基于氣相離子遷移譜的熱處理對催熟香蕉的揮發性物質分析

王海波 鄧寶仲 吳榕榕 沈玲兒 郭嘉怡 任芳

摘? 要：以香蕉果實為試驗材料，利用熱激、低溫和催熟處理采后香蕉果實，采用氣相離子遷移譜檢測香蕉的揮發性物質，研究熱處理對催熟香蕉果實揮發性物質的影響。結果表明：與對照相比，7 ℃ 6 d+催熟3 d和H+7 ℃ 6 d+催熟3 d 2個處理均明顯降低了糠醇、苯甲醛、4-甲基苯酚、己酸乙酯、二甲基二氧雜環酮、1-戊醇、己二酮、3-甲基丁酸、2-甲氧基苯酚、2-己醇、丁酸乙酯等組分的含量;相反，這2個處理均明顯增加了丙醇、乙酸丙酯、戊酮-2，3-二酮、二甲基二硫、2，3-丁二醇、甲基吡嗪、3-甲基丁酸乙酯、α-蒎烯、1-辛烯-3-醇、二甘醇二甲醚、E-2-辛烯醛、E，Z-2，6-壬醛、順式-3-己烯醇、辛酸、庚烷-2-酮等組分的含量。另外，H+7?℃ 6 d+催熟3 d處理明顯增加了羥基丙酮、3-甲基-3-丁烯-1-醇、3-甲基-2-丁醇等組分的含量。與7 ℃ 6 d+催熟3 d相比，H+7?℃ 6?d+催熟3 d處理明顯降低了三乙胺、苯酚、2-戊酮、2-戊基呋喃、癸醛、E-2-辛烯醛、甲硫基丙醛、2-己醇、2，3，5-三甲基吡嗪等組分的含量，導致這些組分含量與對照基本一致。進一步研究發現，熱處理能明顯降低7?℃冷藏香蕉果實的冷害指數，減輕香蕉果實的冷害癥狀。熱處理誘導催熟香蕉果實上述揮發性物質的變化，可能與熱處理誘導香蕉果實產生抗冷性的過程密切相關。

關鍵詞：氣相離子遷移譜;熱處理;香蕉;揮發性物質中圖分類號：S668.1 ?????文獻標識碼：A

Analysis of Volatile Compounds in Ripening Bananas by Heat Treatment Based on Gas Chromatography-ion Mobility Spectrometry

WANG Haibo¹， DENG Baozhong¹， WU Rongrong¹， SHEN Linger¹， GUO Jiayi¹， REN Fang²

1. Guangdong Food and Drug Vocational College， Guangzhou， Guangdong 510520， China; 2. Shandong Hanon Subsidiary Company， Dezhou， Shandong 251500， China

Abstract： In this study， banana fruits were used as the experimental materials. Banana fruits were treated by heat shock， low temperature and ripening. The volatile substances of the banana fruits were detected by gas chromatography-ion mobility spectrometry. The effects of heat treatment on the volatile substances of ripening banana fruits were studied. The results showed that compared with the control group， the contents of furfuryl alcohol， benzaldehyde， 4-methylphenol， ethyl hexanoate， dimethyldioxanone， 1-pentanol， hexan-2-one， 3-methylbutanoic acid， 2-methoxy?phenol， 2-hexanol and ethyl butanoate were significantly decreased in both treatments at 7 ℃ 6 d +ripening for 3 d and H+7?℃ 6 d +ripening for 3 d. On the contrary， the contents of 1-propanol， propyl acetate， pentan-2，3-dione， dimethyl disulfide， 2，3-butanediol， methyl pyrazine， ethyl 3-methylbutanoate， alpha-pinene， 1-octene-3-ol， diethylene glycol dimethyl ether， E-2-octenal， E， Z-2，6-nonadienal， cis-3-hexenol， octanic acid and heptan-2-one were significantly increased at the two treatment. In addition， the content of hydroxyacetone， 3-methyl-3-buten-1-ol， 3-methyl-2-butanol and other components were significantly increased by H+7 ℃ 6 d +3 d ripening treatment. Compared with the treatment of 7?℃ 6 d+3 d ripening， the treatment of H+7 ℃ 6 d +3 d ripening significantly reduced the contents of triethylamine， phenol， 2-pentanone， 2-pentyl furan， decanal， E-2-octenal， methional， 2-hexanol， 2，3，5-trimethylpyrazine and other components， resulting in the same content as the control. Further studies showed that heat treatment could significantly reduce the chilling injury index of banana fruits stored at 7 ℃ and alleviate the chilling injury symptoms of banana fruits. The changes of above volatile substances in ripening banana fruits induced by heat treatment may be closely related to the process of cold resistance induced by heat treatment.

Keywords： gas chromatography-ion mobility spectrometry; heat treatment; banana; volatile compounds

DOI： 10.3969/j.issn.1000-2561.2020.06.022

香蕉是世界貿易量最大的水果之一，經濟價值極高。但香蕉果實在貯藏溫度低于12?℃時會發生冷害現象，因此采用較低的溫度來延長貯運期顯得十分困難^[1]。熱處理是提高采后果實抗冷性的有效方式之一^[2]。本課題組前期研究表明，熱處理（52?℃熱水浸泡3?min）能有效提高采后香蕉果實的抗冷性^[3-5]，但是具體的反應機理尚未明確。因此，研究熱處理對催熟香蕉揮發性物質的影響，有利于進一步探索熱處理提高香蕉抗冷性的機理。

香蕉揮發性物質常用的分析方法是首先采用頂空固相微萃取技術提取香蕉果實中的揮發性物質，然后利用氣相色譜-質譜聯用（gas chr?o?matography-mass spectrometer，GC-MS）檢測，并進行定性和定量分析^[6-7]。但是傳統的GC-MS具有檢測方法耗時長，且靈敏性不太高等缺點。近年來，氣相離子遷移譜（gas chromatography-ion mobility spectrometry， GC-IMS）作為一種新的檢測技術越來越受到人們的重視。GC-IMS融合了氣相色譜高效的分離性能和離子遷移譜響應速度快、高靈敏度的優勢，具有快速、靈敏、無需前處理、簡單的優點，特別適合于揮發性有機化合物的檢測^[8-11]。GC-IMS技術在食品風味分析和食品安全與檢測等領域已經得到廣泛的應用^[12-14]。近年來，GC-IMS技術也逐漸開始應用于水果和蔬菜檢測中。例如，肖冬來等^[15]采用GC-IMS檢測不同干香菇品種揮發性組分，發現不同香菇品種的指紋圖譜差異較大。朱麗娜等^[16]利用GC- IMS檢測輪南白杏果實在不同氣調包裝條件下風味物質的差異，找到了最適宜的氣調包裝條件。

香蕉果實常用GC-MS檢測揮發性物質，目前尚無GC-IMS在香蕉果實檢測中的報道，本研究利用GC-IMS研究熱處理對催熟香蕉果實揮發性物質的影響，為進一步探討熱處理誘導香蕉產生抗冷性的機理打下基礎。

1 ?材料與方法

1.1材料

香蕉品種為‘巴西（Musaspp. AAA Group cv. Cavendish），采自廣州市番禺香蕉園。挑選飽滿度約7～8成的綠熟香蕉，運回實驗室。挑選大小均勻、無病蟲害、無機械損傷的單個香蕉，用0.1%漂白粉浸泡5?min，晾干備用。主要儀器設備：FlavourSpec^?氣相離子遷移譜聯用儀（德國G.A.S.公司）。

1.2方法

1.2.1? 試驗設計? 對照處理：不做任何處理的香蕉果實。H+7?℃ 6?d+催熟3?d處理：將香蕉果實一次性浸入熱水中，溫度為52?℃，時間為3 min;熱水處理后將香蕉果實置于7?℃恒溫箱中貯藏6?d，取出利用0.5%乙烯利催熟后置于20?℃恒溫箱中貯藏3 d。7?℃ 6 d+催熟3 d處理：香蕉果實在7?℃恒溫箱中貯藏6 d，取出利用0.5%乙烯利催熟后置于20 ℃恒溫箱中貯藏3 d。取香蕉中部果皮用液氮冷凍置于?80?℃冰箱保存備用。H+7?℃ 6?d+催熟3 d處理香蕉57個，7 ℃ 6 d+催熟3?d處理香蕉57個，對照處理香蕉27個，每處理3個重復。

1.2.2? 指標測定? （1）GC-IMS測定方法。每個樣品取2.0 g置于20?mL頂空進樣瓶中，45?℃孵化10?min， 經頂空進樣，采用FlavourSpec^?氣相離子遷移譜聯用儀進行測試。

（2）頂空進樣條件。頂空進樣體積：200 μL;孵育時間：10 min;孵育溫度：45?℃;進樣針溫度：55 ℃;孵化轉速：500 r/min。

（3）GC-IMS條件。色譜柱類型：FS-SE-54- CB-1 15 m ID：0.53 mm;分析時間：20 min;柱溫：40?℃;載氣/漂移氣：高純氮氣（純度≥ 99.999%）;IMS探測器溫度：45?℃;流速：E1（漂移氣流速）為：150 mL/min，E2（氣相載氣流速）：初始2 mL/min，保持2 min后在8 min內增至20?mL/min，接著在10?min內增至100?mL/min。

（4）果實冷害指數的測定。冷害指數參考Kon?do等^[17]的方法，稍作修改。每次取10個香蕉果實測定，香蕉果實果皮冷害癥狀分為5級，分級標準為：0級，果皮呈亮綠色，沒有冷害癥狀;1級，有輕微水漬狀冷害斑，占果皮總面積25%以下;2級，冷害面積占果皮總面積的比例小于50%;3級，冷害面積占果皮總面積的比例小于75%;4級，冷害面積占果皮總面積的75%以上。計算公式為：冷害指數（CID）=（0N₀+1N₁+2N₂+3N₃+ 4N₄）/（4N_T）。式中N₀～N₄分別為相應級別冷害的果皮數;N_T為觀察果皮的總數。

1.3數據處理

采用LAV（Laboratory Analytical Viewer）軟件來繪制揮發性有機物的差異圖譜和指紋圖譜;采用LAV軟件內置的NIST數據庫和IMS數據庫對揮發性物質進行定性分析。柱狀圖采用Excel軟件制作，并進行單因素方差（One-Way ANOVA）分析。

2 ?結果與分析

2.1熱處理對催熟香蕉果皮揮發性物質的差異圖譜分析

利用LAV軟件繪制差異圖譜，差異圖譜中的每個紅色點代表1種物質，顏色越深，點越大代表其含量越高。從圖1可知，7?℃ 6?d+催熟3?d處理的香蕉果實揮發性物質種類和含量最多，H+7?℃ 6?d+催熟3 d處理的揮發性物質種類和含量次之，對照的最少。這說明香蕉果實經過7?℃ 6?d和催熟3?d后，其揮發性物質種類和含量都大大增加。如果香蕉果實先經過熱處理，再進行7 ℃ 6?d和催熟3?d，則減少了一些揮發物質的種類和含量。

2.2熱處理對催熟香蕉果皮揮發性物質的指紋圖譜分析

為了找出不同處理在哪些揮發性物質存在差異，利用LAV軟件繪制了香蕉果皮揮發性物質的指紋圖譜。由于整個原始圖中的組分太多，難以在1個圖中展示，所以本研究截取其中4段差異比較明顯的區域來進行分析，見圖2、圖3、圖4和圖5。通過分析，發現香蕉果皮產生了150種揮發性物質，根據已有數據庫進行比對，確定了50種已知成分，未知成分100種。

從圖2可知，與對照相比，7 ℃ 6 d+催熟3 d和H+7?℃ 6 d+催熟3 d 2個處理均明顯降低了糠醇（furfuryl alcohol）、苯甲醛（benzaldehyde）、4-甲基苯酚（4-methylphenol）、己酸乙酯（ethyl hexanoate）、二甲基二氧雜環酮（dimethyl?dio?xo?lone）、1-戊醇（1-pentanol）、己二酮（hexan-2-one）、3-甲基丁酸（3-methylbutanoic acid）、2-甲氧基苯酚（2-methoxyphenol）、2-己醇（2-hexanol）、丁酸乙酯（ethyl butanoate）等組分的含量。

從圖3可知，與對照相比，7?℃ 6?d+催熟3?d和H+7 ℃ 6 d+催熟3 d 2個處理均明顯增加了丙醇（1-propanol）、乙酸丙酯（propyl acetate）、戊酮-2，3-二酮（pentan-2，3-dione）、二甲基二硫（di?methyl disulfide）、2，3-丁二醇（2，3-buta?ne?diol）、甲基吡嗪（methylpyrazine）、3-甲基丁酸乙酯（ethyl 3-me?thylbutanoate）、α-蒎烯（alpha-pinene）、1-辛烯-3-醇（1-octene-3-ol）、二甘醇二甲醚（die?thylene glycol dimethyl ether）、E-2-辛烯醛（E-2-octenal）、E-Z-2，6-壬醛（E-Z-2，6-nonadi?enal）、順式-3-己烯醇（cis-3-hexenol）、辛酸（octanoic acid）、庚烷-2-酮（heptan-2-one）等組分的含量。

從圖4可知，7 ℃ 6 d+催熟3 d處理明顯增加了三乙胺（triethylamine）、苯酚（phenol）、2-戊酮（2-pentanone）、2-戊基呋喃（2-pentyl furan）、癸醛（decanal）、E-2-辛烯醛（E-2-octenal）、甲硫基丙醛（methional）、2-己醇（2-hexanol）、2，3，5-三甲基吡嗪（2，3，5-trimethylpyrazine）等組分的含量。而H+7?℃ 6 d+催熟3 d處理的各組分含量與對照差異不大。

從圖5可知，H+7 ℃ 6 d+催熟3 d處理增加了羥基丙酮（hydroxyacetone）、3-甲基-3-丁烯-1-醇（3-methyl-3-buten-1-ol）、3-甲基-2-丁醇（3- methyl-2-butanol）等組分的含量。而7 ℃ 6 d+催熟3 d處理的各組分含量與對照差異不大。

2.3熱處理對香蕉果實冷害指數的影響

從圖6可看出，香蕉果實在7?℃下4?d即開始出現比較明顯的冷害癥狀，而經過熱處理的香蕉果實在7?℃下4?d的冷害指數很低。香蕉果實在7?℃下6?d的冷害指數很高，冷害癥狀嚴重，而熱處理的香蕉果實的冷害指數明顯低于對照處理。這說明熱處理明顯增強了香蕉果實的抗冷性。

香蕉果實經過7?℃ 6?d再催熟3?d后，果實不能完全褪綠轉黃成熟，而H+7?℃ 6?d+催熟3?d處理的香蕉果實能正常轉黃成熟。

3 ?討論

與GC-MS相比，GC-IMS法樣品處理和分析的溫度更低，能夠檢測到一些熱穩定性差的揮發性物質^[18-19]。本研究利用GC-IMS得到的檢測結果，能夠非常直觀地顯示出熱處理對催熟香蕉果實產生的影響和變化。

目前，人們已經對香蕉果實的揮發性物質進行了大量的研究^{[6-7， 20-21]}，發現香蕉果實的揮發性物質約250余種，主要是酯類和醛類，其中酯類物質含量最高，還有少量醇類、酮類、酸類和烴類等化合物。本研究結果表明，7 ℃ 6 d+催熟3?d和H+7 ℃ 6 d+催熟3 d 2個處理均明顯降低了糠醇、苯甲醛、4-甲基苯酚、己酸乙酯、二甲基二氧雜環酮、1-戊醇、己二酮、3-甲基丁酸、2-甲氧基苯酚、2-己醇、丁酸乙酯等組分的含量。這說明香蕉果實經過7 ℃低溫6 d和催熟3 d后，能明顯減少以上組分的含量。相反，這2個處理均明顯增加了丙醇、乙酸丙酯、戊酮-2，3-二酮、二甲基二硫、2，3-丁二醇、甲基吡嗪、3-甲基丁酸乙酯、α-蒎烯、1-辛烯-3-醇、二甘醇二甲醚、E-2-辛烯醛、E-Z-2，6-壬醛、順式-3-己烯醇、辛酸、庚烷-2-酮等組分的含量。該結果表明，無論是否經過熱處理，7 ℃低溫6 d和催熟3 d都能明顯增加以上組分的含量。申建梅等^[22]利用固相微萃取技術（SPME）收集香蕉揮發性物質，采用GC-MS分析成熟香蕉與未成熟香蕉的揮發性物質，結果表明，成熟與未成熟香蕉的揮發性物質在種類和含

量上存在明顯差異，這與本研究的結果一致。朱虹等^[6]對不同成熟階段的香蕉香氣成分進行了研究，發現在綠熟階段，香蕉揮發性物質主要是醛類，酯類非常少，而在黃熟階段，酯類明顯增加，如乙酸酯和丁酸酯類是主要成分。本研究結果說明香蕉果實黃熟后的揮發性物質種類發生了改變，且產生了大量新的香氣物質，這與朱虹等^[6]在香蕉果實中的研究結論一致，另外，鑒于GC-IMS的靈敏度較高，本研究中香蕉在黃熟期揮發性成分的種類與之前報道的有不同之處，可以作為前人研究的一個補充。類似地，黎源^[23]研究證實，‘巴西香蕉果實黃熟階段香氣物質有酯、醛、醇、酮類物質。其中，酯類和醛類物質的含量占絕大多數。‘巴西香蕉果實在黃熟階段物質的不同時間點香氣種類和含量差異不大，酯類、醛類物質分別呈上升和下降趨勢。進一步研究發現，3月份成熟的‘巴西香蕉果實和9月份成熟的‘巴西香蕉果實的香氣物質的種類和含量也存在較大差異。

另外，在指紋圖譜圖2、圖3、圖4、圖5中，仍有一些以數字標記的未知組分。這是因為GC-IMS定性依據是基于GC-IMS數據庫，GC- IMS數據庫是利用離子遷移時間和氣相保留指數來進行二維定性，但由于在水果蔬菜保鮮領域中，IMS數據庫的信息還不完善，導致本研究中檢測到的150種組分中，只有50種揮發性組分有遷移時間，所以只能得到50種揮發性組分的定性結果，對于剩下的100種揮發性組分，有待于后續進一步研究。

熱處理對催熟香蕉果實揮發性物質的影響與其他處理存在很大差異。例如，與對照和7 ℃ 6 d+催熟3 d處理相比，H+7 ℃ 6 d+催熟3 d處理明顯增加了羥基丙酮、3-甲基-3-丁烯-1-醇、3-甲基-2-丁醇等組分的含量。另外，與7?℃ 6?d+催熟3?d相比，H+7 ℃ 6 d+催熟3?d處理明顯降低了三乙胺、苯酚、2-戊酮、2-戊基呋喃、癸醛、E-2-辛烯醛、甲硫基丙醛、2-己醇、2，3，5-三甲基吡嗪等組分的含量，導致這些組分含量與對照基本一致。進一步研究發現，熱處理能明顯降低香蕉果實在7?℃低溫冷藏中的冷害指數，減輕香蕉果實冷害癥狀的發生。

綜上所述，熱處理誘導催熟香蕉果實中上述揮發性物質的變化，可能與熱處理誘導香蕉果實產生抗冷性的過程密切相關。

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