基于气相色谱-离子迁移谱技术鉴定内蒙古地区3 个品种羊肉挥发性代谢物

2021-12-23 08:43刘志红赵存谢遇春苏馨郭俊涛代东亮秦箐张崇妍兰茗熙蔡婷永泉王志新李金泉
肉类研究 2021年11期
关键词:气相色谱

刘志红 赵存 谢遇春 苏馨 郭俊涛 代东亮 秦箐 张崇妍 兰茗熙 蔡婷 永泉 王志新 李金泉

摘 要:分別选择放牧条件下6 只6 月龄体质量相近的乌珠穆沁羊、苏尼特羊和阿尔巴斯白绒山羊背最长肌为实验材料,采用气相色谱-离子迁移谱联用技术对3 个品种羊肉中的挥发性风味代谢物进行定性及定量测定,并对图谱差异进行分析,获得3 个品种羊肉的挥发性代谢物差异。运用主成分分析和偏最小二乘判别分析筛选乌珠穆沁羊肉与苏尼特羊肉、阿尔巴斯白绒山羊肉的差异挥发性代谢物。结果表明:在3 种羊肉中共检测到52 种挥发性风味代谢物,其中筛选并定性出乌珠穆沁羊肉与苏尼特羊肉差异代谢物7 种,分别为乙酸乙酯、丙酮、乙醇、2-丁酮、丁醛、壬醛和苯甲醛;乌珠穆沁羊肉与阿尔巴斯白绒山羊肉差异代谢物7 种,分别为丙酮、乙酸乙酯、2-丁酮、乙醇、苯甲醛、2-戊酮和3-羟基-2-丁酮;苏尼特羊肉与阿尔巴斯白绒山羊肉差异代谢物10 种,分别为丙酮、乙醇、2-丁酮、壬醛、乙酸乙酯、异戊醛、3-羟基-2-丁酮、2-戊酮、苯甲醛和辛醛。

关键词:气相色谱-离子迁移谱;乌珠穆沁羊;苏尼特羊;阿尔巴斯白绒山羊;挥发性代谢物

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

中图分类号:S826.8                                         文献标志码:A 文章编号:1001-8123(2021)11-0024-07

引文格式:

刘志红, 赵存, 谢遇春, 等. 基于气相色谱-离子迁移谱技术鉴定内蒙古地区3 个品种羊肉挥发性代谢物[J]. 肉类研究, 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

羊肉富含人体所需的氨基酸、脂肪酸和矿物质等营养物质,并且味美、鲜嫩多汁,具有健脾胃、补血等重要作用,是深受大众喜爱的肉类之一[1]。风味品质对羊肉的消费有着极为重要的影响,肉的香气和滋味对消费者的购买决策起着决定性作用[2-3]。香味是肉在加热过程中肉的风味前体物质发生分解、氧化、还原等化学反应,产生的各种能刺激嗅觉感受器的挥发性物质,包括醛、醇、酮、酯等简单物质和噻吩、呋喃等含硫、氮的复杂化合物;滋味物质主要由氨基酸、核苷酸、糖类和有机酸类等组成,鲜味是肉中主要的特征滋味,鲜味物质以谷氨酸钠和肌苷酸为代表[4-5]。动物的品种、性别、部位、去势、年龄、饮食、老化和烹饪等都会影响肉类的风味[6-10]。

羊肉的風味可以通过主观与客观的方法来分析评价,随着现代科技的发展,越来越多的客观分析方法和手段出现、仪器分析已经成为主要的客观分析方法。

黄彩燕等[11]基于Heracles Ⅱ快速气相电子鼻鉴别不同饲养方式下滩羊肉的风味差异。张爱萍等[12]采用顶空固相微萃取结合气相色谱-质谱联用(gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS)技术对甘肃细毛羊肉挥发性风味物质进行研究。尤丽琴等[13]采用超高效液相色谱-质谱法研究不同成熟滩羊肉中风味特征代谢物。这些多种检测技术联用的方法大大提高了对风味化合物的检测效率。GC-离子迁移谱(GC-ion mobility spectrometry,GC-IMS)方法是GC和IMS 2 种检测技术的联用,是用于挥发性有机化合物分离和灵敏检测的强大技术,具有响应速度快、灵敏度高、操作简便等特点[14-15]。近年来,在食品领域中已经推广应用于产地溯源、品种区分、质量等级、掺伪鉴别、风味变化等方面[16-18]。Wang Fang等[19]

研究表明,采用GC-IMS和主成分分析(principal component analysis,PCA)可以鉴定不同年龄靖远羔羊肉中的挥发性成分,并建立风味指纹。祁兴普等[20]利用GC-IMS技术结合化学计量学方法实现了猪肉、牛肉、鸡肉和羊肉食用肉种类的快速判别分析。苑昱东等[21]

采用无监督的PCA、有监督的偏最小二乘判别分析(partial least squares discriminant analysis,PLS-DA)区分宁夏滩羊肉不同贮藏期脂肪代谢特性的总体差异,并找到组间的差异代谢物。

乌珠穆沁羊、苏尼特羊和阿尔巴斯白绒山羊均属于我国优良的地方品种,多以天然草场放牧为主[22-24]。鉴于目前对这几种优质羊肉风味物质的分析与对比研究相对不足,本研究基于GC-IMS技术分析乌珠穆沁羊、苏尼特羊和阿尔巴斯白绒山羊3 个品种羊肉挥发性代谢物,结合化学计量学方法,在PCA模型对不同品种羊肉进行区别的基础上,采用PLS-DA筛选出不同品种间差异物质,将其中定性出的物质作为不同品种间潜在的差异代谢物。

1 材料与方法

1.1 材料

乌珠穆沁羊肉、苏尼特羊肉和阿尔巴斯白绒山羊肉分别取样于锡林郭勒盟东乌珠穆沁旗、内蒙古苏尼特右旗和内蒙古鄂尔多斯,分别选取体质量相近的6 只6 月龄羊背最长肌样本,放入冻存管中,迅速放入液氮,再置于-80 ℃保存备用。

1.2 仪器与设备

FlavourSpec®食品风味分析与质量控制系统(配备CTC CombiPAL自动顶空进样装置、分析软件包括VOCal和Reporter、Gallery Plot 2 款插件) 德国G.A.S公司。

1.3 方法

1.3.1 样品制备

取2 g样品置于20 mL顶空瓶中,80 ℃孵育15 min后进样,每份样本3 个重复,用于GC-IMS分析。

1.3.2 GC-IMS检测条件

GC-IMS检测主要参数:色谱柱类型:MXT-5(15 m×0.53 mm,1 μm),分析时间20 min,柱温60 ℃,载气/漂移气:N2,IMS温度45 ℃,进样量500 μL,孵育时间15 min,孵育温度80 ℃,进样针温度85 ℃,孵育转速500 r/min。0~2 min:漂移气流速150 mL/min,载气流速2 mL/min;2~20 min:漂移气流速150 mL/min,载气流速100 mL/min。

1.4 数据处理

利用GC-IMS仪器配套的分析软件(包括VOCal和Reporter、Gallery Plot 2 款插件)进行数据分析。VOCal用于分析谱图和数据的定性、定量,应用软件内置的NIST数据库和IMS数据库可对物质进行定性分析;Reporter直接对比样品谱图之间的差异;Gallery Plot指纹图谱对比,直观且定量比较不同样品之间的挥发性有机物差异。使用Simca 13.0软件进行PCA、PLS-DA。

2 结果与分析

2.1 3 种不同品种羊肉的挥发性物质组成与鉴定

横坐标1.0处红色竖线为反应离子峰(reactive ion peak,RIP),经归一化处理,RIP两侧的每一个点代表一种挥发性有机物,颜色代表物质含量,白色表示含量较低,红色表示含量较高,颜色越深表示含量越高;编号为定性顺序,与表1一一对应。

由图1和表1可知,3 种不同品种羊肉中共检测到58 种挥发性物质,对58 个信号峰进行定性分析,其中52 个信号峰被定性,有些信号峰被定性为同一物质的单体和二聚体,因此最终定性出的挥发性风味物质共40 种,包括15 种醛类、6 种醇类、6 种酯类、8 种酮类、3 种烃类、1 种醚类和1 种呋喃类。

2.2 3 种不同品种羊肉的挥发性成分GC-IMS谱图对比分析

以乌珠穆沁羊肉GC-IMS谱图为参比,其余谱图扣除乌珠穆沁羊肉GC-IMS谱图中的信号峰,得到二者的差异谱图,可以直观观察和比较不同品种羊肉的挥发性物质组成差异。由图2可知,蓝色区域(X)说明物质含量在此样品中较乌珠穆沁羊肉中低,红色区域(Y)说明物质含量在此样品中较乌珠穆沁羊肉中高。同样,颜色越深,说明差异越大。可以看出,部分化合物含量在苏尼特羊和阿尔巴斯白绒山羊肉中较高,部分化合物含量在乌珠穆沁羊肉中较高。

2.3 3 种不同品种羊肉中挥发性物质的PCA

采用非监督模式识别方法PCA针对不同品种羊肉间挥发性物质,进行组内和组间识别。由图3可知,乌珠穆沁羊和苏尼特羊的PCA得分图中主成分1和主成分2的贡献率之和为62.4%,乌珠穆沁羊和阿尔巴斯白绒山羊的PCA得分图中主成分1和主成分2的贡献率之和為62.2%,苏尼特羊和阿尔巴斯白绒山羊的PCA得分图中主成分1和主成分2的贡献率之和为53.8%。一般情况下,当累计贡献率达到60%时,选择PCA模型作为分离模型[25]。从PCA发现,可以将3 种不同品种羊肉区分开,但组内各点分布较为分散。

2.4 3 种不同品种羊肉差异挥发性代谢物的筛选

为了筛选出不同品种羊肉的差异挥发性代谢物,采用PLS-DA法将样本进行归类分析。在PLS-DA中,一般变量投影重要性(variable importance in projection,VIP)大于1的变量被认为是差异变量[26]。

分别对图3中不同品种羊肉挥发性物质PCA结果进行PLS-DA,结果如图4所示。对PLS-DA结果进行200 次置信检验,由图5可知,乌珠穆沁羊肉和苏尼特羊肉、乌珠穆沁羊肉和阿尔巴斯白绒山羊肉、苏尼特羊肉和阿尔巴斯白绒山羊肉对应检验截距分别为R2=0.480、Q2=-0.056,R2=0.447、Q2=-0.171,R2=0.545、Q2=-0.244,表明置信检验结果良好,说明PLS-DA模型具有可靠性。因此,通过筛选PLS-DA结果的VIP来寻找不同品种羊肉之间的差异性代谢物。

由图6可知:在乌珠穆沁羊肉和苏尼特羊肉中筛选得到7 种差异代谢物,分别为乙酸乙酯、丙酮、乙醇(单体)、2-丁酮、丁醛、壬醛(单体)及苯甲醛(单体);在乌珠穆沁羊肉和阿尔巴斯白绒山羊肉中筛选得到8 种差异代谢物,其中能够定性出的有7 种,分别为丙酮、乙酸乙酯、2-丁酮、乙醇(单体)、苯甲醛(单体)、2-戊酮及3-羟基-2-丁酮(单体);在苏尼特羊肉和阿尔巴斯白绒山羊肉中筛选得到12 种差异代谢物,其中能够定性出的有10 种,分别为丙酮、乙醇、2-丁酮、壬醛、乙酸乙酯、异戊醛、3-羟基-2-丁酮、2-戊酮、苯甲醛及辛醛。

3 讨 论

羊肉风味和香气的产生是由于肉类组织中存在的多种风味分子和前体物质,这些物质种类组成和含量的差异是风味差别的基础。Eimore等[27]研究发现,绵羊脂肪特殊风味与2-异丙基酚、百里酚、3,4-二甲基酚、甲基异丙基酚及3-异丙基酚有关,山羊的膻味与4-甲基辛酸、4-甲基壬酸等带甲基侧链的脂肪酸有关,公山羊的膻味可能与噻吩有关。Wang Weiting等[28]采用非靶向液相色谱-质谱法在不同品种山羊肉中鉴定出977 种代谢物,经过分析发现,脂肪酸、醛、酮、内酯、黄酮、酚类、生物碱和药物污染物的含量在品种间存在显著差异,并尝试将前30 种含量最丰富的差异代谢物与感官特性联系起来,表明每一种关键代谢物对肉类口感贡献的可能性。

窦露等[29]研究表明,不同品种羊肉之间关键风味物质存在差异,其中壬醛对苏尼特羊肉风味贡献最大,巴美肉羊和乌拉特山羊肉中贡献最大的风味物质为1-辛烯-3-醇。

本研究表明,乌珠穆沁羊肉中贡献较大的特征风味物质为苯甲醛、乙酸乙酯;苏尼特羊肉中贡献较大的特征风味物质为壬醛、辛醛、2-丁酮、乙醇;阿尔巴斯白绒山羊肉中贡献较大的特征风味物质为2-戊酮、3-羟基-2-丁酮(单体)、丙酮、丁醛、异戊醛。

基于GC-IMS对羊肉挥发性风味物质的检测发现,品种、年龄、产地等对羊肉挥发性代谢物的组成和含量存在影响。姚文生等[30]研究表明,不同市售烤羊肉串样本特征风味具有一定的差异。孟新涛等[31]研究表明,新疆6 个不同产区羊肉中检出的挥发性物质种类和含量不同,不同产区羊肉均有主要的特征风味物质。Wang Fang等[19]研究表明,2、6、12 月龄靖远羊肉中不同挥发性物质的峰强度不同,在羔羊肉中具有较高峰强度的化合物为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-羟基-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远羊肉的风味指纹图谱。本研究同样表明,不同品种羊肉中不同种类的挥发性物质组成和含量不同,其中有清香味的甲基庚烯酮、有松脂香味的β-蒎烯等补充了羊肉风味物质,为说明不同品种羊肉风味差异提供了理论基础。

4 结 论

基于GC-IMS技术在乌珠穆沁羊肉、苏尼特羊肉和阿尔巴斯白绒山羊肉中分别检测到52 种挥发性代谢物,其中有些信号峰被定性为同一物质的单体和二聚体,因此最终定性出的挥发性风味物质共40 种,包括15 种醛类、6 种醇类、6 种酯类、8 种酮类、3 种烃类、1 种醚类和1 种呋喃类。通过PCA、PLS-DA分别筛选出乌珠穆沁羊肉与苏尼特羊肉、阿尔巴斯白绒山羊肉的差异挥发性代谢物,结果表明:乌珠穆沁羊肉与苏尼特羊肉挥发性差异代谢物共7 种,分别为乙酸乙酯、丙酮、乙醇、

2-丁酮、丁醛、壬醛和苯甲醛;乌珠穆沁羊肉与阿尔巴斯白绒山羊肉挥发性差异代谢物共7 种,分别为丙酮、乙酸乙酯、2-丁酮、乙醇、苯甲醛、2-戊酮和3-羟基-2-丁酮;苏尼特羊肉与阿尔巴斯白绒山羊肉挥发性差异代谢物共10 种,分别为丙酮、乙醇、2-丁酮、壬醛、乙酸乙酯、异戊醛、3-羟基-2-丁酮、2-戊酮、苯甲醛和辛醛。说明不同品种羊肉中挥发性代谢物组成和含量为其特有风味发挥作用,本研究为客观评价羊肉品种资源、未来肉羊的繁殖育种选择改良方案及消费者的选择提供了理论基础。

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收稿日期:2021-05-24

基金项目:“十三五”国家重点研发计划重点专项(2018YFD0502000);

内蒙古自治区科技重大专项(2020ZD0004);内蒙古自治区双一流建设青年基金项目(QN201902;QN202001);

内蒙古自治区关键技术攻关计划项目(2020GG0030)

第一作者简介:刘志红(1977—)(ORCID: 0000-0002-4859-9556),女,副教授,博士,研究方向为动物分子遗传与育种。

E-mail: liuzh7799@163.com

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