灘羊不同部位肌肉脂肪酸分析及特征風味指紋圖譜的構建

王 芳，楊曉玲，席 斌，王宏博，李維紅，陳 潘，何曉娜，高雅琴,

（1.中國農業科學院蘭州畜牧與獸藥研究所，甘肅 蘭州 730050；2.農業農村部畜產品質量安全風險評估實驗室，甘肅 蘭州 730050）

灘羊主要生長于寧夏、甘肅、陜西和內蒙古等地，是西北地區的一個獨特綿羊品種，灘羊產業的發展促進了農業增效、農民增收和貧困地區經濟發展，已成為西北地區農業和農村經濟的支柱產業[1]。灘羊以肉質鮮美、不膻不膩深受廣大消費者的喜愛[2]，但長期以來只是一種感覺印象描述，缺乏對灘羊肉風味物質的評定。風味是肉制品的主要質量特征，比味道、質地更能代表和區別肉制品。影響羊肉風味的物質主要來源于肉中脂肪酸及其降解產物，如醛、酮、醇和酯等揮發性風味化合物[3]。

通過有效的質量控制模式和信息處理技術對食品揮發性風味物質進行檢測鑒定，可以得到其特征指紋圖譜[4]。隨著樣品前處理技術和檢測分析技術的發展，食品指紋圖譜的表現形式越來越多樣化，在肉制品[5]、植物油[6]和果蔬[7]等食品的質量控制和產品識別以及環境分析[3]、醫學診斷[4]和藥物分析[5]等領域廣泛應用。目前，食品特征風味物質指紋圖譜的構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[8]。其中，氣相色譜-離子遷移色譜（gas chromatography-ion mobility spectroscopy，GC-IMS）技術是近年來發展起來的一種檢測技術，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點，已在食品的新鮮度[9]、摻假鑒定[10]、非法添加物識別[11]和有毒化學品分析[12]等方面應用，但在羊肉特征風味物質鑒別及指紋圖譜構建方面的報道鮮少。

本實驗將以甘肅省靖遠縣灘羊肉為研究對象，對灘羊肉不同部位的揮發性風味物質的組成進行分析比較，構建特征風味指紋圖譜，同時分析灘羊肉中的脂肪酸，及其對風味產生的影響，旨在為灘羊肉風味產生機理的研究提供理論依據，為改善羊肉品質提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

從甘肅省靖遠縣九牧源生態發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，進行揮發性風味物質的檢測。

1.2 儀器與設備

Mixer B-400型均質儀 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]，采用內標法。

1.3.2 揮發性風味物質指紋圖譜構建

實驗前將樣品在4 ℃冰箱中解凍。準確稱取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，用于GC-IMS分析。

1.3.2.1 GC-IMS條件

頂空孵化80 ℃、15 min；孵化轉速500 r/min；頂空進樣針溫度85 ℃；進樣量1 mL，不分流模式；IMS溫度保持在45 ℃。漂移氣流量設定為固定流量150 mL/min，使用純度為99.999%的氮氣為載氣。色譜運行時間21 min，設置程序氣相色譜柱流速2 mL/min，保持2 min，在10 min內線性增至20.00 mL/min，在5 min內線性增至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行頸動脈狹窄和腦卒中的重點篩查，能盡早發現無癥狀腦卒中患者，便于頸動脈狹窄和腦卒中的早發現和早治療。

1.3.2.2 檢測方法

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

1.4 數據處理

揮發性風味物質采用設備自帶的Laboratory Analytical Viewer（LAV）分析軟件，GC-IMS Library Search軟件內置的NIST數據庫和IMS數據庫對特征風味物質進行定性分析，Reporter和Gallery插件程序構建揮發性有機物的差異圖譜和指紋圖譜；Dynamic PCA plug-ins插件程序進行PCA處理。脂肪酸檢測結果，采用SPSS 20.0軟件進行統計分析，采用單因素方差分析進行差異顯著性檢驗，P＜0.05，差異顯著。

2 結果與分析

2.1 不同部位羊肉的揮發性成分組成與分析

2.1.1 不同部位羊肉的揮發性成分鑒定

采用GC-IMS測定不同部位羊肉的揮發性成分。樣品在柱內電離，然后使用基于保留時間和漂移時間的離子遷移系統進行鑒定。羊肉揮發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、保留時間和漂移時間。此外，其他有信號但無法確定的物質未列入表格。當穿過漂移區時，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味物質定性分析信息Table 1 Qualitative information of characteristic flavor compounds in lamb samples from different anatomical locations

續表1

2.1.2 不同部位灘羊肉揮發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性風味物質的組成差異。從圖2可以看出，不同部位灘羊肉的揮發性成分非常相似，但信號強度略有不同。即股二頭肌中揮發性化合物的含量相對較低，背最長肌中揮發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離子峰位置進行歸一化處理。紅色垂直線表示反應離子峰（reaction ion peak，RIP），RIP右邊的每個點代表樣品中不同揮發性化合物，信號基本出現在保留時間100～500 s和漂移時間1.0～2.0 ms的區域。選取灘羊肉臂三頭肌樣品的二維地形圖為參考，并從參考中推導出其他兩個部位樣品的光譜圖。如果揮發性化合物成分一致，扣除的背景為白色，紅色表示揮發性化合物濃度高于參照物，藍色表示揮發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味物質指紋圖譜分析

地形圖直觀地顯示出不同部位灘羊肉揮發性成分的趨勢，但很難對地形圖上的致密物質做出準確判斷。指紋圖譜是解決這個問題的一個很好的方法，根據地形圖的峰值信號，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性化合物。顏色代表揮發性化合物的含量，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，可能會產生不止一個信號或斑點[15]。未經鑒定的物質用指紋圖譜上的數字表示。

如圖4所示，A、B、C區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域。這些特征區域的信號峰強度在所選部位中較高，而在其他2 個部位中較弱。A區為臂三頭肌的特征風味物質區域，主要特征物質包括丙酸丁酯、2-己酮、異丁醇、乙醇。B區為股二頭肌的特征風味物質區域，主要特征物質包括丙酮、2-戊酮、4-甲基-2-戊酮、丁醛、葉醇、乳酸乙酯、乙酸乙酯。C區為背最長肌的特征風味物質區域，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味物質。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。

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

在灘羊肉中，醛類化合物占優勢，這一結果與羅玉龍等[16]的結果一致。醛類物質是肉品主要的風味物質，大多數醛類物質的風味閾值較低，在低濃度時具有特征脂肪香氣，但是當濃度高于某一臨界值時，卻會產生類似腐臭、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味的基礎物質[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構不同有關[16]。

醇類化合物是灘羊肉樣品中第2類揮發性成分。直鏈脂肪醇可通過脂質氧化生成，大多數支鏈醇已被鑒定為由相應支鏈醛形成的微生物降解產物[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、氨基酸等前體物質的組成有關[22]。

脂肪氧化的另一主要產物是酮類，酮類化合物通常與奶油味、水果味和熟的風味特征有關[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的醛類化合物理想，對風味的貢獻小于醛類[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氧化所產生的游離脂肪酸和醇之間的相互作用所產生[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生甜味和果味，另外，酯類能夠提升其他風味化合物的氣味，可能使灘羊的風味加強[27]。

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

PCA是一種多元統計分析方法，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系[28]。一般情況下，當累計貢獻率達到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性物質的變化[30]。此外，PCA可以對白葡萄酒進行分類[31]。通常利用信號強度建立PCA，以突出揮發性化合物的差異。灘羊肉中臂三頭肌、股二頭肌和背最長肌樣本揮發性化合物的PCA如圖5所示，PC1和PC2的貢獻率之和達到了90%，在分布圖上可以很好地區分。結果表明，利用GC-IMS技術成功地建立了不同部位羊肉樣品的特征揮發物指紋圖譜。

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脂肪酸代謝，形成與羊肉膻味相關的物質[32]。MUFA對降低膽固醇、預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肌（P＜0.05），這與郭俊濤等[34]檢測大足黑山羊中油酸的結果一致。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肌（P＜0.05），這與苗彥芳[36]檢測到內蒙古白絨山羊股二頭肌中PUFA含量最高的結果不一致，可能與羊肉品種有關[37]。亞麻酸和α-亞麻酸為必需脂肪酸，必須通過飲食獲得，在體內可進一步合成為DHA、EPA和AA[35]。

PUFA與SFA比值是一個重要指標，通常比值為0.4或更高時，肉具有較高的營養價值[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防慢性疾病的積極作用。

2.3 脂肪酸對揮發性風味物質的影響

羊肉脂肪酸對其風味有重要影響，其中游離脂肪酸作為風味前體物和風味化合物在羊肉的風味中有極其重要的作用[40]。肉類的揮發性風味物質是風味前體物質如蛋白質、糖類、脂肪、氨基酸等相互反應和降解生成的，其中大部分來自脂類氧化，其產物對肉類風味十分重要[41]。從表2可知，灘羊肉中揮發性風味物質主要為脂肪降解產物，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，同時還對肌內脂肪酸進行研究，表明肌內不飽和脂肪酸的含量對風味產生起重要作用，與本實驗研究結論一致。從而合理解釋了主要產自于脂肪氧化的醛、酮、醇、酸類風味化合物在灘羊肌肉中產生的原因。

與SFA相比，PUFA含有更多雙鍵，更容易發生氧化產生肉味，其氧化產物對風味物質的構成非常重要。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。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生庚醛、壬醛等，這與本實驗的結果一致。醛類化合物是不飽和脂肪酸降解的主要產物，對肉品風味形成起主要作用。同時，酮類和醇類在灘羊肉中產生，主要原因是脂肪酸發生氧化降解反應生成相應的酮類和醇類等揮發性化合物[44]。

3 結 論

采用GC-IMS分析技術對灘羊肉3 個部位揮發性風味物質進行分析，共檢測到揮發性物質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、酮類揮發性化合物種類較多，而酯類、噻唑和呋喃的種類較少；構建了灘羊不同部位肉特征風味指紋圖譜，各部位羊肉具有其獨特的特征風味、特征峰。從PCA結果看出，背最長肌、股二頭肌和臂三頭肌3 個部位羊肉樣本特征風味物質具有顯著區別。指紋圖譜的構建可為灘羊不同部位肉品質評價、劣質肉摻假鑒別提供一種基于GC-IMS技術的檢測分析方法。

從不同部位脂肪酸含量分析發現，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價值，同時對肉中風味的產生有重要作用。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生的揮發性有機化合物，建立了灘羊肉揮發性風味物質指紋圖譜，以為后續相關產品的開發提供參考。

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