基于多元統(tǒng)計(jì)分析的干制方式對紅棗片香氣成分的影響

閆新煥，譚夢男，孟曉萌，潘少香，宋燁

（中華全國供銷合作總社濟(jì)南果品研究院，山東濟(jì)南 250014）

鮮棗在常溫下極易失水皺縮、軟化褐變甚至發(fā)酵霉?fàn)€，保存期短。因此，生產(chǎn)上常將紅棗制成各種加工品[1-2]，以緩解鮮棗集中上市的銷售壓力，增加附加值。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國每年75%以上的鮮棗被制成干棗。紅棗片是干棗的一種常見加工形式，近年來較為流行；其營養(yǎng)豐富，食用方便，對原料棗利用率高，既豐富了紅棗系列產(chǎn)品的種類，又增加了經(jīng)濟(jì)效益，因而具有廣闊的應(yīng)用前景。

香氣是構(gòu)成紅棗風(fēng)味物質(zhì)的主要因素之一，也是評價(jià)其產(chǎn)品品質(zhì)的重要指標(biāo)[3-4]，其香氣感官特征取決于香氣成分的種類、數(shù)量、感觀閾值及各成分間的相互協(xié)調(diào)作用[5-6]。研究發(fā)現(xiàn)，紅棗片的香氣成分主要產(chǎn)生于后熟及干制過程中[7]，目前紅棗片多以自然晾干的棗（水分含量約30%）為原料，通過不同的干燥方式制得。主要干制方式有自然干燥、熱風(fēng)干燥、真空冷凍干燥、微波干燥和油炸等[8-9]。干制方式對紅棗片的香氣成分的種類和含量均有較大影響[10]，并能進(jìn)一步影響紅棗片的品質(zhì)。目前，對于紅棗加工產(chǎn)品香氣成分的研究主要集中在干棗、棗粉及棗漿等加工品上[11-13]，而不同干制方式對紅棗片香氣成分的影響研究鮮少報(bào)道，尤其是運(yùn)用多元統(tǒng)計(jì)方法分析紅棗片香氣成分的變化還未見相關(guān)報(bào)道[14]。

本研究主要采用固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)，對不同干制方式下的紅棗片香氣成分進(jìn)行了分析鑒定，并利用主成分分析和正交偏最小二乘判別法對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，旨在研究不同干制方式下紅棗片樣品香氣品質(zhì)的差異，探索利用紅棗香氣成分指標(biāo)區(qū)分干制方式和評價(jià)香氣品質(zhì)的可能性，為紅棗片的干制方式和功能性產(chǎn)品的開發(fā)利用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

紅棗于2018 年購自新疆烏魯木齊炮兵二連農(nóng)場的灰棗，含水量25.0%，總糖含量69.91%。氯化鈉，優(yōu)級純，天津科密歐化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

TRACE 1300-ISQ 氣相色譜原質(zhì)譜（GC-MS）聯(lián)用儀，美國Thermos 公司；頂空固相微萃取手動套裝，青島貞正分析儀器有限公司；50/30 滋m DVB/CAR/PDMS 萃取頭，美國Supelco 公司，使用前先將SPME 的萃取頭在氣相色譜儀的進(jìn)樣口250 益老化30 min；DHG9140A 型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海恒科儀器有限公司；WZD4S-01 型真空微波設(shè)備，南京三樂微波技術(shù)發(fā)展有限公司；DZF-6020 型真空干燥機(jī)，上海科升儀器有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

隨機(jī)選取完整（避免病果、殘次果）灰棗棗果進(jìn)行去核，人工切成厚度為0.3～0.5 mm 的紅棗片，再采用不同的干制方式處理，具體工藝見表1。

電熱恒溫鼓風(fēng)干燥：選取相對均勻的紅棗片鋪在網(wǎng)盤上，放入電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)，溫度設(shè)置80 益，分別干燥5、7 h（以溫度升到80 益開始計(jì)時(shí)），得到樣品R1、R2。

微波干燥：將紅棗片均勻的放入真空微波設(shè)備中，真空度設(shè)置為-90 kPa，功率為1 000 W，分別干燥4、5 min，得到樣品W1、W2。

真空干燥：將棗片置于真空干燥箱內(nèi)，設(shè)置真空度為-90 kPa，分別干燥2、4 h，得到樣品Z1、Z2。

采用頂空-固相微萃取（HS/SPME）對紅棗片香味物質(zhì)進(jìn)行萃取，將干制后的紅棗片用組織粉碎機(jī)磨碎，取20 mL 頂空瓶加入5 g 磨碎后的樣品，用密封墊迅速密封頂空瓶，磁力攪拌（900 r/min），在50 益下加熱10 min后，將已老化的CAR/PDMS 萃取頭（300 益下老化1 h），插入頂空瓶，在50 益頂空萃取40 min，再進(jìn)行GC/MS 分析。

采用GC/MS 對紅棗香味物質(zhì)進(jìn)行分離與檢測。將萃取頭插入氣相色譜進(jìn)樣口，熱解析3 min。

氣相色譜條件：采用程序升溫模式，起始溫度為60 益，保持2 min，以4 益/min 升溫速率升至100 益，保持10 min，再以4 益/min 升溫速率升至200 益，保持13 min，進(jìn)樣口溫度為280 益；以氦氣（純度99.999%）為載氣，流速為1 mL/min，不分流進(jìn)樣，時(shí)間為5 min。

質(zhì)譜條件：接口溫度為250 益，離子源溫度為250 益，電離方式為EI，電離能量為70 eV，燈絲發(fā)射電流為20 A，離子碎片掃描范圍為45～500

利用GC/MS 工作站軟件Xcalibur 自帶的NIST 標(biāo)準(zhǔn)庫自動檢索各組分質(zhì)譜數(shù)據(jù)，結(jié)合質(zhì)譜裂解規(guī)律確定其化學(xué)成分，僅對能予以定性的物質(zhì)值大于800）進(jìn)行探討，定量方法采取峰面積歸一法計(jì)算各成分的相對含量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)經(jīng)SIMCA 13.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，評價(jià)紅棗香氣成分，非監(jiān)督的主成分分析（PCA）及載荷圖（Loading splot）直觀地判斷不同干制方式對紅棗片的香味物質(zhì)是否存在差異；利用有監(jiān)督的正交偏最小二乘判別分析（OPLS-DA）建立紅棗片在不同干制工藝之間的區(qū)分模型，并篩選不同干制工藝間的差異性物質(zhì)。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同干制方式處理的紅棗片香氣成分比較

采用HS/SMPE-GC/MS 對3 種不同干制方式處理的紅棗片樣品的香味物質(zhì)進(jìn)行檢測，得到的總離子流如圖1 所示。根據(jù)NIST 質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫檢測結(jié)果，共鑒定出67 種化合物，其名稱及相對百分含量見表2（見下頁）。

表2 3 種不同干制方式的紅棗片香味物質(zhì)含量Table 2 Content of flavor compounds in jujube slices by three different drying methods

續(xù)表

隨著加工時(shí)間的延長會產(chǎn)生大量的糊味物質(zhì)，影響口感，后期可通過調(diào)整加工工藝抑制糠醇和5-羥甲基糠醛的生成，提高產(chǎn)品品質(zhì)；真空干燥紅棗片中特有的成分為異戊酸、反式-2-己烯酸、(R)-1,2-丙二醇、4-戊烯-2-醇、2-戊醇、己內(nèi)酯和D-檸檬烯，且隨著加工時(shí)間的延長，各類特有成分的含量呈現(xiàn)下降的趨勢。3 種不同干制方式處理的紅棗樣品共有的香味物質(zhì)有9 種，其中酸類物質(zhì)為醋酸、己酸、辛酸、正癸酸，酮類物質(zhì)為3-羥基-2-丁酮、2,3-二氫-3,5-二羥基-6-甲基-4H-吡喃-4-酮，醛類物質(zhì)為壬醛、酯類物質(zhì)為丁內(nèi)酯、烴類物質(zhì)為2-甲基癸烷。

表3 紅棗片香味物質(zhì)中各類物質(zhì)所占百分含量/%Table 3 Percentage contents of various substances in flavor compounds of jujube slices/%

2.2 主成分分析（PCA）及正交偏最小二乘判別（OPLSDA）分析

觀察圖1 中的3 張總離子流圖，可以發(fā)現(xiàn)不同加工工藝處理的紅棗片樣品中各物質(zhì)含量存在一定的差異。為了使分析結(jié)果更加直觀可靠，且具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，首先采用非監(jiān)督的PCA 方法。PCA 一維得分圖見圖2。由圖可知，3 種方式的紅棗片樣本分別聚成一類，完全分離，說明不同干制處理的紅棗片香味物質(zhì)存在顯著差異。

OPLS-DA 為有監(jiān)督性分析，可減少組內(nèi)差異，并與PCA 分析相互驗(yàn)證，進(jìn)一步篩選造成分類的差異變量。OPLS-DA 得分見圖3。其代表模型穩(wěn)定性的累積Q2X 值達(dá)到了0.910，代表模型預(yù)測能力的累積Q2Y 值達(dá)到0.987，表明所建立的模型具有較高的穩(wěn)定性和預(yù)測能力。

為了幫助選擇貢獻(xiàn)較大的差異組分，變量權(quán)重重要性排序（Variable Importancein Projection，VIP）值被作為多維模型差異元素選擇的指標(biāo)。VIP 值越大，該成分在不同加工工藝處理的紅棗片香味物質(zhì)中的差異越顯著。按照經(jīng)驗(yàn)值，VIP 值大于1 的組分即為多維模型的貢獻(xiàn)變量。其中，VIP 值大于1.5 的組分可被標(biāo)記為極顯著的貢獻(xiàn)變量。貢獻(xiàn)值大于1 的變量名稱和VIP 值見表4，共15種。這些物質(zhì)即為造成不同加工工藝的紅棗片香味差異的主要物質(zhì)。其中糠醇及5-羥甲基糠醛只存在于微波工藝處理的樣品中，蘑菇醇及2,4-壬二烯醛只存在于熱風(fēng)工藝處理的樣品中，(R)-1,2-丙二醇只存在于真空干燥工藝處理的樣品中。

通過該模型得到3 種不同干制方式加工處理的紅棗片的標(biāo)志性差異成分分別為乙酸、糠醇、3-羥基-2-丁酮、(R)-1,2-丙二醇、蘑菇醇、原膜散酯、2,4-壬二烯醛、2,3-二氫-3,5-二羥基-6-甲基-4H-吡喃-4-酮。

表4 貢獻(xiàn)值大于1 的變量的VIP 值Table 4 The VIP value of variables(the contribution value>1)

3 結(jié)論

本研究分別采用PCA 和OPLS-DA 模型對3 種不同干制方式紅棗片的香味物質(zhì)進(jìn)行了差異分析，在OPLSDA 得分圖中區(qū)分明顯，與主成分分析相比，OPLS-DA 不僅能實(shí)現(xiàn)對樣品差異的鑒別，還能獲得樣品差異的特征標(biāo)記物；有利于不同加工工藝處理的紅棗片的快速鑒別和特征性差異成分。通過該模型得到3 種不同干制方式處理的紅棗片的標(biāo)志性差異成分，即乙酸、糠醇、3-羥基-2-丁酮、(R)-1,2-丙二醇、蘑菇醇、原膜散酯、2,4-壬二烯醛、2,3-二氫-3,5-二羥基-6-甲基-4H-吡喃-4-酮。其中糠醇是微波處理的紅棗樣品中的特征性成分，且糠醇化學(xué)性質(zhì)表現(xiàn)為明顯糊味，與W1、W2 樣品外觀符合，呈焦糊狀態(tài)。蘑菇醇及2,4-壬二烯醛只存在于熱風(fēng)工藝處理的樣品中，(R)-1,2-丙二醇只存在于真空干燥工藝處理的樣品中。基于OPLS-DA 模型可對不同加工工藝的紅棗片特征性成分進(jìn)行篩選，后期可結(jié)合感官品評試驗(yàn)將感官結(jié)果與軟件分析結(jié)果相結(jié)合，完善數(shù)據(jù)，對其特征性成分作進(jìn)一步確定。