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2021 Volume 43 Issue 8
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LI Xiang, NIE Qing-yu, ZHAO Fu-kui, et al. Changes of Volatile Substances and Lipid Oxidation in Traditional Chinese Bacon During Long-Time Smoking at Low Temperature[J]. Journal of Southwest University Natural Science Edition, 2021, 43(8): 57-64. doi: 10.13718/j.cnki.xdzk.2021.08.008
Citation: LI Xiang, NIE Qing-yu, ZHAO Fu-kui, et al. Changes of Volatile Substances and Lipid Oxidation in Traditional Chinese Bacon During Long-Time Smoking at Low Temperature[J]. Journal of Southwest University Natural Science Edition, 2021, 43(8): 57-64. doi: 10.13718/j.cnki.xdzk.2021.08.008
shu

Changes of Volatile Substances and Lipid Oxidation in Traditional Chinese Bacon During Long-Time Smoking at Low Temperature

  • 1.

    Faculty of Agricultural and Forestry Science and Technology, Chongqing Three Gorges Vocational College, Wanzhou Chongqing 404155, China

  • 2.

    College of Food Science, Southwest University, Chongqing 400715, China

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  • Received Date: 14/01/2021
    Available Online: 20/08/2021

  • MSC: S872

  • In order to provide a scientific basis for the improvement of sausage quality and its processing technology, the changes of quality indexes of sausage during low-temperature and long-time smoking were investigated. The volatile flavor compounds in sausage smoked for different durations of time were analyzed with gas chromatography-ion mobility spectrometry (GC-IMS), and the changes in its pH, malondialdehyde content and peroxide value (POV) were investigated. The results showed that GC-IMS could quickly detect the volatile components of the samples, and 36 volatile compounds were identified, most of which were aldehydes, esters and terpenes. The volatile substances of sausage changed greatly from the very beginning of smoking, and had a rich base on the 6th day. The POV increased continuously with the smoking time, both pH and malondialdehyde had the lowest value on the 9th day, and then began to rise again. According to the change pattern of volatile substances and lipid oxidation in sausage, it is recommended that the smoking duration should be 6-9 d.
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通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

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Changes of Volatile Substances and Lipid Oxidation in Traditional Chinese Bacon During Long-Time Smoking at Low Temperature

  • Received Date: 14/01/2021
  • Available Online: 20/08/2021

Abstract: In order to provide a scientific basis for the improvement of sausage quality and its processing technology, the changes of quality indexes of sausage during low-temperature and long-time smoking were investigated. The volatile flavor compounds in sausage smoked for different durations of time were analyzed with gas chromatography-ion mobility spectrometry (GC-IMS), and the changes in its pH, malondialdehyde content and peroxide value (POV) were investigated. The results showed that GC-IMS could quickly detect the volatile components of the samples, and 36 volatile compounds were identified, most of which were aldehydes, esters and terpenes. The volatile substances of sausage changed greatly from the very beginning of smoking, and had a rich base on the 6th day. The POV increased continuously with the smoking time, both pH and malondialdehyde had the lowest value on the 9th day, and then began to rise again. According to the change pattern of volatile substances and lipid oxidation in sausage, it is recommended that the smoking duration should be 6-9 d.

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  • 香肠和腊肉是川渝地区传统的两大腌腊肉制品，其中香肠制品具有典型的川味特征，重麻辣，且经过烟熏工艺，具有烟熏风味[1]. 低温长时间烟熏香肠的加工主要集中在渝东北地区的高海拔山地地区，如城口、巫溪等地，由于冬季气温低、时间长，宜制作腌腊制品，且山区多有松柏等资源，以其枝丫结合杂木熏制腊肉和香肠，烟量大且不起明火，熏制出的腊肉和香肠香气风味独特，因而名声在外. 但是，传统的烟熏工艺没有固定的熏制时间，由人为的主观经验判别，熏制时间长达10 d甚至月余，不仅加工周期漫长，且没必要的熏制还有可能增加卫生安全隐患，提高脂肪氧化. 因此，研究烟熏过程中香肠挥发性物质和脂肪氧化的情况，有助于判别其风味成分的变化和积累程度、且有利于工艺改进和提升食品安全品质.

    腌腊制品的风味物质分析及其形成机理已经有较多研究[2]，但大多采用电子鼻或气相色谱-质谱联用(GC-MS)技术[3-4]. 气相色谱-离子迁移谱联用(GC-IMS)是近年来出现的一种新的气相分离和检测技术，融合了气相色谱突出的分离特点和离子迁移谱反应快速、灵敏度高的优势，能够对一些挥发性有机化合物进行痕量探测[5]. 另外，由于离子迁移谱检测灵敏度高，检测条件常温常压，所以样品通常不需要通过蒸馏、浓缩等富集处理，达到了样品物质的无损检测，最真实地检测出样品挥发性成分的组成. 且GC-IMS数据结果以可视化指纹图谱形式展现，数据处理简单，更方便进行样品间的差异对比，可以作为GC-MS技术数据的支撑或补充. 近年来，人们越来越多地将这种方法应用于食品风味物质的检测分析[6-8]和食品质量的快速鉴别[9-10]中. 采用GC-IMS技术检测腌腊制品的挥发性成分近年来也开始有相关报道[11-13]，但目前，尚未见到采用GC-IMS技术分析熏制时间对香肠挥发性成分影响的报道.

    本研究利用气相色谱-离子迁移谱联用(GC-IMS)技术对低温熏制过程中香肠挥发性风味物质进行检测和分析，同时检测烟熏过程中香肠的pH值、丙二醛质量分数、过氧化值的变化，旨在为合理制定低温烟熏香肠的加工工艺提供科学依据.

1.   材料与方法

    1.1.   材料与设备

    1.1.1.   材料采样及处理

  • 供试材料为鲜肉和香肠，采样于重庆市巫溪县天元乡万春腊肉加工厂. 香肠制作工艺为原料肉经修整、腌制、绞碎拌料、灌肠后，在70 ℃热风干燥5 h，后入烟熏车间熏制，熏制温度为15~20 ℃.

    鲜肉(记为CK)，经腌制、调配搅拌、灌肠、干制后的样品(记为0 d)，入烟熏车间烟熏并分别在第3 d，6 d，9 d和12 d取样. 采集的样品真空包装后冷冻保藏，检测前将样品于25 ℃恒温箱中解冻，然后切成2×2×2 mm的颗粒、混合均匀.

    • 1.1.2.   试剂

  • 甲醇：色谱纯；三氯乙酸、乙二胺四乙酸二钠、硫代巴比妥酸、三氯甲烷、碘化钾、硫代硫酸钠、石油醚、无水硫酸钠、可溶性淀粉均为分析纯.

    • 1.1.3.   主要设备

  • 设备为FlavourSpec©风味分析仪：德国G.A.S；1260型高效液相色谱仪：安捷伦科技有限公司；FA2204B型电子天平：上海海康电子仪器厂；RE-52B型旋转蒸发仪：上海亚荣生化仪器厂；科析4型恒温水浴锅：金坛市科析仪器有限公司；DHG-9140A型电热恒温干燥箱：上海博讯实业公司医疗设备厂；雷磁pHS-3E型pH计：上海仪电科学仪器股份有限公司；其他为实验室常规仪器设备.

    • 1.2.   试验方法

    1.2.1.   GC-IMS分析

  • 样品处理：取2g样品，置于20 mL顶空瓶中，60 ℃孵育15 min后进样，进样量为500 μL.

    气相-离子迁移谱分析系统条件设置见表 1.

    • 1.2.2.   理化指标测定

  • pH值：按照GB/T9695.5-2008《肉与肉制品pH测定》[14]的方法测定；丙二醛：按照GB5009.181-2016《食品中丙二醛的测定》[15]中高效液相色谱法测定；过氧化值：按照GB5009.227-2016《食品中过氧化值的测定》[16]中滴定法滴定.

    • 1.3.   数据分析

  • GC-IMS数据采用FlavourSpec©风味分析仪的Reporter插件形成三维谱图，然后降维形成二维谱图，并进行挥发性物质差异性分析；利用Gallery Plot插件进行挥发性物质指纹图谱分析；利用内置的Dynamic PCA进行主成分分析；利用Library Search进行定性分析.

    理化指标数据每个指标测定3次，结果表示为X±SD的形式.

2.   结果与分析

    2.1.   不同熏制时间的香肠GC-IMS图谱分析

  • 图 1为Reporter插件制作的二维俯视图，背景为蓝色，横坐标10处红色竖线为RIP峰(反应离子峰，经归一化处理)，RIP峰两侧的每一个点代表一种挥发性有机物. 根据峰(色点)的有无或者颜色深浅能够直观表现不同样品之间的组分及浓度差异，白色表示浓度较低，红色表示浓度较高. 由图 1可以看出，不同烟熏时间腊肉和香肠挥发性有机物能够被GC-IMS很好地分离，且可以直观地观察到不同样品中的挥发性物质种类及浓度差异. 相对于鲜肉，经处理后的香肠样品中大部分风味物质浓度增加，个别物质浓度有所降低甚至消失.

    • 2.2.   样品中挥发性有机物的定性鉴别

  • 通过GC-IMS技术，香肠中被检测出挥发性成分58种，其定性分析由NIST谱库的RI和IMS数据库鉴别出来列于表 2中. 共鉴别出挥发性风味成分36种，其中32种单体，4种二聚体. 单体物质中包含醇类3种、醛类6种、酮类2种、酸类2种、酯类11种、酚类1种、萜烯类6种、杂环类1种. 对照鲜肉样品中检出的2，3-丁二酮成分(57号特征峰)在香肠样品中未检出，说明制作香肠的过程中该物质转化成了其他成分.

    • 2.3.   样品挥发性物质的Gallery Plot指纹谱图

  • 由图 2可以看出，不同熏制时间香肠风味物质呈现出较为显著的变化，且采用Gallery Plot指纹图谱呈现变化非常直观. 图 2中1-22号是香肠中被GC-IMS检测出但未被鉴别出的物质. 从已鉴别出的36种挥发性物质来看，羰基化合物、酯类物质和萜烯类物质是香肠挥发性物质的主体成分.

    醇类物质主要由脂肪降解产生[17]，在本试验样品中所含种类较少，且阈值较高，在制品风味中贡献较小.

    羰基化合物主要由亚油酸和花生四稀酸氧化而来[18]，其中呋喃类提供糖香和浓郁的烤香味，是熏烤类肉制品优良的香气来源[19]，这类物质在第6 d开始出现，并在第9 d达到最大值，第12 d时又降低.

    酯类物质一般是腌腊肉制品中主要的风味贡献成分，碳链小于10的酸形成的酯类一般赋予肉制品愉悦的果香或甜香[20]，它们通常由羧基和羟基的酯化反应生成. 在本试验的香肠样品中，大部分酯类在第6 d开始显著产生，随烟熏时间延长浓度增大. 而乙酸香叶酯、乙酸冰片酯含量随烟熏时间延长持续下降，这两种可能是香肠中添加的调味料和香辛料提供的，随烟熏时间延长挥发消耗而浓度降低.

    萜烯类物质也是香肠的特征型香气物质，主要来源于加入的香辛料，如α-蒎烯，β-蒎烯都可以由花椒提供，这些萜烯类物质赋予香肠特殊的风味，如芳樟醇就具有百合花、铃兰和柑橘类香气[21]. 萜烯类化合物在烟熏后浓度显著降低，在3 d后变化基本不显著，这可能是由于初始烟熏后，萜烯类物质大量挥发，在后期的低温熏制过程中，萜烯类挥发性成分从香辛料中缓释挥发出来，其产生速度与挥发速度相当所致.

    2-乙酰基呋喃在香肠熏制后产生，并随着熏制时间延长浓度逐渐提高. 呋喃类化合物被认为是来自于熏烟成分，由纤维素热解产生[18]，在多数熏烤类肉制品中被检出[13, 21-22]，为肉制品提供正面的香气.

    酚类为烟熏味的主要贡献成分，主要由发烟的植物性材料中木质素分解产生，包括苯酚、愈创木酚及其衍生物成分，一般有多种酚类物质同时存在[23-25]. 图 2中只检测出苯酚成分，含量呈现出增长趋势，这与常海军等[21]采用GC-MS对重庆城口香肠的检测结果一致，且有可能在1-22号成分中也存在其他酚类物质.

    • 2.4.   不同烟熏时间的香肠挥发性物质的GC-IMS主成分分析

  • 主成分分析(PCA)是一种主要的多元统计技术，通过将复杂繁多的数据进行降维，获得几个主成分，根据主成分因子在不同样本中的贡献率来评价其表达数据的可靠性. 这种分析能更加直观地表述不同样本间的挥发性成分物质差异. 采用Dynamic PCA插件程序绘制3D-PCA图，获得3个主成分，累积贡献率达到了91.8%.

    由于是3个主成分，各样本的点在坐标中展示的是空间位置，由图 3可以看出，香肠的各组样本平行样间重复性很好，且能够被很好地分离，说明不同熏制时间的样本挥发性风味成分间存在较为显著的差异. 在香肠样品中，各组间挥发性成分都相距较远，说明随着熏制时间延长，香肠挥发性物质始终在发生显著性变化，变化的总趋势是远离初始状态.

    • 2.5.   理化指标的变化

  • 香肠中pH值的变化如图 4所示，前期波动性变化但不显著，至第9 d显著下降，这可能是由于酚类物质吸附和有机酸积累导致. 而后又开始上升，这可能是由于有机酸又进一步和醇类物质产生了酯化反应的结果，也有可能是蛋白质分解产物所致[26].

    丙二醛为肉中脂肪氧化的一类产物，常用来表征肉的氧化程度[27]，其质量分数与风味成反比，GB10146-2015 《食用动物油脂卫生标准》[28]中要求其质量分数≤2.5 mg/kg. 由图 5可知，随着对鲜肉的预处理和熏制，丙二醛质量分数呈快速上升趋势，在第9 d浓度突然下降，然后又呈上升趋势，这可能是由于蛋白质与丙二醛结合成复合物所致[25]，也可能与酚类物质的积累导致脂肪氧化速度有所降低有关.

    过氧化值(POV)是表征脂肪氧化中间产物积累量的一个值，经常用来表示脂肪的氧化程度，在动物油脂中其质量分数应≤2 mg/g. 由图 6可知，香肠在前处理和熏制初期，POV值相对于鲜肉显著上升，在第6 d以后，增长趋势趋于缓慢，这可能是由于在熏制进行一定时间后，酚类物质的积累和pH值的降低，抑制了脂肪氧化的进程，但POV值总体还是呈上升趋势.

3.   结语

  • 香肠相对于对照样品原料鲜肉挥发性成分变化较大，增加了大量的挥发性成分种类，减少了一种挥发性成分. 香肠的主要挥发成分为醛、酯以及萜烯类物质，从第6 d开始，香肠的挥发性成分种类和浓度有显著提高，尤其是酯类物质. 而由香辛料带来的乙酸香叶酯和乙酸冰片酯呈降低趋势，萜烯类物质在第3 d显著下降，而后未出现显著变化. 主成分分析说明，不同烟熏时间的样本能够被很好地分离，香肠的挥发性风味随烟熏时间呈显著性变化，总体呈远离初始状态的趋势.

    渝东北地区低温烟熏传统工艺制作的香肠在烟熏第6 d时开始具备丰富的挥发性物质基础，故从挥发性物质的角度出发，烟熏时间不宜低于6 d. 过氧化值随烟熏时间持续上升，pH值和丙二醛质量分数均在第9 d出现最低值. 因此，将烟熏时间选在6~9 d较为适宜.

Figure (6)  Table (2) Reference (29)

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