基于氣相-離子遷移譜技術分析不同生長速度肉雞肌肉中揮發性有機物的差異

巨曉軍，單艷菊，劉一帆，姬改革，章明，屠云潔，鄒劍敏，束婧婷*

1(江蘇省家禽科學研究所，江蘇 揚州，225125)2(江蘇省家禽遺傳育種重點實驗室，江蘇 揚州，225125)

近年來,遺傳、管理和營養方面的改進顯著提高了養禽業生產禽肉的速度，但肉質中風味物質的沉積需要一定的時間，因此不同生長速度的雞其肉品質和風味也不同，了解不同生長速度雞品種的風味對其市場的開發和利用具有重要意義，建立一種快速、高靈敏、準確的檢測技術非常重要。目前，用于食品風味化學的設備大多具有樣本量大、價格高、分析時間長等缺點，并且隨著時間的推移，食品風味的釋放和感知會發生變化，所以實時的風味分析需要快速、無損的分析技術[1]。

氣相-離子遷移譜法(gas chromatography-ion mobility spectroscopy，GC-IMS)是一種用于分析樣品中揮發性化合物新的檢測技術[2]，具有檢測速度快[3]、操作方便[4]、儀器便攜[5]等優點，這些優點使其在食品分類[6-8]、食品新鮮度和變質度的評價[9]、食品加工質量控制[10-12]、食品中關鍵香氣[13]和異味化合物的表征[14]等方面有著廣泛的應用。近幾年，利用GC-IMS對食品風味的研究已經大大增加，并且使用了各種二維數據的化學計量技術，例如主成分分析、線性判別分析、K近鄰算法和偏最小二乘回歸。這些方法為GC-IMS在食品風味化學中的應用提供了重要的貢獻。目前該技術在肉類風味分析中應用較少，在雞肉品質風味分析，特別是指紋圖譜分析還未見報道。本研究主要利用GC-IMS技術測定雞肉中的揮發性有機物，分析不同生長速度肉雞肉品質的風味差異，為不同類型肉雞品種市場開發利用提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗用肉雞品種:慢速型雞(狼山雞)，中速型雞(3A、花山麻雞)，快速型雞(羅斯308)。狼山雞種蛋,狼山雞保種場;3A、花山麻雞種蛋,江蘇立華牧業股份有限公司;羅斯308種蛋,宿遷益客集團，同期同批次孵化飼養。

1.2 儀器與設備

FlavourSpec 1H1-00053型頂空氣相-離子遷移譜儀,德國G.A.S.公司，配備CTC CombiPAL頂空自動進樣器(瑞士 CTC Analytics AG公司)、FS-SE-54-CB-1色譜柱(非極性，15 m×0.53 mm×0.5 μm)，(德國CS-Chromatographie Service GmbH)和氚電離源。

1.3 試驗方法

將雞胸肉攪碎，稱取2 g置于20 mL頂空瓶中，密閉封口后，80 ℃孵育15 min后進樣，頂空孵育溫度60 ℃；采用振蕩加熱；孵育轉速500 r/min；孵育時間15 min；頂空進樣針溫度85 ℃；進樣量500 μL；清洗時間30 s。

GC條件：色譜柱溫度60 ℃；運行時間20 min；載氣為高純N2，(純度≥99.999%)；流速：初始2.0 mL/min，保持2 min后在10 min內線性增至10 mL/min，之后在20 min內線性增至100 mL/min，接著在25 min內線性增至150 mL/min。

IMS條件：漂移管長度5 cm；管內線性電壓400 V/cm；漂移管溫度45 ℃；漂移氣為高純N2(純度≥99.999%)；流速150 mL/min；IMS探測器溫度45 ℃。

1.4 數據分析與處理

使用和儀器配套的分析軟件LAV(Laboratory Analytical Viewer)和三款插件以及GC×IMS Library Search進行數據分析。運用分析軟件LAV對特征風味物質進行定性分析；運用Reporter插件構建揮發性化合物的差異圖譜，Gallery插件生成揮發性有機物指紋圖譜；運用Dynamic PCA插件進行動態主成分分析，用于樣品聚類分析。單因子方差分析采用SPSS 20.0軟件，P<0.05為差異顯著，結果用平均值±標準差表示。

2 結果與分析

2.1 不同生長速度雞肉的揮發性物質分析

根據GC-IMS法測得雞肉中的揮發性有機物84種，其中已定性物質29種，未知55種。由表1可知，鑒定出的揮發性有機物主要包括醛類、酮類、醇類等化合物。慢速型狼山雞肉中已定性的揮發性有機物含量有18種高于中速型3A、花山麻雞和快速型羅斯308，尤其是壬醛、反-2-辛烯醛、戊醛、己醛、2-戊酮、1-丁醇、乙醇、1-戊醇、1-辛烯-3-醇、2-正戊基呋喃含量非常高，但3-羥基-2-丁酮含量極低。中速型3A和花山麻雞3-羥基-2-丁酮、乙酸乙酯含量都極高。快速型羅斯308大部分揮發性物質含量較低。

由表2可知，慢速型狼山雞肉總揮發性有機物含量顯著高于花山麻雞、羅斯308(P<0.05)，醛類含量顯著高于3A、花山麻雞、羅斯308(P<0.05)，醇類含量顯著高于花山麻雞、3A和羅斯308(P<0.05)；快速型羅斯308總揮發性有機物含量、醇類含量、其他化合物含量顯著低于其他品種(P<0.05)。

表1 不同生長速度雞肉揮發性物質的GC-IMS鑒定結果Table 1 GC-IMS identification results of chicken volatile substances with different growth rates

表2 不同生長速度雞肉的揮發性物質分析Table 2 Analysis of volatile substances of chicken at different growth rates

2.2 不同生長速度雞肉樣品中的揮發性有機物定性分析(GC×IMS Library Search)

圖1中GC-IMS俯視圖RIP峰兩側的每一個點代表一種揮發性有機物。顏色代表物質的濃度，白色表示濃度較低，紅色表示濃度較高，顏色越深表示濃度越大。由圖1可知，GC-IMS俯視圖可直觀觀察樣品譜圖之間的區別，不同生長速度雞肉在GC-IMS三維圖譜上存在差異，具體體現在出峰位置數量以及對應的峰強度。快速型羅斯308樣品中的揮發性有機物濃度明顯少于其他類型品種雞，2個中速型品種花山麻雞、3A濃度差異不大，這為后續鑒別不同生長速度的雞肉提供了可能。

圖1 不同生長速度雞肉樣品中揮發性有機物的GC-IMS譜圖(俯視圖)Fig.1 GC-IMS spectrum of volatile organic compounds in chicken samples with different growth rates (top view)注：圖中y軸表示峰的強度(s)，x軸表示IMS漂移時間(ms)

2.3 不同生長速度雞肉樣品中的揮發性有機物指紋圖譜對比

依據特征峰選取原則，通過GC-IMS將選取的不同生長速度雞品種中不同有機揮發性物質對應的特征峰區域進行排序對照，得到如圖2所示的指紋圖譜，可直觀快速地看出揮發性有機物在不同生長速度雞品種中的特異性以及樣品之間的差異。

圖2 不同生長速度雞肉樣品中揮發性有機物的Gallery Plot圖(放大圖)Fig.2 Gallery Plot of volatile organic compounds in chicken samples at different growth rates (enlarged image)注：X軸為選取的特征峰標識號，Y軸為雞肉樣品名稱。白色表示濃度較低，紅色表示濃度較高，顏色越深表示濃度越高

由圖2可知，紅框中的揮發性有機物在狼山雞肉中的含量遠高于其他3種雞肉，主要特征物質包括癸醛、丁基甲基酮、1-辛烯-3-醇、1-丁醇等；黃框中的物質在羅斯308雞肉中的含量遠高于其他3種雞肉，主要特征物質包括3-戊酮等；藍框中的物質在狼山雞肉中的含量遠高于羅斯308，稍高于花山麻雞和3A雞，主要包括1-戊醇、1-己醇、2-己烯醇、2-庚酮、2-正戊基呋喃、反-2-辛烯醛等。Gallery Plot結果表明，狼山雞揮發性有機物含量最高，花山麻雞、3A次之，羅斯308含量最低。

2.4 不同生長速度雞肉樣品中的揮發性有機物動態主成分分析(principal component analysis,PCA)

由圖3、圖4可知，無論是基于所有物質還是已定性物質，羅斯308與其他雞肉差異較大，可通過PCA分開；狼山雞與其他雞肉差異也較大，可通過PCA分開；花山麻雞和3A雞肉的揮發性有機物比較相似，二者雖然沒有聚在一起，但彼此沒有清楚分開。

圖3 基于所有物質的不同生長速度雞肉樣品PCA圖Fig.3 PCA diagram of chicken samples of different growth rates based on all substances

圖4 基于已定性物質的不同生長速度雞肉樣品PCA圖Fig.4 PCA diagram of chicken samples of different growth rates based on qualitative substances

運用GC-IMS中的動態主成分分析軟件可將慢速型雞、中速型雞、快速型雞進行歸類。

2.5 不同生長速度雞肉樣品中揮發性有機物的主成分排名

將不同生長速度的4個品種雞肉樣品中測定的29種已定性物質指標構成4×29的矩陣，利用SPSS軟件進行主成分分析。如表3所示，確定主成分個數為3個，前3個主成分方差累積貢獻率達到100%，方差貢獻率分別為65.929%、28.552%、5.519%。

表3 主成分的特征值和貢獻率Table 3 Eigenvalues and cumulative contribution rates of principal component

計算得到不同生長速度的4個品種雞肉品質的主成分綜合得分，然后依據得分大小對肉品質進行評價，如表4所示，評價結果為：狼山雞>3A>花山麻雞>羅斯308。慢速型雞肉品質優于中速型雞，中速型雞肉品質優于快速型雞。此結果與前文分析一致，符合消費者偏好觀念。

表4 主成分分析得分與排名Table 4 Principal component analysis score and ranking

3 討論

GC-IMS作為一種新興的風味物質分析技術[15]，可應用于大多數復雜體系構成的食品品質分析，特別適用于特征風味揮發性有機物組分的快速檢測、識別等。GC-IMS可用于燉煮過程中雞肉揮發性風味物質的可視化表征，可明顯區分不同鹵煮次數的雞肉樣品[14]。CAVANNA等[16]通過記錄不同批次雞蛋的揮發性指紋圖譜，利用GC-IMS成功地對新鮮雞蛋和非新鮮雞蛋樣品進行了分類。GC-IMS還適用于羊肉摻偽的快速鑒別[13]。本試驗中利用GC-IMS技術分析不同生長速度雞肉樣品中揮發性有機物差異，結果發現GC-IMS俯視圖及指紋圖譜均可直觀和快速分辨不同生長速度雞品種揮發性有機物的差異及相似度，利用動態主成分分析可成功將不同生長速度雞品種歸類。

慢速型黃羽肉雞出欄時間一般在100 d以上，中速型出欄時間一般在60～100 d，快速型雞出欄時間一般在65 d以內。雞肉中風味物質的積累會隨時間產生變化，不同類型雞品種的生長速度不同,其風味存在較大差異。從本試驗結果也可看出，慢速型雞肉中揮發性風味物質的含量普遍較高，中速型次之，快速型含量最低，由此可知，生長速度較慢的肉雞其風味物質沉積也較多。

醛類主要來源于脂質氧化[17]，具有脂肪香味[18]，是雞肉中最主要的肉香來源。醇類主要來源于不飽和脂肪的氧化，不飽和醇的閾值較低，對雞肉風味影響大。酮類物質的閾值遠遠高于其同分異構體的醛，對雞肉香味的貢獻相對較小[19]。本試驗中狼山雞的醛類和醇類含量顯著高于其他3個品種，尤其是對雞肉香味影響較大的反-2-辛烯醛、戊醛、壬醛、己醛、1-丁醇、乙醇、1-戊醇、1-辛烯-3-醇[20-22]含量非常高，表明飼養時間長的慢速型狼山雞更具肉香味，風味優于其他類型雞品種，羅斯308的風味較差。

中速型3A雞和花山麻雞肌肉中的3-羥基-2-丁酮、乙酸乙酯含量都極高。3-羥基-2-丁酮是一種具有令人愉快的香味物質，具有強烈的奶油、脂肪、白脫樣香氣，是美拉德反應的前驅物質，乙酸乙酯風味閾值不高，具有水果香味[23]，中速型雞有其特有的風味。

利用GC-IMS峰體積數值對不同生長速度雞品種進行普通的主成分分析，分析結果與儀器配套的分析軟件相同，排名結果與消費者習慣一致，表明利用GC-IMS測得的峰位置和峰體積數值可用于雞肉風味物質的定量分析，也可用于區分不同生長速度雞肉風味的評價。

4 結論

GC-IMS可以對不同生長速度雞肉品質的風味進行差異分析,可直觀、快速分析出不同生長速度雞品種揮發性有機物的特異性及其含量差異和相似度，且可明顯區分不同生長速度雞的品種。