何曉娜,席 斌,王 芳,郭天芬,高雅琴
(中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蘭州畜牧與獸藥研究所,農(nóng)業(yè)農(nóng)村部畜產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)評估實(shí)驗(yàn)室,甘肅 蘭州 730050)
隨著人們生活水平的提高,肉品在生活飲食結(jié)構(gòu)中的占比逐步升高,同時(shí)對畜禽肉的食用品質(zhì)要求也越來越高。畜禽肉中的風(fēng)味物質(zhì)決定了肉品的風(fēng)味特征,肉品的風(fēng)味特征是決定肉品質(zhì)的重要指標(biāo)之一。目前,畜禽肉中已鑒別出幾千種風(fēng)味物質(zhì)[1],但是僅有有限數(shù)目的揮發(fā)性化合物對食品的香味有貢獻(xiàn)。因此仍需要對風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行更多的研究探索,對其進(jìn)行準(zhǔn)確地定性、定量研究,掌握其在加工、儲(chǔ)藏過程中的變化規(guī)律,推斷其形成機(jī)理,進(jìn)而達(dá)到品控的目的。
肉品風(fēng)味物質(zhì)組成及含量的研究對于評價(jià)肉品質(zhì)量、鑒別摻假肉、改進(jìn)肉制品加工工藝及提高肉制品質(zhì)量具有重大意義[2]。目前可用在食品風(fēng)味物質(zhì)檢測的分析技術(shù)有很多,涉及到色譜學(xué)、波譜學(xué)以及電化學(xué)技術(shù)等多個(gè)領(lǐng)域[1-3],這些技術(shù)具有各自的特點(diǎn),對食品風(fēng)味物質(zhì)的檢測做出了巨大貢獻(xiàn)。本文分析了近年來幾種常用檢測技術(shù)在肉品風(fēng)味物質(zhì)中的研究應(yīng)用現(xiàn)狀,闡明各項(xiàng)檢測技術(shù)在畜禽肉品風(fēng)味分析中的發(fā)展前景,以期為畜禽肉品風(fēng)味的進(jìn)一步分析提供科學(xué)依據(jù)。
肉的風(fēng)味是肉品中的前體風(fēng)味物質(zhì)經(jīng)過一系列復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)所呈現(xiàn)出的特殊味感[4]。生肉呈現(xiàn)出的是血腥味,沒有熟化的畜禽肉沒有任何香味,肉品在烹飪過程中發(fā)生美拉德反應(yīng),脂肪酸的熱氧化和降解,維生素降解,美拉德反應(yīng)中間體與油脂降解產(chǎn)物的相互作用等形成肉品的特有風(fēng)味[5]。物質(zhì)的風(fēng)味由滋味和香味組合而成,滋味的呈味物質(zhì)是非揮發(fā)性的,靠人的味覺器官感知,主要的滋味物質(zhì)有:糖類、無機(jī)鹽、乳酸、谷氨酸以及一些游離氨基酸和肽類[6],滋味物質(zhì)構(gòu)成食品的基本味道;香味的呈味物質(zhì)主要是揮發(fā)性的芳香物質(zhì),靠人的嗅覺細(xì)胞感知,主要的香味物質(zhì)有:烯、醇、醛、酮、醚、酯、酸、含氮、含硫化合物以及一些雜環(huán)化合物等[7-8],其構(gòu)成食品的特殊口感。
畜禽產(chǎn)品的風(fēng)味特性受多種因素影響導(dǎo)致其存在很大的差異[6],周慧敏等[9]發(fā)現(xiàn)瘦肉型豬肉中的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)比長白山山黑豬多9 種,但長白山山黑豬的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的總含量較瘦肉型豬肉高1 751.33 μg/kg,意味著畜禽品種對肉風(fēng)味的種類和相對含量具有較大影響。沙坤等[10]分析了不同飼養(yǎng)條件下哈薩克風(fēng)干牛肉的風(fēng)味物質(zhì),從舍飼組中檢測出了具有蘑菇味和刺激味的反-2-癸烯醇、反-2-辛烯醇、苯乙炔,在放牧組中檢測到具有花香味、香油味的苯乙烯,表明不同飼養(yǎng)方式和營養(yǎng)條件下畜禽肉之間風(fēng)味成分差異較大。袁華根[11]的研究發(fā)現(xiàn)老母雞肉湯的香味物質(zhì)總含量顯著高于快大型肉雞肉湯;公雞的揮發(fā)性風(fēng)味強(qiáng)度略好于母雞;且雞腿肉揮發(fā)性風(fēng)味強(qiáng)度顯著高于雞胸肉,說明畜禽日齡、性別和部位均會(huì)對畜禽產(chǎn)品的風(fēng)味產(chǎn)生影響,此外影響畜禽肉風(fēng)味的因素還有屠宰前的應(yīng)激反應(yīng)[12]、宰殺后處理[13]以及烹飪方式[14-15]等。以上因素同樣也會(huì)影響野生動(dòng)物肉的風(fēng)味特性[16]。
畜禽產(chǎn)品風(fēng)味物質(zhì)的分析通常包含3 個(gè)步驟:首先是對樣品中的風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行萃取、富集;其次是將萃取得到的風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行檢測分析;最后是對分離出的風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行鑒定。目前常用的萃取方法包括溶劑萃取和頂空萃取兩類,溶劑萃取包括同時(shí)蒸餾萃?。⊿DE)和超臨界流體萃?。⊿FE);頂空萃取技術(shù)包括靜態(tài)頂空萃?。⊿HS)、固相微萃?。⊿PME)和動(dòng)態(tài)頂空吹掃-捕集技術(shù)(PT)[11]。各提取方法的比較詳見表1。
表1 常用揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)提取方法的比較Table 1 Comparison of common extraction methods of volatile flavor compounds
高效液相色譜是在經(jīng)典液相色譜的基礎(chǔ)上結(jié)合氣相色譜技術(shù)的一項(xiàng)新型檢測技術(shù)[21]。在該分析系統(tǒng)中,樣品溶液從進(jìn)樣器中注入后進(jìn)入到流動(dòng)相中,流動(dòng)相帶著被分析樣品載入固定相中。樣品溶液在流動(dòng)相和固定相中做相對運(yùn)動(dòng),根據(jù)樣品中各組分在兩相中分配系數(shù)的差異,經(jīng)過多次的分配過程后在移動(dòng)速度上產(chǎn)生較大的差別,最終被分離成單個(gè)組分依次從色譜柱內(nèi)流出,通過檢測器檢測,轉(zhuǎn)換成為電信號,試驗(yàn)數(shù)據(jù)以圖譜的形式打印出來[22]。HPLC 具有進(jìn)樣量小、操作簡單、檢測準(zhǔn)確性高、適合大批量樣品的檢測等優(yōu)點(diǎn),其被廣泛用于食品中滋味物質(zhì)、添加劑、糖類、維生素、有毒有害物質(zhì)等方面的檢測。
在畜禽肉制品中,高效液相色譜常用于檢測其中的滋味物質(zhì)如肌苷酸(IMP)等。肌苷酸是畜禽肉中重要的鮮味物質(zhì),席斌等[23]采用HPLC 對青海八眉豬和甘肅黑豬中的肌苷酸含量進(jìn)行測定比較發(fā)現(xiàn),八眉豬肌肉中的肌苷酸含量顯著高于甘肅黑豬,即八眉豬的肌肉風(fēng)味更佳。Zhang 等[24]使用HPLC 技術(shù)對甘肅靖遠(yuǎn)雞不同部位肌肉中的肌苷酸進(jìn)行測定,發(fā)現(xiàn)其在胸部肌肉中的含量顯著高于腿部肌肉,且靖遠(yuǎn)母雞肌肉中肌苷酸含量高于公雞,肌苷酸的含量低于公雞;畜禽部位和性別會(huì)造成IMP 形成機(jī)理的差異。此外,還可借助高效液相色譜分析肉品中硝酸鹽和亞硝酸鹽的關(guān)系比例,若檢測發(fā)現(xiàn)不符合國家標(biāo)準(zhǔn),則該肉品會(huì)被禁止投入市場[25]。綜上所述,高效液相色譜在揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)檢測上應(yīng)用相對較少,主要集中在熱穩(wěn)定性、低揮發(fā)性及非揮發(fā)性成分的檢測,即食品中的滋味物質(zhì)和一些風(fēng)味前體物的檢測。
電子鼻又稱氣味掃描儀,由非特異性化學(xué)傳感器整列和模式識別系統(tǒng)組成,其通過模擬哺乳動(dòng)物嗅覺來識別食品中的揮發(fā)性成分。氣體傳感器吸附氣味分子產(chǎn)生信號,信號處理子系統(tǒng)對生成的信號進(jìn)行處理和加工,最終模式識別系統(tǒng)對經(jīng)過處理的信號做出判斷[3,26],與其他分析儀器相比,電子鼻能夠通過傳感器獲取揮發(fā)性成分的微小變化,能夠較好地反映出樣品中整體揮發(fā)性物質(zhì)的信息,即“指紋數(shù)據(jù)”[27]。電子鼻通過測定樣品中的揮發(fā)性物質(zhì)進(jìn)而可以識別不同的肉類品種、檢測樣品的新鮮度、對樣品進(jìn)行分類分級、預(yù)測產(chǎn)品的貨架期等。
竇露等[28]使用電子鼻對巴美肉羊肉、烏拉特山羊肉、蘇尼特羊肉進(jìn)行風(fēng)味強(qiáng)度差異對比,試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)蘇尼特羊肉中醇、醛、酮類化合物較其他兩種羊肉高,巴美肉羊肉和烏拉特山羊肉的揮發(fā)性成分相類似。電子鼻技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對不同新鮮程度的肉品進(jìn)行分類分級,如電子鼻系統(tǒng)與F-KNN 算法結(jié)合可以將新鮮雞肉和凍融雞肉按屠宰和解凍后的天數(shù)將其分類,其對鮮冷雞肉和凍融雞肉分類平均準(zhǔn)確率分別達(dá)95.2%和94.67%[29]。此外,電子鼻技術(shù)還可對肉品中脂肪和蛋白質(zhì)含量進(jìn)行預(yù)測,任興超等[30]利用電子鼻檢測豬肉中的揮發(fā)性物質(zhì),將獲得的響應(yīng)曲線進(jìn)行篩選并提取特征值,以響應(yīng)曲線特征值作為輸入,采用BP 神級網(wǎng)絡(luò)對樣品中的蛋白質(zhì)和脂肪含量進(jìn)行預(yù)測,結(jié)果表明電子鼻的響應(yīng)數(shù)據(jù)與肉品中的蛋白質(zhì)和脂肪含量顯示出高度相關(guān)性,可以對蛋白質(zhì)和脂肪含量進(jìn)行較為準(zhǔn)確的預(yù)測。
電子鼻不需要對揮發(fā)物進(jìn)行分離,可對肉類產(chǎn)品進(jìn)行無損檢測,適用于大批量樣品的檢測[31],但因其傳感器具有選擇性和限制性,導(dǎo)致其檢測不同物質(zhì)時(shí)需要配備不同的傳感器,因此,電子鼻檢測的便捷性和經(jīng)濟(jì)性不高。
氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀出現(xiàn)在20 世紀(jì)60 年代,是將氣相色譜與質(zhì)譜技術(shù)相結(jié)合的一種新技術(shù)。在該分析系統(tǒng)中氣相色譜(GC)主要起到分離揮發(fā)性和半揮發(fā)性化合物的作用,質(zhì)譜檢測器(MS)發(fā)揮了檢測器的作用[32]。待測樣品首先進(jìn)入氣相色譜被氣化,氣化的混合物經(jīng)過毛細(xì)管柱被分離,不同組分的氣態(tài)物質(zhì)和載氣依次從毛細(xì)管柱端流出通過氣相色譜與質(zhì)譜的接口,進(jìn)入質(zhì)譜的離子源受到電子流的轟擊被離子化,總離子流檢測器對離子化后的氣態(tài)組分進(jìn)行檢測得到每個(gè)色譜峰的離子流信號,即色譜圖;出現(xiàn)某組分時(shí)總離子流檢測器發(fā)出觸發(fā)信號,啟動(dòng)質(zhì)譜儀,質(zhì)譜儀掃描得到該組分的質(zhì)譜圖。一個(gè)完整的色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀,可以得到色譜圖、總離子流色譜圖、質(zhì)譜圖、質(zhì)量碎片圖譜、質(zhì)量分析圖等分析圖譜[32-33]。GCMS 主要用于農(nóng)藥殘留、持久性有機(jī)污染物、風(fēng)味物質(zhì)、內(nèi)分泌干擾物等方面的研究及應(yīng)用[34]。
氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)在畜產(chǎn)品中可用于檢測獸藥殘留、添加劑的使用情況以及肉品風(fēng)味物質(zhì)的檢測。Zou 等[35]用超聲波處理五香牛肉,使用GC-MS 對其進(jìn)行檢測,發(fā)現(xiàn)經(jīng)超聲波處理的五香牛肉相對于未經(jīng)超聲波處理的對照組來說,其中的總揮發(fā)性化合物的類型和濃度明顯增加,超聲處理可以為五香牛肉帶來更好的風(fēng)味,超聲輔助烹飪可以作為改善畜禽肉口味和風(fēng)味的潛在技術(shù)。Hoa 等[36]利用GC-MS 對母豬肉和商品豬肉中的揮發(fā)性風(fēng)味化合物進(jìn)行檢測,從兩種豬肉中共鑒定出56 種揮發(fā)性風(fēng)味化合物,其中16種化合物在兩組豬肉中的含量差異顯著,其他均無顯著性差異,且在商品豬肉中發(fā)現(xiàn)了令人愉悅的香味。此外,任興超[37]采用GC-MS 對當(dāng)天切割分離的豬肉樣品的揮發(fā)性風(fēng)味化合物進(jìn)行檢測,測出29 種揮發(fā)性物質(zhì),通過譜圖分析,確定這些揮發(fā)性物質(zhì)主要為醛、脂、醇和酮這四大類,對所測數(shù)據(jù)進(jìn)行偏最小二乘法(PLSR)分析得出:脂肪和蛋白質(zhì)的含量與某些揮發(fā)性物質(zhì)的含量具有顯著的正相關(guān)關(guān)系。這就意味著GC-MS 不僅能夠?qū)θ馄窊]發(fā)性物質(zhì)進(jìn)行檢測,還可用于對不同脂肪和蛋白質(zhì)含量的肉品進(jìn)行分類檢測。
GC-MS 在食品風(fēng)味分析中發(fā)揮著巨大的作用,被廣泛用于復(fù)雜組分的分離與鑒定以及揮發(fā)性、半揮發(fā)性樣品的檢測。其檢測靈敏度高,消耗溶劑少,常用于痕量物質(zhì)分析。但在檢測過程中,MS 要求檢測環(huán)境必須是真空條件,其結(jié)果無法區(qū)分同分異構(gòu)體化合物,而且其在分析之前需要對樣品進(jìn)行復(fù)雜的預(yù)處理,這樣會(huì)導(dǎo)致檢測時(shí)間較長[38]。
氣相色譜-離子遷移譜是氣相色譜和離子遷移譜技術(shù)的結(jié)合。被測樣品經(jīng)氣相色譜分離后以單個(gè)組分的形式進(jìn)入到離子遷移反應(yīng)區(qū),在離子遷移反應(yīng)區(qū)待測組分與試劑離子發(fā)生反應(yīng)生成產(chǎn)物離子,產(chǎn)物離子在離子門脈沖作用下進(jìn)入遷移區(qū)進(jìn)行二維分離,分離后的離子最終到達(dá)法拉第盤被檢測,最后在顯示器上呈現(xiàn)的是具有保留時(shí)間、漂移時(shí)間和信號強(qiáng)度等信息的三維譜圖。通過對譜圖的解析,便可得到所檢測物質(zhì)的類型和濃度信息[39-41]。調(diào)查發(fā)現(xiàn),2000—2018 年期間,食品風(fēng)味中應(yīng)用GC-IMS 的相關(guān)研究文章總數(shù)僅為 15 篇,但在 2019 年,文章總數(shù)增加至 34 篇[42]。在食品檢測中,GC-IMS 多用于由復(fù)雜體系構(gòu)成的食品及農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)分析、食品風(fēng)味物質(zhì)的檢測及食品中易揮發(fā)組分的檢測與識別。
陳通等[43]利用GC-IMS,結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)方法,對牛肉、羊肉、雞肉樣品進(jìn)行檢測,結(jié)果表明,GC-IMS的指紋譜圖可以有效表征不同肉類氣味信息的差異,可以分析鑒別肉的種類。與此同時(shí),Chen 等[44]采用GC-IMS 分析了不同加工階段的豬肉片中的揮發(fā)性化合物,在加工的豬肉片中檢測到了37 種揮發(fā)性化合物,并建立了指紋圖譜的變化,這是首次將GC-IMS應(yīng)用到烘烤肉的檢測中,證明該技術(shù)可以有效的區(qū)分不同加工階段腌制肉樣品的揮發(fā)性成分差異。為了對伊比利亞豬的飼養(yǎng)方式驗(yàn)證,Alonso 等[45]采集不同飼養(yǎng)方式下的豬肉樣品,頂空收集樣品的揮發(fā)性成分,進(jìn)行離子遷移譜檢測,根據(jù)樣品的風(fēng)味特征對豬肉樣品的飼養(yǎng)方式進(jìn)行分類,僅有2.3%的樣本被錯(cuò)誤分類。除此之外,GC-IMS 還用于摻偽肉的檢測,孟新濤等[46]采用GC-IMS 技術(shù)結(jié)合主成分分析法對模擬羊肉摻偽樣品的特征風(fēng)味進(jìn)行檢測分析,結(jié)果表明該方法可明顯區(qū)分羊肉中摻入不同比例的豬肉和雞肉的樣本,且不同摻入比例組有明顯的歸屬區(qū)域,該技術(shù)適用于各種肉類摻偽的快速檢測。
GC-IMS 融合了氣相色譜突出的分離特點(diǎn)和離子遷移譜快速響應(yīng)、高靈敏度的優(yōu)勢,具有對任何待測樣品無需前處理、檢測周期短、靈敏度高、響應(yīng)速度快,而且其體積小,便于攜帶等優(yōu)勢,檢出限達(dá)到ppb級[47],可以捕捉到檢測樣品最真實(shí)的風(fēng)味且二次分離可得到三維數(shù)據(jù),結(jié)果比較直觀,適用于食品風(fēng)味物質(zhì)等揮發(fā)性有機(jī)化合物的痕量檢測,常用于現(xiàn)場快速檢測以及大批量樣品的檢測[42]。
氣相色譜-嗅聞技術(shù)(GC-O)以嗅味檢測儀或者人鼻作為檢測器,將氣相色譜的分離能力與人類鼻子敏感的嗅覺聯(lián)系在一起使其成為鑒定食品中香氣活性化合物的有效手段。GC-O 氣味檢測技術(shù)的工作原理是將經(jīng)過前處理的樣品注入到氣相色譜的色譜柱中,氣相色譜柱末端安裝有分流口,待測樣品經(jīng)分流口分流至FID/氣味檢測器,嗅聞人員在氣味儀的出口處記錄他們在氣體流出時(shí)所聞到的香味,嗅探器或嗅聞人員記錄所感知到的香味,嗅聞人員對其進(jìn)行描述[48]。目前用于鑒定氣味活性成分的GC-O 檢測技術(shù)有稀釋法、檢測頻率法、強(qiáng)度法[49]。試驗(yàn)中可根據(jù)研究目的、樣品性質(zhì)、分析時(shí)間、嗅聞人員水平選擇合適的檢測方法。香味活性物質(zhì)在食品中含量很低,使用氣相色譜及氣質(zhì)聯(lián)用儀是無法測定的,因此推動(dòng)了GC-O 在食品風(fēng)味領(lǐng)域檢測的發(fā)展,成為香味活性物質(zhì)研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域[50]。
徐永霞等[51]通過GC-O 分析清燉豬肉湯,得出清燉豬肉湯中有19 種香氣活性成分,其中己醛、(E,E)-2,4-壬二烯醛、2-十一烯醛、1-辛烯-3-醇、1-辛醇和保留指數(shù)為912 的未知化合物為清燉豬肉湯中的關(guān)鍵香味化合物;同時(shí)作者使用GC-MS 技術(shù)對該樣品進(jìn)行分析,共鑒定出42 種揮發(fā)性化合物,主要為醛類、酸類、醇類、烴類、呋喃類化合物和少量的酮類、吡啶。同樣,趙夢瑤等[52]使用GC-IMS 對白豬肉和黑豬肉中的香氣物質(zhì)進(jìn)行分析鑒定,從白豬肉的熱反應(yīng)香精中鑒定出82 種揮發(fā)性化合物,從黑豬肉熱反應(yīng)香精中鑒定出88 種揮發(fā)性化合物,其中有49 種為二者共有;使用GC-O 從白豬肉和黑豬肉熱反應(yīng)香精中共鑒定出31 種氣味活性化合物,主要為美拉德反應(yīng)產(chǎn)生的含硫化合物和脂肪氧化反應(yīng)產(chǎn)生的脂肪醛,說明僅有部分揮發(fā)性化合物對畜禽肉的風(fēng)味有貢獻(xiàn)。此外,Pu 等[53]通過氣相色譜-嗅聞技術(shù)結(jié)合香氣提取物稀釋分析(AEDA)對煙熏豬腿肉進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)熏制18 d 的豬腿肉具有最佳的感官品質(zhì),檢測到39 個(gè)芳香活性化合物,并且該試驗(yàn)首次確認(rèn)了2-乙?;?1-吡咯啉是燒烤的關(guān)鍵氣味化合物。
GC-O 可以鑒定樣品中的氣味化合物對整體氣味的貢獻(xiàn)并對各化合物的重要性進(jìn)行排序,這是其他檢測儀器難以做到的。但是GC-O 不能對香氣成分的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,且是由嗅聞人員對香味進(jìn)行描述定性得出結(jié)果,誤差較大,并需要對嗅聞人員進(jìn)行專業(yè)的培訓(xùn)及進(jìn)行多次試驗(yàn)才能得到相對較為可靠的結(jié)果;此外,鑒定食品中的關(guān)鍵氣味化合物時(shí)還需要大量重復(fù)的耗時(shí)工作,如芳香提取物稀釋分析,氣相色譜-嗅聞技術(shù)不適應(yīng)于食品中揮發(fā)性化合物的快速表征[54]。
影響肉品風(fēng)味形成的因素很多,形成機(jī)制也十分復(fù)雜。目前應(yīng)用于肉品風(fēng)味的檢測技術(shù)有很多,以上所述為食品行業(yè)常用的檢測技術(shù),它們具有各自的優(yōu)缺點(diǎn),適合于不同的檢測需求。目前這些檢測技術(shù)均存在一定的局限性,對部分問題不能很好的解決,因此又發(fā)展出了GC-O-MS 聯(lián)用技術(shù)、電子鼻與GC-MS聯(lián)用技術(shù)等3 個(gè)儀器聯(lián)合使用的情況。在理論研究中,需要進(jìn)一步研究各種聯(lián)用儀器的性能、適用條件以及各自的優(yōu)缺點(diǎn),加速食品風(fēng)味檢測技術(shù)的發(fā)展;在實(shí)際應(yīng)用中,需要結(jié)合實(shí)驗(yàn)室條件綜合考慮,分析檢測對象的性質(zhì)以及研究目的等,選擇一種或者結(jié)合多種方式進(jìn)行檢測評定,以期得到更加全面、準(zhǔn)確的樣品信息,推動(dòng)肉品風(fēng)味領(lǐng)域的研究更深一步發(fā)展。