基于電子鼻及氣相-離子遷移譜法分析陽光玫瑰葡萄貯藏期揮發(fā)性成分

謝林君，成果，王海軍，周思泓，謝太理，周詠梅，張勁*

（1.廣西壯族自治區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)院葡萄與葡萄酒研究所，廣西 南寧 530007；2.廣西壯族自治區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全與檢測技術(shù)研究所，廣西 南寧 530007）

水果的風(fēng)味品質(zhì)主要包括呈香及呈味物質(zhì)，呈香物質(zhì)是葡萄質(zhì)量的一個(gè)重要方面，香氣的種類和含量不僅決定著葡萄的風(fēng)味和品種典型性，同時(shí)影響消費(fèi)者的偏好[1-3]。葡萄的香氣成分主要包括萜烯類化合物、酯類、醇類、醛類以及含氮化合物等[4]。玫瑰香型葡萄果實(shí)香氣中含有豐富的單萜類物質(zhì)，可產(chǎn)生濃郁的玫瑰香氣[5-6]。陽光玫瑰葡萄是近年最受歡迎的葡萄品種之一，成熟時(shí)具有強(qiáng)烈的玫瑰香味，果實(shí)呈黃綠色，其香氣構(gòu)成了該品種的特征風(fēng)味[7-8]。Wu等[9]利用固相微萃取氣相色譜-質(zhì)譜技術(shù)研究了陽光玫瑰葡萄（Vitis labruscana Baily×Vitis vinifera L.）發(fā)育過程中揮發(fā)性化合物的含量變化以及游離和結(jié)合化合物之間的轉(zhuǎn)化，描述了陽光玫瑰葡萄在漿果發(fā)育過程中的香氣特征。Matsumoto等[10]利用氣相色譜-質(zhì)譜法（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）分析發(fā)現(xiàn)采后溫度和貯藏時(shí)間對陽光玫瑰葡萄麝香風(fēng)味和里那醇含量有很大的影響，低溫貯藏條件引起麝香風(fēng)味的損失及里那醇含量的降低。但是GC-MS研究具有復(fù)雜的樣品前處理要求，且耗費(fèi)巨大，需要專業(yè)技術(shù)人員操作，不易于應(yīng)用及推廣[11-12]。

電子鼻及氣相-離子遷移譜法（gaschromatographyion mobility spectrometry，GC-IMS）是新興的揮發(fā)性成分的分析技術(shù)，具有樣品制備簡單、操作簡單、分析高效準(zhǔn)確的優(yōu)勢，有效解決GC-MS分析速度較慢及前處理復(fù)雜等問題的同時(shí)，能克服感官評價(jià)的不足[13-15]。貯藏保鮮是實(shí)現(xiàn)水果周年供應(yīng)的重要技術(shù)，采后處理溫度及貯藏時(shí)間是影響果蔬風(fēng)味品質(zhì)的重要因素，在貯藏初期及短期貯藏后水果外觀變化不明顯，很難判斷水果的適宜貯藏期及貨架期[16-18]。電子鼻及GC-IMS可以通過測定貯藏期水果風(fēng)味的變化，判斷其貯藏時(shí)間及新鮮程度[17]。目前該技術(shù)已應(yīng)用于葡萄[18-19]、沃柑[20]和百香果[21]等水果貯藏期的研究，可用于判定水果的品質(zhì)變化及貯藏期快速判別等。本研究采用電子鼻及GC-IMS分析不同溫度處理的陽光玫瑰葡萄在貯藏期的揮發(fā)性成分的變化，指紋圖譜確定各貯藏期的化學(xué)特征物質(zhì)，為葡萄貯藏保鮮效果和品質(zhì)評價(jià)的研究提供一種新思路，有助于快速判斷選擇其最佳貯藏期。

1 材料與方法

1.1 主要材料

陽光玫瑰葡萄：廣西真誠農(nóng)業(yè)有限公司武鳴東盟開發(fā)區(qū)基地。挑選無機(jī)械傷、無病蟲害、成熟度較一致的葡萄隨機(jī)整穗采樣，2 h內(nèi)運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室。

1.2 主要儀器與設(shè)備

PEN3.5電子鼻：德國Airsense公司；FlavourSpec風(fēng)味分析儀：山東海能科學(xué)儀器有限公司；HH-8數(shù)顯電熱恒溫水浴鍋：常州億通分析儀器制造有限公司；DW-86L416G低溫保存箱：青島海爾生物醫(yī)療股份有限公司；LR H-150CL低溫恒溫培養(yǎng)箱：上海一恒科學(xué)儀器有限公司；AR 320+紅外線測溫儀：希瑪儀器儀表有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 樣品處理

參照謝林君等[22]的方法：從基地采樣回實(shí)驗(yàn)室后，對葡萄進(jìn)行挑揀，單穗果實(shí)采用葡萄專用保鮮袋包裝，置于對應(yīng)溫度（0、10℃）培養(yǎng)箱，敞口預(yù)冷12 h，利用紅外線測溫儀測定袋內(nèi)上中下各點(diǎn)果實(shí)溫度，待果實(shí)內(nèi)部溫度降至培養(yǎng)箱設(shè)定溫度后進(jìn)行封口。取樣操作：原始樣標(biāo)記為0 W，2個(gè)溫度處理貯藏過程中分別于 1周（1 W）、2周（2 W）、4周（4 W）、6周（6 W）、8周（8 W）、12周（12 W）、16周（16 W）、20周（20 W）共取樣8次，每組取3次平行樣，去籽后，于-80℃冷凍備用，用于電子鼻及GC-IMS的測定。

1.3.2 電子鼻測定條件

將原始樣及2個(gè)溫度處理的各貯藏期樣品分別準(zhǔn)確稱量10 g于頂空瓶中，于45℃孵化30 min，使用PEN3.5電子鼻進(jìn)行測樣。測樣條件：測量間隔時(shí)間1s、傳感器自清洗時(shí)間60 s、自動(dòng)調(diào)零時(shí)間5 s、樣品準(zhǔn)備時(shí)間5 s、進(jìn)樣流量200 mL/min、檢測時(shí)間30 s。各傳感器對不同物質(zhì)的響應(yīng)類型[20]見表1。

表1 電子鼻中各個(gè)傳感器的響應(yīng)類型Table 1 Response types of the various sensors by electronic nose

1.3.3 GC-IMS分析

準(zhǔn)確稱量10 g樣品于頂空進(jìn)樣瓶，進(jìn)行檢測。氣相離子遷移譜檢測條件：分析時(shí)間30 min、色譜柱類型FS-SE-54-CB-1、柱溫60℃、載氣/漂移氣為高純氮?dú)狻⑻綔y器溫度45℃；頂空進(jìn)樣單元條件：進(jìn)樣體積500 μL、孵育時(shí)間30 min、孵育溫度45℃、進(jìn)樣針溫度85℃、孵化轉(zhuǎn)速500 r/min、漂移氣流速度150 mL/min、氣相載氣流速2 mL/min～150 mL/min。

1.4 數(shù)據(jù)處理

由 GC-IMS內(nèi)數(shù)據(jù)采集軟件 LAV（Laboratory Analytical Viewer）生成揮發(fā)性成分GC-IMS譜圖；軟件內(nèi)置的NIST數(shù)據(jù)庫及IMS數(shù)據(jù)庫對揮發(fā)性成分進(jìn)行定性分析。電子鼻數(shù)據(jù)采用Excel 2007、SPSS 20.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

2 結(jié)果與分析

2.1 基于電子鼻對陽光玫瑰葡萄貯藏期的揮發(fā)性成分分析

2.1.1 陽光玫瑰葡萄貯藏期揮發(fā)性成分的電子鼻雷達(dá)圖分析

由電子鼻測定的2個(gè)溫度處理陽光玫瑰葡萄在貯藏期的樣品由各傳感器響應(yīng)的數(shù)據(jù)建立的揮發(fā)性氣味雷達(dá)圖見圖1。

圖1 陽光玫瑰葡萄樣品的電子鼻雷達(dá)圖譜Fig.1 Radar fingerprint chart of Shine Muscat grape by electronic nose

圖1可直觀比較2個(gè)溫度貯藏期樣品之間的差異，隨著貯藏期的延長，樣品的揮發(fā)性成分響應(yīng)值變小，利用PEN3.5電子鼻系統(tǒng)能較好地區(qū)分樣品間揮發(fā)性成分的差異。2個(gè)溫度處理的樣品的揮發(fā)性成分主要集中在W1S、W1W、W2W及W5S傳感器，對芳香成分、硫化物、氮氧化合物等敏感；其余傳感器的響應(yīng)值較小。其中，貯藏期樣品間的差異主要集中在W1S及W1W傳感器，影響最大的是W1W傳感器，該傳感器除對硫化物敏感以外，還對多種萜烯類物質(zhì)敏感，而陽光玫瑰葡萄的香氣物質(zhì)主要為萜烯類成分[23]。10℃處理樣品圖譜的重現(xiàn)性較好，反映該處理的樣品在貯藏期內(nèi)差異較小；0℃處理的樣品的圖譜在幅度上差異較大，表明該處理的樣品在貯藏期揮發(fā)性氣味差異較明顯。

2.1.2 電子鼻檢測的陽光玫瑰葡萄樣品的主成分分析

2個(gè)溫度處理下的陽光玫瑰葡萄在貯藏期內(nèi)的主成分分析（principal component analysis，PCA）見圖2。

圖2 電子鼻檢測的陽光玫瑰葡萄樣品的PCA分析Fig.2 PCA analysis of Shine Muscat grape by electronic nose

由圖2可知，電子鼻檢測的2個(gè)溫度處理的樣品主成分分析中，PC1和PC2貢獻(xiàn)率分別為53.3%和18.9%，總貢獻(xiàn)率為72.2%，表明PEN3.5電子鼻系統(tǒng)較好地區(qū)分貯藏期的樣品間的差異，利用主成分分析可以很好地反映陽光玫瑰貯藏期的揮發(fā)性氣味特征。2個(gè)溫度處理之間，0℃處理的陽光玫瑰葡萄在貯藏期間揮發(fā)性氣味差異更明顯，各時(shí)期的樣品可以很好地區(qū)分；10℃處理的樣品在貯藏期較原始樣變化較大，各貯藏點(diǎn)樣品距離較近，表明葡萄樣品的揮發(fā)性成分相似，與雷達(dá)圖上觀察到的結(jié)果一致。貯藏后期（16周與20周）2個(gè)溫度處理的樣品距離較近，表明其揮發(fā)性成分相似。為進(jìn)一步分析溫度對陽光玫瑰葡萄貯藏期揮發(fā)性成分的影響，需結(jié)合GC-IMS技術(shù)進(jìn)行定性定量分析。

2.2 基于GC-IMS對陽光玫瑰葡萄貯藏期揮發(fā)性成分分析

2.2.1 陽光玫瑰葡萄揮發(fā)性成分GC-IMS定性分析

在整個(gè)貯藏期，2個(gè)溫度處理的葡萄樣品揮發(fā)性成分種類相似，含量上略有差異。陽光玫瑰葡萄部分揮發(fā)性成分的定性結(jié)果見表2。

表2 陽光玫瑰葡萄部分揮發(fā)性成分的定性結(jié)果Table 2 Qualitative results of some volatile components of Shine Muscat grape

由表2可知，共定性出33種揮發(fā)性成分，其中醇類6種、醛類21種、酯類3種和其他3種。

2.2.2 陽光玫瑰葡萄貯藏期揮發(fā)性成分的指紋圖譜

利用GC-IMS的Gallery Plot插件生成陽光玫瑰葡萄的指紋圖譜，對揮發(fā)性成分進(jìn)行準(zhǔn)確評價(jià)。在指紋圖譜中，每一行代表一個(gè)葡萄樣品中選取的全部信號峰，每一列代表同一揮發(fā)性成分在不同葡萄樣品中的信號峰，每個(gè)處理重復(fù)3次。揮發(fā)性成分以顏色來區(qū)分，含量越高，顏色越鮮艷。指紋圖譜中名稱相同的揮發(fā)性成分以單體、二聚體的形式出現(xiàn)[21]。陽光玫瑰葡萄貯藏期揮發(fā)性成分的指紋圖譜見圖3。

圖3 陽光玫瑰葡萄貯藏期揮發(fā)性成分的指紋圖譜Fig.3 The volatile components fingerprint of Shine Muscat grape during storage

由圖3可知，每種樣品的完整揮發(fā)性成分信息以及樣品之間揮發(fā)性成分的差異，由于GC-IMS數(shù)據(jù)庫有限，有的揮發(fā)性成分沒有被鑒定出來。

將2個(gè)溫度處理各劃分為3個(gè)區(qū)域，其中，紅色區(qū)域的樣品為貯藏6周內(nèi)的葡萄樣品，該區(qū)域的特征物質(zhì)是里那醇、（E）-2戊烯醛、未定性的36、37號和38號等物質(zhì)，表征陽光玫瑰葡萄典型的玫瑰香和果香。貯藏8周至12周的（黃色區(qū)域）特征物質(zhì)乙酸乙酯表現(xiàn)突出，表現(xiàn)出酯香及微帶果香的酒香[4]，說明存在一定程度香氣品質(zhì)劣變。貯藏16周至20周（橙色區(qū)域），特征物質(zhì)是己醇、乙醇、50、51、53，該時(shí)期醛類物質(zhì)的相對含量逐漸下降，醇類物質(zhì)的相對含量上升，反映出葡萄果實(shí)劣變程度，出現(xiàn)一定程度異味或不屬于該品種典型的香氣物質(zhì)。這與王文重等[29]研究結(jié)果一致，葡萄劣變中揮發(fā)性成分主要為乙酸乙酯、乙醇、二氧化碳和水汽，葡萄在劣變開始發(fā)生時(shí)氣體釋放速率會發(fā)生階躍性變化。

2個(gè)溫度處理的各區(qū)域之間有明顯差異，紅色區(qū)域的里那醇含量在0℃貯藏時(shí)第4周大幅下降，而10℃貯藏時(shí)在第6周含量才大幅下降，這與Matsumoto等[10]的研究結(jié)果一致，里那醇在較低溫度貯藏時(shí)下降較快。黃色區(qū)域中2個(gè)溫度處理間差異更明顯，0℃處理的陽光玫瑰葡萄的乙酸乙酯含量更豐富，且在第8周明顯增加，10℃貯藏則是在12周明顯增加。貯藏16周至 20 周，未定性的 39、44、47、34、45、1-辛烯-3-醇、乙醇、50、51、53物質(zhì)在 0℃貯藏時(shí)顯著增加，10℃顯著增加的是 1-辛烯-3-醇、乙醇、50、51、53物質(zhì)，2個(gè)溫度處理的樣品多數(shù)揮發(fā)性成分相似，其中0℃貯藏的陽光玫瑰葡萄的揮發(fā)性成分在這個(gè)階段變化更明顯。

另一部分物質(zhì)如2-甲基丁醛、庚醛（M）、庚醛（D）、異丁醛、甲基庚烯酮、苯甲酸甲酯、辛醛、壬醛、β-羅勒烯、苯乙醛（M）、苯乙醛（D）、己醛、（E）-2-己烯醛、戊醛（M）、戊醛（D）、2-戊基呋喃、1-辛烯-3-醇及未定性的41、43、35號物質(zhì)存在于2個(gè)溫度處理的整個(gè)貯藏期，且含量相差不大，這些組分為貯藏的陽光玫瑰葡萄共有的特征性風(fēng)味物質(zhì)，共同賦予陽光玫瑰葡萄豐富的果香。

2.2.3 基于GC-IMS的陽光玫瑰葡萄揮發(fā)性成分的PCA分析

為直觀清晰地分析溫度對陽光玫瑰葡萄貯藏期風(fēng)味物質(zhì)變化的影響，以及直觀分析葡萄中揮發(fā)性成分隨貯藏時(shí)間延長的變化趨勢，使用Dynamic PCA插件程序制作了PCA分析圖，結(jié)果見圖4。

圖4 陽光玫瑰葡萄貯藏期揮發(fā)性成分的PCA分析Fig.4 PCA analysis of volatile components of Shine Muscat grape during storage

由圖4可知，電子鼻及GC-IMS均能較好地區(qū)分各貯藏期的樣品，其中0℃處理的樣品分離度更高，香氣變化差異明顯。10℃處理的樣品中，貯藏1周的樣品和原始樣距離較近，表明其揮發(fā)性成分和原始樣相似；貯藏8周和12周的樣品重合性較高，說明這2個(gè)貯藏周期點(diǎn)樣品的揮發(fā)性成分相似度較高。GC-IMS主成分分析中，貯藏0至6周、8周至12周、16周至20周有明顯差異，與圖3指紋圖譜分析結(jié)果相一致，這3個(gè)區(qū)域可以明顯區(qū)分，表明陽光玫瑰葡萄貯藏期間揮發(fā)性成分的差異性。

3 結(jié)論

0℃貯藏的陽光玫瑰葡萄在貯藏4周后特征香氣發(fā)生變化，10℃貯藏條件下，6周后特征香氣發(fā)生變化；2個(gè)溫度處理的樣品均在16周后香氣品質(zhì)發(fā)生較為明顯劣變。低溫貯藏條件下陽光玫瑰葡萄的典型玫瑰香味銳減速度更快。香氣逸損是葡萄貯藏保鮮技術(shù)亟待解決的問題。結(jié)合電子鼻及GC-IMS能夠快捷科學(xué)的鑒定陽光玫瑰葡萄貯藏期的揮發(fā)性成分，判別陽光玫瑰葡萄果實(shí)品質(zhì)的劣變程度和預(yù)測葡萄最佳貯藏周期，為其他葡萄品種以及其他果蔬采后貯藏期的評價(jià)判別提供新思路。