內(nèi)蒙古地理標志羊肉特征風(fēng)味指紋圖譜的建立

柳沙，高巖，高海燕，栗昇，張宏博*

1. 內(nèi)蒙古自治區(qū)市場監(jiān)督管理審評查驗中心（呼和浩特 010090）；

2. 內(nèi)蒙古科鴻科技服務(wù)有限責(zé)任公司（呼和浩特 010010）；3. 內(nèi)蒙古化工職業(yè)學(xué)院（呼和浩特 010090）

錫林郭勒草原是內(nèi)蒙古主要的天然草原之一，其中以蘇尼特羊肉、烏珠穆沁羊肉和察哈爾羊肉最為著名。因其產(chǎn)出的羊肉具有肉質(zhì)細嫩、鮮美可口、不膻不膩等特點，深受消費者喜愛，是內(nèi)蒙古各族人民長期食用肉品的主要來源[1-4]*。作為優(yōu)良地方品種，受氣候條件、生產(chǎn)條件及飼養(yǎng)環(huán)境的影響，羊肉品質(zhì)和風(fēng)味存在很大差異[2-4]*，其組分與含量對羊肉的特征風(fēng)味起到至關(guān)重要的作用，且不同產(chǎn)區(qū)或不同品種羊肉的特征風(fēng)味具有一定差異[2]*。因此，建立一種能夠快速真實反映羊肉品質(zhì)并對其特征風(fēng)味進行鑒別的方法，可為羊肉產(chǎn)地溯源、品質(zhì)監(jiān)測提供理論支持和數(shù)據(jù)支撐。

常用的食品風(fēng)味分析技術(shù)有高效液相色譜、液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用、氣相色譜、氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用、氣相色譜-嗅聞法及電子鼻技術(shù)[5]*。氣相色譜離子遷移譜儀（GC-IMS）是測定食品特征風(fēng)味常用的技術(shù)手段[6]*，它是一種基于氣相色譜和離子遷移譜聯(lián)用技術(shù)的新型儀器，兼具氣相色譜的高分離能力和離子遷移譜的高靈敏度，采用靜態(tài)頂空進樣方式，實現(xiàn)對于痕量揮發(fā)性有機物準確、無損檢測，同時可在短周期內(nèi)快速檢測多組分。因其突出的優(yōu)點，已被用于多個領(lǐng)域，如果蔬農(nóng)殘檢測[7]*、食品中添加物檢測[8]*、蒸餾酒檢測[9]*、食用油摻假檢測[10]*、中草藥特有成分、摻偽檢測及指紋圖譜構(gòu)建[11-12]*及冷鮮肉及肉質(zhì)品特征成分、新鮮度、摻假檢測[13-14]*等方面。

試驗以錫林郭勒3個地理標志產(chǎn)品羊肉為研究對象，采用氣相離子遷移譜技術(shù)結(jié)合主成分分析法對其特征風(fēng)味進行測定與分析，構(gòu)建錫林郭勒3個地理標志產(chǎn)品羊肉特征風(fēng)味離子遷移色譜指紋譜庫，以期為不同產(chǎn)區(qū)、不同品種羊肉品質(zhì)評價與摻偽的鑒別提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮宰殺羊肉后后腿部位。

MQ735絞肉機（日本博朗公司）；Flavour Spec氣相離子遷移譜聯(lián)用儀（德國G.A.S公司）。

2-丁酮（2-butanone）、2-戊酮（2-pentanone）、2-己酮（2-hexanone）、2-庚酮（2-heptanone）、2-辛酮（2-octanone）、2-壬酮（2-nonanone）等分離用有機溶劑（均為國產(chǎn)分析純）。

1.2 樣品采集及處理

試驗所用羊肉品種、采樣時間、采樣地點及樣本數(shù)量詳見表1，每份羊肉樣品采集后，由塑料包裝袋包裹后放入專用樣品取樣冷藏箱（6 L），為減少風(fēng)味的揮發(fā)，采集后進行分裝，置于冰柜中冷凍后迅速帶回，在-80 ℃條件下冷凍保存，臨測定時取出放置至室溫后開封。

表1 內(nèi)蒙古錫盟3個產(chǎn)區(qū)羊肉的采集情況

試驗時，每個品種的每份樣品從塑料包裝袋取出后，稱取少量，絞肉機碎樣后，稱取5.00 g置于20 mL頂空進樣瓶中，備用，用于GC-IMS分析。

1.3 GC-IMS檢驗方法

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(nèi)的頂空組分，通過GC-IMS分析揮發(fā)性組分。GC-IMS分析條件見表2。

表2 GC-IMS分析條件

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用設(shè)備自帶的LAV（laboratory analytical viewer）分析軟件，采用GC-IMS Library Search軟件內(nèi)置的2014NIST數(shù)據(jù)庫和IMS數(shù)據(jù)庫對特征風(fēng)味物質(zhì)進行定性分析、LAV中Reporter和Gallery插件程序構(gòu)建揮發(fā)性有機物的差異圖譜和指紋圖譜；SIMCA-P 14.0軟件進行PCA處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 3個品種羊肉特征風(fēng)味離子遷移色譜GC-IMS譜圖對比與分析

圖1是由LAV分析軟件中的Reporter插件程序制作的3個產(chǎn)地羊肉的3D對比圖。圖2是將圖1的三維GCIMS譜圖投影到二維平面上的頂視圖。可直接比較3種地理標志羊肉風(fēng)味物質(zhì)差異。

縱坐標表示保留時間，橫坐標表示漂移時間，深色垂直線表示反應(yīng)離子峰（reaction ion peak，RIP，歸一化后漂移時間為7.97～8.01 ms），RIP兩側(cè)的每個點代表一種揮發(fā)性有機物，以顏色和面積表示物質(zhì)的含量；淺色表示低含量，深色表示高含量。一種化合物可能會導(dǎo)致多個信號或點（單體和二聚體甚至三聚體），具體取決于它們的濃度和性質(zhì)。

通過比較保留時間和漂移時間，使用正酮C4～C9作為外標參考計算每種化合物的保留指數(shù)，通過GCIMS庫進行匹配從而對揮發(fā)物質(zhì)進行定性。由圖1和圖2可以看出，3種地理標志保護羊肉樣本特征揮發(fā)性組分可通過GC-IMS技術(shù)很好地分離，具有各自不同的GC-IMS特征譜信息，且3種地理標志保護羊肉特征風(fēng)味物質(zhì)種類差異不大，但是各個特征風(fēng)味物質(zhì)含量差異較大。

圖1 不同產(chǎn)區(qū)羊肉特征風(fēng)味三維氣相離子遷移譜圖

圖2 不同產(chǎn)區(qū)羊肉特征風(fēng)味二維氣相離子遷移譜圖

2.2 3個品種羊肉特征風(fēng)味氣相離子遷移色譜（GCIMS）指紋圖譜分析

不同產(chǎn)區(qū)、不同品種羊肉特征風(fēng)味指紋圖譜的構(gòu)建旨在為羊肉樣品的品質(zhì)評價和產(chǎn)地追溯控制提供有效手段。然而，由于不同品種羊肉樣本受飼養(yǎng)環(huán)境、年齡、性別及營養(yǎng)狀況等因素的影響，其特征風(fēng)味物質(zhì)組成與含量亦存在相應(yīng)差異，因此，不同品種羊肉樣本的選擇顯得尤為重要。

為選用較為穩(wěn)定和可靠的羊肉樣本進行指紋圖譜分析，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)其特征風(fēng)味氣相離子遷移色譜特點，在LAV中Reporter和Gallery插件程序構(gòu)建不同產(chǎn)區(qū)羊肉特征風(fēng)味指紋圖譜（圖2）。結(jié)果顯示，16份內(nèi)蒙古羊肉樣本中，均含有53+11種特征風(fēng)味物質(zhì)，但是含量差異比較大。

采用GC-IMS Library Search軟件內(nèi)置的2014NIST數(shù)據(jù)庫和IMS數(shù)據(jù)庫對其特征風(fēng)味物質(zhì)進行定性分析，可識別出44種揮發(fā)性物質(zhì)，包括酮類7種、醇類10種、醛類17種、酯類4種、酸類2種、烯類3種和雜環(huán)類1種。從圖3看出，3個產(chǎn)區(qū)羊肉特征性揮發(fā)物質(zhì)種類主要為酮類、醇類及醛類，這主要是肉類在加熱過程中進行脂質(zhì)的熱降解、氨基酸和肽類的熱解、碳水化合物的焦糖化等一系列復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)，由于酮類、醇類及醛類等閾值較低，所以對羊肉特征風(fēng)味的整體呈現(xiàn)具有重要作用。除此之外，酯類、酸類及雜環(huán)類化合物等對羊肉特征風(fēng)味的形成也具有一定作用。

由圖3可以看出，3種地理標志保護羊肉16個羊肉樣本主要特征風(fēng)味物質(zhì)種類相近，但含量存在較大差異?？紤]到將所有樣本特征風(fēng)味物質(zhì)信息用于構(gòu)建指紋圖譜存在比對過程中信息量大及操作復(fù)雜等因素，因此構(gòu)建過程中，將不同產(chǎn)區(qū)羊肉樣本特征風(fēng)味成分中相同的物質(zhì)刪除，優(yōu)選圖譜清晰、信息量完整的對應(yīng)樣本進行分析，構(gòu)建不同產(chǎn)區(qū)羊肉特征風(fēng)味圖指紋圖譜。

圖3 內(nèi)蒙古不同產(chǎn)區(qū)羊肉特征風(fēng)味指紋圖譜信息

表3 內(nèi)蒙古羊肉特征風(fēng)味物質(zhì)定性分析信息

按照53+11種未定性特征標記物質(zhì)的峰強度進行分類，分析3種地理標志保護羊肉樣本特征風(fēng)味物質(zhì)的差異性，得到其特征峰，匯總于圖3。不同產(chǎn)區(qū)羊肉樣本特征風(fēng)味均具有各自的特征峰區(qū)域（W、S、C）。W區(qū)域為烏珠穆沁羊的特征峰區(qū)域，主要特征物質(zhì)包括庚醛、正己醇、2-甲基丁酸、3-甲基丁酸、糠醛、己醛、戊醇；S區(qū)域為蘇尼特羊的特征峰區(qū)域，主要特征物質(zhì)包括1-丁醇、2-丁酮、丙酮、乙醇、戊酸乙酯、2-庚酮、縮醛、2-戊酮和乙縮醛；C區(qū)域為察哈爾羊的特征峰區(qū)域，主要特征物質(zhì)包括乙酸異丁酯、癸醛、正辛醇、檸檬烯、呋喃酮、庚醇、2-辛酮、2-正戊基呋喃、戊醛、正壬醛、辛醛、反-2-辛烯醛、2-羥基-4-甲基戊酸乙酯、2-庚烯醛、2-庚酮、2-己烯-1-醇、異丙醇、2-甲基丁酸甲酯和3-甲基丁醛。

進一步對比分析發(fā)現(xiàn)，3種地理標志保護羊肉特征風(fēng)味中特征標記物質(zhì)含量具有一定差異。察哈爾羊樣本中縮醛含量明顯高于其他2種，縮醛通常具有令人愉快的香味，在察哈爾羊肉呈香過程中發(fā)揮重要作用。蘇尼特羊肉樣本中乙縮醛高于其他品種。烏珠穆沁羊肉樣本中己醛、丁醇高于其他品種。

圖4 內(nèi)蒙古不同產(chǎn)區(qū)羊肉特征風(fēng)味物質(zhì)含量差異圖

2.3 3種地理標志保護羊肉特征風(fēng)味氣相離子遷移色譜指紋數(shù)據(jù)PCA分析

依據(jù)圖3構(gòu)建的3種地理標志保護羊肉特征風(fēng)味離子遷移色譜指紋圖譜和特征峰匯總圖，采用SIMCA-P 14.0進行PCA處理，比較不同產(chǎn)區(qū)羊肉樣本特征風(fēng)味之間的差異。由圖5可以看出，主成分1和主成分2的貢獻率之和達到71.6%，烏珠穆沁羊、蘇尼特羊和察哈爾羊等內(nèi)蒙古3個產(chǎn)區(qū)羊肉樣本特征風(fēng)味物質(zhì)具有一定差異，蘇尼特羊和察哈爾羊2個產(chǎn)區(qū)羊肉樣本特征物質(zhì)分離不明顯，這可能與蘇尼特地區(qū)和察哈爾地區(qū)地域上相近，而與烏珠穆沁旗相距較遠有一定關(guān)系。

圖5 3種地理標志保護羊肉特征風(fēng)味氣相離子遷移色譜指紋圖譜PCA分析圖

3 結(jié)論

通過對蘇尼特羊、察哈爾羊和烏珠穆沁羊羊肉特征風(fēng)味進行測定，構(gòu)建內(nèi)蒙古地理標志羊肉特征風(fēng)味指紋圖譜，各個品種羊肉具有其獨特的特征風(fēng)味、特征峰及特征標記物質(zhì)。察哈爾羊樣本中縮醛含量明顯高于其他2種，縮醛通常具有令人愉快香味，在察哈爾羊肉呈香過程中發(fā)揮重要作用。蘇尼特羊肉樣本中乙縮醛高于其他品種。烏珠穆沁羊肉樣本中己醛、丁醇高于其他品種。該指紋圖譜的構(gòu)建，可為內(nèi)蒙古不同產(chǎn)區(qū)羊肉品質(zhì)評價、產(chǎn)地追溯和摻假鑒別提供一種基于GC-IMS技術(shù)的快速判別方法。試驗結(jié)果為羊肉品質(zhì)評價、產(chǎn)地追溯和摻假鑒別提供理論和數(shù)據(jù)支撐。