基于GC-IMS分析不同品種藏羊羔肉的風味特征成分

DOI：10.3969/j.issn.1000-9973.2024.07.022

引文格式：馬娜娜，旦正杰，韓麗娟，等.基于 GC-IMS分析不同品種藏羊羔肉的風味特征成分.中國調味品，2024，49（7）：145-151.

MA N N， DAN Z J， HAN L J， et al.Analysis of characteristic flavor components of different breeds of Tibetan lamb meat based on GC-IMS.China Condiment，2024，49（7）：145-151.

摘要：采用氣相色譜-離子遷移譜（gas chromatography-ion mobility spectrometry，GC-IMS）對青海省黑藏羊羔肉與白藏羊羔肉的特征風味進行測定分析，對比兩者揮發性有機物的差異，建立其揮發性有機物指紋圖譜，同時結合相對氣味活度值（relative odor activity value，ROAV）確定關鍵揮發性物質。結果表明，兩種藏羊羔肉揮發性風味化合物具有一定差異，共檢測出51種已知揮發性化合物，包括19種醛類、10種醇類、8種酮類、5種酯類、3種萜烯類以及6種咯啉、吡嗪、胺類等其他化合物，確定了1，4-二氧六環（3.00%～6.99%）、丙醇（4.21%～5.41%）、檸檬烯（0.47%～1.95%）、γ-萜品烯（0.32%～0.71%）、2，3-二甲基-5-乙基吡嗪（0.18%～0.51%）、4-甲基-3-戊烯-2-酮（0.2%～0.36%）、3-甲硫基丙醛（0.31%～0.34%）、冰片（0.17%～0.31%）、乙酸乙酯（0.12%～0.17%）、（E）-2-庚烯醛（0.06%～0.10%）是黑藏羊羔肉的特征化合物，主成分分析表明不同品種藏羊羔肉特征風味化合物得到了很好的區分，表明GC-IMS可以有效應用于不同藏羊羔肉揮發性風味物質的檢測，且對肉制品風味品質提升有實際意義。

關鍵詞：青海藏羊；氣相色譜-離子遷移譜；特征風味；指紋圖譜

中圖分類號：TS251.53""""" 文獻標志碼：A""""" 文章編號：1000-9973（2024）07-0145-07

Analysis of Characteristic Flavor Components of Different Breeds of

Tibetan Lamb Meat Based on GC-IMS

MA Na-na1， DAN Zheng-jie2， HAN Li-juan1*， GUI Lin-sheng1，

HOU Sheng-zhen1， WANG Zhi-you1， YANG Bao-chun1

（1.College of Agriculture and Animal Husbandry， Qinghai University， Xining 810016， China;

2.Black Tibetan Sheep Breeding Center， Bureau of Agriculture， Animal Husbandry and Water

Resources in Guinan County， Hainan Tibetan Autonomous Region 813100， China）

Abstract： Gas chromatography-ion mobility spectrometry （GC-IMS） is used to determine and analyze the characteristic flavors of black Tibetan lamb meat and white Tibetan lamb meat in Qinghai province， and the differences of volatile organic compounds between the two are compared. A fingerprint of their volatile organic compounds is established， and the key volatile substances are determined by combining relative odor activity value （ROAV）. The results show that there are certain differences in the volatile flavor compounds between the meat of two breeds of Tibetan lamb. A total of 51 known volatile compounds are detected， including 19 aldehydes， 10 alcohols， 8 ketones， 5 esters， 3 terpenes and 6 other compounds such as pyrrolines， pyrazines and amines. 1，4-Dioxane （3.00%～6.99%）， propanol （4.21%～5.41%）， limonene （0.47%～1.95%）， γ-terpinene （0.32%～0.71%）， 2，3-dimethyl-5-ethylpyrazine （0.18%～0.51%）， 4-methyl-3-penten-2-one （0.2%～0.36%）， 3-methylthiopropion aldehyde （0.31%～0.34%）， borneol （0.17%～0.31%）， ethyl acetate （0.12%～0.17%） and （E）-2-heptenal （0.06%～0.10%） are identified as characteristic compounds of black Tibetan lamb meat. Principal component analysis shows that the characteristic flavor compounds in different breeds of Tibetan lamb meat are well distinguished， indicating that GC-IMS can be

收稿日期：2024-01-24

基金項目：青海省農村農業廳科技攻關計劃（2020-GN-119）；青海省科技廳重點研發項目（2022-NK-169）

作者簡介：馬娜娜（2000—），女，碩士，研究方向：畜產品加工。

*通信作者：韓麗娟（1988—），女，副教授，博士，研究方向：畜產品加工。

effectively used for the detection of volatile flavor substances in different breeds of Tibetan lamb meat， and has practical significance for improving the flavor quality of meat products.

Key words： Tibetan sheep in Qinghai province; gas chromatography-ion mobility spectrometry; characteristic flavor; fingerprint

藏羊，又稱藏系羊，屬于我國三大原始綿羊品種之一，主要棲息于青藏高原，其中青海地區是其主要分布產地。藏羊肉營養豐富，蛋白質、礦物質、必需氨基酸和脂肪酸含量高，是一種營養價值高且被人們所追求的優質羊肉。基于毛色差異，藏羊又可以分為黑藏羊和白藏羊，其中黑藏羊俗稱貴德黑裘皮羊，是青海藏羊品種中一個特殊的經濟類群。有研究表明，黑藏羊肉中脂肪、水分含量比白藏羊低，每100 g黑藏羊肉中的氨基酸總量、必需氨基酸總量、非必需氨基酸總量高于白藏羊。因此，建立一種能夠鑒定不同藏羊品種的方法，提高黑藏羊、白藏羊的生產性能，促進合理繁育，改良品種，使牧民能夠獲取更多經濟收益的同時促進特色品種的資源保護，是青海省藏羊肉領域亟需解決的問題。

羊肉獨特的風味是影響消費者購買羊肉產品最直接的因素。肉的風味包括香味和滋味，其中大多數香味都與脂質降解氧化、蛋白質化合物的貢獻、美拉德反應、Strecker降解等一系列復雜的生化反應生成的風味前體物質密切相關，這些化合物賦予了羊肉特有的香氣和味道。羊肉中含有硫氨酸等含硫氨基酸，在烹飪過程中可以產生硫化物類揮發性化合物，賦予肉類獨特的“羊腥味”；羊肉中存在的酮類和醛類化合物為肉的風味提供了一些草本、堅果和甜味的感覺；羊肉中還含有一些醇類化合物，它們可能為風味增添一些酒香和醇厚感；酯類化合物可能賦予羊肉一些水果香味和花香感；一些脂肪酸、噻吩類和嘧啶類等雜環類化合物也可能對羊肉的風味做出貢獻。總的來說，羊肉及其制品的風味是由上述各類化合物共同作用形成的，揮發性風味可以比其味道和質地更好地區分肉制品的重要質量特征。然而這些風味化合物大多較復雜、含量較少且揮發性極強，因此傳統的檢測技術并不能準確地對其進行判斷。

綜上，以青海省黑、白藏羊為研究對象，采用氣相色譜-離子遷移譜聯用技術（gas chromatography-ion mobility spectrometry，GC-IMS）結合主成分分析法，對不同藏羊品種中的揮發性成分進行定性和定量分析，得到不同藏羊品種的氣相色譜-離子遷移譜圖和指紋圖譜，以差異揮發性成分為指標來鑒定不同藏羊品種。

1" 材料與方法

1.1" 試驗材料與儀器

從青海省海南藏族自治州貴南縣同一牧場隨機抽取120日齡、重（12.2±0.92） kg、健康無病的20只健康的黑藏羊羔（BTS）、20只健康白藏羊羔（WTS），均為公羊，這兩組羊被關在同一個羊棚的不同圍欄里，羊棚配有運動場，避風、向陽、干燥、通風良好，育肥期對黑藏羊羔（BTS）、白藏羊羔（WTS）飼喂特殊配制的飼料，精、粗飼料比例為7∶3。基礎飼糧組成及營養水平見表1。試驗期間每天將精料和粗料攪拌混勻飼喂羔羊2次（08∶00 和17∶30），自由采食和自由飲水，每天準確記錄試驗羊的喂料量和剩料量，其他飼養管理均按照養殖場的規定執行。

注：預混料為每千克飼糧提供銅15 mg、鐵55 mg、鋅25 mg、錳40 mg、硒0.30 mg、碘0.5 mg、鈷0.20 mg、維生素A 20 000 IU、維生素D 4 000 IU、維生素E 40 IU；消化能為計算值，其余均為實測值。

采用具有SE-54毛細管柱（15 m×0.53 mm×1 μm，美國Restek公司）的FlavorSpec GC-IMS 系統（德國G.A.S.公司）檢測藏羔羊肉樣品中的VOC。

1.2" 試驗方法

1.2.1" 樣品的采集及處理

飼養試驗結束，分別從各組中隨機挑選出3只試驗動物運送到商業屠宰場，根據動物福利程序禁食24 h，禁水2 h后進行屠宰。采集第12根和第13根肋骨之間背最長肌，剔除脂肪和筋膜后于-80 ℃冰箱中保存備用。試驗時，將在4 ℃冰箱中解凍12 h的2 g肉類樣品添加到20 mL頂空小瓶中。將小瓶及其內容物在 80 ℃下預熱 15 min。孵育后，在 85 ℃下將500 μL頂部空間氣體注入注射器。

1.2.2" 系統條件

氣相色譜條件和分析條件見表2和表3。

1.2.3" ROAV計算

參考劉登勇等的方法，通過計算相對氣味活性值（ROAV）來評估樣品對風味的貢獻度。為了便于分析，選取化合物中對樣品風味貢獻最大的ROAVmax=100，其余各組分按照下式計算：

ROAV=CiCmax×TmaxTi×100。（1）

式中：Ci 為各揮發性物質的相對含量（%）；Ti為對應揮發性物質的感覺閾值（μg/kg）；Cmax為對樣品總體風味貢獻最大組分的相對含量（%）；Tmax為對總體風味貢獻最大組分的感覺閾值（μg/kg）。

1.3" 數據處理

使用儀器自帶分析軟件對樣品進行多角度分析，利用VOCal查看譜圖和數據，使用內置NIST和IMS數據庫進行物質定性分析。同時，通過Reporter和Gallery Plot插件創建差異譜圖和指紋圖譜，應用Dynamic PCA插件進行動態主成分分析。

2" 結果與分析

2.1" 黑藏羊羔肉與白藏羊羔肉特征風味GC-IMS譜圖對比分析

由GC-IMS生成的三維圖譜見圖1，通過離子相對遷移時間和離子峰強度對每種組分進行定性分析。圖中X軸表示相對遷移時間，Y軸表示保留時間，Z軸表示離子峰信號強度，峰的顏色越深代表信號峰越豐富。

由圖1可知，不同品種藏羊羔肉樣品中的揮發性化合物非常相似，但是每個樣品的峰值信號強度存在一些差異，表明不同樣品中揮發性風味物質的含量存在差異。

為了便于觀察，對反應峰的離子遷移時間和位置進行歸一化處理，得到二維圖譜，見圖2。圖中X軸表示離子遷移時間，Y軸表示氣相色譜保留時間。圖中每個點代表一種不同的化合物，其濃度通過顏色來表示，顏色越深代表濃度越高。由圖2深色框中可知，BTS、WTS兩個品種的羊肉樣品的風味特征物質種類和濃度均存在明顯差異。

由圖3可知，為進一步區分不同品種藏羊羔肉間的揮發性成分特征，使用BTS樣品的譜圖作為參考，用WTS樣品的譜圖減去參考，如果目標樣品中的揮發性有機物濃度與參考一致，減去后無色差；如果目標樣品中該物質濃度高于參考，則呈深色；如果目標樣品中該物質濃度低于參考，則呈淺色。圖中大多數信號峰的保留時間范圍為0～1 000 s，漂移時間范圍為1.0～2.0 ms，且BTS樣品譜圖上均出現明顯深色斑點和淺色斑點，說明BTS與WTS均含有各自的特征揮發性化合物，幾種揮發性物質含量間存在較明顯差異。

2.2" 黑藏羊羔肉與白藏羊羔肉揮發性有機物的定性、定量分析

通過與真實參比化合物比較保留時間和漂移時間，對揮發性組分進行了定性表征，進一步觀察不同品種藏羊羔肉的特征風味物質差異。由表4可知，共鑒定出51種（包含M：單體、D：二聚體、T：聚合物）已知揮發性化合物，其中包括19種醛類、10種醇類、8種酮類、5種酯類、3種萜烯類以及6種咯啉、吡嗪、胺類等其他化合物，這與Wang等在靖遠羔羊中檢測到的結果相似。其中乙醇、正己醇、2-戊酮、丁內酯、3-甲基丁醛、丁醛、3-甲硫基丙醛在BTS中的含量高于WTS，但是該組中未檢測到戊醛M、戊醛D、1-戊醇D、2-庚酮M、2-庚酮D、庚醛D、苯胺D、2-己烯-1-醇乙酸酯、（E）-2-辛烯醇、正壬醛D和（E）-2-壬烯醛；戊醛、己醛、庚醛、正壬醛、1-戊醇、2-乙基-1-己醇、2-丁酮、乙酰甲基甲醇、苯胺等揮發性物質在WTS中含量略高于BTS，且該組樣品中未檢測到丙醇和（E）-2-庚烯醛。

2.3" 黑藏羊羔肉與白藏羊羔肉氣相色譜-離子遷移譜指紋圖譜對比分析

為了直接反映每種樣品的完整揮發性有機物信息以及樣品間的揮發性有機物差異，對揮發性指紋圖譜進行了構建和分析。在圖4中，每行表示一個樣品中選取的所有信號峰，每列代表不同樣品中相同揮發性有機物的信號峰，M和D后綴表示單體和二聚體。顏色反映了揮發性成分的濃度，顏色越明亮，表明濃度越高。由圖4可知，BTS中揮發性物質遠多于WTS，其中1，4-二氧六環、丙醇、檸檬烯、γ-萜品烯、2，3-二甲基-5-乙基吡嗪、4-甲基-3-戊烯-2-酮、3-甲硫基丙醛、冰片、乙酸乙酯、（E）-2-庚烯醛等物質僅存在于BTS中，可以作為識別BTS的特征揮發性風味物質。

2.4" 黑藏羊羔肉與白藏羊羔肉揮發性有機物構成差異分析

ROAV≥1 的組分通常被認為有助于樣品的整體風味，而0.1≤ROAV≤1的組分具有重要的修飾貢獻。因此為了進一步分析這些揮發性化合物對香氣的貢獻程度，通過ROAV法（ROAV≥0.1）在WTS和BTS中分別篩選出了8種和10種特征性風味化合物（見表5），3-甲基丁醛的相對含量較高，其感覺閾值為0.2 μg/kg，特征性香氣為果香和奶油香，對羊肉的整體貢獻程度最大，因此選定3-甲基丁醛的ROAV為100。兩種藏羊共有的關鍵揮發性風味物質有3-甲基丁醛、正壬醛、己醛、庚醛、乙酰甲基甲醇和丁內酯，因此，醛類物質是構成藏羊香氣的主體風味物質，也是造成兩者差異的主要因素。3-甲基丁醛、正壬醛、己醛、庚醛、丁內酯和乙酰甲基甲醇是WTS的關鍵揮發性物質（ROVA≥1）；3-甲硫基丙醛、3-甲基丁醛、正壬醛、己醛、庚醛、丁內酯和乙酰甲基甲醇是BTS的關鍵揮發性物質（ROVA≥1），3-甲硫基丙醛對BTS的風味貢獻最大，3-甲硫基丙醛是一種具有強烈氣味的有機化合物，它通常被描述為具有辛辣、洋蔥和大蒜的氣味，這種化合物在食品和香料中常被用作調味劑，以賦予食物獨特的風味。此外，除關鍵風味物質外，具有柑橘味的檸檬烯、果香味的丁醛、果味甜味的乙酸乙酯（0.11≤ROVA≤1）是黑藏羊獨有的風味物質，對黑藏羊羔肉整體風味的修飾至關重要。

2.5" 黑藏羊羔肉與白藏羊羔肉風味物質組成主成分和相似度分析

采用SIMCA 14.1軟件對氣相色譜-離子遷移譜的數據進行PCA，PCA圖（見圖5）中顯示不同樣品的差異，相隔近則代表差異小，相隔遠則代表差異明顯。對分析得到的兩個藏羊品種樣品的揮發性成分進行統計處理，建立不同藏羊品種的模型標準，并得到圖5，兩樣品組內距離近，組間距離遠。其中第一主成分（PC1）解釋了87.6%的總方差，第二主成分（PC2）解釋了9.6%的總方差，說明這兩個因子可解釋原變量97.2%的信息。一般來說，當前兩個主成分達到60%時，PCA 模型可以有效地分離樣品，因此PC1和PC2足以解釋大部分風味信息。由圖5可知，BTS與WTS之間區分明顯，沒有重疊，說明BTS和WTS風味區別十分明顯。

采用ArcMap軟件和Average Nearest Neighbor對兩個藏羊品種樣品的揮發性成分進行最鄰近分析，同時得到最鄰近圖（見圖6）和最鄰近分析的樣品間歐氏距離（見表6）。由最鄰近圖可以看出，BTS與WTS之間分布及間距各自獨立，底部區域正態分布無交叉，并且其歐氏距離較遠，因此說明BTS和WTS的相似度較低，風味差異較大。結果表明，通過GC-IMS成功建立了不同品種藏羊的特征揮發性指紋圖譜。

3" 討論

藏羊肉中檢測到的揮發性風味成分大多為醛類，醛類化合物主要是不飽和脂肪酸的衍生物或脂質氧化過程中烷氧基分解的產物。有研究表明高含量的醛類物質對肉類的揮發性風味形成不利，這提示肉類可能發生了氧化變質，會給肉的風味帶來負面影響。因此，BTS有可能通過減少戊醛、己醛、庚醛和正壬醛等醛類物質的含量來改善風味；且檸檬烯M、檸檬烯D和γ-萜品烯等萜烯類物質僅在BTS組中被檢測到，這類物質主要存在于水果或者一些植物中，可賦予羊肉特殊的清香和水果香。

醇類化合物主要來源于脂肪的氧化，醇類化合物對藏羊肉的影響不如醛類顯著。但是醇類化合物的氣味閾值較低，因此它們是肉制品香氣的關鍵因素，可以為肉制品提供草本、木質和脂肪的味道。檢測結果顯示，乙醇的含量最高，可能是因為肉品在屠宰后未能及時排除酸，導致乙醇在酸形成過程中未完全消耗。酮類物質主要來自脂質降解，也可通過醇類的氧化和酯類的分解得到，屬于羰基化合物。酮類化合物的感覺閾值較高，對風味的貢獻不大。兩種藏羊肉中均檢測到了丁酮、戊酮和丙酮，且戊酮和丙酮在BTS中的含量高于WTS。庚酮僅在WTS中檢測到，具有奶香味和果香味；4-甲基-3-戊烯-2-酮僅在BTS中被檢測到，據報道，4-甲基-3-戊烯-2-酮存在于柑橘類水果中，可以為BTS帶來水果香氣。

酯類物質是由脂肪氧化產生的醇和游離脂肪酸的酯化反應合成的，因此醇類的含量越高，酯類的濃度越高。酯類化合物是許多食品風味的關鍵氣味物質之一，可以賦予肉制品理想的水果香氣。內酯是食品中重要的呈香化合物，留香時間長，有香氣圓潤和增香的作用，丁內酯在WTS中的含量顯著高于BTS（Plt;0.05），乙酸乙酯僅在BTS中被檢測到，可給肉制品帶來果香和花香等氣味。其他化合物中，2-乙酰基-1-吡咯啉作為雜環類化合物可以為肉制品提供炒飯香和爆米花香；大多數吡嗪是通過己糖醛基團與氨基酸之間的縮合反應形成的，氨基還原酮可以從Strecker降解中獲得，經過自身的縮合和氧化反應后會生成吡嗪，據報道，2，3-二甲基-5-乙基吡嗪存在于不同濃度的烘烤綠茶樣品中。

4" 結論

利用GC-IMS技術在藏羊羔肉樣品中共檢測到51種已知風味化合物，其中醛類、醇類和酮類化合物在兩種藏羊羔肉中占比均較高。通過指紋圖譜可以觀察到不同品種藏羊揮發性特征物質明顯不同，黑藏羊羔肉中揮發性特征物質相對來說更豐富。同時確定了1，4-二氧六環（3.00%～6.99%）、丙醇（4.21%～5.41%）、檸檬烯（0.47%～1.95%）、γ-萜品烯（0.32%～0.71%）、2，3-二甲基-5-乙基吡嗪（0.18%～0.51%）、4-甲基-3-戊烯-2-酮（0.2%～0.36%）、3-甲硫基丙醛（0.31%～0.34%）、冰片（0.17%～0.31%）、乙酸乙酯（0.12%～0.17%）、（E）-2-庚烯醛（0.06%～0.10%）為鑒定BTS的特征化合物。根據ROAV確定了3-甲基丁醛、正壬醛、己醛、庚醛、丁內酯和乙酰甲基甲醇為WTS的關鍵揮發性物質（ROVA≥1），3-甲硫基丙醛、3-甲基丁醛、正壬醛、己醛、庚醛、丁內酯和乙酰甲基甲醇為BTS的關鍵揮發性物質。綜上，GC-IMS結合PCA是一種有效的鑒定不同藏羊品種的方法。本研究結果對鑒定不同藏羊品種，提高黑藏羊、白藏羊的生產性能，促進合理繁育，促進特色品種的資源保護方面提供了一定的技術支撐。

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