滩羊不同部位肌肉脂肪酸分析及特征风味指纹图谱的构建

王 芳，杨晓玲，席 斌，王宏博，李维红，陈 潘，何晓娜，高雅琴,

（1.中国农业科学院兰州畜牧与兽药研究所，甘肃 兰州 730050；2.农业农村部畜产品质量安全风险评估实验室，甘肃 兰州 730050）

滩羊主要生长于宁夏、甘肃、陕西和内蒙古等地，是西北地区的一个独特绵羊品种，滩羊产业的发展促进了农业增效、农民增收和贫困地区经济发展，已成为西北地区农业和农村经济的支柱产业[1]。滩羊以肉质鲜美、不膻不腻深受广大消费者的喜爱[2]，但长期以来只是一种感觉印象描述，缺乏对滩羊肉风味物质的评定。风味是肉制品的主要质量特征，比味道、质地更能代表和区别肉制品。影响羊肉风味的物质主要来源于肉中脂肪酸及其降解产物，如醛、酮、醇和酯等挥发性风味化合物[3]。

通过有效的质量控制模式和信息处理技术对食品挥发性风味物质进行检测鉴定，可以得到其特征指纹图谱[4]。随着样品前处理技术和检测分析技术的发展，食品指纹图谱的表现形式越来越多样化，在肉制品[5]、植物油[6]和果蔬[7]等食品的质量控制和产品识别以及环境分析[3]、医学诊断[4]和药物分析[5]等领域广泛应用。目前，食品特征风味物质指纹图谱的构建方法主要包括色谱法、光谱法、电子鼻、电子舌和气相色谱-嗅味计等技术[8]。其中，气相色谱-离子迁移色谱（gas chromatography-ion mobility spectroscopy，GC-IMS）技术是近年来发展起来的一种检测技术，因其检测快速、灵敏高、可靠性高、便携、成本低廉及样品无需前处理等优点，已在食品的新鲜度[9]、掺假鉴定[10]、非法添加物识别[11]和有毒化学品分析[12]等方面应用，但在羊肉特征风味物质鉴别及指纹图谱构建方面的报道鲜少。

本实验将以甘肃省靖远县滩羊肉为研究对象，对滩羊肉不同部位的挥发性风味物质的组成进行分析比较，构建特征风味指纹图谱，同时分析滩羊肉中的脂肪酸，及其对风味产生的影响，旨在为滩羊肉风味产生机理的研究提供理论依据，为改善羊肉品质提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

从甘肃省靖远县九牧源生态发展有限公司选取相同舍饲条件下6 月龄健康无病的滩羊6 只，均为公羊，以饲草料为主（玉米秸秆、白菜等，并补充玉米精料及育肥饲料）。宰前禁食24 h，禁水2 h，宰后分别采集背最长肌、股二头肌和臂三头肌100 g，将样品均质为肉糜，50 g左右装入洁净密封袋中，放入－18 ℃冰箱冷冻保藏，进行脂肪酸检测；剩余部分装入离心管放入－80 ℃冰箱冷冻保存，进行挥发性风味物质的检测。

1.2 仪器与设备

Mixer B-400型均质仪 瑞士Büchi公司；7890A型气相色谱仪 美国Agilent公司；Flavour Spec GC-IMS仪德国G.A.S公司。

1.3 方法

1.3.1 脂肪酸成分的测定

参照GB 5009.168—2016《食品中脂肪酸的测定》[13]，采用内标法。

1.3.2 挥发性风味物质指纹图谱构建

实验前将样品在4 ℃冰箱中解冻。准确称取3.0 g的肉类样品，放入装有磁螺杆密封盖的20 mL顶空瓶中。每份样本3 个重复，用于GC-IMS分析。

1.3.2.1 GC-IMS条件

顶空孵化80 ℃、15 min；孵化转速500 r/min；顶空进样针温度85 ℃；进样量1 mL，不分流模式；IMS温度保持在45 ℃。漂移气流量设定为固定流量150 mL/min，使用纯度为99.999%的氮气为载气。色谱运行时间21 min，设置程序气相色谱柱流速2 mL/min，保持2 min，在10 min内线性增至20.00 mL/min，在5 min内线性增至100.00 mL/min，然后保持10 min，停止流动。

综上所述，颈动脉超声作为一种常用的检查方式，在颈动脉狭窄和脑卒中高危人群的筛查中都有着重要的作用；颈动脉狭窄与年龄、冠心病、下肢静脉疾病存在相关性，使用颈动脉超声针对＞60岁、冠心病和下肢静脉疾病患者进行颈动脉狭窄和脑卒中的重点筛查，能尽早发现无症状脑卒中患者，便于颈动脉狭窄和脑卒中的早发现和早治疗。

1.3.2.2 检测方法

将顶空进样瓶中的样品进行孵化，使用加热的进样针抽取瓶内的顶空组分，通过Flavour Spec GC-IMS仪分析挥发性组分。

1.4 数据处理

挥发性风味物质采用设备自带的Laboratory Analytical Viewer（LAV）分析软件，GC-IMS Library Search软件内置的NIST数据库和IMS数据库对特征风味物质进行定性分析，Reporter和Gallery插件程序构建挥发性有机物的差异图谱和指纹图谱；Dynamic PCA plug-ins插件程序进行PCA处理。脂肪酸检测结果，采用SPSS 20.0软件进行统计分析，采用单因素方差分析进行差异显著性检验，P＜0.05，差异显著。

2 结果与分析

2.1 不同部位羊肉的挥发性成分组成与分析

2.1.1 不同部位羊肉的挥发性成分鉴定

采用GC-IMS测定不同部位羊肉的挥发性成分。样品在柱内电离，然后使用基于保留时间和漂移时间的离子迁移系统进行鉴定。羊肉挥发性成分的定性分析如图1所示。从GC×IMS库（图1和表1）中共鉴定出67 个峰，44 个组分，包括醛类15种、醇类11种、酮类9种、酯类6种、噻唑类2种和呋喃类1种。表1列出了所鉴定的组分，包括化合物名称、CAS号、分子式、保留指数、保留时间和漂移时间。此外，其他有信号但无法确定的物质未列入表格。当穿过漂移区时，由于所分析离子与中性分子（如二聚体和三聚体）之间形成加合物，单个化合物可观察到多个信号[14]。己醛、异戊醛、1-戊醇、1-辛烯-3-醇、2-戊酮、1-辛烯-3-酮和苯甲酸甲酯等23 个化合物由于其二聚体的存在而出现双峰。

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

表1 不同部位滩羊肉特征风味物质定性分析信息Table 1 Qualitative information of characteristic flavor compounds in lamb samples from different anatomical locations

续表1

2.1.2 不同部位滩羊肉挥发性成分的地形图差异分析

采用GC-IMS分析不同部位滩羊肉的挥发性化合物的差异。采用地形图可以直观地观察和比较不同部位滩羊肉的挥发性风味物质的组成差异。从图2可以看出，不同部位滩羊肉的挥发性成分非常相似，但信号强度略有不同。即股二头肌中挥发性化合物的含量相对较低，背最长肌中挥发性化合物种类比较多且含量高。

图2 滩羊肉不同部位的三维地形图Fig.2 3D-topographic plots of lamb samples from different anatomical locations

与俯视图比较三维地形图粗略，因此使用二维地形图对不同部位滩羊肉进行比较。如图3所示，不同部位滩羊肉样品的GC-IMS二维地形图的俯视图，并对离子迁移时间和反应离子峰位置进行归一化处理。红色垂直线表示反应离子峰（reaction ion peak，RIP），RIP右边的每个点代表样品中不同挥发性化合物，信号基本出现在保留时间100～500 s和漂移时间1.0～2.0 ms的区域。选取滩羊肉臂三头肌样品的二维地形图为参考，并从参考中推导出其他两个部位样品的光谱图。如果挥发性化合物成分一致，扣除的背景为白色，红色表示挥发性化合物浓度高于参照物，蓝色表示挥发性化合物浓度低于参照物。从不同部位滩羊肉样品的二维地形图上可以看出，某些化合物的信号强度在背最长肌样品中较高，一些化合物的浓度在股二头肌中较低。

图3 不同部位滩羊肉的二维地形图Fig.3 2D-topographic plots of lamb samples from different anatomical locations

2.1.3 不同部位滩羊肉特征风味物质指纹图谱分析

地形图直观地显示出不同部位滩羊肉挥发性成分的趋势，但很难对地形图上的致密物质做出准确判断。指纹图谱是解决这个问题的一个很好的方法，根据地形图的峰值信号，形成了滩羊肉的指纹图谱（图4）。在指纹图谱中，每行代表一个样品的整个信号峰，每列代表不同样品中相同的挥发性化合物。颜色代表挥发性化合物的含量，颜色越亮，含量越高。指纹图谱中有两个同名化合物是单体和二聚体，这是由于一些单一化合物的浓度不同，可能会产生不止一个信号或斑点[15]。未经鉴定的物质用指纹图谱上的数字表示。

如图4所示，A、B、C区域分别为滩羊肉臂三头肌、股二头肌和背最长肌的特征峰区域。这些特征区域的信号峰强度在所选部位中较高，而在其他2 个部位中较弱。A区为臂三头肌的特征风味物质区域，主要特征物质包括丙酸丁酯、2-己酮、异丁醇、乙醇。B区为股二头肌的特征风味物质区域，主要特征物质包括丙酮、2-戊酮、4-甲基-2-戊酮、丁醛、叶醇、乳酸乙酯、乙酸乙酯。C区为背最长肌的特征风味物质区域，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、甲基庚烯酮等大量风味物质。同时，苯甲酸甲酯、2-甲基-1-丁醇、己醛、3-羟基-2-丁酮、2-丁酮、异戊醛和庚醛等化合物在3 个部位中含量相当。

图4 不同部位滩羊肉特征风味指纹图谱Fig.4 Fingerprints of characteristic flavor compounds in lamb samples from different anatomical locations generated by gallery plot

在滩羊肉中，醛类化合物占优势，这一结果与罗玉龙等[16]的结果一致。醛类物质是肉品主要的风味物质，大多数醛类物质的风味阈值较低，在低浓度时具有特征脂肪香气，但是当浓度高于某一临界值时，却会产生类似腐臭、酸败或其他异味。醛类化合物在背最长肌中含量较高，且种类较多。在3 个部位羊肉中均检测到了由苯丙氨酸通过Strecker途径降解形成的苯乙醛，具有蜂蜜甜味，气味阈值较低[17]。庚醛具有坚果味和水果青香；壬醛具有强烈的脂肪味；己醛有苹果香味、叶子香味和清香的青草味，这些直链醛是形成肉类风味的基础物质[18]。其中，庚醛、己醛和壬醛在背最长肌和臂三头肌中的含量均比在股二头肌中含量高，这可能与肌肉组织结构不同有关[16]。

醇类化合物是滩羊肉样品中第2类挥发性成分。直链脂肪醇可通过脂质氧化生成，大多数支链醇已被鉴定为由相应支链醛形成的微生物降解产物[19]。与肉制品中的醛类相比，醇类化合物具有较高的气味阈值，对羊肉风味的影响较小。醇类化合物中1-辛烯-3-醇、戊醇、己醇在羊肉的气味中有加和作用。1-辛烯-3-醇阈值高，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]，对羊肉风味的形成有一定作用。1-辛烯-3-醇和戊醇在股二头肌中的含量较低，这可能与羊肉脂肪酸、氨基酸等前体物质的组成有关[22]。

脂肪氧化的另一主要产物是酮类，酮类化合物通常与奶油味、水果味和熟的风味特征有关[23]，对羊肉的香气也很重要。酮类化合物相对含量和阈值都不如其同分异构的醛类化合物理想，对风味的贡献小于醛类[24]。本研究中检测到的酮类主要包括丙酮、2-丁酮、2-戊酮、3-羟基-2-丁酮。3-羟基-2-丁酮是双乙酰的前体，而双乙酰又可能是乳酸2-乙酯脱羧的副产物[25]，其在滩羊肉中3 个部位中含量均较高。

酯类化合物由肌肉组织中脂质氧化所产生的游离脂肪酸和醇之间的相互作用所产生[26]。丙酸丁酯和丁酸丁酯在臂三头肌中含量较高，乙酸乙酯在股二头肌中含量较高。这些短链的酯类化合物产生甜味和果味，另外，酯类能够提升其他风味化合物的气味，可能使滩羊的风味加强[27]。

2.1.4 不同部位滩羊肉特征风味物质主成分分析（principal component analysis，PCA）

PCA是一种多元统计分析方法，它利用多元线性变换选择几个显著变量，通常用于分析观测变量之间的关系[28]。一般情况下，当累计贡献率达到60%时，选择PCA模型作为分离模型[29]。PCA可以分析干腌鱼在贮藏过程中挥发性物质的变化[30]。此外，PCA可以对白葡萄酒进行分类[31]。通常利用信号强度建立PCA，以突出挥发性化合物的差异。滩羊肉中臂三头肌、股二头肌和背最长肌样本挥发性化合物的PCA如图5所示，PC1和PC2的贡献率之和达到了90%，在分布图上可以很好地区分。结果表明，利用GC-IMS技术成功地建立了不同部位羊肉样品的特征挥发物指纹图谱。

2.2 不同部位滩羊肉脂肪酸的组成与分析

由表2可知，滩羊肉中共检测到28种脂肪酸，3 个部位脂肪酸组成规律一致，即∑饱和脂肪酸（saturated fatty acid，SFA）＞∑单不饱和脂肪酸（monounsaturated fatty acid，MUFA）＞∑多不饱和脂肪酸（polyunsaturated fatty acids，PUFA）。SFA有11种，其中棕榈酸和硬脂酸含量较高。MUFA含量约占40%，其中油酸含量最高。PUFA有9种，以亚油酸和花生四烯酸为主。

棕榈酸和硬脂酸在SFA中的占比最高，臂三头肌中的硬脂酸含量显著高于背最长肌和股二头肌（P＜0.05），棕榈酸含量在3 个部位中无显著性差异（P＞0.05）。这2种脂肪酸可能参与羊体内脂肪酸代谢，形成与羊肉膻味相关的物质[32]。MUFA对降低胆固醇、预防冠心病具有重要意义[33]，且在肉的多汁性和口感方面起重要作用。3 个部位中MUFA均以油酸含量最高，背最长肌中油酸含量显著高于股二头肌和臂三头肌（P＜0.05），这与郭俊涛等[34]检测大足黑山羊中油酸的结果一致。几乎所有的植物油和动物脂肪中都含有油酸，其对肉品风味的改善具有一定作用[35]。PUFA在3 个部位中的含量均较低，背最长肌中PUFA含量显著高于臂三头肌（P＜0.05），这与苗彦芳[36]检测到内蒙古白绒山羊股二头肌中PUFA含量最高的结果不一致，可能与羊肉品种有关[37]。亚麻酸和α-亚麻酸为必需脂肪酸，必须通过饮食获得，在体内可进一步合成为DHA、EPA和AA[35]。

PUFA与SFA比值是一个重要指标，通常比值为0.4或更高时，肉具有较高的营养价值[38]。由表2可知，3 个部位中PUFA/SFA均小于推荐值。饮食中n-3 PUFA和n-6 PUFA之间的平衡也十分重要[39]，背最长肌、股二头肌和臂三头肌中n-6/n-3比值分别为2.97、3.11、3.86，均小于4。这表明3 个部位中两组脂肪酸之间的平衡良好，反映了滩羊肉对健康和预防慢性疾病的积极作用。

2.3 脂肪酸对挥发性风味物质的影响

羊肉脂肪酸对其风味有重要影响，其中游离脂肪酸作为风味前体物和风味化合物在羊肉的风味中有极其重要的作用[40]。肉类的挥发性风味物质是风味前体物质如蛋白质、糖类、脂肪、氨基酸等相互反应和降解生成的，其中大部分来自脂类氧化，其产物对肉类风味十分重要[41]。从表2可知，滩羊肉中挥发性风味物质主要为脂肪降解产物，如醛类、醇类和酮类。罗玉龙等[42]以苏尼特羊肌肉为研究对象，检测出醛类、醇类、酮类、酸类、烃类和其他化合物，同时还对肌内脂肪酸进行研究，表明肌内不饱和脂肪酸的含量对风味产生起重要作用，与本实验研究结论一致。从而合理解释了主要产自于脂肪氧化的醛、酮、醇、酸类风味化合物在滩羊肌肉中产生的原因。

与SFA相比，PUFA含有更多双键，更容易发生氧化产生肉味，其氧化产物对风味物质的构成非常重要。本研究中亚油酸在背最长肌中的含量高于臂三头肌和股二头肌，这可能与背最长肌中醛类化合物种类多、含量高有关。己醛来自n-6 PUFA，既可来源于游离的亚油酸也可来源于酯化的亚油酸[43]。而背最长肌中庚醛、壬醛的含量高，是因其油酸、花生四烯酸含量高且氧化产生庚醛、壬醛等，这与本实验的结果一致。醛类化合物是不饱和脂肪酸降解的主要产物，对肉品风味形成起主要作用。同时，酮类和醇类在滩羊肉中产生，主要原因是脂肪酸发生氧化降解反应生成相应的酮类和醇类等挥发性化合物[44]。

3 结 论

采用GC-IMS分析技术对滩羊肉3 个部位挥发性风味物质进行分析，共检测到挥发性物质44种，主要包括醛类、醇类、酮类和酯类等化合物，其中醛类、醇类、酮类挥发性化合物种类较多，而酯类、噻唑和呋喃的种类较少；构建了滩羊不同部位肉特征风味指纹图谱，各部位羊肉具有其独特的特征风味、特征峰。从PCA结果看出，背最长肌、股二头肌和臂三头肌3 个部位羊肉样本特征风味物质具有显著区别。指纹图谱的构建可为滩羊不同部位肉品质评价、劣质肉掺假鉴别提供一种基于GC-IMS技术的检测分析方法。

从不同部位脂肪酸含量分析发现，滩羊中背最长肌MUFA的含量高于股二头肌、臂三头肌，滩羊肉中UFA含量丰富，油酸为含量最高的不饱和脂肪酸，其次为亚油酸和花生四烯酸。脂肪酸具有重要的营养价值，同时对肉中风味的产生有重要作用。最终，通过获取不同部位羊肉样本脂肪酸含量及脂肪氧化产生的挥发性有机化合物，建立了滩羊肉挥发性风味物质指纹图谱，以为后续相关产品的开发提供参考。

目前无论是IMS还是其联用技术，都难以做到对大量未知化合物的鉴定，同时定量复杂。因此，后期主要工作中，一方面是根据用户需求建立数据库，尽可能地完善数据库信息并进行识别，另一方面将三维分析方法推广应用到其他类似联用分析仪器中，开发易操作的IMS联用仪器及数据处理软件，拓展了GC-IMS分析技术在食品领域的应用，具有一定实用价值。