基于气相离子迁移谱技术分析不同干燥方式下兔肉腊肠挥发性风味物质的变化

于美娟，蒋水艳,2，娄爱华，杨慧

1(湖南省农业科学院，湖南省农产品加工研究所，长沙 410125)2(湖南农业大学 食品科学技术学院，长沙 410128)

腊肠是以畜禽肉为原料，添加香辛料、酒类等辅料进行腌制，充填入天然肠衣经发酵后干燥处理，产生浓郁香味的特色传统半干性生肉制品。过去制作出的腊肠多以猪肉为主，虽猪肉腊肠口感细腻但脂肪含量较高。而兔肉富含蛋白质、脂肪含量低、胆固醇低，是一种典型 “三高三低”的健康肉品[1]，易被消化吸收，符合人们的健康饮食要求。

目前对兔肉腊肠加工的研究主要集中于口味[2]、功能性[3]和发酵性[4]等方面。对其干燥工艺研究较少，干制是腊肠制作中的重要工艺，其不仅仅是简单的脱水干燥过程，而会影响到产品的风味，其中挥发性风味物质是评估几乎所有食物风味的最重要的指标之一[5]。以往对肉类挥发性风味物质的分析常采用色谱、质谱、核磁共振技术、电子鼻、电子舌等[6]。近年来，气相色谱离子迁移谱(gas chromatography ion mobility spectrometry，GC-IMS)逐渐应用于食品风味研究[7-8]。李海霞等[9]研究了热泵干燥过程中广式腊肠品质与挥发性风味物质的变化；陈海光等[10]研究了热风干燥处理对广式腊肠挥发性风味物质成分的影响。但对于兔肉腊肠不同干燥处理的干燥特性和挥发性风味物质变化情况、水分活度、质构特性及挥发性风味间的相互作用研究报道较少。

为更好地了解兔肉腊肠干制过程中风味的变化情况，本文以九疑山兔肉为原料，添加杜仲茶、茅岩莓茶等水提物制备腊肠，分组经自然干燥、热风干燥和热泵干燥处理，在不同干燥时间(0、6、12、24 h)内取样。采用气相-离子迁移谱分析挥发性风味物质，并分析干燥过程中的水分活度值，腊肠硬度、弹性、咀嚼特性，并运用统计学揭示风味与水分、质构之间的潜在相关性，一方面可去除传统兔肉产品中肉腥味的问题，另一方面可提高兔肉的应用率，拓宽兔肉消费市场，为新型兔肉腊肠制品的生产提供参考和依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

原料：新鲜兔肉由宁远九疑山兔食品有限公司提供；调味料购于大型超市。

1.2 仪器与设备

101-1AB电热鼓风干燥箱，天津市泰斯特；2HP除湿热泵干燥系统，中国科学院理化技术研究所；HD-5型水分活度仪，无锡市华科仪器仪表有限公司；CT3质构仪，美国Brookeld公司；FlavourSpec®风味分析仪，中国海能仪器股份有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 兔肉腊肠的制作过程

取2.5～3 kg鲜冻九疑山兔10只，低温解冻去骨，按兔肉∶鸡胸肉∶猪脂肪=6∶2∶2(质量比)，分别放入绞肉机中，将肉绞碎成肉丁，以肉重计，分别加入食盐2%、白糖0.5%、聚葡萄糖0.4%、红曲米粉0.01%、味精0.09%、料酒2%、香辛料0.3%、茅岩茶、杜仲茶和绿茶水提物各0.2%(均为质量分数)，充分搅拌，放置低温(5 ℃)腌制48 h。灌肠后室温下放置发酵24 h，然后分成3组，分别进行自然干燥(22～25 ℃)，热风干燥(40 ℃)，热泵闭式循环干燥(40 ℃)，在干燥 0、6、12、24 h 取样编号，自然干燥：CK、FG6、FG12、FG24；热风干燥：CK、RF6、RF12、RF24；热泵闭式循环干燥：CK、RB6、RB12、RB24。

1.3.2 水分活度测定

采用水分活度仪扩散法测定，首先用NaCl饱和溶液校准，校准完成后，将样品倒入玻璃皿中，放入的样品不超过玻璃皿1/3～1/2的高度，把玻璃皿放入测试盒中，测量10 min后读数，每个样品重复3次。

1.3.3 TPA 质构分析

采用质构仪进行兔肉腊肠的TPA质构分析。测定参数：探头：TA44；模式：TPA；测试前速度1 mm/s；测试速度1 mm/s；测试后速度2 mm/s；距离2 mm。

1.3.4 GC-IMS测定挥发性风味物质

使用风味分析仪测定，无需复杂的前处理，直接加热腊肠样品，顶空进样后可快速检测腊肠中的挥发性有机组分，仪器配备的强大功能软件可给出样品的气相离子迁移谱图、挥发性有机物的Gallery Plot图、主成分分析(principal component analysis，PCA)等，可以快速分析出不同组别样品之间的差异。

顶空进样条件：称取 2 g样品放入顶空瓶中，60 ℃孵育15 min，孵化转速500 r/min，进样针温度65 ℃，进样量500 μL。

色谱条件：FS-SE-54-CB-1石英毛细管柱(15 m×0.53 mm×0.5 μm)；色谱柱温度60 ℃；载气为N2(纯度≥99.999%)；载气流速程序：初始流速2.0 mL/min，保持2 min，然后18 min内线性升至100.0 mL/min。

IMS条件：漂移管长度98 mm；管内线性电压500 V/cm；漂移管温度45 ℃；漂移气为 N2(纯度≥99.999%)；漂移气流速150 mL/min；放射源：β射线(氚，3H)；离子化模式：正离子。

1.4 数据处理

GC-IMS 数据利用设备自带Laboratory Analytical Viewer(LAV)分析软件和3款插件(Reporter插件、Gallery Plot插件、Dynamic PCA插件)以及GC×IMS Library Search定性分析软件分别从不同角度对兔肉腊肠的挥发性有机物进行采集和分析。利用Excel 2010、SPSS 20、Origin 9.1等统计软件进行数据处理。

2 结果与分析

2.1 不同干燥方式下兔肉腊肠水分活度值变化

肉制品中水分活度的大小会影响其质构特性和挥发性风味物质的种类和含量变化[11-12]，随着干燥时间的延长，兔肉腊肠的水分含量、色泽、风味等随之变化。通过干燥处理降低兔肉腊肠中的水分活度可以控制产品中微生物的生长和繁殖，同时也可保持各营养成分的稳定性。由表1可知，随着时间的延长，3种干燥方式处理的兔肉腊肠水分活度值都明显下降，其中热泵干燥速度明显优于热风干燥和自然干燥，如在干燥6 h时，水分活度值就下降了0.1左右；24 h时，水分活度值降至0.7左右，能有效抑制大部分细菌、霉菌和嗜盐酸菌的生长。3种干燥方式在同一干燥时间比较，其水分活度值呈显著性差异(P<0.05)。干燥24 h后，兔肉腊肠的水分活度值为0.703～0.835，与余静等[13]分析四川地区香肠的水分活度值为0.675～0.855的结果接近，属于中水分活度范围肉制品。

表1 不同干燥兔肉腊肠的水分活度值(n=6)Table 1 The water activity of rabbit sausage with different drying(n=6)

2.2 不同干燥方式下兔肉腊肠的质构特性变化

在兔肉腊肠干燥过程中，腊肠的硬度、弹性和咀嚼性是影响腊肠感官品质的重要理化指标。在兔肉腊肠干燥过程中，发生了一系列物理化学和微生物反应，使得腊肠的硬度、弹性和咀嚼性发生改变。如图1所示，随着干燥时间的延长，兔肉腊肠的硬度、弹性和咀嚼性变化呈现极显著正相关(P<0.05)，这与PAWLAK等[14]的研究结果一致。由于腊肠的质构特性决定了兔肉腊肠的可接受性和商业价值，质构指标的升高和水分活度的降低表明腊肠加工过程中可以通过控制水分活度来控制兔肉腊肠的最佳质构特性。

a-硬度；b-弹性；c-咀嚼性图1 不同干燥兔肉腊肠质构特性Fig.1 Texture characteristics of rabbit sausages with different drying

3种干燥方式的质构特性差异明显，从干燥速率上来看，热泵干燥效率最高，而热风干燥和热泵干燥的干燥速率明显优于自然干燥(P<0.05)；从干燥24 h后的成品看，热泵干燥和热风干燥的效果接近。硬度、弹性和咀嚼性都远高于自然干燥，与表1的结果相符。刘成国等[15]研究发现，升温模式能显著提升腊肠的硬度、弹性和咀嚼性。干燥前期，腊肠因为温度升高而水分大量丧失，腊肠的弹性、硬度和咀嚼性都显著提升；干燥后腊肠的弹性开始下降，硬度增加。因此，从兔肉腊肠质构结果和干燥速率方面考虑，热泵干燥>热风干燥>自然干燥。

2.3 不同干燥方式兔肉腊肠挥发性化合物的变化

图2为兔肉腊肠干燥过程中不同干燥方式在干燥 0、6、12、24 h取样编号后的样品GC-IMS二维谱图。图中左侧红色线条表示离子峰(reaction ion peak，RIP)，每个点代表腊肠中的一种挥发性风味物质，颜色越深表示含量越高[16]。

从图2可以看出，兔肉腊肠在不同干燥方式下，挥发性风味物质随时间变化，各物质的组成成分相似但含量差异明显。自然干燥、热风干燥和热泵干燥在不同时间段的挥发性风味物质GC-IMS谱图变化较大的是在保留时间200～300 s(图中黄色椭圆区域)，随着加工时间的延长，风味物质特征峰的数量和特征峰信号强度均有所增加。在兔肉腊肠的加工过程中，干燥方式和时间会改变兔肉腊肠的挥发性风味物质。而不同干燥方式中温度和时间是影响兔肉腊肠品质特性和挥发性风味物质的关键因素，也会引起兔肉腊肠挥发性风味物质的组成成分和含量变化。

图2 兔肉腊肠不同干燥方式GC-MS二维谱图分析Fig.2 The characteristic peak location point of volatile compounds in rabbit sausage samples

2.3.1 兔肉腊肠不同干燥方式GC-MS挥发性成分定性分析

采用HS-GC-IMS对兔肉腊肠的挥发性化合物进行了表征。挥发物在柱子中被电离，并根据气相色谱保留时间和离子迁移时间对挥发性组分进行定性分析(图2)。每一个点标记出的数字代表已定性的一种挥发性风味物质。通过GC-IMS应用软件内置的NIST数据库和IMS数据库可对物质进行定性分析，具体定性物质见表2。

表2 兔肉腊肠挥发性组分的定性分析Table 2 Rabbit sausage Volatiles identified by GC-IMS

通过GC-IMS检测到兔肉腊肠中有44个峰，经数据库比对，鉴定出33个挥发性成分，包括8个醛、8个醇、3 个酮、7个酯、1个酚、4个萜烯类、1个醚和1个酸。由于在气相离子迁移谱分析过程中，许多挥发性物质因其浓度不同会产生不同的产物离子，同一物质有单体和二聚体的存在，E-2-庚烯醛、庚醛、乙醇、已酸乙酯、3-甲基丁酸乙酯和桉树酚显示出2个峰[17]。其中己醛、壬醛、E-2-庚烯醛、庚醛、苯甲醛、1-辛烯-3 醇等挥发性物质被前人[18-20]确定为兔肉本身的主体风味物质，己醛为兔肉腥味的主要来源。其他挥发物在香肠及发酵肉制品中被频繁报道[21]。

2.3.2 不同干燥时间兔肉腊肠挥发性有机物质的指纹图谱

为分析不同干燥时间的兔肉腊肠风味物质的变化情况，采用 LAV 软件的Gallery Plot功能，选取离子迁移图中所有的分析区域生成指纹图谱，图谱每一列代表同一保留、迁移时间下挥发性化合物的信号峰；每一行代表不同干燥方式下的样品，每个样品3个平行，每个点代表1个挥发性化合物，点颜色越深表示其含量越高。从图3中可以看出每种干燥方式不同干燥程度挥发性风味物质的完整信息以及各种干燥方式之间挥发性有机物的差异。

从挥发性有机物的离子峰排列可明显看出，不同干燥方式含有共有挥发性有机物，区别仅在于丰度值的不同。从图谱中发现，3种干燥方式的挥发性有机物含量差异明显，其中热泵干燥处理24 h的样品挥发性有机物浓度较高。图中A区域的风味物质在自然干燥处理中的浓度远远大于热风干燥和热泵干燥处理的样品，可作为兔肉腊肠自然干燥处理的特征物质，主要为3-甲基丁酸乙酯、丙酸乙酯、2-甲基丁酸乙酯和壬醛；B区域中兔肉腊肠的挥发性风味物质甲琉基丙醛、苯甲醛和苯乙醛随着干燥处理时间的延长挥发性风味物质浓度升高，这与干燥过程中水分活度减小有关；图C、D区域挥发性风味物质浓度都呈现热泵干燥>热风干燥>自然干燥，表明热泵干燥处理可以较好地保留挥发性风味物质，热泵干燥有利于兔肉腊肠中脂质的降解和氧化，从而生成风味物质，这与李海霞等[9]研究结果一致。

图3 干燥时间兔肉腊肠挥发性有机物的指纹图谱Fig.3 Gallery polt of VOCs in rabbit sausage with drying duration注：A、B、C、D表示差异区域

2.3.3 兔肉腊肠中挥发性化合物的PCA

由图4可知，第一主成分(PC1)的贡献率为53%，第二主成分(PC2)的贡献率为18%，2 种主成分累积贡献率达到71%，可以较好地反应不同干燥方式加工兔肉腊肠在不同时间段挥发性风味物质成分差异的影响因素。从样本的聚集、离散程度看，CK和FG样本距离很近，表明自然风干的加工方式兔肉腊肠的风味物质成分变化最小。热泵干燥是一种干燥介质为湿空气的闭式循坏干燥，整个过程不向外界排放废气；热风干燥是通过鼓入热风，进而使空气流动速度加快从而使水分蒸发[22]；RB24和RF24样本距离接近，表明热风干燥和热泵干燥的兔肉腊肠的加工方式使得兔肉腊肠的挥发性风味物质变化较大，可能是由于这2种干燥方式都会因为温度较高发生美拉德反应和脂肪氧化，所以气味较接近。热风干燥和热泵干燥对兔肉腊肠风味物质的形成有重要作用，这与前面二维谱图的分析结果基本一致。

图4 不同干燥方式兔肉腊肠的PCAFig.4 PCA analysis of different dried rabbit sausage

2.4 挥发性有机化合物与水分活度、质构的相关性分析

消费者对肉的水分活度、质构特性和风味等质量要素的接受程度是决定肉质量的主要因素[23]。肉制品的风味是存在于肉制品中的脂肪、蛋白质和盐的相互作用产生的挥发性风味物质[24]。图5为水分活度、质构与挥发性风味物质的PCA载荷图。

图5 水分活度、质构与挥发性风味物质的PCA载荷图Fig.5 PCA doping map of water activity, texture and volatile flavor compounds注：图中字母(F1-F37)分别与表2(特征峰编号)对应；红点(CK、RB、RF、FG)表示不同干燥时间

第一、第二主成分的方差贡献率分别是61.7%和22.95%。挥发性有机化合物中除酚类、萜烯类和醚类(如F6、F10、F2等)以外的挥发性有机化合物与水分活度呈显著负相关性，其原因是水分减少导致挥发性有机化合物浓度和活性增加，这与YAMANAKA[25]的研究结果相一致；挥发性化合物与质构的相关性与有机化合物的化学性质有关，其中质构与酮类、萜烯类无显著相关性，质构与醛类、酯类、醇类、酸类呈正相关性，质构与酚类、醚类呈现负相关性；质构与水分活度位于X轴的正负两极，总体呈现负相关性，原因可能是由于在一定范围内，水分活度的减小导致细胞皱缩，整体的硬度、弹性、咀嚼性均增加。

3 结论

采用不同干燥方式加工的兔肉腊肠之间水分活度的变化情况存在显著性差异，热泵干燥的速度最快，干燥效果最好，最终产品水分活度为(0.703±0.002)。其次，随着干燥时间的延长，兔肉腊肠的硬度、弹性和咀嚼性变化呈现极显著正相关，从兔肉腊肠质构结果和干燥速率方面考虑，热泵干燥>热风干燥>自然干燥。采用GC-IMS对不同干燥方式的兔肉腊肠挥发性风味物质进行分析，4组产品兔肉腊肠中有44个峰，经数据库比对，鉴定出33个挥发性成分，包括8个醛、8个醇、3个酮、7个酯、1个酚、4个萜烯类、1个醚和1个酸；指纹图谱表明热泵干燥处理可较好地保留挥发性风味物质，有利于兔肉腊肠中脂质的降解和氧化；2种主成分贡献率达71%，样本特征差异明显。

研究结果表明水分活度与硬度、弹性和咀嚼性总体呈现负相关，原因是肉的水分活度直接影响肉质的持水性、嫩度和多汁性从而影响肉的整体质构特性；挥发性风味物质与水分活度呈现负相关，其原因是水分减少后挥发性有机化合物浓度和活性增加所致。