气味指纹图谱技术在肉类产品中的应用研究进展

李月明 韩 冰 王军茹 潘 雷 徐旖梦 张根生

(1. 哈尔滨商业大学食品工程学院，黑龙江 哈尔滨 150028；2. 中国农业科学院农产品加工研究所主食加工技术研究院，黑龙江 哈尔滨 151900)

肉类食品富含人体所需营养物质且口感极佳，在人们的日常生活中必不可少[1-2]。气味特征是评判肉类产品品质的重要指标之一，在实际生产中起到指导作用[3]。气味特征的描述和判定可以通过感官评价实现，由于个体间的差异对结果影响较大，可以结合气味指纹图谱技术共同表征。气味指纹图谱技术[4]是指利用现代先进的检测仪器对挥发性物质进行数据检测，得到相应的带有本质属性特征的光谱、色谱以及其他图谱的一门技术。该技术是以挥发性物质分析为基础，通过绘制特征气味指纹图谱达到表征与鉴别的目的。研究检索并总结该技术在肉类产品研究领域的具体应用，如产品溯源与品种鉴定、工艺控制、贮藏期、质量管理等，并对该技术在肉类产品应用中的研究方向和发展前景进行展望，以期为肉类产品研究提供依据。

1 气味指纹图谱的构建流程

构建气味指纹图谱的主要步骤见图1：样品采集[5]、数据采集[6]、数据分析与特征信息提取[7-10]、建立气味指纹图谱。根据检测需要进行样品采样，理论上采样数量越多越好。在肉类产品研究中，通常采用一种或多种方法进行数据采集。依据所提取的特征信息，建立一种可以反映一类或一种样品主要特征的图像或图形[11]。气味指纹图谱技术应用在挥发性成分检测与评价方面具有不可替代的优势。

图1 气味指纹图谱的构建Figure 1 Construction of odor fingerprint

2 气味指纹图谱技术在肉类产品中的应用

2.1 在肉类产品溯源与品种鉴定上的应用

肉类产品的可追溯性和真实性研究对于保证肉类品质及其产品的安全和质量、维护消费者的利益、保护地方特色产品均具有重要意义[12]。目前针对肉类产品溯源与品种鉴定的方法较多，主要有稳定同位素技术、DNA技术、光谱技术、矿物元素分析和气味指纹图谱技术等[13-15]，各方法的优势和不足见表1。在产品溯源与品种鉴定领域，气味指纹图谱技术仍处于发展阶段，相较于DNA技术、同位素技术等常规方法，其在溯源、品种鉴定协同风味表征上具有不可替代的优势。

表1 不同溯源与品种鉴定方法的对比Table 1 Comparison of different traceability and variety identification methods

有研究[16]表明，可应用气相色谱—质谱联用(GC-MS)或气相色谱—离子迁移色谱(GC-IMS)等检测设备对挥发性风味物质进行检测，经数据分析如采用主成分分析方法(PCA)、线性判别分析方法(LDA)、偏最小二乘—判别分析(PLS-DA)等方法找到关键化合物，通过绘制指纹图谱来进行肉类产品的品种鉴定。此外，不同地区的肉类产品的品质特征不同，通过气味指纹图谱技术也可以进行产品溯源。表2列举了相关气味指纹图谱技术在肉类产品溯源与品种鉴定上的应用。

表2 气味指纹图谱技术在肉类产品溯源与品种鉴定上的应用Table 2 Application of odor fingerprinting technology in traceability and species identification of meat products

2.2 在肉类产品工艺控制上的应用

气味指纹图谱技术不仅可以对风味进行表征，还可以评判加工工艺对肉类产品风味的影响。其中，不同的辅料添加与加工过程影响着产品的风味。王宁宁等[23]应用气相色谱—质谱联用(GC-MS)检测低钠复合盐发酵香肠中挥发性风味物质，得到的指纹图谱数据中低钠复合盐组对发酵香肠的风味无影响。刘萍等[24]采用气相色谱离子迁移谱(GC-IMS)对肉脯加工过程中产生的原料肉、拌料肉、发酵肉、半成品肉和成品肉的挥发性有机物进行检测和分析，对选取的气相色谱离子迁移谱(GC-IMS)图谱特征区域信号进行主成分分析，发现该方法能够有效区分各加工阶段的肉脯样品。姚敏等[25]应用电子鼻和气相质谱联用(GC-MS)的方法通过对红烧肉加工过程中的关键过程如漂烫、油炸、炖煮及添加调味汁等进行风味物变化分析，发现电子鼻技术结合气相质谱联用(GC-MS)依据风味物质的变化可以较好地反映红烧肉的不同加工阶段。表3列举了相关气味指纹图谱技术在肉类产品工艺控制上的应用。

表3 气味指纹图谱技术在肉类产品工艺控制上的应用Table 3 Application of odor fingerprinting technology inprocess controlof meat products

2.3 在肉类产品贮藏期表征上的应用

肉类产品由于化学反应、内源酶反应、细菌活动等因素会出现异味、变色、产气和黏稠现象[33]。应用气味指纹图谱技术探究肉类产品贮藏期间挥发性成分的变化，结合感官评价和微生物指标检验可以表征其贮藏期。其中，气相色谱—质谱联用(GC-MS)是检测肉中微生物产生的挥发性成分最常用的分析方法[34]。Papadopoulou等[35]为探究腐败微生物对无菌猪肉挥发性化合物在贮藏期间的变化，采用顶空—固相微萃取—气相色谱—质谱(HS-SPME-GC-MS)分析，发现变质样品中挥发性物质主要为醇类、酮类、乙酸丁酯和乙酸乙酯，而新鲜样品中挥发性物质主要为二甲基硫、呋喃、乙酯和乳酸乙酯。通过指纹图谱比对，可判断猪肉处于贮藏期的具体阶段。Li等[36]应用气相色谱—质谱联用(GC-MS)法对腊肉冷藏期间挥发性成分进行测定，并应用电子鼻对主成分进行分析。经测定共检出56种挥发性有机物，将其绘制成不同贮藏期的气味指纹图谱。使用不同贮藏时间的指纹图谱可以很好地识别和区分贮藏期超过15 d的样品。周慧敏等[37]采用吹扫捕集—热脱附—气相色谱—嗅闻—质谱联用技术，结合指纹图谱技术研究了黑白胡椒腊肠贮藏期的气味活性化合物的演变规律，并建立了评价货架期风味劣变和货架期预测的方法。Schuster等[38]研究了不同瘦肉、脂肪组织和骨骼比例对真空包装羔羊在2 ℃贮藏15 d的挥发性有机化合物(VOC)。应用气味指纹图谱技术，采用质子转移—反应质谱(PTR-MS)和互补固相微萃取—气相色谱—质谱(SPME-GC-MS)对部分样品进行检测，发现微生物数量的增加会导致不同挥发性有机化合物的产生，包括醇、醛、酮、酸和含硫化合物。说明利用气味指纹图谱技术可以表征肉类产品贮藏期。

2.4 在肉类产品质量管理上的应用

中国牛肉、羊肉、马肉等价格要远高于猪肉、鸡肉、鸭肉等，在利益的驱动下，一些不法商家在肉类产品中掺假的现象屡见不鲜，严重侵害了消费者的权益[39]。应用气味指纹图谱技术可以进行掺假辨别。此外，不同的陈化时间会影响肉类产品的品质，尤其是一些传统发酵制品。随着陈化时间的延长，产品的品质与风味都有较大提升。应用气味指纹图谱技术可以通过挥发性成分的测定来鉴定不同的陈化时间，进而对肉类产品进行品级分类。表4列举了相关气味指纹图谱技术在肉类产品质量管理上的应用。

表4 气味指纹图谱技术在肉类产品质量管理上的应用Table 4 Application of odor fingerprinting technology in quality controlof meat products

此外，气味指纹图谱技术也可应用于营养代谢与风味协同调控研究中。如辨别与揭示各种类型肉类产品中是否具有致敏潜力的植物蛋白[45]；表征肉类产品贮藏过程中挥发性化合物和代谢途径的特征[46]；探究降低脂肪含量[47]、降低钠盐含量[48]、以植物基部分替代原料肉[49-51]等改变肉类产品原料组成所带来的风味变化。

3 气味指纹图谱技术在肉类产品应用中的研究方向

3.1 改进提取肉类产品挥发性物质的方法

采用不同的挥发性物质提取手段会得到不同的试验结果。即使是同一种肉类产品，不同的萃取手段也会影响预处理结果[52]。如何最大限度地收集并保留检测物质是保证气味指纹分析能够准确检测的前提。因此，继续探索新型提取方法，制定不同肉类产品的前处理标准，是今后气味指纹图谱技术在肉类产品应用中的研究方向。

3.2 健全不同加工工艺处理下的气味指纹数据库

肉类产品在加工过程中的变化因素较多，对挥发性风味物质的变化影响较大，为气味指纹图谱数据库的建立提出了挑战。如发酵处理中微生物的作用、发酵工艺与贮藏时间的改变等，均影响挥发性风味物质的种类与数量。因此，对不同加工工艺处理的肉类产品进行系统划分、制定相关工艺标准以及全面建立指纹数据库，是气味指纹图谱技术在肉类产品风味领域的研究方向。

3.3 采用多种方法共同表征肉类产品溯源与品种鉴定

气味指纹图谱技术可以根据肉类产品中收集到的挥发性成分信息来进行溯源与品种鉴定。但要准确辨别产品品质及其溯源还应结合其他分析手段[45]。中国气味指纹图谱技术正处于发展初期阶段，得到的结果与真实情况仍会有一定的差异。因此，采用多种方法共同表征肉类产品溯源与品种鉴定，是气味指纹图谱技术在肉类产品溯源、品种鉴定与风味研究相结合的研究方向。

3.4 结合多种数据处理方法对数据进行分析

气味指纹图谱技术应用仪器检测设备得到的数据偏多，如何找到重要信息是关键。数据处理方法较多，如何选择合适的数据分析方法是难点。目前应用于肉类产品挥发性成分研究中的方法大多是采用主成分分析和聚类分析。仅使用一种方法有时并不能较好地对数据进行分类，还需结合其他数据处理方法如偏最小二乘法、线性辨别分析、模糊信息分析法和人工神经网络法等。因此，探究与改进数据处理与分析方法、结合多种数据处理方法对数据进行分析，也是今后气味指纹图谱技术在肉类产品应用中的研究方向。有关不同数据分析方法在肉类产品中的应用还需要更多专业学者的深入研究。

4 结论与展望

气味指纹图谱技术在肉类产品溯源与品种鉴定、工艺控制、贮藏期表征、质量管理等领域均有应用。与传统通过感官评价来评判风味的方法相比，气味指纹图谱技术具有更科学、更准确等优势。但该技术目前并不成熟，还需要改进与规范在肉类产品挥发性风味物质中的提取方法、健全气味指纹数据库、结合其他方法如矿物元素分析、DNA技术和红外光谱等技术手段共同表征肉类产品的来源与品质，结合多种数据处理方法对关键挥发性成分进行数据分析，达到在不损坏肉类产品品质的基础上对产品品质进行准确评价。