基于HS-GC-IMS与多变量统计的实验室制备及市售卤鸡爪挥发性风味谱和品质属性比较表征

《Food Chemistry: X》：Comparative characterization of volatile flavor profiles and quality attributes of laboratory-prepared and commercial braised chicken feet using a multi-analytical approach

　　

基于10类81种挥发性化合物构建卤鸡爪风味轮；12种候选香气活性化合物（ROAV ≥1）可区分6个样品；OPLS-DA可清晰分离6个样品（R²Y = 0.996，Q² = 0.991）；按VIP排序，2-乙酰基-1-吡咯啉、2-乙基-4-甲基噻唑和芳樟醇居前。

研究背景：卤鸡爪以传统中式香辛料卤制，是中国特色饮食文化的重要组成部分，并随休闲零食产业扩张而加速商业化。风味是驱动卤肉制品消费者接受和复购的重要因素，但不同商业品牌间风味差异的化学基础缺乏系统研究。既有卤鸡风味研究多集中于胸肉、腿肉或整胴体等肌肉主导分割，其风味形成主要受肌内脂肪氧化和蛋白降解支配；鸡爪则主要由皮肤和结缔组织构成，胶原含量高、肌内脂肪极低，热反应路径、挥发性化合物分配及外源香辛料渗透贡献均不同，故既往结论未必直接适用。尽管已有不同烹饪条件下鸡爪品质和烹煮行为研究，但尚缺乏将挥发性、理化和感官分析系统整合以比较市售卤鸡爪的研究。本研究旨在表征区分6个样品的挥发性指纹，识别造成样品特异香气谱的候选香气活性化合物，考察多平台仪器测定与感官属性的相关性，并为风味优化提供依据；同时为高胶原、结缔组织型卤制产品的风味化学提供系统多平台表征，并为风味标准化和产品差异化提供应用基准。

研究开展：研究人员比较5个商业品牌样品CZZ、LJ、ZY、WJP、LT与1个受控配方实验室制备样品ZZ，整合HS-GC-IMS（顶空气相色谱-离子迁移谱）、ROAV（相对气味活度值）、PCA（主成分分析）、OPLS-DA（正交偏最小二乘判别分析）、电子鼻、感官评价及pH、MDA（丙二醛）、色差等理化指标。研究识别81种10类挥发性化合物，筛出12种ROAV ≥1的候选香气活性化合物，OPLS-DA可清晰分离6个样品（R²Y = 0.996，Q² = 0.991），VIP（变量投影重要性）最高的3种为2-乙酰基-1-吡咯啉、2-乙基-4-甲基噻唑和芳樟醇。ZZ在风味、口感和味道得分最高，但仅味道显著高于全部商业样品。研究提出脂质氧化提供共同香气背景、美拉德反应/Strecker降解产物主要造成样品差异、外源香辛料萜类提供花香/草本/辛香修饰的三通路框架。其意义在于为高胶原结缔组织卤制品的风味形成、质量控制和产品开发提供科学依据；但研究为单批次探索性比较，结果不宜外推至品牌层面。

方法概括：5款商业样品CZZ、LJ、ZY、WJP、LT于2025年7月线上购置，ZZ按受控工艺制备；样品为单批次技术重复。采用HS-GC-IMS进行挥发性指纹分析，以C4–C9正酮校准保留指数，基于NIST/IMS库作暂定鉴定并以峰面积归一化；计算ROAV；用PEN3电子鼻、10人感官评价、pH、MDA和L^*a^*b^*色差及BI（褐变指数）评价品质；以PCA、OPLS-DA、VIP、ANOVA（单因素方差分析）和Pearson相关分析统计。

研究结果：

3.1 理化与感官分析
3.1.1 理化性质与色度参数：通过pH、MDA和色差测定发现，pH以LT最低、ZY最高，ZZ、LJ、ZY较高，CZZ、WJP、LT较低；MDA以ZY最低、WJP最高；LT的L^*和b^*最高，CZZ的a^*最高，WJP和LT的BI较高。结果表明样品在氧化稳定性、非酶褐变和红度等方面存在显著差异，反映加工强度与配方差异。
3.1.2 感官评价：10名评价员5分制评价显示，外观无显著差异，风味、口感和味道存在显著差异；ZZ和LT的风味与口感得分最高且二者无显著差异，LJ风味最低，CZZ和LJ口感最低；味道区分能力最强，ZZ显著高于其他样品，5个商业样品间无显著差异。

3.2 电子鼻分析：PEN3电子鼻10个金属氧化物传感器响应均存在显著差异，W1W、W5S、W2W和W1S响应较强，提示含硫、含氮及芳香类挥发物较突出；ZY在7个传感器上最高或近最高，LJ对硫敏感传感器响应次高，LT的W1S最高，CZZ多数传感器响应最低。结果表明电子鼻可区分样品整体挥发谱。

3.3 GC-IMS挥发性风味谱
3.3.1 总体挥发性化合物谱：GC-IMS共鉴定81种挥发物，归为醛13、酮14、醇14、酯11、萜12、杂环8、吡嗪4、酸2、其他2、含硫1。三维、二维和指纹图谱显示ZZ早期洗脱的低分子羰基化合物较多，商业样品后期洗脱的萜类和吡嗪型含氮杂环信号较强；技术重复重现性良好。
3.3.2 类别特异分布：酮、醇和萜为三大类，合计占LT 64.91%至LJ 79.01%；萜类在CZZ 7.75%至LJ 34.15%间变化，吡嗪在LT 0.75%至ZY 7.97%间变化，杂环在LT 1.07%至ZY 3.70%间变化；WJP醛类最高14.10%，约为ZY 4.93%的三倍；酯类在LT、ZZ和CZZ较高。结果表明萜类、吡嗪和杂环是重要判别标志，香辛料来源和美拉德来源贡献差异明显。

3.4 ROAV候选香气活性化合物筛选：ROAV分析筛出12种候选香气活性化合物，包括醛4、杂环3、萜2、醇1、含硫1、酯1，各样品可检出5至10种。2-乙酰基-1-吡咯啉相对含量LT最低、WJP最高，ROAV在ZY最高且除参考物2-呋喃甲硫醇外居候选物最高；2-乙基-4-甲基噻唑在ZZ和ZY的ROAV较高，在LJ和LT较低；1-(1-甲基-1H-吡咯-2-基)乙酮为重要判别物；β-thujene和芳樟醇在LJ和ZY较高。3-甲基丁醛在ZY最高，nonanal在各样品呈中等ROAV，propanal仅ZY的ROAV ≥1，pentanal均低于1，(Z)-2-戊烯醛仅ZZ的ROAV ≥1，1-辛烯-3-醇在CZZ、ZY、WJP和LT超过阈值，己酸乙酯仅WJP超过阈值。结果表明卤鸡爪特征香气并非由单一主导类别决定，而由美拉德杂环、香辛料萜类和脂质来源醛类的相对贡献共同决定。

3.5 多变量判别与可视化
3.5.1 PCA与OPLS-DA：基于12种候选物的PCA前两主成分解释69.6%总方差；OPLS-DA完全分离6个样品（R²Y = 0.996，Q² = 0.991），200次置换检验截距为R² = 0.116、Q² = ?0.809，未见过拟合。VIP分析中8种化合物VIP >1，前三为2-乙酰基-1-吡咯啉、2-乙基-4-甲基噻唑和芳樟醇；1-辛烯-3-醇、β-thujene、nonanal和propanal的VIP <1，提示脂质氧化相关物更多构成共同背景。
3.5.2 候选香气活性化合物分布模式：基于归一化ROAV的层次聚类显示ZZ与LJ最相似，CZZ与WJP构成亚簇，并与LT合并为五样品簇，ZY最远。模块I包括己酸乙酯、1-辛烯-3-醇、propanal和nonanal，主要关联脂质氧化与酯化；模块II包括(Z)-2-戊烯醛、β-thujene、芳樟醇、3-甲基丁醛、2-呋喃甲硫醇、2-乙基-4-甲基噻唑、1-(1-甲基-1H-吡咯-2-基)乙酮和2-乙酰基-1-吡咯啉。结果表明样品差异来自内源脂质氧化与外源香辛料、美拉德反应产物的综合作用。
3.5.3 风味轮构建：将81种挥发物按已发表气味数据库归入霉味、花香、刺激性、青香、果香、草本、辛香、脂香、樟脑、杏仁和溶剂11类气味。脂质来源物主要关联脂香、青香和刺激性；香辛料萜类主要关联草本、辛香和花香；美拉德杂环主要关联霉味/焙烤类描述。该风味轮为基于数据库描述的气味解释，并非本研究直接评价的感官属性；其显示脂质来源构成共同化学基础，香辛料和美拉德来源差异关联样品特异气味谱。

3.6 相关性与通路整合
3.6.1 Pearson相关分析：排除ROAV恒定的2-呋喃甲硫醇后，11种候选物与4项感官属性共44项相关中，仅(Z)-2-戊烯醛与口感（r = 0.84）、nonanal与风味（r = 0.83）呈名义显著正相关；因n = 6、df = 4，P < 0.05阈值约为r ≈ 0.81，且经Bonferroni校正均不显著。2-乙酰基-1-吡咯啉与风味呈弱负相关（r = ?0.21，不显著）；外观与任何化合物无显著相关。结果提示脂质氧化来源醛类可能与口感和风味感知有关，美拉德来源物的感官贡献仍需更大样本和感官重组验证。
3.6.2 香气形成通路整合：综合挥发谱、多变量分析和感官相关，研究提出三条互作通路：内源脂质氧化和Maillard反应提供共同香气基础；Maillard反应/Strecker降解产物主要造成样品间差异；外源香辛料萜类提供花香、草本和辛香差异。鸡爪高胶原基质在长时间卤制中形成凝胶网络，并可能影响挥发物释放和感知。上述三通路为提出的假设，而非已确立机制。

讨论部分总结：多平台结果支持12种ROAV ≥1候选物可有效判别6个卤鸡爪样品，OPLS-DA模型稳定，VIP最高的2-乙酰基-1-吡咯啉、2-乙基-4-甲基噻唑和芳樟醇分别代表美拉德来源和香辛料来源的关键差异；nonanal与风味呈名义显著正相关，但相关分析受样本量限制。ZZ在风味、口感和味道上得分最高，但仅味道显著高于商业样品。鸡爪高胶原、低肌内脂肪的基质特征使外源香辛料渗透、皮肤和结缔组织温和热降解及美拉德反应对风味差异更为重要。研究局限为每个样品仅代表单一生产批次，技术重复不能替代独立批次重复，故结果属探索性；后续需跨独立生产批次验证，并以感官重组实验确认通路和关键香气标志物的贡献。

研究结论翻译：本研究采用GC-IMS、电子鼻分析、感官评价和多变量统计，对包括1个实验室制备样品和5个商业样品在内的6个卤鸡爪样品进行了系统的风味化学和品质属性表征。在归入10个化学类别的81种已鉴定挥发性化合物中，12种候选香气活性化合物（ROAV ≥1）使6个样品在OPLS-DA模型中实现清晰判别（R²Y = 0.996，Q² = 0.991），其中2-乙酰基-1-吡咯啉、2-乙基-4-甲基噻唑和芳樟醇为VIP得分最高的3种化合物。Nonanal与风味呈名义显著正相关（r = 0.83，P < 0.05），而其与外观和味道的相关性不显著。实验室制备样品ZZ在风味、口感和味道上得分最高，但仅味道与所有商业样品存在显著差异。卤鸡爪风味谱被提出由三条相互作用通路形成：脂质氧化可能提供共同香气背景，美拉德反应/Strecker降解产物可能主要造成样品间差异，外源香辛料萜类可能贡献花香、草本和辛香气味。此外，鸡爪富胶原基质可能在长时间卤制中影响挥发性化合物释放和感官感知。由于6个样品各由单一生产批次代表，本研究发现具有探索性，应通过独立生产批次重复加以确认。上述发现及所识别的风味形成候选香气标志物，为卤制禽肉产业理解风味形成过程、质量控制和产品开发提供了科学依据。