熱激處理后低溫貯藏下香蕉果實的揮發(fā)物成分分析

王海波，鄧寶仲，吳榕榕，沈玲兒，郭嘉怡，任芳

（1.廣東食品藥品職業(yè)學(xué)院食品學(xué)院，廣東廣州510520；2.山東海能科學(xué)儀器有限公司，山東德州251500）

香蕉果實揮發(fā)性物質(zhì)最常用的分析方法是先用頂空固相微萃取技術(shù)（solid-phase microextrations，SPME）提取香蕉果實的揮發(fā)性物質(zhì)，再經(jīng)氣相色譜－質(zhì)譜聯(lián)用 （gas chromatography-mass spectrometer，GCMS）進行分析鑒定。例如，申建梅等[1]采用SPME和GC-MS技術(shù)對成熟和未熟香蕉果實的揮發(fā)性物質(zhì)進行分析對比，在成熟香蕉中檢測出30種氣味揮發(fā)性物質(zhì)，而未熟香蕉中只檢測出17種氣味物質(zhì)，兩種香蕉果實的揮發(fā)性物質(zhì)在種類和含量上均存在明顯差異。朱虹等[2]利用SPME和GC-MS方法分析了香蕉果實在綠熟、黃熟和過熟3個階段的香氣成分，發(fā)現(xiàn)這3個不同階段的香蕉果實在香氣成分的種類和相對含量均具有明顯差異。陶晨等[3]利用SPME和GC-MS方法從黃熟香蕉果實中鑒定出39種香氣成分，酯類最多，占比高達66.99%，其中異戊酸2-甲基丁酯、丁酸異戊酯和丁酸己酯為主要成分。李映暉等[4]利用SPME和GC-MS方法對香蕉和粉蕉果實的揮發(fā)物進行分析，檢測到香蕉巴西中含有32種揮發(fā)性物質(zhì)，粉蕉廣粉1號含有25種揮發(fā)性物質(zhì)，揮發(fā)物成分均以酯類為主，其次為醛類。但是GC-MS技術(shù)存在靈敏度不太高，而且檢測過程耗時較長等缺點，所以，人們一直在探索一種靈敏度更高和更快速的檢測方法。近年來，氣相離子遷移譜（gas chromatography-ion mobility spectrometry，GC-IMS）技術(shù)逐步受到人們的重視，GC-IMS克服了GC-MS技術(shù)檢測耗時長的缺點，離子遷移譜通過遷移時間使氣相色譜分離后得到的化學(xué)信息更加豐富和清晰[5-6]。GC-IMS具有靈敏、快速、無需前處理等優(yōu)點，在食品摻假鑒別[7-10]、食品風(fēng)味分析[11-15]中已得到廣泛應(yīng)用。GC-IMS技術(shù)在果蔬采后保鮮領(lǐng)域也開始得到應(yīng)用。例如，李亞會等[16]采用GC-IMS技術(shù)分析了25、4℃、保鮮劑[1-甲基環(huán)丙烯（1-methylcyclopropene，1-MCP）、硝普鈉（sodium nitroprusside，SNP）]等不同貯藏條件下番荔枝的揮發(fā)性物質(zhì)變化，來篩選番荔枝的最佳保鮮方法。朱麗娜等[17]利用GC-IMS分析了CO2積累型氣調(diào)包裝與聚對苯二甲酸乙二醇酯（polyethylene terephthalate，PET）盒透氣包裝輪南白杏果實在冷藏中的采后風(fēng)味物質(zhì)種類和含量的變化，以探尋輪南白杏果實的保鮮方法。

熱激是一種增強采后果實抗冷性的有效方法[18]。本課題組前期研究表明，香蕉果實在52℃熱水中浸泡3 min能有效增強香蕉果實的抗冷性[19-21]，但是其機理尚未明確。研究熱激處理后低溫貯藏中香蕉果實揮發(fā)性物質(zhì)的變化，有利于探究熱處理提高香蕉果實抗冷性的機理。本研究的香蕉果實為綠熟香蕉，而前人對綠熟香蕉的揮發(fā)物研究很少，綠熟香蕉果實的揮發(fā)物是否參與了熱激處理誘導(dǎo)香蕉果實產(chǎn)生的抗冷性過程中，目前未見報道。本文采用GC-IMS技術(shù)分析了低溫貯藏與熱激處理后低溫貯藏下的香蕉果實揮發(fā)物的差異，為進一步探討熱激處理誘導(dǎo)香蕉產(chǎn)生抗冷性的機理提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

香蕉果實：香蕉品種為‘巴西’（Musa spp.AAA Group cv.Cavendish），采自廣州市番禺區(qū)香蕉園。挑選飽滿度約7成～8成的綠熟香蕉，運回實驗室。預(yù)處理：挑選大小均勻、無病蟲害和無機械損傷的單個香蕉，用0.1%漂白粉浸泡5 min，晾干備用。

1.2 儀器與設(shè)備

FlavourSpec氣相離子遷移譜聯(lián)用儀：德國G.A.S.公司；SPX-250C恒溫培養(yǎng)箱：上海博迅實業(yè)有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 試驗處理

對照處理：將預(yù)處理后晾干備用的香蕉果實置于20℃恒溫箱中貯藏。低溫處理：預(yù)處理后晾干備用的香蕉果實在7℃恒溫培養(yǎng)箱中貯藏8 d，貯藏4 h時（7℃4 h處理組）取一部分香蕉果實用于GC-IMS測定相關(guān)指標，其余香蕉果實繼續(xù)在7℃中貯藏用于冷害指數(shù)測定。熱處理后低溫處理：將預(yù)處理后晾干備用的香蕉果實完全浸入52℃熱水中，時間為3 min，熱水處理過程中溫差控制在0.5℃以內(nèi)。熱水處理后將香蕉果實放入20℃恒溫箱中貯藏3 h（前期研究發(fā)現(xiàn)熱激后的香蕉果實在20℃貯藏3 h再轉(zhuǎn)入冷藏的抗冷效果最好[20]），之后將香蕉果實置于7℃恒溫培養(yǎng)箱中貯藏8 d，貯藏4 h時（H+7℃4 h處理組）取一部分香蕉果實用于GC-IMS測定相關(guān)指標，其余香蕉果實繼續(xù)在7℃中貯藏用于冷害指數(shù)測定。以上每個處理設(shè)3個重復(fù)。

1.3.2 GC-IMS測定方法

取2.0 g香蕉果皮置于20 mL頂空進樣瓶中，45℃孵育10min，經(jīng)頂空進樣后進行測試。進樣體積：200μL；進樣針溫度：55℃。色譜柱類型：FS-SE-54-CB-1；分析時間：20 min；柱溫：40 ℃；載氣/漂移氣：高純氮氣（純度≥99.999%）；IMS探測器溫度：45℃；流速：E1（漂移氣流速）為：150 mL/min，E2（氣相載氣流速）：初始2 mL/min，保持2 min后在8 min內(nèi)增至20 mL/min，接著在10 min內(nèi)增至100 mL/min。

1.3.3 果實冷害指數(shù)的測定

參考Kondo等[22]的方法測定冷害指數(shù)。取10個香蕉果實進行測定，果皮冷害癥狀分為5級，分級標準是：果皮無冷害癥狀為0級；冷害面積占果皮總面積的比例＜25%為1級；冷害面積占果皮總面積的比例＜50%為2級；冷害面積占果皮總面積的比例＜75%為3級；冷害面積占果皮總面積的比例＞75%為4級。

式中：N0～N4分別為相應(yīng)級別冷害的果皮數(shù)；NT為觀察果皮的總數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用G.A.S公司研發(fā)的LAV軟件來繪制揮發(fā)物的離子遷移圖譜和指紋圖譜；采用LAV軟件內(nèi)置的IMS和NIST兩個數(shù)據(jù)庫對揮發(fā)物進行定性分析。利用網(wǎng)站（網(wǎng)址：https：//biit.cs.ut.ee/clustvis/）在線對揮發(fā)物的所有組分進行主成分分析。利用excel制作折線圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對香蕉果皮揮發(fā)物的影響

圖1為低溫處理組（7℃4 h）、熱處理后低溫處理組（H+7℃4 h）和對照處理組的香蕉果皮揮發(fā)性物質(zhì)的組分差異。

從圖1可看出，通過GC-IMS技術(shù)可以很好地分離3個處理中香蕉果實的揮發(fā)性組分。結(jié)果表明，7℃4 h處理組樣品的揮發(fā)物組分含量與對照組、H+7℃4 h處理組均存在較大差異，而H+7℃4 h處理組樣品的揮發(fā)性組分含量與對照差異很小。這說明香蕉果實經(jīng)熱激處理后在7℃冷藏時大部分揮發(fā)物的含量與對照保持一致。與對照組相比，7℃4 h處理組能誘導(dǎo)香蕉果實的揮發(fā)物組分含量發(fā)生較大的變化，這是香蕉果實對低溫刺激的一種應(yīng)激反應(yīng)。而熱激處理后7℃冷藏的香蕉果實的揮發(fā)物組分含量與對照基本一致，說明熱激處理能在一定程度上減弱7℃低溫對香蕉果實產(chǎn)生的應(yīng)激反應(yīng)。

圖1 香蕉果皮中揮發(fā)物的氣相離子遷移譜Fig.1 GC-IMS topographic plots of volatile substances in banana peel

2.2 香蕉果皮揮發(fā)物的定性分析

根據(jù)揮發(fā)性物質(zhì)的氣相色譜保留時間和離子遷移時間對揮發(fā)性組分進行定性分析。通過分析，香蕉果皮共檢測出97種揮發(fā)性物質(zhì)，應(yīng)用軟件內(nèi)置的NIST數(shù)據(jù)庫和IMS數(shù)據(jù)庫對物質(zhì)進行定性分析，確定了29種已知成分（見表1），未知成分68種。

表1 香蕉果皮部分揮發(fā)物的定性結(jié)果Table 1 Qualitative results of some volatile compounds in banana peel

2.3 不同處理香蕉果皮中揮發(fā)物的指紋圖譜對比

為了更加清晰地對比不同樣品之間揮發(fā)物的差異，采用G.A.S.公司研發(fā)的LAV軟件制作指紋圖譜。由于得到的原始結(jié)果圖中的組分太多，難以在一個圖中呈現(xiàn)，故本文將原始圖分成3個部分進行分析，見圖2。

在圖2中的A區(qū)域，7℃4 h處理組明顯降低了丁酸乙酯、己二酮、2，3-丁二酮、甲基丙醛、羥基丙酮、3-甲基丁酸、芳樟醇等19種組分的含量。而H+7℃4 h處理組樣品在A區(qū)域內(nèi)的19種組分含量與對照差異不大。

在圖2中的B區(qū)域，7℃4 h處理組明顯增加了乙醇、三乙胺、2-己醇、戊酮-2，3-二酮、苯乙醛、3-甲基-3-丁烯-1-醇、2-丁酮、3-甲基-2-丁醇等30種組分的含量。而H+7℃4 h處理組樣品在B區(qū)域內(nèi)的30種組分含量與對照差異不大。

在圖2中的C區(qū)域，7℃4 h處理組和H+7℃4 h處理組均明顯增加了2-甲氧基苯酚、二甲基二氧雜環(huán)酮、戊酸乙酯、己酸乙酯、苯甲醛等12種組分的含量。

在圖2中的D區(qū)域，H+7℃4 h處理組明顯增加了1-戊醇、糠醇、4-甲基苯酚、2-戊酮等13種組分的含量。尤其是91號峰為H+7℃4 h處理組所特有，這種物質(zhì)在7℃4 h處理組和對照組中都不存在，其成分需要作進一步定性分析確認。

圖2 香蕉果皮中揮發(fā)物的指紋圖譜Fig.2 The fingerprint of volatile substances in banana peel

圖3 香蕉果皮中揮發(fā)物的主成分分析Fig.3 PC analysis of of volatile substances in banana peel

2.4 主成分分析

選取所有特征峰的峰強度作為特征變量，進行主成分分析，結(jié)果如圖3所示，主成分1和主成分2的貢獻率之和高達81.6%，說明這兩個主成分能夠表達原始變量的絕大部分信息。通過主成分分析，發(fā)現(xiàn)7℃4 h處理組的樣品與其他兩個處理組樣品的揮發(fā)物成分差異較大，而H+7℃4 h處理組樣品與對照組樣品的揮發(fā)物成分差異較小，可以歸為一類。

2.5 熱激處理對冷藏香蕉果實冷害指數(shù)的影響

7℃和熱激處理對冷藏香蕉果實冷害指數(shù)的影響見圖4。

從圖4可知，香蕉果實在7℃下貯藏3 d即出現(xiàn)比較明顯的冷害癥狀，而經(jīng)過熱激處理后的香蕉果實在7℃下3 d僅表現(xiàn)出十分輕微的冷害癥狀。在整個冷藏過程中，熱激處理比未經(jīng)熱激處理的香蕉果實冷害指數(shù)都要低，說明熱激處理能明顯減輕香蕉果實的冷害癥狀。

圖4 7℃和熱激處理對冷藏香蕉果實冷害指數(shù)的影響Fig.4 The effect of 7℃and heat shock on the chilling injury index of banana fruit during cold storage.

3 討論與結(jié)論

本文通過GC-IMS法在綠熟香蕉中共檢測出97種揮發(fā)性物質(zhì)，檢出揮發(fā)物種類數(shù)是采用SPME結(jié)合GC-MS技術(shù)檢測出的揮發(fā)物種類數(shù)的3倍多，這說明GC-IMS法檢測靈敏度更高，能更好地反映不同處理的香蕉果實揮發(fā)性物質(zhì)的差異。

香蕉果實在7℃冷藏4 h明顯降低了丁酸乙酯、己二酮、2，3-丁二酮、甲基丙醛、羥基丙酮、3-甲基丁酸、芳樟醇等19種組分的含量，同時明顯增加了乙醇、三乙胺、2-己醇、戊酮-2，3-二酮、苯乙醛、2-丁酮、3-甲基-3-丁烯-1-醇等30種組分的含量。而H+7℃4 h處理組樣品的上述49種組分（詳細見圖2的A區(qū)域和B區(qū)域）含量均與對照差異不大，這說明這些揮發(fā)物成分的變化是香蕉果實受到低溫刺激產(chǎn)生的應(yīng)激反應(yīng)，而先經(jīng)熱激處理再冷藏的香蕉果實則能較好地保持與對照一致，表明熱激處理能在一定程度上減少低溫對香蕉果實的刺激反應(yīng)，可能與冷藏后期熱激處理提高果實的抗冷性有關(guān)。另外，與對照組和7℃4 h處理組相比，香蕉果實經(jīng)熱激處理后在7℃冷藏4 h明顯增加了1-戊醇、糠醇、4-甲基苯酚、2-戊酮等13種組分的含量，尤其是其中的91號峰為熱激處理所特有，根據(jù)熱激處理能有效減輕香蕉果實的冷害癥狀，推測這13種成分含量的迅速增加可能在熱處理誘導(dǎo)香蕉抗冷性中起到重要調(diào)控作用。

本文從綠香蕉果實中鑒定出的29種揮發(fā)性物質(zhì)可以作為前人研究的一個補充，但由于目前IMS數(shù)據(jù)庫不夠完善，剩下68種未知揮發(fā)物，有待后續(xù)進一步分析。后續(xù)試驗將篩選出熱激處理后低溫貯藏中香蕉果實產(chǎn)生的標志性特征揮發(fā)物進行定量分析，從而為探究熱處理誘導(dǎo)香蕉果實產(chǎn)生抗冷性的機理提供依據(jù)。