顶空气相离子迁移谱结合化学计量法快速鉴定红枣片品质和加工方式

闫新焕，刘雪梅，潘少香，谭梦男，孟晓萌，宋 烨

（中华全国供销合作总社济南果品研究院，山东济南 250014）

红枣（Zizyphus jujubecv.Hongzao）营养丰富，含蛋白质2.92%，粗脂肪0.96%，多糖55%～80%，粗纤维2.41%，还含有多种维生素、矿物质等，是重要的滋补食品和药用食品，又是食品工业的重要原料，用途广泛[1-3]。红枣自古以来就是养生佳品，中医界认为红枣具有健脾、养胃、补血、护肝、益气、安神等功效。近年来，除少量品种鲜食和加工成副产品外，大部分的红枣被制成干制品进行销售[4-5]。其中红枣片因其口感酥脆，色香味俱全，已成为家庭必备养生果品，消费量连年增大，红枣片加工产业发展势头迅猛。目前常见的加工方式为热风干燥、真空冷冻干燥、微波干燥和油炸等。研究表明，不同的加工方式对红枣片品质、营养成分、挥发性成分的种类及含量等均有较大的影响[6-10]，且在加工过程中香气成分极易损失[11]，导致产品无枣香味或枣香味不突出，或产生明显的焦糊味甚至苦味，品质极大降低[12-14]。

目前，现有的红枣片品质鉴别方法主要是对营养成分、质构特性、微观结构、香气成分等进行分析[15-17]，这些鉴别方法对样品均具有一定的破坏性，耗时长，涉及的检测仪器复杂。气相色谱-离子迁移谱方法（gas chromatography-ion mobility spectrometry，GC-IMS）具有无需任何样品前处理（无损）、简便、快速、准确等优点，近年来被广泛应用于复杂体系构成的食品与农产品的品质分析，特别是食品特征风味有机挥发组分的快速检测、识别等[18-19]。主成分分析（principal component analysis，PCA），是将多个变量通过线性变换以选出较少个数重要变量的一种多元统计分析方法[20]，已广泛应用于食品中香味成分的分析。目前还没有利用气相色谱-离子迁移谱结合感官品评和主成分分析方法，快速鉴定红枣片品质及其加工方式的相关研究报道。因此，本研究针对上述问题，利用GC-IMS 结合PCA 和最小偏二乘法（PLS）监控红枣片样品在加工过程中挥发性有机物质的变化，以实现对红枣片的加工方式和品质的快速判定，同时为优化红枣片的加工工艺提供参考，提高加工品质。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

红枣原料为新疆阿拉尔地区市售灰枣，含水量25%，总糖含量69.91%。市售商品红枣片W，购于大润发超市（济南）。

1.2 仪器与设备

FlavourSpec 1H1-00053 型气相色谱-离子迁移谱，德国G.A.S 公司，配备CTC CombiPAL 自动顶空进样装置；DB-5 毛细管柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm），美国Agilent 公司；20 mL 顶空进样瓶、密封磁帽，美国Agilent公司；AL204 电子天平（0.01 g），梅特勒-托利多仪器有限公司；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 方法

1.3.1 红枣的预处理

先将灰枣去核、切成约0.5 cm 厚的薄片，经不同加工工艺处理至红枣片干基含水率≤5%。加工工艺如表1所示。

表1 不同加工工艺处理的17 种红枣片样品Table 1 17 kinds of jujube slices with different processing technologies

1.3.2 GC-IMS 检测

分别称取不同加工方式的红枣片样品2.0 g 于20 mL 顶空进样瓶中，通过预试验确定GC-IMS 检测条件的主要参数见表2。

表2 GC-IMS 检测参数Table 2 Detection parameters of GC-IMS

1.4 数据分析

数据采用SIMCA 13.0 软件进行统计分析评价红枣香气质量，用非监督的PCA 及载荷图（loading splot）直观地判断不同干制方式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法判别分析（OPLS-DA）建立红枣片的不同干制工艺之间的区分模型，并筛选造成不同干制工艺间差异性物质。

2 结果与分析

2.1 不同加工方式红枣片品质感官评价方法的建立

邀请20 位评审员组建评价小组，针对感官评价实验的目的、感官评价的标准和要求对评价小组进行培训，对样品进行随机编号；要求感官评价小组人员客观、独立的进行评分，相互之间不交流讨论。

采用定量评分法：9～10 分为红枣香味特别浓郁，7～8 分为红枣香味较为浓郁，5～6 分为红枣香味一般，3～4 分为红枣香味较平淡，0～2 分为几乎没有红枣香味。

由表3 可以看出，真空干燥工艺处理的红枣片感官评分整体高于其他加工工艺处理的红枣片，具有明显的枣香味；而油炸处理的红枣片感官评分较低，有明显的焦糊味及油腻感，推测其加工过程中可能有新物质产生，枣香味逸散。

表3 16 个红枣样品的感官评分情况Table 3 Sensory scores of 16 kinds of dried jujube slices

2.2 不同加工方式红枣片挥发性有机物数据库的建立

通过热风干燥、微波干燥、真空干燥、油炸等四种加工方式制得的红枣片样品，采用FlavourSpec⑧气相色谱-离子迁移联用仪检测，得到不同加工方式红枣片样品的气相离子迁移谱图和指纹图谱。四种加工方式的红枣片样品的气相离子色谱图如图1 所示。从图1 中可以看出不同加工方式的挥发性有机物存在明显的差异。对图1 中所选分析区域进行比对，并利用LAV 软件的Gallery Plot 插件，自动生成指纹图谱，结果如图2（见第58 页）所示。根据目前已经定性出的挥发性有机物数据库，四种加工方式处理的16 种红枣片中均含有乙酸及3-羟基-2-丁酮，但含量有所差别。热风干燥工艺处理的红枣片中含有较多的苯甲醛、1-辛烯-3-醇等物质；微波干燥处理的样品中含有较多丙酸等酸类物质及少量γ-丁内酯等物质；真空干燥处理的样品含有较多的γ-己内酯、苯甲醇等物质；油炸红枣片中明显含有糠醛、糠醇及5-甲基呋喃醛等物质。结果显示红枣片经过四种不同加工处理方式后某些挥发性有机物随加工温度、真空度的增加而减少，而有些挥发性有机物随加工温度、真空度的增加而增加。此外，还有很多物质因数据库限制，暂时未鉴别出，根据RI（retention index）值可结合相关文献及气质的方式对未定性出的物质进行判断。

图1 四种加工方式红枣片样品的气相离子迁移谱图Fig.1 Gas ion migration chromatograms of jujube slices processed by four methods

2.3 主成分分析和偏最小二乘回归分析

利用SIMCA 13.0 软件对不同加工方式红枣片样品中的挥发性有机物数据进行聚类统计分析，实现不同加工方式红枣样品的快速分类。通过SIMCA 13.0 软件可以进行不同加工工艺的PCA，结果如图3（见下页）所示。从图3 可以看出，四种不同加工工艺处理的红枣样品分别聚成一类，完全分离，说明不同加工工艺处理的红枣样品的挥发性有机物存在明显差异，且该模型稳定性的累积Q2X 值达到0.903，预测能力的累积Q2Y 值达到0.987，表明所建的模型具有高度的稳定性和预测能力，因此可对红枣片进行不同加工工艺的判定。

图3 四种不同加工方式红枣片样品挥发性有机物主成分分析图Fig.3 PCA of volatile organic compounds in jujube slices processed by four methods

将市售商品红枣片W 进行挥发性有机物检测，在相同的检测条件下进行操作，检测得到红枣片W 挥发性有机物的气相离子迁移谱图，如图4（见下页）所示；结果与2.1 建立的数据库进行比对，并利用OPLS-DA 进行加工方式的预测，确定待测红枣片的加工方式。红枣片W 中挥发性有机物与不同加工方式红枣片挥发性有机物数据库通过OPLS-DA 进行预测，如图5（见下页）所示，发现与热风干燥工艺方式的红枣片落在同一区间且能与其他加工工艺区分开，可确定商品红枣片W 的加工方式为热风干燥，与产品包装所注的加工方式一致。

图4 红枣片W 挥发性有机物的气相离子迁移谱图Fig.4 Gas ion migration chromatogram of volatile organic component in jujube silices W

图5 红枣片样品W 挥发性有机物主成分分析图Fig.5 PCA of volatile organic compounds in jujube slice sample W

3 结论

FlavourSpec⑧气相色谱-离子迁移联用仪将气相色谱（GC）的高分离度与离子迁移谱（IMS）的高灵敏度完美结合，能够在固体和液体样本的顶部空间检测挥发性有机化合物，利用GC 突出的分离特点，对复杂混合物进行预先分离，以单个组分的形式进入到IMS 反应区与电离区电离产生的试剂离子反应生成产物离子，产物离子在离子门脉冲作用进入迁移区进行二维的分离，分离后离子最终被检测[21]。本文认识到FlavourSpec⑧气相色谱-离子迁移联用在风味物质分析上的优势[22]，并应用于红枣片品质与加工方式的鉴别，通过分析GC-IMS 谱图可以方便直观地对比不同样品间挥发性有机物的差异，四种不同干燥方式的红枣片样品有共同的挥发性成分区域，也有各自的特征峰区域。真空干燥样品因反应剧烈，化合物种类明显多于热风干燥和冷冻干燥的红枣样品。真空干燥方式在热风干燥的基础上增加了真空度，反应较热风干燥剧烈，产生的物质种类多于热风干燥。但还有很多物质因数据库限制，暂时未鉴别出，根据RI 值可结合相关文献及气质的方式对未定性出的物质进行判断。方法无需复杂的样品前处理，简单快捷，灵敏度高，一个样品耗时为25 min，结合数据处理软件可实现红枣片品质的快速鉴别，节省人力物力。