基于氣相離子遷移譜的羊肉摻偽快速鑒別方法

孟新濤，張 婷，許銘強(qiáng)，鄒淑萍，馬 燕，張 謙

(新疆農(nóng)科院農(nóng)產(chǎn)品貯藏加工研究所/新疆主要農(nóng)副產(chǎn)品精深加工工程技術(shù)研究中心，烏魯木齊 830091)

0 引 言

【研究意義】有文獻(xiàn)報(bào)道牛羊肉及其制品中出現(xiàn)摻偽情況[1～3]。對(duì)摻偽肉類(lèi)樣品進(jìn)行鑒別，是目前國(guó)內(nèi)外羊肉品質(zhì)監(jiān)管與監(jiān)控領(lǐng)域亟需解決的問(wèn)題。建立一種快速、高靈敏、準(zhǔn)確的摻偽肉檢測(cè)技術(shù)，對(duì)保障各類(lèi)肉質(zhì)量安全具有十分重要的意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】目前，針對(duì)摻偽肉的鑒別主要采用的方法有感官檢驗(yàn)法[4]、生物技術(shù)法[5]、光譜法[6,7]、近紅外檢測(cè)法[1]、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用檢測(cè)法[8,9]、電子鼻[10,11]等，這些現(xiàn)代技術(shù)的應(yīng)用大幅提高了羊肉摻偽檢驗(yàn)方法的精度和準(zhǔn)確度。目前技術(shù)方法普遍存在檢測(cè)周期長(zhǎng)、專業(yè)性強(qiáng)、費(fèi)用高等問(wèn)題，不適合進(jìn)行大批量樣品的檢測(cè)?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】氣相離子遷移色譜(gas chromatography-ion mobility spectroscopy，GC-IMS)技術(shù)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種檢測(cè)技術(shù)，因其具有無(wú)需樣品前處理、操作簡(jiǎn)單、快速靈敏度等優(yōu)點(diǎn)，已在多個(gè)方面得到有效應(yīng)用[12]。目前，國(guó)內(nèi)外已有離子遷移譜應(yīng)用于蔬果農(nóng)殘檢測(cè)[13]、食用油檢測(cè)[15]、食品中添加物和污染物檢測(cè)[15]、酒類(lèi)檢測(cè)[16,17]、食用油檢測(cè)[18～21]等方面的研究報(bào)道。還未見(jiàn)將其用于羊肉摻偽檢測(cè)的報(bào)道。研究建立基于氣相離子遷移譜的羊肉摻偽快速鑒別方法?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】以市售新鮮羊肉、豬肉及雞肉為試材，以空氣作為空白樣，以純羊肉、豬肉及雞肉作為樣本對(duì)照，分別將豬肉、雞肉按照5%、10%、15%、20%、25%、30%及40%的質(zhì)量百分比模擬羊肉摻偽，采用GC-IMS技術(shù)結(jié)合主成分分析法對(duì)其特征風(fēng)味進(jìn)行檢測(cè)與分析，比較不同摻偽羊肉樣本特征風(fēng)味之間的差異，分別找出羊肉中摻入不同比例豬肉和雞肉后的特征識(shí)別物質(zhì)或區(qū)域，建立基于IMS快速鑒別羊肉摻偽的新方法，為羊肉及其制品的品質(zhì)評(píng)價(jià)和質(zhì)量安全監(jiān)管提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材 料

羊肉樣品購(gòu)自烏魯木齊市北園春市場(chǎng)小巴依超市，豬肉和雞肉樣品購(gòu)自烏魯木齊市友好超市，均為新鮮樣品。采集后立即帶回實(shí)驗(yàn)室。

摻偽羊肉樣本制備：以空氣作為空白樣，以純羊肉、豬肉及雞肉作為樣本對(duì)照，分別將豬肉、雞肉按照5%、10%、15%、20%、25%、30%及40%的質(zhì)量百分比分別加入羊肉中，模擬羊肉摻偽，得到48個(gè)樣本。各個(gè)樣品按要求稱取后，逐一放入絞肉機(jī)碎樣，混勻后，稱取5.00 g置于20 mL頂空進(jìn)樣瓶中，備用。每份樣本3個(gè)重復(fù)，用于GC-IMS分析。

標(biāo)準(zhǔn)品：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)等所有分離用有機(jī)溶劑均為國(guó)產(chǎn)分析純。

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

1.2 方 法

頂空孵化溫度100 ℃；孵化時(shí)間20 min；孵化轉(zhuǎn)速：500 r/min；頂空進(jìn)樣針溫度105 ℃；進(jìn)樣量1 mL，不分流模式；清洗時(shí)間0.50 min；載氣為高純氮?dú)?≥99.999%)；色譜柱溫度45 ℃；色譜運(yùn)行時(shí)間21 min，設(shè)置程序流速2.00 mL/min并保持1 min，在10 min內(nèi)線性增至20.00 mL/min，在5 min內(nèi)線性增至100.00 mL/min，100.00 mL/min保持5 min。將頂空進(jìn)樣瓶中的樣品進(jìn)行孵化，使用加熱的進(jìn)樣針抽取瓶?jī)?nèi)的頂空組分，通過(guò)Flavour Spec氣相離子遷移譜儀分析揮發(fā)性組分。樣品檢測(cè)前，使用標(biāo)準(zhǔn)品進(jìn)行標(biāo)定。

1.3 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NIST數(shù)據(jù)庫(kù)和IMS數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)特征風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行定性分析、LAV中Reporter和Gallery插件程序構(gòu)建揮發(fā)性有機(jī)物的差異圖譜；dynamic PCA plug-ins插件程序進(jìn)行PCA處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同摻偽羊肉特征風(fēng)味離子遷移色譜GC-IMS

研究表明, IMS Spectrum中y軸表示峰的強(qiáng)度(以秒為單位)，x軸表示IMS漂移時(shí)間(以毫秒為單位)。羊肉中摻入不同比例豬肉和雞肉時(shí)，樣本具有不同的GC-IMS特征譜信息。當(dāng)羊肉中摻入豬肉和雞肉時(shí)，部分風(fēng)味物質(zhì)并不受影響，故峰強(qiáng)度保持不變，但隨著豬肉或雞肉的摻入而新增加的風(fēng)味物質(zhì)時(shí)，其峰強(qiáng)度也隨之升高，同時(shí)，隨著豬肉或雞肉的摻入而減少至消失的風(fēng)味物質(zhì)，其峰強(qiáng)度也隨之降低至消失。在同一個(gè)峰強(qiáng)度的不同漂移時(shí)間里，會(huì)有一種化合物出現(xiàn)多于一個(gè)信號(hào)的點(diǎn)，這是因?yàn)橥环N化合物會(huì)有單體和二聚體甚至三聚體，隨著載氣流量的不同，依次被分離。當(dāng)羊肉中摻入豬肉比例達(dá)到5%以上時(shí)，圖1中紅色標(biāo)記a、b、c區(qū)域的信號(hào)點(diǎn)強(qiáng)弱不同，特征風(fēng)味物質(zhì)含量出現(xiàn)一定的差異，當(dāng)羊肉中摻入雞肉比例達(dá)到10%時(shí)，圖2中紅色標(biāo)記d、e、f區(qū)域的特征風(fēng)味物質(zhì)含量出現(xiàn)明顯的差異。圖1，圖2

圖1 羊肉中摻入不同比例豬肉特征風(fēng)味二維氣相離子遷移
Fig.1 Two-dimensional GC-IMS images of characteristic flavor of the different proportion of the pork mixed with mutton

圖2 羊肉中摻入不同比例雞肉特征風(fēng)味二維氣相離子遷移
Fig.2 Two-dimensional GC-IMS images of characteristic flavor the different proportion of the chicken mixed with mutton

2.2 不同摻偽羊肉特征風(fēng)味離子遷移色譜GC-IMS 對(duì)比

研究表明,當(dāng)豬肉摻入量為大于5%時(shí)，A區(qū)域中芝麻酚、2-乙基-1-己醇、2-戊酮、壬醛、乙二醇二甲醚5種物質(zhì)的含量依次減少，以上5種物質(zhì)是羊肉風(fēng)味物質(zhì)的主要成分，隨著豬肉的摻入比例的增加，其特征風(fēng)味依次減弱；同時(shí)，B區(qū)域中正己醇、2,3-丁二酮、羥基丙酮、壬醛、5-壬酮、3-甲硫基丙醛、丙酸乙酯、羥基丙酮、2-庚酮、2-庚烯醛、γ-辛內(nèi)酯、3-辛酮、3-甲硫基丙醛等39種物質(zhì)的含量依次增加，且此部分風(fēng)味物質(zhì)在羊肉中含量極低至不存在；C區(qū)域中2-乙基-1-己醇、正丁醛、α-蒎烯、甲基環(huán)戊烯醇酮、甲基環(huán)戊烯醇酮、3-辛酮、芝麻酚、2-庚酮、3-甲基丁醇、正己醇、丙酸乙酯、正己醇、乙酸戊酯、丙醛、乙酸戊酯等33種物質(zhì)為羊肉和豬肉中的共有成分，在摻入的不同比例時(shí)，此區(qū)域風(fēng)味物質(zhì)的含量基本不受影響。當(dāng)羊肉中摻入豬肉比例大于5%時(shí)，A區(qū)域和B區(qū)域均可用于羊肉中摻入豬肉的鑒別。圖3

圖3 羊肉中摻入不同比例豬肉特征風(fēng)味指紋
Fig.3 Fingerprint information of the different proportion of the pork mixed with mutton

研究表明,當(dāng)羊肉中摻入5%雞肉時(shí)，D區(qū)域中辛酮、正己醇、2-戊酮、2-庚酮等4種物質(zhì)含量稍有降低，但成分種類(lèi)并未發(fā)生變化，此部分指紋圖譜不能明顯鑒定羊肉中是否摻入雞肉。當(dāng)雞肉摻入量達(dá)到10%時(shí)，E區(qū)域中3-甲硫基丙醛、正己醇、反-2-辛烯醛、3-辛酮、甲基異丁基酮、5-甲基-2-呋喃甲醇、2-庚烯醛、2-庚酮、N-亞硝基二乙胺、2-乙基-1-己醇、甲基異丁基酮、乙二醇二甲醚、3-甲基丁醇、3-甲基丁醇、2-戊酮、2-戊酮、乙二醇二甲醚、3-甲硫基丙醛、正丁醛等46種物質(zhì)的含量依次減少至甚至消失，可能是由于羊肉和雞肉加熱過(guò)程中發(fā)生了某些反應(yīng)，因此，此區(qū)域可以將羊肉中摻入雞肉成分較好的區(qū)分；F區(qū)域中的指紋圖譜顯示，丙醛等16種物質(zhì)隨著雞肉的摻入比例的增加，其含量也依次增加，并且出現(xiàn)了羊肉中不存在的特征風(fēng)味物質(zhì)。當(dāng)羊肉中雞肉摻入比例達(dá)到10%時(shí)，E區(qū)域和F區(qū)域均可用于羊肉中摻入雞肉的鑒別。圖4

圖4 羊肉中摻入不同比例雞肉特征風(fēng)味指紋
Fig.4 Fingerprint information of the different proportion of the chicken mixed with mutton

2.3 運(yùn)用PCA法對(duì)摻偽羊肉進(jìn)行分類(lèi)鑒別

研究表明,主成分1和主成分2的貢獻(xiàn)率之和達(dá)到了76%，隨著摻入豬肉比例的增加，樣品的分布主成分之間從左向右移動(dòng)，摻入比例為5%、10%時(shí)，有其歸屬區(qū)域，當(dāng)羊肉中摻入豬肉大于5%時(shí)，各摻偽比例的羊肉樣本特征風(fēng)味可以被明顯分離，且摻偽比例達(dá)到10%時(shí)，樣本間聚集程度比較高。當(dāng)摻入比例在15%～40%有輕微的區(qū)域重疊。圖5

圖5 羊肉中摻入不同比例豬肉的氣相離子遷移色譜指紋圖譜PCA
Fig.5 PCA results for classication analysis of characteristic flavor of the different proportion of the pork mixed with mutton

圖6 羊肉中摻入不同比例雞肉的氣相離子遷移色譜指紋圖譜PCA
Fig.6 PCA results for classication analysisof characteristic flavor of the different proportion of the chicken mixed with mutton

3 討 論

羊肉作為一種多組分的復(fù)雜體系，在加熱過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的香氣特征化合物，結(jié)合特定樣本多種成分協(xié)同作用的呈味理念[8]。詹萍等[8]采用SPME-GC-MS結(jié)合GC-O技術(shù)檢測(cè)出羊肉中的特征風(fēng)味活性物質(zhì)有36種，豬肉、鴨肉中摻入羊肉香精及20%羊肉可被有效識(shí)別；李夢(mèng)琪等[9]采用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)結(jié)合主成分分析的方法，得到2-十一烯醛、1-己醇、十四酸等10種揮發(fā)性化合物作為青海藏羊的特征指紋圖譜物質(zhì)，2-壬醛、己醛、1-己醇等8種揮發(fā)性化合物作為小尾寒羊的特征指紋圖譜物質(zhì)；王綪等[11]采用電子鼻結(jié)合GC-MS技術(shù)共檢測(cè)到羊肉中含有26種揮發(fā)性化合物，3-環(huán)庚烯-1-酮、3-甲基丁醛等被認(rèn)為在區(qū)分不同羊肉摻偽鴨肉樣品中起重要作用。研究發(fā)現(xiàn)，芝麻酚、2-乙基-1-己醇、2-戊酮、壬醛、乙二醇二甲醚等5種特征風(fēng)味物質(zhì)在區(qū)分不同羊肉摻偽豬肉樣品中起重要作用，當(dāng)羊肉中摻入豬肉比例大于5%時(shí)GC-IMS技術(shù)可對(duì)其進(jìn)行有效檢測(cè)與識(shí)別；3-甲硫基丙醛、正己醇、反-2-辛烯醛、甲基異丁基酮等46種物質(zhì)的含量隨著羊肉含量的減少而減少至甚至消失，丙醛等16種物質(zhì)隨著雞肉的摻入比例的增加，其含量也依次增加，并且出現(xiàn)了羊肉中不存在的特征風(fēng)味物質(zhì)。當(dāng)羊肉中雞肉摻入比例達(dá)到10%時(shí)，以上物質(zhì)均可用于羊肉中摻入雞肉的鑒別。這一結(jié)果與詹萍、王綪等研究結(jié)果不一致，這可能與羊肉品種、產(chǎn)區(qū)及檢測(cè)技術(shù)有關(guān)[17,18]。研究主要針對(duì)羊肉中摻偽豬肉、雞肉等肉類(lèi)進(jìn)行鑒別，其結(jié)果顯示，當(dāng)羊肉中摻入豬肉比例大于5%時(shí)，雞肉摻入比例達(dá)到10%時(shí)，GC-IMS技術(shù)可檢測(cè)出其特征風(fēng)味物質(zhì)，并對(duì)其進(jìn)行快速摻偽鑒別。目前GC-IMS Library Search軟件內(nèi)置的NIST數(shù)據(jù)庫(kù)和IMS數(shù)據(jù)庫(kù)中關(guān)于其特征物質(zhì)的信息還不夠完善，針對(duì)羊肉、豬肉及雞肉主要特征成分及特征標(biāo)記物仍有未被識(shí)別的組分。一方面是盡可能地完善數(shù)據(jù)庫(kù)信息并進(jìn)行識(shí)別，另一方面針對(duì)肉類(lèi)摻假比例的設(shè)定還可以進(jìn)一步細(xì)化，并探究GC-IMS技術(shù)在羊肉摻假豬肉、雞肉快速檢測(cè)中的精確度。

4 結(jié) 論

氣相離子遷移譜檢測(cè)方法可以對(duì)不同摻偽羊肉揮發(fā)成分進(jìn)行檢測(cè)分析，當(dāng)羊肉中摻入豬肉比例大于5%時(shí)，芝麻酚、2-乙基-1-己醇、2-戊酮等5種特征風(fēng)味含量的減少和正己醇、2,3-丁二酮、羥基丙酮等39種特征風(fēng)味含量的增加均可用于羊肉中摻入豬肉的鑒別；當(dāng)羊肉中雞肉摻入比例達(dá)到10%時(shí)，3-甲硫基丙醛、正己醇、反-2-辛烯醛等46種特征風(fēng)味物質(zhì)含量的減少和丙醛等16種特征風(fēng)味的增加均可用于羊肉中摻入雞肉的鑒別。PCA主成分分析可明顯區(qū)分羊肉中摻入不同比例的豬肉和雞肉樣本，且不同摻入比例組有其明顯的歸屬區(qū)域。該方法無(wú)需復(fù)雜前處理，操作簡(jiǎn)單，分析速度快，適用于羊肉摻偽的快速鑒別。