食品界

廖国周教授、王桂瑛副教授：采用HS-GC-IMS和HS-SPME-GC-MS对比分析五种云南干腌火腿

Introduction

云南干腌火腿是采用传统工艺加工的一种特殊肉制品，以其独特的风味受到消费者的青睐。干腌火腿在云南省很多地区都有生产，主要分布在海拔2 000 m左右、年平均气温较低的北方地区，包括宣威火腿、三川火腿、诺邓火腿、撒坝火腿、鹤庆火腿等。由于受原材料、腌制方法、成熟条件等因素的影响，不同地区的干腌火腿质量存在一定差异。到目前为止，关于云南省不同地区干腌火腿的特征风味化合物的差异研究还很少。顶空-气相色谱-离子迁移谱（HS-GC-IMS）结合了GC的高分离能力和IMS的快速反应能力，具有无需样品预处理、分析时间快、检测限低、操作简单等优点，因此越来越受到欢迎。然而，由于缺乏一个完整的HS-GC-IMS数据库，一些挥发性化合物（VOCs）还没有被识别出来。此外，气相色谱-质谱（GC-MS）技术可以和顶空固相微萃取（HS-SPME）相结合，是分析食品样品中挥发性化合物的另一种广泛有效的技术。与HS-GC-IMS相比，HS-SPME-GC-MS分析提供了基于标准参考数据库（NIST质谱库）的化合物详细信息。因此，将HS-GC-IMS与HS-SPME-GC-MS相结合，不仅可以提供一种直观的识别挥发性化合物的方法，还可以获得食品样品中挥发性化合物的全面信息。

云南农业大学食品科学与技术学院、云南省畜产品加工工程技术研究中心的廖国周教授团队采用HS-GC-IMS和HS-SPME-GC-MS分别测定了5 种云南干腌火腿（宣威火腿、三川火腿、诺邓火腿、撒坝火腿和鹤庆火腿）中的VOCs，并通过多元统计学分析比较了不同地区干腌火腿中VOCs的差异，从而进一步确定了不同干腌火腿中的特征挥发性风味化合物。

图1 技术路线图

Results and Discussion
5 种云南干腌火腿的HS-GC-IMS分析

图2 5 种云南干腌火腿样品的GC-IMS指纹图谱
如图2所示，从5 种云南干腌火腿样品中共检测到64 种VOCs，其中41 种被定性。大多数VOCs在5 种干腌火腿中分别对应不同的信号强度，表明不同地区的干腌火腿风味轮廓存在差异。在诺邓火腿和撒坝火腿中观察到更高的醛类化合物信号强度，如己醛、壬醛、辛醛等。己醛有助于增加草的甜度和香气，壬醛也具有甜味和果香味，而辛醛具有油腻和辛辣味。指纹图谱分析结果表明，与其他3 种干腌火腿相比，诺邓火腿和撒坝火腿的挥发性化合物轮廓相似。

5 种云南干腌火腿的HS-SPME-GC-MS分析

使用HS-SPME-GC-MS技术从5 种云南干腌火腿中共分离鉴定出128 种VOCs，可以分为7 类，包括20 种醛类、19 种醇类、11 种酮类、15 种酸类、16 种酯类、27 种烃类和20 种其他化合物。具体分析结果见原文表2。

5 种云南干腌火腿中VOCs的多元统计学分析
基于GC-IMS数据的HCA（A）、PLS-DA（C）和置换检验（E）；基于GC-MS数据的HCA（B）、PLS-DA（D）和置换检验（F）。
图3 5 种云南干腌火腿VOCs多元统计学分析
HS-GC-IMS和HS-SPME-GC-MS数据的HCA分析结果是一致的（图3 A和B）。诺邓火腿和撒坝火腿样品首先被归为一类，表明VOCs的组成相似，这与指纹图谱分析结果一致。此外，宣威火腿和鹤庆火腿先被聚类为一类，然后再与三川火腿聚为一类。三川火腿独特的加工工艺可能是它所表现出特殊趋势的原因。PLS-DA模型的交叉验证结果显示，图3C中R²_X=0.981，R²_Y=0.988，Q²=0.984；图3D中R²_X=0.991，R²_Y=0.992，Q²=0.974，表明两个模型都具有良好的分类预测能力和稳定性。图3 E和F的置换检验（n=200 次）结果也表明PLS-DA模型具有良好的稳定性，不存在过拟合现象。
变量投影重要性（VIP）可以用来反映PLS-DA模型的变量对分类判别的贡献。基于HS-GC-IMS数据，共筛选出12 种VIP>1的定性差异特征标志物（图4A），其中4 种醛类、4 种醇类、3 种酮类和1 种酸类。基于HS-SPME-GC-MS数据，共筛选出26 种VIP>1的差异特征标志物（图4B），其中6 种醇类、5 种酸类、4 种醛类、4 种酮类、4 种烃类、1 种酯类、2 种其他化合物。这些VOCs可作为区分5 种不同地区干腌火腿的潜在标志物。

图4 基于GC-IMS（A）和GC-MS（B）数据的5 种云南干腌火腿中差异挥发性化合物（VIP>1）聚类热图
Conclusion
通过HS-GC-IMS和HS-SPME-GC-MS从5 种云南干腌火腿中分别鉴定出41 种和128 种VOCs，主要为醛类和醇类。诺邓火腿和撒坝火腿的VOCs组成相似，二者均含有最丰富的醛类物质，如己醛和壬醛。此外，它们还富含1-辛烯-3-醇、2-戊基呋喃和2-酮等，这可以赋予诺邓火腿和撒坝火腿良好的水果味和蘑菇味。三川火腿富含3-甲基丁醛和2-庚酮，具有典型的烘烤味，这是三川火腿独特加工工艺的结果。基于PLS-DA模型，从HS-GC-IMS和HS-SPME-GC-MS数据中分别筛选出VIP>1的12 种和26 种VOCs，可作为区分云南5 个地区干腌火腿的特征标志物。
Abstract
The quality characteristics of dry-cured hams from different regions of Yunnan province were studied by analyzing five types of Yunnan dry-cured hams (Xuanwei ham, Sanchuan ham, Nuodeng ham, Saba ham, and Heqing ham) using headspace-gas chromatography-ion mobility spectrometry (HS-GC-IMS) and headspace solid-phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry (HS-SPME-GC-MS). The analysis aimed to identify different volatile organic compounds (VOCs) in the dry-cured ham samples. Forty-one VOCs were qualitatively characterized by HS-GC-IMS from dry-cured ham samples, of which Nuodeng ham and Saba ham had similar fingerprint profiles and contained higher levels of aldehydes and alcohols. Meanwhile, a total of 12 qualitatively differential characteristic markers were screened by the PLS-DA model. Furthermore, 128 main VOCs were identified by HS-SPME-GC-MS, of which 26 differential characteristic markers were screened by the PLS-DA model. HCA analysis showed that the VOCs of Sanchuan ham were different from those of the other four dry-cured hams due to the unique processing. These results can contribute to a more comprehensive understanding of the flavor characteristics of dry-cured hams from different regions of Yunnan.

专家及作者介绍

廖国周教授
云南农业大学教务处副处长
廖国周，博士，教授，博士研究生导师。现任云南农业大学教务处副处长，中国畜产品加工研究会常务理事、云南省中青年学术和技术带头人后备人才、云南省现代农业生猪产业技术体系猪肉食品加工研究室岗位专家、云南省科技特派员、昆明市中青年学术与技术带头人及后备人选、云南农业大学“百名”青年学术和技术带头人、Food Science of Animal Products、《食品工业科技》及《肉类研究》编委。近年来，主持和参与国家自然科学基金及云南省重大科技专项等项目15 项，在Food Chemistry、Food Research International、Meat Science、LWT-Food Science and Technology、食品科学等国内外学术期刊上发表学术论文100余篇，获授权专利22 项，申请发明专利14 项，制定行业与地方标准2 项，出版论著及教材5 部。

王桂瑛 副教授
云南农业大学食品科学技术学院
王桂瑛，副教授，硕士研究生导师。在食品科学领域围绕“肉品加工与质量控制”方向，针对云南火腿与云南地方鸡等特色资源开展研发与社会服务工作。近年来主持和参与国家自然科学基金项目及云南省科技计划重大科技专项等11项项目，在Food Science and Human Wellness、Food Research International、Meat Science、《食品科学》等国内外学术期刊上发表学术论文50余篇，授权专利20余项，获中国畜产品加工研究会科技进步奖二等奖1 项。主持《食品原料学》国家级线上线下混合式一流课程，获云南农业大学教学成果一等奖、云南省高校教师教学大赛三等奖。

杨子江硕士研究生
杨子江，男，云南农业大学食品科学技术学院2020级硕士研究生，研究方向为肉品加工与质量控制，以第一作者在Food Research International等国内外学术期刊发表论文5 篇，获得2022年研究生国家奖学金和2023年云南省优秀毕业生。