基于Heracles II快速气相电子鼻鉴别不同饲养方式滩羊肉的炖煮风味

2021-04-22黄彩燕张德权刘维华侯成立

中国食品学报 2021年3期

黄彩燕，张德权，李欣，杨奇，刘维华，侯成立*

（1 中国农业科学院农产品加工研究所农业农村部农产品加工重点实验室北京100193 2 宁夏兽药饲料监察所银川750011）

盐池滩羊是宁夏优良特色畜种、中国地理标志产品，主要分布在宁夏盐池县，其肉质细嫩、无膻味、脂肪分布均匀、风味独特，深受广大消费者喜爱[1]。目前，放牧、放牧+补饲和舍饲是滩羊的主要饲养模式。研究表明饲养方式会影响畜禽肉品质[2-5]。闫祥林等[6]研究发现舍饲组多浪羊肉的嫩度和脂肪酸总量优于戈壁滩放养组，而戈壁滩放养组多浪羊肉的持水力、抗氧化能力及多不饱和脂肪酸含量优于舍饲组；Boughalmi 等[7]研究表明放牧羔羊多不饱和脂肪酸含量较封舍饲组高，尤其是n-3 脂肪酸和共轭亚油酸含量较高，且n-6/n-3比例较低。清炖是滩羊肉的主要烹饪方式，风味是炖煮肉制品的关键食用品质指标之一。目前，国内外关于不同饲养方式炖煮滩羊肉风味相关研究鲜有报道。

Heracles II 快速气相电子鼻是一种新型的气味分析系统，其原理采用超快速气相色谱技术进行分离，通过Aro Chem Base 数据库对比进行气体定性、定量分析[8]，具有处理速度快、简单、成本低等优点[9-10]，已广泛应用于食品中茶叶[11]、水果[12]、蔬菜[13]、肉类[14-15]中挥发性风味物质的研究。不同饲养方式的畜禽，其肉中风味前体物质不同，能否采用Heracles II 快速气相电子鼻对其进行鉴别尚不清楚。本研究以盐池滩羊为研究对象，利用Heracles II 快速气相电子鼻，结合主成分分析（Principal Component Analysis，PCA）等分析方法确定不同饲养方式炖煮滩羊肉的关键风味物质，实现快速鉴别，旨在为高品质滩羊肉产品研究与开发提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

选取宁夏盐池滩羊产业发展集团有限公司健康无疾病滩羊，放牧组（12月龄）、放牧+补饲组（10月龄）和全舍饲组（6月龄）各6 只（不同饲养方式滩羊月龄依据其当地普通出栏时间选取）。放牧组滩羊白天放牧，晚上不予补饲；放牧+补饲组滩羊白天放牧，晚上补充玉米精料；全舍饲组滩羊饲喂大北农肉羊饲料舍饲育肥，胴体质量（18.30±1.41）kg。每种饲养方式滩羊宰后经0～4 ℃成熟24 h 后，取米龙部位，剔除表面脂肪和结缔组织后置于-20 ℃贮藏备用。

1.2 主要仪器与设备

KJELTEC 2300 全自动凯氏定氮仪，丹麦FOSS 集团有限公司；SER 148 全自动粗脂肪测定仪，意大利VELP 公司；Heracles Ⅱ快速气相电子鼻，法国Alpha MOS 公司；TB45G1 苏泊尔陶瓷煲，浙江苏泊尔股份有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 常规营养指标测定参照GB 5009.3-2016 《食品安全国家标准食品中水分的测定》、GB 5009.5-2016《食品安全国家标准食品中蛋白质的测定》、GB 5009.6-2016 《食品安全国家标准食品中脂肪的测定》方法测定羊肉水分、蛋白质和脂肪的含量。

1.3.2 炖煮加工工艺参考MSA （Meat Standard Australia）羊肉体系的方法[16]，略作修改。取滩羊肉米龙部位于室温环境下解冻1.5 h，切成20 mm×20 mm×20 mm 方块，m肉块∶m水=1∶1.5 放入砂锅，大火煮沸，撇去浮沬，改为小火慢炖，调节热源至水浴保持微沸状态低温加热2 h。

1.3.3 感官评价

1.3.3.1 感官评定小组组成及样品准备参考MSA 羊肉体系食用品质评价方法[16]，感官评定小组由实验室12 名从事肉品相关研究人员组成（年龄20～35 岁），品评前1 h 不吃东西，不吸烟，可以喝水，品评期间具有正常的生理状态。将评分员进行随机分组（每个小组男女各半），组成6 个品尝小组坐在6 个区域，每个评分员共品尝6 个样品，6 个样品按照6×6 拉丁方顺序呈递，每个评分员连续6 次品尝6 个不同样品，确保第1～6 样品中每个样品品尝时在彼此样品之前和之后被安排次数相等。感官评定小组只品不咽，每评价完1 个样品需要用白开水漱口，品尝过程中根据评分表的内容进行评分，并将呈递过程中的羊肉编号附于评分表上。

1.3.3.2 评价指标及评分表感官评价指标及评分表如表1所示，评分员采用0～100 分对每个样品的嫩度、多汁性、风味和总体喜好性4 个评价指标进行测试打分，感官试验数据根据MSA 体系MQ4 分数计算模型的固定权重值MQ4=0.2（嫩度）+0.1（多汁性）+0.3（风味）+0.4（总体喜好性）。

表1 炖煮滩羊肉感官评分指标及评分表Table 1 Sensory scoring index and scoring table of stewed Tan lamb

1.3.4 Heracles Ⅱ快速气相电子鼻分析参考Yu 等[17]的方法对炖煮滩羊肉进行电子鼻检测。

1.3.5 关键风味物质分析采用相对气味活度值（Relative Odor Activity Value，ROAV）法[18]确定关键风味物质，各挥发性成分的ROAV 按下式计算：

式中：Ci和Ti分别表示各挥发性物质的相对含量和感觉阈值；Cmax和Tmax分别表示对总体风味贡献最大的挥发性物质的相对含量和感觉阈值。

所有组分均满足0

1.4 统计分析

采用SPSS 19.0 统计软件进行方差分析，选用Duncan’s 法进行多重比较分析，结果表示为平均值±标准差，以P<0.05 为差异显著性，P<0.001为差异极显著性判断标准。

2 结果与分析

2.1 不同饲养方式滩羊肉常规营养组成分析

不同饲养方式滩羊肉常规营养组成含量如表2所示。从表中可以看出，3 种不同饲养方式处理组间水分和蛋白质含量差异不显著（P>0.05），这与王宇等[5]对不同放牧条件下绒山羊肉的研究结果一致。3 种饲养方式滩羊肉脂肪含量范围为3.54～4.15 g/100 g，且不同饲养方式处理组间差异显著（P<0.05），其中放牧滩羊肉中脂肪含量最低，舍饲组最高，这与周玉青等[19]研究不同饲养方式青海藏羊肉脂肪含量的结果一致，同时Zervas等[20]研究也发现舍饲羊体内的皮下脂肪和肌内脂肪含量显著高于放牧组。这可能与不同饲养方式动物摄入营养水平和运动量有关，营养水平越高，肌内脂肪沉积越多，同时运动量小也易于造成脂肪堆积[21]。

表2 不同饲养方式滩羊肉常规营养组成（g/100g）Table 2 General nutrition composition of Tan lamb from different feeding patterns （g/100g）

2.2 感官评价

感官品质直接反映羊肉品质优劣，其主要包括嫩度、色泽、风味、多汁性和总体可接受性，是消费者对羊肉整体喜好性的主要评价指标之一[22]。不同饲养方式炖煮滩羊肉的感官评价结果如表3所示，从表中可以看出，饲养方式对炖煮滩羊肉的各项感官评价指标及感官质量综合得分MQ4 均具有极显著的影响（P<0.001）。对嫩度和多汁性而言，舍饲组> 放牧+补饲组> 放牧组，其中舍饲炖煮滩羊肉显著高于放牧组（P<0.05）；对风味、总体喜好性和MQ4 评分而言，舍饲组和放牧+补饲组显著高于放牧组（P<0.05），舍饲组与放牧+补饲组差异不显著（P>0.05）。综合各项感官指标评分以及感官质量综合得分MQ4，得出放牧+补饲组与舍饲组炖煮滩羊肉感官品质优于放牧组，这可能是由于放牧滩羊不停奔跑寻找食物，运动强度大而促进肌原纤维的发育，使得肌肉纤维直径变粗，缔合更加牢固，进而导致嫩度较差；其次是盐池滩羊放牧草场主要是以荒漠草原和干草原为主，放牧滩羊摄食量不足，而运动量较大，使得肌内脂肪含量较低，进而影响嫩度和风味[6]，这与脂肪含量测定结果一致。

表3 不同饲养方式对炖煮滩羊肉感官品质的影响Table 3 Effects of different feeding patterns on sensory quality of stewed Tan lamb

2.3 电子鼻结果分析

2.3.1 电子鼻主成分分析和判别因子分析结果主成分分析是一种使用正交变换法将一组可能相关变量的观测值转换为一组线性不相关变量值的多元统计分析方法，通过电子鼻传感器对样品进行数据收集，将所获取的多指标信息进行转换与降维分析，得出贡献率最大和最主要的因子，利用PCA 空间分布图能够最大程度上反映样品间的差异，一般认为，在PCA 空间分布图中数值距离原点越远，则其贡献率越大，说明主成分能够更好地反映指标信息[8，23]。不同饲养方式炖煮滩羊肉电子鼻PCA 结果见图1，PC1 和PC2 贡献率分别为97.27%和1.14%，总贡献率为98.41%，表明PC1、PC2 提取了不同饲养方式炖煮滩羊肉挥发性化合物的主要特征，能够反映不同饲养方式炖煮滩羊肉风味物质的整体信息。3 种饲养方式炖煮滩羊肉响应值分布在不同区域，能够对样品进行较好地区分，沿着PC1 方向放牧组和放牧+补饲组距离较近，与舍饲组距离较远，且放牧组和放牧+补饲组存在部分重叠区域，表明放牧组和放牧+补饲组炖煮滩羊肉与舍饲组整体风味差异较大，而放牧组与放牧+补饲组风味较接近。

图1 不同饲养方式炖煮滩羊肉PCA 结果Fig.1 PCA results of stewed Tan lamb from different feeding patterns

为了进一步验证电子鼻数据结果，对不同饲养方式炖煮滩羊肉电子鼻结果进行判别因子（Discriminant Factor Analysis，DFA）分析，结果如图2所示，3 个不同饲养方式处理组分布在各自区域且不重叠，模型效果较好，因此可用于对不同饲养方式炖煮滩羊肉进行判别，舍饲组分布在DF1 负半轴，放牧组和放牧+补饲组分布在DF1 正半轴；这与PCA 结果一致，说明不同饲养方式炖煮滩羊肉的整体风味之间存在明显差异。

图2 不同饲养方式炖煮滩羊肉DFA 结果Fig.2 DFA results of stewed Tan lamb from different feeding patterns

2.3.2 电子鼻雷达指纹图谱结果 Heracles II 快速气相电子鼻系统具有2 根不同极性的色谱柱：MXT-5（弱极性）和MXT-1701（中等极性）[24]。气相电子鼻雷达指纹图能客观反映气味响应值的大小和个数，根据气相色谱峰面积和峰数量制作不同饲养方式炖煮滩羊肉雷达指纹图，结果如图3所示，不同饲养方式炖煮滩羊肉的雷达指纹图谱差异明显，表明饲养方式对炖煮滩羊肉风味影响较大。因此，Heracles II 气相电子鼻能够较好地区分不同饲养方式炖煮滩羊肉的风味。

图3 不同饲养方式炖煮滩羊肉的Heracles II 雷达指纹图谱Fig.3 Heracles II radar fingerprint of stewed Tan lamb from different feeding patterns

图4 不同饲养方式炖煮滩羊肉风味物质种类分布Fig.4 The distribution of flavor compounds of stewed Tan lamb from different feeding patterns

2.3.3 电子鼻风味物质定性定量分析结果采用Heracles Ⅱ快速气相电子鼻对不同饲养方式炖煮滩羊肉风味物质进行定性定量分析，如图4所示，放牧组、放牧+补饲组和舍饲组炖煮滩羊肉分别共检出37，37，36 种风味物质，主要由醇类、酯类、醛类、酮类、酸类和烃类化合物组成。不同饲养方式滩羊肉中检测到的挥发性化合物存在显著差异（P<0.05），其中醇类化合物分别为8，7，8 种，主要包括乙醇、1-辛烯-3-醇、辛醇等；醛类化合物分别为9，11，9 种，以饱和醛类为主，包括己醛、庚醛、辛醛和壬醛等；酮类化合物分别检出3，3，4种；放牧组无酸类化合物检出，放牧+补饲组和舍饲组各检出1 种，分别为己酸和庚酸，均为短链脂肪酸，其与羊肉的膻味有关[25]；烃类化合物分别检出8，8，7 种，具体结果详见表4。

风味是评价肉品质的关键指标之一，研究表明羊肉的风味物质主要包括支链脂肪酸、醛类、酮类及酚类化合物等，这些化合物大多是脂质氧化、氨基酸Strecker 降解和美拉德反应产物[26-28]。挥发性物质对总体风味的贡献由其在气味体系中的浓度和感觉阈值共同决定[18]，本研究中ROAV 分析结果表明共有11 种化合物的ROAV>1，说明这些物质对羊肉的整体风味具有显著影响，是炖煮滩羊肉关键风味物质。其中1-辛烯-3 醇、戊醛、庚醛、辛醛、癸醛、壬醛、己醛、己酸乙酯为放牧组炖煮滩羊肉的关键风味物质；1-辛烯-3 醇、戊醛、庚醛、辛醛、壬醛、己醛、2-庚烯醛为放牧+补饲组炖煮滩羊肉关键风味物质；1-辛烯-3 醇、十二醇、辛醛、癸醛、己醛、2-乙基-4-羟基-5-甲基-3-呋喃酮、β-蒎烯为舍饲组炖煮滩羊肉关键风味物质。与舍饲组滩羊相比，放牧羊可采食不同种类牧草，牧草中含有丰富不饱脂肪酸，造成关键风味物质的种类较放牧+补饲组和舍饲组滩羊丰富。

述描味风辣，辛芽，麦仁肉，烤蜜，蜂檬，柠花香，花香肉，烤香，花仁杏，苦果，水肪脂的萄葡橙//橘，柑香，花香仁香肪，脂香，花香仁杏，苦香，果肪脂的香肪，脂油桂、肉油橙/橘，柑香，花香香，果香肪，脂醋，香草，药香，酒橘，柑香菇，蘑瑰，玫香草，青香，果香香草，青香，果香薯，甘油果，水薯，甘油香，花杏味莉肪檬败肪杏草败香皮肪精香肪橘肪肪奶啡奶草量含对相及类种质物味风肉羊滩煮炖式方养饲同不4表Varieties and relative contents of flavor substances in stewed Tan lamb from different feeding patterns Table 4 ）（ROVA值度活味气对相/%量含对相值阈组饲舍组牧放+牧放-1·kg/μg组饲舍组牧放组饲+补牧放称名物合化组饲补苦0.01 8.24 5.00 12.00 a 10.06±0.76 b 7.36±1.23 b 5.70±0.98醛戊咸0.95 8.29 7.55 3.00 b 1.42±0.42 b 1.85±0.25 b 2.15±0.64醛庚茉2.97 8.87 7.67 0.70 a 1.04±0.23 b 0.42±0.09 b 0.51±0.05醛辛脂-13.98 7.37 1.00 ND a 1.04±0.30 b 0.70±0.09醛壬柠64.40 52.69-0.10 b 3.22±0.58 a 9.32±1.59 ND醛癸腐--1.21 13.00 ND ND a 1.50±0.13醛烯庚2-脂-0.32 0.29 10.00 ND a 0.24±0.09 a 0.28±0.04醛烯二癸，4-）-2，E（E苦-0.01-350.00 b 0.22±0.08 a 0.34±0.02 ND醛甲苯--0.36 70.00 ND ND 2.40±0.00醛三十青20.45 100.00 100.00 4.50 a 46.02±1.75 c 33.48±1.02 b 42.74±0.25醛己腐----ND ND 0.35±0.04醛烯二-2，4-庚式反果0.44--0.90 0.20±0.07 ND ND醛烯壬-2-式反桂0.01--750 b 0.08±0.01 ND a 0.43±0.07醛桂肉脂0.07 0.24 0.35 10.00 b 0.23±0.05 c 0.18±0.04 a 0.33±0.08醛烯二癸，4--2式反酒0.01--100 000.00 b 0.21±0.09 ND a 2.20±0.22醇乙果--0.01 400.00 ND ND 0.25±0.01醇戊----b 0.15±0.03 a 0.74±0.06 ND醇二丙----0.13±0.04 ND ND 醇二1，2-丁脂0.01 0.33 0.07 70.00 ND b 1.71±0.16 a 2.52±0.39醇庚3.26 0.02 0.01 150.00 c 0.18±0.01 b 0.23±0.01 a 0.71±0.00醇二十柑2.16 9.68 1.39 1.00 a 1.63±0.05 b 0.72±0.00 b 0.68±0.01醇-3-烯辛1-脂-0.14-18.00 ND b 0.19±0.01 a 1.22±0.01醇辛3-脂-0.16-71.50 ND a 0.84±0.03 a 0.77±0.23醇辛2-0.01-38 000.00 0.22±0.07 ND ND醇苄基氧甲4-----0.10±0.02 ND ND 醇一3-十----b 0.30±0.06 ND a 0.71±0.01醇三十甜----a 1.62±0.24 ND b 0.70±0.00酮二辛，3-2----c 0.54±0.06 a 2.63±0.15 b 0.70±0.03酮-3-烯二，5-1咖100.00 0.78-20.00 ND 1.16±0.02 ND酮喃呋-3-基甲-5-基羟-4-基乙2-甜a 1.55±0.28 a 1.84±0.27 a 1.97±0.55酮庚2-青---0.007 0.35±0.07 ND ND酮兰罗紫β-别类）（14类醛）（12类醇）（5类酮

述描味风果，糖仁杏，苦香，果香，果香焙烘料香香果精香香果香花香果草青）（ROVA组饲舍----0.06 0.42 0.04---------------0.01-----值度活味气对相+牧放组牧放组饲补----------5.11 0.02 0.03--0.02------------------------2.76 0.57--0.31 0.02----------0.01。于小值/%量含对相值阈-1·kg/μg组饲舍组牧放-0.15±0.00 ND 3 000.00 ND ND-ND 1.55±0.25-ND ND 2.00 0.06±0.01 ND 1.00 ND 0.35±0.16 320.00 a 0.64±0.06 a 0.70±0.03 364.00 ND ND-a 0.21±0.01 a 0.38±0.02-ND ND-ND 1.22±0.02-0.20±0.01 ND-ND 2.09±0.03-1.90±0.21 ND-b 1.08±0.17 ND-ND a 5.29±0.17-a 0.75±0.19 b 0.07±0.02-ND 1.65±0.18-a 1.62±0.21 b 0.61±0.33-ND a 1.18±0.50 6.00 ND a 1.23±0.15-a 0.92±0.09 ND 670.00 b 0.10±0.00 a 1.54±0.59-b 0.09±0.01 a 0.23±0.01-ND ND-c 0.23±0.02 a 1.49±0.10-b 0.10±0.01 a 0.64±0.13-c 0.05±0.01 b 0.17±0.05数其示；“0.00”表果结出算计法无或到询查未示组饲补+牧放ND 3.07±0.15 ND 1.09±0.10 ND ND a 0.66±0.00 3.18±0.00 ND 2.49±0.36 ND ND ND ND a 4.89±0.18 b 0.6±0.07 ND ND b 0.77±0.11 b 0.44±0.06 a 1.68±0.23 b 0.34±0.15 a 1.21±0.15 ND 0.35±0.26 b 1.23±0.02 b 0.13±0.00 a 1.29±0.02；“-”表到测检未示）4表（续称名物合化别类酸庚）（2类酸酸己酯甲酸乙）（11类酯酯甲酸豆巴酯戊异酸乙酯乙酸己酯醇叶酸乙酯苄酸乙酯己酸己酯甲酸桂月酯己酸辛酯十酸丁酯丙酸桂肉烷丁基甲2-）（12类烃烷戊基甲2-烷己正烷己基甲3-烷壬烯二癸，9-1烷癸烯蒎β-烯壬-4-基甲5-烯桂月烯四十-7-反烷戊环基己苯基甲三，4-，2 1）（3它其苯基甲三1.3.5-苯基丁叔（P<0.05）；“ND”表著显异差示表母字写小同不行一：同注

醛类化合物大多源于脂质氧化过程中烷过氧自由基分解的产物，也有少部分由美拉德反应产生，是肉制品挥发性风味物质的主要成分，具有油脂和水果香味[29]。3 种饲养方式炖煮滩羊肉的关键风味物质中均检测到辛醛和己醛，这与沙坤等[30]研究不同饲养方式哈萨克风干牛肉风味物质的结果一致。1-辛烯-3-醇属于不饱和脂肪醇类，具有蘑菇、柑橘和玫瑰气味，主要是由亚油酸或其它多不饱和脂肪酸自动氧化形成，其阈值较低，是3 种饲养方式炖煮滩羊肉共有的关键风味物质[31]，其中己酸乙酯、β-蒎烯、2-庚烯醛、2-乙基-4-羟基-5-甲基-3-呋喃酮是3 种饲养方式炖煮滩羊肉的差异关键风味物质。己酸乙酯是放牧组滩羊肉特有的关键风味物质，属于酯类化合物，酯类物质主要是酸类和醇类化合物的酯化反应产物，能赋予食品果味和甜味[32]。2-乙基-4-羟基-5-甲基-3-呋喃酮阈值较低，相对气味活性值ROVA=100.00，是舍饲组炖煮滩羊肉的关键风味物质，其主要来源于脂肪氧化降解，也可能是由美拉德反应产生[33]。综上，利用Heracles Ⅱ快速气相电子鼻能够对不同饲养方式炖煮羊肉风味进行快速鉴别。