顶空吹扫捕集-气相色谱-质谱法分离鉴定强化高温火腿中的挥发性风味物质

唐 静，张迎阳，吴海舟，陈 肖，章建浩*

（南京农业大学食品科技学院，农业部农畜产品加工与质量控制重点开放实验室，教育部肉品加工与质量控制重点实验室，国家肉品质量安全控制工程技术研究中心，江苏 南京 210095）

摘 要：采用顶空吹扫捕集法提取、气相色谱-质谱联用技术分离鉴定强化高温加工过程中腌制结束、成熟中期、成熟结束、后熟中期、后熟结束期火腿中的挥发性风味化合物，并研究新工艺过程中挥发性风味物质的发展规律，并采用相对气味活度值判定其特征性风味化合物。结果表明：挥发性风味成分种类与传统工艺相似，但相对含量有所不同，尤其是酸类、酯类；同时新检测出茚、二苯并呋喃、2,3-二甲基萘等化合物；相对气味活度法判定其主体挥发性成分为3-甲基丁醛、二甲基二硫化合物、2-壬烯醛、2-辛烯醛、辛醛、壬醛、庚醛、戊醛、己醛、1-辛烯-3-醇、1-庚醇11种。

关键词：顶空吹扫捕集；强化高温；挥发性风味化合物；相对气味活度法；特征风味化合物

Separation and Identification of Volatile Flavors of High-Temperature Intensified Ham by Gas
Chromatography-Mass Spectrometry Coupled with Head Space Purge and Trap

TANG Jing, ZHANG Ying-yang, WU Hai-zhou, CHEN Xiao, ZHANG Jian-hao*

(National Center of Meat Quality and Safety Control, Key Laboratory of Meat Processing and Quality Control, Ministry of Education, Key Laboratory of Food Processing and Quality Control, Ministry of Agriculture, College of Food Science and Technology,
Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China)

Abstract: Volatile flavor compounds from high-temperature intensified ham were extracted by purge and trap and analyzed by gas chromatographic-mass spectrometry (GC-MS). Ham samples were collected at five different stages: the end of salting, the middle stage of aging, the end of aging, the middle stage of post-aging and the end of post-aging. The results showed that the composition of volatile compounds was similar between high-temperature intensified ham and traditional dry-cured ham, but the contents of some volatile compounds showed a significant difference between them, especially for acids and esters. Indene, dibenzofuran and 2,3-dimethyl-naphthalene were first detected in high-temperature intensified ham. Totally 11 key flavor compounds were identified by relative odor activity value (ROAV), including 3-methyl-butanal, dimethyl-disulfide, 2-nonenal, 2-octenal, octanal, nonanal, heptanal, pentanal, hexanal, 1-octen-3-ol and 1-heptanol.

Key words: head-space purge and trap (HS-PT); high-temperature intensified ham; volatile flavor compounds; relative odor activity value; key odor compound

中图分类号：TS251.1 文献标志码：A 文章编号：1002-6630（2014）08-0115-06

doi:10.7506/spkx1002-6630-201408022

干腌火腿是我国传统腌腊肉制品中的精华，其风味独特、肉质细嫩、皮色黄亮、肉红似火、香郁味美、营养丰富。金华火腿、宣威火腿、如皋火腿等乃中国传统腌腊肉制品的杰出代表，因其原料独特、选材严格、制作精细及特有的地域条件等形成了其独特的芳香。但传统的火腿生产周期长、干腌发酵成熟过程漫长，容易发生脂质过氧化、微生物繁殖等问题，严重影响其风味品质。近年来，虽然已有不少对干腌火腿风味的研究报道[1-3]，但国际干腌火腿工艺研究采用的成熟温度一般不超过30 ℃，采用的工艺时间至少6个月，而长时间高温成熟（成熟温度超过30℃，比传统工艺提高0.7～2.7 ℃，持续时间延长3～8d）的研究鲜有报道。因此，本研究通过测定强化高温整个加工过程中的挥发性风味物质，并与传统工艺的干腌火腿进行对比分析，采用相对气味活度值（relative odor activity value，ROAV）法分析挥发性成分对风味的贡献大小，鉴定强化高温火腿中的主要挥发性成分。ROAV越大的组分对总体气味的贡献越大，ROAV＞1的挥发性成分是为主体挥发性成分，而0.1＜ROAV＜l的挥发成分也对样品总体的气味具有比较重要的贡献。

提取食品挥发性风味物质的方法包括主要包括超临界流体萃取法、同时蒸馏萃取法、吹扫冷阱捕集技术和固相微萃取法等。吹扫捕集技术也称动态顶空技术，是用惰性气体，如氮气对密闭容器中样品表面进行吹扫，样品顶空中的挥发性成分便会被载气带出来，当混合气体通过一个捕集物（如Tenax柱）时，就会被吸收。这样经过一段时间，捕集物上就会聚集一定量的挥发性化合物，然后将捕集物加热，挥发性化合物即可挥发出来，利用气相色谱仪或气相色谱-质谱联用仪进行成分分析。Tenax柱中的填料是一种多聚物吸附剂（聚（2,6-二苯基-p-苯烯基氧化物）），它能有效地吸附香气挥发物，现已被广泛应用于食品香气、水中挥发性有机物以及环境检测中[4]。本研究采用吹扫捕集法速度快、吸收完全，几乎能全部定量地将被测物萃取出来，不但萃取效率高，而且被测物可以被浓缩，使检测灵敏度大大提高[5]，结合ROAV法量化评价不同挥发性物质对总体风味的贡献程度，确定关键风味化合物，为改善传统火腿风味提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

猪后腿肉购于江苏长寿集团，取质量为（7.5±0.5）kg的猪后腿27条用于火腿加工。

1.2 仪器与设备

Eclipse 4660吹扫浓缩捕集仪、Trace MS气相色谱-质谱联用仪 美国Finnigan公司；DB-5毛细管色谱柱（60m×0.32mm，1μm） 美国J＆W Scientific公司。

1.3 方法

1.3.1 火腿强化高温加工工艺

在传统金华火腿的工艺上进行了改进，其简要生产工艺流程为：原料腿→修胚→摊凉→腌制→洗腿→晒腿→发酵成熟→后熟→成品。

原料腿经修胚、摊凉后，以11g/100g肉的用盐量腌制30d，然后浸腿24h，洗刷除去表面黏着物，经过10d的晒腿过程后入库。库房内温湿度按实验设计设定后自动调控，经近90d发酵成熟、35d后熟，完成整个生产过程。

分别于5个主要工艺步骤中随机取3只腿的股二头肌作样品。样品取出后真空封口，立即于－40 ℃冻藏。取样工艺点、生产时间和取样日温湿度如表1所示，每个点做3个重复。

表 1 火腿生产过程中的取样工艺点

Table 1 Sampling stages during the processing of dry-cured ham

注：A.腌制结束；B.成熟中期；C.成熟结束；D.后熟（1）；E.后熟（2）。下同。

1.3.2 吹扫捕集条件

参考Yuan Baoling等[6]的方法并稍作改动。样品于4 ℃解冻后，迅速剪成1～2mm大小的颗粒。取2g样品于40mL样品瓶中，氦气（99.99%）、275kPa吹5s，于4 ℃保藏，最多保存5h。样品加热至40 ℃，氦气以40 mL/min吹扫13 min，Tenax吸附剂吸附，捕集阱加热到200 ℃，氦气200 ℃脱附2 min，直接进入气相色谱。

1.3.3 色谱条件

参考Huan等[7]的方法并稍作改动。色谱柱：J&W DB-5石英毛细柱（30 m×0.25 mm，0.25µm）；载气He流速1 mL/min；进样品和接口温度250 ℃；升温程序：40 ℃保持1min，以5 ℃/min升至130 ℃，以8 ℃/min升至200 ℃，以12 ℃/min升至250 ℃，保持7 min；不分流进样。

1.3.4 质谱条件

电子电离源；电子能量70eV；发射电流200μA；离子源温度200 ℃；激活电压350V；质量扫描范围m/z 33～450。

1.3.5 ROAV计算

式中：Ci、Ti分别为各化合物的相对含量/%和相应的感觉阈位；Cmax、Tmax是对总体风味贡献最大的组分的相对含量/%和相应的感觉阈值。

1.4 数据处理与统计

1.4.1 挥发性成分定性定量方法

质谱图经与MEANLIB、REPLIB、NISTDEMO和Wiley Library检索定性，匹配度大于800（最大值1000）作为鉴定依据。按峰面积归一化法计算相对含量，用总离子流色谱图总峰面积表示火腿样品挥发性风味成分总量。

1.4.2 统计

数据用SAS.9.2统计软件进行方差分析，不同平均值之间利用Fisher’s最小显著差异法进行差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 干腌火腿加工过程中挥发性化合物种类以及相对含量的变化

表 2 干腌火腿加工过程中的挥发性化合物及相对含量（n=3）

Table 2 GC-MS analysis of volatile compounds during the processing of dry-cured ham (n = 3)

注：同行不同肩标字母表示差异显著（P＜0.05）。

由表2可知，强化高温后的火腿中新检测出茚、二苯并呋喃、2,3-二甲基萘等化合物。茚是一种芳香烃，常温下为无色透明油状液体，衍生物为苯并呋喃、苯并吡咯等。二苯并呋喃是一种杂环芳香有机化合物，常温条件下为油状液体，具有芳香味。2,3-二甲基萘为芳香烃萘的衍生物。

图 1 强化高温火腿加工过程中挥发性化合物总离子流色谱图

Fig.1 Gas chromatogram of volatile flavor compounds during different stages in the processing of high-temperature intensified ham

由图1、表3可知，在加工过程中挥发性风味成分的种类和相对含量都在发生变化，腌制结束、成熟中期、成熟后期、后熟中期、后熟结束5 个阶段挥发性风味成分种类数分别为43、46、50、41 种及43种，主要为醛类、酮类和醇类等，它们的变化初步反映了火腿风味的形成过程。

醛类和醇类是每个阶段都占优势的2 种成分，二者含量之和超过挥发性风味成分总量的一半。醛类物质的产生主要由脂肪氧化产生，也可通过烷氧自由基分解和氨基酸的Strecker降解生成。腌制结束到发酵中期，醛类、醇类种类有所减少，可能由于腌制结束需要洗腿，部分低级醛、醇溶于水而流失，或者进一步氧化为酮类等物质。在发酵成熟阶段，醛类的种类虽然没有显著增加，但含量显著增加（P＜0.05），其中戊醛含量从1.75%增加到2.15%，很可能是强化高温提高了酶的活性，促进脂肪水解氧化，产生大量的醛类物质，同时蛋白质水解程度也增强，产生大量游离氨基酸，氨基酸氧化降解形成醛[1]，使醛类物质大幅增加。后熟结束时醛含量有所下降，可能此时醛与其他降解产物发生反应，与前2 个阶段比较，消耗量大于生成量，这点与宣威火腿的变化相似[9]。

表 3 干腌火腿加工过程中挥发性化合物的种类及相对含量的变化

Table 3 Changes in the composition and relative contents of compound classes during the processing of dry-cured ham

醇类物质大多数来源于脂质氧化分解，因为原料肉中醇含量不高[10]，而腌制后的相对含量显著增加。腌制过程中产生的醇类物质可能是由于烷氧自由基和另一个脂肪分子发生反应生成的，发酵成熟时期，高温使得易挥发性醇类大量损失，且加工过程中随着氧化反应和酯化反应的进行，醇类物质有所减少，但在后熟后期，由于醛类物质的还原使得醇类物质有所增加。

酮类物质的相对含量随着干燥的进行而不断下降，从4.96%下降到4.55%，这与醛类物质含量的变化正好相反。结果说明，高温成熟阶段是脂肪酸氧化的主要阶段，酮类物质是醛类进一步氧化的结果，是脂肪酸氧化的最终产物，这与曾令彬[11]报道的一致。酮类物质作为一种羰基化合物，它的相对含量比醛类少，阈值也比同分异构体的醛类物质高[12-13]，因此对干腌火腿风味的贡献小于醛类，但有增强风味的作用。

与金华火腿不同[2]，烃类物质主要在高温成熟阶段出现且含量较高，特别是成熟阶段的直链烷烃，但后熟期时已完全消失。出现这种现象的原因可能是火腿并非堆叠成熟，高温成熟后期悬挂着的火腿出油严重，烃类随脂肪的流失而减少，或者烃类物质在一定条件下形成了醛类等其他物质。此外，由于烃类物质的阈值较大，一般认为对腌腊制品的风味贡献不大[12-13]。

酸类物质仅在发酵成熟后期产生，含量在0.59%左右，且后熟结束时又消失了，这与宣威火腿中酸类物质含量（0.8%）[9]相似，但与金华火腿的19.23%[2]、如皋火腿的12.38%[15]有所差异。差异的来源主要有以下几个方面：强化高温使得火腿中易挥发的脂肪酸，如乙酸、丙酸、丁酸、戊酸等都挥发了；成熟时采用的挂腿方式使得油脂严重流失，而酸类可能来自三酰基甘油和磷脂的水解[9]；强化高温的周期短，部分酸类还未形成；微生物的产酸作用微弱等。由此表明强化高温对酸类物质的调控作用显著。

酯类由游离脂肪酸和肌肉组织内脂类氧化产生的醇反应生成，代表成熟肉制品的风味，对火腿风味特征有较大贡献。而表3显示了酯类在种类和含量方面都不及传统火腿丰富[2-3,9]，可能是强化高温加速脂质氧化，大量快速氧化生成醛、酮等物质。因此，强化高温不利于酯类的形成。

呋喃类的相对含量在整个加工过程中没有显著变化，这与西班牙Serrano干腌火腿研究一致[16]。强化高温条件下的干腌火腿挥发性物质中鉴别出了2 种呋喃，它们对基本的肉香味道作用不大，但对煮熟的肉或烤肉的总体风味有所贡献[17]。

2.2 强化高温火腿主体挥发性成分分析

由表2可知，强化高温火腿中有多种挥发性风味成分，但通常仅有一小部分对火腿的总体气味具有显著贡献，还有一些可能只起辅助作用。按照一般食品风味的研究方法[3,19-20]，结合表4可以判定醛类物质对新工艺火腿的风味贡献较大，醇类物质虽然相对含量较高，但由于它们的感觉阈值通常也很高，因此对总体风味贡献不大。然而有文献报道挥发性化合物对火腿风味的贡献是由其绝对含量、相对含量及风味阈值3方面决定的，特征性风味化合物未必是火腿风味最重要的贡献者，一些含量低但风味阈值也很低的化合物也可能对火腿整体风味起重要作用[21]。

新工艺火腿的特征风味化合物（ROAV≥1）有11 种：3-甲基-丁醛、二甲基二硫化合物、2-壬烯醛、2-辛烯醛、辛醛、壬醛、庚醛、戊醛、己醛、1-辛烯-3-醇、1-庚醇，与如皋火腿的6种相比[15]，新增了带有果香的2-壬烯醛、2-辛烯醛、辛醛、壬醛、庚醛等，未出现1-辛烯-3-酮，可能是加工的周期不长，1-辛烯-3-醇还未氧化成1-辛烯-3-酮，由此表明强化高温使得多不饱和脂肪酸氧化加快，形成大量醛类物质，丰富了火腿的主体挥发性成分，但也可能是由于采用吹扫捕集法提取挥发性化合物，更易检测到低沸点的醛[18]；同时，丁醛、丙醛、苯乙醛、2-庚烯醛、3-羟基-2-丁酮、2-戊基呋喃等对总体风味发挥着重要的修饰作用（0.1≤ROAV＜1）。

表 4 新工艺干腌火腿的挥发性成分气味贡献表

Table 4 Odor contribution of volatile compounds in high-temperature intensified ham

注：*.气味阈值均来自文献[24]；—.无法查到该化合物的感觉阈值而未作分析。

醛类物质含量高且阈值低，ROAV值大，对火腿风味贡献较大[3]，是火腿风味成分中最重要的一类化合物[20]。其中，辛醛、壬醛和庚醛是油酸的氧化产物[23]，ROAV值分别为10.06、17.14和5.95，对火腿的风味贡献较大，能够带来高度愉快的甜味或果香风味特征。戊醛是13-亚油酸氢过氧化物的裂解产物[23]，稀释后具有果香、面包香[24]，其ROAV值为4.11，气味贡献相对较大。己醛是亚油酸的氧化产物[25]，其气味特征与含量有关，在含量较低时，呈现清香的青草气味，含量高时，产生强烈的脂肪酸败味[11]，其ROAV值为100，与火腿风味密切相关。2-壬烯醛、2-辛烯醛具有青香和果香，ROAV值分别为41.07、2.35，对火腿贡献较大。3-甲基-丁醛的ROAV值为264.08，除了未查到阈值的化合物，它在新工艺火腿中的ROAV最高，对风味有着重要贡献。它的挥发性较强，含量低于10mg/kg时呈桃子香味，高度稀释时有似苹果香气、甜润巧克力、可可样香[26]，是鲜肉所没有的成分[27]。

醇类物质含量高但阈值也较高，只有1-辛烯-3-醇、1-庚醇对风味有一定的贡献。1-辛烯-3-醇呈现蘑菇味特征，ROAV值为27.46，对火腿总体风味的贡献比较大。1-辛烯-3-醇的氧化产物1-辛烯-3-酮对如皋火腿总体风味的贡献较大[15]。一般认为酮类物质具有青香气味，或奶油味、果香味，其中不饱和酮是动物特征味和植物油脂味的来源[17]，是干腌火腿风味的重要组成部分。

二甲基二硫化合物是甲硫醇氧化的产物，挥发性较强，具有硫磺、洋葱似的气味，ROAV值为70.42，对火腿风味有重要贡献。2-戊基呋喃是亚油酸的氧化产物[25]，具有泥土及蔬菜样香气，其ROAV值为0.63，对整体风味有一定的影响。

另外，有15 种组分因为无法查到相应的感觉阙值而未作具体分析。其中萘、1-甲基萘、2-甲基萘、2-辛烯-1-醇、异丙醇、1-壬醇等含量虽较高，但烃类和醇类物质的阈值一般较高，ROAV值较小，可能对火腿的总体风味贡献不大。

3 结 论

与传统工艺相比，强化高温工艺火腿检测出茚、2,3-二甲基萘、二苯并呋喃等新的挥发性化合物，虽然5 个加工阶段挥发性风味化合物的种类相似，但相对含量有所差异，特别是酸类和酯类显著减少。ROAV法判定强化高温火腿中的主体挥发性成分为3-甲基丁醛、二甲基二硫化合物、2-壬烯醛、2-辛烯醛、辛醛、壬醛、庚醛、戊醛、己醛、1-辛烯-3-醇、1-庚醇等11种，对火腿风味具有重要贡献，与传统如皋火腿相比，新增了带有果香的2-壬烯醛、2-辛烯醛、辛醛、壬醛、庚醛等5种醛，说明强化高温对干腌火腿醛类物质的生成有重要影响。火腿的挥发性风味化合物因加工工艺、挥发性风味物质检测方法的不同而存在差异，因此强化高温对干腌火腿风味的影响还有待进一步研究。

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