CN110687240B - 一种快速鉴定火腿产地的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种快速鉴定火腿产地的方法。包括以下步骤：采用气相‑离子迁移谱检测不同产地火腿的挥发性成分，以化合物在不同保留时间下对应的离子漂移时间和离子强度来表征火腿样品的特征信息，采用统计学分析方法对火腿标样的响应强度数据进行比较分析，建立不同产地火腿挥发性有机物数据库；对待测火腿采用相同参数的气相‑离子迁移谱法检测其挥发性化合物，并与建立的数据库进行比对，确定待测火腿产地。本发明能客观、快速、准确的对不同产地火腿风味的差异进行分析，弥补了以往感官分析中主观性的缺陷，填补了现有检测技术中无法满足对评估效果及效率要求的空缺，可应用于火腿产地的鉴定。

Description

一种快速鉴定火腿产地的方法

技术领域

本发明属于快速分析检测领域，涉及一种基于气相-离子迁移谱(GC-IMS)技术结合化学分析法快速鉴别火腿产地的方法。

背景技术

火腿是一种采用传统工艺加工而成的腌腊肉制品，因具有独特的风味与口感，深受消费者的喜爱。火腿种类繁多，火腿的风味与产地、加工工艺以及发酵时间等密切相关，这些差异均可导致火腿中挥发性化合物的不同。一般来说，火腿从腌制到成熟应不少于10个月，且越陈会越香，价值也会越高。不法商家为了追求高额利润存在以冷库腿冒充知名品牌火腿现象。此外，不同产地的火腿因环境条件、加工工艺等的不同对其风味物质的组成和含量会有差异，其风味也会有差别，而市面上的火腿良莠不齐，消费者难以判断其火腿及价格间的差异。这不仅侵犯消费者的权益，扰乱了火腿市场，给相关的企业造成了严重的经济损失，而且也制约了火腿产业的健康发展。因此，亟待找到一种快速准确检测火腿产地的方法。

目前来说，火腿产地的鉴别，在理化分析指标方面主要包括：水分，盐分，过氧化值，蛋白含量以及色泽等，这些理化指标的评价体系过于简单，无法获得完整信息并反应火腿的产地。在火腿的鉴别中，风味对火腿的鉴别起了主要的作用，在风味方面主要通过感官分析等方法，此方法必须要经过训练和有经验的火腿师傅才能可靠的评定，且易受到外界主观因素的影响。为了得到更精确的结果，目前常采用高效液相色谱、气相质谱及其联用技术等分析技术结合化学计量学方法来进行定性及定量分析，所得实验结果精确，但是仪器操作过程复杂，需要复杂的软件和算法，非专业人员难以掌握，且分析时间长，不利于样品的快速分析。现有技术中也有使用电子鼻来进行评定，但是检测的精密度较差，成分难以定性。近年来，挥发性风味物质的检测还应用了离子迁移谱(IMS)新技术，是一种基于气相离子在电场中迁移速率的差异来检测痕量气体和表征化学离子物质的分析技术。然而，IMS的实际应用由于分离性差，仍然存在一定的局限性。

常规的感官评定和检测方法无法满足对评估效果及效率的要求，现有的分析技术存在一定的局限性。因此，亟需探索一种快速简便的火腿产地鉴定方法。

发明内容

为了达到上述目的，本发明提供一种快速鉴定火腿产地的方法，解决了现有技术中存在的常规的感官评定和检测方法无法满足对评估效果及效率的问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是，一种快速鉴定火腿产地的方法，包括如下步骤：

步骤S1，建立不同产地火腿挥发性有机物数据库：采用气相-离子迁移谱(GC-IMS)联用仪检测，得到不同火腿样品的气相离子迁移谱图和指纹图谱，采用统计学分析方法对上述火腿标样的响应强度数据进行比较分析，建立火腿挥发性有机物数据库及分类鉴别模型；

步骤S2，对待测火腿采用相同参数的气相色谱-离子迁移联用仪进行检测，得到挥发性有机物的指纹图谱，并与步骤S1建立的数据库进行比对，确定待测火腿的产地。

进一步的，在所述步骤S2之后，执行步骤S3，结果分析：仪器配套的分析软件LAV中的Reporter插件可对参考的样品与被检测的未知样品进行比对，可清晰显示火腿香气组分差异；软件内置的NIST2014保留指数数据库和漂移时间数据库可将物质进行定性分析，同时，LAV软件还包含经典的定量分析方法，首先定性出该种有机物，建立标准曲线后可对检测的未知样品中的该物质进行定量分析。

进一步的，所述步骤S1的火腿样品的处理是：将发酵一年的火腿，经洗霉修割后取火腿股二头肌，除去脂肪和结缔组织，用斩拌机斩碎后，用于检测。

进一步的，所述步骤S1中火腿样品包括宣威火腿(X)、三川火腿(S)、诺邓火腿(N)、撒坝火腿(B)和鹤庆火腿(H)。

进一步的，所述步骤S1、S2中的气相色谱-离子迁移联用仪为风味分析仪，是集成气相色谱(GC)和离子迁移谱(IMS)于一体的分析仪。

进一步的，所述风味分析仪，仪器配备的Gallery Plot插件分析对比不同样品的挥发性有机物指纹图谱，Dynamic PCA插件做样品的主成分分析，GC×IMS Library Search定性软件做火腿样品挥发性有机物的定性分析。

进一步的，所述步骤S1中将粉碎后的不同产地的火腿样品分别称取1g于20ml顶空进样瓶中，再用于检测。

进一步的，所述步骤S1中气相色谱-离子迁移联用仪的检测条件为：分析时间20min、色谱柱类型FS-SE-54-CB-1 15m ID:0.53mm、柱温60℃、载气/漂移气N₂、漂移管长度98mm、IMS温度45℃、电离源β射线(氚3H)、放射性强度300MBq、管内线性电压5000V、自动顶空进样单元中：进样体积500μL、孵化温度60℃、孵化时间20min、进样针温度65℃。

进一步的，所述风味分析仪系统条件为：漂移气流量为150mL/min，0min和2min时的载气流量均为2mL/min，10min时载气流量为2-20mL/min，20min时载气流量为20-100mL/min。

本发明所采用的气相色谱-离子迁移联用仪为风味分析仪，仪器配备的分析软件有LAV(Laboratory Analytical Viewer)及相关插件和GC×IMS Library Search定性分析软件。

Gallery Plot插件可直观比较样品的差异，通过比较不同样品中各组成成分的有无及信号峰的强度，据此鉴别火腿的产地。

软件中包含的Dynamic PCA插件可做动态主成分分析，可对未知火腿样品的产地进行聚类分析，无需复杂的软件处理，选择信号峰后软件自动给出样品的归类信息。

GC×IMS Library Search定性软件能够简单快速对样品中的未知挥发性有机化合物(VOCs)进行定性，同时可通过内置的NIST气相保留指数数据库与G.A.S.的IMS漂移时间数据库对物质进行二维定性分析。用户也可根据需要自行补充和扩展离子迁移谱数据库。

本发明中使用的风味分析仪其工作原理为气相色谱-离子迁移谱(GC-IMS)，是基于气相中不同的气相离子在电场中迁移速率的差异对离子进行标识的一项分析技术，具有实现二维分离的潜力。样品经过孵化后，自动进样器抽取顶空成分注入进样口，分析物被气相色谱(GC)的毛细管柱快速分离出来，然后以单个组分的形式进入离子迁移谱(IMS)的电离反应区，在反应区内被离子化，产物离子在电场力作用下再进入迁移管与逆向漂移气碰撞后漂移到检测器，不同的产物离子在电场中获得各自不同的迁移速率，使得产物离子得到二维的分离。这两个维度的特征是正交分离，它允许在气相色谱分离中通过与其他化合物的共同洗脱分离异构化合物。利用GC-IMS技术结合化学计量学工具进行样品中指纹图谱的识别，降低了数据复杂度。其检出限较低，检测范围可达十亿分之一(ppb)甚至万亿分之一(ppt)。气相离子迁移谱(GC-IMS)融合了气相色谱突出的分离特点和离子迁移谱快速响应、高灵敏度的优势，对不同性质的挥发性化合物的分析和表征具有一定的实用价值。采用GC-IMS对火腿的挥发性物质进行检测，基于挥发性化合物的二维成像以及它们的响应强度找到潜在的特征物质，并结合影像学和化学计量学方法将得到的特征化合物进行定性和定量分析，从而快速区分火腿的产地。进一步扩展了GC-IMS技术在食品检测领域中的应用。

本发明具有以下优点和效果：

本发明利用风味分析仪检测火腿挥发性化合物，建立一种快速、可靠的火腿风味化合物差异分析方法，该方法通过监控发酵期为一年的火腿中挥发性有机物质的成分及含量的差异，基于挥发性化合物的二维成像并结合它们的响应强度找到潜在的特征物质，从而快速区分火腿的产地。同时，还可结合影像学和化学计量学方法将得到的特征化合物进行定性和定量分析，实现对火腿的产地快速判定。

本发明能客观、快速、准确的对火腿样品风味的差异进行分析，弥补了以往感官分析中主观性的缺陷，填补了现有检测技术中无法满足对评估效果及效率要求的空缺。该方法具有检出限低、准确度高、分析速度快、操作简便、无需样品预处理等的优点，从而具有较高的应用价值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为五种云南火腿的离子迁移谱图。

图2是火腿样品中挥发性化合物特征峰位置点。

图3为五种云南火腿挥发性醛类物质指纹图谱。

图4为五种云南火腿挥发性醇类物质指纹图谱。

图5为五种云南火腿挥发性酮类物质指纹图谱。

图6为五种云南火腿挥发性酯类物质指纹图谱。

图7为未鉴定出的风味物质指纹图谱。

图8为五种云南火腿样品的PCA分析图。

图9为宣威火腿不同孵化温度下离子迁移谱图；

图10为宣威火腿不同孵化时间下离子迁移谱图；

图11为宣威火腿不同进样量下离子迁移谱图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种快速鉴定云南火腿品质及产地的方法，该方法包括以下步骤：

步骤S1，不同产地云南火腿挥发性有机物数据库的建立：

分别将不同产地的云南火腿，经洗霉修割后取火腿股二头肌，除去脂肪和结缔组织，用斩拌机斩碎后，采用风味分析仪检测，得到不同产地云南火腿样品的气相离子迁移谱图和指纹图谱；

具体为：分别取宣威火腿、三川火腿、诺邓火腿、撒坝火腿和鹤庆火腿，经洗霉修割后取火腿股二头肌，除去脂肪和结缔组织，用斩拌机斩碎。分别取各产地火腿样品1g，置于20mL顶空进样瓶中。风味分析仪的检测条件如表1，其系统条件设置如表2，其中孵化温度为60℃，进样温度为65℃，在此条件下进行检测，云南不同产地火腿的气相离子色谱图如图1，从图中可以看出云南五种产地火腿的挥发性有机物存在明显的差异。据此类产地变化的火腿风味物质建立数据模型后可判断云南火腿的产地。

进一步地，运用Gallery Plot插件分析对比不同样品的挥发性有机物指纹图谱，包括以下步骤：

(1)首先顶空进样分析后，经过色谱柱的分离，离子迁移谱作为检测器可得到样品的气相离子迁移谱，在该图上选取信号峰，如图2所示。

(2)对谱图特征区域进行比对，并利用LAV软件的Gallery Plot插件，自动生成指纹图谱，由于样品的指纹图谱较大，故将挥发性有机物经过分类后进行拆分成不同的指纹图谱，便于更清晰反映各种类的挥发性物质在不同样品间的差异。结果如图3—图7，根据目前已经定性出的挥发性有机物数据库，图3中为醛类物质，壬醛、辛醛、E-2-辛烯醛、E-2-庚烯醛、庚醛、己醛、戊醛、甲基丙醛等在诺邓火腿和撒坝火腿中含量较高，而三川火腿中含有较多的丁醛、苯乙醛、糠醛等，宣威火腿中苯甲醛、甲硫基丙醛的含量稍高一些；图4为醇类物质，1-辛烯-3-醇、1-辛醇、2-乙基己醇、E-2-己烯-1-醇、1-己醇、1-戊醇等在诺邓火腿和撒坝火腿中含量较高，三川火腿中2-呋喃甲醇、3-甲基-3-丁烯-1-醇含量较高，而乙醇在鹤庆火腿中含量较高；图5为酮类物质，2-庚酮、乙偶姻在撒坝火腿中较多，2-戊酮在诺邓中较多，丙酮在鹤庆火腿中较多；图6为几种酯类物质，3-甲基丁酸乙酯在诺邓火腿和撒坝火腿中较高，2-甲基丙酸乙酯、2-甲基丁酸乙酯、乙酸乙酯等在三川中含量稍高；图7中还有部分未鉴定出的物质，也主要在诺邓火腿和撒坝火腿中较多。

运用Dynamic PCA插件做样品的主成分分析，结果如图8所示，不同产地的火腿样品均有其自己的归属区域，表明PCA方法可以有效将云南火腿产地进行区分，间接说明了该方法对云南火腿产地鉴别的可能性。据图8可知：五种云南火腿各自聚类，其中诺邓火腿(N)和撒坝火腿(B)在图中距离较近，说明两者火腿在风味上较为接近，还可以看出，宣威火腿(X)、三川火腿(S)和鹤庆火腿(H)与诺邓火腿(N)和撒坝火腿(B)风味上差异较大。

运用GC×IMS Library Search定性软件做诺邓火腿样品挥发性有机物的定性分析，结果如表3所示。

步骤S2，待测火腿样品挥发性有机物的测定：

以与步骤S1中相同参数的风味分析仪检测待测火腿样品挥发性有机物，得到有机物挥发的指纹图谱，并与步骤S1建立的数据库进行比对，确定待测火腿样品的产地。

本发明利用气相离子迁移(GC-IMS)技术分析在风味物质分析上的优势，并应用于云南火腿产地的鉴别。该方法无需复杂的样品前处理，简单快捷，且能快速确云南火腿样品的产地。

表1 气相-离子迁移谱检测条件

表2 风味分析仪系统条件

时间(min)	漂移气流量(mL/min)	载气流量(mL/min)	记录
				00:00,000	150	2	记录
02:00,000	150	2	---
				10:00,000	150	2-20	---
20:00,000	150	20-100	停止
				20:00,020	150	---	---

表3 诺邓火腿中被定性的挥发性有机化合物

注：M为单体，D为二聚体。

本发明GC-IMS检测条件优化：

主要对孵化温度、孵化时间、进样量等参数进行优化。在优化某参数时，其他参数必须保持一致。除主要优化的参数外，其余检测条件按实施例1中的检测条件执行。

孵化温度的优化：

孵化温度与挥发性化合物的数量的和含量有关，温度越高化合物的挥发性越好，含有的特征化合物浓度就越高，但是温度太高可能会使一些热不稳定的化合物分解，因此孵化温度不宜太高。将孵化温度的优化区间定为50、60、70℃；

按照实施例1中的方法进行检测，仅改变孵化温度，分别在孵化温度为50、60、70℃下使用风味分析仪检测得到特征峰的强度谱图；

孵化温度的优化分析：通过观察谱图之间的差异如图9所示，与孵化温度为50℃相比，温度为60℃时特征峰的强度有所增加，但孵化温度增加到70℃时，峰的强度反而有所下降，因此，选取60℃为最优的孵化温度。

孵化时间的优化：

按照实施例1中的方法进行检测，在孵化温度为60℃条件下，分别将孵化时间设置为10、15、20、25min，使用风味分析仪检测得到特征峰强度谱图；

孵化时间的优化分析：从图10中可以看出，随着孵化时间的增加，得到的特征峰强度有所增加，在20min时特征峰强度达到最大，当孵化时间增加到25min时，特征峰的强度基本不变，说明在该孵化时间内顶空气体成分已经达到了平衡点，不会再产生新的挥发性物质。因此，孵化20min为最优的孵化时间。

进样量的优化：

按照实施例1中的方法进行检测，在孵化温度为60℃条件下，孵化时间为20min，分别在进样量为200μL、500μL、800μL下使用风味分析仪检测得到特征峰强度谱图。

进样量的优化分析：从图11中可以看出，最佳的进样量为500μL，当进样量较小时，检测到的特征峰较少；而进样量过大，浓度过高，超过了仪器检测上限，仪器出现饱和现象。

图1中，X1为宣威火腿，S1为三川火腿，N1为诺邓火腿，B1为撒坝火腿，H1为鹤庆火腿。其中，纵坐标为气相保留时间，横坐标为离子漂移时间(drift time)；图中竖线(即图中5个箭头所指的那条线)为RIP(数显即反应离子峰，drift time约为7.95ms)；RIP两侧的每一个点代表一种挥发性有机物。颜色代表物质的浓度，颜色越深，面积越大，表示浓度越大；整个谱图即代表了样品的顶空成分。

图3中，每一行，为一个火腿样品，由该样品所含的全部挥发性有机物信号峰组成；每一列为同一保留时间及漂移时间下的有机物(不同样品中相同的物质)的信号峰。火腿X、S、B、N、H样品分别代表宣威火腿、三川火腿、撒坝火腿、诺邓火腿和鹤庆火腿。每种火腿做3次重复，分别记为1、2、3；测定2个平行样，平行间使用相同标记。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种快速鉴定火腿产地的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1，建立不同产地火腿挥发性有机物数据库：采用气相色谱-离子迁移联用仪进行检测，得到不同产地火腿样品的气相离子迁移谱图和指纹图谱，采用统计学分析方法对上述火腿样品的响应强度数据进行比较分析，建立火腿挥发性有机物数据库及分类鉴别模型；

步骤S2，对待测火腿采用相同参数的气相色谱-离子迁移联用仪进行检测，得到挥发性有机物的指纹图谱，并与步骤S1建立的数据库进行比对，确定待测火腿的产地；

执行步骤S3，结果分析：气相色谱-离子迁移联用仪仪器配套的分析软件LAV中的Reporter插件对参考的样品与被检测的未知样品进行比对，可清晰显示火腿香气组分差异；软件内置的NIST2014保留指数数据库和漂移时间数据库将物质进行定性分析，同时，LAV软件还包含经典的定量分析方法，首先定性出该物质，建立标准曲线后对检测的未知样品中的该物质进行定量分析；

所述步骤S1的火腿样品的处理是：将发酵一年的火腿，经洗霉修割后取火腿股二头肌，除去脂肪和结缔组织，用斩拌机斩碎后，用于检测；

所述步骤S1中火腿样品包括宣威火腿、三川火腿、诺邓火腿、撒坝火腿和鹤庆火腿；

所述气相色谱-离子迁移联用仪为风味分析仪，是集成气相色谱和离子迁移谱于一体的分析仪；

所述风味分析仪，仪器配备的Gallery Plot插件分析对比不同样品的挥发性有机物指纹图谱，Dynamic PCA插件做样品的主成分分析，GC×IMS Library Search定性软件做火腿样品挥发性有机物的定性分析；

所述步骤S1中将粉碎后的不同产地的火腿样品分别称取1g于20ml顶空进样瓶中，再用于检测；

所述步骤S1中气相色谱-离子迁移联用仪的检测条件为：分析时间20min，色谱柱类型FS-SE-54-CB-1、柱长15m、ID:0.53mm，柱温60℃，载气和漂移气为N₂，漂移管长度98mm、IMS温度45℃、电离源β射线、放射性强度300 MBq、管内线性电压5000V，自动顶空进样单元中：进样体积500μL、孵化温度60℃、孵化时间20min、进样针温度65℃；

所述风味分析仪系统条件为：漂移气流量为150mL/min，0min和2min时的载气流量均为2mL/min，10min时载气流量为2-20mL/min，20min时载气流量为20-100mL/min。

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