙醇4160.67±9.87c4404.67±6.03a4446.33±7.57a4173.33±114.61bc4272.33±57.14b
    2,3-丁二酮588.33±42.1d685.00±25.51c1190.67±54.65b1984.67±32.87a2051.33±55.64a
    丙酮醇141.67±6.51d137.67±11.37d356.33±25.17c838.33±4.51b896.67±16.50a
    异丁醛715.00±21.66b881.33±38.21a369.33±48.95c13.00±2.00d11.67±2.52d
    甲乙酮2965.67±168.17b3346.33±12.66a3458.00±35.59a3021.33±30.83b3014.67±57.62b
    丙酸*265.67±38.11d424.33±24.66c674.33±36.50b815.00±30.61a452.00±119.75c
    异丁醇95.33±18.88c131.33±7.37bc237.33±8.50a161.00±52.94b219.67±15.89a
    异戊醛488.00±7.00b613.00±11.00a596.00±7.55a191.67±46.06c100.33±26.76d
    异戊醛*1718.67±17.04c2397.00±10.54a2286.33±48.95b700.00±62.79d154.67±78.95e
    戊醛*1429.00±32.05b1677.33±33.72a405.00±59.57c110.00±67.02e245.00±42.53d
    乙酸丙酯*1473.33±17.01b1847.33±53.78a984.67±96.17c1489.67±161.13b271.33±48.69d
    乙酸丙酯701.67±8.08a573.67±0.58b34.67±4.16d165.00±108.45c14.33±2.31d
    丙酸75.67±15.53d85.33±4.04d281.67±19.40c1109.33±15.18b1351.67±48.01a
    乙酸乙酯561.67±31.66b636.00±11.27a548.00±15.13b201.33±34.95c242.33±6.81c
    乙酸乙酯*995.00±161.61b1817.67±432.77a1949.67±395.93a940.33±188.80b1645.00±194.56a
    乙酸327.00±47.84b401.67±29.28a359.67±14.74ab268.67±15.57c191.33±24.95d
    正丁醇631.33±30.66b740.00±25.16a642.67±36.67b195.33±30.66c136.33±8.50d
    戊醛863.33±9.29a750.67±15.50b621.33±32.33c107.00±7.55d62.33±38.68e
    正戊醇252.33±3.21a236.67±8.08a91.00±2.00c204.00±19.97b57.33±4.62d
    正戊醇*23.67±0.58b28.67±2.08b23.33±3.51b113.33±28.43a22.33±7.51b
    3-甲基-2-丁醇98.67±2.52c105.33±1.15c184.67±18.58c545.67±147.30b958.00±30.81a
    3-羟基-2-丁酮*151.00±4.36d677.33±43.04c2579.67±37.69a1998.00±457.19b2628.67±17.24a
    3-羟基-2-丁酮348.67±9.07cd659.00±3.61a471.33±24.01bc535.00±161.71ab296.33±7.37d
    2-甲基丁醇213.67±69.34b563.33±294.28a600.67±280.23a797.67±46.97a622.67±87.96a
    丁酸乙酯2315.33±31.39a2372.33±15.70a838.33±119.44b98.67±17.79c18.67±1.15c
    2-己醇687.33±29.57b880.67±5.69a672.00±16.52b303.33±14.84c173.00±13.00d
    2-甲基丁酸669.67±14.74a104.33±10.12c160.67±25.72b154.00±20.30b87.00±2.65c
    庚醛724.33±2.08a734.33±12.10a294.67±30.50b46.67±1.53c16.00±2.65d
    庚醛*298.00±7.94a283.33±13.65a40.33±8.39b10.33±1.15c11.33±2.08c
    4-甲基-2-戊酮323.00±42.14a318.00±79.77a56.33±22.55b14.67±4.04b25.00±4.00b
    2-庚酮193.33±10.41d331.00±3.61b374.33±10.60a240.33±7.02c170.00±5.29e
    顺-3-己烯-1-醇48.33±7.09b74.33±22.28b58.00±23.30b159.67±26.95a74.67±11.50b
    N-亚硝基甲基乙基胺52.67±4.51d71.00±2.65cd110.00±16.46c348.67±46.09a301.00±1.00b
    丁醛1269.00±71.25b1805.67±150.98a1899.33±143.63a1359.00±123.96b1726.33±63.32a
    3-甲基-3-丁烯-1-醇19.00±4.36c65.67±64.45bc106.00±70.87bc393.33±35.13a126.00±21.00b
    丁酸125.00±3.46c129.00±2.65c234.33±14.57b219.00±6.08b485.67±33.47a
    2-甲基吡嗪171.67±8.08a96.67±16.80b126.33±27.75b38.33±20.26c182.00±11.53a
    2-甲基吡嗪*16.00±1.00cd24.00±6.24c13.67±3.51d45.00±4.36b125.33±7.37a
    苯甲醛978.00±17.35b1047.33±2.31a978.33±20.31b305.67±28.68c324.67±54.45c
    苯甲醛*554.33±39.27b641.33±23.09a592.00±36.72ab42.67±7.51c66.00±21.38c
    正己酸723.00±23.52a667.67±8.39b740.33±5.03a718.33±3.51a623.00±10.54c
    乙酸己酯269.00±8.72b319.67±10.79a126.67±15.18c28.00±4.00d15.67±0.58d
    芳樟醇1256.67±19.14d1289.67±6.43c1306.67±5.51bc1381.33±15.04a1334.00±31.19b
    2-戊基呋喃170.33±4.51c202.67±5.69b338.33±22.12a196.67±0.58b214.00±5.57b
    柠檬烯203.67±5.51d248.67±5.69c265.00±5.29b251.67±4.04c303.33±8.96a
    乙酸异戊酯103.00±2.65d135.67±0.58b127.00±6.56c194.00±7.00a96.00±1.00d
    2,3-戊二酮48.33±8.62e138.33±3.51d528.67±21.03b477.67±54.08c621.33±2.52a
    2-乙酰基呋喃46.00±5.57d262.33±7.77a185.00±1.73b88.33±7.51c53.00±1.00d
    2-甲基丁酸乙酯50.00±3.61bc98.00±46.13ab61.33±29.26bc120.67±19.14a31.00±0.00c
    注:“*”表示二聚体物质;同一行不同字母代表室温贮藏过程中鸭锁骨挥发性风味物质差异显著(P<0.05);相同字母代表差异不显著(P>0.05)。
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    为了更加全面对比不同储藏时间挥发性化合物组分差异性,运用LAV软件中Galleryplot插件对数据进行分析。得到鸭锁骨指纹图谱图5

    图  5  室温条件下不同储藏时间鸭锁骨挥发性物质的指纹图谱
    注:G0、G2、G4、G6、G8表示不同储存天数的样品编号;1、2、3表示平行样品。
    Figure  5.  Fingerprints of volatile substances in clavicle of ducks at different storage times at room temperature

    图5显示了不同储藏天数鸭锁骨的指纹图谱,每个实验重复三次。可以看出鸭锁骨在相同储藏时间的挥发性物质浓度差异小,组内相似度高,而不同储藏时间的挥发性物质浓度差异大,组间相似度低。其挥发性风味物质主要以醇、醛、酮、酯类化合物为主。该产品未添加防腐剂且在室温下储存,储存初期(红色框内)挥发性物质主要是异丁醛、戊醛*、庚醛、丁酸乙酯、乙酸己酯、乙酸丙酯、庚醛*、4-甲基-2-戊酮、乙醇、2-甲基丁酸、丙醛等物质,且随着储藏时间的增加含量逐渐减少;储藏后期(粉色框内)正戊醇、乙酸异戊酯和异丁醇等风味物只有第6 d出现,(绿色框内)挥发性组分以酮、酸类化合物为主,如2,3-丁二酮、N-亚硝基甲基乙基胺、2,3-戊二酮、丁酸、丙酸等物质,这些物质的生成可能是因为氧化变质以及蛋白质分解。肉制品在加工储存的过程中,氧化是导致变质的一个重要原因[34]。随着储藏时间的增多,这些物质的生成可以表示腐败变质,可以作评估货架期风味变化的特征标记物质。丙酸、N-亚硝基甲基乙基胺、顺-3-己烯-1-醇、丙酮醇、异丁醇第6 d开始出现,根据理化指标结果判定这些物质的出现与变质有关。丁酸、2-甲基吡嗪、2,3-戊二酮前6 d含量较低,第8 d含量增多。GC-IMS技术得到的不同储藏时间风味指纹图谱,对评价鸭锁骨的新鲜度有参考意义。

    为了更加直观地分析不同储藏时间的鸭锁骨风味物质的变化,进行了PCA主成分分析,结果见图6。由图6A可以看出,主成分1和主成分2的贡献率之和达到了77.2%,室温储藏条件下,货架期0、2、4、6、8 d的鸭锁骨样品组内分别相对集中于一定的范围,各组之间具有明显的间距,能够很好的区分不同的储藏时间的样品,结果表明储藏时间相同的样品重复性较好,储藏时间不同的鸭锁骨特征风味物质特异性较明显。图6A图6B结合可以看出0 d主要集中在第一象限,2和4 d集中在第四象限,6 d集中在第二象限,8 d集中在第三象限,超出货架期后主要风味物质有乙酸异戊酯、异丁醇、丙酮醇、N-亚硝基甲基乙基胺、2-甲基吡嗪*等,与前述指纹图谱所得结论一致。

    图  6  不同储藏时间鸭锁骨PCA分析(A)和不同方差的载荷图(B)
    注:图6 A中0、2、4、6、8表示不同储存天数的样品编号;1、2、3表示平行样品。
    Figure  6.  PCA analysis (A) and loading maps with different variances (B) of duck clavicle at different storage time

    本文以酱卤鸭锁骨为研究对象,实验探究了室温条件下不同贮藏时间其pH、TVB-N、菌落总数和水分含量等指标的变化规律。贮藏时间达到第6 d时,结果显示TVB-N含量和菌落总数都超过国家标准最高安全限量值,因此可以判定鸭锁骨产品货架期为不超过6 d。在此基础上,采用HS-GC-IMS技术结合PCA分析方法对鸭锁骨贮藏过程中的挥发性化合物进行了分析鉴定。GC-IMS技术共鉴定出52种挥发性风味物质,主要有醇类、醛类、酮类与酯类等物质。指纹图谱与PCA结果显示2,3-丁二酮、3-羟基-2-丁酮*、N-亚硝基甲基乙基胺、2,3-戊二酮、丁酸、丙酸是鸭锁骨超过货架期后的主要特征挥发性风味物质,这些物质可以作为判定鸭锁骨超过货架期标记性物质。与传统方法相比,GC-IMS技术具有检测限低、常压操作、无需样品预处理和分析时间更短等很多优势,基于该技术建立的鸭锁骨货架期指纹图谱可以为生产公司提供新的技术参数。后续可以结合同位素标记等手段针对其货架期前后风味物质形成机制进行探索研究。

  • 图  1   室温储存过程中鸭锁骨理化指标的变化

    注:A为pH的变化;B为TVB-N;C为水分含量;D为菌落总数;小写字母不同表示各组间差异显著(P<0.05)。

    Figure  1.   Changes of physical and chemical indexes of duck clavicle during room temperature storage

    图  2   不同储藏时间鸭锁骨中风味物质GC-IMS 2D差异图

    注:0、2、4、6、8表示不同储存天数的样品编号;图3同。

    Figure  2.   GC-IMS 2D difference of flavor substances in clavicle of ducks with different storage time

    图  3   不同储藏时间鸭锁骨风味物质GC-IMS 3D图

    Figure  3.   GC-IMS 3D image of duck clavicle flavor substances at different storage times

    图  4   挥发性组分的定性结果

    Figure  4.   Qualitative results of volatile components

    图  5   室温条件下不同储藏时间鸭锁骨挥发性物质的指纹图谱

    注:G0、G2、G4、G6、G8表示不同储存天数的样品编号;1、2、3表示平行样品。

    Figure  5.   Fingerprints of volatile substances in clavicle of ducks at different storage times at room temperature

    图  6   不同储藏时间鸭锁骨PCA分析(A)和不同方差的载荷图(B)

    注:图6 A中0、2、4、6、8表示不同储存天数的样品编号;1、2、3表示平行样品。

    Figure  6.   PCA analysis (A) and loading maps with different variances (B) of duck clavicle at different storage time

    表  1   室温条件下不同储藏时间鸭锁骨特征风味物质定性分析

    Table  1   Qualitative analysis of characteristic flavor substances of clavicle of duck under different storage time at room temperature

    序号中文名称CAS化学式MWRIRT(s)DT(ms)定性依据
    1丙醛C123386C3H6O58.1500.895.8971.0462RI,DT
    2丙烯醛C107028C3H4O56.1469.987.9591.0606RI,DT
    3乙醇C64175C2H6O46.1446.682.5671.0424RI,DT,STD
    4丙醇C71238C3H8O60.1559113.5921.1167RI,DT
    52,3-丁二酮C431038C4H6O286.1607.1131.4211.1721RI,DT
    6丙酮醇C116096C3H6O274.1631.7141.8381.2293RI,DT
    7异丁醛C78842C4H8O72.1584122.4391.2838RI,DT
    8甲乙酮C78933C4H8O72.1607.2131.4251.2495RI,DT
    9丙酸*C79094C3H6O274.1659.9155.0391.2678RI,DT
    10异丁醇C78831C4H10O74.1640.5145.8261.1704RI,DT
    11异戊醛C590863C5H10O86.1671.4160.8531.1621RI,DT
    12异戊醛*C590863C5H10O86.1671160.6571.4077RI,DT
    13戊醛*C110623C5H10O86.1699.6176.211.4244RI,DT
    14乙酸丙酯*C109604C5H10O2102.1714184.6461.4773RI,DT
    15乙酸丙酯C109604C5H10O2102.1714.4184.911.1638RI,DT
    16丙酸C79094C3H6O274.1660.2155.1981.1129RI,DT
    17乙酸乙酯C141786C4H8O288.1633142.421.0948RI,DT
    18乙酸乙酯*C141786C4H8O288.1633.5142.6311.3354RI,DT
    19乙酸C64197C2H4O260.1614134.2361.0568RI,DT
    20正丁醇C71363C4H10O74.1659.3154.7491.18RI,DT
    21戊醛C110623C5H10O86.1700.2176.5481.1829RI,DT
    22正戊醇C71410C5H12O88.1771.1223.2171.2521RI,DT
    23正戊醇*C71410C5H12O88.1771.1223.2171.5087RI,DT
    243-甲基-2-丁醇C598754C5H12O88.1699.9176.391.2359RI,DT
    253-羟基-2-丁酮*C513860C4H8O288.1720.3188.5271.3308RI,DT
    263-羟基-2-丁酮C513860C4H8O288.1720.3188.5571.0582RI,DT
    272-甲基丁醇C137326C5H12O88.1738.4200.1681.4754RI,DT
    28丁酸乙酯C105544C6H12O2116.2795.5242.3851.5618RI,DT
    292-己醇C626937C6H14O102.2801246.9441.2802RI,DT
    302-甲基丁酸C116530C5H10O2102.1817.2260.951.4729RI,DT
    31庚醛C111717C7H14O114.2896.9343.7421.3397RI,DT,STD
    32庚醛*C111717C7H14O114.2897.2344.1191.6929RI,DT
    334-甲基-2-戊酮C108101C6H12O100.2739.3200.7611.1759RI,DT
    342-庚酮C110430C7H14O114.2887.7332.8431.2587RI,DT
    35顺-3-己烯-1-醇C928961C6H12O100.2840.9283.031.2295RI,DT
    36N-亚硝基甲基乙基胺C10595956C3H8N2O88.1827.3270.0971.1106RI,DT
    37丁醛C123728C4H8O72.1618.8136.2431.2851RI,DT
    383-甲基-3-丁烯-1-醇C763326C5H10O86.1737.4199.4881.4991RI,DT
    39丁酸C107926C4H8O288.1809.7254.3851.3828RI,DT
    402-甲基吡嗪C109080C5H6N294.1837.1279.341.0736RI,DT
    412-甲基吡嗪*C109080C5H6N294.1837.1279.341.3944RI,DT
    42苯甲醛C100527C7H6O106.1959.6428.7441.1504RI,DT
    43苯甲醛*C100527C7H6O106.1959.7428.8731.4719RI,DT
    44正己酸C142621C6H12O2116.21029.7550.6261.3013RI,DT
    45乙酸己酯C142927C8H16O2144.21004.5503.2121.4137RI,DT
    46芳樟醇C78706C10H18O154.31098.9706.9911.2145RI,DT
    472-戊基呋喃C3777693C9H14O138.2992.8482.5731.251RI,DT,STD
    48柠檬烯C138863C10H16136.21028.8548.8811.2179RI,DT,STD
    49乙酸异戊酯C123922C7H14O2130.2873.7316.9991.3048RI,DT
    502,3-戊二酮C600146C5H8O2100.1720.4188.5651.2222RI,DT
    512-乙酰基呋喃C1192627C6H6O2110.1916.9368.6991.1158RI,DT
    522-甲基丁酸乙酯C7452791C7H14O2130.2816.1259.9721.2433RI,DT
    注:RT表示在毛细管气相色谱柱中的保留时间;RI表示以正酮C4~C9为外标在FS-SE-54-CB-1柱上计算的保留指数;DT表示漂移管中的漂移时间;STD,通过分析标准化学品进一步确认;IMS漂移管中形成的二聚体用符号“*”表示。
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    表  2   室温条件下不同储藏时间鸭锁骨特征风味物质定量分析

    Table  2   Characteristic flavor material quantitative analysis of duck clavicle under the condition of different storage time at room temperature

    名称峰高数值
    0 d2 d4 d6 d8 d
    丙醛2362.67±13.05a226.67±16.77e528.67±49.86c724.67±35.50b294.00±15.10d
    丙烯醛648.67±358.36b794.33±466.91ab1769.00±590.40a1523.33±376.45ab1635.67±694.28ab
    乙醇193.67±87.31a8.33±1.15b6.00±4.58b19.67±3.21b11.67±4.73b
    丙醇4160.67±9.87c4404.67±6.03a4446.33±7.57a4173.33±114.61bc4272.33±57.14b
    2,3-丁二酮588.33±42.1d685.00±25.51c1190.67±54.65b1984.67±32.87a2051.33±55.64a
    丙酮醇141.67±6.51d137.67±11.37d356.33±25.17c838.33±4.51b896.67±16.50a
    异丁醛715.00±21.66b881.33±38.21a369.33±48.95c13.00±2.00d11.67±2.52d
    甲乙酮2965.67±168.17b3346.33±12.66a3458.00±35.59a3021.33±30.83b3014.67±57.62b
    丙酸*265.67±38.11d424.33±24.66c674.33±36.50b815.00±30.61a452.00±119.75c
    异丁醇95.33±18.88c131.33±7.37bc237.33±8.50a161.00±52.94b219.67±15.89a
    异戊醛488.00±7.00b613.00±11.00a596.00±7.55a191.67±46.06c100.33±26.76d
    异戊醛*1718.67±17.04c2397.00±10.54a2286.33±48.95b700.00±62.79d154.67±78.95e
    戊醛*1429.00±32.05b1677.33±33.72a405.00±59.57c110.00±67.02e245.00±42.53d
    乙酸丙酯*1473.33±17.01b1847.33±53.78a984.67±96.17c1489.67±161.13b271.33±48.69d
    乙酸丙酯701.67±8.08a573.67±0.58b34.67±4.16d165.00±108.45c14.33±2.31d
    丙酸75.67±15.53d85.33±4.04d281.67±19.40c1109.33±15.18b1351.67±48.01a
    乙酸乙酯561.67±31.66b636.00±11.27a548.00±15.13b201.33±34.95c242.33±6.81c
    乙酸乙酯*995.00±161.61b1817.67±432.77a1949.67±395.93a940.33±188.80b1645.00±194.56a
    乙酸327.00±47.84b401.67±29.28a359.67±14.74ab268.67±15.57c191.33±24.95d
    正丁醇631.33±30.66b740.00±25.16a642.67±36.67b195.33±30.66c136.33±8.50d
    戊醛863.33±9.29a750.67±15.50b621.33±32.33c107.00±7.55d62.33±38.68e
    正戊醇252.33±3.21a236.67±8.08a91.00±2.00c204.00±19.97b57.33±4.62d
    正戊醇*23.67±0.58b28.67±2.08b23.33±3.51b113.33±28.43a22.33±7.51b
    3-甲基-2-丁醇98.67±2.52c105.33±1.15c184.67±18.58c545.67±147.30b958.00±30.81a
    3-羟基-2-丁酮*151.00±4.36d677.33±43.04c2579.67±37.69a1998.00±457.19b2628.67±17.24a
    3-羟基-2-丁酮348.67±9.07cd659.00±3.61a471.33±24.01bc535.00±161.71ab296.33±7.37d
    2-甲基丁醇213.67±69.34b563.33±294.28a600.67±280.23a797.67±46.97a622.67±87.96a
    丁酸乙酯2315.33±31.39a2372.33±15.70a838.33±119.44b98.67±17.79c18.67±1.15c
    2-己醇687.33±29.57b880.67±5.69a672.00±16.52b303.33±14.84c173.00±13.00d
    2-甲基丁酸669.67±14.74a104.33±10.12c160.67±25.72b154.00±20.30b87.00±2.65c
    庚醛724.33±2.08a734.33±12.10a294.67±30.50b46.67±1.53c16.00±2.65d
    庚醛*298.00±7.94a283.33±13.65a40.33±8.39b10.33±1.15c11.33±2.08c
    4-甲基-2-戊酮323.00±42.14a318.00±79.77a56.33±22.55b14.67±4.04b25.00±4.00b
    2-庚酮193.33±10.41d331.00±3.61b374.33±10.60a240.33±7.02c170.00±5.29e
    顺-3-己烯-1-醇48.33±7.09b74.33±22.28b58.00±23.30b159.67±26.95a74.67±11.50b
    N-亚硝基甲基乙基胺52.67±4.51d71.00±2.65cd110.00±16.46c348.67±46.09a301.00±1.00b
    丁醛1269.00±71.25b1805.67±150.98a1899.33±143.63a1359.00±123.96b1726.33±63.32a
    3-甲基-3-丁烯-1-醇19.00±4.36c65.67±64.45bc106.00±70.87bc393.33±35.13a126.00±21.00b
    丁酸125.00±3.46c129.00±2.65c234.33±14.57b219.00±6.08b485.67±33.47a
    2-甲基吡嗪171.67±8.08a96.67±16.80b126.33±27.75b38.33±20.26c182.00±11.53a
    2-甲基吡嗪*16.00±1.00cd24.00±6.24c13.67±3.51d45.00±4.36b125.33±7.37a
    苯甲醛978.00±17.35b1047.33±2.31a978.33±20.31b305.67±28.68c324.67±54.45c
    苯甲醛*554.33±39.27b641.33±23.09a592.00±36.72ab42.67±7.51c66.00±21.38c
    正己酸723.00±23.52a667.67±8.39b740.33±5.03a718.33±3.51a623.00±10.54c
    乙酸己酯269.00±8.72b319.67±10.79a126.67±15.18c28.00±4.00d15.67±0.58d
    芳樟醇1256.67±19.14d1289.67±6.43c1306.67±5.51bc1381.33±15.04a1334.00±31.19b
    2-戊基呋喃170.33±4.51c202.67±5.69b338.33±22.12a196.67±0.58b214.00±5.57b
    柠檬烯203.67±5.51d248.67±5.69c265.00±5.29b251.67±4.04c303.33±8.96a
    乙酸异戊酯103.00±2.65d135.67±0.58b127.00±6.56c194.00±7.00a96.00±1.00d
    2,3-戊二酮48.33±8.62e138.33±3.51d528.67±21.03b477.67±54.08c621.33±2.52a
    2-乙酰基呋喃46.00±5.57d262.33±7.77a185.00±1.73b88.33±7.51c53.00±1.00d
    2-甲基丁酸乙酯50.00±3.61bc98.00±46.13ab61.33±29.26bc120.67±19.14a31.00±0.00c
    注:“*”表示二聚体物质;同一行不同字母代表室温贮藏过程中鸭锁骨挥发性风味物质差异显著(P<0.05);相同字母代表差异不显著(P>0.05)。
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    其他类型引用(1)

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出版历程
  • 收稿日期:  2022-05-05
  • 网络出版日期:  2022-12-07
  • 刊出日期:  2023-02-14

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