基于氣相色譜-離子遷移譜技術(shù)鑒定內(nèi)蒙古地區(qū)3 個(gè)品種羊肉揮發(fā)性代謝物

劉志紅　趙存　謝遇春　蘇馨　郭俊濤　代東亮　秦箐　張崇妍　蘭茗熙　蔡婷　永泉　王志新　李金泉

摘 要：分別選擇放牧條件下6 只6 月齡體質(zhì)量相近的烏珠穆沁羊、蘇尼特羊和阿爾巴斯白絨山羊背最長肌為實(shí)驗(yàn)材料，采用氣相色譜-離子遷移譜聯(lián)用技術(shù)對(duì)3 個(gè)品種羊肉中的揮發(fā)性風(fēng)味代謝物進(jìn)行定性及定量測(cè)定，并對(duì)圖譜差異進(jìn)行分析，獲得3 個(gè)品種羊肉的揮發(fā)性代謝物差異。運(yùn)用主成分分析和偏最小二乘判別分析篩選烏珠穆沁羊肉與蘇尼特羊肉、阿爾巴斯白絨山羊肉的差異揮發(fā)性代謝物。結(jié)果表明：在3 種羊肉中共檢測(cè)到52 種揮發(fā)性風(fēng)味代謝物，其中篩選并定性出烏珠穆沁羊肉與蘇尼特羊肉差異代謝物7 種，分別為乙酸乙酯、丙酮、乙醇、2-丁酮、丁醛、壬醛和苯甲醛;烏珠穆沁羊肉與阿爾巴斯白絨山羊肉差異代謝物7 種，分別為丙酮、乙酸乙酯、2-丁酮、乙醇、苯甲醛、2-戊酮和3-羥基-2-丁酮;蘇尼特羊肉與阿爾巴斯白絨山羊肉差異代謝物10 種，分別為丙酮、乙醇、2-丁酮、壬醛、乙酸乙酯、異戊醛、3-羥基-2-丁酮、2-戊酮、苯甲醛和辛醛。

關(guān)鍵詞：氣相色譜-離子遷移譜;烏珠穆沁羊;蘇尼特羊;阿爾巴斯白絨山羊;揮發(fā)性代謝物

Identification of Volatile Metabolites of Lame Meat from Three Ovine and Caprine Breeds in Inner Mongolia by

Gas Chromatography-Ion Mobility Spectrometry

LIU Zhihong1， ZHAO Cun1， XIE Yuchun1， SU Xin1， GUO Juntao1， DAI Dongliang1， QIN Qing1，

ZHANG Chongyan1， LAN Mingxi1， CAI Ting2， YONG Quan3， WANG Zhixin1， LI Jinquan1

（1.Engineering Research Center for Goat Genetics and Breeding， Inner Mongolia Autonomous Region， Key Laboratory of Mutton Sheep Genetics and Breeding， Ministry of Agriculture and Rural Affairs， Key Laboratory of Animal Genetics， Breeding and Reproduction， Inner Mongolia Autonomous Region， College of Animal Science， Inner Mongolia Agricultural University， Hohhot 010018， China; 2.Agricultural and Animal Husbandry Technology Extension Center of Inner Mongolia Autonomous Region， Hohhot 010010， China; 3.Animal Disease Prevention and Control Center of East Ujimqin Banner， Xilingol 026000， China ）

Abstract： In this study， six grazing Ujimqin sheep， six grazing Sunit sheep and six grazing Albas white cashmere goats with similar body mass were selected and slaughtered at six months of age to collect Longissimus dorsi muscles. The volatile flavor metabolites in the meat samples were determined qualitatively and quantitatively by gas chromatography-ion mobility spectrometry （GC-IMS）， and differential volatile metabolites between the three breeds were identified by principal component analysis （PCA） and partial least square discriminant analysis （PLS-DA）. The results showed that 52 volatile flavor metabolites were detected in all samples， among which seven differential metabolites between Ujimqin and Sunit sheep meat were identified， namely ethyl acetate， acetone， ethanol， 2-butanone， butyraldehyde， nonanal and benzaldehyde; seven differential metabolites between Ujimqin sheep and Albas white cashmere goat meat， namely acetone， ethyl acetate， 2-butanone， ethanol， benzaldehyde， 2-pentanone and 3-hydroxy-2-butanone; and ten differential metabolites between Sunit sheep and Albas white cashmere goat meat， namely acetone， ethanol， 2-butanone， nonanal， ethyl acetate， isovaleraldehyde， 3-hydroxy-2-butanone， 2-pentanone， benzaldehyde and octanal.

Keywords： gas chromatography-ion mobility spectrometry; Ujimqin sheep; Sunite sheep; Arbas white cashmere goats; volatile metabolites

DOI：10.7506/rlyj1001-8123-20210524-149

中圖分類號(hào)：S826.8? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1001-8123（2021）11-0024-07

引文格式：

劉志紅， 趙存， 謝遇春， 等. 基于氣相色譜-離子遷移譜技術(shù)鑒定內(nèi)蒙古地區(qū)3 個(gè)品種羊肉揮發(fā)性代謝物[J]. 肉類研究， 2021， 35（11）： 24-30. DOI：10.7506/rlyj1001-8123-20210524-149.? ? http：//www.rlyj.net.cn

LIU Zhihong， ZHAO Cun， XIE Yuchun， et al. Identification of volatile metabolites of lame meat from three ovine and caprine breeds in Inner Mongolia by gas chromatography-ion mobility spectrometry[J]. Meat Research， 2021， 35（11）： 24-30. DOI：10.7506/rlyj1001-8123-20210524-149.? ? http：//www.rlyj.net.cn

羊肉富含人體所需的氨基酸、脂肪酸和礦物質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)，并且味美、鮮嫩多汁，具有健脾胃、補(bǔ)血等重要作用，是深受大眾喜愛的肉類之一[1]。風(fēng)味品質(zhì)對(duì)羊肉的消費(fèi)有著極為重要的影響，肉的香氣和滋味對(duì)消費(fèi)者的購買決策起著決定性作用[2-3]。香味是肉在加熱過程中肉的風(fēng)味前體物質(zhì)發(fā)生分解、氧化、還原等化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生的各種能刺激嗅覺感受器的揮發(fā)性物質(zhì)，包括醛、醇、酮、酯等簡單物質(zhì)和噻吩、呋喃等含硫、氮的復(fù)雜化合物;滋味物質(zhì)主要由氨基酸、核苷酸、糖類和有機(jī)酸類等組成，鮮味是肉中主要的特征滋味，鮮味物質(zhì)以谷氨酸鈉和肌苷酸為代表[4-5]。動(dòng)物的品種、性別、部位、去勢(shì)、年齡、飲食、老化和烹飪等都會(huì)影響肉類的風(fēng)味[6-10]。

羊肉的風(fēng)味可以通過主觀與客觀的方法來分析評(píng)價(jià)，隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，越來越多的客觀分析方法和手段出現(xiàn)、儀器分析已經(jīng)成為主要的客觀分析方法。

黃彩燕等[11]基于Heracles Ⅱ快速氣相電子鼻鑒別不同飼養(yǎng)方式下灘羊肉的風(fēng)味差異。張愛萍等[12]采用頂空固相微萃取結(jié)合氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）技術(shù)對(duì)甘肅細(xì)毛羊肉揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行研究。尤麗琴等[13]采用超高效液相色譜-質(zhì)譜法研究不同成熟灘羊肉中風(fēng)味特征代謝物。這些多種檢測(cè)技術(shù)聯(lián)用的方法大大提高了對(duì)風(fēng)味化合物的檢測(cè)效率。GC-離子遷移譜（GC-ion mobility spectrometry，GC-IMS）方法是GC和IMS 2 種檢測(cè)技術(shù)的聯(lián)用，是用于揮發(fā)性有機(jī)化合物分離和靈敏檢測(cè)的強(qiáng)大技術(shù)，具有響應(yīng)速度快、靈敏度高、操作簡便等特點(diǎn)[14-15]。近年來，在食品領(lǐng)域中已經(jīng)推廣應(yīng)用于產(chǎn)地溯源、品種區(qū)分、質(zhì)量等級(jí)、摻偽鑒別、風(fēng)味變化等方面[16-18]。Wang Fang等[19]

研究表明，采用GC-IMS和主成分分析（principal component analysis，PCA）可以鑒定不同年齡靖遠(yuǎn)羔羊肉中的揮發(fā)性成分，并建立風(fēng)味指紋。祁興普等[20]利用GC-IMS技術(shù)結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)方法實(shí)現(xiàn)了豬肉、牛肉、雞肉和羊肉食用肉種類的快速判別分析。苑昱東等[21]

采用無監(jiān)督的PCA、有監(jiān)督的偏最小二乘判別分析（partial least squares discriminant analysis，PLS-DA）區(qū)分寧夏灘羊肉不同貯藏期脂肪代謝特性的總體差異，并找到組間的差異代謝物。

烏珠穆沁羊、蘇尼特羊和阿爾巴斯白絨山羊均屬于我國優(yōu)良的地方品種，多以天然草場(chǎng)放牧為主[22-24]。鑒于目前對(duì)這幾種優(yōu)質(zhì)羊肉風(fēng)味物質(zhì)的分析與對(duì)比研究相對(duì)不足，本研究基于GC-IMS技術(shù)分析烏珠穆沁羊、蘇尼特羊和阿爾巴斯白絨山羊3 個(gè)品種羊肉揮發(fā)性代謝物，結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)方法，在PCA模型對(duì)不同品種羊肉進(jìn)行區(qū)別的基礎(chǔ)上，采用PLS-DA篩選出不同品種間差異物質(zhì)，將其中定性出的物質(zhì)作為不同品種間潛在的差異代謝物。

1 材料與方法

1.1 材料

烏珠穆沁羊肉、蘇尼特羊肉和阿爾巴斯白絨山羊肉分別取樣于錫林郭勒盟東烏珠穆沁旗、內(nèi)蒙古蘇尼特右旗和內(nèi)蒙古鄂爾多斯，分別選取體質(zhì)量相近的6 只6 月齡羊背最長肌樣本，放入凍存管中，迅速放入液氮，再置于-80 ℃保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2 儀器與設(shè)備

FlavourSpec?食品風(fēng)味分析與質(zhì)量控制系統(tǒng)（配備CTC CombiPAL自動(dòng)頂空進(jìn)樣裝置、分析軟件包括VOCal和Reporter、Gallery Plot 2 款插件） 德國G.A.S公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品制備

取2 g樣品置于20 mL頂空瓶中，80 ℃孵育15 min后進(jìn)樣，每份樣本3 個(gè)重復(fù)，用于GC-IMS分析。

1.3.2 GC-IMS檢測(cè)條件

GC-IMS檢測(cè)主要參數(shù)：色譜柱類型：MXT-5（15 m×0.53 mm，1 μm），分析時(shí)間20 min，柱溫60 ℃，載氣/漂移氣：N2，IMS溫度45 ℃，進(jìn)樣量500 μL，孵育時(shí)間15 min，孵育溫度80 ℃，進(jìn)樣針溫度85 ℃，孵育轉(zhuǎn)速500 r/min。0～2 min：漂移氣流速150 mL/min，載氣流速2 mL/min;2～20 min：漂移氣流速150 mL/min，載氣流速100 mL/min。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用GC-IMS儀器配套的分析軟件（包括VOCal和Reporter、Gallery Plot 2 款插件）進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。VOCal用于分析譜圖和數(shù)據(jù)的定性、定量，應(yīng)用軟件內(nèi)置的NIST數(shù)據(jù)庫和IMS數(shù)據(jù)庫可對(duì)物質(zhì)進(jìn)行定性分析;Reporter直接對(duì)比樣品譜圖之間的差異;Gallery Plot指紋圖譜對(duì)比，直觀且定量比較不同樣品之間的揮發(fā)性有機(jī)物差異。使用Simca 13.0軟件進(jìn)行PCA、PLS-DA。

2 結(jié)果與分析

2.1 3 種不同品種羊肉的揮發(fā)性物質(zhì)組成與鑒定

橫坐標(biāo)1.0處紅色豎線為反應(yīng)離子峰（reactive ion peak，RIP），經(jīng)歸一化處理，RIP兩側(cè)的每一個(gè)點(diǎn)代表一種揮發(fā)性有機(jī)物，顏色代表物質(zhì)含量，白色表示含量較低，紅色表示含量較高，顏色越深表示含量越高;編號(hào)為定性順序，與表1一一對(duì)應(yīng)。

由圖1和表1可知，3 種不同品種羊肉中共檢測(cè)到58 種揮發(fā)性物質(zhì)，對(duì)58 個(gè)信號(hào)峰進(jìn)行定性分析，其中52 個(gè)信號(hào)峰被定性，有些信號(hào)峰被定性為同一物質(zhì)的單體和二聚體，因此最終定性出的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)共40 種，包括15 種醛類、6 種醇類、6 種酯類、8 種酮類、3 種烴類、1 種醚類和1 種呋喃類。

2.2 3 種不同品種羊肉的揮發(fā)性成分GC-IMS譜圖對(duì)比分析

以烏珠穆沁羊肉GC-IMS譜圖為參比，其余譜圖扣除烏珠穆沁羊肉GC-IMS譜圖中的信號(hào)峰，得到二者的差異譜圖，可以直觀觀察和比較不同品種羊肉的揮發(fā)性物質(zhì)組成差異。由圖2可知，藍(lán)色區(qū)域（X）說明物質(zhì)含量在此樣品中較烏珠穆沁羊肉中低，紅色區(qū)域（Y）說明物質(zhì)含量在此樣品中較烏珠穆沁羊肉中高。同樣，顏色越深，說明差異越大?？梢钥闯?，部分化合物含量在蘇尼特羊和阿爾巴斯白絨山羊肉中較高，部分化合物含量在烏珠穆沁羊肉中較高。

2.3 3 種不同品種羊肉中揮發(fā)性物質(zhì)的PCA

采用非監(jiān)督模式識(shí)別方法PCA針對(duì)不同品種羊肉間揮發(fā)性物質(zhì)，進(jìn)行組內(nèi)和組間識(shí)別。由圖3可知，烏珠穆沁羊和蘇尼特羊的PCA得分圖中主成分1和主成分2的貢獻(xiàn)率之和為62.4%，烏珠穆沁羊和阿爾巴斯白絨山羊的PCA得分圖中主成分1和主成分2的貢獻(xiàn)率之和為62.2%，蘇尼特羊和阿爾巴斯白絨山羊的PCA得分圖中主成分1和主成分2的貢獻(xiàn)率之和為53.8%。一般情況下，當(dāng)累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到60%時(shí)，選擇PCA模型作為分離模型[25]。從PCA發(fā)現(xiàn)，可以將3 種不同品種羊肉區(qū)分開，但組內(nèi)各點(diǎn)分布較為分散。

2.4 3 種不同品種羊肉差異揮發(fā)性代謝物的篩選

為了篩選出不同品種羊肉的差異揮發(fā)性代謝物，采用PLS-DA法將樣本進(jìn)行歸類分析。在PLS-DA中，一般變量投影重要性（variable importance in projection，VIP）大于1的變量被認(rèn)為是差異變量[26]。

分別對(duì)圖3中不同品種羊肉揮發(fā)性物質(zhì)PCA結(jié)果進(jìn)行PLS-DA，結(jié)果如圖4所示。對(duì)PLS-DA結(jié)果進(jìn)行200 次置信檢驗(yàn)，由圖5可知，烏珠穆沁羊肉和蘇尼特羊肉、烏珠穆沁羊肉和阿爾巴斯白絨山羊肉、蘇尼特羊肉和阿爾巴斯白絨山羊肉對(duì)應(yīng)檢驗(yàn)截距分別為R2=0.480、Q2=-0.056，R2=0.447、Q2=-0.171，R2=0.545、Q2=-0.244，表明置信檢驗(yàn)結(jié)果良好，說明PLS-DA模型具有可靠性。因此，通過篩選PLS-DA結(jié)果的VIP來尋找不同品種羊肉之間的差異性代謝物。

由圖6可知：在烏珠穆沁羊肉和蘇尼特羊肉中篩選得到7 種差異代謝物，分別為乙酸乙酯、丙酮、乙醇（單體）、2-丁酮、丁醛、壬醛（單體）及苯甲醛（單體）;在烏珠穆沁羊肉和阿爾巴斯白絨山羊肉中篩選得到8 種差異代謝物，其中能夠定性出的有7 種，分別為丙酮、乙酸乙酯、2-丁酮、乙醇（單體）、苯甲醛（單體）、2-戊酮及3-羥基-2-丁酮（單體）;在蘇尼特羊肉和阿爾巴斯白絨山羊肉中篩選得到12 種差異代謝物，其中能夠定性出的有10 種，分別為丙酮、乙醇、2-丁酮、壬醛、乙酸乙酯、異戊醛、3-羥基-2-丁酮、2-戊酮、苯甲醛及辛醛。

3 討 論

羊肉風(fēng)味和香氣的產(chǎn)生是由于肉類組織中存在的多種風(fēng)味分子和前體物質(zhì)，這些物質(zhì)種類組成和含量的差異是風(fēng)味差別的基礎(chǔ)。Eimore等[27]研究發(fā)現(xiàn)，綿羊脂肪特殊風(fēng)味與2-異丙基酚、百里酚、3，4-二甲基酚、甲基異丙基酚及3-異丙基酚有關(guān)，山羊的膻味與4-甲基辛酸、4-甲基壬酸等帶甲基側(cè)鏈的脂肪酸有關(guān)，公山羊的膻味可能與噻吩有關(guān)。Wang Weiting等[28]采用非靶向液相色譜-質(zhì)譜法在不同品種山羊肉中鑒定出977 種代謝物，經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，脂肪酸、醛、酮、內(nèi)酯、黃酮、酚類、生物堿和藥物污染物的含量在品種間存在顯著差異，并嘗試將前30 種含量最豐富的差異代謝物與感官特性聯(lián)系起來，表明每一種關(guān)鍵代謝物對(duì)肉類口感貢獻(xiàn)的可能性。

竇露等[29]研究表明，不同品種羊肉之間關(guān)鍵風(fēng)味物質(zhì)存在差異，其中壬醛對(duì)蘇尼特羊肉風(fēng)味貢獻(xiàn)最大，巴美肉羊和烏拉特山羊肉中貢獻(xiàn)最大的風(fēng)味物質(zhì)為1-辛烯-3-醇。

本研究表明，烏珠穆沁羊肉中貢獻(xiàn)較大的特征風(fēng)味物質(zhì)為苯甲醛、乙酸乙酯;蘇尼特羊肉中貢獻(xiàn)較大的特征風(fēng)味物質(zhì)為壬醛、辛醛、2-丁酮、乙醇;阿爾巴斯白絨山羊肉中貢獻(xiàn)較大的特征風(fēng)味物質(zhì)為2-戊酮、3-羥基-2-丁酮（單體）、丙酮、丁醛、異戊醛。

基于GC-IMS對(duì)羊肉揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，品種、年齡、產(chǎn)地等對(duì)羊肉揮發(fā)性代謝物的組成和含量存在影響。姚文生等[30]研究表明，不同市售烤羊肉串樣本特征風(fēng)味具有一定的差異。孟新濤等[31]研究表明，新疆6 個(gè)不同產(chǎn)區(qū)羊肉中檢出的揮發(fā)性物質(zhì)種類和含量不同，不同產(chǎn)區(qū)羊肉均有主要的特征風(fēng)味物質(zhì)。Wang Fang等[19]研究表明，2、6、12 月齡靖遠(yuǎn)羊肉中不同揮發(fā)性物質(zhì)的峰強(qiáng)度不同，在羔羊肉中具有較高峰強(qiáng)度的化合物為1-辛烯-3-醇、乙醇、（E）-2-己烯-1-醇、1-戊醇、2-丙醇、2-戊酮、2-庚酮、3-羥基-2-丁酮、2-己酮、2-丁酮、2-丙酮、4-甲基-2-戊酮、正壬醛、辛醛、庚醛、3-甲基丁醛、己醛、戊醛、2-甲基丁醛、（E）-2-辛烯醛、（E）-2-壬烯、3-（甲基硫代）丙醛、苯乙醛、苯甲酸甲酯、2-戊基呋喃和三甲基噻唑，并建立了不同月齡靖遠(yuǎn)羊肉的風(fēng)味指紋圖譜。本研究同樣表明，不同品種羊肉中不同種類的揮發(fā)性物質(zhì)組成和含量不同，其中有清香味的甲基庚烯酮、有松脂香味的β-蒎烯等補(bǔ)充了羊肉風(fēng)味物質(zhì)，為說明不同品種羊肉風(fēng)味差異提供了理論基礎(chǔ)。

4 結(jié) 論

基于GC-IMS技術(shù)在烏珠穆沁羊肉、蘇尼特羊肉和阿爾巴斯白絨山羊肉中分別檢測(cè)到52 種揮發(fā)性代謝物，其中有些信號(hào)峰被定性為同一物質(zhì)的單體和二聚體，因此最終定性出的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)共40 種，包括15 種醛類、6 種醇類、6 種酯類、8 種酮類、3 種烴類、1 種醚類和1 種呋喃類。通過PCA、PLS-DA分別篩選出烏珠穆沁羊肉與蘇尼特羊肉、阿爾巴斯白絨山羊肉的差異揮發(fā)性代謝物，結(jié)果表明：烏珠穆沁羊肉與蘇尼特羊肉揮發(fā)性差異代謝物共7 種，分別為乙酸乙酯、丙酮、乙醇、

2-丁酮、丁醛、壬醛和苯甲醛;烏珠穆沁羊肉與阿爾巴斯白絨山羊肉揮發(fā)性差異代謝物共7 種，分別為丙酮、乙酸乙酯、2-丁酮、乙醇、苯甲醛、2-戊酮和3-羥基-2-丁酮;蘇尼特羊肉與阿爾巴斯白絨山羊肉揮發(fā)性差異代謝物共10 種，分別為丙酮、乙醇、2-丁酮、壬醛、乙酸乙酯、異戊醛、3-羥基-2-丁酮、2-戊酮、苯甲醛和辛醛。說明不同品種羊肉中揮發(fā)性代謝物組成和含量為其特有風(fēng)味發(fā)揮作用，本研究為客觀評(píng)價(jià)羊肉品種資源、未來肉羊的繁殖育種選擇改良方案及消費(fèi)者的選擇提供了理論基礎(chǔ)。

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收稿日期：2021-05-24

基金項(xiàng)目：“十三五”國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃重點(diǎn)專項(xiàng)（2018YFD0502000）;

內(nèi)蒙古自治區(qū)科技重大專項(xiàng)（2020ZD0004）;內(nèi)蒙古自治區(qū)雙一流建設(shè)青年基金項(xiàng)目（QN201902;QN202001）;

內(nèi)蒙古自治區(qū)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目（2020GG0030）

第一作者簡介：劉志紅（1977—）（ORCID： 0000-0002-4859-9556），女，副教授，博士，研究方向?yàn)閯?dòng)物分子遺傳與育種。

E-mail： liuzh7799@163.com