熱激處理后低溫貯藏下香蕉果實(shí)的揮發(fā)物成分分析

王海波，鄧寶仲，吳榕榕，沈玲兒，郭嘉怡，任芳

（1.廣東食品藥品職業(yè)學(xué)院食品學(xué)院，廣東廣州510520；2.山東海能科學(xué)儀器有限公司，山東德州251500）

香蕉果實(shí)揮發(fā)性物質(zhì)最常用的分析方法是先用頂空固相微萃取技術(shù)（solid-phase microextrations，SPME）提取香蕉果實(shí)的揮發(fā)性物質(zhì)，再經(jīng)氣相色譜－質(zhì)譜聯(lián)用 （gas chromatography-mass spectrometer，GCMS）進(jìn)行分析鑒定。例如，申建梅等[1]采用SPME和GC-MS技術(shù)對(duì)成熟和未熟香蕉果實(shí)的揮發(fā)性物質(zhì)進(jìn)行分析對(duì)比，在成熟香蕉中檢測(cè)出30種氣味揮發(fā)性物質(zhì)，而未熟香蕉中只檢測(cè)出17種氣味物質(zhì)，兩種香蕉果實(shí)的揮發(fā)性物質(zhì)在種類(lèi)和含量上均存在明顯差異。朱虹等[2]利用SPME和GC-MS方法分析了香蕉果實(shí)在綠熟、黃熟和過(guò)熟3個(gè)階段的香氣成分，發(fā)現(xiàn)這3個(gè)不同階段的香蕉果實(shí)在香氣成分的種類(lèi)和相對(duì)含量均具有明顯差異。陶晨等[3]利用SPME和GC-MS方法從黃熟香蕉果實(shí)中鑒定出39種香氣成分，酯類(lèi)最多，占比高達(dá)66.99%，其中異戊酸2-甲基丁酯、丁酸異戊酯和丁酸己酯為主要成分。李映暉等[4]利用SPME和GC-MS方法對(duì)香蕉和粉蕉果實(shí)的揮發(fā)物進(jìn)行分析，檢測(cè)到香蕉巴西中含有32種揮發(fā)性物質(zhì)，粉蕉廣粉1號(hào)含有25種揮發(fā)性物質(zhì)，揮發(fā)物成分均以酯類(lèi)為主，其次為醛類(lèi)。但是GC-MS技術(shù)存在靈敏度不太高，而且檢測(cè)過(guò)程耗時(shí)較長(zhǎng)等缺點(diǎn)，所以，人們一直在探索一種靈敏度更高和更快速的檢測(cè)方法。近年來(lái)，氣相離子遷移譜（gas chromatography-ion mobility spectrometry，GC-IMS）技術(shù)逐步受到人們的重視，GC-IMS克服了GC-MS技術(shù)檢測(cè)耗時(shí)長(zhǎng)的缺點(diǎn)，離子遷移譜通過(guò)遷移時(shí)間使氣相色譜分離后得到的化學(xué)信息更加豐富和清晰[5-6]。GC-IMS具有靈敏、快速、無(wú)需前處理等優(yōu)點(diǎn)，在食品摻假鑒別[7-10]、食品風(fēng)味分析[11-15]中已得到廣泛應(yīng)用。GC-IMS技術(shù)在果蔬采后保鮮領(lǐng)域也開(kāi)始得到應(yīng)用。例如，李亞會(huì)等[16]采用GC-IMS技術(shù)分析了25、4℃、保鮮劑[1-甲基環(huán)丙烯（1-methylcyclopropene，1-MCP）、硝普鈉（sodium nitroprusside，SNP）]等不同貯藏條件下番荔枝的揮發(fā)性物質(zhì)變化，來(lái)篩選番荔枝的最佳保鮮方法。朱麗娜等[17]利用GC-IMS分析了CO2積累型氣調(diào)包裝與聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（polyethylene terephthalate，PET）盒透氣包裝輪南白杏果實(shí)在冷藏中的采后風(fēng)味物質(zhì)種類(lèi)和含量的變化，以探尋輪南白杏果實(shí)的保鮮方法。

熱激是一種增強(qiáng)采后果實(shí)抗冷性的有效方法[18]。本課題組前期研究表明，香蕉果實(shí)在52℃熱水中浸泡3 min能有效增強(qiáng)香蕉果實(shí)的抗冷性[19-21]，但是其機(jī)理尚未明確。研究熱激處理后低溫貯藏中香蕉果實(shí)揮發(fā)性物質(zhì)的變化，有利于探究熱處理提高香蕉果實(shí)抗冷性的機(jī)理。本研究的香蕉果實(shí)為綠熟香蕉，而前人對(duì)綠熟香蕉的揮發(fā)物研究很少，綠熟香蕉果實(shí)的揮發(fā)物是否參與了熱激處理誘導(dǎo)香蕉果實(shí)產(chǎn)生的抗冷性過(guò)程中，目前未見(jiàn)報(bào)道。本文采用GC-IMS技術(shù)分析了低溫貯藏與熱激處理后低溫貯藏下的香蕉果實(shí)揮發(fā)物的差異，為進(jìn)一步探討熱激處理誘導(dǎo)香蕉產(chǎn)生抗冷性的機(jī)理提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

香蕉果實(shí)：香蕉品種為‘巴西’（Musa spp.AAA Group cv.Cavendish），采自廣州市番禺區(qū)香蕉園。挑選飽滿(mǎn)度約7成～8成的綠熟香蕉，運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室。預(yù)處理：挑選大小均勻、無(wú)病蟲(chóng)害和無(wú)機(jī)械損傷的單個(gè)香蕉，用0.1%漂白粉浸泡5 min，晾干備用。

1.2 儀器與設(shè)備

FlavourSpec氣相離子遷移譜聯(lián)用儀：德國(guó)G.A.S.公司；SPX-250C恒溫培養(yǎng)箱：上海博迅實(shí)業(yè)有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 試驗(yàn)處理

對(duì)照處理：將預(yù)處理后晾干備用的香蕉果實(shí)置于20℃恒溫箱中貯藏。低溫處理：預(yù)處理后晾干備用的香蕉果實(shí)在7℃恒溫培養(yǎng)箱中貯藏8 d，貯藏4 h時(shí)（7℃4 h處理組）取一部分香蕉果實(shí)用于GC-IMS測(cè)定相關(guān)指標(biāo)，其余香蕉果實(shí)繼續(xù)在7℃中貯藏用于冷害指數(shù)測(cè)定。熱處理后低溫處理：將預(yù)處理后晾干備用的香蕉果實(shí)完全浸入52℃熱水中，時(shí)間為3 min，熱水處理過(guò)程中溫差控制在0.5℃以?xún)?nèi)。熱水處理后將香蕉果實(shí)放入20℃恒溫箱中貯藏3 h（前期研究發(fā)現(xiàn)熱激后的香蕉果實(shí)在20℃貯藏3 h再轉(zhuǎn)入冷藏的抗冷效果最好[20]），之后將香蕉果實(shí)置于7℃恒溫培養(yǎng)箱中貯藏8 d，貯藏4 h時(shí)（H+7℃4 h處理組）取一部分香蕉果實(shí)用于GC-IMS測(cè)定相關(guān)指標(biāo)，其余香蕉果實(shí)繼續(xù)在7℃中貯藏用于冷害指數(shù)測(cè)定。以上每個(gè)處理設(shè)3個(gè)重復(fù)。

1.3.2 GC-IMS測(cè)定方法

取2.0 g香蕉果皮置于20 mL頂空進(jìn)樣瓶中，45℃孵育10min，經(jīng)頂空進(jìn)樣后進(jìn)行測(cè)試。進(jìn)樣體積：200μL；進(jìn)樣針溫度：55℃。色譜柱類(lèi)型：FS-SE-54-CB-1；分析時(shí)間：20 min；柱溫：40 ℃；載氣/漂移氣：高純氮?dú)猓兌取?9.999%）；IMS探測(cè)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(nèi)增至20 mL/min，接著在10 min內(nèi)增至100 mL/min。

1.3.3 果實(shí)冷害指數(shù)的測(cè)定

參考Kondo等[22]的方法測(cè)定冷害指數(shù)。取10個(gè)香蕉果實(shí)進(jìn)行測(cè)定，果皮冷害癥狀分為5級(jí)，分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)是：果皮無(wú)冷害癥狀為0級(jí)；冷害面積占果皮總面積的比例＜25%為1級(jí)；冷害面積占果皮總面積的比例＜50%為2級(jí)；冷害面積占果皮總面積的比例＜75%為3級(jí)；冷害面積占果皮總面積的比例＞75%為4級(jí)。

式中：N0～N4分別為相應(yīng)級(jí)別冷害的果皮數(shù)；NT為觀(guān)察果皮的總數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用G.A.S公司研發(fā)的LAV軟件來(lái)繪制揮發(fā)物的離子遷移圖譜和指紋圖譜；采用LAV軟件內(nèi)置的IMS和NIST兩個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)揮發(fā)物進(jìn)行定性分析。利用網(wǎng)站（網(wǎng)址：https：//biit.cs.ut.ee/clustvis/）在線(xiàn)對(duì)揮發(fā)物的所有組分進(jìn)行主成分分析。利用excel制作折線(xiàn)圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)香蕉果皮揮發(fā)物的影響

圖1為低溫處理組（7℃4 h）、熱處理后低溫處理組（H+7℃4 h）和對(duì)照處理組的香蕉果皮揮發(fā)性物質(zhì)的組分差異。

從圖1可看出，通過(guò)GC-IMS技術(shù)可以很好地分離3個(gè)處理中香蕉果實(shí)的揮發(fā)性組分。結(jié)果表明，7℃4 h處理組樣品的揮發(fā)物組分含量與對(duì)照組、H+7℃4 h處理組均存在較大差異，而H+7℃4 h處理組樣品的揮發(fā)性組分含量與對(duì)照差異很小。這說(shuō)明香蕉果實(shí)經(jīng)熱激處理后在7℃冷藏時(shí)大部分揮發(fā)物的含量與對(duì)照保持一致。與對(duì)照組相比，7℃4 h處理組能誘導(dǎo)香蕉果實(shí)的揮發(fā)物組分含量發(fā)生較大的變化，這是香蕉果實(shí)對(duì)低溫刺激的一種應(yīng)激反應(yīng)。而熱激處理后7℃冷藏的香蕉果實(shí)的揮發(fā)物組分含量與對(duì)照基本一致，說(shuō)明熱激處理能在一定程度上減弱7℃低溫對(duì)香蕉果實(shí)產(chǎn)生的應(yīng)激反應(yīng)。

圖1 香蕉果皮中揮發(fā)物的氣相離子遷移譜Fig.1 GC-IMS topographic plots of volatile substances in banana peel

2.2 香蕉果皮揮發(fā)物的定性分析

根據(jù)揮發(fā)性物質(zhì)的氣相色譜保留時(shí)間和離子遷移時(shí)間對(duì)揮發(fā)性組分進(jìn)行定性分析。通過(guò)分析，香蕉果皮共檢測(cè)出97種揮發(fā)性物質(zhì)，應(yīng)用軟件內(nèi)置的NIST數(shù)據(jù)庫(kù)和IMS數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)物質(zhì)進(jìn)行定性分析，確定了29種已知成分（見(jiàn)表1），未知成分68種。

表1 香蕉果皮部分揮發(fā)物的定性結(jié)果Table 1 Qualitative results of some volatile compounds in banana peel

2.3 不同處理香蕉果皮中揮發(fā)物的指紋圖譜對(duì)比

為了更加清晰地對(duì)比不同樣品之間揮發(fā)物的差異，采用G.A.S.公司研發(fā)的LAV軟件制作指紋圖譜。由于得到的原始結(jié)果圖中的組分太多，難以在一個(gè)圖中呈現(xiàn)，故本文將原始圖分成3個(gè)部分進(jìn)行分析，見(jiàn)圖2。

在圖2中的A區(qū)域，7℃4 h處理組明顯降低了丁酸乙酯、己二酮、2，3-丁二酮、甲基丙醛、羥基丙酮、3-甲基丁酸、芳樟醇等19種組分的含量。而H+7℃4 h處理組樣品在A區(qū)域內(nèi)的19種組分含量與對(duì)照差異不大。

在圖2中的B區(qū)域，7℃4 h處理組明顯增加了乙醇、三乙胺、2-己醇、戊酮-2，3-二酮、苯乙醛、3-甲基-3-丁烯-1-醇、2-丁酮、3-甲基-2-丁醇等30種組分的含量。而H+7℃4 h處理組樣品在B區(qū)域內(nèi)的30種組分含量與對(duì)照差異不大。

在圖2中的C區(qū)域，7℃4 h處理組和H+7℃4 h處理組均明顯增加了2-甲氧基苯酚、二甲基二氧雜環(huán)酮、戊酸乙酯、己酸乙酯、苯甲醛等12種組分的含量。

在圖2中的D區(qū)域，H+7℃4 h處理組明顯增加了1-戊醇、糠醇、4-甲基苯酚、2-戊酮等13種組分的含量。尤其是91號(hào)峰為H+7℃4 h處理組所特有，這種物質(zhì)在7℃4 h處理組和對(duì)照組中都不存在，其成分需要作進(jìn)一步定性分析確認(rèn)。

圖2 香蕉果皮中揮發(fā)物的指紋圖譜Fig.2 The fingerprint of volatile substances in banana peel

圖3 香蕉果皮中揮發(fā)物的主成分分析Fig.3 PC analysis of of volatile substances in banana peel

2.4 主成分分析

選取所有特征峰的峰強(qiáng)度作為特征變量，進(jìn)行主成分分析，結(jié)果如圖3所示，主成分1和主成分2的貢獻(xiàn)率之和高達(dá)81.6%，說(shuō)明這兩個(gè)主成分能夠表達(dá)原始變量的絕大部分信息。通過(guò)主成分分析，發(fā)現(xiàn)7℃4 h處理組的樣品與其他兩個(gè)處理組樣品的揮發(fā)物成分差異較大，而H+7℃4 h處理組樣品與對(duì)照組樣品的揮發(fā)物成分差異較小，可以歸為一類(lèi)。

2.5 熱激處理對(duì)冷藏香蕉果實(shí)冷害指數(shù)的影響

7℃和熱激處理對(duì)冷藏香蕉果實(shí)冷害指數(shù)的影響見(jiàn)圖4。

從圖4可知，香蕉果實(shí)在7℃下貯藏3 d即出現(xiàn)比較明顯的冷害癥狀，而經(jīng)過(guò)熱激處理后的香蕉果實(shí)在7℃下3 d僅表現(xiàn)出十分輕微的冷害癥狀。在整個(gè)冷藏過(guò)程中，熱激處理比未經(jīng)熱激處理的香蕉果實(shí)冷害指數(shù)都要低，說(shuō)明熱激處理能明顯減輕香蕉果實(shí)的冷害癥狀。

圖4 7℃和熱激處理對(duì)冷藏香蕉果實(shí)冷害指數(shù)的影響Fig.4 The effect of 7℃and heat shock on the chilling injury index of banana fruit during cold storage.

3 討論與結(jié)論

本文通過(guò)GC-IMS法在綠熟香蕉中共檢測(cè)出97種揮發(fā)性物質(zhì)，檢出揮發(fā)物種類(lèi)數(shù)是采用SPME結(jié)合GC-MS技術(shù)檢測(cè)出的揮發(fā)物種類(lèi)數(shù)的3倍多，這說(shuō)明GC-IMS法檢測(cè)靈敏度更高，能更好地反映不同處理的香蕉果實(shí)揮發(fā)性物質(zhì)的差異。

香蕉果實(shí)在7℃冷藏4 h明顯降低了丁酸乙酯、己二酮、2，3-丁二酮、甲基丙醛、羥基丙酮、3-甲基丁酸、芳樟醇等19種組分的含量，同時(shí)明顯增加了乙醇、三乙胺、2-己醇、戊酮-2，3-二酮、苯乙醛、2-丁酮、3-甲基-3-丁烯-1-醇等30種組分的含量。而H+7℃4 h處理組樣品的上述49種組分（詳細(xì)見(jiàn)圖2的A區(qū)域和B區(qū)域）含量均與對(duì)照差異不大，這說(shuō)明這些揮發(fā)物成分的變化是香蕉果實(shí)受到低溫刺激產(chǎn)生的應(yīng)激反應(yīng)，而先經(jīng)熱激處理再冷藏的香蕉果實(shí)則能較好地保持與對(duì)照一致，表明熱激處理能在一定程度上減少低溫對(duì)香蕉果實(shí)的刺激反應(yīng)，可能與冷藏后期熱激處理提高果實(shí)的抗冷性有關(guān)。另外，與對(duì)照組和7℃4 h處理組相比，香蕉果實(shí)經(jīng)熱激處理后在7℃冷藏4 h明顯增加了1-戊醇、糠醇、4-甲基苯酚、2-戊酮等13種組分的含量，尤其是其中的91號(hào)峰為熱激處理所特有，根據(jù)熱激處理能有效減輕香蕉果實(shí)的冷害癥狀，推測(cè)這13種成分含量的迅速增加可能在熱處理誘導(dǎo)香蕉抗冷性中起到重要調(diào)控作用。

本文從綠香蕉果實(shí)中鑒定出的29種揮發(fā)性物質(zhì)可以作為前人研究的一個(gè)補(bǔ)充，但由于目前IMS數(shù)據(jù)庫(kù)不夠完善，剩下68種未知揮發(fā)物，有待后續(xù)進(jìn)一步分析。后續(xù)試驗(yàn)將篩選出熱激處理后低溫貯藏中香蕉果實(shí)產(chǎn)生的標(biāo)志性特征揮發(fā)物進(jìn)行定量分析，從而為探究熱處理誘導(dǎo)香蕉果實(shí)產(chǎn)生抗冷性的機(jī)理提供依據(jù)。