基于电子舌和气相色谱-离子迁移谱分析脂肪添加量对中式香肠风味的影响

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　　摘 要：为提高中式香肠风味品质，研究不同脂肪添加量对中式香肠风味的影响，选取4 个不同脂肪添加量，即肥瘦肉质量比分别为0∶10、2∶8、3∶7、5∶5，以相同加工工艺制作中式香肠，采用电子舌和气相色谱-离子迁移谱（gas chromatography-ion mobility spectrometry，GC-IMS）分别对不同脂肪添加量的中式香肠滋味和挥发性风味物质进行分析，并根据挥发性组分的GC-IMS图谱结合主成分分析法分析不同样品间的差异。结果表明：随着脂肪添加量的增加，中式香肠水分含量显著降低（P<0.05），pH值降低，食盐及脂肪含量增加;电子舌味觉特征分析表明，不同脂肪添加量中式香肠的丰富性和咸味有显著差异，其他味觉特征无显著差异;GC-IMS分析表明，中式香肠中共检测出36 种挥发性物质，其中乙酸香叶酯、甲基胡椒酚、壬醛和二丁基硫醚等是主要特征风味物质。结合感官指标得出，脂肪添加量30%的中式香肠风味最佳，感官可接受度最好。
　　关键词：气相色谱-离子迁移谱;电子舌;脂肪添加量;中式香肠;风味
　　Abstract： In order to improve the quality of Chinese sausages， we explored the influence of different fat contents on the flavor of Chinese sausages. Four different gradients of fat were added， i.e.， ratio of fat to lean of 0：10， 2：8， 3：7， 5：5， respectively， to make Chinese sausage using the same processing technology. The flavor substances of Chinese sausages were analyzed by electronic tongue and gas chromatography-ion mobility spectrometry （GC-IMS）. The characteristic flavor fingerprints of volatile components combined with principal component analysis （PCA） was used to investigate the differences between Chinese sausages with different fat contents. Our data showed that with the increase of fat content， water content significantly decreased （P < 0.05）， and pH value decreased， while salt and fat content increased. The electronic tongue analysis of taste characteristics showed that there were significant differences in the richness and saltiness of sausage samples with different amounts of fat， but no in other taste characteristics. GC-IMS data showed that 36 volatile substances were detected in Chinese sausages， among which geraniol acetate， methyl chavicol， nonanal， and dibutyl sulfide were the main characteristic flavor substances. Sensory evaluation showed that Chinese sausage with 30% fat content had the best flavor and sensory acceptance.
　　Keywords： gas chromatography-ion mobility spectrometry; electronic tongue; fat content; Chinese sausage; flavor
　　DOI：10.7506/rlyj1001-8123-20200220-039
　　中图分类号：TS251.1                                      文献标志码：A 文章编号：1001-8123（2020）05-0033-08
　　中式香肠是为便于贮藏、改善风味、增加品种等目的发展而来的肉类制品，也是我国传统腌腊肉制品中的一大类[1]。脂肪是人体必需脂肪酸和脂溶性维生素的主要来源，也是中式香肠生产中必需的原材料之一，直接影响香肠硬度、多汁性和风味等感官特性[2]。在中式香肠加工、贮藏过程中，脂质会发生氧化，适当的脂肪添加量有利于风味形成。大量研究表明，脂肪在肉制品风味形成中有两大重要作用：一是作為风味化合物的溶剂，在风味化合物形成过程中为蓄积风味物质提供场所[3];二是通过水解、氧化或与其他化合物进一步发生酯化、美拉德反应等过程形成各种风味化合物。此外，脂质氧化还会促进蛋白质氧化，改变蛋白质的溶解性和功能性，产生的羰基化合物也会影响风味[4]。同时，脂质氧化也是香肠制品品质劣变的主要原因之一[5]。脂质氧化酸败不仅影响产品风味，而且脂质氧化产生的初级、次级产物等会引起肉及肉制品中其他成分发生生化反应而产生品质变化[6-7]。可见，脂肪添加量对中式香肠风味和品质有重要影响。 　　高脂肪含量在提供食品良好口感和风味的同时，也会加速其脂质氧化进程，造成产品品质劣变，并且高脂饮食也是诱发高血压、肥胖症和心血管病等慢性疾病的重要原因之一[8]。近年来，随着人们健康理念的增强，国内外科学家开始对低脂肉制品进行研究，但是，目前研究主要集中于脂肪替代物或直接降低肉制品中脂肪含量的途径，而从食品风味学和人体感知角度出发，研究脂肪含量对肉制品风味感知与味觉特征变化影响的研究较少[9]。
　　本研究以中式香肠为研究对象，采用电子舌味觉特征分析和气相色谱-离子迁移谱（gas chromatography-ion mobility spectrometry，GC-IMS）技术，对不同脂肪含量中式香肠的风味物质进行分析。通过GC-IMS图谱及主成分分析，探究脂肪添加量对中式香肠风味物质形成的影响。同时，对不同脂肪添加量的中式香肠进行感官评定和基本理化指标测定，为降低传统中式香肠脂肪添加量、提高肉制品安全性和人类健康水平提供理论依据。
　　1 材料与方法
　　1.1 材料与试剂
　　新鲜猪肉 湖南伟鸿食品股份有限公司。
　　食盐、白砂糖、52°浓香型白酒、白胡椒粉、孜然粉、淀粉、肠衣 湖南省长沙市嘉而惠超市;硝酸银标准溶液（0.100 mol/L）、铬酸钾溶液（50 g/L）、石油醚（沸程60～90 ℃）（均为优级纯） 国药集团（上海）化学试剂有限公司。
　　1.2 仪器与设备
　　WGL-230B鼓风干燥箱 北京中兴伟业仪器有限
　　公司;E02140电子分析天平 瑞士梅特勒-托利多仪器有限公司;PHS-3C精密pH计 上海雷磁仪器厂;SOX406脂肪测定仪、FlavourSpec? GC-IMS仪 山东海能科学仪器有限公司;TS-sa402b电子舌 北京盈盛恒泰科技有限责任公司。
　　1.3 方法
　　1.3.1 中式香肠制备
　　中式香肠的工艺参数与配方由湖南伟鸿食品有限公司提供，制作工艺流程如下：原料肉预处理→瘦肉搅碎→加入调味粉腌制→与切丁的肥肉混合→灌肠→烘烤→成熟→成品
　　中式香肠制作过程中，选用4 个不同的脂肪添加量，即肥瘦肉质量比（肥瘦比）分别为0∶10、2∶8、3∶7、5∶5，其辅料的种类和添加量均相同，以猪肉质量为基准，加入食盐3%、白砂糖0.4%、白胡椒粉0.2%、孜然粉0.1%、淀粉8%、浓香型52°白酒1%;将各种辅料一起加入到原料肉中，搅拌均匀，4 ℃腌制48 h后灌入肠衣中;将香肠挂于鼓风干燥箱内风干，温度控制在30 ℃左右，风干7 d，制得成品，真空包装后-40 ℃冻藏，备用。
　　1.3.2 pH值、水分、食盐和脂肪含量测定
　　水分含量：参照GB 5009.3—2010《食品安全国家标准 食品中水分的测定》[10]中的直接干燥法;pH值：参照GB 5009.237—2016《食品安全国家标准 食品pH值的测定》[11]中的玻璃电极法;食盐含量：参照GB/T 12457—2008《食品中氯化钠的测定》[12]中的间接滴定法;脂肪含量：参照GB 5009.6—2016《食品安全国家标准 食品中脂肪的测定》[13]中的索氏抽提法。
　　1.3.3 电子舌味觉特征分析
　　准确称取（50.0±2.0） g香肠于搅拌机中，加入4 倍体积的纯净水（40 ℃保温），搅拌1 min，倒入500 mL离心管中，3 000 r/min离心10 min，静置，待两相明显分离，取出上清液，即为待测样品溶液。将待测液用3 层纱布过滤后进行电子舌检测。运用TS-sa402b味觉分析系统，检测不同风味物质与人工脂质膜之间静电或疏水相互作用引起的膜电位变化，分析不同脂肪添加量中式香肠的4 种基本味（酸、咸、鲜、苦）和收敛性（涩味）变化。
　　1.3.4 GC-IMS分析
　　参考王辉等[14]的方法，并稍作修改，采用GC-IMS对不同脂肪添加量的中式香肠挥发性化合物进行分析。色谱柱：FS-SE-54-CB-1石英毛细管柱（15 m×0.53 mm，0.5 μm），分析时间30 min，色谱柱温度60 ℃，载气N2（纯度≥99.999%）。载气流速：初始流速2 mL/min，20 min内线性升至100 mL/min，保持7 min，运行时间15 min。IMS条件：采用流速150 mL/min的N2（純度99.999%）作为IMS的漂移气体，漂移管温度设置为45 ℃。采用自动顶空进样，进样体积500 μL，孵育时间10 min，孵化温度60 ℃，进样针温度65 ℃，孵化转速500 r/min。
　　使用GC-IMS仪自带的分析软件LAV（laboratory analytical viewer）及GC-IMS Library Search软件内置的NIST 2014数据库（美国国家标准与技术研究所）和IMS 2019数据库（中国山东海能科学仪器有限公司）对特征风味物质进行定性分析。运用Reporter插件直接对比样品间的谱图差异，并采用Gallery Plot插件进行图谱对比，分析不同脂肪添加量样品间挥发性风味物质差异。通过Dynamic PCA插件进行动态主成分分析。
　　1.3.5 感官评定
　　参照GB/T 16291.1—2012《感官分析 选拔、培训与管理评价员一般导则 第1部分：优选评价员》[15]中所述方法，从50 名湖南中医药大学食品科学与工程专业本科生中筛选出9 名感官评价员（3 名男生，6 名女生）组成感官评定小组。中式香肠经30 min蒸制后切成厚度为3 mm的薄片，感官评价员对每个样本的色泽、外观、组织状态、口感和风味5 项指标进行感官评分。参与感官评定前，评价员不能过饱或过饿，每名感官评价员单独进行评分，评定过程中人员之间不能相互接触交流，不同样品评定之前用清水漱口。采用百分制评分标准，评定标准如表1所示。 　　1.4 数据处理
　　每个样本测定进行3 次重复实验，用SPSS 23.0软件（美国IBM公司）进行方差分析，P<0.05表示差异显著，反之则不显著。使用Excel 2017软件（美国微软公司）绘制雷达图和柱形图。
　　2 结果与分析
　　2.1 脂肪添加量对中式香肠pH值、水分、食盐和脂肪含量的影响水分含量对中式香肠品质影响较大。由表2可知，随着脂肪添加量的增加，中式香肠水分含量逐渐降低（P<0.05），可能由于脂肪添加量较高的中式香肠脂质氧化程度较大，促进了肌肉蛋白氧化，導致保水性降低，促进水分流失[16]。随着脂质氧化分解产生越来越多脂肪酸[17]，导致中式香肠体系pH值接近肌肉蛋白的等电点，保水性下降[18]，pH值逐渐降低。pH值是中式香肠的重要理化指标，pH值的改变会影响中式香肠中酶的活性，进而影响脂质和蛋白质的水解和氧化进程，从而影响挥发性风味物质的形成与释放，影响中式香肠最终风味[19]。脂质氧化产生的自由基诱发蛋白质氧化，产生羰基化合物，进而氧化生成酸类物质，也会降低体系pH值[20]。随着脂肪添加量的增加，中式香肠食盐含量无显著变化，脂肪含量增加趋势变缓，这可能是由于脂肪添加量较高的中式香肠脂质氧化程度较大，脂肪进一步转化为醛类、醇类等其他物质，导致肠体脂肪含量增加变缓。
　　2.2 不同脂肪添加量中式香肠的电子舌滋味特征分析
　　2.2.1 电子舌滋味特征分析
　　不同脂肪添加量的中式香肠经电子舌味觉特征分析后，去除异常数据后取平均值。由图1可知，4 种不同脂肪添加量中式香肠的酸味明显在无味点以下，所有组中式香肠的苦味、后苦味、涩味、后涩味、鲜味接近无味点，咸味和丰富性明显高于无味点，因此咸味和丰富性指标可作为所有组中式香肠的有效味觉指标。
　　2.2.2 脂肪添加量对中式香肠味觉特征值的影响
　　小写字母不同，表示同一指标组间差异显著（P<0.05）。
　　由图2可知，脂肪添加量不同的中式香肠味觉特征值发生变化，随着脂肪添加量的增加，香肠的鲜味、丰富性及咸味特征值呈现先增加后降低的趋势，肥瘦比3∶7组达到味觉特征值最高点，而后随着脂肪添加量增加而降低。鲜味与咸味关系密切，这与样本中游离氨基酸和肽的增加有关，脂肪可以水解产生甘油和脂肪酸，脂肪酸可经过一系列反应产生α-酮戊二酸，从而产生谷氨酸，而谷氨酸含量的增加有助于肌苷-5’-单磷酸的生成，从而提高鲜味[21]。
　　后苦味特征值随着脂肪添加量的增加而增加，但增速变缓。食品蛋白质降解过程中往往伴随着大量含有疏水氨基酸的苦味肽的产生[22]，同时苦味与蛋白质的水解度呈负相关[23]。
　　2.3 不同脂肪添加量中式香肠挥发性风味物质的GC-IMS测定
　　2.3.1 不同脂肪添加量中式香肠挥发性风味物质的GC-IMS谱图对比分析
　　图3为三维GC-IMS谱图投影到二维平面上的俯视图，可以直接比较不同脂肪添加量中式香肠的风味物质差异。RIP两侧的每个点代表1 种挥发性风味物质，颜色代表物质含量，白色表示含量较低，红色表示含量较高;1 种挥发性化合物可能产生1 个或多个亮点，代表单体、二聚体或三聚体，这取决于挥发性化合物含量，整个谱图代表样品的全部顶空成分。由图3可知，不同脂肪添加量中式香肠的特征挥发组分具有不同的
　　GC-IMS特征图谱。图中A1、A2、A3、A4方框区域，全瘦组（肥瘦比0∶10）比其他3 组样品挥发性风味物质含量高，B1、B2、B3、B4方框区域，肥瘦比3∶7组和5∶5组挥发性化合物种类和含量相似，高于其他2 组。若要进一步研究挥发性风味物质的变化情况以及不同脂肪添加量对中式香肠风味物质的影响，需要与指纹图谱进行对比分析[24]。
　　A～D. 肥瘦比分别为0∶10、2∶8、3∶7和5∶5;横坐标红色垂直线表示反应离子峰（reaction ion peak，RIP），离子迁移时间均经归一化处理。图4同。
　　2.3.2 不同脂肪添加量中式香肠挥发性风味物质的
　　GC-IMS定性分析
　　由于GC-IMS软件内置数据库的限制，目前可以明确定性的挥发性风味物质有36 种单体及部分物质的二聚体。单体和二聚体的化学式和CAS号均相同，仅形态不同。图中数字编号具体信息见表3。
　　脂质水解和氧化、蛋白质降解和代谢、碳水化合物分解以及美拉德反应、Strecker降解等途径可以产生挥发性化合物[25]。由图4和表3可知，4 种不同脂肪添加量的中式香肠中可识别出挥发性风味物质共36 种（单体及部分物质的二聚体），单体主要包括醇类5 种、酯类10 种、酮类4 种、醛类8 种、呋喃类3 种、烯烃类3 种、醚类1 种、酚类1 种。
　　中式香肠中检出的醇类物质包括乙醇、2-甲基丁醇和正戊醇等，主要来源于脂质降解，通常不饱和脂肪醇阈值较低，对风味具有潜在促进作用[26];酯类物质包括乙酸香叶酯、己酸乙酯、乙酸戊酯、3-甲基乙酸丁酯、3-甲基丁酸乙酯、2-甲基丙酸乙酯、乙酸乙酯、γ-辛内脂和辛酸乙酯，酯类物质对中式香肠香气的形成具有重要作用，其中，乙酸香叶酯具有清甜的柠檬果香及甜润的玫瑰、薰衣草香气，己酸乙酯具有曲香、菠萝香气，乙酸戊酯具有香蕉香气;酮类物质包括2-庚酮、丙酮、2，3-丁二酮和2-丁酮，可能通过美拉德反应和脂肪氧化产生[27]，对香肠香味的形成起着不可忽视的作用[28];醛类物质包括壬醛、E-2-辛烯醛、苯乙醛、苯甲醛、E-2-庚醛、庚醛、己醛和丁醛，挥发性极强，主要来自于不饱和脂肪酸的氧化，尤其是直链醛[29]，壬醛由油酸氧化产生[30]，具有烤焦香味，己醛和庚醛是亚油酸和花生四烯酸的氧化产物[31];呋喃类化合物包括2-戊基呋喃、2，5-二甲基呋喃和2-乙基呋喃，具有木香、焦糖香和烘烤食品香味[32];其余被检测到的物质有β-罗勒烯、柠檬烯、蒎烯、二丁基硫醚和甲基胡椒酚，其中柠檬烯可能来源于辣椒，蒎烯可能来源于香菜[33]，酚类物质是中式香肠中重要的挥发性风味物质，而烯烃类和醚类物质对中式香肠风味也有一定影响。 　　2.3.3 不同脂肪添加量中式香肠挥发性风味物质的GC-IMS图谱分析
　　为了更加全面地对比不同脂肪添加量中式香肠的挥发性化合物组分差异性，使用LAV软件的Gallery Plot插件，将4 组不同脂肪添加量的中式香肠的GC-IMS二维图谱中所有待分析峰自动生成图谱。
　　每一行代表一个中式香肠样品的全部信号峰，每一列代表同一挥发性风味物质在不同中式香肠中的信号峰;1～6. 未明确成分。
　　由图5可知，所有被检出的挥发性风味物质分布在不同区域，通过初步对比分析可以看出，不同脂肪添加量的中式香肠特征风味物质各不相同。区域A是全瘦组（肥瘦比0∶10）中式香肠的特征峰区域，主要特征挥发性风味物质包括乙酸香叶酯、乙酸-3-甲基丁酯、乙酸戊酯、甲基胡椒酚、壬醛、E-2-辛烯醛、苯甲醛等15 种;区域B是肥廋比5∶5组中式香肠的特征峰区域，主要特征挥发性风味物质包括β-罗勒烯、柠檬烯和2-乙基呋喃等6 种;区域C是肥廋比2∶8组中式香肠的特征峰区域，主要特征挥发性风味物质包括庚醛、苯乙醛和1-辛烯-3-醇等5 种，肥廋比3∶7组中式香肠的特征风味物质及特征峰区域与2∶8组相似。
　　2.3.4 不同脂肪添加量中式香肠挥发性风味物质的GC-IMS主成分分析
　　为了更加直观地分析不同脂肪添加量中式香肠风味物质差异，使用Dynamic PCA插件程序绘制主成分分析图。
　　由图6可知，4 组中式香肠样本能很好地分离，证明样本之间的特征性风味物质有一定差异。肥廋比5∶5组中式香肠聚集在主成分分析图左上方，肥廋比0∶10组中式香肠聚集在主成分分析图右上方，肥廋比3∶7组和2∶8组中式香肠整体聚集在主成分分析图中部，由以上结果可知，不同脂肪添加量中式香肠的风味各不相同，且随着脂肪添加量变化而变化，其中肥廋比2∶8组和3∶7组中式香肠由于脂肪添加量比较相近，其挥发性风味物质也较为相似。
　　2.4 不同脂肪添加量中式香肠的感官评分
　　由表4可知，脂肪添加量对中式香肠色泽有显著影响（P<0.05），但对中式香肠的外观、组织状态、口感、风味及总分无显著影响，但是适当的脂肪添加量会改善中式香肠的口感和组织状态。脂肪在食品中具有一定的功能性和感官作用，适当的脂肪添加量可赋予食品良好的组织结构特性和丰富的口感，但过量添加脂肪会加重脂质和蛋白质的氧化程度，导致肠体褪色、营养流失，甚至产生哈败味[34]，降低香肠的感官品质;同时，高脂也是引起冠心病的主要原因之一，脂肪、反式脂肪酸、胆固醇、饱和脂肪酸等与肥胖和癌症有密切关系[35]。综合分析电子舌味觉特征值和感官评价数据，肥瘦比3∶7的中式香肠可接受性最好。
　　3 结 论
　　为研究不同脂肪添加量对中式香肠滋味和挥发性风味物质的影响，进行基本理化指标测定、感官评定、电子舌味觉特征分析以及GC-IMS挥发性化合物分析。结果表明：随着脂肪添加量的增加，中式香肠水分含量显著降低（P<0.05），食盐和脂肪含量逐渐增加，鲜味、丰富性、咸味特征值先增加后降低，脂质氧化作用产生的挥发性化合物含量也明显增加，包括醛类、酮类、酯类和醇类化合物;脂肪添加量30%（即肥瘦比3∶7）的中式香肠整体可接受性最好，这也说明在保证中式香肠风味和营养的同时可以控制和减少脂肪添加量，从而确定最优中式香肠加工配方。本研究结果将为中式香肠等脂肪依赖型传统肉制品开发及肉制品新型降脂技术研究提供科学参考和新思路，相关研究与应用值得进一步深入关注。
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