基于GC-IMS技術(shù)分析食用期香椿揮發(fā)性風味成分差異

關(guān)鍵詞香椿；揮發(fā)性風味成分；食用期；氣相色譜-離子遷移譜

中圖分類號TS207.3文獻標識碼A

文章編號 0517-6611（2025）08-0188-06

doi： 10.3969/j.issn.0517-6611.2025.08.039

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

AbstractTakingMarchTooninesisastheresearchectgaschoatogaphobiltysectrometry（GC-I）wasusedtoaalye thechangsandfeceinolatlavoompoentsofonsinesisifurstags.Tsussowdthatthvolatlfavoots ofTonasinesiseinlytesos，dsodsndreeicatfcsiftagt edibleperiodichrovidetoreticalasisfortheletioofibleatealsoonasinesisndansoprovideaasireo sumption and development of Toona sinensis.

Key wordsToonasinensis；Volatileflavorcomponents；Edibleperiod；Gaschromatography-ionmobiltyspectrometry（GC-IMS）

香椿［Toonasinensis（A.Juss.）Roem.]是楝科香椿屬多年生木本植物，其葉具有藥用和食用作用。香椿在藥用方面具有祛風利濕、止血止痛的功能，可用于痢疾[]?，F(xiàn)代藥理研究表明，香椿具有抗氧化[2-3]、抗菌[4-5]、抗病毒[6-7]、抗腫瘤[8-9] 抗糖尿病[10]、肝保護[1]等生物活性。香椿具有豐富的營養(yǎng)素，如蛋白質(zhì)、脂肪、黃酮、多酚、糖類、無機鹽、粗纖維等[12-13]。香椿食用期較短，主要集中于每年的3—4月份，該季節(jié)下的香椿鮮嫩，常見加雞蛋炒制食用，其獨特的香味使之成為大眾喜愛的時節(jié)性菜肴。研究表明香椿4一10月不同生長期其揮發(fā)性成分差異顯著[14]。而食用期不同階段揮發(fā)性成分目前鮮見相關(guān)報道。

氣相色譜-離子遷移譜（gaschromatography-ionmobilityspectrometry，GC-IMS）技術(shù)是近年來在食品風味研究[15]、中藥揮發(fā)性成分檢測[1和環(huán)境VOCs檢測[17等方面運用較為廣泛的快速分析檢測技術(shù)，該技術(shù)具有快速、無需前處理、高靈敏度等優(yōu)勢，其主要原理是利用揮發(fā)性成分在GC端被分離后進入IMS端并被電離成帶電離子，隨后在離子遷移區(qū)由于受到不同的作用力而被二次分離，從而到達法拉第盤轉(zhuǎn)換成電信號，被檢測器所記錄。該研究以香椿食用期不同生長階段作為研究對象，比較研究香椿在該時期由可食用變?yōu)椴豢墒秤玫膿]發(fā)性成分差異，為食用香椿產(chǎn)品選材提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1試材。香椿于2024年3月采自省桃江縣，根據(jù)香椿葉的特征顏色和長度將其分為出芽期、嫩芽期、變化期、青葉期4個階段，樣品相關(guān)特征信息如表1所示，實物見圖

1。樣品分別密封后于 下保存。

1.1.2試劑與儀器設備。 9 9 . 9 9 9 % 氮氣（中大氣體有限公司）； 頂空瓶（山東海能科學儀器有限公司）；DK-3001A頂空進樣器（中國中興分析儀器新技術(shù)研究所）；GC2030氣相色譜儀（日本Shimadzu公司）；SH-WAX毛細管色譜柱（ ，日本Shimadzu公司）；IMS-S離子遷移譜檢測器（德國G.A.S.公司）。

1.2 試驗方法

1.2.1樣品處理方法。香椿樣品去除木質(zhì)部，切成約 塊狀，精密稱取香椿樣品 置于 頂空進樣瓶中，每個樣品平行測定3組。

1.2.2頂空進樣條件。孵化溫度 ；孵化時間 ；進樣體積 ；取樣針溫度 ，進樣針溫度 。

1.2.3GC 條件。SH-WAX色譜柱（ ），載氣為高純氮氣（純度 ？ 9 9 . 9 9 9 % ）。程序升溫：初始溫度 ，保持 ；以 升至 ，保持 ：以 升至 。色譜運行時間 ；進樣口溫度 ，分流比 1 ： 1 。

1.2.4IMS條件。電離源為氙源（ ；遷移管長度 ：電場強度 ；遷移管溫度 ；漂移氣為高純氮氣（純度 ？ 9 9 . 9 9 9 % ）；正離子模式。

1.3數(shù)據(jù)處理使用VOCal軟件內(nèi)置的GC保留指數(shù)（NIST2020）數(shù)據(jù)庫和IMS遷移時間數(shù)據(jù)庫檢索和比對，對目標物進行定性分析。利用VOCal數(shù)據(jù)處理軟件中的Reporter、

Plugin_variance、GalleryPlot模塊進行圖譜分析，利用Dynam-icPCA模塊進行主成分分析。

注：a.出芽期；b.嫩芽期；c.變化期；d.青葉期。

Note：a.Budding period；b.Tender bud period；c.Change period；d.Green leaf period.

2 結(jié)果與分析

2.1不同階段香椿揮發(fā)性風味成分GC-IMS分析運用VOCal數(shù)據(jù)處理軟件中Reporter模塊對香椿樣品4個階段揮發(fā)性風味成分進行二維圖譜差異比較，從圖2可看出，香椿不同階段均具有多種揮發(fā)性風味成分，并且隨著其生長時間延長，其所含種類數(shù)量也隨之增加。

Fig.2TwodimensionalanalysisofvolatileflavorcomponentsofToona sinensisatdiferent stagesbyGC-IMS

為進一步直觀對比不同階段香椿揮發(fā)性風味成分的差異，選取CYQ樣品譜圖作為參比，其他樣品的譜圖扣減參比，得到不同樣品的差異對比圖，如圖3所示。從差異圖譜（圖3）可看出，香椿不同階段揮發(fā)性風味成分含量存在一定差異，部分共同成分表現(xiàn)出隨生長時間延長含量增加或減少，可對香椿生長過程中物質(zhì)代謝規(guī)律進行進一步的分析，從而揭示其生長與物質(zhì)成分之間的聯(lián)系。

Fig.3Two dimensional diffrencemapof volatileflavorcomponentsofToona sinensisatdifferent stagesanalyzedbyGC-M

2.2不同階段香椿揮發(fā)性風味成分定性分析利用VOCal 軟件中Plugin_variance模塊對樣品圖譜進行疊加組合成香

椿揮發(fā)性風味成分總圖譜，隨后對其定性分析。通過對照NIST2020數(shù)據(jù)庫和IMS數(shù)據(jù)庫，共分析出包括單聚體、二聚體和三聚體在內(nèi)的123個化學物質(zhì)，其中數(shù)量較多的為酯類（26個）醇類（24個）醛類（23個）酮類（15個）和萜烯類（10個），其他類型有呋喃類、酰胺類、烴類和酸類等25個（表2）。

2.3不同階段香椿揮發(fā)性風味成分指紋圖譜分析利用VOCal軟件中GalleryPlot模塊對樣品進行指紋圖譜分析，如圖5所示。從指紋圖譜（圖5）可看出，香椿不同階段所含揮發(fā)性風味成分呈現(xiàn)一定的變化規(guī)律，圖中紅色方框A區(qū)域為各期均有共同成分，其中A1區(qū)域內(nèi)成分1-辛烯-3-醇、乙酸乙酯（二聚體）、乙酸仲丁酯、丙酮、2-丁基呋喃、十一烷（單聚體）表現(xiàn)為隨階段的變化其含量不斷增加，A2區(qū)域內(nèi)成分

Fig.5Fingerprints analysis of volatile flavor components of Toona sinensisat different stages by GC-IMSα -松油烯、3-戊醇（單聚體） 羅勒烯（單聚體）和 β - 羅勒烯（二聚體）表現(xiàn)為含量不斷減少。B區(qū)域內(nèi)成分1-已醛（單聚體、二聚體）、 （ E ） - 2 - 己烯-1-醇、 （ Z ） - 3 - 已烯-1-醇（二聚體）、 （ E ） - 2 - 已烯-1-醛、1-已醇（單聚體、二聚體、三聚體）、正戊醛、3-羥基-2-丁酮（單聚體、二聚體）、2-乙基吡啶、苯甲醚、1-戊醇、2-己烯醛（單聚體、二聚體）、3-甲基-2-戊酮、2-甲基-3-呋喃硫醇、2，3-二氫苯并呋喃、1，1-二乙氧基乙烷、3-甲基-1-丁醇（二聚體）異戊酸甲酯、 （ S ） - （ - ） - 乳酸乙酯和3-甲基丁醛（單聚體）在出芽期沒有，從嫩芽期開始出現(xiàn)且含量逐漸增加。C區(qū)域內(nèi)成分異丁酸異丙酯、2-甲基-2-丙烯醛、 （ E ） - 2 - 戊烯醛、2，3-戊二酮、2-丙基吡嗪、4，5-二氫-3（2H）-噻吩酮、2-呋喃甲醇、2-甲基丁醛（單聚體、二聚體）、 （ E ， E ） - 2 ， 4 - 庚二烯醛（二聚體）苯、 （ E ） - 2 - 己烯醇、2-庚基呋喃、1-戊烯-3-醇、3-甲基丁醛（二聚體）、十一烷（二聚體）、二硫化烯丙基（二聚體）和乳酸乙酯多集中于香椿青葉期。D區(qū)域內(nèi)成分 （ E ） - 3 - 己烯-1-醇、3-甲基丁酸丁酯、1，4-二甲基苯、 （ Z ） - 4 - 庚烯醛、甲酸乙酯（單聚體、二聚體） 黃柏烯、乙酸甲酯、 （ Z ） - 2 - 甲基戊-2-烯醛、1-丙醇、 （ E ） - 2 - 己烯酸乙酯（單聚體、二聚體）、丁酸乙酯、 -芳樟醇、丙酸乙酯（單聚體、二聚體）、 （ Z ） - 3 - 己烯-1-醇丁酸酯、5-甲基-2-呋喃甲醇、2-丙醇、 （ E ， E ） - 2 ， 4 - 己二烯醛和四氫呋喃（單聚體、二聚體）多集中于香椿嫩芽期；其中 -芳樟醇、丙酸乙酯（單聚體、二聚體）、 （ Z ） - 3 - 己烯 醇丁酸酯、5-甲基-2-呋喃甲醇、2-丙醇、 （ E ， E ） - 2 ， 4 - 己二烯醛和四氫呋喃（單聚體、二聚體）僅在嫩芽期出現(xiàn)。通過不同階段香椿揮發(fā)性風味成分指紋圖譜分析，發(fā)現(xiàn)香椿不同階段揮發(fā)性風味成分差異明顯，可為其最佳食用時期提供理論依據(jù)。

2.4不同階段香椿揮發(fā)性風味成分PCA分析與聚類分析以DynamicPCA模塊對不同階段香椿揮發(fā)性風味成分進行動態(tài)主成分分析，結(jié)果如圖6所示。從圖6可以看出，

PC1和PC2累計方差貢獻率為 7 9 % ，能反映香椿不同階段的特征。不同階段香椿均存在一定的距離，說明揮發(fā)性風味成分隨香椿的生長不斷變化。作為2個中間階段的NYQ和BHQ距離較小，而CYQ與NYQ、BHQ與QYQ距離均較大，表示香椿生長過程中部分揮發(fā)性風味成分存在一定范圍的突變；結(jié)合指紋圖譜分析，發(fā)現(xiàn)這種變化一是成分含量的持續(xù)增加或減少，二是先增加后減少的過程

通過歐式距離聚類分析香椿食用期不同階段揮發(fā)性風味成分最鄰近程度，結(jié)果如圖7所示。從圖7可以看出，CYQ與NYQ、BHQ、QYQ均存在差異，其中CYQ與QYQ 彼此間差異最大；NYQ與BHQ最相近，與CYQ和QYQ差異較大。以上結(jié)果表明香椿從出芽期到青葉期揮發(fā)性風味成分發(fā)生了較大的變化，這與PCA分析結(jié)果一致。

Fig.7Cluster analysis of volatile flavor components of Toona sinensis at different stages

3結(jié)論

該研究通過氣相色譜-離子遷移譜（GC-IMS）分析香椿食用期4個階段的揮發(fā)性風味成分，結(jié)果表明香椿揮發(fā)性風味成分以酯類、醇類、醛類、酮類和萜烯類為主，各階段間差異明顯。另外 （ R / S ） - 芳樟醇、丙酸乙酯（單聚體、二聚體）、（ Z ） - 3 - 己烯-1-醇丁酸酯、5-甲基-2-呋喃甲醇、2-丙醇、（ E ， E ） - 2 ， 4 ？ -己二烯醛和四氫呋喃（單聚體、二聚體）僅在香椿的嫩芽期出現(xiàn)，這與該階段具有的果香味、淡甜味、綠葉味和刺鼻感有關(guān)，同時也證明了該階段作為食用時所具備的特殊風味。通過香椿食用期4個不同階段差異分析，為香椿食用選材提供了理論依據(jù)，同時可為香椿產(chǎn)品開發(fā)提供指導。

參考文獻

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