基于計算機視覺技術分析豬肉對清醬肉揮發性風味成分的影響

楊凱 李迎楠 李享 賈曉云 付浩華 孫琦 成曉瑜

摘 要：以清醬肉為研究對象，借助計算機視覺技術和氣相色譜-質譜聯用技術，對清醬肉原料肉的肥瘦比及清醬肉成品的揮發性風味物質進行研究。結果表明：計算機視覺技術可以快速、無損檢測原料肉肥瘦比；白肉比例高的清醬肉產品中檢出酯類物質18 種，相對含量為23.05%，醛類物質14 種，相對含量為10.03%；白肉比例低的清醬肉產品中檢出酯類物質12 種，相對含量為16.46%，醛類物質10 種，相對含量為8.64%；白肉比例高的清醬肉中主要揮發性風味物質種類更多，相對含量更高，具有更加濃郁、復雜的香味。

關鍵詞：清醬肉；計算機視覺技術；氣相色譜-質譜聯用；揮發性風味物質

Abstract： In this study， computer vision technology and gas chromatography-mass spectrometry were used to detect the fat to lean meat ratio of raw pork and the volatile flavor compounds of pickled sauced meat with low and high proportions of fat meat， respectively. Computer vision technology could rapidly and non-destructively determine the fat to lean meat in raw pork. A total of 18 esters （23.05%） and 14 aldehydes （10.03%） were detected in the high-fat sample， and 12 esters （16.46%） and 10 aldehydes （8.64%） in the low-fat sample. The high-fat sample contained more types and high relative contents of major volatile compounds and had stronger and more complicated aroma.

Keywords： pickled sauced meat； computer vision technology； gas chromatography-mass spectrometry； volatile flavor composition

DOI：10.7506/rlyj1001-8123-201804007

中圖分類號：TS251.1 文獻標志碼：A 文章編號：1001-8123（2018）04-0039-05

清醬肉是我國的傳統腌臘肉制品，它是將豬肉加入鹽、醬油、糖和調味香料等腌制后，經過晾曬等工藝加工而成的肉制品。揮發性風味物質是衡量臘肉的一項重要指標，揮發性風味物質的形成是一個復雜的反應過程，是脂質氧化、Strecker降解和美拉德反應共同作用的結果[1-2]。郭昕等[3]對湖南臘肉、四川臘肉和廣式臘肉的揮發性風味成分進行了分析和鑒定；張順亮等[4]對湖南臘肉各加工階段的揮發性風味物質進行測定，初步探明了湖南臘肉風味形成的規律；Zhang Siyu等[5]研究發現，風味酶促進蛋白質水解，能夠改善廣式臘肉的食用特性和貯藏穩定性；李迎楠等[6]研究發現，添加蘋果多酚發色劑的臘肉揮發性物質相對含量較高。目前，國內學者對臘肉揮發性風味的研究多集中于不同臘肉風味的差異及加工工藝對揮發性風味物質的影響，而原料肉的肥肉比例對清醬肉揮發性風味物質影響的研究還鮮有報道。

作為計算機科學的一個分支，計算機視覺技術是運用計算機技術來模擬生物宏觀視覺功能的科學和技術，它通過圖像傳感器代替人眼獲取樣品的圖像信息，綜合利用圖像處理、模擬識別和人工智能等技術對圖像信息進行分析，是一種快速、無損的非接觸檢測手段[7-8]。McDonald等[9]將計算機視覺技術應用于牛肉大理石花紋的分級標準；Huan等[10]通過改進算法降低了計算機視覺提取牛肉瘦肉組織輪廓的誤差；趙慧等[11]運用計算機視覺技術準確測定午餐肉的顏色。氣相色譜-質譜聯用（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）儀具有高分離能力、高選擇性和高靈敏度的特點，被廣泛應用于食品風味物質的檢測。索化夷等[12]運用GC-MS測定臘肉各加工階段的揮發性風味物質；Wu Haizhou等[13]研究氯化鉀替代部分氯化鈉對干腌臘肉揮發性風味物質的影響。

本研究基于計算機視覺技術，分析清醬肉原料肉的肥瘦比，利用GC-MS儀研究清醬肉的揮發性風味物質，并探討原料肉肥瘦比對揮發性風味物質的影響，為清醬肉原料肉的快速檢驗和標準化生產及提高產品質量提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

精品豬五花肉 北京二商大紅門肉類食品有限公司；輔料 中國肉類食品綜合研究中心香辛料部。

2-甲基-3-庚酮（純度大于99%）、C8～C22系列烷烴標準品（色譜純） 美國Sigma-Aldrich公司；高效凱氏定氮催化劑片 北京金元興科科技有限公司；硫酸（分析純） 國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

TRACE 1310 GC-TSQ 8000 GC-MS儀 美國Thermo公司；BYXX-50煙熏箱 嘉興艾博實業有限公司；HH-1數顯電子恒溫水浴鍋 上海至翔科教儀器廠；HWS恒溫恒濕培養箱 上海森信實驗儀器有限公司；UDK159全自動凱氏定氮儀 意大利Velp公司。

計算機視覺系統結構示意圖如圖1所示[14]。

1.3 方法

1.3.1 清醬肉的加工工藝

以豬五花肉為原料，解凍后進行修整，去除筋膜，修整為長30 cm、寬4 cm、厚3 cm的肉條；加入輔料（白砂糖1%、食鹽1.5%、味精0.05%、異抗壞血酸鈉0.3%、亞硝酸鈉0.005%）后置于真空滾揉機中4 ℃腌制，滾揉時間20 min，靜置時間40 min，共腌制12 h；將4%醬料、0.5%曲酒、0.01%紅曲紅和0.5%水加入滾揉機中繼續輥揉12 h；將滾揉后的肉條置于50 ℃煙熏爐中烘干1 h；烘干后放入恒溫恒濕培養箱中成熟。

1.3.2 計算機視覺信息采集

拍攝前，打開系統內的光源，啟動計算機圖像傳感器采集軟件，將修整好的原料肉置于計算機視覺系統中，調節載物臺高度，使原料肉全部進入取景框，對焦拍攝。每塊原料肉兩側均采集電子圖像信息，圖像保存后用于后續分析。

1.3.3 原料肉脂肪含量測定

參照GB 5009.5—2016《食品安全國家標準 食品中脂肪的測定》中的索氏提取法測定。稱取5 g左右充分粉碎、混合均勻的清醬肉原料肉（質量記為m2），全部移入濾紙筒內；將濾紙筒放入索氏抽提器中，連接已經稱質量的接收瓶（質量記為m0），抽提6 h；提取結束后取下接收瓶，回收石油醚，待接收瓶內溶劑剩余1～2 mL時在水浴上蒸干，再于（100±5） ℃條件下干燥1 h，于干燥器內冷卻0.5 h后稱質量，重復以上操作直至恒質量（2 次稱量的差值不超過2 mg）（m1）。原料肉的脂肪含量按照公式（1）計算。

根據測定結果，將清醬肉樣品分為高白肉比例組和低白肉比例組。

1.3.4 清醬肉水分含量測定

參照GB 5009.3—2016《食品安全國家標準 食品中水分的測定》中的直接干燥法測定。從高白肉比例組和低白肉比例組各取1 份樣品，分別粉碎并混合均勻；將玻璃制稱量瓶105 ℃烘干至恒質量（m5），加入10 g左右清醬肉成品樣品，稱量稱量瓶及樣品的總質量（m3）；將盛有清醬肉成品樣品的稱量瓶放入105 ℃烘箱，烘干至恒質量，稱量稱量瓶及樣品的總質量（m4）。稱量均精確至0.000 1 g。原料肉的水分含量按照公式（2）計算。

1.3.5 清醬肉蛋白質含量測定

參照GB 5009.5—2016《食品安全國家標準 食品中蛋白質的測定》中的凱氏定氮法測定。消化管中加入1 g左右（精確至0.000 1 g）粉碎、混合均勻的清醬肉成品樣品，再加入適量消化片及20 mL濃硫酸；置于消化爐中消化，消化溫度420 ℃，消化時間1 h；冷卻后放入全自動凱氏定氮儀中，實現自動加液、蒸餾、滴定、記錄滴定數據和計算的過程。

1.3.6 清醬肉中揮發性風味物質的測定

1.3.6.1 固相微萃取

取3 g粉碎后混合均勻的清醬肉成品樣品，裝入固相微萃取樣品瓶內，水浴（50 ℃，30 min）；將萃取針頭插入固相微萃取樣品瓶中，萃取30 min后，將萃取頭插入GC-MS儀進行分離和分析[14]。

1.3.6.2 GC-MS測定

GC條件：TG-5毛細管柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；載氣He（99.99%），流速1.0 mL/min；升溫程序：進樣口溫度250 ℃；起始柱溫40 ℃，保持3 min，以5 ℃/min升溫至200 ℃，再以10 ℃/min升溫至220 ℃，保持1 min[15]。

MS條件：傳輸線溫度240 ℃；離子源溫度260 ℃；掃描范圍40～600 u；掃描方式為全掃描。

1.4 數據處理

通過軟件檢索NIST譜庫和Willey譜庫提供的譜圖鑒定化合物，同時借助系列正構烷烴計算揮發性風味化合物的保留指數（retention index，RI），并與標準化合物的RI進行比對，從而對清醬肉中的揮發性風味化合物進行定性分析，并根據面積歸一化法求得各成分的相對含量[16]。

使用Windows版SPSS 17.0軟件進行數據分析，采用單因素顯著性分析和Mann-Whitney U檢驗進行顯著性分析（P<0.05）。每組樣品設置3 個重復，數據表示為平均值±標準差。

2 結果與分析

2.1 計算機視覺分析結果及理化指標分析

在前期研究中，我們通過大數據的采集分析出肥瘦肉的R（紅色）G（綠色）B（藍色）值特征，建立了計算機視覺系統顏色測定模型，通過C++語言編寫軟件，基于原料肉三原色值分析原料肉的肥瘦比，通過RGB值的相互關系定義紅色（瘦肉）和白色（肥肉），根據建立的模型，用自身驗證法對原樣品進行回判，回判正確率為100%。采用上述軟件分析原料肉的電子圖像信息，計算原料肉的白肉比例（兩側圖像取平均值，求得原料肉樣品的白肉比例）。

由表1可知，軟件處理結果與原料肉實測結果相一致。

由表2可知，根據軟件分析得出的低白肉比例組原料肉的白肉比例為（32.71±4.83）%，高白肉比例組為（71.92±6.42）%，白肉比例較高。低白肉比例組清醬肉成品的蛋白質含量顯著高于高白肉比例組樣品（P<0.05），這與軟件分析的結果相符。

2.2 清醬肉中揮發性風味物質分析

由表3可知，2 種清醬肉樣品中共鑒定出84 種揮發性風味物質，主要為酯類、醇類、醛類、酸類、酚類、酮類、烴類和少量雜環類化合物，其中醇類和酯類化合物的相對含量較高。高白肉比例組樣品中檢測到71 種揮發性風味物質，低白肉比例組樣品中檢測到61 種揮發性風味物質，相對含量分別為94.98%和84.45%，白肉比例高的清醬肉中揮發性風味物質的含量相對較高。

白肉比例高的清醬肉樣品的酯類物質種類及含量均高于白肉比例低的樣品。游離脂肪酸、加工過程中添加及脂質氧化產生的醇類物質發生酯化反應均能生成酯類物質[17]。游離脂肪酸生成的酯類物質可以賦予清醬肉果香味及香甜的風味，長鏈脂肪酸生成的酯類物質賦予清醬肉臘味及更具脂香的風味[18]。丁酸乙酯具有甜味和水果味，己酸乙酯具有水果味，辛酸乙酯具有花香味和水果味[19]，癸酸乙酯具有蜂蜜味、甜味和玫瑰味，2，4-己二烯酸乙酯具有臘味[20]。白肉比例高的樣品中含有更多脂肪酸，酯化反應產生了更多的酯類物質，賦予清醬肉更加濃郁、復雜的風味。

清醬肉樣品中檢測到大量乙醇，這是由于加工過程中添加了白酒，酒可以去除肉中的腥味，同時可以抑制微生物的生長，防止產品腐敗變質，賦予清醬肉濃郁的酒香風味[21]。清醬肉中的脂肪氧化也會產生醇類物質，脂肪酸降解會產生乙醇[22]。由于正丁醇和正己醇的感覺閾值較高，因此其對清醬肉風味的貢獻不大。糠醇具有甜香味、焦糖香味和咖啡香味，蘑菇醇具有蘑菇味[23]，2-壬烯醇是長鏈飽和醇，具有清香味、木香味等風味[18]，對清醬肉的整體風味具有一定貢獻。

白肉比例高的樣品中檢測到種類更多的醛類物質，由于醛類可由脂肪的氧化分解生成，因此反-2-辛烯醛可能來源于亞油酸的降解[24]。辛醛具有醛香、臘香、蘋果皮香和橙柑香氣，壬醛具有類似牛脂的脂肪氣味，庚醛具有強烈的油脂氣味，己醛具有青香味，可卡醛具有可可香味和青香味，2-十一烯醛具有醛香味、柑橘味和脂肪味，反-2-辛烯醛具有青香味和脂肪氣味，5-甲基呋喃醛和3-甲硫基丙醛具有強烈的肉香。由于醛類物質的閾值很低，因此是清醬肉重要的風味成分[25-27]。白肉比例高的樣品醛類物質種類更多，且相對含量更高，因此風味更好。

脂肪的氧化分解會使清醬肉中的酸類物質增加，同時酯化反應消耗清醬肉中的酸類物質，乙酸、辛酸、山梨酸、壬酸、己酸和癸酸均參與了酯化反應。酮類物質也由脂肪的氧化分解生成，3-羥基-2-丁酮具有強烈的奶油味，乙基環戊烯醇酮屬于不飽和酮，是動物特征味的主要來源，酮類物質可以起到增強風味的作用[20]。由于烴類物質閾值較高，一般認為其對風味的貢獻不大[28]。此外，樣品中還檢測到二乙二醇丁醚、2-乙酰基吡咯、3，4-二甲氧基甲苯、鄰異丙基甲苯、萘和對二甲苯。雜環類化合物來源復雜，大部分由美拉德反應產生，對風味有一定的修飾增強作用[29]。二乙二醇丁醚可能來源于加工過程中使用的香辛料，2-乙酰基吡咯具有熟肉香味[30]，萘具有樟腦味，對二甲苯具有甜水果糖的香味[23]。

綜上所述，白肉比例高的清醬肉產品中揮發性風味物質種類較多且含量較高，其中具有特征風味的酯類、醛類和酮類化合物相對含量較高，白肉比例高的清醬肉產品具有更好的風味。

3 結 論

采用GC-MS法分析清醬肉的揮發性風味物質，共檢測到84 種揮發性風味物質，包括酯類、醇類、醛類、酸類、酚類、酮類、烴類和少量雜環類化合物。酯類和醛類物質是主要的香氣成分，風味物質的相互作用使清醬肉產生了獨特的風味。白肉比例高的清醬肉具有更濃郁、復雜的風味，這是由于主要的香氣成分均由脂肪的氧化分解產生或以脂肪氧化分解產物為原料，因此白肉比例高的清醬肉能夠產生更多的風味物質，具有更濃郁、復雜的風味。本研究結果為清醬肉的原料肉快速檢測和建立清醬肉的指紋圖譜提供了理論依據，為清醬肉的原料肉標準化打下了堅實的基礎。

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