基于SPMEGCMS的不同保鮮環(huán)境荔枝揮發(fā)性成分變化對比

徐 賽,呂恩利,陸華忠,王亞娟,楊 徑,林小娟

(廣東省農產品冷鏈物流工程技術研究中心,華南農業(yè)大學工程學院,廣東廣州 510642)

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徐 賽,呂恩利,陸華忠,王亞娟,楊 徑,林小娟

(廣東省農產品冷鏈物流工程技術研究中心,華南農業(yè)大學工程學院,廣東廣州 510642)

本文采用頂空固相微萃取-氣相色譜-質譜聯(lián)用技術,對常溫、冷柜、氣調3種保鮮環(huán)境下荔枝全果5 d內揮發(fā)性成分變化進行測定。研究結果表明,荔枝揮發(fā)性成分主要是烴類(烯烴和烷烴)、醇類、酮類等物質。常溫保鮮環(huán)境下,荔枝氣體揮發(fā)物主要為烯烴物質,且在0～2 d 逐漸增多,2 d后略有波動,但保持著較高的含量。冷柜保鮮環(huán)境下,荔枝揮發(fā)性成分中烯烴類物質含量最高,在0～3 d期間逐漸增加,第4 d有所下降,酮類、醇類和烷烴類物質含量較少。氣調保鮮環(huán)境荔枝揮發(fā)性成分主要為烯烴類物質(0～4 d均占80%以上),并有少量酮類、醇類和烷烴類物質檢測出來。此外,常溫保鮮無烷烴類和其他芳香物質成分(醇類和酮類)檢測出來,冷柜保鮮和氣調保鮮檢測出的其他芳香物質(醇類和酮類)成分較多。該研究結果可為根據氣體揮發(fā)物評價荔枝品質和檢測荔枝貨架信息提供參考。

荔枝,保鮮環(huán)境,揮發(fā)性成分,固相微萃取,氣相色譜-質譜聯(lián)用儀

荔枝(Litchi),亞熱帶果樹,常綠喬木。主要產于中國南部、西南部和東南部,以廣東、廣西和福建栽培最盛,在亞洲東南部非洲、美洲和大洋洲也有栽培[1]。荔枝果皮有鱗斑狀突起,果肉成熟時呈半透明凝脂狀,食味鮮美、營養(yǎng)豐富、有較高藥用價值,廣受世界各地消費者的喜愛。因為荔枝含水量較高,營養(yǎng)物質豐富,易被微生物污染而在采后保鮮中產生不良氣味并發(fā)生腐敗變質,從而導致品質急劇下降[2]。因此,在保鮮過程中,氣味變化也是評價荔枝新鮮程度的重要特征之一。

氣相色譜-質譜聯(lián)用檢測技術(Gas Chromatography-Mass Spectrometer,GC-MS)是研究與分析食品中揮發(fā)性香氣成分的一種有效手段,已被廣泛應用于食品揮發(fā)性成分的檢測分析研究中[3-5]。GC-MS可以進行多組分混合物的一次性定性、定量分析。郝菊芳等[6]采用GC-MS從5個品種荔枝果漿中檢測出了108種香氣化合物,其中醇類38種,醛類5種,酯類11種,酮類4種,酸類2種,烯類34種,烴類14種,不同品種荔枝在醇、醛和酯類上存在著一定的差異。

固相微萃取(Solid Phase Micro-Extraction,SPEM)是一種在氣相色譜分析之前快速、靈敏、經濟、無溶劑殘留的樣品前處理方法[7]。它集采樣、萃取、濃縮、進樣于一體,能夠有效萃取食品中的揮發(fā)性物質,具有靈敏度高、成本低、操作簡單快捷、重現(xiàn)性好等優(yōu)點。頂空固相微萃取技術結合GC-MS已廣泛用于多種食品揮發(fā)性成分的測定[8-10]。

由于國內外對荔枝果實揮發(fā)性物質成分研究較少,且有關無損荔枝果實(全果)揮發(fā)性成分及其在保鮮過程中氣味變化的研究尚未見報道。而研究保鮮過程中荔枝揮發(fā)性風味變化,對消費者選擇高品質荔枝以及銷售人員進行大批量荔枝貨架管理具有科學指導意義。因此,本文采用SPME-GC-MS檢測方法,確定目前常用的常溫、冷柜和氣調3種不同保鮮環(huán)境下荔枝揮發(fā)性成分變化,以期為荔枝品質評價以及荔枝貨架保鮮過程實時監(jiān)測提供一定理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

荔枝 品種為“桂味”,早晨6點采摘于廣州從化市荔枝果園,并在3 h內運送到華南農業(yè)大學后,摘除荔枝枝葉,選擇大小均勻、9成熟的荔枝果實用于實驗;

氣調保鮮運輸平臺 實驗室自研;GX冷柜 中國廣州市廣翔電氣有限公司;Agilent 6890/5975氣質聯(lián)用(GC-MS)儀 美國Agilent 公司;100 μm PDMS SPME萃取頭 美國Supelco公司;100 mL頂空集氣瓶 中國四川蜀牛玻璃(集團)有限責任公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 氣調保鮮運輸平臺 保鮮運輸實驗平臺結構示意如圖1所示。廂體尺寸(長×寬×高)為1600 mm×1100 mm×1500 mm,廂體由聚氨酯泡沫夾芯板拼接而成,廂體壁厚100 mm。該氣調保鮮廂體基于壓差原理設計,總尺寸為1.90 m×1.10 m×1.50 m,廂體材料為不銹鋼+聚乙烯隔溫材料。開孔隔板將廂體分為壓力室和保鮮室兩部分。壓力室自上而下分別是風機、汽化盤管、制冷機組的蒸發(fā)器和超聲波加濕裝置風機運轉在回風道形成負壓,在壓力室形成正壓。在壓差作用下,氣流從保鮮室經回風道進入壓力室,然后通過開孔隔板返回保鮮室,如此循環(huán)。液氮充注裝置主要包括液氮罐和汽化盤管,通過往廂體內充注液氮實現(xiàn)調節(jié)廂體內的氧氣濃度。同時,由于液氮在汽化過程中會迅速膨脹,增加廂體內的壓力,故需打開排氣閥,以保證廂體安全。超聲波加濕裝置主要由水箱和超聲波霧化頭組成。霧化頭將液態(tài)水霧化,水霧在風機氣流的驅動下,通過開孔隔板,到達保鮮室,實現(xiàn)廂體內相對濕度的調節(jié)。采用PLC對整個貯藏過程中的參數(shù)進行控制。

圖1 氣調保鮮運輸平臺結構圖Fig.1 Structure of controlled atmosphere storage platform注:1.風機;2.風機安裝板;3.蒸發(fā)器;4.汽化盤管;5.監(jiān)測溫度傳感器;6.開孔隔板;7.加濕器;8.積水槽;9.振動機控制電箱;10.振動機工作臺;11.氣流導軌;12.排氣閥;13.傳感器盒;14.回風道;15.壓差式廂體;16.進水管;17.補水箱;18.排水管;19.壓縮機;20.冷凝器;21.液氮罐;22.記錄儀;23.可編程控制器;24.繼電器盒;25.進氣閥。

1.2.2 實驗樣本處理 分為常溫保鮮、冷柜保鮮和氣調保鮮3組。將冷柜保鮮組和氣調保鮮組荔枝進行預冷處理,常溫保鮮組荔枝無需預冷。預冷時,將荔枝浸泡于冰塊和水調制成的冰水混合物(0 ℃)中,15 min后撈出。將荔枝用開孔率為5%的聚乙烯袋(300 mm×200 mm×0.05 mm)包裝,每袋30顆荔枝果實。將包裝好的荔枝放置在塑料筐中(440 mm×320 mm×110 mm),再存放在不同保鮮環(huán)境中。氣調保鮮廂體調節(jié)參數(shù):溫度3～5 ℃,相對濕度90%～95%,氧氣濃度3%～6%(其它氣體為氮氣);冷柜保鮮參數(shù):溫度3～5 ℃;常溫保鮮條件:室溫25 ℃。待荔枝于保鮮環(huán)境穩(wěn)定后,分別于第0、1、2、3和4 d對荔枝樣本進行采樣。

1.2.3 頂空揮發(fā)性成分的萃取 每次檢測均取取1顆荔枝果實放入100 mL集氣瓶中密封,于室溫環(huán)境下(25±1) ℃靜置0.5 h,待頂空氣體平衡后,將萃取頭(老化溫度270 ℃;老化時間1 h)插入集氣瓶中吸附0.5 h,再迅速插入氣相色譜進樣口,解析5 min后拔出。

1.2.4 GC-MS工作條件 采用HP-5毛細柱(30 m×0.25 mm×0.5 μm),進樣口溫度為250 ℃;柱溫50 ℃,保持1 min,以4 ℃/min程序升溫到100 ℃,再以15 ℃/min程序升溫到250 ℃,保持5 min,載氣(He)流量1 mL/min,解析溫度為250 ℃,不分流模式進樣。質譜條件為傳輸線溫度280 ℃,離子源溫度230 ℃,四級桿溫度150 ℃。掃描范圍為:30～550 m/z,電離電壓為70 eV。

1.2.5 揮發(fā)性成分的鑒定與相對含量確定 荔枝揮發(fā)性物質成分的鑒定與相對含量確定是由GC-MS配套的分析軟件系統(tǒng)完成,通過檢索NIST質譜庫,使未知化合物經計算機同時與標準圖譜對照匹配檢索進行定性,匹配度大于70(最大值為100)的作為鑒定結果。按峰面積歸一化計算物質的相對百分含量,實驗只對峰面積歸一化含量大于1%的主要化合物進行報道。

表1 常溫保鮮荔枝揮發(fā)性成分變化

注:“-”表示未檢出,表2～表4同。1.2.6 數(shù)據處理 確定荔枝揮發(fā)性物質成分的鑒定與相對含量后,實驗采用EXCEL2007軟件對實驗數(shù)據進行統(tǒng)計與分析。

2 結果與討論

2.1 常溫保鮮荔枝揮發(fā)性成分變化的SPME-GC-MS分析結果

由表1可知,常溫保鮮環(huán)境下,隨著保鮮時間的延長,荔枝果實揮發(fā)性成分種類及含量均發(fā)生變化。常溫保鮮環(huán)境下荔枝果實氣體揮發(fā)物中檢測出烴類物質22種,均為烯烴物質,其含量在第0、1、2、3、4 d所占比例分別達94.24%、95.48%、98.65%、97%、98.47%,在0～2 d逐漸增多,2 d后略有波動,但保持著較高的含量。據研究報道[11],果實的成熟是酶及成熟衰老激素-烯類物質等積累的過程,水果在采后貯藏的過程中通過自身的呼吸躍變成熟度通常會不斷加深。因此,荔枝保鮮過程中烯類物質的增加可能是成熟度加深所造成的。此外,烴類物質主要來自脂肪酸烷基自由基均裂,而芳香烴如苯,甲苯類化合物能產生不愉快氣味,烴類物質含量可反映水果脂肪酸的氧化速率[12]。據此可以推測,隨著荔枝在常溫下保鮮時間延長,其氧化速率在0～2 d逐漸增加,2 d后保持著較高的氧化速率。常溫保鮮環(huán)境下荔枝果實氣體揮發(fā)物中所檢測出的烯烴物質主要為α-古巴烯、α-蓽澄茄油烯、1-石竹烯和杜松烯。

2.2 冷柜保鮮荔枝揮發(fā)性成分變化的SPME-GC-MS分析結果

由表2可知,冷柜保鮮環(huán)境下,荔枝果實揮發(fā)性成分中檢測出烴類(烯烴和烷烴)、醇類、酮類分別有29(24和5)、2、1種,共32種物質。烴類物質在0、1、2、3 d和4 d所占比例分別為87.42%、98.59%、95%、94.1%和91.04%,其含量在0～1 d迅速增加,并在1 d后逐漸減少。說明冷柜保鮮條件對荔枝氧化速率具有一定抑制作用。烴類物質中,烯烴物質含量最高,在0、1、2、3 d和4 d所占比例分別為87.42%、90.40%、95.00%、95.25%和83.45%,主要為α-古巴烯、α-蓽澄茄油烯、1-石竹烯和杜松烯,與常溫保鮮檢測出來的烯類物質一致。烯烴類物質在0～3 d期間逐漸增加,第4 d有所下降,說明冷柜保鮮對荔枝成熟度增加有一定抑制作用。烷烴物質僅在1、4 d被檢測出來,保鮮過程中占比均小于9%。醇類物質在3 d被檢測出來,且所占比例較小。酮類物質在3 d被檢測出1.65%。相對常溫保鮮而言,冷柜環(huán)境下檢出荔枝揮發(fā)性芳香成分較多(烷類、醇類和酮類),說明荔枝在冷柜保鮮環(huán)境下能夠更好地保存其特有的芳香成分。

表2 冷鮮柜保鮮荔枝揮發(fā)性成分變化

2.3 氣調保鮮荔枝揮發(fā)性成分變化的SPME-GC-MS分析結果

由表3可知,氣調保鮮環(huán)境下荔枝揮發(fā)性成分中檢測出烴類(烯烴和烷烴)、酮類、醇類和分別為27(26和1)、1、1種。烴類物質含量在0～4 d分別為94.13%、99.95%、96.16%、87.27%、94.10%。烯烴物質為氣調保鮮環(huán)境下荔枝的主要揮發(fā)性物質,其含量在0～4 d分別為94.13%、99.95%、96.16%、81.7%、94.10%,主要為α-古巴烯、α-蓽澄茄油烯、α-衣蘭烯和杜松烯。與常溫保鮮和冷柜保鮮相比,1-石竹烯僅在第0和2 d檢測出來,且增加了含量較高的α-衣蘭烯。酮類物質在4 d檢測出1.93%,醇類物質和其烷烴物質在3 d檢測出1.58%和5.75%,因此,氣調保鮮相對常溫保鮮能夠較好地保存荔枝特有的芳香物質(醇類和酮類)。

表3 氣調保鮮荔枝揮發(fā)性成分變化

表4 不同保鮮環(huán)境荔枝揮發(fā)性成分變化對比

2.4 不同保鮮環(huán)境荔枝揮發(fā)性成分變化對比

根據實驗結果,可將無損荔枝果實芳香物質成分按照種類可分為:烯烴類、烷烴類、醇類、和酮類4類物質。郝菊芳等[6]已從荔枝果肉揮發(fā)性氣體中檢測出主要物質醇類、醛類、酯類、酮類、酸類、烯類5種。說明本實驗檢測出的幾種烷烴類揮發(fā)性物質來自果皮,本實驗未檢測到的醛類、酯類、酸類主要來自于荔枝果肉。由表4可知,烴類物質是荔枝揮發(fā)性成分中的主要物質,反映了荔枝在保鮮過程中的氧化速率。其中,烯烴含量較高,是荔枝保鮮過程中成熟度不斷增加所致,烷烴物質含量較少。其他揮發(fā)性氣體成分(醇類和酮類)形成了荔枝獨有的感官風味,在不同保鮮環(huán)境下有一定差異。但其他揮發(fā)性成分(醇類和酮類)僅在氣調保鮮和冷柜環(huán)境中檢測出來,常溫環(huán)境中無他揮發(fā)性成分被檢測出。因此,氣調保鮮和冷柜保鮮既能在一定程度上保持荔枝獨有的風味,又能較大限度的抑制荔枝采后衰變速率,相對常溫與冷柜保鮮具有更好的效果。

3 結論

揮發(fā)性成分是荔枝重要的風味物質,對荔枝品質評價以及荔枝貨架保鮮過程實時監(jiān)測提供理論依據有著重要意義。實驗采用SPME-GC-MS技術對常溫、冷柜和氣調3種保鮮環(huán)境下?lián)]發(fā)性氣體成分變化進行了檢測。荔枝揮發(fā)性成分中有烴類(烯烴和烷烴)、醇類、酮類物質檢測出來,其中烯烴類物質含量最高,是荔枝保鮮過程中的主要揮發(fā)性物質。常溫保鮮環(huán)境下,0～2 d 逐漸增多,2 d后略有波動,但保持著較高的含量。冷柜保鮮環(huán)境下,荔枝揮發(fā)性成分中烯類物質含量在0～3 d期間逐漸增加,第4 d有所下降。氣調保鮮環(huán)境荔枝揮發(fā)性成分主要為烯類物質(0～4 d均占80%以上),并有少量酮類、醇類和烷烴類物質檢測出來。此外,常溫保鮮無烷烴類以及其他芳香物質成分(醇類和酮類)檢測出來,冷柜保鮮比氣調保鮮檢測出的其他芳香物質(醇類、烷類和酮類)成分多。氣調保鮮與冷柜保鮮對荔枝成氧化速率均有一定抑制作用,且能夠較好地保持荔枝特有的香氣成分。因此,荔枝氣調保鮮和冷柜保比常溫保鮮貯藏效果較好,這與實驗室前期對3種保鮮環(huán)境下荔枝理化指標變化的研究結果一致[13]。此外,今后可采用對烯烴類、烷烴類、醇類、酮類物質敏感的傳感器,構成基于嗅覺信息的荔枝品質信息識別專用儀器,對采后荔枝品質信息進行無損識別與檢測。本研究全面地比較了不同保鮮環(huán)境和保鮮時間下的無損荔枝果實揮發(fā)性成分的差異,為根據氣體揮發(fā)發(fā)物評價荔枝品質和檢測荔枝貨架信息提供指導性數(shù)據。

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Volatile comparison of different environment stored litchi based on SPME-GC-MS

XU Sai,LV En-li,LU Hua-zhong*,WANG Ya-juan,YANG Jing,LIN Xiao-juan

(Guangdong Engineering Research Center of Agricultural Product Cold Chain Logistics,College of Engineering,South China Agricultural University,Guangzhou 510642,China)

The volatile change of 3 different environment(room temperature,refrigerator and controlled atmosphere)stored litchi within 5 days were determined using solid phase micro-extraction-gas chromatography-mass spectrometer(SPME-GC-MS)technology. Research results showed that alkene,alkanes,alcohols and ketones exist in litchi volatile and the content of alkene was the highest. When storing at room temperature,the main component of litchi’s volatiles is alkene. And the content of it was increased constantly from 0 to 2 d,then waving at certain and high number range.. When storing at refrigerator,the content of alkene is the highest,which was increased constantly during 0 to 3thd,and decreased at the 4thd. There were less alkanes,alcohols and ketones exists in refrigerator litchi storage enviroment The main volatile of litchi stored at controlled atmosphere environment was alkene which occupies more than 80% of the total from 0 to 4thd. There were few alkanes,alcohols and ketones be detected..In addition,there were no alkanes and extra aromatic components(alcohols and ketones)be detected when litchi storing at room temperature,which were exist at refrigerator and controlled atmosphere environment stored litchi. This experimental can provide reference for litchi storage and quality detection according to its volatiles.

litchi;storage environment;volatile;solid phase micro-extraction;gas chromatography-mass spectrometer

2016-04-18

徐賽(1991-)，男，博士研究生，主要從事農情信息采集技術與裝備研究，E-mail：204504658@qq.com。

*通訊作者:陸華忠(1963-)，男，教授，主要從事農產品冷鏈物流技術與裝備研究，E-mail：huazlu@scau.edu.cn。

國家自然科學基金項目(31571561)；現(xiàn)代農業(yè)產業(yè)技術體系建設專項資金項目(CARS-33-13)。

TS207.3

A

1002-0306(2016)20-0000-00

10.13386/j.issn1002-0306.2016.20.000