基于多元统计分析的干制方式对红枣片香气成分的影响

闫新焕，谭梦男，孟晓萌，潘少香，宋烨

（中华全国供销合作总社济南果品研究院，山东济南 250014）

鲜枣在常温下极易失水皱缩、软化褐变甚至发酵霉烂，保存期短。因此，生产上常将红枣制成各种加工品[1-2]，以缓解鲜枣集中上市的销售压力，增加附加值。据统计，我国每年75%以上的鲜枣被制成干枣。红枣片是干枣的一种常见加工形式，近年来较为流行；其营养丰富，食用方便，对原料枣利用率高，既丰富了红枣系列产品的种类，又增加了经济效益，因而具有广阔的应用前景。

香气是构成红枣风味物质的主要因素之一，也是评价其产品品质的重要指标[3-4]，其香气感官特征取决于香气成分的种类、数量、感观阈值及各成分间的相互协调作用[5-6]。研究发现，红枣片的香气成分主要产生于后熟及干制过程中[7]，目前红枣片多以自然晾干的枣（水分含量约30%）为原料，通过不同的干燥方式制得。主要干制方式有自然干燥、热风干燥、真空冷冻干燥、微波干燥和油炸等[8-9]。干制方式对红枣片的香气成分的种类和含量均有较大影响[10]，并能进一步影响红枣片的品质。目前，对于红枣加工产品香气成分的研究主要集中在干枣、枣粉及枣浆等加工品上[11-13]，而不同干制方式对红枣片香气成分的影响研究鲜少报道，尤其是运用多元统计方法分析红枣片香气成分的变化还未见相关报道[14]。

本研究主要采用固相微萃取-气相色谱-质谱联用技术，对不同干制方式下的红枣片香气成分进行了分析鉴定，并利用主成分分析和正交偏最小二乘判别法对试验数据进行处理，旨在研究不同干制方式下红枣片样品香气品质的差异，探索利用红枣香气成分指标区分干制方式和评价香气品质的可能性，为红枣片的干制方式和功能性产品的开发利用提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

红枣于2018 年购自新疆乌鲁木齐炮兵二连农场的灰枣，含水量25.0%，总糖含量69.91%。氯化钠，优级纯，天津科密欧化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

TRACE 1300-ISQ 气相色谱原质谱（GC-MS）联用仪，美国Thermos 公司；顶空固相微萃取手动套装，青岛贞正分析仪器有限公司；50/30 滋m DVB/CAR/PDMS 萃取头，美国Supelco 公司，使用前先将SPME 的萃取头在气相色谱仪的进样口250 益老化30 min；DHG9140A 型电热恒温鼓风干燥箱，上海恒科仪器有限公司；WZD4S-01 型真空微波设备，南京三乐微波技术发展有限公司；DZF-6020 型真空干燥机，上海科升仪器有限公司。

1.3 试验方法

随机选取完整（避免病果、残次果）灰枣枣果进行去核，人工切成厚度为0.3～0.5 mm 的红枣片，再采用不同的干制方式处理，具体工艺见表1。

电热恒温鼓风干燥：选取相对均匀的红枣片铺在网盘上，放入电热恒温鼓风干燥箱内，温度设置80 益，分别干燥5、7 h（以温度升到80 益开始计时），得到样品R1、R2。

微波干燥：将红枣片均匀的放入真空微波设备中，真空度设置为-90 kPa，功率为1 000 W，分别干燥4、5 min，得到样品W1、W2。

真空干燥：将枣片置于真空干燥箱内，设置真空度为-90 kPa，分别干燥2、4 h，得到样品Z1、Z2。

采用顶空-固相微萃取（HS/SPME）对红枣片香味物质进行萃取，将干制后的红枣片用组织粉碎机磨碎，取20 mL 顶空瓶加入5 g 磨碎后的样品，用密封垫迅速密封顶空瓶，磁力搅拌（900 r/min），在50 益下加热10 min后，将已老化的CAR/PDMS 萃取头（300 益下老化1 h），插入顶空瓶，在50 益顶空萃取40 min，再进行GC/MS 分析。

采用GC/MS 对红枣香味物质进行分离与检测。将萃取头插入气相色谱进样口，热解析3 min。

气相色谱条件：采用程序升温模式，起始温度为60 益，保持2 min，以4 益/min 升温速率升至100 益，保持10 min，再以4 益/min 升温速率升至200 益，保持13 min，进样口温度为280 益；以氦气（纯度99.999%）为载气，流速为1 mL/min，不分流进样，时间为5 min。

质谱条件：接口温度为250 益，离子源温度为250 益，电离方式为EI，电离能量为70 eV，灯丝发射电流为20 A，离子碎片扫描范围为45～500

利用GC/MS 工作站软件Xcalibur 自带的NIST 标准库自动检索各组分质谱数据，结合质谱裂解规律确定其化学成分，仅对能予以定性的物质值大于800）进行探讨，定量方法采取峰面积归一法计算各成分的相对含量。

1.4 数据分析

数据经SIMCA 13.0 软件进行统计分析，评价红枣香气成分，非监督的主成分分析（PCA）及载荷图（Loading splot）直观地判断不同干制方式对红枣片的香味物质是否存在差异；利用有监督的正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）建立红枣片在不同干制工艺之间的区分模型，并筛选不同干制工艺间的差异性物质。

2 结果与讨论

2.1 不同干制方式处理的红枣片香气成分比较

采用HS/SMPE-GC/MS 对3 种不同干制方式处理的红枣片样品的香味物质进行检测，得到的总离子流如图1 所示。根据NIST 质谱数据库检测结果，共鉴定出67 种化合物，其名称及相对百分含量见表2（见下页）。

表2 3 种不同干制方式的红枣片香味物质含量Table 2 Content of flavor compounds in jujube slices by three different drying methods

续表

随着加工时间的延长会产生大量的糊味物质，影响口感，后期可通过调整加工工艺抑制糠醇和5-羟甲基糠醛的生成，提高产品品质；真空干燥红枣片中特有的成分为异戊酸、反式-2-己烯酸、(R)-1,2-丙二醇、4-戊烯-2-醇、2-戊醇、己内酯和D-柠檬烯，且随着加工时间的延长，各类特有成分的含量呈现下降的趋势。3 种不同干制方式处理的红枣样品共有的香味物质有9 种，其中酸类物质为醋酸、己酸、辛酸、正癸酸，酮类物质为3-羟基-2-丁酮、2,3-二氢-3,5-二羟基-6-甲基-4H-吡喃-4-酮，醛类物质为壬醛、酯类物质为丁内酯、烃类物质为2-甲基癸烷。

表3 红枣片香味物质中各类物质所占百分含量/%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别（OPLSDA）分析

观察图1 中的3 张总离子流图，可以发现不同加工工艺处理的红枣片样品中各物质含量存在一定的差异。为了使分析结果更加直观可靠，且具有统计学意义，首先采用非监督的PCA 方法。PCA 一维得分图见图2。由图可知，3 种方式的红枣片样本分别聚成一类，完全分离，说明不同干制处理的红枣片香味物质存在显著差异。

OPLS-DA 为有监督性分析，可减少组内差异，并与PCA 分析相互验证，进一步筛选造成分类的差异变量。OPLS-DA 得分见图3。其代表模型稳定性的累积Q2X 值达到了0.910，代表模型预测能力的累积Q2Y 值达到0.987，表明所建立的模型具有较高的稳定性和预测能力。

为了帮助选择贡献较大的差异组分，变量权重重要性排序（Variable Importancein Projection，VIP）值被作为多维模型差异元素选择的指标。VIP 值越大，该成分在不同加工工艺处理的红枣片香味物质中的差异越显著。按照经验值，VIP 值大于1 的组分即为多维模型的贡献变量。其中，VIP 值大于1.5 的组分可被标记为极显著的贡献变量。贡献值大于1 的变量名称和VIP 值见表4，共15种。这些物质即为造成不同加工工艺的红枣片香味差异的主要物质。其中糠醇及5-羟甲基糠醛只存在于微波工艺处理的样品中，蘑菇醇及2,4-壬二烯醛只存在于热风工艺处理的样品中，(R)-1,2-丙二醇只存在于真空干燥工艺处理的样品中。

通过该模型得到3 种不同干制方式加工处理的红枣片的标志性差异成分分别为乙酸、糠醇、3-羟基-2-丁酮、(R)-1,2-丙二醇、蘑菇醇、原膜散酯、2,4-壬二烯醛、2,3-二氢-3,5-二羟基-6-甲基-4H-吡喃-4-酮。

表4 贡献值大于1 的变量的VIP 值Table 4 The VIP value of variables(the contribution value>1)

3 结论

本研究分别采用PCA 和OPLS-DA 模型对3 种不同干制方式红枣片的香味物质进行了差异分析，在OPLSDA 得分图中区分明显，与主成分分析相比，OPLS-DA 不仅能实现对样品差异的鉴别，还能获得样品差异的特征标记物；有利于不同加工工艺处理的红枣片的快速鉴别和特征性差异成分。通过该模型得到3 种不同干制方式处理的红枣片的标志性差异成分，即乙酸、糠醇、3-羟基-2-丁酮、(R)-1,2-丙二醇、蘑菇醇、原膜散酯、2,4-壬二烯醛、2,3-二氢-3,5-二羟基-6-甲基-4H-吡喃-4-酮。其中糠醇是微波处理的红枣样品中的特征性成分，且糠醇化学性质表现为明显糊味，与W1、W2 样品外观符合，呈焦糊状态。蘑菇醇及2,4-壬二烯醛只存在于热风工艺处理的样品中，(R)-1,2-丙二醇只存在于真空干燥工艺处理的样品中。基于OPLS-DA 模型可对不同加工工艺的红枣片特征性成分进行筛选，后期可结合感官品评试验将感官结果与软件分析结果相结合，完善数据，对其特征性成分作进一步确定。