2022, Vol. 49文章信息
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基金项目
- 广东省现代农业产业园建设科技支撑计划项目（JB-CYYCZ-2020071400006）；广东省扬帆计划引进创新创业团队项目（2017YT05H045）；广东省农业科学院院长基金（202031）；潮州市科技计划项目（2019ZX25）
作者简介
- 陈树鹏（1985—），男，博士，工程师，研究方向为食品加工技术，E-mail：shupeng102@163.com.
通讯作者
- 杨婉媛（1978—），女，硕士，高级工程师，研究方向为食品加工技术，E-mail：jbswywy@126.com.
文章历史
- 收稿日期：2021-07-05
2. 广东省农业科学院蚕业与农产品加工研究所，广东 广州 510610;
3. 广东济公保健食品有限公司，广东 潮安 515638
2. Sericultural and Agri-food Research Institute, Guangdong Academy of Agricultural Sciences, Guangzhou 510610, China;
3. Guangdong Jigong Healthy Food Co., Ltd., Chaoan 515638, China
【研究意义】陈皮是我国重要的药食两用资源[1]。传统中医认为，陈皮性温味苦，具有止咳化痰、理气健脾、延缓老化等功效[2]；现代药理学研究表明，陈皮具有抑菌[3]、消炎[4]、降血脂[5]、抗氧化[6]等生理功能，因此陈皮具有很高的应用价值。九制陈皮是由陈皮经浸泡、腌制、调料、晒制、除杂等9道制备工艺加工而成的休闲类食品，不但能化痰止咳、顺气解渴，还兼具陈皮芳香，深受大众喜爱，具有很高的经济价值[7]。香气是影响九制陈皮产品质量和消费者接受度的主要因素之一，然而目前对九制陈皮香气成分的研究较少，尤其是针对不同制备工艺中九制陈皮差异化关键性风味化合物的研究不多。研究九制陈皮的香气挥发性物质对改进其加工工艺十分重要。
【前人研究进展】目前九制陈皮的制作工艺仍以传统晒干方式为主，无其他添加剂，具有较好的口感，但制作过程需要靠经验控制，产品品质得不到保证[8-9]。随着科技进步，工业化机制生产九制陈皮逐渐发展，在保持传统干燥工艺精髓的基础上，烘干工艺被运用到加工过程中，极大提高了九制陈皮的生产效率。香气是评价食品品质和市场价值的重要指标之一[10]，香气浓郁的食品能受到消费者更多青睐。目前，常见的香气分析方法主要是气相色谱- 质谱联用技术（GC-MS），该方法能通过质谱解析的方式对香气组成物质进行全面分析，但样品前处理方式较为复杂，耗时长，不利于香气物质的快速分析[11]。气相离子迁移色谱（Gas Chromatography-Ion Mobility Spectroscopy，GC-IMS）技术是近年发展起来的一种对样品挥发性成分进行定性定量分析的检测技术，可通过其配套的功能软件根据检测样品中组分的有无及信号峰的强度进行归类分析，并绘制直观方便的指纹图谱，据此可较直观地对待测样品进行归类对比分析[12]。GC- IMS技术已广泛运用于食品掺假鉴定[13-14]、食品品质分析[15-16]以及食品风味物质鉴定[17-19]等各个食品领域。
【本研究切入点】目前GC-IMS技术用于九制陈皮品质分析方面的研究未见报道。本研究以陈皮为研究对象，采用烘干和晒干两种干燥工艺制备九制陈皮，以比较不同干燥方式对九制陈皮香气的影响。【拟解决的关键问题】通过GC-IMS技术对九制陈皮的挥发性风味成分进行鉴定分析，并运用偏最小二乘回归（Partial Least Squares Regression，PLSR）分析和感官鉴定对不同干燥方式制备的九制陈皮所含挥发性成分的差异进行比较分析和验证，以期为九制陈皮工业化生产和分析鉴定提供理论基础。
1 材料与方法 1.1 试验材料九制陈皮，由广东佳宝集团有限公司提供，4 ℃保存备用。原料采自广东，为新会大红柑采收后干燥的干果皮，烘干工艺的样品编号为HG，晒干工艺的样品编号为SG。
供试仪器为FlavourSpec®气相离子迁移谱联用仪GC-IMS（德国G.A.S. 公司），采用的主要试剂为C4-C9正构烷烃（美国Accustandard公司）。
1.2 试验方法1.2.1 样品制备 原料选择→冷水浸泡→漂洗→腌制→料液配制→拌料→晒制（烘干或晒干）→除杂→入库→包装
1.2.2 样品前处理 称取2.0 g（精确到0.01 g）样品，置于20 mL顶空进样瓶中，40 ℃下孵育15 min后进样。
1.2.3 GC-IMS色谱条件 色谱柱类型FS-SE-54-CB-1（15 m × 0.53 mm），分析时间30 min，柱温60 ℃，载气/ 漂移气为N2，IMS温度45 ℃；采用自动顶空进样，进样体积100 μL，孵育时间5 min，孵育温度60 ℃，进样针温度45 ℃，孵化转速500 r/min。
1.2.4 感官分析 感官分析小组由年龄为23~30岁之间的6男6女共12人组成，参照GB/ T14195-93感官分析选拔与培训导则建立评价小组，采取鼻前嗅闻对样品进行评估，每次评估均在25（±1）℃的条件下进行，两次评价中间设置休息时间5 min。采用五点强度法进行评分（0代表几乎无香味、5代表香味很强），评价重复3次，取平均值并绘制香气轮廓雷达图。
1.2.5 PLSR分析 采用PLSR模型分别建立7个感官指标（因变量Yi）和挥发性物质（自变量Xi）之间的PLSR函数模型，通过样本感官间的细微差异，在复杂感官体系中筛选与九制陈皮样品香气属性显著相关的挥发性物质，明晰各种挥发性香气成分对九制陈皮香气不同的贡献程度。
1.3 数据统计分析GC-IMS仪器配套的分析软件包括LAV（Laboratory Analytical Viewer）以及GC×IMS Library Search；采用Excel、Origin软件对数据进行统计分析和绘图；采用SIMCA-P 13.0软件对GC-IMS数据进行PLSR分析，所有试验均重复3次。
2 结果与分析 2.1 不同干燥工艺九制陈皮的感官分析感官小组根据烘干、晒干两种九制陈皮样品的香气特征，筛选出果香、甜香、酸香、花香、柑橘香和干草香等6个具代表性的香气属性，并对每种香气属性进行评分，绘制样品香气雷达图。由图 1可知，两种干燥工艺九制陈皮样品的整体香气相差不大，烘干样品的香气强度略高于晒干样品；6个香气属性中，果香、柑橘香以及酸香的香气强度突出，其中烘干样品的果香、柑橘香的香气强度高于晒干样品，而晒干样品的酸香属性高于烘干样品，其他3种香气属性中，甜香属性在烘干样品中强度较高，花香属性在晒干样品中强度较高，干草香的强度在两种样品中一致，可能是由于烘干工艺对环境条件（温度、湿度等）的有效控制使得烘干过程更有利于果香、柑橘香以及甜香气味的保留[20-21]。总体而言，烘干处理九制陈皮样品的香气强度优于晒干处理。
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| 图 1 不同干燥工艺九制陈皮香气分析的感官鉴定雷达图 Fig. 1 Sensory identification radar chart of aroma analysis of Nine-process Dried Tangerine Peel prepared by different drying methods |
2.2 九制陈皮特征挥发性物质的GC-IMS谱图分析
采用GC-IMS确定不同干燥方式制备九制陈皮的挥发性物质，通过获得离子漂移时间和离子峰强度，对每种成分进行定性分析。由三维光谱图（图 2）可知，两种干燥方式制备的样品其挥发性化合物具有一定相似性，但信号强度略有不同。
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| 根据离子漂移时间（X）、GC保留时间（Y）、离子峰强度（Z）制图 Drawing according to ion drift time(X), GC retention time(Y) and ion peak intensity(Z) 图 2 不同干燥方式九制陈皮挥发性成分的三维GC-IMS谱图 Fig. 2 Three-dimensional GC-IMS spectra of volatile components in Nine-process Dried Tangerine Peel prepared by different drying methods |
从GC-IMS顶视图（图 3）可见，整个图背景为蓝色，图中每一个点代表一种挥发性物质，一种物质可能产生多个信号或斑点（单体二聚体甚至三聚体），颜色越深表示物质浓度越大[22]。两种干燥方式制备的九制陈皮样品内挥发性物质可通过GC-IMS很好地分离，而且大多数挥发性物质信号出现在100~1 000 s的保留时间和1.0~1.8的漂移时间，每种样品都包含很多反应离子信号峰，说明九制陈皮样品具有丰富的挥发性风味物质。
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| 图 3 不同干燥方式九制陈皮挥发性成分的二维GC-IMS谱图- Fig. 3 Two-dimensional GC-IMS spectra of volatile components in Nine-process Dried Tangerine Peel prepared by different drying methods |
通过应用差异比较模型（图 4）比较两种干燥方式制备的九制陈皮样品间的差异，选择烘干样品作为参考，并从参考中推导出其他样品的地形图。如果挥发性化合物一致，则扣除后的本底为白色，而红色表示该物质浓度高于参考值，蓝色表示该物质浓度低于参考值[13]。相较于烘干样品，晒干样品的差异图显示了大面积红色与蓝色点区域，颜色较深，表明两种干燥方式制备的九制陈皮所含挥发性组分存在部分种类和含量的差异。
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| 图 4 不同干燥方式九制陈皮挥发性成分的二维GC-IMS差异图 Fig. 4 Two-dimensional GC-IMS difference diagram of volatile components in Nine-process Dried Tangerine Peel prepared by different drying methods |
2.3 九制陈皮特征挥发性物质的GC-IMS指纹图谱分析
根据图 4的峰值信号，形成九制陈皮的挥发性成分指纹图谱（图 5）。图谱中每一行代表一个样品的整个信号峰，每一列代表不同样品中的相同物质。每个单元代表不同时间物质的含量。颜色代表挥发性化合物的含量，颜色越亮含量越高。指纹中两个具有相同名称的化合物是单体及其二聚体。二聚体的漂移时间随质子亲和力和含量水平而增加[23]。通过指纹图谱分析，定性检出46种挥发性物质（表 1），包括16种萜烯类、9种醛类、9种醇类、5种酮类、4种酸类、1种酯类、1种呋喃类以及1种噻唑类物质。
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根据不同样品的特征挥发性物质，可将指纹图谱分成A、B、C等3个区域（图 5），区域B表示九制陈皮的共有特征挥发性物质，其中α-蒎烯、β- 蒎烯、β- 罗勒烯、α- 侧柏烯以及2-丙酮等5种物质含量较高，整体赋予九制陈皮样品柑橘香、干草香以及水果香的香气属性[24-25]，柠檬烯和月桂烯的含量较低，但提供了花香属性[26]。区域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种物质为晒干样品的特有挥发性物质，其中醛类物质较多，这可能是晒干样品的酸香属性略强于烘干样品的原因[1, 27]。区域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、异戊醇、丙醇、E-2- 戊醛、庚醛、2- 丙酮、环己酮、γ- 己内酯、α- 丁二烯、α- 芹菜烯、乙酸、噻唑等17种物质为烘干样品的特有挥发性物质，其中2- 甲基-1- 丁醇、（E）-2- 己烯-1- 醇、（Z）-3- 己烯-1- 醇、环己酮、γ- 己内酯是具有明显果香、甜香属性的物质[27-28]，由此判断，烘干样品的整体香气强度高于晒干样品。
2.4 九制陈皮特征挥发性物质的PLSR分析根据GC-IMS物质含量数据和感官分析数据绘制PLSR分析结果（图 6），模型的累积解释率R2X = 0.902、累积预测率Q2 = 0.835，这两个验证指标表明该模型具有较高的解释方差和较高的预测准确性。如图 6所示，可以直观区分两个样本的数据点。晒干样品位于分数散点图的左侧，其数据与花香、酸香属性呈正相关，苯乙酸乙酯、乙酸乙酯、戊醛、己醛、癸醛、3- 甲基丁醛等6种特征香气物质均突出表现为花香、酸香的香气属性[26, 29]；烘干样品则位于分数散点图的右侧，与柑橘香、干草香、果香和甜香属性具有更高的相关性，同时也与整体香气强度保持一致性，其中典型的物质代表为2- 甲基-1- 丁醇、（E）-2-己烯-1- 醇、（Z）-3- 己烯-1- 醇、环己酮、γ-己内酯等13种特征香气成分，这些特征性物质构成了烘干样品丰富的香气属性。PLSR分析结果进一步验证了九制陈皮GC-IMS分析结果与感官分析结果的准确性。
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| 黄色点HG1-3/SG1-3为烘/晒干平行样品，蓝色点为不同的香气属性，绿色点为样品中的挥发性物质 The yellow dots HG1-3/SG1-3 are baked/sun-dried parallel samples, the blue dots are different aroma properties, and the green dots are the volatile substances in the samples 图 6 九制陈皮挥发性成分的偏最小二乘回归（PLSR）分析 Fig. 6 PLSR analysis of volatile components in Nine-process Dried Tangerine Peel |
3 讨论
本试验探讨不同干燥方式对九制陈皮挥发性风味的影响，为干燥技术在九制陈皮品质改善中的优化应用提供理论参考。通过试验发现，气相色谱- 质谱联用技术可作为鉴别九制陈皮中挥发性气味化合物的有效工具，在无需样品前处理前提下，顶空进样后可快速检测九制陈皮中的挥发性有机物。根据挥发性物质GC保留时间和离子迁移时间对其进行定性分析，明确了46种挥发性物质。从两组样品的挥发性物质组分差异可以看出，有些挥发性物质在晒干样品中含量高，如苯乙酸乙酯、乙酸乙酯、2- 丁酮、2- 乙基呋喃等12种物质，其中乙酸乙酯和己醛是重要挥发性气味物质，具有特殊的青草、酸涩气味[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、环己酮、γ- 己内酯是具有明显果香、甜香的属性物质[27-28]，是烘干样品中含量较高的成分，同样也是区别晒干样品的重要物质。γ- 己内酯和环己酮在食品工业和化妆品工业中有着重要作用[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种醇类挥发性气味物质在荔枝以及茶叶等[27-28]农产品中均检测到，具有较高的香气强度属性。结合感官鉴定进行PLSR分析确定烘干样品的整体香气属性优于晒干样品，这可能是由于烘干工艺对环境温度的调整使得烘干过程更有利于果香、柑橘香以及甜香香气保留，此结果可为九制陈皮工艺开发研究奠定基础。
4 结论利用气相离子迁移谱（GC- IMS）技术对不同干燥方式（烘干/ 晒干）制备的九制陈皮的挥发性香气成分进行分析，通过构建特征成分指纹图谱发现，苯乙酸乙酯、乙酸乙酯、3- 甲基丁醛等6种特征物质为晒干样品的主要特征挥发性香成分，2- 甲基-1- 丁醇、（E）-2- 己烯-1- 醇、（Z）-3- 己烯-1- 醇、环己酮、γ- 己内酯等13个特征物质为烘干样品的主要特征挥发性香成分。通过建立九制陈皮样品的PLSR模型，可以快速验证GC-IMS与感官分析的准确性，烘干样品与整体香气、柑橘香、干草香、果香和甜香5种属性具有更高相关性，明显高于晒干样品，为九制陈皮的品质识别及开发利用提供理论依据。
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（责任编辑 崔建勋）