气味指纹图谱技术在肉制品品质检测中的应用

刘树萍，方伟佳

(哈尔滨商业大学 旅游烹饪学院，哈尔滨 150076)

肉制品是国民餐桌上不可或缺的一部分。传统肉质品的加工方法主要有煮制、卤制、熏制、腌制。肉制品[1]加热过程发生的化学变化会产生一些化学物质，从而改变肉类的原有风味。化学变化过程主要包括氨基酸和多肽的热降解、糖降解、脂类降解与氧化、美拉德反应和各种降解产物之间的交换作用等，这些反应中对风味变化起显著作用的是脂类氧化以及美拉德反应。传统的肉制品检测法以人工检测法和化学检测法为主，人工检测法受到检测员主观因素的影响，结果往往具有不准确性；而化学检测法由于菜肴加工过程中复杂的化学变化而导致检测过程复杂，费时费力。气味指纹图谱技术作为前沿的检测技术，可应用于肉制品的成分分析及品质检测。气味指纹图谱技术结合电子鼻技术、气质联用技术以及固相萃取技术等现代先进技术，实现将肉制品特性特征化记录图谱，存储进数据库，被录入的肉制品数据库可用于未知样品的成分检测及品质检测，达到对肉制品快速、无损、实时监控的目的。

1 气味指纹图谱技术的简介

指纹即手指表面凸起而形成的纹路，由于指纹的出现受环境和自身双重作用，因此指纹普遍存在却又不尽相同，所以其特异性也被称为“人体身份证”；指纹图谱技术[2]是对含有特征性品质的待测组分进行指纹分析的一种技术，常用的技术方法如DNA指纹图谱技术、蛋白指纹图谱技术及气味指纹图谱技术等。利用这些技术获得的特征性指纹图谱不断丰富数据库，从而建立识别模型，可将待测物质分门别类归置的同时，也可对未知样本进行快速鉴定；其中气味指纹图谱技术[3]指的是利用现代先进的检测仪器，包括电子鼻技术、气质联用技术、固相萃取与气质联用技术等对挥发性物质进行数据录入，得到相应的带有本质属性特征性的光谱、色谱以及其他图谱的一门技术。这些技术获得的特征性气味指纹图谱不断录入后，气味数据库不断完善，可建立气味指纹图谱识别模型，达到对肉制品的快速分类、鉴别和预测未知样本的目的。

2 气味指纹图谱技术在肉制品品质检测中的应用

2.1 电子鼻技术

电子鼻[4]是一种模拟生物嗅觉的气味扫描仪，工作程序包括3个部分：样品信息采集、实时监测和数据模型处理。可对周围环境在一段时间内进行实时无损检测，因此被应用于食品把控、人体医疗、环境监控等领域。但是电子鼻技术的局限性在于它只能区分物质的不同，不能定性到具体何种成分造成的不同，所以电子鼻技术常常与气质联用技术联用。

2.1.1 电子鼻在腌制肉品质检测中的应用

香肠属于腌制肉类的一种，顾欣哲等[5]根据Loading分析、方差分析和Pearson相关性分析确定了最佳传感器，通过酸价和过氧化值的指标来观测氧化指数，结果表明电子鼻监控对脂肪氧化程度有显著的区分性，可用于脂肪氧化过程的监控。进而根据分析结果绘制图谱，得到香肠的气味指纹图谱。郭昕等[6]选取3种不同产地的腊肉，利用电子鼻对腊肉样品的挥发性气体进行检测，得到特征性图谱，结果表明不同产地腊肉的挥发性主成分不同，再结合气质联用技术绘制主成分分析的气味指纹图谱，得到腊肉主成分分布不同的气味指纹图谱，此技术可通过检测腊肉主成分组成来判定地方性特征风味。

2.1.2 电子鼻在卤制肉品质检测中的应用

唐春红等[7]利用电子鼻对不同卤制方式的鸡腿肉录入数据并进行分析，实验证明电子鼻可以对不同卤制方式的鸡腿肉进行有效区分，再结合感官评分，与气味图谱一一对应起来，可对未知样品的卤制方式做标准化鉴定；刘欣等[8]利用PEN3便携式电子鼻对不同肉桂含量的卤鸡腿样品的挥发性气味物质进行数据录入，再结合顶空固相萃取和气质联用技术对主成分进行定性分析，绘制主成分气味指纹图谱，得到不同成分的分布情况，得出肉桂含量的增加会引起萜烯类物质的增加，其中0.3%的肉桂添加量导致萜烯类物质增加最显著。朱成林等[9]利用电子鼻将不同花椒含量的卤兔腿样品进行检测。分析绘制主成分气味指纹分析图谱，发现不同花椒添加量的卤兔腿有着明显区分，再使用电子鼻-气质联用技术对具体成分进行分析，得出结论：不同花椒添加量对兔腿原有成分并不产生种类变化影响，只是产生含量变化影响，在0.3%含量的花椒添加量下，物质含量变化最明显。

2.1.3 电子鼻在热处理肉品质检测中的应用

武苏苏等[10]将不同煮制温度下的鸡腿肉样品切碎置于锥形瓶中，在水浴锅中加热用于电子鼻检测。利用PEN3进行定时检测，录入后的数据再结合顶空固相微萃取(HS-SPME)和气质联用(GC-MS)技术定性检测出挥发物成分组成，绘制主成分分析指纹识别图谱，通过图谱得出结论：前半段升温过程中挥发性物质的种类和含量变化较快，后半段较慢，以90 ℃为临界点。沈旭娇等[11]利用含有10个热敏感型金属氧化物传感器阵列的电子鼻对相同气压不同温度和相同温度不同气压处理条件下的盐水鸭胸脯肉样本定时检测。将72 s后的电子鼻录入数据利用主成分分析和线性判别分析2种数据分析方式，得出气味成分指纹图谱，根据比较得出结论：200 MPa/40 ℃和400 MPa/40 ℃ 2种条件处理下的盐水鸭胸脯肉最接近产品的原始风味。

2.2 气质联用技术

气质联用技术即气相色谱与质谱联用的分析技术。质谱法可以对成分单一的化合物进行定性分析，但是对复杂化合物就束手无策，而气相色谱法可对复杂化合物进行有限分离，弥补了质谱法的缺陷，将二者联用可达到对复杂化合物的高效、准确定性。气味本身就是一种复杂的、多种化合物的混合产物，因此需要气质联用技术来进行定性操作。但是气质联用的局限在于不能从一整块样本中排除干扰信息，因此要结合萃取技术将样本的主要挥发性物质提取出来。

2.2.1 气质联用技术在泡制肉品质检测中的应用

周恒量等[12]利用气质联用技术对最佳萃取工艺下风味泡鹅肉样品的风味物质进行定性，共检测出63种挥发性物质，并得到相应的气味指纹图谱，发现在不同萃取工艺下，气味指纹图谱结果会产生差异；胡玉娇[13]采用正交实验确定了泡椒鹅肉的最佳工艺，再结合固相微萃取(SPME)和气质联用(GC-MS)技术检测到泡椒鹅肉中的62种挥发性成分，从而建立相应的气味指纹图谱，录入气味指纹检测数据库，可检测泡椒鹅肉品质变化且预测未知泡椒鹅肉气味成分组成。

2.2.2 气质联用技术在熟制肉品质检测中的应用

喻倩倩等[14]利用顶空萃取技术对红烧肉的挥发性物质进行提取，在最优萃取条件下，结合气相色谱-质谱联用(GC-MS)进行成分定性分析，绘制特异性气味指纹图谱，鉴别出40种挥发性化学物质；程玥等[15]对梅菜扣肉进行蒸馏萃取，提取的气味挥发物结合气质联用法进行成分判别，得出57种挥发性物质成分组成，其中醛类、醚类、含氮、含硫以及杂环化合物是梅菜扣肉的主要挥发性成分，并录入了特异性气味指纹图谱；王旭等[16]通过响应面优化实验确定45 ℃低温下的最佳萃取条件，在最佳萃取条件前提下，采用顶空固相微萃取和气质联用技术检测方式，检测出低温羊肉火腿中的54种挥发性物质，绘制成专属的气味指纹图谱。

2.3 固相萃取与气质联用技术

传统的肉制品检测都是将样品直接检测，会受到样品内干扰因子的影响，从而影响实验结果的准确性。固相萃取技术作为样品预处理新技术，由液固萃取和柱液相色谱技术结合发展而来，可对样品进行分离、纯化和浓缩，与传统的液液萃取法相比较可以提高分析物的回收率，对于待测物与干扰物分离更加高效。在肉制品的预处理技术上，固相萃取比传统的液液萃取分离效果更佳。

2.3.1 固相萃取与气质联用技术在熟制肉品质检测中的应用

丁晖等[17]利用固相微萃取技术，对经过不同加工处理方式的羊羔肉样品进行预处理，提取不同方式处理的羊羔肉的有效成分，排除干扰因子。得到结果：超高温处理的脱膻效果最佳；孙承锋等[18]利用HS-SPME萃取工艺，将二次热杀菌烧肉样品预处理，再利用气质联用技术分析待测样本，得出结论：不同的二次杀菌烧肉样品共有60种挥发性物质成分，其中评价总分最低的是110 ℃杀菌组；师希雄等[19]利用固相萃取技术对不同熟制时间的牦牛肉样品预处理，得到不同熟制时间的牦牛肉有效成分，再结合气质联用检测技术得出结论：经过8天熟制的牦牛肉比0天与3天美拉德反应得到的产物相对含量总体增加，肉制品香气增加。

2.3.2 固相萃取与气质联用技术在腌制肉品质检测中的应用

朱建军等[20]利用固相萃取技术对黔式腊肉样品进行预处理，得到的黔式腊肉提取物样本再结合气质联用技术得出结果：共检测出55种挥发性物质成分，酚类、羰基类和酯类这3种起主要挥发性成分代表作用。刘欣等利用固相萃取技术对不同肉桂添加量的卤鸡腿肉样本进行预处理，得到的卤鸡腿肉提取物样本再结合气质联用技术得出结果：肉桂块与肉桂粉在对卤制鸡腿肉的影响上差别并不大，因为肉桂块与肉桂粉在含量和种类上基本一致。

3 气味指纹图谱技术在肉制品品质检测中存在的问题与应用趋势

3.1 存在的问题

3.1.1 仪器设备不够精密

气味指纹识别技术[21]作为一种快速无损识别技术，可以根据气体样品总体挥发性信息产生特异性气味指纹“图谱”，可将未知样品与现有数据库进行比对，来检测肉制品样品的成熟度、种类以及特征风味。但是在我国气味指纹识别技术还处于起步阶段[22]，在检测肉制品品质过程中，由于仪器灵敏度、模式识别和数据处理方式都还未能达到尽善尽美的效果，得到的结果与人们期望中仍会有一些差异。

3.1.2 对肉制品预处理方式没有统一标准

通常在肉制品成分定性检测时要进行预处理，达到规避一些干扰因素的作用。但是由于不同的预处理方式会产生不同的实验结果，肉制品的选取时间、选取部分、切制大小都会成为肉制品预处理的不准确因素，如萃取是预处理技术之一，王旭等通过单因素试验得出结论：萃取时间、萃取头类别、萃取温度、萃取量这4个因素都会影响预处理的结果，从而影响气味指纹图谱的准确性。因此，在试验前需进行单因素试验以确定最佳预处理工艺，统一预处理标准。

3.1.3 数据库建立不完备

气味指纹图谱作为气味识别的前沿性科技，在拥有指纹识别精准性的同时，实验量尚少，数据库仍不完备。肉制品本身是一种复杂的存在，加之加工过程中与调味品的交互作用，现在普遍使用的气味指纹图谱数据库是对气味物质的定性与定量分析，以含量多少来定论是否是气味物质的主体成分，但是有些气味物质即使含量很多也不是整体气味的主要影响因子，而有些气味物质即使含量很少，却对整体气味起了决定性作用。由于肉制品风味受到浓度、相对含量及风味阈值3个方面作用的共同影响，所以要综合考虑而不能只从含量分析，这与人们期望的通过确定最佳风味组成与调配方法，从而优化肉制品产品设计，开发出令大众满意的菜肴还有一段距离。

3.2 展望

我国的气味指纹图谱技术尚在建立阶段，作为气味识别的前沿性科技，在拥有指纹识别精准性的同时，实验量尚少，实验仪器灵敏度不够，导致数据库仍不完备。但是随着时代的进步，纳米技术、计算机技术的不断发展，仪器录入数据的精准度会提升，并且不断地录入不同条件下的肉制品样品来丰富气味指纹图谱库，从而可以建立不同种类肉制品标准模型，在实现对未知样品快速无损检测的同时，也可提高肉制品优化设计的高效性；肉制品香气采集上，香气采集中由于碰触到仪器管壁产生冷凝作用，会损失一部分香气，使得到的结果与实际产生偏差，将来，会有同温设备的出现，解决香气的冷凝损失现象，使实验结果更加准确。随着计算机技术的飞速发展，气味指纹识别技术的数据处理方式也在与时俱进。然而目前数据处理方法主要停留在气味物质含量分析上，不能综合评价以分析气味物质对整体风味的贡献。因此，希望将来会有一种数据分析方法对气味呈味主因子进行判别。对于肉制品这种由不同反应交互作用形成的复杂香气，气味指纹技术会向着多技术结合、更精准化方向发展。相信将来气味指纹技术会向着仪器体积便携式、肉质菜肴无损化发展，在不损坏肉制品品质的基础上，达到对肉质菜肴气味、品质的实时、快速、便捷检测。