GC-IMS技術(shù)監(jiān)測(cè)加速破壞條件下苦杏仁揮發(fā)性物質(zhì)變化研究

林史珍， 杜方敏， 林良靜， 黃子蘊(yùn)， 石家琦， 高向陽，3

（1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)醫(yī)院藥劑科，廣東廣州 510642；2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院廣東省功能食品活性物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州 510642；3.華農(nóng)（潮州）食品研究院有限公司，廣東潮州 521000）

苦杏仁（Semen Armeniacae Amarum）是薔薇科（Rosaceae）植物山杏（Prunus armeniaca L.var.ansu Maxim）、西伯利亞杏（Prunus sibirica L.）、東北杏[Prunus mandshurica（Maxim.）Koehne]或杏（Prunus armeniaca L.）的干燥成熟種子，具有降氣止咳平喘、潤腸通便的功效，是一種傳統(tǒng)中藥[1]。目前判別苦杏仁變質(zhì)與否的方法主要是傳統(tǒng)感官鑒別和理化測(cè)定法，兩者具有主觀性強(qiáng)和操作繁瑣等局限性。其氣味與物質(zhì)基礎(chǔ)直接關(guān)聯(lián)，張麗美等[2]、回瑞華等[3]分析了苦杏仁的揮發(fā)油成分，共鑒定出18種化學(xué)成分；拱健婷[4]采用留樣和加速試驗(yàn)結(jié)合感官、氣味的方法建立了加速破壞的模型。國內(nèi)外學(xué)者雖對(duì)其化學(xué)成分和藥理作用以及苦杏仁中揮發(fā)性脂肪油成分進(jìn)行過研究，但對(duì)苦杏仁在變質(zhì)過程中揮發(fā)性成分變化的研究報(bào)道尚少。

近年來，氣相離子遷移譜（GC-IMS）技術(shù)整合了氣相色譜和離子色譜在分離和檢測(cè)方面的優(yōu)勢(shì)，形成高分離度、高靈敏度、分析高效和操作簡便等優(yōu)點(diǎn)的氣體快檢技術(shù)，逐漸應(yīng)用于食品、化學(xué)領(lǐng)域。其中在植物油分類鑒偽[5，6]、飲料風(fēng)味分析鑒別[7]方面都有較高的可行性。但尚未見其應(yīng)用于中藥材質(zhì)控方面。

本研究采用GC-IMS技術(shù)監(jiān)測(cè)高溫高濕加速破壞條件下苦杏仁中的揮發(fā)性物質(zhì)的變化情況，探究貯存過程苦杏仁揮發(fā)性物質(zhì)的變化規(guī)律，以期建立苦杏仁貯存過程中的質(zhì)量評(píng)價(jià)新方法，現(xiàn)將研究結(jié)果報(bào)道如下。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料 苦杏仁樣品購買于康美藥業(yè)股份有限公司（批號(hào)為180601391）。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器 1H1-00105 FlavourSpec?風(fēng)味分析儀為德國海能儀器公司產(chǎn)品；FUSE 15A種子老化箱為浙江托普儀器有限公司產(chǎn)品；SMZ-T4連續(xù)變倍體視顯微鏡為重慶奧特光學(xué)儀器有限公司產(chǎn)品。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 樣品前處理 將苦杏仁樣品在溫度35℃、濕度80%分別放置3、4 d，每個(gè)樣品做2個(gè)平行。每個(gè)平行樣品分別準(zhǔn)確稱取2 g（精確到0.01 g），置于20 mL頂空進(jìn)樣瓶中，80℃孵育15 min，進(jìn)樣。

1.3.2 GC-IMS條件 系統(tǒng)條件：色譜柱FS-SE-54-CB-1 15 m ID：0.53 mm，柱溫60℃，載氣/漂移氣為氧氣，IMS溫度45℃，孵育時(shí)間15 min，孵育溫度80℃，進(jìn)樣針溫度85℃，孵化轉(zhuǎn)速500 r/min，進(jìn)樣量500 μL。氣相色譜條件：E1（漂移氣流速）150 mL/min，E2（氣象載氣流速）0～2 min 2 mL/min，15 min 20 mL/min，20 min 100 mL/min，25 min 120 mL/min。

1.4 數(shù)據(jù)處理 通過儀器自帶軟件Reporter插件、Gallery Plot插件、動(dòng)態(tài)主成分分析PCA、GC×IMS Library Search等進(jìn)行分析。

2 結(jié)果

2.1 主成分分析 選取未處理的和高溫高濕條件下放置3、4 d的苦杏仁樣品所有揮發(fā)性化合物的信號(hào)峰進(jìn)行PCA分析，以檢測(cè)樣品間揮發(fā)性物質(zhì)是否有顯著性差異，結(jié)果如圖1所示。

圖1 不同放置時(shí)間苦杏仁揮發(fā)性物質(zhì)的PCA分析Figure 1 PCA analysis of volatile components from Semen Armeniacae Amarum at different storage time

從圖1的PCA分析中可看出平行樣品兩兩聚到一起，且不同樣品完全區(qū)分開，說明實(shí)驗(yàn)平行效果良好。3個(gè)樣品在揮發(fā)性有機(jī)物組成上呈現(xiàn)出差異性，其中未處理和高溫高濕條件下放置3 d的苦杏仁樣品距離較為靠近，它們均與高溫高濕下放置4 d的苦杏仁樣品相距較遠(yuǎn)，說明高溫高濕下放置4 d的苦杏仁樣品與未處理樣品、高溫高濕條件下放置3 d的樣品揮發(fā)性物質(zhì)組成上差異較大。

2.2 不同處理?xiàng)l件下苦杏仁揮發(fā)性物質(zhì)指紋圖譜 利用FlavourSpec?系統(tǒng)自帶的LAV軟件內(nèi)置的Gallery Plot插件框選所有揮發(fā)性物質(zhì)信號(hào)峰，形成各樣品指紋圖譜進(jìn)行對(duì)比。如圖2所示（圖中每一行代表一個(gè)樣品中選取的全部信號(hào)峰圖，每一列代表同一揮發(fā)性物質(zhì)在不同樣品中的信號(hào)峰）。

圖2 不同放置時(shí)間苦杏仁揮發(fā)性物質(zhì)指紋圖譜比較Figure 2 Comparison of volatile components fingerprints of Semen Armeniacae Amarum at different storage time

指紋譜圖中從上到下依次是未處理樣品、高溫高濕條件下放置3、4 d的苦杏仁樣品，每個(gè)樣品2個(gè)平行，顏色越深說明該揮發(fā)性物質(zhì)含量越高。由圖2可以明顯看出高溫高濕下放置4 d的苦杏仁樣品較未處理和處理3 d的苦杏仁樣品的揮發(fā)性物質(zhì)顯著減少。不同放置時(shí)間的樣品都含有其特有的揮發(fā)性化合物，樣品組間呈現(xiàn)出差異性。根據(jù)各樣品的揮發(fā)性物質(zhì)種類和濃度進(jìn)行相似度分析，結(jié)果見表1。組內(nèi)相似度都高于85%，高溫高濕下放置3 d與未處理的樣品相似度為67%，放置4 d與未處理的樣品相似度降為45%，由此可見高溫高濕下隨著放置時(shí)間的延長，樣品的揮發(fā)性物質(zhì)差異逐漸增大。

表1 不同放置時(shí)間苦杏仁揮發(fā)性物質(zhì)相似度分析Table 1 Analysis of similarity of volatile components inSemen Armeniacae Amarum at different storage time （p/%）

2.3 苦杏仁揮發(fā)性物質(zhì)分類 根據(jù)上述對(duì)苦杏仁揮發(fā)性物質(zhì)指紋圖譜及其相似度的分析，應(yīng)用FlavourSpec?中GC-IMS Library Search軟件內(nèi)置的NIST和IMS數(shù)據(jù)庫對(duì)苦杏仁的揮發(fā)性物質(zhì)進(jìn)行定性并對(duì)鑒定出的物質(zhì)按類別進(jìn)行歸類，結(jié)果見表2。

從表2可以看出，在高溫高濕條件下，隨著放置時(shí)間的延長，苦杏仁樣品中酯類物質(zhì)中乳酸乙酯、戊酸乙酯、己酸甲酯、乙酸丁酯呈現(xiàn)先上升后下降趨勢(shì)，其他酯類物質(zhì)含量，如具有水果香味的乙酸乙酯和乙酸丙酯、乙酸甲酯、乙酸丁酯、γ-丁內(nèi)酯均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，其中乙酸乙酯含量減少了78%，乙酸丙酯減少了98%，這也解釋了苦杏仁存放過程中出現(xiàn)的“走油”現(xiàn)象。醇類物質(zhì)中2-甲基丙醇呈現(xiàn)微下降而后又上升的趨勢(shì)外，其他醇類物質(zhì)如乙醇、丙醇、丁醇、戊醇、己醇等含量均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，其中2-甲基丙醇含量增加了5.9倍，異丁醇含量增加了2.8倍。醇類化合物一般來自碳水化合物、氨基酸和脂肪的代謝作用[8，9]，由此可見醇類物質(zhì)含量上升與酯類物質(zhì)含量下降存在一定相關(guān)性。酮類一般會(huì)產(chǎn)生醚味、焦香味[10，11]，從苦杏仁中檢出的2-丁酮、丙酮和3-辛酮三種酮類物質(zhì)其含量均呈現(xiàn)明顯的增加趨勢(shì)，其中2-己酮含量增加了2.3倍，丙酮含量增加了7.2倍。丙酮和2-己酮對(duì)呼吸道黏膜有較強(qiáng)刺激性[12]。酸類中丁酸和正戊酸分別下降了71%、91%，揮發(fā)性酸的氣味閾值較高，對(duì)苦杏仁整體呈味影響不大。烴類物質(zhì)如檸檬烯含量減少了12%，烴類物質(zhì)一般被認(rèn)為不具氣味活性[13]，對(duì)苦杏仁整體呈味影響不大。含氮類物質(zhì)2，3，5-三甲基吡嗪含量整體呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，其中高溫高濕下放置4 d的苦杏仁樣品中含量比未處理樣品增加了2倍。醛類物質(zhì)是脂質(zhì)氧化的降解產(chǎn)物[14，15]，整體變化沒有明顯的規(guī)律性，其中具有苦杏仁氣味的苯甲醛含量一直很高，己醛和具有腥味的庚醛[16]物質(zhì)含量逐漸增加，其中庚醛含量增加了1.5倍，具有苦杏仁氣味的糠醛物質(zhì)含量減少了91%。在第5天時(shí)樣品表面特征發(fā)生明顯變化，鏡檢出現(xiàn)白色菌絲，褐變加重，故不再跟蹤監(jiān)測(cè)。

表2 苦杏仁揮發(fā)性物質(zhì)歸類Table 2 Classification of volatile components in Semen Armeniacae Amarum

3 討論

由上述研究結(jié)果可知，高溫高濕條件下，隨著放置時(shí)間的延長，苦杏仁樣品的揮發(fā)性物質(zhì)發(fā)生明顯變化，其中醇類、酮類物質(zhì)含量整體呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢(shì)，而酸類、酯類、烴類物質(zhì)含量呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢(shì)。類似苦杏仁味道的糠醛含量減少了91%，水果香味的乙酸乙酯含量減少了78%，乙酸丙酯含量減少了98%，放置4 d的苦杏仁樣品中酮類物質(zhì)丙酮、2-己酮含量較未處理的苦杏仁樣品分別增加了7.2倍和2.3倍。由此可見，苦杏仁在貯存過程中其類似苦杏仁的令人愉快的氣味會(huì)逐漸散去，甚至?xí)a(chǎn)生一些不良及對(duì)人體有害的揮發(fā)性物質(zhì)，影響其品質(zhì)。從以上結(jié)果還可以看出，丙酮和2-己酮等物質(zhì)含量迅速上升，即伴隨苦杏仁的褐變加重和霉變現(xiàn)象而上升，但其變化機(jī)理還需進(jìn)一步探究。

本實(shí)驗(yàn)所采用的氣相色譜—離子遷移譜聯(lián)用技術(shù)較傳統(tǒng)的感官鑒別和理化測(cè)定法具有快速高效且數(shù)據(jù)量化和操作簡便等優(yōu)點(diǎn)。本研究建立了GC-IMS技術(shù)對(duì)苦杏仁品質(zhì)變化揮發(fā)性成分的分析測(cè)試方法，可有效探究高溫高濕條件下苦杏仁揮發(fā)性物質(zhì)的變化規(guī)律，是一種苦杏仁品質(zhì)評(píng)價(jià)快速高效的新方法。今后應(yīng)進(jìn)一步擴(kuò)大樣本量，構(gòu)建苦杏仁在貯存過程中的揮發(fā)性物質(zhì)變化的數(shù)學(xué)模型，推進(jìn)苦杏仁貯藏過程品質(zhì)質(zhì)量控制檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展。