王 芳，楊曉玲，席 斌，王宏博，李維紅，陳 潘，何曉娜，高雅琴,

（1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蘭州畜牧與獸藥研究所，甘肅 蘭州 730050；2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部畜產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險評估實驗室，甘肅 蘭州 730050）

灘羊主要生長于寧夏、甘肅、陜西和內(nèi)蒙古等地，是西北地區(qū)的一個獨(dú)特綿羊品種，灘羊產(chǎn)業(yè)的發(fā)展促進(jìn)了農(nóng)業(yè)增效、農(nóng)民增收和貧困地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，已成為西北地區(qū)農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)[1]。灘羊以肉質(zhì)鮮美、不膻不膩深受廣大消費(fèi)者的喜愛[2]，但長期以來只是一種感覺印象描述，缺乏對灘羊肉風(fēng)味物質(zhì)的評定。風(fēng)味是肉制品的主要質(zhì)量特征，比味道、質(zhì)地更能代表和區(qū)別肉制品。影響羊肉風(fēng)味的物質(zhì)主要來源于肉中脂肪酸及其降解產(chǎn)物，如醛、酮、醇和酯等揮發(fā)性風(fēng)味化合物[3]。

通過有效的質(zhì)量控制模式和信息處理技術(shù)對食品揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行檢測鑒定，可以得到其特征指紋圖譜[4]。隨著樣品前處理技術(shù)和檢測分析技術(shù)的發(fā)展，食品指紋圖譜的表現(xiàn)形式越來越多樣化，在肉制品[5]、植物油[6]和果蔬[7]等食品的質(zhì)量控制和產(chǎn)品識別以及環(huán)境分析[3]、醫(yī)學(xué)診斷[4]和藥物分析[5]等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。目前，食品特征風(fēng)味物質(zhì)指紋圖譜的構(gòu)建方法主要包括色譜法、光譜法、電子鼻、電子舌和氣相色譜-嗅味計等技術(shù)[8]。其中，氣相色譜-離子遷移色譜（gas chromatography-ion mobility spectroscopy，GC-IMS）技術(shù)是近年來發(fā)展起來的一種檢測技術(shù)，因其檢測快速、靈敏高、可靠性高、便攜、成本低廉及樣品無需前處理等優(yōu)點(diǎn)，已在食品的新鮮度[9]、摻假鑒定[10]、非法添加物識別[11]和有毒化學(xué)品分析[12]等方面應(yīng)用，但在羊肉特征風(fēng)味物質(zhì)鑒別及指紋圖譜構(gòu)建方面的報道鮮少。

本實驗將以甘肅省靖遠(yuǎn)縣灘羊肉為研究對象，對灘羊肉不同部位的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的組成進(jìn)行分析比較，構(gòu)建特征風(fēng)味指紋圖譜，同時分析灘羊肉中的脂肪酸，及其對風(fēng)味產(chǎn)生的影響，旨在為灘羊肉風(fēng)味產(chǎn)生機(jī)理的研究提供理論依據(jù)，為改善羊肉品質(zhì)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

從甘肅省靖遠(yuǎn)縣九牧源生態(tài)發(fā)展有限公司選取相同舍飼條件下6 月齡健康無病的灘羊6 只，均為公羊，以飼草料為主（玉米秸稈、白菜等，并補(bǔ)充玉米精料及育肥飼料）。宰前禁食24 h，禁水2 h，宰后分別采集背最長肌、股二頭肌和臂三頭肌100 g，將樣品均質(zhì)為肉糜，50 g左右裝入潔凈密封袋中，放入－18 ℃冰箱冷凍保藏，進(jìn)行脂肪酸檢測；剩余部分裝入離心管放入－80 ℃冰箱冷凍保存，進(jìn)行揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的檢測。

1.2 儀器與設(shè)備

Mixer B-400型均質(zhì)儀 瑞士Büchi公司；7890A型氣相色譜儀 美國Agilent公司；Flavour Spec GC-IMS儀德國G.A.S公司。

1.3 方法

1.3.1 脂肪酸成分的測定

參照GB 5009.168—2016《食品中脂肪酸的測定》[13]，采用內(nèi)標(biāo)法。

1.3.2 揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)指紋圖譜構(gòu)建

實驗前將樣品在4 ℃冰箱中解凍。準(zhǔn)確稱取3.0 g的肉類樣品，放入裝有磁螺桿密封蓋的20 mL頂空瓶中。每份樣本3 個重復(fù)，用于GC-IMS分析。

1.3.2.1 GC-IMS條件

頂空孵化80 ℃、15 min；孵化轉(zhuǎn)速500 r/min；頂空進(jìn)樣針溫度85 ℃；進(jìn)樣量1 mL，不分流模式；IMS溫度保持在45 ℃。漂移氣流量設(shè)定為固定流量150 mL/min，使用純度為99.999%的氮?dú)鉃檩d氣。色譜運(yùn)行時間21 min，設(shè)置程序氣相色譜柱流速2 mL/min，保持2 min，在10 min內(nèi)線性增至20.00 mL/min，在5 min內(nèi)線性增至100.00 mL/min，然后保持10 min，停止流動。

綜上所述，頸動脈超聲作為一種常用的檢查方式，在頸動脈狹窄和腦卒中高危人群的篩查中都有著重要的作用；頸動脈狹窄與年齡、冠心病、下肢靜脈疾病存在相關(guān)性，使用頸動脈超聲針對＞60歲、冠心病和下肢靜脈疾病患者進(jìn)行頸動脈狹窄和腦卒中的重點(diǎn)篩查，能盡早發(fā)現(xiàn)無癥狀腦卒中患者，便于頸動脈狹窄和腦卒中的早發(fā)現(xiàn)和早治療。

1.3.2.2 檢測方法

將頂空進(jìn)樣瓶中的樣品進(jìn)行孵化，使用加熱的進(jìn)樣針抽取瓶內(nèi)的頂空組分，通過Flavour Spec GC-IMS儀分析揮發(fā)性組分。

1.4 數(shù)據(jù)處理

揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)采用設(shè)備自帶的Laboratory Analytical Viewer（LAV）分析軟件，GC-IMS Library Search軟件內(nèi)置的NIST數(shù)據(jù)庫和IMS數(shù)據(jù)庫對特征風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行定性分析，Reporter和Gallery插件程序構(gòu)建揮發(fā)性有機(jī)物的差異圖譜和指紋圖譜；Dynamic PCA plug-ins插件程序進(jìn)行PCA處理。脂肪酸檢測結(jié)果，采用SPSS 20.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析，采用單因素方差分析進(jìn)行差異顯著性檢驗，P＜0.05，差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同部位羊肉的揮發(fā)性成分組成與分析

2.1.1 不同部位羊肉的揮發(fā)性成分鑒定

采用GC-IMS測定不同部位羊肉的揮發(fā)性成分。樣品在柱內(nèi)電離，然后使用基于保留時間和漂移時間的離子遷移系統(tǒng)進(jìn)行鑒定。羊肉揮發(fā)性成分的定性分析如圖1所示。從GC×IMS庫（圖1和表1）中共鑒定出67 個峰，44 個組分，包括醛類15種、醇類11種、酮類9種、酯類6種、噻唑類2種和呋喃類1種。表1列出了所鑒定的組分，包括化合物名稱、CAS號、分子式、保留指數(shù)、保留時間和漂移時間。此外，其他有信號但無法確定的物質(zhì)未列入表格。當(dāng)穿過漂移區(qū)時，由于所分析離子與中性分子（如二聚體和三聚體）之間形成加合物，單個化合物可觀察到多個信號[14]。己醛、異戊醛、1-戊醇、1-辛烯-3-醇、2-戊酮、1-辛烯-3-酮和苯甲酸甲酯等23 個化合物由于其二聚體的存在而出現(xiàn)雙峰。

圖1 灘羊肉不同部位的GC-IMSFig.1 GC-IMS spectra of lamb samples from different anatomical locations

表1 不同部位灘羊肉特征風(fēng)味物質(zhì)定性分析信息Table 1 Qualitative information of characteristic flavor compounds in lamb samples from different anatomical locations

續(xù)表1

2.1.2 不同部位灘羊肉揮發(fā)性成分的地形圖差異分析

采用GC-IMS分析不同部位灘羊肉的揮發(fā)性化合物的差異。采用地形圖可以直觀地觀察和比較不同部位灘羊肉的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的組成差異。從圖2可以看出，不同部位灘羊肉的揮發(fā)性成分非常相似，但信號強(qiáng)度略有不同。即股二頭肌中揮發(fā)性化合物的含量相對較低，背最長肌中揮發(fā)性化合物種類比較多且含量高。

圖2 灘羊肉不同部位的三維地形圖Fig.2 3D-topographic plots of lamb samples from different anatomical locations

與俯視圖比較三維地形圖粗略，因此使用二維地形圖對不同部位灘羊肉進(jìn)行比較。如圖3所示，不同部位灘羊肉樣品的GC-IMS二維地形圖的俯視圖，并對離子遷移時間和反應(yīng)離子峰位置進(jìn)行歸一化處理。紅色垂直線表示反應(yīng)離子峰（reaction ion peak，RIP），RIP右邊的每個點(diǎn)代表樣品中不同揮發(fā)性化合物，信號基本出現(xiàn)在保留時間100～500 s和漂移時間1.0～2.0 ms的區(qū)域。選取灘羊肉臂三頭肌樣品的二維地形圖為參考，并從參考中推導(dǎo)出其他兩個部位樣品的光譜圖。如果揮發(fā)性化合物成分一致，扣除的背景為白色，紅色表示揮發(fā)性化合物濃度高于參照物，藍(lán)色表示揮發(fā)性化合物濃度低于參照物。從不同部位灘羊肉樣品的二維地形圖上可以看出，某些化合物的信號強(qiáng)度在背最長肌樣品中較高，一些化合物的濃度在股二頭肌中較低。

圖3 不同部位灘羊肉的二維地形圖Fig.3 2D-topographic plots of lamb samples from different anatomical locations

2.1.3 不同部位灘羊肉特征風(fēng)味物質(zhì)指紋圖譜分析

地形圖直觀地顯示出不同部位灘羊肉揮發(fā)性成分的趨勢，但很難對地形圖上的致密物質(zhì)做出準(zhǔn)確判斷。指紋圖譜是解決這個問題的一個很好的方法，根據(jù)地形圖的峰值信號，形成了灘羊肉的指紋圖譜（圖4）。在指紋圖譜中，每行代表一個樣品的整個信號峰，每列代表不同樣品中相同的揮發(fā)性化合物。顏色代表揮發(fā)性化合物的含量，顏色越亮，含量越高。指紋圖譜中有兩個同名化合物是單體和二聚體，這是由于一些單一化合物的濃度不同，可能會產(chǎn)生不止一個信號或斑點(diǎn)[15]。未經(jīng)鑒定的物質(zhì)用指紋圖譜上的數(shù)字表示。

如圖4所示，A、B、C區(qū)域分別為灘羊肉臂三頭肌、股二頭肌和背最長肌的特征峰區(qū)域。這些特征區(qū)域的信號峰強(qiáng)度在所選部位中較高，而在其他2 個部位中較弱。A區(qū)為臂三頭肌的特征風(fēng)味物質(zhì)區(qū)域，主要特征物質(zhì)包括丙酸丁酯、2-己酮、異丁醇、乙醇。B區(qū)為股二頭肌的特征風(fēng)味物質(zhì)區(qū)域，主要特征物質(zhì)包括丙酮、2-戊酮、4-甲基-2-戊酮、丁醛、葉醇、乳酸乙酯、乙酸乙酯。C區(qū)為背最長肌的特征風(fēng)味物質(zhì)區(qū)域，主要包括反-2-戊烯醛、庚醛、反-2-庚烯醛、壬醛、反-2-壬烯醛、苯甲醛、苯乙醛、己醇、反-2-己烯-1-醇、庚醇、2-庚酮、1-辛烯-3-酮、甲基庚烯酮等大量風(fēng)味物質(zhì)。同時，苯甲酸甲酯、2-甲基-1-丁醇、己醛、3-羥基-2-丁酮、2-丁酮、異戊醛和庚醛等化合物在3 個部位中含量相當(dāng)。

圖4 不同部位灘羊肉特征風(fēng)味指紋圖譜Fig.4 Fingerprints of characteristic flavor compounds in lamb samples from different anatomical locations generated by gallery plot

在灘羊肉中，醛類化合物占優(yōu)勢，這一結(jié)果與羅玉龍等[16]的結(jié)果一致。醛類物質(zhì)是肉品主要的風(fēng)味物質(zhì)，大多數(shù)醛類物質(zhì)的風(fēng)味閾值較低，在低濃度時具有特征脂肪香氣，但是當(dāng)濃度高于某一臨界值時，卻會產(chǎn)生類似腐臭、酸敗或其他異味。醛類化合物在背最長肌中含量較高，且種類較多。在3 個部位羊肉中均檢測到了由苯丙氨酸通過Strecker途徑降解形成的苯乙醛，具有蜂蜜甜味，氣味閾值較低[17]。庚醛具有堅果味和水果青香；壬醛具有強(qiáng)烈的脂肪味；己醛有蘋果香味、葉子香味和清香的青草味，這些直鏈醛是形成肉類風(fēng)味的基礎(chǔ)物質(zhì)[18]。其中，庚醛、己醛和壬醛在背最長肌和臂三頭肌中的含量均比在股二頭肌中含量高，這可能與肌肉組織結(jié)構(gòu)不同有關(guān)[16]。

醇類化合物是灘羊肉樣品中第2類揮發(fā)性成分。直鏈脂肪醇可通過脂質(zhì)氧化生成，大多數(shù)支鏈醇已被鑒定為由相應(yīng)支鏈醛形成的微生物降解產(chǎn)物[19]。與肉制品中的醛類相比，醇類化合物具有較高的氣味閾值，對羊肉風(fēng)味的影響較小。醇類化合物中1-辛烯-3-醇、戊醇、己醇在羊肉的氣味中有加和作用。1-辛烯-3-醇閾值高，其具有蘑菇香、青香、蔬菜香[20]，戊醇具有不愉快的油脂味道[21]，對羊肉風(fēng)味的形成有一定作用。1-辛烯-3-醇和戊醇在股二頭肌中的含量較低，這可能與羊肉脂肪酸、氨基酸等前體物質(zhì)的組成有關(guān)[22]。

脂肪氧化的另一主要產(chǎn)物是酮類，酮類化合物通常與奶油味、水果味和熟的風(fēng)味特征有關(guān)[23]，對羊肉的香氣也很重要。酮類化合物相對含量和閾值都不如其同分異構(gòu)的醛類化合物理想，對風(fēng)味的貢獻(xiàn)小于醛類[24]。本研究中檢測到的酮類主要包括丙酮、2-丁酮、2-戊酮、3-羥基-2-丁酮。3-羥基-2-丁酮是雙乙酰的前體，而雙乙酰又可能是乳酸2-乙酯脫羧的副產(chǎn)物[25]，其在灘羊肉中3 個部位中含量均較高。

酯類化合物由肌肉組織中脂質(zhì)氧化所產(chǎn)生的游離脂肪酸和醇之間的相互作用所產(chǎn)生[26]。丙酸丁酯和丁酸丁酯在臂三頭肌中含量較高，乙酸乙酯在股二頭肌中含量較高。這些短鏈的酯類化合物產(chǎn)生甜味和果味，另外，酯類能夠提升其他風(fēng)味化合物的氣味，可能使灘羊的風(fēng)味加強(qiáng)[27]。

2.1.4 不同部位灘羊肉特征風(fēng)味物質(zhì)主成分分析（principal component analysis，PCA）

PCA是一種多元統(tǒng)計分析方法，它利用多元線性變換選擇幾個顯著變量，通常用于分析觀測變量之間的關(guān)系[28]。一般情況下，當(dāng)累計貢獻(xiàn)率達(dá)到60%時，選擇PCA模型作為分離模型[29]。PCA可以分析干腌魚在貯藏過程中揮發(fā)性物質(zhì)的變化[30]。此外，PCA可以對白葡萄酒進(jìn)行分類[31]。通常利用信號強(qiáng)度建立PCA，以突出揮發(fā)性化合物的差異。灘羊肉中臂三頭肌、股二頭肌和背最長肌樣本揮發(fā)性化合物的PCA如圖5所示，PC1和PC2的貢獻(xiàn)率之和達(dá)到了90%，在分布圖上可以很好地區(qū)分。結(jié)果表明，利用GC-IMS技術(shù)成功地建立了不同部位羊肉樣品的特征揮發(fā)物指紋圖譜。

2.2 不同部位灘羊肉脂肪酸的組成與分析

由表2可知，灘羊肉中共檢測到28種脂肪酸，3 個部位脂肪酸組成規(guī)律一致，即∑飽和脂肪酸（saturated fatty acid，SFA）＞∑單不飽和脂肪酸（monounsaturated fatty acid，MUFA）＞∑多不飽和脂肪酸（polyunsaturated fatty acids，PUFA）。SFA有11種，其中棕櫚酸和硬脂酸含量較高。MUFA含量約占40%，其中油酸含量最高。PUFA有9種，以亞油酸和花生四烯酸為主。

棕櫚酸和硬脂酸在SFA中的占比最高，臂三頭肌中的硬脂酸含量顯著高于背最長肌和股二頭肌（P＜0.05），棕櫚酸含量在3 個部位中無顯著性差異（P＞0.05）。這2種脂肪酸可能參與羊體內(nèi)脂肪酸代謝，形成與羊肉膻味相關(guān)的物質(zhì)[32]。MUFA對降低膽固醇、預(yù)防冠心病具有重要意義[33]，且在肉的多汁性和口感方面起重要作用。3 個部位中MUFA均以油酸含量最高，背最長肌中油酸含量顯著高于股二頭肌和臂三頭?。≒＜0.05），這與郭俊濤等[34]檢測大足黑山羊中油酸的結(jié)果一致。幾乎所有的植物油和動物脂肪中都含有油酸，其對肉品風(fēng)味的改善具有一定作用[35]。PUFA在3 個部位中的含量均較低，背最長肌中PUFA含量顯著高于臂三頭?。≒＜0.05），這與苗彥芳[36]檢測到內(nèi)蒙古白絨山羊股二頭肌中PUFA含量最高的結(jié)果不一致，可能與羊肉品種有關(guān)[37]。亞麻酸和α-亞麻酸為必需脂肪酸，必須通過飲食獲得，在體內(nèi)可進(jìn)一步合成為DHA、EPA和AA[35]。

PUFA與SFA比值是一個重要指標(biāo)，通常比值為0.4或更高時，肉具有較高的營養(yǎng)價值[38]。由表2可知，3 個部位中PUFA/SFA均小于推薦值。飲食中n-3 PUFA和n-6 PUFA之間的平衡也十分重要[39]，背最長肌、股二頭肌和臂三頭肌中n-6/n-3比值分別為2.97、3.11、3.86，均小于4。這表明3 個部位中兩組脂肪酸之間的平衡良好，反映了灘羊肉對健康和預(yù)防慢性疾病的積極作用。

2.3 脂肪酸對揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的影響

羊肉脂肪酸對其風(fēng)味有重要影響，其中游離脂肪酸作為風(fēng)味前體物和風(fēng)味化合物在羊肉的風(fēng)味中有極其重要的作用[40]。肉類的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)是風(fēng)味前體物質(zhì)如蛋白質(zhì)、糖類、脂肪、氨基酸等相互反應(yīng)和降解生成的，其中大部分來自脂類氧化，其產(chǎn)物對肉類風(fēng)味十分重要[41]。從表2可知，灘羊肉中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)主要為脂肪降解產(chǎn)物，如醛類、醇類和酮類。羅玉龍等[42]以蘇尼特羊肌肉為研究對象，檢測出醛類、醇類、酮類、酸類、烴類和其他化合物，同時還對肌內(nèi)脂肪酸進(jìn)行研究，表明肌內(nèi)不飽和脂肪酸的含量對風(fēng)味產(chǎn)生起重要作用，與本實驗研究結(jié)論一致。從而合理解釋了主要產(chǎn)自于脂肪氧化的醛、酮、醇、酸類風(fēng)味化合物在灘羊肌肉中產(chǎn)生的原因。

與SFA相比，PUFA含有更多雙鍵，更容易發(fā)生氧化產(chǎn)生肉味，其氧化產(chǎn)物對風(fēng)味物質(zhì)的構(gòu)成非常重要。本研究中亞油酸在背最長肌中的含量高于臂三頭肌和股二頭肌，這可能與背最長肌中醛類化合物種類多、含量高有關(guān)。己醛來自n-6 PUFA，既可來源于游離的亞油酸也可來源于酯化的亞油酸[43]。而背最長肌中庚醛、壬醛的含量高，是因其油酸、花生四烯酸含量高且氧化產(chǎn)生庚醛、壬醛等，這與本實驗的結(jié)果一致。醛類化合物是不飽和脂肪酸降解的主要產(chǎn)物，對肉品風(fēng)味形成起主要作用。同時，酮類和醇類在灘羊肉中產(chǎn)生，主要原因是脂肪酸發(fā)生氧化降解反應(yīng)生成相應(yīng)的酮類和醇類等揮發(fā)性化合物[44]。

3 結(jié) 論

采用GC-IMS分析技術(shù)對灘羊肉3 個部位揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行分析，共檢測到揮發(fā)性物質(zhì)44種，主要包括醛類、醇類、酮類和酯類等化合物，其中醛類、醇類、酮類揮發(fā)性化合物種類較多，而酯類、噻唑和呋喃的種類較少；構(gòu)建了灘羊不同部位肉特征風(fēng)味指紋圖譜，各部位羊肉具有其獨(dú)特的特征風(fēng)味、特征峰。從PCA結(jié)果看出，背最長肌、股二頭肌和臂三頭肌3 個部位羊肉樣本特征風(fēng)味物質(zhì)具有顯著區(qū)別。指紋圖譜的構(gòu)建可為灘羊不同部位肉品質(zhì)評價、劣質(zhì)肉摻假鑒別提供一種基于GC-IMS技術(shù)的檢測分析方法。

從不同部位脂肪酸含量分析發(fā)現(xiàn)，灘羊中背最長肌MUFA的含量高于股二頭肌、臂三頭肌，灘羊肉中UFA含量豐富，油酸為含量最高的不飽和脂肪酸，其次為亞油酸和花生四烯酸。脂肪酸具有重要的營養(yǎng)價值，同時對肉中風(fēng)味的產(chǎn)生有重要作用。最終，通過獲取不同部位羊肉樣本脂肪酸含量及脂肪氧化產(chǎn)生的揮發(fā)性有機(jī)化合物，建立了灘羊肉揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)指紋圖譜，以為后續(xù)相關(guān)產(chǎn)品的開發(fā)提供參考。

目前無論是IMS還是其聯(lián)用技術(shù)，都難以做到對大量未知化合物的鑒定，同時定量復(fù)雜。因此，后期主要工作中，一方面是根據(jù)用戶需求建立數(shù)據(jù)庫，盡可能地完善數(shù)據(jù)庫信息并進(jìn)行識別，另一方面將三維分析方法推廣應(yīng)用到其他類似聯(lián)用分析儀器中，開發(fā)易操作的IMS聯(lián)用儀器及數(shù)據(jù)處理軟件，拓展了GC-IMS分析技術(shù)在食品領(lǐng)域的應(yīng)用，具有一定實用價值。