干燥方式對九制陳皮揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的影響

陳樹鵬，劉昊澄，楊婉媛，余元善，傅曼琴，卜智斌，，梁楚璇

（1.廣東佳寶集團(tuán)有限公司，廣東 潮州 515638；2.廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蠶業(yè)與農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，廣東 廣州 510610；3.廣東濟(jì)公保健食品有限公司，廣東 潮安 515638）

【研究意義】陳皮是我國重要的藥食兩用資源［1］。傳統(tǒng)中醫(yī)認(rèn)為，陳皮性溫味苦，具有止咳化痰、理氣健脾、延緩老化等功效［2］；現(xiàn)代藥理學(xué)研究表明，陳皮具有抑菌［3］、消炎［4］、降血脂［5］、抗氧化［6］等生理功能，因此陳皮具有很高的應(yīng)用價值。九制陳皮是由陳皮經(jīng)浸泡、腌制、調(diào)料、曬制、除雜等9 道制備工藝加工而成的休閑類食品，不但能化痰止咳、順氣解渴，還兼具陳皮芳香，深受大眾喜愛，具有很高的經(jīng)濟(jì)價值［7］。香氣是影響九制陳皮產(chǎn)品質(zhì)量和消費(fèi)者接受度的主要因素之一，然而目前對九制陳皮香氣成分的研究較少，尤其是針對不同制備工藝中九制陳皮差異化關(guān)鍵性風(fēng)味化合物的研究不多。研究九制陳皮的香氣揮發(fā)性物質(zhì)對改進(jìn)其加工工藝十分重要。

【前人研究進(jìn)展】目前九制陳皮的制作工藝仍以傳統(tǒng)曬干方式為主，無其他添加劑，具有較好的口感，但制作過程需要靠經(jīng)驗(yàn)控制，產(chǎn)品品質(zhì)得不到保證［8-9］。隨著科技進(jìn)步，工業(yè)化機(jī)制生產(chǎn)九制陳皮逐漸發(fā)展，在保持傳統(tǒng)干燥工藝精髓的基礎(chǔ)上，烘干工藝被運(yùn)用到加工過程中，極大提高了九制陳皮的生產(chǎn)效率。香氣是評價食品品質(zhì)和市場價值的重要指標(biāo)之一［10］，香氣濃郁的食品能受到消費(fèi)者更多青睞。目前，常見的香氣分析方法主要是氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（GC-MS），該方法能通過質(zhì)譜解析的方式對香氣組成物質(zhì)進(jìn)行全面分析，但樣品前處理方式較為復(fù)雜，耗時長，不利于香氣物質(zhì)的快速分析［11］。氣相離子遷移色譜（Gas Chromatography-Ion Mobility Spectroscopy，GC-IMS）技術(shù)是近年發(fā)展起來的一種對樣品揮發(fā)性成分進(jìn)行定性定量分析的檢測技術(shù)，可通過其配套的功能軟件根據(jù)檢測樣品中組分的有無及信號峰的強(qiáng)度進(jìn)行歸類分析，并繪制直觀方便的指紋圖譜，據(jù)此可較直觀地對待測樣品進(jìn)行歸類對比分析［12］。GC-IMS技術(shù)已廣泛運(yùn)用于食品摻假鑒定［13-14］、食品品質(zhì)分析［15-16］以及食品風(fēng)味物質(zhì)鑒定［17-19］等各個食品領(lǐng)域。

【本研究切入點(diǎn)】目前GC-IMS 技術(shù)用于九制陳皮品質(zhì)分析方面的研究未見報道。本研究以陳皮為研究對象，采用烘干和曬干兩種干燥工藝制備九制陳皮，以比較不同干燥方式對九制陳皮香氣的影響。【擬解決的關(guān)鍵問題】通過GC-IMS 技術(shù)對九制陳皮的揮發(fā)性風(fēng)味成分進(jìn)行鑒定分析，并運(yùn)用偏最小二乘回歸（Partial Least Squares Regression，PLSR）分析和感官鑒定對不同干燥方式制備的九制陳皮所含揮發(fā)性成分的差異進(jìn)行比較分析和驗(yàn)證，以期為九制陳皮工業(yè)化生產(chǎn)和分析鑒定提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

九制陳皮，由廣東佳寶集團(tuán)有限公司提供，4 ℃保存?zhèn)溆谩Ｔ喜勺詮V東，為新會大紅柑采收后干燥的干果皮，烘干工藝的樣品編號為HG，曬干工藝的樣品編號為SG。

供試儀器為FlavourSpec?氣相離子遷移譜聯(lián)用儀GC-IMS（德國 G.A.S.公司），采用的主要試劑為C4-C9 正構(gòu)烷烴（美國Accustandard 公司）。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 樣品制備 原料選擇→冷水浸泡→漂洗→腌制→料液配制→拌料→曬制（烘干或曬干）→除雜→入庫→包裝

1.2.2 樣品前處理 稱取2.0 g（精確到0.01 g）樣品，置于20 mL 頂空進(jìn)樣瓶中，40 ℃下孵育15 min 后進(jìn)樣。

1.2.3 GC-IMS 色譜條件 色譜柱類型FS-SE-54-CB-1（15 m×0.53 mm），分析時間30 min，柱溫60 ℃，載氣/漂移氣為N2，IMS 溫度45 ℃；采用自動頂空進(jìn)樣，進(jìn)樣體積100 μL，孵育時間5 min，孵育溫度60 ℃，進(jìn)樣針溫度45 ℃，孵化轉(zhuǎn)速500 r/min。

1.2.4 感官分析 感官分析小組由年齡為23～30歲之間的6 男6 女共12 人組成，參照GB/T14195-93 感官分析選拔與培訓(xùn)導(dǎo)則建立評價小組，采取鼻前嗅聞對樣品進(jìn)行評估，每次評估均在25（±1）℃的條件下進(jìn)行，兩次評價中間設(shè)置休息時間5 min。采用五點(diǎn)強(qiáng)度法進(jìn)行評分（0 代表幾乎無香味、5 代表香味很強(qiáng)），評價重復(fù)3 次，取平均值并繪制香氣輪廓雷達(dá)圖。

1.2.5 PLSR 分析 采用PLSR 模型分別建立7 個感官指標(biāo)（因變量Yi）和揮發(fā)性物質(zhì)（自變量Xi）之間的PLSR 函數(shù)模型，通過樣本感官間的細(xì)微差異，在復(fù)雜感官體系中篩選與九制陳皮樣品香氣屬性顯著相關(guān)的揮發(fā)性物質(zhì)，明晰各種揮發(fā)性香氣成分對九制陳皮香氣不同的貢獻(xiàn)程度。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

GC-IMS 儀器配套的分析軟件包括LAV（Laboratory Analytical Viewer）以及GC×IMS Library Search；采用Excel、Origin 軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析和繪圖；采用SIMCA-P 13.0 軟件對GC-IMS 數(shù)據(jù)進(jìn)行PLSR 分析，所有試驗(yàn)均重復(fù)3 次。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同干燥工藝九制陳皮的感官分析

感官小組根據(jù)烘干、曬干兩種九制陳皮樣品的香氣特征，篩選出果香、甜香、酸香、花香、柑橘香和干草香等6 個具代表性的香氣屬性，并對每種香氣屬性進(jìn)行評分，繪制樣品香氣雷達(dá)圖。由圖1 可知，兩種干燥工藝九制陳皮樣品的整體香氣相差不大，烘干樣品的香氣強(qiáng)度略高于曬干樣品；6 個香氣屬性中，果香、柑橘香以及酸香的香氣強(qiáng)度突出，其中烘干樣品的果香、柑橘香的香氣強(qiáng)度高于曬干樣品，而曬干樣品的酸香屬性高于烘干樣品，其他3 種香氣屬性中，甜香屬性在烘干樣品中強(qiáng)度較高，花香屬性在曬干樣品中強(qiáng)度較高，干草香的強(qiáng)度在兩種樣品中一致，可能是由于烘干工藝對環(huán)境條件（溫度、濕度等）的有效控制使得烘干過程更有利于果香、柑橘香以及甜香氣味的保留［20-21］。總體而言，烘干處理九制陳皮樣品的香氣強(qiáng)度優(yōu)于曬干處理。

圖1 不同干燥工藝九制陳皮香氣分析的感官鑒定雷達(dá)圖Fig.1 Sensory identification radar chart of aroma analysis of Nine-process Dried Tangerine Peel prepared by different drying methods

2.2 九制陳皮特征揮發(fā)性物質(zhì)的GC-IMS 譜圖分析

采用GC-IMS 確定不同干燥方式制備九制陳皮的揮發(fā)性物質(zhì)，通過獲得離子漂移時間和離子峰強(qiáng)度，對每種成分進(jìn)行定性分析。由三維光譜圖（圖2）可知，兩種干燥方式制備的樣品其揮發(fā)性化合物具有一定相似性，但信號強(qiáng)度略有不同。

圖2 不同干燥方式九制陳皮揮發(fā)性成分的三維GC-IMS 譜圖Fig.2 Three-dimensional GC-IMS spectra of volatile components in Nine-process Dried Tangerine Peel prepared by different drying methods

從GC-IMS 頂視圖（圖3）可見，整個圖背景為藍(lán)色，圖中每一個點(diǎn)代表一種揮發(fā)性物質(zhì)，一種物質(zhì)可能產(chǎn)生多個信號或斑點(diǎn)（單體二聚體甚至三聚體），顏色越深表示物質(zhì)濃度越大［22］。兩種干燥方式制備的九制陳皮樣品內(nèi)揮發(fā)性物質(zhì)可通過GC-IMS 很好地分離，而且大多數(shù)揮發(fā)性物質(zhì)信號出現(xiàn)在100～1 000 s 的保留時間和1.0～1.8的漂移時間，每種樣品都包含很多反應(yīng)離子信號峰，說明九制陳皮樣品具有豐富的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)。

圖3 不同干燥方式九制陳皮揮發(fā)性成分的二維GC-IMS 譜圖-Fig.3 Two-dimensional GC-IMS spectra of volatile components in Nine-process Dried Tangerine Peel prepared by different drying methods

通過應(yīng)用差異比較模型（圖4）比較兩種干燥方式制備的九制陳皮樣品間的差異，選擇烘干樣品作為參考，并從參考中推導(dǎo)出其他樣品的地形圖。如果揮發(fā)性化合物一致，則扣除后的本底為白色，而紅色表示該物質(zhì)濃度高于參考值，藍(lán)色表示該物質(zhì)濃度低于參考值［13］。相較于烘干樣品，曬干樣品的差異圖顯示了大面積紅色與藍(lán)色點(diǎn)區(qū)域，顏色較深，表明兩種干燥方式制備的九制陳皮所含揮發(fā)性組分存在部分種類和含量的差異。

圖4 不同干燥方式九制陳皮揮發(fā)性成分的二維GC-IMS 差異圖Fig.4 Two-dimensional GC-IMS difference diagram of volatile components in Nine-process Dried Tangerine Peel prepared by different drying methods

2.3 九制陳皮特征揮發(fā)性物質(zhì)的GC-IMS 指紋圖譜分析

根據(jù)圖4 的峰值信號，形成九制陳皮的揮發(fā)性成分指紋圖譜（圖5）。圖譜中每一行代表一個樣品的整個信號峰，每一列代表不同樣品中的相同物質(zhì)。每個單元代表不同時間物質(zhì)的含量。顏色代表揮發(fā)性化合物的含量，顏色越亮含量越高。指紋中兩個具有相同名稱的化合物是單體及其二聚體。二聚體的漂移時間隨質(zhì)子親和力和含量水平而增加［23］。通過指紋圖譜分析，定性檢出46 種揮發(fā)性物質(zhì)（表1），包括16 種萜烯類、9 種醛類、9 種醇類、5 種酮類、4 種酸類、1 種酯類、1 種呋喃類以及1 種噻唑類物質(zhì)。

表1 基于GC-IMS 的九制陳皮揮發(fā)性成分鑒定結(jié)果Table 1 Identification results of volatile components in Nine-process Dried Tangerine Peel based on GC-IMS

（續(xù)表1）

根據(jù)不同樣品的特征揮發(fā)性物質(zhì)，可將指紋圖譜分成A、B、C 等3 個區(qū)域（圖5），區(qū)域B表示九制陳皮的共有特征揮發(fā)性物質(zhì)，其中α-蒎烯、β-蒎烯、β-羅勒烯、α-側(cè)柏烯以及2-丙酮等5 種物質(zhì)含量較高，整體賦予九制陳皮樣品柑橘香、干草香以及水果香的香氣屬性［24-25］，檸檬烯和月桂烯的含量較低，但提供了花香屬性［26］。區(qū)域A 中苯乙酸乙酯、乙酸乙酯、2-丁酮、2，3-戊二酮、戊醛、己醛、癸醛、3-甲基丁醛、2-乙基呋喃等12 種物質(zhì)為曬干樣品的特有揮發(fā)性物質(zhì)，其中醛類物質(zhì)較多，這可能是曬干樣品的酸香屬性略強(qiáng)于烘干樣品的原因［1，27］。區(qū)域C中2，3-丁二醇、2-甲基-1-丁醇、（E）-2-己烯-1-醇、（Z）-3-己烯-1-醇、4-松油醇、α-松油醇、異戊醇、丙醇、E-2-戊醛、庚醛、2-丙酮、環(huán)己酮、γ-己內(nèi)酯、α-丁二烯、α-芹菜烯、乙酸、噻唑等17 種物質(zhì)為烘干樣品的特有揮發(fā)性物質(zhì)，其中2-甲基-1-丁醇、（E）-2-己烯-1-醇、（Z）-3-己烯-1-醇、環(huán)己酮、γ-己內(nèi)酯是具有明顯果香、甜香屬性的物質(zhì)［27-28］，由此判斷，烘干樣品的整體香氣強(qiáng)度高于曬干樣品。

圖5 不同干燥方式九制陳皮的揮發(fā)性成分指紋圖譜Fig.5 Fingerprint of volatile components in Nine-process Dried Tangerine Peel prepared by different drying methods

2.4 九制陳皮特征揮發(fā)性物質(zhì)的PLSR 分析

根據(jù)GC-IMS 物質(zhì)含量數(shù)據(jù)和感官分析數(shù)據(jù)繪制PLSR 分析結(jié)果（圖6），模型的累積解釋率R2X=0.902、累積預(yù)測率Q2=0.835，這兩個驗(yàn)證指標(biāo)表明該模型具有較高的解釋方差和較高的預(yù)測準(zhǔn)確性。如圖6 所示，可以直觀區(qū)分兩個樣本的數(shù)據(jù)點(diǎn)。曬干樣品位于分?jǐn)?shù)散點(diǎn)圖的左側(cè)，其數(shù)據(jù)與花香、酸香屬性呈正相關(guān)，苯乙酸乙酯、乙酸乙酯、戊醛、己醛、癸醛、3-甲基丁醛等6種特征香氣物質(zhì)均突出表現(xiàn)為花香、酸香的香氣屬性［26，29］；烘干樣品則位于分?jǐn)?shù)散點(diǎn)圖的右側(cè)，與柑橘香、干草香、果香和甜香屬性具有更高的相關(guān)性，同時也與整體香氣強(qiáng)度保持一致性，其中典型的物質(zhì)代表為2-甲基-1-丁醇、（E）-2-己烯-1-醇、（Z）-3-己烯-1-醇、環(huán)己酮、γ-己內(nèi)酯等13 種特征香氣成分，這些特征性物質(zhì)構(gòu)成了烘干樣品豐富的香氣屬性。PLSR 分析結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證了九制陳皮GC-IMS 分析結(jié)果與感官分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。

圖6 九制陳皮揮發(fā)性成分的偏最小二乘回歸（PLSR）分析Fig.6 PLSR analysis of volatile components in Nine-process Dried Tangerine Peel

3 討論

本試驗(yàn)探討不同干燥方式對九制陳皮揮發(fā)性風(fēng)味的影響，為干燥技術(shù)在九制陳皮品質(zhì)改善中的優(yōu)化應(yīng)用提供理論參考。通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)可作為鑒別九制陳皮中揮發(fā)性氣味化合物的有效工具，在無需樣品前處理前提下，頂空進(jìn)樣后可快速檢測九制陳皮中的揮發(fā)性有機(jī)物。根據(jù)揮發(fā)性物質(zhì)GC 保留時間和離子遷移時間對其進(jìn)行定性分析，明確了46 種揮發(fā)性物質(zhì)。從兩組樣品的揮發(fā)性物質(zhì)組分差異可以看出，有些揮發(fā)性物質(zhì)在曬干樣品中含量高，如苯乙酸乙酯、乙酸乙酯、2-丁酮、2-乙基呋喃等12 種物質(zhì)，其中乙酸乙酯和己醛是重要揮發(fā)性氣味物質(zhì)，具有特殊的青草、酸澀氣味［1，27］，是香料香精的重要原料。而2-甲基-1-丁醇、（E）-2-己烯-1-醇、（Z）-3-己烯-1-醇、環(huán)己酮、γ-己內(nèi)酯是具有明顯果香、甜香的屬性物質(zhì)［27-28］，是烘干樣品中含量較高的成分，同樣也是區(qū)別曬干樣品的重要物質(zhì)。γ-己內(nèi)酯和環(huán)己酮在食品工業(yè)和化妝品工業(yè)中有著重要作用［27-28］。此外，2-甲基-1-丁醇、（E）-2-己烯-1-醇以及（Z）-3-己烯-1-醇3 種醇類揮發(fā)性氣味物質(zhì)在荔枝以及茶葉等［27-28］農(nóng)產(chǎn)品中均檢測到，具有較高的香氣強(qiáng)度屬性。結(jié)合感官鑒定進(jìn)行PLSR 分析確定烘干樣品的整體香氣屬性優(yōu)于曬干樣品，這可能是由于烘干工藝對環(huán)境溫度的調(diào)整使得烘干過程更有利于果香、柑橘香以及甜香香氣保留，此結(jié)果可為九制陳皮工藝開發(fā)研究奠定基礎(chǔ)。

4 結(jié)論

利用氣相離子遷移譜（GC-IMS）技術(shù)對不同干燥方式（烘干/曬干）制備的九制陳皮的揮發(fā)性香氣成分進(jìn)行分析，通過構(gòu)建特征成分指紋圖譜發(fā)現(xiàn)，苯乙酸乙酯、乙酸乙酯、3-甲基丁醛等6 種特征物質(zhì)為曬干樣品的主要特征揮發(fā)性香成分，2-甲基-1-丁醇、（E）-2-己烯-1-醇、（Z）-3-己烯-1-醇、環(huán)己酮、γ-己內(nèi)酯等13個特征物質(zhì)為烘干樣品的主要特征揮發(fā)性香成分。通過建立九制陳皮樣品的PLSR 模型，可以快速驗(yàn)證GC-IMS 與感官分析的準(zhǔn)確性，烘干樣品與整體香氣、柑橘香、干草香、果香和甜香5 種屬性具有更高相關(guān)性，明顯高于曬干樣品，為九制陳皮的品質(zhì)識別及開發(fā)利用提供理論依據(jù)。