党参复合饮料在不同储藏温度下的风味变化

曾琦琦，李文钊，刘亚平，代任任，闫文芳，阮美娟

（天津科技大学食品科学与工程学院，天津300457）

现代生活方式节奏较快，人们的一些不良生活习惯会造成气血不足，脾胃不和，补气饮料在市场上并不常见，开发一款补气饮料来满足消费者的需求成为新趋势[1]。党参[Codonopsis pilosula（Franch.）Nannf.]桔梗科党参属，多年生草本植物，有乳汁[2]。它作为我国一种独特的资源，有补中益气，健脾益肺之功效。陈皮为芸香科植物橘及其栽培变种的干燥成熟果皮，亦有补中益气之功效[3]。党参复合饮料以党参、陈皮作为主要原料，同时添加青柠汁来掩盖党参本身带来的土腥味[4]，使之更为清爽可口，同时提高了党参的综合利用率，提升产品附加值，对于发展我国食品工业，提高党参产品的市场竞争力有着极大的影响。风味是饮料的典型特征之一，通过气味可以判断饮料的品质及质量优劣，挥发性成分物质则是气味产生的基础[5-6]。

色谱法（gas chromatography，GC）是一种可以将复杂混合物中的各组分成分分离出来的技术，但在定性和鉴定结构方面不足。质谱法（mass spertrometry，MS）对未知化合物有着极强的鉴别能力，可提供准确的结构信息，检索速度快，灵敏度高，但它也有其局限性，鉴定时需要高纯度的样本，否则杂质会对样品的质谱图进行干扰[7]。气相色谱-质谱联用技术（gas chromatography-mass spetrometry，GC-MS）综合了两者的优点，不仅同时具有GC的高效能分离和MS的高灵敏度、强鉴别能力，还可以同时完成待测样品的组分分离、鉴定和定量，被广泛应用工业检测、食品检测、环境保护等众多领域[8-10]。

电子鼻又称气味扫描仪，是一种模拟动物嗅觉器官进行开发的一款能快速检测食品气味的仪器，借助传感器和模式识别系统能对样品风味进行客观性的评价[11-12]。丛莎等[13]采用顶空固相微萃取-GC-MS和电子鼻技术对生咖啡豆贮藏过程中挥发性成分进行了分析。李婷等[14]采用固相微萃取-气相色谱-质谱等方法对复配发酵乳香气成分进行了检测分析。两者的结合能够实现党参复合饮料的全面分析，然而采用GCMS和电子鼻等技术联合分析饮料中挥发性风味的文献报道较少。

风味变差是饮料储藏时最先被发现的品质变质[15]，因此饮料风味是保证饮料产品质量的一项重要指标。本文采用GC-MS结合电子鼻技术分析党参复合饮料储藏期的风味变化，更能快速准确有效地分析出风味变化。以及通过主成分分析、线性判别分析等不同统计学方法，分析探讨党参复合饮料在不同储藏温度下挥发性风味的变化，确定适合党参复合饮料储藏的合适温度，提供关于党参类饮料储藏条件的数据支持。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 材料与试剂

党参：岷县和泰中药材有限公司；陈皮：北京同仁堂；青柠浓缩汁（食品级）：山东优雅食品有限公司；柠檬酸（食品级）：潍坊英轩实业有限公司；羧甲基纤维素钠（食品级）：上海申光食用化学品有限公司；纤维素酶（酶活2×104U/g）：山东欣鼎生物科技有限公司。

1.1.2 仪器与设备

电子天平（YH-A 10002型）：瑞安市英衡电器有限公司；电子精密天平（YP型）：奥豪斯（上海）公司；高速万能粉碎机（FW100型）：天津市泰斯特仪器有限公司；台式低速离心机（TDZ5-WS型）：湘仪离心机仪器有限公司；恒温培养箱（ZC-101-2AB型）：青岛正辰闰科检测仪器有限公司；CAR/DVB/PDMS萃取头（50/30 μm型）：美国Supelco公司；气相色谱-质谱联用仪（GCMS-QP2010 Ultral型）：日本岛津公司；电子鼻（PEN3型）：北京盈盛恒泰科技有限责任公司。

1.2 试验方法

1.2.1 党参液制备方法

首先挑选无虫害的党参，清洗，烘干，粉碎，然后加水至料液比1∶20（g/mL），调节pH值，加入纤维素酶，恒温酶解2 h，沸水浴灭酶活性，过400目滤布得滤液，最后4 000 r/min离心20 min离心去沉淀，抽滤得澄清滤液，即得党参液备用。

1.2.2 陈皮液制备方法

首先挑选无虫害的陈皮，清洗，烘干，粉碎，然后加水至料液比1∶30（g/mL），调节pH值，加入纤维素酶，恒温酶解1.5 h，沸水浴灭酶活性，过400目滤布得滤液，最后4 000 r/min离心20 min离心去沉淀，抽滤得澄清滤液，即得陈皮液备用。

1.2.3 复合饮料制备方法

先将称量好的白砂糖、柠檬酸、稳定剂等辅料在80℃下不停搅拌使其充分溶解，将1.2.1和1.2.2中的党参浸提液和陈皮浸提液、青柠浓缩汁通过一定配比混合均匀，用余下的处理水定容至饮料总体积，得混合液。将党参复合饮料初品于100℃中加热处理8min。将热处理的物料，趁热灌装密封，然后冷却检验，颜色透亮，无沉淀，即得党参复合饮料，备用。

1.2.4 数据采集

将制备好的党参复合饮料新鲜样品作为对照组，其余分别放入4、25、37℃的恒温培养箱中储藏30 d作为试验组，每组取3个平行样进行风味物质检测分析。

1.3 顶空固相微萃取（head space-solid phase micro extraction，HS-SPME）分析挥发性风味物质

1.3.1 顶空吸附

参照王强等[16]的方法，先将固相微萃取的萃取头进行老化，老化时间1 h，老化温度250℃。移取10 mL饮料样品放入30 mL萃取瓶，在60℃的恒温水浴锅内保温平衡20 min，然后将DVB/CAR/PDMS萃取头插入，吸附20 min，取出萃取头插入气相色谱-质谱联用仪的进样口中，250℃的条件下解吸15 min。

1.3.2 GC-MS条件

1.3.2.1 色谱条件

色谱柱：BR-SWaxFS30m×0.32mm×0.50 μm，采用程序升温，起始温度40℃，时间3 min，先以2℃/min上升到100℃并保持2min，再以3℃/min上升至180℃保持1 min，最后以10℃/min升温至240℃。

1.3.2.2 质谱条件

离子源温度为200℃，接口温度为220℃；溶剂延迟时间为1.5 min，离子化模式为EI，能量为70 eV，数据采集为全扫描，扫描范围m/z 35～500。

1.4 电子鼻传感器测定

参照王鑫等[17]的方法，取党参复合饮料15 mL放入30 mL的顶空瓶中，电子鼻测试样品间隔1 s，清洗时间150 s，样品准备时间5 s，检测时间300 s，气体流量400 mL/min。电子鼻传感器响应类型见表1。

表1 传感器性能描述Table 1 Sensor performance description

1.5 感官评价

由10名具有评分经验的专家对党参复合饮料分别从色泽、组织状态、气味和滋味口感进行感官评分，从而确定党参复饮料适宜储藏的温度条件。党参复合饮料的感官评分细则如表2所示。

1.6 数据分析

所有数据采用Excel 2019进行处理，图像采用Origin 9.0绘制。电子鼻数据分析：运用Winmuster软件对数据进行主成分分析（principal component analy sis，PCA）和线性判别分析（linear discriminant analysis，LDA）。

表2 党参复合饮料感官评价标准Table 2 Sensory evaluation standard of Codonopsis pilosula compound beverage

2 结果与分析

2.1 党参复合饮料在不同储藏温度中挥发性风味物质SPME-GC-MS检测结果

储藏过程中挥发性风味物质类别及相对含量变化见表3。

如表3所示，对照组中，共检测到29种挥发性物质，其中烃类 10种（30.77%）、醇类 5种（18.73%）、醛类 7种（30.69%）、酮类 1种（0.26%）、酯类 1种（4.87%）、芳香类1种（9.54%），醚类1种（4.15%），其它化合物3种（0.99%）。4℃的储藏条件，共检测到24种挥发性物质，其中烃类1种（0.14%）、醇类4种（4.35%）、醛类5种（3.01%）、酮类 2种（0.71%）、酯类3种（23.09%）、酚类4种（57.29%）、芳香类1种（0.14%），醚类1种（1.77%）、其他化合物 3种（9.49%）。25℃的储藏条件，共检测到15种挥发性物质，其中烃类 3种（7.38%）、醇类 4种（33.08%）、醛类 7种（39.03%）、其他化合物1种（20.51%）。37℃的储藏条件，共检测到29种挥发性物质，其中烃类3种（2.95%）、醇类5种（27.27%）、醛类11种（25.55%）、酮类1种（0.38%）、酯类1种（0.31%）、芳香类2种（5.00%），醚类2种（13.76%）、其他化合物 4种（24.79%）。

柠檬烯是多种水果（主要为柑橘类）、蔬菜及香料中存在的天然成分。在柑橘类水果（特别是其果皮）含量较高[18]，在对照组中，柠檬烯的相对含量较高为16.99%，低温状态（4℃）下和常温状态（25℃）下也有少量被测出，但在37℃的储藏条件中，柠檬烯没有被检测到。桉叶油有辣口清凉感，1，4-桉叶素有樟脑和清凉的草药气味[19]。37℃的储藏条件中，桉叶油的相对含量是对照组和4℃的6倍～10倍，1，4-桉叶素的相对含量是对照组和4℃的3倍～6倍，药气过重，饮料的口感风味较为不好。同时，α-松油醇为陈皮中比较显著的挥发性风味物质[20]，对照组中检测到其含量为9.46%，在25℃的储藏条件下，相对含量提高了2.65%。其中正己醛、糠醛和2-已烯醛等是党参特殊香气的主要成分[21-22]，与对照组相比，在25℃的储藏条件中，正己醛、糠醛和2-已烯醛的相对含量分别提高了7.98%、8.53%和0.47%。正辛醛、壬醛和癸醛皆具有玫瑰、柑橘等香气[23]，对照组中三者总含量为23.42%，在4、25℃和37℃3个储藏温度下的三者相对总含量分别减少到0.91%、12.42%和10.76%，酯类和酚类化合物在对照组、25℃和37℃的储藏条件中均没有或少量检测到，相反，4℃的储藏条件下酯类和酚类化合物相对含量较高。

表3 储藏过程中挥发性风味物质类别及相对含量变化Table 3 Variation of volatile flavor substances category and relative content during storage

续表3 储藏过程中挥发性风味物质类别及相对含量变化Continue table 3 Variation of volatile flavor substances category and relative content during storage

2.2 党参复合饮料在不同储藏温度中风味物质的比较分析

不同温度下，党参复合饮料的挥发性风味化合物的种类和相对含量如图1和图2所示。

图1 不同储藏温度下饮料的挥发性风味物质种类对比Fig.1 Comparison of volatile flavor compounds in beverages at different storage temperatures

图2 不同储藏温度下饮料的挥发性风味物质组分相对含量对比Fig.2 Comparison of relative content of volatile flavor components in beverages at different storage temperatures

相比于对照组，4℃储藏条件下，烃类、醇类、醛类等化合物的种类数和相对含量均减少，醚类化合物的相对含量减少，酯类、酚类等化合物的种类数和相对含量均增多。25℃储藏条件下，烃类、酮类、酯类等化合物减少，醇醛类物质的相对含量增多，烃类化合物和芳香类化合物的物质种类和相对含量都增多。37℃储藏条件下，醇醛类物质的种类数增多，但物质相对含量减少。醇醛类化合物是赋予党参复合饮料最主要的风味物质。综合来看，25℃（常温状态下）储藏，党参复合饮料风味较好。

2.3 党参复合饮料电子鼻检测结果

2.3.1 电子鼻传感器响应值结果分析

对照组和3种不同储藏温度的党参复合饮料在电子鼻10个传感器中的气味检测结果如图3所示。

图3 不同储藏温度下饮料的电子鼻传感器响应强度雷达图Fig.3 Radar chart of electronic nose sensor response intensity of beverages under different storage temperatures

其中，W1C、W5S、W3C、W6S、W5C、W2S、W3S 7种传感器的检测值较大，分别对芳香物质、氮氧化合物、烷烃芳香类、醇醛类、酮类，烷烃等化合物敏感。说明这7种传感器在党参复合饮料的香气检测过程中贡献较大。

2.3.2 电子鼻主成分分析

对照组和试验组的党参复合饮料的电子鼻PCA结果如图4所示。

图4 不同储藏温度下饮料的PCA分析图Fig.4 PCA analysis of beverages at different storage temperatures

PC1和PC2方差贡献率分别为91.19%和5.96%，2个主成分累积总贡献率达97.15%，大于95%，可以有效反映原始数据绝大部分信息[24]。对照组和其它3个不同储藏温度下的党参复合饮料样品区分较为明显，但也有重叠交互的区域，说明尽管储藏温度不同，风味特征既有变化也有相同之处[25]。主成分分析方法并不能很好地区分不同储藏温度下党参复合饮料的挥发性风味物质。此外发现，与对照组相比，4℃和25℃储藏条件下第一主成分的位移变化不大，故党参复合饮料的风味变化不大，在37℃储藏条件下，风味变化较大。

LDA分析结果如图5所示。

图5 不同储藏温度下饮料的LDA分析图Fig.5 LDA analysis of beverages at different storage temperatures

LD1和LD2贡献率分别为94.01%和5.88%，两判别式总贡献率99.89%。这说明LDA法不仅能够很好地区分对照组和试验组，而且对储藏条件不同的样品区分度也非常明显，说明党参复合饮料储藏温度不同，整体风味存在差异。距离越小，表明变化越小[26]，25℃储藏条件下和对照组的党参复合饮料样品距离相近，表明风味较为相似。因此，通过PCA结合LDA分析发现，25℃的储藏温度条件下，党参复合饮料风味良好。

2.4 党参复合饮料感官评定结果

感官评分结果如图6所示。

图6 不同储藏温度下饮料的感官评分结果Fig.6 Sensory scoring results of beverages at different storage temperatures

色泽评分与对照组相比，试验组的评分都略有下降。气味的感官评分25℃的储藏条件下与对照组相差无几，4℃的储藏条件下气味的感官评分略低，37℃储藏条件下的饮料气味感官评分最低。滋味口感和组织状态的感官评分变化趋势相同，4℃和37℃储藏条件下感官评分都下降，25℃储藏条件下，评分下降最小。综合来看，25℃储藏条件下饮料整体的感官评价与对照组相差最小，口感最佳。

3 结论

本试验采用SPME-GC-MS结合电子鼻技术检测分析党参复合饮料在不同储藏温度中的挥发性风味物质的差异。结果表明，25℃储藏温度条件下，正己醛、糠醛和2-已烯醛等党参特征风味物质在样品中的相对含量较高，醇醛等化合物得到较好保留，党参复合饮料风味良好。在电子鼻分析测定中，党参复合饮料对醛类、酮类、醇类、酯类、烷烃类及芳香类等化合物敏感。不同储藏温度下党参复合饮料挥发性风味物质比较分析、PCA及LDA分析，结果显示不同储藏温度下党参复合饮料风味不同。相比于其他温度条件，25℃储藏温度条件下和对照组距离较近，风味较为相似。最后感官评分结果分析，25℃条件下储藏的党参复合饮料的口感风味更能被大家所接受。

综合GC-MS结合电子鼻分析技术最后的鉴定结果分析，25℃（常温状态）下储藏的党参复合饮料的风味物质可以得到较好的保存。为党参复合饮料储藏条件的研究提供数据支持。