基于气相色谱-离子迁移谱结合多元统计学分析KCl部分替代NaCl对宣威火腿挥发性风味化合物的影响

宣威火腿是云南传统名特优肉制品，以营养丰富、滋味鲜美、油而不腻、香气浓郁著称于世。多年来，由于产品含盐量普遍较高，口感偏咸，严重影响其消费及火腿产业的发展。食盐是目前导致高血压和心血管疾病等的一个重要因素，降低钠盐摄入量可有效降低血压和患中风以及冠心病的风险。因此，有必要减少宣威火腿中的钠盐含量，降低消费者食盐摄入量或使用钠盐的替代物，以满足消费者对宣威火腿的健康要求。

国内外学者通过降低肉制品中NaCl的添加量和利用其他盐部分替代NaCl。然而，NaCl在干腌火腿中具有重要的作用，减少火腿中NaCl添加量具有挑战性。与其他技术相比，气相色谱-离子迁移谱（GC-IMS）技术是基于GC中不同的气相离子在电场中迁移速率的差异检测痕量气体和表征化学离子物质的分析技术。由于其相对于传统分析技术的诸多优势，近年来在食品质量和食品安全方面的应用不断增加，包括食品掺假及产地的鉴别、新鲜度和贮存条件的判定、质量评价和优化、食品成分分析等。GC-IMS已被证明可用于分析和表征不同性质样品（如肉制品）中的挥发性化合物。同时，结合多元统计学方法，主成分分析（PCA）、偏最小二乘-判别分析（PLS-DA）等分析不同KCl替代组中挥发性风味的差异。

云南农业大学食品科学技术学院的丁习林、王桂瑛*和云南农业大学云南省畜产品加工工程技术研究中心的廖国周*等人通过使用不同比例KCl部分替代NaCl，采用GC-IMS技术对不同KCl替代盐火腿中的挥发性风味物质进行检测。结合PCA和PLS-DA等多元统计分析方法，分析不同KCl替代量的宣威火腿挥发性风味的差异，旨在为低钠盐宣威火腿的开发提供理论依据。

1 不同KCl替代组宣威火腿中挥发性化合物的 GC-IMS分析

采用GC-IMS分析不同KCl替代盐火腿样品中挥发性成分的差异，如图1所示，从不同替代组火腿样品中各选取1 个样品，整个谱图即代表了样品的顶空成分，反应离子峰（RIP）两侧的每个点代表从样品中提取的挥发性化合物。颜色代表物质的含量，浅蓝色表示低含量，红色表示高含量，颜色越深表示含量越高。不同KCl替代组的火腿间挥发性组分可通过GC-IMS技术很好分离，且可直观看出不同替代组的挥发性化合物差异。不同替代盐的火腿挥发性有机物的差异主要表现在离子峰的位置、数量、强度及时间上。

2 不同KCl替代组宣威火腿中挥发性化合物差异分析

通过软件内置的NIST 2014保留指数数据库与G.A.S.的IMS迁移时间数据库，确定49 种具体挥发性物质组成（图2），主要包括醛类19 种、醇类9 种、酮类11 种、酯类9 种和酸类1 种。

为进一步比较不同替代盐火腿中挥发性有机物质的差异，G.A.S.公司开发的LAV软件的Gallery Plot插件，可选取图中待分析区域，自动生成指纹图谱。选取的区域编号与图2和表2中的标记编号一一对应。如图3所示，每个特征峰的颜色代表强度，蓝色为背景，红色代表物质成分，红色越深表示含量越高。根据检测到的风味化合物，所建指纹图谱清晰地反映不同KCl替代量的宣威火腿各类风味化合物的差异。40% KCl替代组中丁酸乙酯、3-甲基丁酸乙酯、2-甲基丁酸乙酯、2-甲基丙酸乙酯、乙酸乙酯的含量较高；乙缩醛在40%～60% KCl替代组中，而在对照组（100% NaCl）和30% KCl替代组中含量最低；此外，在本研究中，对照组和30% KCl替代组中的己醛含量明显高于其他替代组；壬醛、正辛醛和戊醛等在对照组中含量较高，而在使用了KCl替代后其含量明显低于对照组。

3 不同KCl替代组宣威火腿中挥发性化合物多元统计分析

3.1 基于PCA对不同KCl替代组宣威火腿的区分

利用火腿挥发性风味组分的信号峰强度进行PCA，如图4A所示，共获得4 个PC，累计R 2X ＝0.685，Q 2 ＝0.418，虽然模型拟合性较好，但由于Q 2 小于0.5，表明模型预测能力较差。从样本的聚集、离散程度可知，不同KCl替代组宣威火腿样本分布均有聚集的部分，也均有离散的部分，表明火腿样本中均存在差异较大的样本，因为样本分布点距离越近，说明这些样品中所含有的化合物的组成和含量越接近，而这些化合物的组成和含量接近可能是相同处理组间的聚集，也有可能是不同处理组但是化合物含量上相近；反之，样本点距离越远，其差异就越大，这与以上Q 2 数值较小的原因一致。但是所有样品均处于95% Hotelling T 2 置信区间内，没有发现“离群样本点”，如图4B所示。PCA属于无监督分析方法，不能忽略组内误差、消除与研究目的无关的随机误差，因此，并不能直接区分不同KCl替代组的宣威火腿，之后将采用有监督的方法进行进一步研究。

3.2 基于PLS-DA对不同KCl替代组宣威火腿的区分

如图5A所示，累计R 2X ＝0.784，R 2Y =0.947，Q 2 ＝0.791，说明该模型对不同KCl替代组宣威火腿具有良好的稳定性和较好的预测能力，相比于PCA，PLS-DA使组间差异更明显。采用置换检验对PLS-DA模型进行验证（重复次数200），以获取随机模型的R2和Q2，可作为衡量模型是否过拟合以及在评估模型的统计显著性上有重要作用。如图5B所示，最右侧的R2和Q2值均高于左侧的R 2 和Q 2 值， R 2 ＝0.46，Q2＝-0.825，Q 2 为负值表明回归线与横坐标交叉或小于0，从而证明该PLS-DA模型可靠，未存在过拟合现象，且有较好预测能力，可以用于解释不同KCl替代量的宣威火腿风味的差异。

3.3 不同KCl替代组宣威火腿挥发性特征标志物的筛选与分析

以变量重要性投影（VIP）大于1为潜在的挥发性特征标志物，共筛选出24 个潜在的挥发性特征标志物，包括醇类5 种、醛类6 种、酯类6 种和酮类7 种。为了直观观察不同KCl替代组宣威火腿风味标志物的差异，依据每个风味标志物的峰强度值绘制热图。如图6所示，100% NaCl（对照组）和30% KCl替代组的风味标志物聚为一类，40%～60% KCl替代组的风味标志物聚为一类，其中I区的风味标志物其含量随KCl替代量的增加有逐渐减低的趋势；II区的风味标志物其含量在不同KCl替代组间的变化主要呈现先增加后降低的趋势，在40% KCl替代组中达到最大。

结果显示，以峰强度值代表各挥发性化合物含量的高低，特别是丙酸乙酯、2-戊酮（M）、乙酸乙酯（D）和乙缩醛等，其VIP值大于1.2，是影响不同KCl替代组宣威火腿风味差异的重要成分。其中，丙酸乙酯在40% KCl替代组中的含量最高，且显著高于对照组和其他替代组（P＜0.05），除40% KCl替代组外，各实验组间均无显著差异（P＞0.05）。2-戊酮（M）含量在对照组中最低，KCl的替代使2-戊酮（M）的含量显著增加 （P＜0.05）。乙酸乙酯（D）含量随KCl替代量的增加呈先增加后降低的趋势，在40% KCl替代组中达到最大。乙缩醛在对照组和30% KCl替代组中含量极低，而当KCl的替代量达到40%及其以上时，其含量与对照组和30% KCl替代组相比显著增加（P＜0.05）。3-甲基丁醛是重要的甲基醛，当KCl替代量超过30%时，3-甲基丁醛显著降低（P＜0.05）。此外，1-辛烯-3-醇、异丁酸乙酯（M）、2-戊酮（M）、2-戊酮（D）和4-甲基-2-戊酮（M）等均在对照组中含量最低，而KCl的替代使其含量增加。同时，KCl的替代也会使一些挥发性风味物质含量显著降低，如芳樟醇、苯甲醛、2-丁酮（M）等。

结 论

本研究采用GC-IMS对KCl不同替代量宣威火腿中的挥发性成分进行分析检测，共定性识别出了49 种挥发性化合物，包括醛类19 种、醇类9 种、酮类11 种、酯类9 种和酸类1 种。同时结合多元统计学方法分析不同KCl替代组宣威火腿中的挥发性成分的变化，通过PCA、PLS-DA均可直观对不同KCl替代组宣威火腿中的挥发性成分进行有效区分，利用PLS-DA建立的相关模型，得出VIP相关物质共24 种，其中丙酸乙酯、2-戊酮（M）、乙酸乙酯（D）和乙缩醛等，是影响不同KCl替代组宣威火腿风味差异的重要成分。此外，通过热图聚类分析，对照组与30% KCl替代组宣威火腿在风味上较为相似，当KCl替代量超过30%，3-甲基丁醛含量低于对照组，此外，1-辛烯-3-醇、异丁酸乙酯（M）、2-戊酮（M）、 2-戊酮（D）和4-甲基-2-戊酮（M）等均在对照组中最低，而KCl的替代使其含量增加。乙酸乙酯、异丁酸乙酯、3-甲基丁酸乙酯和2-甲基丁酸乙酯等酯类化合物在30%和40% KCl替代组中含量较高，但当KCl的替代量超过40%时，其含量降低。KCl部分替代NaCl改变了宣威火腿挥发性化合物的形成，最终影响了火腿的风味。综上，为了保持传统宣威火腿的风味，KCl替代量不应超过30%，因此，可减少30%的NaCl添加量，有助于生产低盐健康的宣威火腿。

本文《基于气相色谱-离子迁移谱结合多元统计学分析KCl部分替代NaCl对宣威火腿挥发性风味化合物的影响》来源于《食品科学》2020年41卷24期190-198页，作者：丁习林，王桂瑛，邹颖玲，赵娅英，葛长荣，廖国周。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20191226-311。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

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修改/编辑：袁月；责任编辑：张睿梅

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