基于电子鼻及气相-离子迁移谱法分析阳光玫瑰葡萄贮藏期挥发性成分

谢林君，成果，王海军，周思泓，谢太理，周咏梅，张劲*

（1.广西壮族自治区农业科学院葡萄与葡萄酒研究所，广西 南宁 530007；2.广西壮族自治区农业科学院农产品质量安全与检测技术研究所，广西 南宁 530007）

水果的风味品质主要包括呈香及呈味物质，呈香物质是葡萄质量的一个重要方面，香气的种类和含量不仅决定着葡萄的风味和品种典型性，同时影响消费者的偏好[1-3]。葡萄的香气成分主要包括萜烯类化合物、酯类、醇类、醛类以及含氮化合物等[4]。玫瑰香型葡萄果实香气中含有丰富的单萜类物质，可产生浓郁的玫瑰香气[5-6]。阳光玫瑰葡萄是近年最受欢迎的葡萄品种之一，成熟时具有强烈的玫瑰香味，果实呈黄绿色，其香气构成了该品种的特征风味[7-8]。Wu等[9]利用固相微萃取气相色谱-质谱技术研究了阳光玫瑰葡萄（Vitis labruscana Baily×Vitis vinifera L.）发育过程中挥发性化合物的含量变化以及游离和结合化合物之间的转化，描述了阳光玫瑰葡萄在浆果发育过程中的香气特征。Matsumoto等[10]利用气相色谱-质谱法（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）分析发现采后温度和贮藏时间对阳光玫瑰葡萄麝香风味和里那醇含量有很大的影响，低温贮藏条件引起麝香风味的损失及里那醇含量的降低。但是GC-MS研究具有复杂的样品前处理要求，且耗费巨大，需要专业技术人员操作，不易于应用及推广[11-12]。

电子鼻及气相-离子迁移谱法（gaschromatographyion mobility spectrometry，GC-IMS）是新兴的挥发性成分的分析技术，具有样品制备简单、操作简单、分析高效准确的优势，有效解决GC-MS分析速度较慢及前处理复杂等问题的同时，能克服感官评价的不足[13-15]。贮藏保鲜是实现水果周年供应的重要技术，采后处理温度及贮藏时间是影响果蔬风味品质的重要因素，在贮藏初期及短期贮藏后水果外观变化不明显，很难判断水果的适宜贮藏期及货架期[16-18]。电子鼻及GC-IMS可以通过测定贮藏期水果风味的变化，判断其贮藏时间及新鲜程度[17]。目前该技术已应用于葡萄[18-19]、沃柑[20]和百香果[21]等水果贮藏期的研究，可用于判定水果的品质变化及贮藏期快速判别等。本研究采用电子鼻及GC-IMS分析不同温度处理的阳光玫瑰葡萄在贮藏期的挥发性成分的变化，指纹图谱确定各贮藏期的化学特征物质，为葡萄贮藏保鲜效果和品质评价的研究提供一种新思路，有助于快速判断选择其最佳贮藏期。

1 材料与方法

1.1 主要材料

阳光玫瑰葡萄：广西真诚农业有限公司武鸣东盟开发区基地。挑选无机械伤、无病虫害、成熟度较一致的葡萄随机整穗采样，2 h内运回实验室。

1.2 主要仪器与设备

PEN3.5电子鼻：德国Airsense公司；FlavourSpec风味分析仪：山东海能科学仪器有限公司；HH-8数显电热恒温水浴锅：常州亿通分析仪器制造有限公司；DW-86L416G低温保存箱：青岛海尔生物医疗股份有限公司；LR H-150CL低温恒温培养箱：上海一恒科学仪器有限公司；AR 320+红外线测温仪：希玛仪器仪表有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 样品处理

参照谢林君等[22]的方法：从基地采样回实验室后，对葡萄进行挑拣，单穗果实采用葡萄专用保鲜袋包装，置于对应温度（0、10℃）培养箱，敞口预冷12 h，利用红外线测温仪测定袋内上中下各点果实温度，待果实内部温度降至培养箱设定温度后进行封口。取样操作：原始样标记为0 W，2个温度处理贮藏过程中分别于 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）共取样8次，每组取3次平行样，去籽后，于-80℃冷冻备用，用于电子鼻及GC-IMS的测定。

1.3.2 电子鼻测定条件

将原始样及2个温度处理的各贮藏期样品分别准确称量10 g于顶空瓶中，于45℃孵化30 min，使用PEN3.5电子鼻进行测样。测样条件：测量间隔时间1s、传感器自清洗时间60 s、自动调零时间5 s、样品准备时间5 s、进样流量200 mL/min、检测时间30 s。各传感器对不同物质的响应类型[20]见表1。

表1 电子鼻中各个传感器的响应类型Table 1 Response types of the various sensors by electronic nose

1.3.3 GC-IMS分析

准确称量10 g样品于顶空进样瓶，进行检测。气相离子迁移谱检测条件：分析时间30 min、色谱柱类型FS-SE-54-CB-1、柱温60℃、载气/漂移气为高纯氮气、探测器温度45℃；顶空进样单元条件：进样体积500 μL、孵育时间30 min、孵育温度45℃、进样针温度85℃、孵化转速500 r/min、漂移气流速度150 mL/min、气相载气流速2 mL/min～150 mL/min。

1.4 数据处理

由 GC-IMS内数据采集软件 LAV（Laboratory Analytical Viewer）生成挥发性成分GC-IMS谱图；软件内置的NIST数据库及IMS数据库对挥发性成分进行定性分析。电子鼻数据采用Excel 2007、SPSS 20.0软件进行统计。

2 结果与分析

2.1 基于电子鼻对阳光玫瑰葡萄贮藏期的挥发性成分分析

2.1.1 阳光玫瑰葡萄贮藏期挥发性成分的电子鼻雷达图分析

由电子鼻测定的2个温度处理阳光玫瑰葡萄在贮藏期的样品由各传感器响应的数据建立的挥发性气味雷达图见图1。

图1 阳光玫瑰葡萄样品的电子鼻雷达图谱Fig.1 Radar fingerprint chart of Shine Muscat grape by electronic nose

图1可直观比较2个温度贮藏期样品之间的差异，随着贮藏期的延长，样品的挥发性成分响应值变小，利用PEN3.5电子鼻系统能较好地区分样品间挥发性成分的差异。2个温度处理的样品的挥发性成分主要集中在W1S、W1W、W2W及W5S传感器，对芳香成分、硫化物、氮氧化合物等敏感；其余传感器的响应值较小。其中，贮藏期样品间的差异主要集中在W1S及W1W传感器，影响最大的是W1W传感器，该传感器除对硫化物敏感以外，还对多种萜烯类物质敏感，而阳光玫瑰葡萄的香气物质主要为萜烯类成分[23]。10℃处理样品图谱的重现性较好，反映该处理的样品在贮藏期内差异较小；0℃处理的样品的图谱在幅度上差异较大，表明该处理的样品在贮藏期挥发性气味差异较明显。

2.1.2 电子鼻检测的阳光玫瑰葡萄样品的主成分分析

2个温度处理下的阳光玫瑰葡萄在贮藏期内的主成分分析（principal component analysis，PCA）见图2。

图2 电子鼻检测的阳光玫瑰葡萄样品的PCA分析Fig.2 PCA analysis of Shine Muscat grape by electronic nose

由图2可知，电子鼻检测的2个温度处理的样品主成分分析中，PC1和PC2贡献率分别为53.3%和18.9%，总贡献率为72.2%，表明PEN3.5电子鼻系统较好地区分贮藏期的样品间的差异，利用主成分分析可以很好地反映阳光玫瑰贮藏期的挥发性气味特征。2个温度处理之间，0℃处理的阳光玫瑰葡萄在贮藏期间挥发性气味差异更明显，各时期的样品可以很好地区分；10℃处理的样品在贮藏期较原始样变化较大，各贮藏点样品距离较近，表明葡萄样品的挥发性成分相似，与雷达图上观察到的结果一致。贮藏后期（16周与20周）2个温度处理的样品距离较近，表明其挥发性成分相似。为进一步分析温度对阳光玫瑰葡萄贮藏期挥发性成分的影响，需结合GC-IMS技术进行定性定量分析。

2.2 基于GC-IMS对阳光玫瑰葡萄贮藏期挥发性成分分析

2.2.1 阳光玫瑰葡萄挥发性成分GC-IMS定性分析

在整个贮藏期，2个温度处理的葡萄样品挥发性成分种类相似，含量上略有差异。阳光玫瑰葡萄部分挥发性成分的定性结果见表2。

表2 阳光玫瑰葡萄部分挥发性成分的定性结果Table 2 Qualitative results of some volatile components of Shine Muscat grape

由表2可知，共定性出33种挥发性成分，其中醇类6种、醛类21种、酯类3种和其他3种。

2.2.2 阳光玫瑰葡萄贮藏期挥发性成分的指纹图谱

利用GC-IMS的Gallery Plot插件生成阳光玫瑰葡萄的指纹图谱，对挥发性成分进行准确评价。在指纹图谱中，每一行代表一个葡萄样品中选取的全部信号峰，每一列代表同一挥发性成分在不同葡萄样品中的信号峰，每个处理重复3次。挥发性成分以颜色来区分，含量越高，颜色越鲜艳。指纹图谱中名称相同的挥发性成分以单体、二聚体的形式出现[21]。阳光玫瑰葡萄贮藏期挥发性成分的指纹图谱见图3。

图3 阳光玫瑰葡萄贮藏期挥发性成分的指纹图谱Fig.3 The volatile components fingerprint of Shine Muscat grape during storage

由图3可知，每种样品的完整挥发性成分信息以及样品之间挥发性成分的差异，由于GC-IMS数据库有限，有的挥发性成分没有被鉴定出来。

将2个温度处理各划分为3个区域，其中，红色区域的样品为贮藏6周内的葡萄样品，该区域的特征物质是里那醇、（E）-2戊烯醛、未定性的36、37号和38号等物质，表征阳光玫瑰葡萄典型的玫瑰香和果香。贮藏8周至12周的（黄色区域）特征物质乙酸乙酯表现突出，表现出酯香及微带果香的酒香[4]，说明存在一定程度香气品质劣变。贮藏16周至20周（橙色区域），特征物质是己醇、乙醇、50、51、53，该时期醛类物质的相对含量逐渐下降，醇类物质的相对含量上升，反映出葡萄果实劣变程度，出现一定程度异味或不属于该品种典型的香气物质。这与王文重等[29]研究结果一致，葡萄劣变中挥发性成分主要为乙酸乙酯、乙醇、二氧化碳和水汽，葡萄在劣变开始发生时气体释放速率会发生阶跃性变化。

2个温度处理的各区域之间有明显差异，红色区域的里那醇含量在0℃贮藏时第4周大幅下降，而10℃贮藏时在第6周含量才大幅下降，这与Matsumoto等[10]的研究结果一致，里那醇在较低温度贮藏时下降较快。黄色区域中2个温度处理间差异更明显，0℃处理的阳光玫瑰葡萄的乙酸乙酯含量更丰富，且在第8周明显增加，10℃贮藏则是在12周明显增加。贮藏16周至 20 周，未定性的 39、44、47、34、45、1-辛烯-3-醇、乙醇、50、51、53物质在 0℃贮藏时显著增加，10℃显著增加的是 1-辛烯-3-醇、乙醇、50、51、53物质，2个温度处理的样品多数挥发性成分相似，其中0℃贮藏的阳光玫瑰葡萄的挥发性成分在这个阶段变化更明显。

另一部分物质如2-甲基丁醛、庚醛（M）、庚醛（D）、异丁醛、甲基庚烯酮、苯甲酸甲酯、辛醛、壬醛、β-罗勒烯、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号物质存在于2个温度处理的整个贮藏期，且含量相差不大，这些组分为贮藏的阳光玫瑰葡萄共有的特征性风味物质，共同赋予阳光玫瑰葡萄丰富的果香。

2.2.3 基于GC-IMS的阳光玫瑰葡萄挥发性成分的PCA分析

为直观清晰地分析温度对阳光玫瑰葡萄贮藏期风味物质变化的影响，以及直观分析葡萄中挥发性成分随贮藏时间延长的变化趋势，使用Dynamic PCA插件程序制作了PCA分析图，结果见图4。

图4 阳光玫瑰葡萄贮藏期挥发性成分的PCA分析Fig.4 PCA analysis of volatile components of Shine Muscat grape during storage

由图4可知，电子鼻及GC-IMS均能较好地区分各贮藏期的样品，其中0℃处理的样品分离度更高，香气变化差异明显。10℃处理的样品中，贮藏1周的样品和原始样距离较近，表明其挥发性成分和原始样相似；贮藏8周和12周的样品重合性较高，说明这2个贮藏周期点样品的挥发性成分相似度较高。GC-IMS主成分分析中，贮藏0至6周、8周至12周、16周至20周有明显差异，与图3指纹图谱分析结果相一致，这3个区域可以明显区分，表明阳光玫瑰葡萄贮藏期间挥发性成分的差异性。

3 结论

0℃贮藏的阳光玫瑰葡萄在贮藏4周后特征香气发生变化，10℃贮藏条件下，6周后特征香气发生变化；2个温度处理的样品均在16周后香气品质发生较为明显劣变。低温贮藏条件下阳光玫瑰葡萄的典型玫瑰香味锐减速度更快。香气逸损是葡萄贮藏保鲜技术亟待解决的问题。结合电子鼻及GC-IMS能够快捷科学的鉴定阳光玫瑰葡萄贮藏期的挥发性成分，判别阳光玫瑰葡萄果实品质的劣变程度和预测葡萄最佳贮藏周期，为其他葡萄品种以及其他果蔬采后贮藏期的评价判别提供新思路。