內蒙古地理標志羊肉特征風味指紋圖譜的建立

柳沙，高巖，高海燕，栗昇，張宏博*

1. 內蒙古自治區市場監督管理審評查驗中心（呼和浩特 010090）；

2. 內蒙古科鴻科技服務有限責任公司（呼和浩特 010010）；3. 內蒙古化工職業學院（呼和浩特 010090）

錫林郭勒草原是內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。因其產出的羊肉具有肉質細嫩、鮮美可口、不膻不膩等特點，深受消費者喜愛，是內蒙古各族人民長期食用肉品的主要來源[1-4]*。作為優良地方品種，受氣候條件、生產條件及飼養環境的影響，羊肉品質和風味存在很大差異[2-4]*，其組分與含量對羊肉的特征風味起到至關重要的作用，且不同產區或不同品種羊肉的特征風味具有一定差異[2]*。因此，建立一種能夠快速真實反映羊肉品質并對其特征風味進行鑒別的方法，可為羊肉產地溯源、品質監測提供理論支持和數據支撐。

常用的食品風味分析技術有高效液相色譜、液相色譜質譜聯用、氣相色譜、氣相色譜質譜聯用、氣相色譜-嗅聞法及電子鼻技術[5]*。氣相色譜離子遷移譜儀（GC-IMS）是測定食品特征風味常用的技術手段[6]*，它是一種基于氣相色譜和離子遷移譜聯用技術的新型儀器，兼具氣相色譜的高分離能力和離子遷移譜的高靈敏度，采用靜態頂空進樣方式，實現對于痕量揮發性有機物準確、無損檢測，同時可在短周期內快速檢測多組分。因其突出的優點，已被用于多個領域，如果蔬農殘檢測[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建[11-12]*及冷鮮肉及肉質品特征成分、新鮮度、摻假檢測[13-14]*等方面。

試驗以錫林郭勒3個地理標志產品羊肉為研究對象，采用氣相離子遷移譜技術結合主成分分析法對其特征風味進行測定與分析，構建錫林郭勒3個地理標志產品羊肉特征風味離子遷移色譜指紋譜庫，以期為不同產區、不同品種羊肉品質評價與摻偽的鑒別提供技術支持。

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），為減少風味的揮發，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 內蒙古錫盟3個產區羊肉的采集情況

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的頂空組分，通過GC-IMS分析揮發性組分。GC-IMS分析條件見表2。

表2 GC-IMS分析條件

1.4 數據處理

采用設備自帶的LAV（laboratory analytical viewer）分析軟件，采用GC-IMS Library Search軟件內置的2014NIST數據庫和IMS數據庫對特征風味物質進行定性分析、LAV中Reporter和Gallery插件程序構建揮發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 結果與分析

2.1 3個品種羊肉特征風味離子遷移色譜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種地理標志羊肉風味物質差異。

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離子峰（reaction ion peak，RIP，歸一化后漂移時間為7.97～8.01 ms），RIP兩側的每個點代表一種揮發性有機物，以顏色和面積表示物質的含量；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。

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，通過GCIMS庫進行匹配從而對揮發物質進行定性。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性組分可通過GC-IMS技術很好地分離，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味物質種類差異不大，但是各個特征風味物質含量差異較大。

圖1 不同產區羊肉特征風味三維氣相離子遷移譜圖

圖2 不同產區羊肉特征風味二維氣相離子遷移譜圖

2.2 3個品種羊肉特征風味氣相離子遷移色譜（GCIMS）指紋圖譜分析

不同產區、不同品種羊肉特征風味指紋圖譜的構建旨在為羊肉樣品的品質評價和產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環境、年齡、性別及營養狀況等因素的影響，其特征風味物質組成與含量亦存在相應差異，因此，不同品種羊肉樣本的選擇顯得尤為重要。

為選用較為穩定和可靠的羊肉樣本進行指紋圖譜分析，在此基礎上，根據其特征風味氣相離子遷移色譜特點，在LAV中Reporter和Gallery插件程序構建不同產區羊肉特征風味指紋圖譜（圖2）。結果顯示，16份內蒙古羊肉樣本中，均含有53+11種特征風味物質，但是含量差異比較大。

采用GC-IMS Library Search軟件內置的2014NIST數據庫和IMS數據庫對其特征風味物質進行定性分析，可識別出44種揮發性物質，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種和雜環類1種。從圖3看出，3個產區羊肉特征性揮發物質種類主要為酮類、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雜化學反應，由于酮類、醇類及醛類等閾值較低，所以對羊肉特征風味的整體呈現具有重要作用。除此之外，酯類、酸類及雜環類化合物等對羊肉特征風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味物質種類相近，但含量存在較大差異。考慮到將所有樣本特征風味物質信息用于構建指紋圖譜存在比對過程中信息量大及操作復雜等因素，因此構建過程中，將不同產區羊肉樣本特征風味成分中相同的物質刪除，優選圖譜清晰、信息量完整的對應樣本進行分析，構建不同產區羊肉特征風味圖指紋圖譜。

圖3 內蒙古不同產區羊肉特征風味指紋圖譜信息

表3 內蒙古羊肉特征風味物質定性分析信息

按照53+11種未定性特征標記物質的峰強度進行分類，分析3種地理標志保護羊肉樣本特征風味物質的差異性，得到其特征峰，匯總于圖3。不同產區羊肉樣本特征風味均具有各自的特征峰區域（W、S、C）。W區域為烏珠穆沁羊的特征峰區域，主要特征物質包括庚醛、正己醇、2-甲基丁酸、3-甲基丁酸、糠醛、己醛、戊醇；S區域為蘇尼特羊的特征峰區域，主要特征物質包括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區域為察哈爾羊的特征峰區域，主要特征物質包括乙酸異丁酯、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。

進一步對比分析發現，3種地理標志保護羊肉特征風味中特征標記物質含量具有一定差異。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 內蒙古不同產區羊肉特征風味物質含量差異圖

2.3 3種地理標志保護羊肉特征風味氣相離子遷移色譜指紋數據PCA分析

依據圖3構建的3種地理標志保護羊肉特征風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，比較不同產區羊肉樣本特征風味之間的差異。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蒙古3個產區羊肉樣本特征風味物質具有一定差異，蘇尼特羊和察哈爾羊2個產區羊肉樣本特征物質分離不明顯，這可能與蘇尼特地區和察哈爾地區地域上相近，而與烏珠穆沁旗相距較遠有一定關系。

圖5 3種地理標志保護羊肉特征風味氣相離子遷移色譜指紋圖譜PCA分析圖

3 結論

通過對蘇尼特羊、察哈爾羊和烏珠穆沁羊羊肉特征風味進行測定，構建內蒙古地理標志羊肉特征風味指紋圖譜，各個品種羊肉具有其獨特的特征風味、特征峰及特征標記物質。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。該指紋圖譜的構建，可為內蒙古不同產區羊肉品質評價、產地追溯和摻假鑒別提供一種基于GC-IMS技術的快速判別方法。試驗結果為羊肉品質評價、產地追溯和摻假鑒別提供理論和數據支撐。