基于FTIR与GC×GC-TOF MS技术的边鸡与科宝肉鸡品质及风味特征比较研究

本研究采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）和全二维气相色谱-飞行时间质谱（GC×GC-TOF MS）技术，系统比较了山西地方品种边鸡（BIAN）与商业科宝肉鸡（CB）的肉质特性与风味物质差异。研究发现边鸡具有更优的嫩度（剪切力2.11 kg）、更低pH值（5.64）和更高黄度值（b*=7.37），其蛋白质二级结构中α-螺旋含量更高（37.54%），醛类风味物质含量显著提升（15.13%），鉴定出(E)-2-壬烯醛等关键差异标志物。该研究为地方鸡种质资源保护与风味品质标准化提供了重要科学依据。

　　

1 引言

中国拥有丰富的地方鸡种资源。随着生活水平提高，消费者对优质鸡肉的需求日益增长，使得地方鸡种的肉质特性与遗传机制研究成为焦点。近年来，为保护和利用这些珍贵遗传资源，研究人员开始系统评估地方品种的种质特性和肉用性能。大量研究表明，中国地方鸡种与商业肉鸡在肉质指标上存在显著差异。例如清远麻鸡与科宝肉鸡的比较研究显示，地方品种具有更低的pH值、剪切力、蒸煮损失和肌纤维面积，同时具有更高的肉色a、b值和肌内脂肪含量。

鸡肉的风味和质地是衡量品质的首要指标。中国地方家禽品种独特的风味特征主要源于其丰富的有机风味物质组成。已有研究采用GC-IMS技术从麻黄鸡和图尔鸡的白切肉中鉴定出65种有机风味化合物，包括18种醛类、16种醇类、10种酮类和9种酯类。先前研究通过GC-O和气味活性值分析，确定了鸡肉中的关键香气化合物（壬醛、辛醛和二甲基四硫醚）和品种特异性风味化合物（己醛、1-辛烯-3-醇、(E)-2-壬烯醛等）。此外，采用GC-IMS方法对略阳黑鸡六个解剖部位的有机风味化合物进行区分，鉴定出各部位特有的关键风味化合物，为评估略阳黑鸡的肉质和风味特征提供了宝贵见解。

边鸡是山西地方鸡种，历史上饲养于长城沿线地区。该品种以肉质优良著称，具有质地细嫩、风味浓郁和营养价值高的特点。边鸡肉含有丰富的蛋白质和风味增强化合物（如氨基酸和核苷酸），这些成分共同造就了其鲜美的口感与香气。消费者对边鸡等地方鸡种具有强烈偏好，认为其风味和口感优于常规肉鸡。事实上，边鸡凭借这些感官优势在市场上享有溢价和高接受度。与快速生长的商业肉鸡相比，边鸡在口感、嫩度和整体适口性方面 consistently 表现出更好的肉质特性。此外，边鸡耐粗饲、适应放养系统，能在寒冷气候中良好生长。这些优良特性使边鸡成为食品科学与农业研究的焦点。

2 材料与方法

2.1 动物与样品信息

动物实验遵循《实验动物福利与使用指南》（中华人民共和国科学技术部，2006年）。为确保肉质评价的一致性，仅使用雌性动物。边鸡（地方鸡种）购自山西农康新拓科技发展有限公司，科宝肉鸡（商业科宝500品系）购自山西大象农牧科技有限公司。孵化后，选取80只1日龄健康边鸡和80只科宝鸡，在山西农业大学实践农场相同条件下饲养。鸡群分为10个重复组（每个品种10个笼，每笼4只鸡）。鸡只自由采食和饮水，单独笼养，按照GB/T 5916-202和NY/T 1871-201指南进行管理。饲养温度第一周维持在35°C，之后每天降低约0.5°C直至稳定在21-26°C。相对湿度在第1-7天维持在65%-70%，第8-14天为60%-65%，第15天起为50%-60%。科宝肉鸡日粮粗蛋白含量1-21日龄为21.5%，代谢能12.1 MJ/kg；22-42日龄为17.5%粗蛋白和12.4 MJ/kg代谢能。研究遵循中国动物福利指南，并经山西农业大学伦理委员会批准（协议编号SXAU-EAW-2024C.YC.007010312）。

2.2 样品采集

所有鸡只在各自市场日龄屠宰。科宝鸡饲养42天，边鸡饲养112天。屠宰前禁食16小时，禁水12小时。每组屠宰8只鸡（每个重复1只），从每只鸡相似解剖部位采集约30克胸肌。样品分配如下：10克用于即时肉质测量（pH、肉色、剪切力和蒸煮损失），3克用于GC×GC-TOF MS分析，5克用于FTIR光谱分析。剩余组织备份保存。用于GC×GC-TOF MS和FTIR分析的样品置于无菌管中，液氮速冻后-80°C保存直至分析。

2.3 肉质性状测量

评估肉质指标包括pH值、肉色（a、b、L）、剪切力和蒸煮损失。所有10个样品均进行pH值、肉色、剪切力和蒸煮损失测量。每个样品测量3次，取平均值。各项肉质指标测定遵循《第三次全国畜禽遗传资源普查工作手册（第一版）》指南。肉色（L、a、b）在宰后24小时室温下使用色差计CR-410（柯尼卡美能达，日本）测量。每个胸肌样品测量三个位置，每个位置三次重复（每个样品共九次读数），计算平均值。剪切力使用嫩度仪（C-LM4，Tenovo，中国北京）以200 mm/min速度测量。取新鲜胸肌切成条状，宽1.0 cm，厚0.5 cm，确保去除肌腱、脂肪和膜，横截面垂直于肌纤维方向，每次切割三次，记录平均值。pH检测使用便携式pH计（Testo 205，Testo AG，德国）配备穿刺电极。电极插入胸肌三个不同位置约1 cm深，避开脂肪和结缔组织。屠宰后记录每个位置胸肌pH三次，计算这些读数的平均值。蒸煮损失通过称重约1.5克胸肌，去除肌腱、脂肪和膜，切片。切片置于两层18层滤纸之间，然后夹在两块硬塑料板之间。施加35 kg压力5分钟，取出后立即称重样品。

2.4 傅里叶变换红外光谱

使用衰减全反射（ATR）-FTIR光谱测量肉样品的生物分子浓度变化。采用Bruker Tensor 27 FTIR光谱仪（Bruker Optics Ltd.，德国埃特林根）上的单反射ATR模块，光谱范围4000-500 cm^-1，分辨率4 cm^-1，每个样品采集64次扫描。光谱采集和仪器控制使用OPUS软件（版本7.2，Bruker Optics Ltd，德国）管理。分析红外光谱以提取目标组分信息，包括相对定量和二级结构。

选取10个BIAN和10个CB样品研究生物分子含量变化。每组最初包含150个光谱（每个样品15个），使用13个平滑点转换为二阶导数。然后平均将数据减少到每个样品3个光谱。数据处理涉及峰标记、基线校正和使用Omnic 8归一化。处理后的光谱使用Peakfit 4.12中的GaussAmp函数拟合，光谱映射使用Origin 2017进行。

光谱数据经过二阶导数预处理以解析相邻峰并增强特征。我们专注于3000至2800 cm^-1和1800至900 cm^-1的光谱区域，应用二阶导数和归一化计算每个官能团的积分面积。使用OPUS软件（版本7.2，Bruker Optics GmbH，德国）整合10个BIAN和10个CB样品在不同区域的 processed 光谱以确定生物分子比例。采用非线性和最小二乘曲线拟合技术，结合高斯和洛伦兹函数，分析FTIR中酰胺I带的重叠峰面积。根据样品类型，拟合参数如β-折叠、α-螺旋、β-转角和平行结构，以及峰位置和带形，均从FTIR光谱中得出。

2.5 全二维气相色谱-飞行时间质谱（GC×GC-TOF MS）

取适量鸡胸冻干样品置于20 ml顶空进样瓶，加入10 μl内标溶液进行定量校准。样品在80°C孵育10分钟，使挥发性化合物充分释放到顶空。SPME萃取头在使用前于270°C老化10分钟以去除可能的污染物。将老化的SPME萃取头插入样品瓶顶空，80°C吸附25分钟以确保挥发性化合物充分浓缩。吸附后，将SPME萃取头转移至气相色谱进样口，250°C热解吸5分钟，将吸附的化合物完全释放到色谱系统中。每次进样后，SPME萃取头在270°C老化10分钟，为下一次分析做准备。为计算保留指数，将额外10 μl正构烷烃标准品置于20 ml顶空进样瓶，在相同条件下孵育、萃取和进样分析。

肉样使用LECO Pegasus BT 4D系统分析，包括Agilent 8890A气相色谱仪、双级喷射调制器和用于GC-TOF MS分析的分流/不分流进样模块。采用高分辨率TOF质量检测器进行质谱分析。使用两根色谱柱进行分离：DB-Heavy Wax柱（30 m × 250 μm × 0.5 μm）和Rxi-5Sil MS柱（2 m × 150 μm × 0.15 μm）。高纯度氦气作为载气，恒定流速1.0 mL/min。DB-Heavy Wax柱的温度程序从50°C开始，保持2分钟，然后以5°C/min速率升至230°C，保持5分钟。Rxi-5Sil MS柱温度始终比DB-Heavy Wax柱高5°C。调制器温度 consistently 比Rxi-5Sil MS柱高15°C，调制周期6.0秒。进样口温度保持在250°C。LECO Pegasus BT 4D质量检测器的质谱传输线温度为250°C，离子源温度250°C。

使用ChromaTOF软件（版本5.0，LECO Corporation）进行数据处理。原始数据预处理包括使用中值滤波器（10点窗口）进行基线校正和使用自动寻峰算法（信噪比阈值100:1）进行峰解卷积。使用独特质量碎片定量峰面积并归一化至总离子流图。通过谱图匹配NIST 2020质谱库进行化合物鉴定。仅在≥80%生物学重复中检测到的化合物保留用于统计分析。

2.6 统计分析

使用独立样本t检验比较BIAN和CB组之间的肉质参数（pH、肉色、剪切力、蒸煮损失）和FTIR光谱数据，FTIR分析中应用Bonferroni校正进行多重比较（调整后α = 0.01）。对于GC×GC-TOF MS数据，使用SIMCA-P（版本14.1，Umetrics，瑞典）在进行对数转换和Pareto缩放后执行多变量分析（PCA、PLS-DA、OPLS-DA），使用倍数变化标准（FC > 2或 < 0.5）和FDR校正t检验（q < 0.05）鉴定差异化合物。统计学显著性设定为p < 0.05，p < 0.01和p < 0.001，所有分析使用GraphPad Prism 7.0和R软件（版本4.2.1）进行，数据以均值±标准误表示。

3 结果与讨论

3.1 BIAN与CB肉质性状差异分析

为研究BIAN和CB鸡胸肉之间的肉质差异，我们评估了关键肉质特性。物理性质测量显示，CB的pH显著高于BIAN（p < 0.05）。尽管L值未观察到显著差异，但BIAN的b值显著高于CB（p < 0.05），表明与颜色较浅的CB相比，BIAN肉色更偏红。此外，BIAN的剪切力显著低于CB（p < 0.05）。总体而言，与CB相比，BIAN表现出更低的pH、更低的剪切力和更高的b^*值，表明肉质存在显著差异。

本研究揭示了BIAN鸡和科宝肉鸡（CB）之间在肉质特性和风味谱上的显著差异，表明品种从根本上影响理化性质和风味化合物组成。pH是评估肉质的关键指标，鸡胸肉通常范围在5.8至5.9之间。pH升高会在煮沸时产生不良风味。CB鸡较高的pH（5.95对比5.64，p < 0.05）与先前在快大型肉鸡中的观察一致，其中快速肌肉生长和改变的糖酵解代谢阻碍了宰后pH下降。这种pH变化可能解释了观察到的颜色变化。BIAN鸡显示出显著更高的b值（7.37对比5.66，p < 0.05），与对地方品种的研究一致，这些品种由于肌红蛋白含量增加和氧化肌纤维组成而表现出更高的黄度。BIAN鸡显著较低的剪切力（2.11对比2.86 kg，p < 0.05）表明，地方品种独特的肌纤维和胶原蛋白特性可能减轻与年龄相关的变化。BIAN鸡表现出独特的品质属性，使其区别于商业肉鸡和其他本地品种，特别是其异常低的剪切力（2.11 kg）尽管饲养期延长（112天）和显著更高的b值（7.37），这不仅超过了科宝肉鸡（5.66），而且超过了其他优质地方品种如广元灰鸡报告的值。这些独特的物理特性使BIAN鸡成为一种独特的高端产品，对注重质量的消费者具有强大的市场潜力。

3.2 通过FTIR表征测定BIAN和CB鸡胸肉中生物分子和二级结构蛋白质的比例

鸡肉样品主要由蛋白质、脂肪以及微量碳水化合物和无机盐组成。它们的红外光谱主要反映这些组分内官能团的振动模式。样品间的光谱一致性表明鸡肉的结构组成稳定，蛋白质为主要成分，辅以脂肪和多糖。如图所示，两个品种在4000–500 cm^?1范围内共享保守的带位，但它们的相对强度不同：CB在~2921和2852 cm^?1处显示更强的脂质相关C–H伸缩，而BIAN显示更高的酰胺I（~1640 cm^?1）和酰胺II（~1530 cm^?1）带；1250–900 cm^?1碳水化合物区域在组间相当。在3276 cm^?1（酰胺A带，O–H和N–H伸缩）、2921和2852 cm^?1（脂质，烷基C–H伸缩）、1640 cm^?1（酰胺I带，C=O伸缩）、1530 cm^?1（酰胺II带，N–H弯曲和C–N伸缩）和1041 cm^?1（多糖C-O伸缩）处观察到关键吸收峰。酰胺I带（1700–1600 cm^?1）作为蛋白质骨架的关键振动特征，反映了二级结构元件。图示表明，该带的解卷积揭示了组间二级结构的显著差异。详见表，BIAN样品的α-螺旋含量（37.54 ± 0.34%）显著高于CB样品（33.50 ± 1.46%，p = 0.019）。相反，CB样品的β-折叠含量（35.45 ± 2.10%）高于BIAN样品（32.39 ± 0.28%）。在β-转角和无规卷曲结构方面未观察到显著差异：BIAN样品分别为11.80 ± 0.84%和18.27 ± 0.38%，而CB样品为11.21 ± 0.64%和19.83 ± 1.35%。

使用特定光谱区域对生物分子组成的分析确定了两个鸡品种在脂质和蛋白质含量上的显著差异。表显示，CB样品的总脂质含量（18.39 ± 0.27%）显著高于BIAN样品（15.36 ± 0.25%，p < 0.001），酯脂含量差异显著（CB：10.41 ± 0.28% 对比 BIAN：6.64 ± 0.21%，p < 0.001）。相反，BIAN样品表现出更高的蛋白质峰，酰胺I含量为22.63 ± 1.08% 对比 CB的19.78 ± 0.53%（p = 0.02），酰胺II含量为20.31 ± 0.60% 对比 CB的18.77 ± 0.48%（p = 0.03）。1250–900 cm^?1区域的碳水化合物含量在组间无显著差异（BIAN：16.36 ± 1.71%，CB：14.69 ± 0.74%，p = 0.20）。这些光谱差异在重复测量中是一致的，强调了FTIR光谱在通过分子组成区分鸡肉类型方面的重现性。

BIAN和CB鸡品种之间蛋白质二级结构的差异显著影响肉质，这与将α-螺旋结构与增强嫩度和多汁性联系起来的研究一致。BIAN鸡表现出比CB鸡更高的α-螺旋含量（37.54%对比33.50%），表明由于α-螺旋的柔性和弹性构象增强了质地，肉质更柔软。这一观察结果 corroborates 同步加速器-FTIR研究，该研究表明α-螺旋含量增加与鸡肉嫩度改善相关。此外，CB鸡的总脂质含量显著高于BIAN（18.39%对比15.36%，p < 0.001），并且酯脂分数更大（10.41%对比6.64%，p < 0.001），如表FTIR积分面积所示。这些脂质差异有助于解释品种依赖的脂质代谢和沉积模式。CB鸡中升高的蛋白质水平，由增强的酰胺I和II带指示，强调了商业育种对瘦肉产量和快速肌肉生长的关注。然而，这并不一定等同于优越的食用品质，因为蛋白质水平并不总是与嫩度或多汁性相关。品种间相当的碳水化合物含量表明糖原代谢和宰后糖酵解相似，暗示肉质差异主要源于蛋白质和脂质的变异而非碳水化合物。FTIR分析揭示的生物分子差异为边鸡优越的肉质提供了关键见解。边鸡中较高的α-螺旋含量（37.54%）直接与其改善的嫩度（较低的剪切力2.11 kg）相关，而较高的蛋白质含量（酰胺I：22.63%和酰胺II：20.31%）有助于其独特的质地特性。尽管总脂质含量较低（15.36%对比科宝的18.39%），边鸡独特的蛋白质结构通过增强肉嫩度和保持多汁性来补偿。这些结构特征不仅解释了为什么本地消费者偏爱边鸡，而且为品种认证和保护计划提供了客观的质量标记。这种分子水平的理解对于保持这种地方品种的遗传完整性和满足消费者对高质量传统家禽产品的需求至关重要。

3.3 边鸡与科宝肉鸡风味化合物差异分析

GC×GC-TOF MS总离子流图显示两个品种均有丰富的峰，边鸡表现出更密集和更高强度的峰簇，表明品种特异性化学谱。这种色谱模式与BIAN中较高的醛类分数（15.13%对比10.52%）和感官评价中观察到的更强果香一致。

多变量统计分析 confirmed 了这一区分。PCA得分图显示两个品种沿第一主成分（PC1）完全分离。如图所示，边鸡样品聚集在P1负区域的粉红色椭圆内，而科宝肉鸡样品在正区域的蓝色椭圆内。每组的样品紧密聚集，边界清晰，表明组分存在系统差异和强大的生物学重现性。PLS-DA通过纳入品种信息改进了 discrimination，导致更极化的分布：边鸡向左下聚集，科宝肉鸡向右上聚集，显著增加了组间距离。OPLS-DA得分图进一步增强了组分离，在水平轴上显示更明显的双极分布。

本研究确定了边鸡和科宝鸡之间风味谱的显著差异。通过全面的GC×GC-TOF MS分析，我们发现遗传背景显著影响肉风味特性。具体而言，在边鸡中检测到2150种风味化合物，而科宝肉鸡为2120种，分别有1068和1038种化合物 unique 于每个品种。这表明影响风味发展的代谢途径存在变异。这些发现与最近强调家禽肉质品种特异性差异的研究一致。使用PCA和PLS-DA的多变量统计分析 confirmed 了品种间 distinct 和可重现的风味差异。这种方法与清远麻鸡和科宝肉鸡的多组学分析类似，后者也证明了清晰的品种分离。

经过注释和纯化，鉴定出边鸡和科宝肉鸡中的风味化合物。图说明了边鸡中的2150种风味化合物和科宝肉鸡中的2120种。边鸡在可检测范围内显示出更高数量的风味化合物。通过统计发现，这两个品种之间共有1082种风味化合物。此外，边鸡拥有1068种独有风味化合物，而科宝肉鸡有1038种独有化合物。因此，与科宝肉鸡相比，边鸡展示了更多样化的风味化合物阵列。

使用数据库，我们鉴定了边鸡和科宝肉鸡胸肉中的风味化合物，揭示了香气化合物类型的显著差异。如图所示，边鸡的醇类含量（23.4%）高于科宝肉鸡（22.0%），贡献了新鲜、花香和果香。值得注意的是，边鸡中的醛类为15.13%，显著高于科宝肉鸡的10.52%，由于其低阈值，显著增强了肉香、脂肪和坚果香气。烃类（11.64%对比9.95%）和酮类（13.18%对比12.09%）在边鸡中也更普遍，酮类赋予奶油和花香。科宝肉鸡表现出更高水平的羧酸（4.21%对比1.82%）、酯类（10.69%对比7.60%）、杂环化合物（3.77%对比1.94%）和其他风味化合物（26.78%对比25.27%）。羧酸通常与酸和刺鼻气味相关，而酯类赋予果香和甜香。杂环化合物，包括吡嗪和噻唑，是产生烤肉和坚果香气的关键美拉德反应产物。这些变异表明边鸡可能拥有更复杂的果香和烤香风味谱。这些鸡类型中组分的独特组成支撑了其独特的风味特征。醛类占鸡肉风味化合物的14%?26%，具体含量因品种而异。由于其低气味阈值，它们是区分品种风味谱的关键，贡献了家禽的肉香、脂肪和坚果风味。对972只中国地方鸡的分析显示，地方品种的醛类含量最高，这与其他化合物类别成反比，强调了醛类作为主要风味决定因素。

3.4 边鸡与科宝肉鸡差异化合物筛选

对BIAN和CB鸡品种之间差异化合物的全面分析使用多种分析方法揭示了显著的风味差异。鉴定出大量差异风味化合物。如图所示，与科宝肉鸡相比，边鸡中122种风味化合物上调，76种下调。火山图说明了BIAN和CB之间风味化合物变化的统计显著性和幅度，水平轴代表log2倍数变化，垂直轴显示-log10(p值)。红点表示BIAN中显著上调的化合物，蓝点代表显著下调的化合物，灰点表示无显著差异。热图揭示了差异风味化合物的品种特异性表达模式，树状图 confirmed 了品种内的优异重现性和品种间的基本代谢差异。

表突出了边鸡肉中的独特风味化合物，包括(E)-2-壬烯醛、2-戊基呋喃、庚醛、(E)-2-辛烯醛、1-辛烯-3-醇和2-甲基丁醛。这些化合物的高浓度可能 contribute 于边鸡的独特风味谱。基于差异代谢物分析和相对气味活性，(E)-2-壬烯醛、2-戊基呋喃、庚醛和1-辛烯-3-醇被建议作为区分边鸡和科宝肉鸡的关键标记物。(E)-2-壬烯醛赋予油腻味和油味，对鸡胸风味至关重要；2-戊基呋喃提供花香、果香和泥土香；庚醛贡献土豆和烤香，是肉风味的主要风味化合物；1-辛烯-3-醇具有蘑菇样香气，是各种肉类（包括家禽）中常见的风味贡献者。值得注意的是，(E)-2-壬烯醛、2-戊基呋喃和庚醛已被确定为关键风味化合物，可能区分边鸡和科宝鸡。这些化合物作为脂质氧化产物，显著影响肉风味。(E)-2-壬烯醛对于品种区分尤为重要。一项比较清远麻鸡与商业肉鸡的研究显示，本地鸡汤中(E)-2-壬烯醛的气味活性值（OAV）显著高于肉鸡汤（OAV为120对比39），突出了其对鸡汤香气的重要性。庚醛 consistently 作为各种鸡品种比较研究中的关键区分化合物。使用气相色谱-离子迁移谱（GC-IMS）的研究 identifies 庚醛作为来自不同地区的中国鸡品种的主要风味化合物。其浓度随品种遗传学和屠宰日龄而变化。2-戊基呋喃通过烹饪过程中复杂的热反应形成，赋予鸡肉独特的果香、花香和焦糖样风味。最近的研究阐明了其形成途径并量化了其感官 significance。这些化合物在边鸡中的品种特异性积累表明与脂质氧化和美拉德反应途径相关的酶表达存在差异，这一观点得到了最近关于地方鸡品种的转录组学研究的支持。

3.5 边鸡与科宝肉鸡感官风味分析

感官风味分析的雷达图揭示了BIAN和CB在十种风味属性上的相似性和显著差异。从图可以看出，两个品种在风味谱上表现出明显差异。甜味、青草味和果香是最强烈的属性，而木香、新鲜和柑橘味最弱。在果香方面观察到显著差异，BIAN表现出显著高于CB的强度，表明BIAN可能具有更明显的果味风味化合物。两个品种在花香、坚果和蜡质属性上显示出中等且几乎相同的水平，表明在这些维度上复杂性相似。这种相似性表明基本风味特征在品种间得以保留，而BIAN增强的果香与品种特异性化合物的代谢组学发现一致。

使用igraph网络分析，构建了一个网络图来说明风味化合物与感官 characteristics 之间的关系。雷达图分析表明，与科宝鸡相比，边鸡表现出更明显的果香、坚果和木香，同时保持相当的甜味、花香和脂肪特性。这种复杂的感官谱与亚洲的消费者偏好研究一致。研究表明，韩国消费者认为本地鸡品种提供更风味丰富的口感、更多汁的质地和理想的嚼劲，品种信息作为影响购买决策的关键感官线索。

在图中，红圈表示风味化合物，较大的圈表示更多相关的感官 characteristics。绿圈代表感官属性，其大小反映了连接风味化合物的多样性。在边鸡中，(E)-2-壬烯醛与脂肪风味相关；2-戊基呋喃与咖啡、洋葱和硫磺味相关