《Foods》：Integrated Flavoromics Reveals Breed-Associated Flavor Evolution in Dry-Cured Xuanwei Ham During Ripening
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宣威火腿（Xuanwei ham, XWH）是一种受地理标志保护（Protected Geographical Indication, PGI）的传统干腌火腿，传统上以云南本地乌金猪（Xuanhe pigs）为原料生产，然而其正日益受到以商业化杜洛克×长白×约
宣威火腿（Xuanwei ham, XWH）是一种受地理标志保护（Protected Geographical Indication, PGI）的传统干腌火腿，传统上以云南本地乌金猪（Xuanhe pigs）为原料生产，然而其正日益受到以商业化杜洛克×长白×约克夏（Duroc × Landrace × Yorkshire, DLY）杂交猪为原料的低成本火腿替代的威胁。本研究在1年、2年和3年三个成熟阶段，采用电子舌（E-tongue）、电子鼻（E-nose）、气相色谱-离子迁移谱（gas chromatography-ion mobility spectrometry, GC-IMS）以及核苷酸、游离氨基酸（free amino acids, FAAs）和游离脂肪酸（free fatty acids, FFAs）的靶向分析，对XWH与DLY来源火腿（DLYH）进行了比较。结果表明，XWH表现出更强的鲜味和更显著蛋白质水解程度，同时伴随谷氨酸的更大积累，而DLYH则表现出更强的苦味。经过三年成熟后，XWH含有更高的总FFAs、油酸和亚油酸，并比DLYH维持了更稳定的不饱和脂肪酸/饱和脂肪酸（UFA/SFA）比值。GC-IMS分析显示，2,5-二甲基呋喃和2-甲基吡嗪在XWH中显著突出，而与脂质氧化相关的2-庚酮和1-辛烯-3-醇在DLYH中更为突出。偏最小二乘判别分析（Partial Least Squares Discriminant Analysis, PLS-DA）清晰分离了六组火腿样品，并鉴定出30个关键判别标志物。这些发现揭示了成熟过程中与品种相关的风味演化差异，并为XWH的品质评价和真伪鉴别提供了潜在的化学标志物。
论文解读
一、研究背景与科学问题
宣威火腿是中国最具代表性的传统干腌火腿之一，以其独特而复杂的风味特征备受推崇。正宗宣威火腿的独特感官品质与其特征性原料——原产于云南省宣威地区的乌金猪密切相关。与商业化杂交猪（尤其是杜洛克×长白×约克夏，DLY）相比，乌金猪具有优良的肉质性状，包括相对较高的肌内脂肪含量，这可为火腿成熟和陈化过程中风味化合物的生成提供丰富的脂质前体。然而，由于正宗宣威火腿具有可观的价格溢价，受经济利益驱动的掺假问题日益严重。实际生产中，以DLY猪为原料生产的火腿可能被错误标注并冒充正宗宣威火腿销售。这种原料替代不仅损害产品质量、误导消费者、扰乱公平贸易，还破坏了产品的地理标志保护（PGI）地位。因此，识别能够客观区分正宗宣威火腿与掺假产品的可靠风味标志物，已成为质量控制和市场监督的优先事项。
干腌火腿的风味形成依赖于成熟过程中内源酶促反应、微生物代谢和非酶促过程对多种小分子代谢物的积累与转化。其中，核苷酸、游离氨基酸（FAAs）、小肽和游离脂肪酸（FFAs）尤为重要，因为它们既直接贡献于滋味，又作为香气形成的前体物质。FAAs和肽类影响鲜味、甜味、苦味和余味，同时参与美拉德反应和斯特雷克降解反应生成香气活性化合物。脂质水解释放FFAs，尤其是不饱和FFAs，可进一步氧化降解生成醛类、酮类、醇类、烷基呋喃类等挥发性化合物，从而赋予火腿显著的脂肪香、豆香和陈化氧化香气特征。这些化合物的形成与转化不仅取决于成熟时间，还取决于原料的品种相关特性。地方猪种与商业猪种在肌内脂肪沉积、脂肪酸组成、内源蛋白水解酶和脂肪水解酶活性以及抗氧化能力等方面存在差异，从而提供不同的初始风味前体库，并在腌制和成熟过程中可能呈现不同的代谢轨迹。
此前关于宣威火腿的研究已描述了加工和成熟过程中理化性质、微生物群落、水溶性代谢物、FFAs和挥发性有机化合物（VOCs）的变化。然而，在同一加工条件下，以乌金猪为原料的宣威火腿与以商业DLY猪为原料的火腿在风味演化方面的直接比较仍然有限，尤其是在不同成熟阶段之间的比较。因此，猪品种如何影响长期成熟过程中风味相关化合物的演化，以及哪些化合物可作为潜在的判别标志物，目前尚不清楚。
二、研究内容与主要结论
为填补上述知识空白，研究人员对宣威火腿（XWH）和DLY来源火腿（DLYH）在1至3年成熟期内的风味特征进行了系统比较。研究目标包括：（1）利用电子舌（E-tongue）和电子鼻（E-nose）等仿生感官技术快速表征两种火腿的风味差异；（2）利用气相色谱-离子迁移谱（GC-IMS）构建挥发性指纹图谱；（3）将挥发性指纹与核苷酸、FAAs和FFAs等风味相关代谢物的靶向分析相结合，阐明品种驱动的风味分化的化学基础；（4）利用多元统计分析筛选宣威火腿真伪鉴别的候选判别标志物。
研究结果显示，XWH表现出更强的鲜味和更显著的蛋白质水解程度，伴随谷氨酸的更大积累，而DLYH则表现出更强的苦味。经过三年成熟后，XWH含有更高的总FFAs、油酸和亚油酸，并维持了更稳定的UFA/SFA比值。GC-IMS分析显示2,5-二甲基呋喃和2-甲基吡嗪在XWH中显著突出，而脂质氧化相关的2-庚酮和1-辛烯-3-醇在DLYH中更为突出。偏最小二乘判别分析（PLS-DA）清晰分离了六组火腿样品，鉴定出30个关键判别标志物。这些发现揭示了成熟过程中与品种相关的风味演化差异，为宣威火腿的品质评价和真伪鉴别提供了潜在的化学标志物。
三、关键技术方法
本研究采用多项先进分析技术。样品来源方面，宣威火腿和DLY火腿均由云南浦记火腿食品有限公司提供，乌金猪和DLY猪均在集约化养殖条件下饲喂相同商业日粮，火腿加工依据宣威火腿生产技术规范（GB/T 18357-2008）进行，从2023年1月至2026年1月，每年1月从每种火腿中随机选取6只，取股二头肌进行后续分析。主要技术方法包括：（1）电子舌（E-tongue）分析，采用Alpha M.O.S.公司的Astree系统，配备7个电位型仿生味觉传感器，获取酸、咸、鲜、甜、苦等基本味觉信息；（2）游离氨基酸分析，采用日立L-8900自动氨基酸分析仪，配备阳离子交换分析柱和柱后衍生化反应柱，以茚三酮进行柱后衍生化检测；（3）5′-核苷酸及相关代谢物分析，采用高效液相色谱法（HPLC），使用ZORBAX SB-C18色谱柱，检测波长254 nm；（4）游离脂肪酸分析，采用正己烷提取脂质后经KOH-甲醇甲酯化，通过气相色谱（GC）配备J&W Select FAME色谱柱进行分离定量；（5）电子鼻（E-nose）分析，采用Heracles II系统，配备MXT-5非极性和MXT-1701极性双柱进行挥发性成分分离检测；（6）气相色谱-离子迁移谱（GC-IMS）分析，采用MXT-5色谱柱等温分离，结合NIST 2017和IMS数据库进行化合物鉴定；（7）统计分析，采用双因素方差分析（two-way ANOVA）和Tukey多重比较检验，多元分析采用SIMCA 14.1进行。
四、研究结果
4.1 电子舌分析：XWH与DLYH成熟过程中滋味差异
电子舌数据的主成分分析（PCA）显示，PC1和PC2累计解释了96.98%的方差，样品分布离散且无重叠，表明电子舌对火腿样品间滋味差异具有优异的判别能力。雷达图显示，滋味属性差异主要体现在鲜味、咸味和酸味方面。XWH样品，尤其是第二和第三成熟年份的样品，其鲜味相关响应显著高于对应的DLYH样品（p < 0.05）。相比之下，DLYH样品表现出更高的苦味和酸味相关响应。这些结果表明，XWH和DLYH在成熟过程中呈现不同的滋味相关响应模式。
4.2 小分子代谢物差异分析
4.2.1 游离氨基酸（FAAs）分析
共检测到17种FAAs。苦味和甜味氨基酸是主要的滋味相关FAA类别，分别占总FAAs的34.02–45.03%和36.69–44.08%，其次是鲜味氨基酸，占15.40–21.67%。含量最高的四种氨基酸为谷氨酸（Glu，4.319–9.444 mg/g）、赖氨酸（Lys，3.795–7.795 mg/g）、丙氨酸（Ala，2.999–6.185 mg/g）和亮氨酸（Leu，2.635–4.694 mg/g），合计占总FAAs的近一半。成熟过程中，XWH的总FAA含量从XWH1的33.242 mg/g增加至XWH3的60.727 mg/g，而DLYH相应从37.793 mg/g增加至46.007 mg/g。最终成熟阶段，XWH3的总FAA含量显著高于DLYH3（p < 0.05），表明XWH在成熟过程中积累了更多的FAAs。作为关键鲜味化合物，Glu在XWH3中达到最高浓度（9.44 mg/g），约为DLYH3中检测值的1.5倍。此外，XWH中甜味和鲜味氨基酸与苦味氨基酸的比值（1.43–1.93）普遍高于DLYH（1.21–1.36），表明XWH中理想滋味活性氨基酸的相对贡献更大。
4.2.2 5′-核苷酸及其代谢物分析
DLYH的总5′-核苷酸持续下降，而XWH呈现不同的时间变化模式。5′-AMP在所有样品中均未检出。作为肉类中重要的增鲜核苷酸，5′-IMP仅在XWH1中检出，其余样品中均未检出。两种火腿均积累了肌苷（HxR，1.067–1.722 mg/g）和次黄嘌呤（Hx，1.643–2.246 mg/g），它们是5′-IMP降解的下游产物，支持了成熟过程中5′-IMP的渐进降解。Hx可能贡献苦味。尽管两种火腿的Hx水平相当，但其对整体苦味响应的贡献可能取决于样品中其他滋味活性化合物的组成。
4.2.3 游离脂肪酸（FFAs）分析
共检测到19种FFAs，包括8种饱和脂肪酸（SFAs）、6种单不饱和脂肪酸（MUFAs）和5种多不饱和脂肪酸（PUFAs）。总FFA含量在三年成熟期内持续增加，证实了渐进性脂质水解。最终成熟阶段，XWH3的总FFA含量达12.596 g/100 g，显著高于DLYH3（11.487 g/100 g，p < 0.05），表明XWH中FFA积累更多，脂质衍生香气前体库更大。油酸是最丰富的FFA，XWH在各成熟阶段均高于DLYH，XWH3中达5.469 g/100 g，DLYH3为5.066 g/100 g。亚油酸也呈现明显的品种差异，XWH从1.212增至1.952 g/100 g，DLYH从1.196增至1.540 g/100 g。UFA/SFA比值在DLYH中从1.971显著下降至1.620，而XWH中保持相对稳定（1.793–1.909），表明DLYH中不饱和脂肪酸的积累相对于饱和脂肪酸较低。
4.3 挥发性有机化合物（VOCs）差异分析
4.3.1 电子鼻分析
电子鼻数据的PCA显示PC1和PC2共同解释了86.73%的总方差，不同火腿样品在得分图中呈现清晰分离。XWH样品主要沿PC1分布，而DLYH样品沿PC2表现出更大的离散度。成对判别指数（DI）分析显示，XWH1 vs. XWH3和XWH2 vs. XWH3的DI值最高，分别达90.30%和85.55%，表明XWH在成熟过程中挥发性成分变化显著。DLYH3与XWH1之间的DI值也较高（81.41%），反映两个品种间的显著差异。相比之下，DLYH的整体挥发性指纹在各成熟阶段保持相对稳定，DLYH2 vs. DLYH3、DLYH1 vs. DLYH3和DLYH1 vs. DLYH2的DI值分别为16.72%、8.51%和3.02%。
4.3.2 GC-IMS分析
通过GC-IMS在六组火腿样品中初步鉴定出72种VOCs，包括17种醇类、14种酮类、11种酯类、10种醛类、1种酸类、6种萜烯类、1种烃类和12种其他类别化合物。基于信号强度总和，醇类是主导化学类别，占总VOC信号的31.22–40.96%。XWH表现出独特的阶段特异性VOC模式。XWH1中己酸丁酯、丁酸丁酯、庚酸乙酯、2-壬酮、萜品油烯和1-戊烯-3-醇信号较强；XWH2中2-甲基吡嗪、吡咯和(E)-2-戊烯醛更为突出；XWH3中2-乙基呋喃、2,5-二甲基呋喃、2-乙氧基乙醇、2-己醇和二氢-2-甲基-3(2H)-呋喃酮响应显著。相比之下，DLYH中与脂质氧化相关的多种VOCs响应较强，包括醛类、酮类、醇类和烃类。DLYH3中2-庚酮（二聚体）、1-辛醇、N-甲基吡咯烷酮、1-辛烯-3-醇、环戊酮（二聚体）、2,3-戊二酮和1-辛烯响应相对较强。
4.4 多元统计分析与判别特征标志物鉴定
PLS-DA模型表现出良好的拟合度和预测能力，R2X = 0.918，R2Y = 0.981，Q2 = 0.961（>0.5）。200次置换检验的Q2截距为?0.657（<0），表明模型未过拟合且可靠。得分图显示六组样品间清晰分离，DLYH1和DLYH2紧密聚集，而三个XWH组分布更分散。层次聚类分析（HCA）将样品分为五类：Group I（DLYH1、DLYH2）、Group II（XWH2）、Group III（XWH1）、Group IV（DLYH3）和Group V（XWH3），XWH3的独立聚类表明其三年成熟后独特而复杂的风味特征。基于变量投影重要性（VIP）>1和p < 0.05，鉴定出43种差异化合物，进一步结合VOCs和FAAs的风味活性（ROAV > 1和TAV > 1），最终筛选出30个关键判别标志物，包括11种VOCs、3种FAAs和16种FFAs。DLYH1以月桂酸、十七烷酸和2,6-二甲基庚-4-酮为特征；DLYH2以2-甲基-1-戊醇为特征；DLYH3中2-庚酮和较高水平的精氨酸（Arg）更为突出。XWH1以芥酸和己腈为标志；XWH2与2-甲基吡嗪独特关联；XWH3含有较高水平的Glu、甘氨酸（Gly）、亚油酸和油酸，以及2,5-二甲基呋喃和2-乙基呋喃。
五、讨论与结论
本研究证明，猪品种显著影响干腌火腿成熟过程中的代谢物谱和风味特征。与乌金猪来源的XWH相比，DLYH表现出较低的鲜味强度、较高的苦味，以及较少的特征性吡嗪和呋喃类化合物。长期成熟可放大原料品种差异所导致的风味差异。GC-IMS、仿生感官分析、靶向代谢物分析和化学计量学的整合能够清晰区分两种火腿类型，并有助于筛选可用于区分两者的候选判别标志物。较高水平的Glu、2,5-二甲基呋喃和亚油酸与正宗XWH相关，而较高水平的Arg和2-庚酮则更特征性地指向DLYH。这些发现为传统干腌火腿中品种依赖的风味演化提供了新见解，为未来XWH真伪评价、质量控制和DLY替代品的快速筛查建立了分析基础，也有助于保护XWH作为PGI产品的市场地位，并指导使用正宗原料的标准化生产。未来纳入更大规模工业样品集、感官验证以及筛选标志物的模型风味重组研究，将进一步增强品种判别模型的稳健性和实际适用性。
