于懷智，姜濱，孫傳虎，陳東杰，王忠強(qiáng)，張玉華*，郭風(fēng)軍,張長峰

1(國家農(nóng)產(chǎn)品現(xiàn)代物流工程技術(shù)研究中心，山東 濟(jì)南， 250103)2(山東省農(nóng)產(chǎn)品貯運(yùn)保鮮技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 濟(jì)南， 250103)

水蜜桃屬薔薇科屬植物，因味道鮮美、香氣宜人且富含VC、胡蘿卜素、果膠以及鋅、硒等多種微量元素，深受消費(fèi)者的喜愛[1]，是重要的經(jīng)濟(jì)果蔬作物[2]。香味是評(píng)價(jià)采后水蜜桃品質(zhì)的重要指標(biāo)之一[3-4]。香氣成分的種類及其含量影響感官品質(zhì)[5-6]，影響消費(fèi)者對(duì)果品接受程度，影響商業(yè)價(jià)值。研究探討水蜜桃果實(shí)香氣，可為改善水蜜桃深加工工藝及水蜜桃品質(zhì)提供理論參考。目前對(duì)水蜜桃揮發(fā)性有機(jī)物的研究多集中于單一品種，且對(duì)香氣成分處的研究在初步階段[7-9]。目前用于水果揮發(fā)性有機(jī)物質(zhì)香氣檢測技術(shù)手段主要由電子鼻、頂空固相微萃取氣相色譜質(zhì)譜和氣相色譜嗅聞分析等技術(shù)[10-13]，這些檢測手段存在前處理復(fù)雜，原始樣品被破壞，易受外界干擾等問題。頂空氣相離子遷移譜技術(shù)(headspace- gas chromatography-ion mobility spectrometry，HS-GC-IMS)是將氣相色譜和了離子遷移譜兩者結(jié)合的檢測技術(shù)，此檢測技術(shù)克服離子在遷移譜技術(shù)分離度差的局限性，使得離子遷移譜信號(hào)響應(yīng)經(jīng)氣相預(yù)分離后質(zhì)量上得到顯著改善，而離子遷移譜通過漂移時(shí)間信息又使得氣相色譜分離后得到的化學(xué)信息更加豐富；兩者技術(shù)優(yōu)勢結(jié)合使得HS-GC-IMS具有快速、高靈敏、無需前處理、操作簡單的優(yōu)點(diǎn)，在食品風(fēng)味分析、品質(zhì)檢測等多個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛[14-20]。目前HS-GC-IMS技術(shù)在水蜜桃氣味成分分析方面還未見報(bào)道。

本文以5個(gè)產(chǎn)地的水蜜桃為實(shí)驗(yàn)材料，利用GC-IMS技術(shù)采集其氣味指紋，采用PCA和匹配矩陣對(duì)不同產(chǎn)地的水蜜桃進(jìn)行區(qū)分，以可視化的形式展示不同產(chǎn)地水蜜桃特征揮發(fā)性有機(jī)物成分，旨在為水蜜桃香氣研究及快速判別提供參考數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)用的水蜜桃分別來自于我國5個(gè)主產(chǎn)區(qū)，采摘時(shí)間為2019年6月至7月，采摘成熟度相似，采摘后預(yù)冷，由冷藏車運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室，0～2 ℃貯藏，其產(chǎn)地和品種見表1。

表1 水蜜桃樣品

1.2 GC-IMS測定條件

1.2.1 頂空進(jìn)樣條件

頂空孵化溫度40 ℃；孵化時(shí)間15 min；加熱方式振蕩加熱；頂空進(jìn)樣針溫度85 ℃；進(jìn)樣量500.0 μL，不分流模式；載氣為高純氮?dú)?純度≥99.999 %)；清洗時(shí)間0.50 min。

1.2.2 GC條件

色譜柱溫度40 ℃；運(yùn)行時(shí)間20 min；載氣高純N2(純度≥99.999%)；初始流速5.0 mL/min,保持10 min后在5 min內(nèi)線性增至150 mL/min。漂移管長度5 cm；管內(nèi)線性電壓400 V/cm；

1.2.3 IMS條件

漂移管溫度40 ℃；漂移氣(高純N2，純度≥99.999%)；流速150 mL/min；IMS 探測器溫度45 ℃。

每個(gè)品種取10個(gè)水蜜桃，后水蜜桃去皮去核，勻漿，取5.0 g樣品，放入20.0 mL頂空進(jìn)樣瓶中，40 ℃孵化15.0 min，經(jīng)頂空進(jìn)樣用FlavourSpec?風(fēng)味分析儀進(jìn)行測試，每個(gè)品種做2個(gè)平行樣品，經(jīng)分析可得到樣品中揮發(fā)性有機(jī)物的差異譜圖；軟件內(nèi)置的NIST數(shù)據(jù)庫和IMS數(shù)據(jù)庫可對(duì)物質(zhì)進(jìn)行定性分析。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用LAV(laboratory analytical viewer)和Reporter、Gallery Plot、Dynamic PCA 3個(gè)插件進(jìn)行樣品分析，內(nèi)置GC×IMS Library Search NIST數(shù)據(jù)庫和IMS數(shù)據(jù)庫對(duì)物質(zhì)進(jìn)行定性分析，利用Origin 8.0作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同產(chǎn)地水蜜桃揮發(fā)性有機(jī)物質(zhì)差異對(duì)比

圖1中縱坐標(biāo)代表氣相色譜的保留時(shí)間，橫坐標(biāo)代表離子遷移時(shí)間，整個(gè)圖背景為藍(lán)色，橫坐標(biāo)1.0處紅色豎線為RIP峰(反應(yīng)離子峰，經(jīng)歸一化處理)，RIP峰兩側(cè)的每一個(gè)點(diǎn)代表一種揮發(fā)性有機(jī)物。顏色代表物質(zhì)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，5種水蜜桃中的揮發(fā)性有機(jī)物種類基本一致，但有些揮發(fā)性有機(jī)物含量在5種水蜜桃中有較大差異，如圖1中標(biāo)注的黃色區(qū)域內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物在運(yùn)城、都江堰和陽山水蜜桃中含量較多，而在北京和杭州水蜜桃中含量相對(duì)少；紅色區(qū)域內(nèi)的揮發(fā)性有機(jī)物在運(yùn)城和陽山水蜜桃含量相對(duì)較高，而在其他產(chǎn)地水蜜桃中含量很低甚至不含。

為了更好地比較不同樣品間的差異，采用差異對(duì)比模式：選取其中1個(gè)樣品杭州水蜜桃氣味指紋譜圖作為參比，其他樣品的譜圖扣除參比。若二者揮發(fā)性有機(jī)物一致，則扣減后的背景為白色，紅色代表該物質(zhì)的濃度高于參比，藍(lán)色代表該物質(zhì)的濃度低于參比。如圖2所示差異圖中更容易看出不同桃子中揮發(fā)性有機(jī)物的差異，運(yùn)城水蜜桃和都江堰水蜜桃揮發(fā)性有機(jī)物質(zhì)明顯高于其他3個(gè)產(chǎn)地水蜜桃。

2.2 不同產(chǎn)地水蜜桃揮發(fā)性物質(zhì)氣味指紋圖譜

圖3為不同水蜜桃的揮發(fā)性物質(zhì)(volatile organic compounds，VOCs)指紋圖譜，圖中每一行代表一個(gè)桃子樣品中選取的全部信號(hào)峰，每一列代表同一揮發(fā)性有機(jī)物在不同桃子樣品中的信號(hào)峰，由圖3可以看出每種樣品完整揮發(fā)性有機(jī)物信息以及樣品之間揮發(fā)性有機(jī)物的差異。將5種水蜜桃中采集的揮發(fā)性有機(jī)物指紋圖譜大致劃分成3個(gè)不同顏色區(qū)域，紅色區(qū)域內(nèi)表示該區(qū)域內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物在某種水蜜桃中獨(dú)有或含量遠(yuǎn)高于其他，黃色區(qū)域表示該區(qū)域內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物在不同水蜜桃中含量差異較大，橙色區(qū)域表示該區(qū)域內(nèi)在5種水蜜桃中大量共有。由圖3可知，運(yùn)城水蜜桃相比其他4種水蜜桃的特異性揮發(fā)性有機(jī)物最多，己醛、1-己醇和1-丙醇等在運(yùn)城水蜜桃中含量明顯高于其他4種水蜜桃。乙酸丙酯、乙酸異戊酯、3-甲基-1-丁醇乙酸酯等為陽山水蜜桃特異性揮發(fā)性有機(jī)物；乙酸戊酯等在杭州水蜜桃中含量高于其他4種水蜜桃，而乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸戊酯和乙酸異戊酯等酯類成分在5種水蜜桃含量均較高。

圖3 不同水蜜桃VOCs指紋圖譜

由圖3可知，通過GC-IMS技術(shù)可很好地區(qū)分5個(gè)不同產(chǎn)地水蜜桃，且可直觀地看出5個(gè)不同產(chǎn)地不同品種水蜜桃VOCs差異，根據(jù)揮發(fā)性有機(jī)物氣相色譜保留時(shí)間和離子遷移時(shí)間對(duì)其進(jìn)行定性分析。經(jīng)GC-IMS分析，共計(jì)檢測出74種揮發(fā)性有機(jī)物，通過內(nèi)置的NIST 2014氣相保留指數(shù)數(shù)據(jù)庫與IMS遷移時(shí)間數(shù)據(jù)庫進(jìn)行二維定性，確定了15種具體揮發(fā)性有機(jī)物，以及15種揮發(fā)性有機(jī)物在5種蜜桃中的相對(duì)含量(表2)。由表2可知，北京水蜜桃及運(yùn)城水蜜桃含有酯類最少，陽山水蜜桃酯類含量最高，醇類物質(zhì)在運(yùn)城水蜜桃含量最高，杭州水蜜桃最低；北京水蜜桃中醛類含量最低，運(yùn)城水蜜桃量最高。

2.3 不同產(chǎn)地水蜜桃相似度分析

由圖4可知，根據(jù)MeV插件的3D-PCA分析樣品相關(guān)性可知，不同產(chǎn)地的5種水蜜桃中，運(yùn)城水蜜桃距離其他4種水蜜桃比較遠(yuǎn)，為5種水蜜桃中最為特別的一種水蜜桃，而都江堰、北京、杭州距離相近，風(fēng)味有些類似，但仍有差距。陽山與都江堰水蜜桃雖都為白鳳，但受地理環(huán)境影響，兩者風(fēng)味差異明顯。

匹配矩陣圖可更為直接地觀察不同產(chǎn)地水蜜桃揮發(fā)性有機(jī)物之間差異和區(qū)分度，藍(lán)色、黑色越深匹配度高，表示相似程度越高，區(qū)分度越低；黃色越深表示程度越低，區(qū)分度越高。由圖5可知，5個(gè)產(chǎn)地水蜜桃除與自身匹配度超過90%，與其他幾種匹配度最高不超過75%，都江堰白鳳水蜜桃和陽山白鳳水蜜桃匹配度低于40%，說明頂空氣相離子遷移譜可較好地區(qū)分不同產(chǎn)地不同品種水蜜桃揮發(fā)性有機(jī)物。

圖5 水蜜桃匹配矩陣

3 討論

本文基于HS-GC-IMS技術(shù)，收集了5個(gè)不同產(chǎn)地不同品種的水蜜桃揮發(fā)性有機(jī)物氣味指紋圖譜，在無需真空且無需樣品前處理前提下，經(jīng)頂空進(jìn)樣后可快速檢測水蜜桃中的揮發(fā)性有機(jī)物。從收集的揮發(fā)性有機(jī)物氣味指紋圖譜可見，5種水蜜桃中都含有乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸戊酯和乙酸異戊酯等大量酯類物質(zhì)。而5個(gè)產(chǎn)地品種水蜜桃中的多數(shù)揮發(fā)性有機(jī)物種類相同，但濃度存在較大差異；少量物質(zhì)在一種水蜜桃中獨(dú)有或含量遠(yuǎn)高于其他，己醛、1-己醇和1-丙醇等在運(yùn)城桃子中含量比其他高很多，且運(yùn)城水蜜桃中的特異性揮發(fā)有機(jī)物最多。乙酸丙酯和乙酸異戊酯等在陽山水蜜桃中含量比其他水蜜桃高，乙酸戊酯在杭州水蜜桃中含量比其他水蜜桃高，這些揮發(fā)性有機(jī)物含量差異導(dǎo)致了不同產(chǎn)地水蜜桃的風(fēng)味不同。不同產(chǎn)地不同品種水蜜桃在酯類、醇類、酮類、醛類存在一定差異。水蜜桃因不同的香氣成分及含量多少而表現(xiàn)出不同氣味，可根據(jù)具體香氣成分差異將其進(jìn)行區(qū)分。

不同產(chǎn)地的水蜜桃在PCA圖中各自聚為一類，其中運(yùn)城水蜜桃的風(fēng)味最為特殊，與指紋圖譜分析結(jié)果一致。如果用較多品種的水蜜桃建立模型，則可以通過PCA對(duì)未知樣品做出分類。HS-GC-IMS定性依據(jù)是基于HS-GC-MS數(shù)據(jù)庫，即使用氣相保留指數(shù)和離子遷移時(shí)間進(jìn)行二維定性。但由于目前IMS數(shù)據(jù)庫在水蜜桃領(lǐng)域的數(shù)據(jù)庫還不完善，通過HS-GC-IMS技術(shù)檢測揮發(fā)性有機(jī)物74種，已確定15種遷移時(shí)間，故二維定性只能給出15種物質(zhì)的定性結(jié)果，定性剩余59種揮發(fā)性有機(jī)物，需要其他技術(shù)進(jìn)一步進(jìn)行定性分析。采用頂空氣相離子遷移譜能快速準(zhǔn)確對(duì)不同產(chǎn)地水蜜桃樣品進(jìn)行定性分析，闡明水蜜桃指紋圖譜與產(chǎn)地的關(guān)系，為水蜜桃的資源鑒別提供理論參考。