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]。
羊肉的风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 chromatographymass 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，GCIMS）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
图 1 3 个不同品种羊肉中挥发性物质GC-IMS谱图
Fig. 1 GC-IMS spectra of volatile compounds in Longissimus dorsi from different breeds
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。
表 1 3 个不同品种羊肉中挥发性物质分析
Table 1 Analysis of volatile compounds in Longissimus dorsi from different breeds
类别 编号 化合物 分子式 保留指数峰体积气味特征乌珠穆沁羊肉苏尼特羊肉阿尔巴斯白绒山羊肉醛类1 反-2-壬烯醛 C9H16O 1 189.8 281.575 286.973 279.332 青草味2 壬醛（单体） C9H18O 1 108.9 590.103 818.127 392.749 油脂味3 壬醛（二聚体） C9H18O 1 108.3 119.116 175.258 106.641 5 辛醛（单体） C8H16O 1 006.1 286.481 471.042 237.697 柑橘味6 辛醛（二聚体） C8H16O 1 005.4 112.128 340.058 107.571 7苯乙醛 C8H8O 1 040.7 166.619 157.476 186.951 玉簪花香味8 苯甲醛（单体） C7H6O 961.6 1 419.555 1 121.353 920.383 杏仁、焦糖味9 苯甲醛（二聚体） C7H6O 961.0 668.016 493.065 357.124 11 3-甲硫基丙醛 C4H8OS 908.7 228.689 147.727 140.977 12 庚醛（单体） C7H14O 902.2 418.354 320.133 378.765 油脂味13 庚醛（二聚体） C7H14O 902.2 193.247 272.319 166.277 17 己醛（单体） C6H12O 790.4 551.033 425.271 433.565 青草、苹果香味18 己醛（二聚体） C6H12O 790.3 717.633 768.701 627.208
续表1
类别 编号 化合物 分子式 保留指数峰体积气味特征乌珠穆沁羊肉苏尼特羊肉阿尔巴斯白绒山羊肉19 反-2-戊烯醛 C5H8O 776.3 297.628 240.919 151.758 坚果味24 戊醛（单体） C5H10O 681.3 208.461 114.986 204.493 特殊香味25 戊醛（二聚体） C5H10O 684.0 44.532 48.694 66.478 27 2-甲基丁醛（单体） C5H10O 642.1 141.232 95.615 124.988 苹果气味28 2-甲基丁醛（二聚体） C5H10O 638.6 132.011 64.784 536.645 29 异戊醛 C5H10O 616.9 336.666 244.572 459.072 苹果气味37 丁醛 C4H8O566.21 257.4431 538.8631 686.301 清香42 反-2-庚烯醛（单体） C7H12O 956.6 100.849 113.333 80.605 油脂味43 反-2-庚烯醛（二聚体） C7H12O 956.6 72.137 63.887 69.155 44 反-2-己烯醛（单体） C6H10O 848.2 136.479 91.493 97.582 苹果、绿叶香味45 反-2-己烯醛（二聚体） C6H10O 846.6 25.108 28.669 41.772醇类15 正己醇 C6H14O 872.3 80.826 78.974 154.261 特殊香味16 1-辛烯-3-醇 C8H16O 986.2 184.272 134.315 112.011 蘑菇味32 乙醇（单体） C2H6O 401.4 3 833.239 4 792.365 4 108.812 酒香味35 乙醇（二聚体） C2H6O 394.5 5 022.095 6 118.436 3 518.039 20 1-戊醇（单体） C5H12O 756.5 62.978 46.565 118.457 40 1-戊醇（二聚体） C5H12O 760.9 37.577 37.951 45.042 46 丙醇 C3H8O 494.4 116.389 100.350 112.925 酒香味51 异戊醇 C5H12O 736.9 52.061 50.259 100.315 苹果白兰地香气酯类4 苯甲酸甲酯 C8H8O21 094.0 152.503 140.823 199.694 樱桃香味23 乙酸丙酯 C5H10O2 721.6 79.387 77.343 45.485 水果香味33 乙酸乙酯 C4H8O2 578.5 2 081.621 855.656 1 687.775酒香、微带果香味34 丙酸乙酯 C5H10O2 695.1 120.918 124.733 110.121 菠萝香味38 丁酸乙酯 C6H12O2 807.5 71.142 102.039 29.111 菠萝香味50 2-甲基丁酸乙酯 C7H14O2 842.8 41.912 42.606 80.067 苹果、菠萝味酮类10 甲基庚烯酮 C8H14O 994.8 70.325 80.447 68.463 清香14 2-庚酮 C7H14O 891.9 144.525 127.401 136.639 梨香味21 3-羟基-2-丁酮（单体） C4H8O2 709.7 410.364 353.663 584.665 乳香味22 3-羟基-2-丁酮（二聚体） C4H8O2 711.3 477.021 607.376 4 304.984 26 2-戊酮 C5H10O 663.9 284.083 437.058 986.793 辛辣甜味30 2-丁酮 C4H8O 555.8 2 747.379 3 142.981 2 231.175 辛辣甜味31 丙酮 C3H6O 466.0 5 262.449 5 256.558 7 730.711 辛辣甜味47 3-辛酮 C8H16O 971.1 29.688 26.458 34.256 52 2-己酮 C6H12O 773.8 42.523 37.104 43.359 辛辣甜味烃类39 双戊烯 C10H16 1 025.2 92.969 85.336 220.827 柠檬香味48 β-蒎烯 C10H16 976.2 56.695 44.410 265.269 松脂香味49 2-蒎烯 C10H16 930.5 37.809 40.502 144.695 松节油味醚类 36 二甲基二硫醚 C2H6S2 740.2 70.358 48.387 40.523呋喃类 41 2-正戊基呋喃 C9H14O 997.2 38.361 37.687 42.219 烤肉、黄油味
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。
图 2 3 个不同品种羊肉GC-IMS谱图差异
Fig. 2 Differential GC-IMS spectra of Longissimus dorsi in different breeds
2.3 3 种不同品种羊肉中挥发性物质的PCA
图 3 3 个不同品种羊肉中挥发性物质PCA得分图
Fig. 3 PCA scores scatter plot of volatile compounds in Longissimus dorsi from different breeds
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的贡献率之和为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]。
图 4 3 个不同品种羊肉中挥发性物质PLS-DA得分图
Fig. 4 PLS-DA scores scatter plot of differential volatile compounds in Longissimus dorsi from different breeds
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。
图 5 3 个不同品种羊肉中挥发性物质PLS-DA置信检验结果
Fig. 5 Permutation plot of PLS-DA analysis of volatile compounds in Longissimus dorsi from different breeds
A. 乌珠穆沁羊肉和苏尼特羊肉；B. 乌珠穆沁羊肉和阿尔巴斯白绒山羊肉；C. 苏尼特羊肉和阿尔巴斯白绒山羊肉。图6同。
图 6 3 个不同品种羊肉中挥发性物质PLS-DA的VIP值
Fig. 6 VIP plots of PLS-DA of volatile compounds in Longissimus dorsi from different breeds
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，并建立了不同月龄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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