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中国精品科技期刊2020

电子鼻结合HS-GC-IMS技术分析不同种类风干肉干挥发性风味特征

韩沅汐, 蒋思源, 张二豪, 刘振东, 薛蓓, 李梁

韩沅汐,蒋思源,张二豪,等. 电子鼻结合HS-GC-IMS技术分析不同种类风干肉干挥发性风味特征[J]. 食品工业科技,xxxx,x(x):1−11. doi: 10.13386/j.issn1002-0306.2024070090.
引用本文: 韩沅汐,蒋思源,张二豪,等. 电子鼻结合HS-GC-IMS技术分析不同种类风干肉干挥发性风味特征[J]. 食品工业科技,xxxx,x(x):1−11. doi: 10.13386/j.issn1002-0306.2024070090.
HAN Yuanxi, JIANG Siyuan, ZHANG Erhao, et al. Analysis of Volatile Flavor Characteristics of Different Types of Air-Dried Jerky Based on Electronic Nose Combined with HS-GC-IMS Technology[J]. Science and Technology of Food Industry, xxxx, x(x): 1−11. (in Chinese with English abstract). doi: 10.13386/j.issn1002-0306.2024070090.
Citation: HAN Yuanxi, JIANG Siyuan, ZHANG Erhao, et al. Analysis of Volatile Flavor Characteristics of Different Types of Air-Dried Jerky Based on Electronic Nose Combined with HS-GC-IMS Technology[J]. Science and Technology of Food Industry, xxxx, x(x): 1−11. (in Chinese with English abstract). doi: 10.13386/j.issn1002-0306.2024070090.

电子鼻结合HS-GC-IMS技术分析不同种类风干肉干挥发性风味特征

基金项目: 西藏自治区中央引导地方项目(XZ202202YD0004C);西藏农牧学院研究生教学改革建设项目(YJSJG2023-015);西藏农牧学院研究生教育创新计划项目(YJS2023-05)。
详细信息
    作者简介:

    韩沅汐(2000−),女,硕士研究生,研究方向:高原特色农产品产地溯源与真实性研究,E-mail:903767780@qq.com

    蒋思源(2000−),女,硕士研究生,研究方向:食品加工与安全,E-mail:1317493836@qq.com

    通讯作者:

    薛蓓(1983−),女,硕士,副教授,研究方向:食品微生物学及生物技术,E-mail:13658940092@163.com。

    李梁(1990-),男,硕士,副教授,研究方向:高原特色农产品功能成分挖掘与产地溯源,E-mail:jwllok@sina.com。

    +并列第一作者

  • 中图分类号: TS251.6

Analysis of Volatile Flavor Characteristics of Different Types of Air-Dried Jerky Based on Electronic Nose Combined with HS-GC-IMS Technology

  • 摘要: 为探究市售易混淆且难以肉眼辨别的不同种类风干肉干的风味组成及特征,以牦牛肉干、牛肉干、鸡肉干、鸭肉干和猪肉干为研究对象,采用电子鼻结合顶空气相色谱离子迁移谱技术(headspace-gas chromatography-ion mobility spectrometry technique,HS-GC-IMS)分析不同种类肉干的风味轮廓及组成。通过相对香气活度值及多元统计分析法评估对肉干整体风味贡献显著的关键挥发性风味物质和有助于区分肉干种类的特征挥发性风味物质。电子鼻结果表明,不同种类肉干整体风味轮廓相似,但响应度存在差异;HS-GC-IMS共检测出42种挥发性化合物,包括醇类9种、酮类5种、萜烯类9种、酸类2种、酯类8种、醛类6种、吡嗪类2种和呋喃化合物1种,其中醇类化合物的相对含量占比最高,为16.04%~32.41%。综合分析发现,基于电子鼻数据的主成分分析具有良好的区分度,不同种类肉干风味轮廓具有差异;不同种类肉干关键挥发性化合物主要包括(R/S)-芳樟醇、3-羟基-2-丁酮、α-蒎烯、乙酸乙酯、异戊醛、壬醛、1,8-桉叶素和β-月桂烯。其中异戊醛和3-羟基-2-丁酮-D是关键挥发性风味物质和特征挥发性风味物质,其相对含量分别与鸡肉干和牦牛肉干存在关联性。综上所述,本研究通过分析不同种类风干肉干的挥发性风味特征,可为风干肉干的种类区分提供理论支持。
    Abstract: To investigate the flavor composition and characteristics of air-dried jerkies that are confused and difficult to distinguish with naked eye on the market, electronic nose (E-Nose) combined with headspace-gas chromatography-ion mobility spectrometry (HS-GC-IMS) was used to analyze the flavor profiles and compositions of different jerky types, including air-dried yak, beef, chicken, duck and pork jerkies. Through relative odor activity value (ROAV) and multivariate statistical analysis, the key volatile compounds and characteristic volatile compounds that contributed significantly to the overall flavor of different jerkies and helped distinguish between jerky types were screened. The E-Nose results showed that the overall flavor profiles of different jerkies were similar, although their responsiveness differed. A total of 42 volatile compounds were identified by HS-GC-IMS, including 9 alcohols, 5 ketones, 9 terpenes, 2 acids, 8 esters, 6 aldehydes, 2 pyrazines, and 1 furan. Among them, the highest percentage of relative content of alcohol compounds was 16.04% to 32.41%. The comprehensive analysis revealed that the principal component analysis based on E-nose data achieved good discrimination, and that the flavor profiles differed across different jerky types. The key volatile compounds of various jerkies included (R/S)-linalool, 3-hydroxy-2-butanone, α-pinene, ethyl acetate, isovaleraldehyde, 1-nonyl aldehyde, 1,8-cineole and β-myristate. Among them, isovaleraldehyde and 3-hydroxy-2-butanone-D were key volatile substances and characteristic volatile compounds, whose relative contents were correlated with chicken and yak jerkies, respectively. In conclusion, by analyzing the characteristics of flavour characteristics for different types of air-dried jerkies, which could provide theoretical support for the differentiation of air-dried jerky types.
  • 肉干是一种传统的干制肉类食品,最初目的是通过腌制和脱水工艺延长鲜肉的保质期[1]。随着加工技术的进步,肉干不再仅仅用于保存肉类,而是逐渐成为一种深受欢迎的休闲食品。其以单一畜禽肉为原料,经过修割、腌制和烘干等工艺制成,具有独特风味和口感的同时,还保留了鲜肉的营养成分。加之其储存期长,方便携带的特点而受到广大消费者的喜爱。现今,市面上的肉干种类繁多,包括牛肉干、猪肉干和鸡肉干等,满足了不同消费者的选择偏好[2]。然而,由于原料的稀缺性及饲养生长环境的差异,不同种类的肉干在市场价值上存在明显差距,如牦牛肉的饲养成本较高,其价格通常是普通牛肉的2~10倍[3]。在市场需求增加的背景下,一些商家利用不同种类肉干的市场价值差异,通过伪劣标签或假冒产品的方式追求不当利润。这些假冒伪劣行为包括但不局限于利用成本较低的鸭肉干或猪肉干冒充高价值的牦牛肉干进行售卖。此外,不同物种鲜肉在经腌制加工后其风味和外观往往相似且难以辨别,这使得消费者在购买过程中难以识别产品的真实性。

    在肉类热加工过程中,美拉德反应通过脂质转化产生独特的风味。然而不同物种鲜肉的脂质构成及含量迥异,尤其是肌内脂质。这些差异影响其加工后所产生的风味,并与物种间存在特异相关性[45]。例如,鸡肉中的高不饱和脂肪酸含量促使其在加工处理后产生特有的挥发性醛类物质,从而形成独特的香气。Yang等[6]在对煎烤鸭肉、鸡肉、牛肉、羊肉和猪肉等5种常见肉类的鉴别研究中发现,2-戊基呋喃、2-丁基呋喃、2-己基呋喃、1-辛烯-3-醇和1-辛烯-3-酮与鸭肉的风味特征密切相关,而甲酯则被确定为牛肉的主要鉴别生物标志物。这种特异相关性将会是区分不同种类肉制品的关键依据。

    近年来,挥发组学技术因其识别及定量食品中风味特征的能力,已成为评估食品真实性及产地来源的新兴技术[7]。其中,电子鼻和气相色谱-离子迁移谱(gas chromatography-ion mobility spectrometry,GC-IMS)是两种关键的分析工具。电子鼻通过捕捉样品中的挥发性化合物,生成特定的气味轮廓,适合快速、无损的初步筛查和大规模检测[8]。而GC-IMS则能详细分析和定量特定成分,若采用顶空进样技术(headspace sampling,HS),可在无需样品预处理的情况下实现低检测限和高灵敏度[9]。两者的结合使用,能够更全面、科学地揭示样品的香气信息,提高分析的准确性和效率。通过电子鼻与GC-IMS结合,张宗国等[10]成功地鉴别了掺假羊肉;赵改名等[11]确定了12种鸭肉腥味特征物质;王天杨等[12]和徐丽娜等[13]分析了在不同烹饪方式下猪肉的挥发性化合物,以探讨其香气特征差异;而赵志平等[14]分析了牛肉腐败过程中挥发性风味物质的变化,以探讨其腐败特征并筛选出潜在的生物标志物质。尽管这种结合技术对鲜肉不同加工方式、品种及质量变化过程中的风味特征分析方面取得了显著进展,但对肉干产品的相关研究较为有限。

    因此本研究以市面上常易混淆且消费者难以通过感官辨别的5种风干肉干为研究对象,基于电子鼻结合HS-GC-IMS技术分别对牦牛肉干、牛肉干、鸡肉干、鸭肉干和猪肉干的挥发性成分进行检测。采用相对香气活度值及多元统计分析方法,以深入探讨不同种类肉干的风味组成,确定关键挥发性风味物质及特征挥发性风味物质,并探究不同种类肉干中的风味组成成分与其种类间的关联性,以期为风干肉干的种类区分提供理论依据和参考。

    为保证样品的一致性和真实性,本试验样品委托西藏天湖放牧人农牧科技开发有限公司按照NY/T2782-2015风干肉加工技术规范标准统一加工制作商品风干牦牛肉干(MNR)、风干牛肉干(NR)、风干鸡肉干(JR)、风干鸭肉干(YR)和风干猪肉干(ZR)。所用原料包括精瘦鲜牦牛后腿肉、黄牛后腿肉、鸡胸肉、鸭胸肉和猪后腿肉,均购于拉萨畜禽批发市场,并在−18 ℃条件下运输至西藏天湖放牧人农牧科技开发有限公司加工基地进行处理;C4~C9正构酮混合标准品:2-丁酮;2-戊酮;2-己酮;2-庚酮;2-辛酮;2-壬酮(所有试剂均为色谱纯,用于GC-IMS校准曲线的建立)  阿拉丁公司。

    FlavourSpec®气相离子迁移谱 德国G.A.S.公司;CTC-PAL 3静态顶空自动进样装置 瑞士CTC Analytics AG公司;DB-WAX毛细管色谱柱(15 m×0.53 mm,1.0 μm) 美国Restek公司;C-Nose型号电子鼻 上海保圣实业发展有限公司。

    将解冻并清洗后的原料肉去除表面筋膜、结缔组织以及多余脂肪,修整成15 cm×4 cm×3 cm的条状块。加入西藏天湖放牧人产品制作的基础腌制液,并添加基础配方(包括食盐、白糖、辣椒、花椒粉、味精及香辛料等)进行调味。腌制过程在4 ℃下,使用保鲜膜密封腌制24 h。腌制完成后,将腌制肉条悬挂于风干架上,在风干室内于25 ℃、湿度60%~80%和风速大于1.0 m/s的条件下自然风干72 h,之后进行180 ℃烘烤3 min。烘烤后摊晾降温,再使用高温蒸煮袋袋装封口,并在微波杀菌总功率8 kW下微波加热4 min,保温时间5 min。最终成品在常温下贮藏备用。

    C-Nose型电子鼻由10个具有不同性质的金属氧化物半导体传感器组成,如表1所示。进行检测时,准确称取不同种类肉干样品0.5 g,于60 ℃水浴密封保温30 min后,将探头插入瓶内以吸取顶端气体。每种肉干测定3组平行,具体设置采样时间与传感器清洗时间为120 s。

    表  1  电子鼻传感器响应物质
    Table  1.  electronic nose sensor response substances
    阵列序号传感器响应物质
    R1Sn_1烷烃
    R2Sn_2醇类、醛类、短链烷经类
    R3Sn_3臭氧
    R4Sn_4硫化物
    R5Sn_5有机胺
    R6Sn_6有机气体、苯酮类、醇醛类、芳香化合物
    R7Sn_7短链烷烃类
    R8Sn_8芳香化合物、醇醛类
    R9Sn_9含氢气体
    R10Sn_10可燃气体物质
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    参考BI等[15]的方法,准确称取不同种类肉干0.5 g放入20 mL顶空瓶中,在60 ℃、500 r/min条件下孵育15 min后进样,每种肉干测定3组平行。采用顶空进样方式,进样针温度设置为80 ℃,载气使用高纯氮气(纯度≥99.999%)。选择不分流模式,进样量为1000 µL;色谱柱温度设定为60 ℃,分析时间30 min;设置IMS迁移管(长度53 mm)温度为45 ℃,其飘移气使用高纯氮气(纯度≥99.999%)。分析过程中采用正离子模式,气体流速程序为:0~2 min漂移气流速150 mL/min、载气流速2 mL/min开始数据采集;2~10 min漂移气流速150 mL/min、载气流速10 mL/min;10~20 min漂移气流速150 mL/min、载气流速100 mL/min;20~30 min漂移气流速150 mL/min、载气流速100 mL/min,最后在30 min停止数据采集。

    通过上述GC-IMS条件检测正构酮混合标准品,建立保留时间和保留指数的校准曲线,以便根据目标挥发性化合物的保留时间计算出该物质的保留指数,计算公式如(1)所示[16]。同时,利用VOCal软件内置的GC保留指数(NIST 2020)数据库和IMS迁移时间数据库进行检索对比,以对不同种类肉干中的挥发性化合物进行定性分析。最后,根据面积归一法计算各挥发性化合物的相对含量[17]

    RI(X)=RI(Z)+[RI(Z+1)RI(Z)]×[logtR(X)logtR(Z)]logtR(Z+1)logtR(Z)
    (1)

    式中:RI(X)为目标挥发性化合物的保留指数;RI(Z)和RI(Z+1)分别为目标挥发性化合物流出前后的正构酮所含碳原子数目的保留指数;R(X)为目标挥发性化合物的保留时间;R(Z)和R(Z+1)分别为目标挥发性化合物流出前后的正构酮所含碳原子数目的保留时间,t为保留时间。

    以相对香气活度值(relative odor activity value,ROAV)为标准,用于评估不同种类肉干中各挥发性化合物对肉干样品整体风味的贡献率。定义对肉干样品整体风味贡献程度最大的组分ROAV值为100。当挥发性化合物的ROAV<0.1时表示该化合物对样品的整体风味没有影响;0.1≤ROAV<1表明该化合物对整体风味具有重要的修饰作用;1≤ROAV≤100表示该化合物为样品的关键挥发性化合物,其ROAV值越大则表明该组分对样品整体风味的贡献越大[1819]

    ROAV100×CriCrs×TsTi
    (2)

    式中:Crs表示对整体风味影响贡献最大的化合物组分的相对含量;Cri表示各个挥发性化合物的相对含量;Ts表示整体风味影响贡献最大的化合物组分的感知阈值;Ti表示各个挥发性化合物的感知阈值。

    使用主成分分析对电子鼻数据进行分析,以探索不同种类肉干的风味轮廓数据间的潜在结构。采用随机森林法(设置决策树数量为100)评估每种挥发性化合物在区分不同种类样品中的重要性[14],该方法能够识别有助于区分不同种类肉干的特征挥发性化合物。

    使用Origin 8.5绘制电子鼻检测的雷达图和主成分分析图。利用VOCal数据处理软件的Reporter和Gallery Plot插件生成挥发性成分的三维谱图、二维谱图和指纹图谱,便于比较肉干间挥发性化合物的差异。此外,采用Excel 2021、SPSS 22.0和Python 3.11进行数据的多元统计分析、差异显著性分析及相关性分析。

    电子鼻检测的响应结果如图1所示,10种传感器对不同种类肉干挥发性组分的响应轮廓相似,但响应程度存在差异。在5种肉干中,传感器R1(Sn_1)、R2(Sn_2)、R4(Sn_4)、R5(Sn_5)、R6(Sn_6)和R8(Sn_8)均表现出较强的响应信号,这些传感器对烷烃、硫化物、有机胺、苯酮类、芳香类及醇醛类组分响应灵敏。这与CUI等[20]的研究结果相似,表明醛类、醇类、含硫化合物及芳香类物质为猪肉、牛肉、鸡肉和鸭肉的主要风味物质。相比之下,对臭氧、含氢气体和可燃气体物质响应灵敏的传感器,其响应信号较弱。进一步对比分析显示,ZR、YR及NR在除R3以外的传感器上响应值均高于MNR和JR,说明ZR、YR和NR中的挥发性组分浓度较高,或具有更为丰富的特定挥发性化合物种类和数量;NR在R4传感器上的响应值显著高于JR和MNR(P<0.05),说明NR中硫化物的浓度较二者更高,这与CUI等[20]结果部分吻合。

    图  1  不同种类肉干挥发性组分的传感器雷达图
    Figure  1.  Radar chart of volatile components from different types of jerky

    通过主成分分析的线性变换,将原始数据转换成在不同维度上相互独立的指标,从而更直观地解释不同种类肉干样品与电子鼻传感器之间的关系。如图2所示,主成分1(PC1)的贡献率为85.92%,主成分2(PC2)的贡献率为11.38%,主成分3(PC3)的贡献率为1.53%。前三主成分的累计贡献率为98.83%,几乎涵盖了肉干样品的全部信息。此外,5组肉干样品在主成分空间内无交叉区域,显示出良好的区分度[21]。其中PC1反映了样品间的主要差异信息,对肉干整体风味影响显著。具体分析显示,在PC1-PC2空间内,YR和ZR样品在PC1轴上的差异较小,说明两者间风味轮廓相似。在PC1-PC3空间中,尽管JR和MNR在PC3轴上相距较远,但由于PC3的贡献率小,因此JR和MNR的风味轮廓差异较小。综上所述,MNR与YR、ZR的风味差异大,而与JR的风味差异较小。尽管电子鼻技术有效识别不同种类肉干样品的风味差异,却未能精确指示具体的风味物质。因此为深入探究,进一步应用了HS-GC-IMS对不同种类肉干的挥发性成分进行了鉴定与分析。

    图  2  不同种类肉干电子鼻主成分分析图
    Figure  2.  Principal component analysis plot of different types of jerky electronic nose

    通过HS-GC-IMS技术对不同肉干的挥发性风味物质进行检测,结果如图3所示。该图展示了不同肉干风味物质的三维谱图,可直观呈现肉干种类间挥发性风味物质组成。为消除毛细管柱温度和载气流速的影响,对X=1.0处的响应离子峰进行了归一化处理[22],以便进一步从俯视角度进行分析比较。图4显示不同种类肉干的响应信号主要集中在1000~1200 s保留时间范围内,图中所呈现的颜色代表着各挥发性化合物的信号强度,从蓝色到红色,颜色越深表示峰强度越大。某些挥发性化合物会形成多个信号峰,以单体、二聚体或三聚体形式存在,其现象与该化合物的浓度有关[23]图3图4中均可见不同种类肉干的挥发性组分得到了较好分离且分布相似,但特定组分含量存在明显差异,这可能是由于不同种类肉干所用的原料不同。通过纵坐标观察发现,在保留时间600 s内,NR与其余样品相比具有更高的峰强度和响应峰数量;在600~1000 s内,JR与ZR样品呈现出相似的峰值分布;在1000~1200 s内,MNR、NR与YR三种样品显示的峰信号强度相近,而JR样品信号强度则相对较弱。若要深入研究不同种类肉干的挥发性化合物组成情况,需要与相应的指纹图谱进行对比。

    图  3  不同种类肉干挥发性成分HS-GC-IMS三维谱图
    Figure  3.  Three-dimensional spectrum plot of volatile components in different types of jerky HS-GC-IMS
    图  4  不同种类肉干挥发性成分HS-GC-IMS二维谱图
    Figure  4.  Two-dimensional spectrum plot of volatile components in different types of jerky HS-GC-IMS

    为直观比较分析不同种类肉干挥发性化合物的差异,依据特征峰选取规则[24],将识别出的特征峰区域进行逆行排序,构建了不同种类肉干的风味指纹图谱,具体如图5所示。在不同种类肉干中检测出的挥发性化合物种类相似,但部分挥发性化合物相对含量差别显著并形成了共性峰区域和特征峰区域。通过分析这些区域中的挥发性化合物,可以了解不同种类肉干的风味特征。在图5中,区域A为5种肉干的共性峰区域,主要包括乙醇、乙酸、2-丙酮和β-蒎烯共4种挥发性化合物;区域B为MNR的特征峰区域,主要包括2-丁酮、反式-2-己烯-1醇、2-己烯-1醇、反式-2-戊烯醛和正戊醛共5种挥发性化合物;区域C为NR的特征峰区域,主要包括α-萜品烯、异戊酸乙酯、丙酸乙酯、β-月桂烯、萜品油烯、γ-萜品烯、(+)-柠檬烯、乳酸乙酯、乙酸丁酯、正己酸乙酯和丁酸乙酯共11种挥发性化合物;区域D为JR的特征峰区域,主要包括2-甲基-1-丙醇、异戊醛和2-甲基-2-丙醇共3种挥发性化合物;区域E为YR的特征峰区域,主要包括庚醛、2,5-二甲基吡嗪和2,6-二甲基吡嗪共3种挥发性化合物;区域F为ZR的特征峰区域,主要包括丙酸、2-庚醇、3-甲基-1-丁醇、1-辛烯-3-酮和乙酸乙酯共5种挥发性化合物。这表明在同一加工条件下,不同种类肉干拥有相似风味。然而由于制作原料的脂肪含量、肌肉结构和氨基酸组成等因素受其物种影响而存在差异,因此不同种类肉干风味也有所不同。

    图  5  不同种类肉干中风味物质指纹图谱
    Figure  5.  Fingerprint of volatile components in different types of jerky

    通过HS-GC-IMS共检测出89种挥发性化合物,经过数据库对比定性后,明确识别出42种单体挥发性化合物及部分化合物的二聚体形式。根据面积归一法对峰体积进行挥发性化合物的相对含量计算[17],结果如表2所示。分析结果表明,不同种类肉干中均存在多种挥发性化合物,主要包括醇类9种、酮类5种、萜烯类9种、酸类2种、酯类8种、醛类6种、吡嗪类2种和呋喃化合物1种。

    表  2  不同种类肉干中挥发性成分明细表
    Table  2.  Breakdown of volatile components in different types of jerky
    物质
    类别
    中文名称 英文名称 CAS号 保留
    指数
    保留时间(s) 迁移时间(ms) 相对含量(%)
    MNR NR JR YR ZR
    醇类 (R/S)-芳樟醇-M (R/S)-Linalool-M 78-70-6 1557.6 1098.43 1.22 19.4±0.10a 19.05±0.78ab 8.75±0.80c 18.0±0.37b 18.30±0.36b
    (R/S)-芳樟醇-D (R/S)-Linalool-D 78-70-6 1560.3 1105.25 1.76 6.03±0.44b 7.13±0.55a 0.62±0.08d 7.27±0.23a 5.02±0.66c
    反式-2-己烯-1-醇 (E)-2-Hexen-1-ol 928-95-0 1400.5 768.9 1.52 1.08±0.17a 0.53±0.08d 0.60±0.05cd 0.75±0.04bc 0.83±0.01b
    乙醇 Ethanol 64-17-5 933.1 189.1 1.16 3.27±0.05c 4.24±0.06a 3.63±0.25b 4.11±0.07a 4.21±0.03a
    1-正丁醇-M 1-Butanol-M 71-36-3 1154.5 373.3 1.18 0.34±0.06a 0.32±0.05ab 0.17±0.15b 0.22±0.04ab 0.21±0.01ab
    1-正丁醇-D 1-Butanol-D 71-36-3 1154.2 372.91 1.38 0.08±0.02a 0.08±0.03a 0.04±0.04a 0.05±0.01a 0.04±0.00a
    2-己烯-1-醇 2-Hexen-1-ol 2305-21-7 1384.5 741.59 1.18 0.20±0.02a 0.16±0.01c 0.10±0.01d 0.18±0.00b 0.15±0.00c
    2-甲基-1-丙醇-M 2-Methyl-1-Propanol-M 78-83-1 1105.4 314.6 1.17 0.48±0.05b 0.25±0.02c 1.07±0.10a 0.54±0.01b 0.53±0.05b
    2-甲基-1-丙醇-D 2-Methyl-1-Propanol-D 78-83-1 1106.4 315.68 1.37 0.13±0.01d 0.06±0.01e 0.31±0.01a 0.22±0.01b 0.18±0.01c
    2-庚醇 2-Heptanol 543-49-7 1337 665.69 1.38 0.46±0.05a 0.09±0.01c 0.17±0.03b 0.19±0.01b 0.48±0.07a
    2-甲基-2-丙醇 2-Methyl-2-propanol 75-65-0 908.2 177.14 1.33 0.43±0.00c 0.45±0.01c 0.57±0.02a 0.51±0.02b 0.39±0.03d
    3-甲基-1-丁醇 3-Methyl-1-Butanol 123-51-3 1218.4 465.7 1.25 0.08±0.01b 0.04±0.01c 0.03±0.00c 0.04±0.00c 0.10±0.01a
    32.04±0.12a 32.41±0.56a 16.04±1.29c 32.12±0.24a 30.48±1.08b
    酮类 2-丁酮 2-Butanone 78-93-3 906.2 176.2 1.25 1.45±0.07a 0.71±0.04c 1.05±0.01b 1.11±0.06b 0.57±0.02d
    1-羟基-2-丙酮-M 1-Hydroxy-2-propanone-M 116-09-6 1318 637.65 1.06 0.46±0.04b 0.56±0.02a 0.25±0.06c 0.48±0.02b 0.47±0.02b
    1-羟基-2-丙酮-D 1-Hydroxy-2-propanone-D 116-09-6 1317.07 637.25 1.23 0.10±0.03c 0.27±0.04a 0.02±0.01d 0.19±0.01b 0.15±0.01b
    3-羟基-2-丁酮-M Acetoin-M 513-86-0 1298.1 609.49 1.06 1.45±0.04a 1.43±0.06a 0.56±0.18c 0.64±0.06bc 0.78±0.04b
    3-羟基-2-丁酮-D Acetoin-D 513-86-0 1298.7 610.29 1.33 1.59±0.09a 1.59±0.12a 0.09±0.03c 0.19±0.04bc 0.28±0.01b
    2-丙酮 2-Propanone 67-64-1 815.2 138.78 1.12 9.04±0.78b 11.68±0.98a 8.50±0.20b 11.3±0.26a 11.30±0.64a
    1-辛烯-3-酮 1-Octen-3-one 4312-99-6 1326.3 649.69 1.27 0.06±0.01b 0.16±0.06a 0.03±0.00b 0.17±0.03a 0.25±0.09a
    14.15±0.85b 16.39±0.96a 10.51±0.13c 14.16±0.13b 13.83±0.66b
    萜烯类 萜品油烯 α-Terpinolene 586-62-9 1283.8 582.41 1.22 0.12±0.05b 0.46±0.16a 0.07±0.02b 0.23±0.04b 0.16±0.07b
    β-罗勒烯 β-Ocimene 13877-91-3 1257.2 531.66 1.21 0.40±0.12b 0.77±0.16a 0.16±0.02c 0.49±0.05b 0.48±0.15b
    γ-萜品烯 γ-Terpinene 99-85-4 1246.5 512.64 1.22 0.17±0.06b 0.43±0.13a 0.07±0.03b 0.21±0.04b 0.17±0.07b
    1,8-桉叶素 1,8-Cineole 470-82-6 1208.3 449.83 1.73 0.20±0.06c 4.20±1.09a 2.27±0.73b 3.79±0.46a 2.22±0.62b
    β-月桂烯 β-Myrcene 123-35-3 1162.6 383.95 1.71 0.16±0.06bc 1.08±0.07a 0.06±0.02c 0.28±0.06b 0.28±0.12b
    α-蒎烯-M α-Pinene-M 80-56-8 1028.4 246.69 1.22 0.52±0.20bc 0.75±0.03ab 0.78±0.21a 0.75±0.01ab 0.46±0.05c
    α-蒎烯-D α-Pinene-D 80-56-8 1028.4 246.69 1.67 0.18±0.10b 1.12±0.41a 0.23±0.10b 0.53±0.07b 0.16±0.05b
    α-萜品烯 α-Terpinene 99-86-5 1177.9 404.96 1.22 0.11±0.01b 0.64±0.24a 0.06±0.01b 0.12±0.02b 0.10±0.02b
    β-蒎烯-M β-Pinene-M 127-91-3 1113.9 324.11 1.22 3.28±0.13a 2.70±0.23b 3.15±0.46ab 3.07±0.13ab 3.26±0.08a
    β-蒎烯-D β-Pinene-D 127-91-3 1114.9 325.19 1.64 2.21±0.60b 3.05±0.19a 1.16±0.26c 3.06±0.04a 2.68±0.35ab
    (+)-柠檬烯 (+)-Limonene 138-86-3 1197.9 434.05 1.66 0.17±0.07bc 0.74±0.12a 0.05±0.01c 0.31±0.07b 0.24±0.13b
    7.52±1.45c 15.93±1.88a 8.08±1.76c 12.85±0.26b 10.21±1.50bc
    酸类 丙酸-M Propanoic acid-M 79-09-4 1611.8 1242.42 1.12 1.87±1.01b 2.13±0.09b 0.64±0.25b 1.75±0.23b 4.98±1.37a
    丙酸-D Propanoic acid-D 79-09-4 1610.7 1239.3 1.27 0.22±0.07b 0.25±0.02b 0.11±0.02b 0.23±0.01b 0.78±0.37a
    乙酸-M Acetic acid-M 64-19-7 1472.8 906.06 1.05 3.03±0.10ab 3.10±0.14a 3.15±0.11a 2.85±0.06c 3.00±0.10ab
    乙酸-D Acetic acid-D 64-19-7 1473.4 907.39 1.15 2.25±0.18ab 2.40±0.09a 2.06±0.48ab 1.84±0.27b 2.28±0.14ab
    7.38±0.91b 7.88±0.12b 5.95±0.61b 6.67±0.41b 11.05±1.90a
    酯类 异戊酸乙酯 Ethyl isovalerate 108-64-5 1070.6 281.44 1.26 0.02±0.00d 0.24±0.04a 0.06±0.00bc 0.03±0.00cd 0.08±0.02b
    丁酸乙酯 Butanoic acid ethyl ester 105-54-4 1041.8 257.2 1.56 0.03±0.00b 0.91±0.30a 0.03±0.00b 0.14±0.03b 0.81±0.29a
    乙酸乙酯 Acetic acid ethyl ester 141-78-6 876.5 162.99 1.34 0.42±0.04c 4.65±0.75a 0.68±0.07c 2.07±0.47b 5.04±0.49a
    乳酸乙酯-M Ethyl 2-hydroxypropanoate-M 97-64-3 1364.6 708.85 1.14 0.09±0.00d 0.75±0.07a 0.12±0.02d 0.48±0.02c 0.57±0.04b
    乳酸乙酯-D Ethyl 2-hydroxypropanoate-D 97-64-3 1362.6 705.63 1.54 0.02±0.00c 0.23±0.05a 0.02±0.00c 0.13±0.01b 0.15±0.04b
    乙酸丁酯 Acetic acid butyl ester 123-86-4 1077.7 287.74 1.24 0.02±0.00b 0.07±0.02a 0.03±0.01b 0.03±0.00b 0.04±0.01b
    γ-丁内酯-M γ-Butyrolactone-M 96-48-0 1597.4 1202.46 1.09 0.65±0.09c 0.56±0.04c 1.17±0.07b 1.68±0.18a 1.37±0.30b
    酯类 γ-丁内酯-D γ-Butyrolactone-D 96-48-0 1598.7 1205.91 1.3 0.19±0.03b 0.18±0.01b 0.24±0.03b 0.58±0.11a 0.54±0.06a
    正己酸乙酯 Ethyl caproate 123-66-0 1224.2 474.95 1.79 0.03±0.00b 0.19±0.06a 0.09±0.03b 0.07±0.01b 0.09±0.01b
    丙酸乙酯 Ethyl propanoate 105-37-3 963.1 204.57 1.45 0.05±0.01b 1.45±0.27a 0.12±0.03b 0.30±0.08b 0.14±0.03b
    1.53±0.13b 9.22±1.21a 2.56±0.11b 5.52±0.85b 8.85±0.54a
    醛类 庚醛 Heptaldehyde 111-71-7 1186.6 417.55 1.34 0.06±0.00c 0.07±0.01c 0.09±0.02c 0.23±0.04a 0.17±0.04b
    异戊醛 3-Methyl butanal 590-86-3 905.4 175.84 1.41 0.34±0.01b 0.17±0.05d 0.57±0.03a 0.29±0.02c 0.09±0.00e
    丙醛-M Propanal-M 123-38-6 779.4 126.37 1.05 0.09±0.01b 0.07±0.01c 0.05±0.00d 0.09±0.01b 0.14±0.01a
    丙醛-D Propanal-D 123-38-6 777.8 125.84 1.14 0.14±0.01c 0.16±0.02c 0.20±0.01b 0.26±0.01a 0.20±0.02b
    壬醛 1-Nonanal 124-19-6 1389.5 750.03 1.46 0.21±0.03c 0.59±0.10a 0.40±0.04b 0.55±0.05a 0.51±0.10ab
    正戊醛 n-Pentanal 110-62-3 991.6 220.43 1.42 1.60±0.25a 0.15±0.02b 0.18±0.06b 0.06±0.01b 0.07±0.01b
    反式-2-戊烯醛 (E)-2-Pentenal 928-95-0 1142.6 358.16 1.11 0.73±0.06a 0.33±0.07b 0.12±0.06c 0.31±0.05b 0.34±0.03b
    3.17±0.22a 1.53±0.06c 1.60±0.07bc 1.78±0.05b 1.51±0.09c
    吡嗪类 2,5-二甲基吡嗪 2,5-Dimethylpyrazine 123-32-0 1331.9 658.1 1.12 0.13±0.01d 0.28±0.02b 0.22±0.02c 0.38±0.01a 0.23±0.01c
    2,6-二甲基吡嗪-M (2,6)-Dimethylpyrazine-M 108-50-9 1338.5 667.96 1.14 0.11±0.01d 0.19±0.03c 0.30±0.03b 0.38±0.02a 0.16±0.01c
    2,6-二甲基吡嗪-D (2,6)-Dimethylpyrazine-D 108-50-9 1338.2 667.51 1.53 0.01±0.00c 0.03±0.01bc 0.04±0.01b 0.11±0.01a 0.02±0.00c
    0.25±0.01d 0.49±0.05b 0.56±0.06b 0.87±0.03a 0.42±0.02c
    呋喃类 2-甲基四氢呋喃-3-酮-M 2-Methyl-3-ketotetrahydrofuran-M 3188-00-9 1275.5 566.04 1.08 0.12±0.01c 0.37±0.04a 0.18±0.01b 0.35±0.02a 0.35±0.05a
    2-甲基四氢呋喃-3-酮-D 2-Methyl-3-ketotetrahydrofuran-D 3188-00-9 1275 565.24 1.42 0.04±0.01c 0.44±0.19a 0.05±0.01c 0.18±0.03bc 0.27±0.08b
    0.16±0.01c 0.81±0.22a 0.24±0.02c 0.53±0.05b 0.62±0.12ab
    注:“-M”表示单体;“-D”表示二聚体;结果表示为平均值±标准差(n=3),同一行中不同小写字母表示显著性差异,P<0.05。
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    在不同种类肉干样品中各类挥发性化合物的占比不同。其中醇类化合物种类最为丰富,其相对含量为16.04%~32.41%,占比最高。主要包括直链醇(乙醇、1-正丁醇、2-庚醇)、分支醇(2-甲基-1-丙醇、3-甲基-1-丁醇、2-甲基-2-丙醇、反式-2-己烯-1-醇、2-己烯-1-醇)和萜醇((R/S)-芳樟醇)。短链直醇因其分子结构简单在感官上呈现柔和的香气特征[17],主要通过脂肪氧合酶和过氧化物酶的作用[25]产生;与短链直醇相比,分支醇对肉干样品香气层次的增加具有潜在的促进作用,可能来源于美拉德反应和氨基酸的Strecker降解[25];(R/S)-芳樟醇呈现花香和柠檬的风味,主要来源于香辛料。进一步对比分析发现,乙醇在NR、YR和ZR中的相对含量相近;(R/S)-芳樟醇、1-正丁醇和2-己烯-1醇在JR中的相对含量最低;2-甲基-1-丙醇在MNR和NR中的相对含量低于JR、YR和ZR;3-甲基-1-丁醇在ZR中的相对含量最高。

    在不同种类肉干中检测出的酮类化合物相对含量为10.51%~16.39%,占据次高比例,这些物质通常被认为在肉制品的挥发性风味中起协调作用[25]。主要包括2-丁酮、1-羟基-2-丙酮、3-羟基-2-丁酮、2-丙酮和1-辛烯-3-酮。其中2-丙酮、3-羟基-2-丁酮和2-丁酮的相对含量排名靠前。2-丙酮主要来源于动物胴体肌肉中的糖原降解,主要通过糖原降解产物乙酰辅酶A转换获得[26],并赋予了肉干黄油味和果香;3-羟基-2-丁酮则主要通过美拉德反应产生;而2-丁酮来自于β-酮酸的脱羧或饱和脂肪酸的β氧化,并可作为脂肪风味形成的重要前体。进一步对比分析发现,2-丙酮在NR、YR和ZR中的相对含量接近;1-羟基-2-丙酮和1-辛烯-3-酮在MNR与JR中相对含量显著低于NR、YR和ZR(P<0.05);3-羟基-2-丁酮在MNR和NR中的相对含量显著高于其余3种肉干(P<0.05)。

    在不同种类肉干中检测出的萜烯类化合物的相对含量为7.52%~15.93%,主要包括单萜烯类(萜品油烯、γ-萜品烯、β-月桂烯、α-蒎烯、β-蒎烯、α-萜品烯、(+)-柠檬烯)、倍半萜烯类(β-罗勒烯)和双萜烯类(1,8-桉叶素)。其中单萜烯类物质如α-蒎烯、β-蒎烯和(+)-柠檬烯来源于胡椒[27]。此外(+)-柠檬烯的存在也可能源于以青草和油籽为食的动物在脂质组织中的累积[2]。进一步对比分析发现,萜品油烯、β-月桂烯、γ-萜品烯和α-萜品烯在NR中的相对含量显著高于其余4种肉干(P<0.05),而β-罗勒烯在JR中的相对含量最低,1,8-桉叶素在MNR中的相对含量同样最低。

    在不同种类肉干中检测出的酸类化合物的相对含量为5.95%~11.05%,主要包括乙酸和丙酸。这两者在挥发性化合物分析中通常被归类为脂肪酸类挥发性化合物。乙酸普遍被认为是动物胴体中碳水化合物发酵、脂质或氨基酸分解代谢过程中的产物[28]。此外,在肉干制品中乙酸也可能来自用于改善肉干品质或延长保质期的添加剂[29]以及美拉德反应[30]。与乙酸类似,丙酸也可能来源于添加剂。进一步对比分析发现,乙酸在MNR和ZR中的相对含量相接近,丙酸在ZR中的相对含量最高。

    在不同种类肉干中检测出的酯类化合物的相对含量为1.53%~9.22%,一般认为来源于游离的脂肪酸和醇的酯化反应产生[31]。主要包括短链酯类(乙酸乙酯、丁酸乙酯、乙酸丁酯、丙酸乙酯)、中链酯类(异戊酸乙酯、乳酸乙酯、正己酸乙酯)和环状酯类(γ-丁内酯)。其中乙酸乙酯具有水果和酯类香气;γ-丁内酯由γ-羟基丁酸经水解、加热脱水并环化后形成[32]。进一步对比分析发现,异戊酸乙酯、丙酸乙酯、乳酸乙酯、乙酸丁酯、正己酸乙酯和丁酸乙酯在NR中的相对含量最高;γ-丁内酯在YR中的相对含量最高;乙酸乙酯在NR和ZR中的相对含量高于MNR、JR和YR。

    在不同种类肉干中检测出的醛类化合物的相对含量为1.51%~3.17%,这些醛类化合物主要来自脂质的氧化过程,Mottram[33]认为其是熟肉产品挥发性化合物的重要来源。主要包括饱和醛(正戊醛、异戊醛、丙醛、壬醛、庚醛)和不饱和醛(反式-2-戊烯醛)。肉类中的脂肪酸种类是多种醛类化合物产生的来源,其中正戊醛是MNR中相对含量最多的醛类化合物,主要由亚油酸和亚麻酸等不饱和脂肪酸氧化分解产生[34];壬醛则由n-9类多不饱和脂肪酸氧化产生;异戊醛来源于缬氨酸,通过Strecker降解反应中的氧化脱氨和脱羧步骤产生[26];除了脂质氧化和蛋白质降解外,壬醛还是美拉德反应产物中发现的主要醛类化合物之一[35]。进一步对比分析发现,反式-2-戊烯醛在MNR中的相对含量显著高于其余4种肉干(P<0.05);壬醛在MNR中的相对含量最低;庚醛在MNR、NR和JR中的相对含量相近。

    在肉干中检测出的吡嗪类化合物的相对含量为0.25%~0.87%,可能来源于Strecker反应中醛和酮类物质的缩合过程,或在干制加热过程中抗坏血酸和蛋白质的反应过程[36]。主要包括烷基吡嗪(2,5-二甲基吡嗪和2,6-二甲基吡嗪)。烷基吡嗪常常描述带有坚果或烘焙香味[37]并被普遍认为是赋予肉制品其特征性烤制风味的关键成分[38]。进一步对比分析发现,2,5-二甲基吡嗪和2,6-二甲基吡嗪在YR中相对含量显著高于其余4种肉干(P<0.05)。

    在评估不同种类肉干样品风味特性时,风味的形成不仅受挥发性化合物浓度的影响,还需达到感觉阈值才能被感知[19]。通过结合浓度与感官阈值分析,可以客观评价各化合物对肉干风味的贡献。本研究采用ROAV法,将(R/S)-芳樟醇定义为对肉干整体风味贡献最大的组分,并计算每个挥发性化合物的ROAV。计算结果与对应的气味描述如表3所示,其中仅列出了ROAV>0.1的化合物。

    表  3  不同种类肉干中挥发性风味物质的ROAV
    Table  3.  Breakdown of volatile components in different types of jerky
    序号化合物名称CAS阈值(μg/kg)[3839]ROAV气味描述[3940]
    MNRNRJRYRZR
    1(R/S)-芳樟醇78-70-66100.00100.00100.00100.00100.00芫荽、花香、柠檬
    22-丙酮67-64-18320.260.320.650.320.35芳香、水果
    3β-蒎烯127-91-31400.920.941.971.041.09松木
    43-羟基-2-丁酮513-86-0145.124.952.961.391.95黄油、青椒
    5正戊醛110-62-3123.140.290.950.120.14青草、绿色
    6α-蒎烯80-56-862.737.1610.755.052.63松木
    72-甲基-1-丙醇78-83-15500.030.010.160.030.03苦味、可可、葡萄酒
    82-庚醇543-49-765.2350.170.030.160.070.19柑橘、泥土、蘑菇、油
    9乙酸乙酯141-78-652.0021.308.719.8125.90芳香、白兰地
    10异戊醛590-86-31.17.323.4833.176.272.04巧克力味、麦芽味
    11丙醛123-38-69.50.580.551.652.172.34花香、辛辣
    12壬醛124-19-614.9813.5025.4412.9513.00脂肪、花香、绿色
    131,8-桉叶素470-82-61.33.6374.125.243.252.06樟脑、桉叶油醇
    14γ-萜品烯99-85-46.50.631.520.740.770.68苦味、柑橘
    15β-月桂烯123-35-31.23.1820.543.385.616.07香醋、水果、天竺葵、
    162,5-二甲基吡嗪123-32-0800.040.080.170.110.07可可、烤牛肉、烤坚果
    17萜品油烯586-62-9410.070.260.120.130.10松木
    18α-萜品烯99-86-5800.030.180.050.030.03柠檬
    193-甲基-1-丁醇123-51-340.480.240.000.240.64焦味、可可味、花香
    201-辛烯-3-酮4312-99-640.360.940.431.041.64泥土、蘑菇
    21庚醛111-71-74.10.340.381.431.311.07脂肪、绿色、坚果
    22丙酸乙酯105-37-3100.123.320.760.720.37苦味、麦芽、油、辛辣
    23正己酸乙酯123-66-02.20.341.962.570.791.08苹果皮、白兰地、过熟水果
    24丁酸乙酯105-54-40.90.7023.172.253.6823.18苹果、黄油、奶酪
    25异戊酸乙酯108-64-50.690.547.985.841.102.96水果、酸味
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    在5种肉干中,1≤ROAV≤100的挥发性化合物包括(R/S)-芳樟醇、3-羟基-2-丁酮、α-蒎烯、乙酸乙酯、异戊醛、壬醛、1,8-桉叶素和β-月桂烯共8种化合物,表明这8种化合物为5种肉干的关键挥发性化合物;0.1≤ROAV<1的挥发性化合物为2-丙酮,表明2-丙酮对5种肉干风味均有重要的修饰作用;ROAV<0.1的挥发性化合物包括乙酸、乙醇、丙酸、2-丁酮、γ-丁内酯、反式-2-戊烯醛、1-羟基-2-丙酮、2-甲基-2-丙醇、1-正丁醇、(+)-柠檬烯、2,6-二甲基吡嗪、乳酸乙酯和乙酸丁酯共13种化合物,表明这13种挥发性化合物对5种肉干整体风味没有影响。尽管5种肉干中检测出的挥发性化合物的种类几乎一致,但是部分挥发性化合物在不同种类肉干中的香气贡献程度不同。其中正己酸乙酯、丁酸乙酯和异戊酸乙酯在MNR风味中起到修饰作用,而在其他4种肉干中则是关键的挥发性化合物并呈现果味;正戊醛是MNR的关键挥发性化合物,对其余4种肉干风味起到修饰性作用;2-甲基-1-丙醇在JR风味中起修饰作用,对其余4种肉干整体风味没有影响。

    为进一步深入探索有助于区分不同种类肉干的特征挥发性化合物,本研究采用了随机森林算法,对不同种类肉干中的挥发性化合物进行了重要性评估。同时使用了相关性热图以可视化不同种类肉干与挥发性化合物相对含量之间的潜在联系,具体结果如图6所示。

    图  6  随机森林变量重要性评价与相关性热图
    注:A图为变量重要性总和排序1~28的挥发性化合物,B图为变量重要性总和排序29~56的挥发性化合物。
    Figure  6.  Random forest variable importance evaluation and correlation heat map

    在随机森林分析中,变量重要性指标被转换为热图中的圆圈表示,以便更直观地展示各挥发性化合物的重要性。根据每种挥发性化合物在5种肉干中的变量重要性总和进行排序后显示,异戊醛、2,6-二甲基吡嗪-M、丙酸-D、萜品油烯、正己酸乙酯和3-羟基-2-丁酮-D这6种化合物的变量重要性均超过10.0%,位居前六。这一结果表明,这些挥发性化合物在区分肉干种类时起到关键作用。结合2.3.3结果分析,异戊醛和3-羟基-2-丁酮-D不仅是有助于区分不同种类肉干的特征挥发性风味物质,同时也是5种肉干整体风味的关键挥发性风味物质。

    在相关性热图中显示,异戊醛、2-甲基-2-丙醇、2-甲基-1-丙醇-D和2-甲基-1-丙醇-M与JR具有潜在相关关系,其中异戊醛在PRANATA等[41]对牛肉、鸡肉、野猪及其混合肉丸中的鉴别研究中是鸡肉丸的预测变量显著性最高的挥发性化合物。3-羟基-2-丁酮-D、2-丁酮、正戊醛、2-己烯-1-醇、反式-2-戊烯醛、反式-2-己烯-1-醇和3-羟基-2-丁酮-M与MNR具有潜在相关关系,这与HUANG等[25]和XIONG等[42]的研究结果相似,两项研究中指出在牦牛肉氧化过程中3-羟基-2-丁酮是酮类中含量最高的挥发性化合物并被认为对牦牛肉的整体香气贡献最大。萜品油烯、正己酸乙酯、3-羟基-2-丁酮-D、乳酸乙酯-D、异戊酸乙酯、1-羟基-2-丙酮-D、丙酸乙酯、乙酸丁酯、α-蒎烯-D、β-罗勒烯、1,8-桉叶素、2-甲基四氢呋喃-3-酮-D、α-萜品烯、β-月桂烯、乳酸乙酯-M、1-羟基-2-丙酮-M、丁酸乙酯、乙酸乙酯、γ-萜品烯、3-羟基-2-丁酮-M和(+)-柠檬烯共21种挥发性化合物与NR具有潜在相关关系;2,6-二甲基吡嗪-M、丙醛-D、γ-丁内酯-M、庚醛、γ-丁内酯-D、2,5-二甲基吡嗪和2,6-二甲基吡嗪-D与YR具有潜在相关关系;丙酸-D、丙醛-M、1-辛烯-3-酮、丙酸-M、3-甲基-1-丁醇、2-庚醇、γ-丁内酯-D、丁酸乙酯和乙酸乙酯与ZR具有潜在相关关系,其中1-辛烯-3-酮在PAVLIDIS等[43]对牛肉和猪肉的区分研究中显示,其含量与猪肉呈现正相关,而3-甲基-1-丁醇被认为有助于区分猪肉[44]

    本研究采用电子鼻结合HS-GC-IMS、ROAV和多元数据分析技术,深入探究了市面上常易混淆的5种风干肉干的挥发性风味组成与特征分析。电子鼻检测结果显示,尽管不同种类肉干气味轮廓相似,但气味响应信号强度存在差异,并在主成分分析中显示出良好区分度。通过HS-GC-IMS技术共鉴定出42种挥发性化合物,主要包括醇类9种、酮类5种、萜烯类9种、酸类2种、酯类8种、醛类6种、吡嗪类2种和呋喃化合物1种,其中醇类化合物的相对含量在5种肉干中最高,相对含量为16.04%~32.41%。尽管不同种类肉干中的挥发性化合物种类相似,但含量差异显著,形成了共性峰区域和特征峰区域。通过ROAV法评价出(R/S)-芳樟醇、3-羟基-2-丁酮、α-蒎烯、乙酸乙酯、异戊醛、壬醛、1,8-桉叶素和β-月桂烯共8种关键挥发性风味物质,这些物质在不同种类肉干的整体风味中具有重要影响。进一步使用随机森林分析对各挥发性化合物进行变量重要性评价,结果显示异戊醛和3-羟基-2-丁酮-D不仅是关键挥发性风味物质,同时也是有助于区分肉干种类的特征挥发性风味物质,并且其相对含量与鸡肉干和牦牛肉干显示出较强的相关性。综上所述,电子鼻结合HS-GC-IMS分析技术不仅可以对不同种类肉干风味特征进行详细分析,还为风干肉干种类区分方法的建立提供理论依据。

  • 图  1   不同种类肉干挥发性组分的传感器雷达图

    Figure  1.   Radar chart of volatile components from different types of jerky

    图  2   不同种类肉干电子鼻主成分分析图

    Figure  2.   Principal component analysis plot of different types of jerky electronic nose

    图  3   不同种类肉干挥发性成分HS-GC-IMS三维谱图

    Figure  3.   Three-dimensional spectrum plot of volatile components in different types of jerky HS-GC-IMS

    图  4   不同种类肉干挥发性成分HS-GC-IMS二维谱图

    Figure  4.   Two-dimensional spectrum plot of volatile components in different types of jerky HS-GC-IMS

    图  5   不同种类肉干中风味物质指纹图谱

    Figure  5.   Fingerprint of volatile components in different types of jerky

    图  6   随机森林变量重要性评价与相关性热图

    注:A图为变量重要性总和排序1~28的挥发性化合物,B图为变量重要性总和排序29~56的挥发性化合物。

    Figure  6.   Random forest variable importance evaluation and correlation heat map

    表  1   电子鼻传感器响应物质

    Table  1   electronic nose sensor response substances

    阵列序号传感器响应物质
    R1Sn_1烷烃
    R2Sn_2醇类、醛类、短链烷经类
    R3Sn_3臭氧
    R4Sn_4硫化物
    R5Sn_5有机胺
    R6Sn_6有机气体、苯酮类、醇醛类、芳香化合物
    R7Sn_7短链烷烃类
    R8Sn_8芳香化合物、醇醛类
    R9Sn_9含氢气体
    R10Sn_10可燃气体物质
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    表  2   不同种类肉干中挥发性成分明细表

    Table  2   Breakdown of volatile components in different types of jerky

    物质
    类别
    中文名称 英文名称 CAS号 保留
    指数
    保留时间(s) 迁移时间(ms) 相对含量(%)
    MNR NR JR YR ZR
    醇类 (R/S)-芳樟醇-M (R/S)-Linalool-M 78-70-6 1557.6 1098.43 1.22 19.4±0.10a 19.05±0.78ab 8.75±0.80c 18.0±0.37b 18.30±0.36b
    (R/S)-芳樟醇-D (R/S)-Linalool-D 78-70-6 1560.3 1105.25 1.76 6.03±0.44b 7.13±0.55a 0.62±0.08d 7.27±0.23a 5.02±0.66c
    反式-2-己烯-1-醇 (E)-2-Hexen-1-ol 928-95-0 1400.5 768.9 1.52 1.08±0.17a 0.53±0.08d 0.60±0.05cd 0.75±0.04bc 0.83±0.01b
    乙醇 Ethanol 64-17-5 933.1 189.1 1.16 3.27±0.05c 4.24±0.06a 3.63±0.25b 4.11±0.07a 4.21±0.03a
    1-正丁醇-M 1-Butanol-M 71-36-3 1154.5 373.3 1.18 0.34±0.06a 0.32±0.05ab 0.17±0.15b 0.22±0.04ab 0.21±0.01ab
    1-正丁醇-D 1-Butanol-D 71-36-3 1154.2 372.91 1.38 0.08±0.02a 0.08±0.03a 0.04±0.04a 0.05±0.01a 0.04±0.00a
    2-己烯-1-醇 2-Hexen-1-ol 2305-21-7 1384.5 741.59 1.18 0.20±0.02a 0.16±0.01c 0.10±0.01d 0.18±0.00b 0.15±0.00c
    2-甲基-1-丙醇-M 2-Methyl-1-Propanol-M 78-83-1 1105.4 314.6 1.17 0.48±0.05b 0.25±0.02c 1.07±0.10a 0.54±0.01b 0.53±0.05b
    2-甲基-1-丙醇-D 2-Methyl-1-Propanol-D 78-83-1 1106.4 315.68 1.37 0.13±0.01d 0.06±0.01e 0.31±0.01a 0.22±0.01b 0.18±0.01c
    2-庚醇 2-Heptanol 543-49-7 1337 665.69 1.38 0.46±0.05a 0.09±0.01c 0.17±0.03b 0.19±0.01b 0.48±0.07a
    2-甲基-2-丙醇 2-Methyl-2-propanol 75-65-0 908.2 177.14 1.33 0.43±0.00c 0.45±0.01c 0.57±0.02a 0.51±0.02b 0.39±0.03d
    3-甲基-1-丁醇 3-Methyl-1-Butanol 123-51-3 1218.4 465.7 1.25 0.08±0.01b 0.04±0.01c 0.03±0.00c 0.04±0.00c 0.10±0.01a
    32.04±0.12a 32.41±0.56a 16.04±1.29c 32.12±0.24a 30.48±1.08b
    酮类 2-丁酮 2-Butanone 78-93-3 906.2 176.2 1.25 1.45±0.07a 0.71±0.04c 1.05±0.01b 1.11±0.06b 0.57±0.02d
    1-羟基-2-丙酮-M 1-Hydroxy-2-propanone-M 116-09-6 1318 637.65 1.06 0.46±0.04b 0.56±0.02a 0.25±0.06c 0.48±0.02b 0.47±0.02b
    1-羟基-2-丙酮-D 1-Hydroxy-2-propanone-D 116-09-6 1317.07 637.25 1.23 0.10±0.03c 0.27±0.04a 0.02±0.01d 0.19±0.01b 0.15±0.01b
    3-羟基-2-丁酮-M Acetoin-M 513-86-0 1298.1 609.49 1.06 1.45±0.04a 1.43±0.06a 0.56±0.18c 0.64±0.06bc 0.78±0.04b
    3-羟基-2-丁酮-D Acetoin-D 513-86-0 1298.7 610.29 1.33 1.59±0.09a 1.59±0.12a 0.09±0.03c 0.19±0.04bc 0.28±0.01b
    2-丙酮 2-Propanone 67-64-1 815.2 138.78 1.12 9.04±0.78b 11.68±0.98a 8.50±0.20b 11.3±0.26a 11.30±0.64a
    1-辛烯-3-酮 1-Octen-3-one 4312-99-6 1326.3 649.69 1.27 0.06±0.01b 0.16±0.06a 0.03±0.00b 0.17±0.03a 0.25±0.09a
    14.15±0.85b 16.39±0.96a 10.51±0.13c 14.16±0.13b 13.83±0.66b
    萜烯类 萜品油烯 α-Terpinolene 586-62-9 1283.8 582.41 1.22 0.12±0.05b 0.46±0.16a 0.07±0.02b 0.23±0.04b 0.16±0.07b
    β-罗勒烯 β-Ocimene 13877-91-3 1257.2 531.66 1.21 0.40±0.12b 0.77±0.16a 0.16±0.02c 0.49±0.05b 0.48±0.15b
    γ-萜品烯 γ-Terpinene 99-85-4 1246.5 512.64 1.22 0.17±0.06b 0.43±0.13a 0.07±0.03b 0.21±0.04b 0.17±0.07b
    1,8-桉叶素 1,8-Cineole 470-82-6 1208.3 449.83 1.73 0.20±0.06c 4.20±1.09a 2.27±0.73b 3.79±0.46a 2.22±0.62b
    β-月桂烯 β-Myrcene 123-35-3 1162.6 383.95 1.71 0.16±0.06bc 1.08±0.07a 0.06±0.02c 0.28±0.06b 0.28±0.12b
    α-蒎烯-M α-Pinene-M 80-56-8 1028.4 246.69 1.22 0.52±0.20bc 0.75±0.03ab 0.78±0.21a 0.75±0.01ab 0.46±0.05c
    α-蒎烯-D α-Pinene-D 80-56-8 1028.4 246.69 1.67 0.18±0.10b 1.12±0.41a 0.23±0.10b 0.53±0.07b 0.16±0.05b
    α-萜品烯 α-Terpinene 99-86-5 1177.9 404.96 1.22 0.11±0.01b 0.64±0.24a 0.06±0.01b 0.12±0.02b 0.10±0.02b
    β-蒎烯-M β-Pinene-M 127-91-3 1113.9 324.11 1.22 3.28±0.13a 2.70±0.23b 3.15±0.46ab 3.07±0.13ab 3.26±0.08a
    β-蒎烯-D β-Pinene-D 127-91-3 1114.9 325.19 1.64 2.21±0.60b 3.05±0.19a 1.16±0.26c 3.06±0.04a 2.68±0.35ab
    (+)-柠檬烯 (+)-Limonene 138-86-3 1197.9 434.05 1.66 0.17±0.07bc 0.74±0.12a 0.05±0.01c 0.31±0.07b 0.24±0.13b
    7.52±1.45c 15.93±1.88a 8.08±1.76c 12.85±0.26b 10.21±1.50bc
    酸类 丙酸-M Propanoic acid-M 79-09-4 1611.8 1242.42 1.12 1.87±1.01b 2.13±0.09b 0.64±0.25b 1.75±0.23b 4.98±1.37a
    丙酸-D Propanoic acid-D 79-09-4 1610.7 1239.3 1.27 0.22±0.07b 0.25±0.02b 0.11±0.02b 0.23±0.01b 0.78±0.37a
    乙酸-M Acetic acid-M 64-19-7 1472.8 906.06 1.05 3.03±0.10ab 3.10±0.14a 3.15±0.11a 2.85±0.06c 3.00±0.10ab
    乙酸-D Acetic acid-D 64-19-7 1473.4 907.39 1.15 2.25±0.18ab 2.40±0.09a 2.06±0.48ab 1.84±0.27b 2.28±0.14ab
    7.38±0.91b 7.88±0.12b 5.95±0.61b 6.67±0.41b 11.05±1.90a
    酯类 异戊酸乙酯 Ethyl isovalerate 108-64-5 1070.6 281.44 1.26 0.02±0.00d 0.24±0.04a 0.06±0.00bc 0.03±0.00cd 0.08±0.02b
    丁酸乙酯 Butanoic acid ethyl ester 105-54-4 1041.8 257.2 1.56 0.03±0.00b 0.91±0.30a 0.03±0.00b 0.14±0.03b 0.81±0.29a
    乙酸乙酯 Acetic acid ethyl ester 141-78-6 876.5 162.99 1.34 0.42±0.04c 4.65±0.75a 0.68±0.07c 2.07±0.47b 5.04±0.49a
    乳酸乙酯-M Ethyl 2-hydroxypropanoate-M 97-64-3 1364.6 708.85 1.14 0.09±0.00d 0.75±0.07a 0.12±0.02d 0.48±0.02c 0.57±0.04b
    乳酸乙酯-D Ethyl 2-hydroxypropanoate-D 97-64-3 1362.6 705.63 1.54 0.02±0.00c 0.23±0.05a 0.02±0.00c 0.13±0.01b 0.15±0.04b
    乙酸丁酯 Acetic acid butyl ester 123-86-4 1077.7 287.74 1.24 0.02±0.00b 0.07±0.02a 0.03±0.01b 0.03±0.00b 0.04±0.01b
    γ-丁内酯-M γ-Butyrolactone-M 96-48-0 1597.4 1202.46 1.09 0.65±0.09c 0.56±0.04c 1.17±0.07b 1.68±0.18a 1.37±0.30b
    酯类 γ-丁内酯-D γ-Butyrolactone-D 96-48-0 1598.7 1205.91 1.3 0.19±0.03b 0.18±0.01b 0.24±0.03b 0.58±0.11a 0.54±0.06a
    正己酸乙酯 Ethyl caproate 123-66-0 1224.2 474.95 1.79 0.03±0.00b 0.19±0.06a 0.09±0.03b 0.07±0.01b 0.09±0.01b
    丙酸乙酯 Ethyl propanoate 105-37-3 963.1 204.57 1.45 0.05±0.01b 1.45±0.27a 0.12±0.03b 0.30±0.08b 0.14±0.03b
    1.53±0.13b 9.22±1.21a 2.56±0.11b 5.52±0.85b 8.85±0.54a
    醛类 庚醛 Heptaldehyde 111-71-7 1186.6 417.55 1.34 0.06±0.00c 0.07±0.01c 0.09±0.02c 0.23±0.04a 0.17±0.04b
    异戊醛 3-Methyl butanal 590-86-3 905.4 175.84 1.41 0.34±0.01b 0.17±0.05d 0.57±0.03a 0.29±0.02c 0.09±0.00e
    丙醛-M Propanal-M 123-38-6 779.4 126.37 1.05 0.09±0.01b 0.07±0.01c 0.05±0.00d 0.09±0.01b 0.14±0.01a
    丙醛-D Propanal-D 123-38-6 777.8 125.84 1.14 0.14±0.01c 0.16±0.02c 0.20±0.01b 0.26±0.01a 0.20±0.02b
    壬醛 1-Nonanal 124-19-6 1389.5 750.03 1.46 0.21±0.03c 0.59±0.10a 0.40±0.04b 0.55±0.05a 0.51±0.10ab
    正戊醛 n-Pentanal 110-62-3 991.6 220.43 1.42 1.60±0.25a 0.15±0.02b 0.18±0.06b 0.06±0.01b 0.07±0.01b
    反式-2-戊烯醛 (E)-2-Pentenal 928-95-0 1142.6 358.16 1.11 0.73±0.06a 0.33±0.07b 0.12±0.06c 0.31±0.05b 0.34±0.03b
    3.17±0.22a 1.53±0.06c 1.60±0.07bc 1.78±0.05b 1.51±0.09c
    吡嗪类 2,5-二甲基吡嗪 2,5-Dimethylpyrazine 123-32-0 1331.9 658.1 1.12 0.13±0.01d 0.28±0.02b 0.22±0.02c 0.38±0.01a 0.23±0.01c
    2,6-二甲基吡嗪-M (2,6)-Dimethylpyrazine-M 108-50-9 1338.5 667.96 1.14 0.11±0.01d 0.19±0.03c 0.30±0.03b 0.38±0.02a 0.16±0.01c
    2,6-二甲基吡嗪-D (2,6)-Dimethylpyrazine-D 108-50-9 1338.2 667.51 1.53 0.01±0.00c 0.03±0.01bc 0.04±0.01b 0.11±0.01a 0.02±0.00c
    0.25±0.01d 0.49±0.05b 0.56±0.06b 0.87±0.03a 0.42±0.02c
    呋喃类 2-甲基四氢呋喃-3-酮-M 2-Methyl-3-ketotetrahydrofuran-M 3188-00-9 1275.5 566.04 1.08 0.12±0.01c 0.37±0.04a 0.18±0.01b 0.35±0.02a 0.35±0.05a
    2-甲基四氢呋喃-3-酮-D 2-Methyl-3-ketotetrahydrofuran-D 3188-00-9 1275 565.24 1.42 0.04±0.01c 0.44±0.19a 0.05±0.01c 0.18±0.03bc 0.27±0.08b
    0.16±0.01c 0.81±0.22a 0.24±0.02c 0.53±0.05b 0.62±0.12ab
    注:“-M”表示单体;“-D”表示二聚体;结果表示为平均值±标准差(n=3),同一行中不同小写字母表示显著性差异,P<0.05。
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    表  3   不同种类肉干中挥发性风味物质的ROAV

    Table  3   Breakdown of volatile components in different types of jerky

    序号化合物名称CAS阈值(μg/kg)[3839]ROAV气味描述[3940]
    MNRNRJRYRZR
    1(R/S)-芳樟醇78-70-66100.00100.00100.00100.00100.00芫荽、花香、柠檬
    22-丙酮67-64-18320.260.320.650.320.35芳香、水果
    3β-蒎烯127-91-31400.920.941.971.041.09松木
    43-羟基-2-丁酮513-86-0145.124.952.961.391.95黄油、青椒
    5正戊醛110-62-3123.140.290.950.120.14青草、绿色
    6α-蒎烯80-56-862.737.1610.755.052.63松木
    72-甲基-1-丙醇78-83-15500.030.010.160.030.03苦味、可可、葡萄酒
    82-庚醇543-49-765.2350.170.030.160.070.19柑橘、泥土、蘑菇、油
    9乙酸乙酯141-78-652.0021.308.719.8125.90芳香、白兰地
    10异戊醛590-86-31.17.323.4833.176.272.04巧克力味、麦芽味
    11丙醛123-38-69.50.580.551.652.172.34花香、辛辣
    12壬醛124-19-614.9813.5025.4412.9513.00脂肪、花香、绿色
    131,8-桉叶素470-82-61.33.6374.125.243.252.06樟脑、桉叶油醇
    14γ-萜品烯99-85-46.50.631.520.740.770.68苦味、柑橘
    15β-月桂烯123-35-31.23.1820.543.385.616.07香醋、水果、天竺葵、
    162,5-二甲基吡嗪123-32-0800.040.080.170.110.07可可、烤牛肉、烤坚果
    17萜品油烯586-62-9410.070.260.120.130.10松木
    18α-萜品烯99-86-5800.030.180.050.030.03柠檬
    193-甲基-1-丁醇123-51-340.480.240.000.240.64焦味、可可味、花香
    201-辛烯-3-酮4312-99-640.360.940.431.041.64泥土、蘑菇
    21庚醛111-71-74.10.340.381.431.311.07脂肪、绿色、坚果
    22丙酸乙酯105-37-3100.123.320.760.720.37苦味、麦芽、油、辛辣
    23正己酸乙酯123-66-02.20.341.962.570.791.08苹果皮、白兰地、过熟水果
    24丁酸乙酯105-54-40.90.7023.172.253.6823.18苹果、黄油、奶酪
    25异戊酸乙酯108-64-50.690.547.985.841.102.96水果、酸味
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  • 收稿日期:  2024-07-07
  • 网络出版日期:  2025-04-06

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