氣質聯(lián)用與電子鼻對不同包裝貨架期線椒檢測分析

潘冰燕，魯曉翔，*，張　鵬，李江闊，陳紹慧

（1.天津商業(yè)大學生物技術與食品科學學院，天津市食品生物技術重點實驗室，天津300134；2.國家農(nóng)產(chǎn)品保鮮工程技術研究中心，天津市農(nóng)產(chǎn)品采后生理與貯藏保鮮重點實驗室，天津300384）

氣質聯(lián)用與電子鼻對不同包裝貨架期線椒檢測分析

潘冰燕1，魯曉翔1，*，張鵬2，李江闊2，陳紹慧2

（1.天津商業(yè)大學生物技術與食品科學學院，天津市食品生物技術重點實驗室，天津300134；2.國家農(nóng)產(chǎn)品保鮮工程技術研究中心，天津市農(nóng)產(chǎn)品采后生理與貯藏保鮮重點實驗室，天津300384）

運用HS-SPME-GC-MS和電子鼻2種技術，對10℃貯藏15 d后進行常溫貨架期間線椒的揮發(fā)性物質進行檢測分析，并討論3種不同包裝（無包裝、16 μm PE、20 μm PE）、不同貨架期對揮發(fā)性成分的影響。結果表明：線椒的揮發(fā)性物質主要是由酯類、醛類和醇類物質組成，無包裝組（A組）果實醇類和酯類物質相對含量最高，其次是16 μm PE膜包裝組（B組），20 μm PE膜包裝組（C組）最小，C組醛類物質相對含量最大；A、B、C組的醛類物質隨著貨架期的延長而降低，酯類揮發(fā)性物質則隨著貨架期的延長而增加，C組的保鮮效果最好；電子鼻分析結果顯示，貨架期1 d B、C組區(qū)分效果不理想；隨著貯后貨架時間的延長，不同包裝組間的差異越明顯，電子鼻區(qū)分效果也越好。電子鼻可以對不同貨架期、不同包裝厚度的線椒較好的判別區(qū)分，線椒揮發(fā)性成分受包裝膜厚度以及時間長短的影響很大，LDA方法優(yōu)于PCA方法。因此，電子鼻對線椒整體氣味特征進行判別具有可行性。

線椒，GC-MS，電子鼻，包裝，貨架期

辣椒屬于茄科辣椒屬植物，富含各種營養(yǎng)物質，是我國普遍種植且消費量較大的蔬菜之一。由于辣椒原產(chǎn)熱帶，含水量高，在低溫下貯藏容易發(fā)生冷害［1-2］，CO2濃度過高還會影響其品質［3］，包裝材料或者厚度直接影響CO2濃度［4］。辣椒自身有獨特的氣味，不同的成熟度散發(fā)的香氣有差異性，氣味是評價辣椒貨架期品質的重要指標。

目前測定樣品揮發(fā)性物質主要是通過氣相色譜-質譜聯(lián)用技術（gas chromatography mass spectrometry，GC-MS）來實現(xiàn)的，在進行水果揮發(fā)性物質測定前，需要進行前處理，而頂空固相微萃?。╤eadspace solid phase micro extraction，HS-SPME）是一種集采樣、萃取、濃縮、進樣于一體的樣品前處理技術，并具有操作簡單、無需萃取溶劑、重現(xiàn)性好等優(yōu)點，現(xiàn)已在果蔬揮發(fā)性物質分析中得到廣泛應用［5-6］。電子鼻是由傳感器陣列和自動化模式識別系統(tǒng)所組成，是一種新穎的分析、識別和檢測復雜氣味和大多數(shù)揮發(fā)性成分的儀器。在食品生產(chǎn)中，被廣泛用于果蔬香氣檢測［7-8］。然而采用電子鼻檢測辣椒風味的相關報道甚少，有利用GC-MS對發(fā)酵辣椒、干辣椒香氣成分的研究［9-10］，但利用電子鼻結合GC-MS分析辣椒鮮果揮發(fā)性物質的報道未曾見到。本研究采用頂空固相微萃取提取揮發(fā)性物質，利用氣質聯(lián)用進行分析，結合電子鼻檢測技術，探討貯后貨架期不同厚度PE袋包裝的線椒揮發(fā)性風味化合物構成及風味品質的變化特征，全面把握其風味差異性，有利于全面評價線椒品質，并為辣椒物流過程中品質控制提供更多依據(jù)。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

線椒采于北京平谷蔬菜基地，當天采收后直接運回實驗室，置于10℃冷庫預冷12 h，然后分別用16、20 μm的PE袋進行分裝，每袋1.5斤左右，扎袋貯藏（RH90%）15 d后拿出置于常溫（18～20℃）進行貨架實驗。共有3個處理組，A組：線椒采后用16 μm PE袋分裝，然后置于10℃冷庫貯藏，15 d后拿出來敞開袋子；B組：線椒采后用16 μm PE袋分裝，然后置于10℃冷庫貯藏，15 d后拿出來置于常溫封口存放；C組：線椒采后用20 μm PE袋分裝，然后置于10℃冷庫貯藏，15 d后拿出來置于常溫封口存放。對常溫貨架期1、6 d的樣品進行電子鼻測定以及氣相色譜-質譜聯(lián)用分析；NaCl天津市風船化學試劑科技有限公司，分析純。

50/30 μm CAR/DVB/PDMS、100 μm PDMS灰色萃取頭和固相微萃取手動手柄美國Supleco公司制造；Trace DSQ MS氣相色譜質譜聯(lián)用儀美國Finnigan公司制造；PC-420D數(shù)字型磁力加熱攪拌裝置美國Corning公司；PEN3電子鼻德國Airsense公司。

1.2實驗方法

1.2.1線椒香氣成分的固相微萃取將線椒鮮果清洗、破碎、榨汁后，以8000 r/s的速度離心15 min，4層紗布過濾，取汁液8 mL置于帶有磁力攪拌子的15 mL頂空瓶中，在60℃水浴15 min，加入2.5 g NaCl，加蓋封口后將萃取頭插入樣品頂空瓶，于60℃吸附30 min，磁力攪拌子轉速為650 r/min。吸附后將萃取頭取出插入氣相色譜進樣口，于250℃解吸5 min，同時啟動儀器采集數(shù)據(jù)。每個處理重復2次。

1.2.2線椒香氣的GC-MS分析

1.2.2.1氣相色譜條件HP-INNOWAX色譜柱（30 m× 250 μm×0.25 μm）；程序升溫：40℃保留3 min，然后以5℃/min升至150℃，再以10℃/min升至220℃，保留10 min。傳輸線溫度設為250℃。載氣為He，流速為1 mL/min，不分流。

1.2.2.2質譜條件連接桿溫度280℃，電離方式為EI，離子源溫度200℃，掃描范圍45～600 amu。

1.2.3電子鼻檢測稱量40 g左右的線椒鮮果放置于1000 mL燒杯，然后用PE保鮮膜封口，在常溫下平衡5 min后用PEN3電子鼻測定其揮發(fā)性物質。電子鼻的設置參數(shù)為：樣品測定間隔時間：1 s；樣品準備時間：5 s；樣品測試時間：50 s；測量計數(shù)：1 s；清洗時間：200 s；自動調零時間：10 s；自動稀釋：0；內(nèi)部流量：100 mL/min；進樣流量：100 mL/min。為了保證實驗數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和精確度，選取測定過程中第41～43 s的數(shù)據(jù)用于后續(xù)分析。每次測量前后，傳感器都要進行清洗和標準化以消除漂移現(xiàn)象。統(tǒng)計分析10個不同選擇性傳感器的G/G0值；按照上述方法，每個處理重復測定7次。

1.3數(shù)據(jù)處理

GC-MS分析通過檢索NIST/WILEY標準譜庫，并結合文獻的標準譜圖［11-12］，進行定性分析，并用峰面積歸一法測算各化學成分的相對含量；電子鼻Winmuster分析軟件對采集到數(shù)據(jù)進行分析，采用主成分分析法（PCA）、線性判別式分析法（LDA）。

2　結果與分析

2.1GC-MS對線椒貯后貨架不同厚度PE袋包裝揮發(fā)性成分分析

采用頂空固相微萃取法對線椒采后貨架的A組、B組、C組中1、6 d的樣品進行提取，提取出的揮發(fā)性物質的總離子流圖分別見圖1～圖3。由離子圖可以看出不同貨架期、不同包裝的線椒揮發(fā)性成分相對含量有所不同。

經(jīng)儀器所配制的標準譜庫進行檢索，組分的相對含量經(jīng)系統(tǒng)按照峰面積歸一化法計算得出。共提取出7類26～34種揮發(fā)性物質，其中醇類7～12種，酯類3～7種，醛類2～4種，烴類3～9種，酸類2～6種，酮類1～3種，其他類1～4種，具體的物質種類見表1，各類揮發(fā)性物質相對含量見表2。

對不同包裝的線椒貯后貨架期揮發(fā)物質的相對含量進行統(tǒng)計，可以得到各類成分的相對含量變化情況，貯后貨架1、6 d的各類揮發(fā)性物質相對含量見圖4。線椒的揮發(fā)性物質主要由醇類、醛類和酯類組成。由圖4可知，貯后貨架1 d，A組醇類物質相對含量最高，A、B、C組醇類物質的相對含量分別為51.12%、41.96%和38.64%；C組的醛類物質相對含量最高，A、B、C組醛類物質的相對含量分別為30.41%、35.32%、42.61%；B組的酯類物質含量最高，A、B、C組酯類物質的相對含量分別為9.56%、10.29%、5.72%。由貯后貨架6 d，B組的醇類物質最高，A、B、C組醇類物質的相對含量分別為40.47%、43.83%、34.02%；C組的醛類物質相對含量最高，A、B、C組醛類物質的相對含量分別為21.90%、32.36%、41.33%；A組的酯類物質含量最高，A、B、C組酯類物質的相對含量分別為20.38%、10.84%、7.76%。綜合比較貨架期1、6 d的揮發(fā)性物質的相對含量，發(fā)現(xiàn)A組、C組的醇類物質隨著貨架期的延長呈現(xiàn)下降趨勢，B組則上升；A、B、C組的醛類物質隨著貨架期的延長都呈下降趨勢；而A、B、C組的酯類揮發(fā)性物質都隨著貨架期的延長而增加，其中A組的增加趨勢最明顯，烴類物質也有類似的變化趨勢。貯后貨架期間A、B組醇類和酯類物質相對含量要明顯高于C組果實，而醛類物質相對含量小于C組的果實，這些變化與果實內(nèi)部產(chǎn)生的一系列生理生化反應有關。果實的成熟會伴隨香氣物質產(chǎn)生，成熟度、新鮮度等因素會影響香氣物質的種類及含量［13］。在果實以不飽和亞油酸和亞麻酸經(jīng)氧合酶催化合成C6醛及相應的醇，醇和酰基-CoA在醇-?；D移酶（AAT）作用下又可以合成為酯類。隨著果實的衰老，醇脫氫酶（ADH）催化醛類形成相應的醇類，酯類物質則可能發(fā)生水解等反應生成醇類而含量下降［14］。醇類含量的增加，可能與微生物發(fā)酵作用有關，也可能與果實中的部分脂肪酸通過脂氧合酶直接氧化有關。同時，對香味貢獻不大的烷烴類化合物種類相對含量急劇增加，削弱了辣椒的整體良好風味。

圖1　A組線椒香氣成分GC-MS總離子圖Fig.1　Total ion chromatogram of volatile components in line peppers of group A

圖2　B組線椒香氣成分GC-MS總離子圖Fig.2　Total ion chromatogram of volatile components in line peppers of group B

圖3　C組線椒香氣成分GC-MS總離子圖Fig.3　Total ion chromatogram of volatile components in line peppers of group C

表1　貯后貨架1 d和6 d不同包裝線椒揮發(fā)性物質種類的變化Table 1　Changes of volatile substance categories of line peppers at shelf life of 1 d and 6d

表2　貯后貨架1 d和6 d不同包裝線椒揮發(fā)性物質的相對含量（%）Table 2　Volatile substance relative content of Line peppers with different packaging at shelf life of 1 d and 6 d（%）

續(xù)表

貯后貨架1、6 d的主要揮發(fā)性物質為正-3-己烯-1-醇、反-2-己烯-1-醇、正己醇、芳樟醇、水楊酸甲酯、反-2-已烯醛、己醛、（順）-8-甲基-6-壬烯酸、2-甲氧基-3-異丁基-吡嗪。反-2-己烯-1-醇具有未成熟果實的香味［15］；水楊酸甲酯［16］具有類似鹿蹄草的氣味。（順）-8-甲基-6-壬烯酸可能是辣椒中刺激性氣味之一，并且檢測結果中2-甲氧基-3-異丁基-吡嗪、反-2-己烯醛、芳樟醇、已醛是辣椒香氣成分中典型的化合物［17］，這些物質在香氣成分中占據(jù)較大比例，對鮮椒的風味均具有一定的貢獻作用。其他的烷烴類、烯類、酮類和脂肪酸，例如長葉烯、反式石竹烯、紫羅蘭酮等物質在辣椒呈味中起著互補或協(xié)調的作用［18-19］。

對比1、6 d的成分表，6 d貨架期新增的主要風味物質有苯乙醇、反式-橙花叔醇、異戊酸己酯、反式石竹烯、2-甲基十三烷、2-甲基-4-戊烯醛、硬脂烷醛、己酸、2-甲基-3-辛酮等。風味物質種類的增多可能與微生物代謝活動或原料自身反應水解辣椒中的營養(yǎng)物質生成相應雜環(huán)類、醛類、酮類等化合物有關。苯乙醇具有令人愉快的玫瑰的香氣；反式-橙花叔醇［20］具有弱的清甜的橙花氣息，香氣持久；異戊酸己酯具有清甜的果香香氣；2-異丁基-3-甲氧基吡嗪、2-己烯醛、芳樟醇、已醛是辣椒香氣成分中典型的化合物［21］，這些物質在香氣成分中占據(jù)較大比例，對鮮椒的風味均具有一定的貢獻作用。

圖4　貯后貨架線椒揮發(fā)性物質種類相對含量的變化Fig.4　Changes of volatile substance categories relative content of line peppers shale life after storage

2.2PCA方法對線椒貨架期不同包裝的電子鼻分析

PCA是將所提取的傳感器多指標的信息進行數(shù)據(jù)轉換和降維，并對降維后的特征向量進行線性分析，最后在PCA分析的散點圖上顯示主要的兩維散點圖。選取41～43 s區(qū)間的信息進行數(shù)據(jù)分析點，對貯后貨架A、B、C組的樣品進行主成分分析，結果見圖5。圖5中每個橢圓區(qū)域代表同一處理、同一貨架期線椒鮮果揮發(fā)性物質的數(shù)據(jù)采集點。PC1和PC2上面包括了在PCA轉換中得到的第一、第二主成分的貢獻率，貢獻率越高，說明主成分能夠較好反映原來多指標的信息。當總貢獻率高于95%，說明沒有干擾物質的存在［22］。從圖5中可以看出貯后貨架A、B、C組PC1的貢獻率為92.64%，PC2貢獻率為3.97%，總貢獻率為96.61%，總貢獻率高于95%，說明在進行分析時沒有干擾物質的存在，而且PC1和PC2已包含很大的信息量，能反應樣品的整體信息，各樣品的差異主要體現(xiàn)在PC1；除了B組和C組的1 d有部分重疊外，別的組分的不同貨架期的樣品均分布于各自獨立的區(qū)域，說明B組和C組在貨架期1 d的揮發(fā)性成分相似，主成分分析方法適用于線椒貨架期不同包裝的揮發(fā)性成分分析；貨架期1 d的不同包裝PC1都高于貨架期6 d的線椒樣品，說明電子鼻能夠區(qū)分不同貨架期線椒的揮發(fā)性物質；第6 d貨架A、B、C三組的PC2成分差異性高于第1 d貨架的樣品，說明隨著貨架期的延長，三組的揮發(fā)性物質差異性更明顯。由此看來，利用電子鼻結合主成分分析對貯后貨架不同包裝、不同貨架期的線椒揮發(fā)性物質測定是可行的。

2.3LDA方法對線椒貨架期不同包裝的電子鼻分析

LDA注重所采集的揮發(fā)性氣體的響應值在空間中的分布狀態(tài)以及彼此之間的距離。選取揮發(fā)性氣體平緩的時間段（41～43 s）進行線性判別分析，可以得到線椒鮮果貯后常溫貨架的A、B、C組的LDA分析結果見圖6，由圖6可知LD1貢獻率為88.89%，LD2貢獻率為7.90%，貢獻率總和為96.79%，基本能夠代表樣品的主要信息。由圖6可看出，A、B、C三組在貨架期1 d的LD1都在虛線的左側，6 d的樣品則在虛線的右側，即A、B、C三組在貨架期1 d的LD1貢獻率均高于貨架期6 d的，說明電子鼻能夠區(qū)分線椒不同貨架期的香氣物質。圖6中每個區(qū)域都能完全分開，說明電子鼻可以區(qū)分不同包裝膜的線椒揮發(fā)性物質。而且第6 d貨架A、B、C三組的區(qū)域距離遠大于第1 d貨架的三組之間的距離，說明隨著貨架期的延長，3種包裝的揮發(fā)性成分差異更明顯。胡青霞等［23］研究指出，包裝膜的厚度不一樣，透氣性不一致，16、20 μm PE膜可以適當積累CO2，適宜的CO2濃度能夠抑制果實葉綠素的分解以及色素的形成［24］，緩解果實的衰老，但過高的濃度也會導致果實的腐爛。

圖5　貯后貨架3個處理組的主成分分析Fig.5　Principal component analysis of three treatment groups at shale life after storage

3　結論

本文利用HS-SPME-GC-MS分析技術研究了不同包裝的線椒的揮發(fā)性芳香物質種類以及含量特點，得出其揮發(fā)性物質主要是由醇類、酯類、醛類物質組成，且揮發(fā)性物質組成及含量會隨著貨架期而發(fā)生變化，貯后貨架期間A、B組醇類和酯類物質相對含量要明顯高于C組果實，而醛類物質相對含量小于C組的果實。A、B、C組的醛類物質隨著貨架期的延長而降低，酯類揮發(fā)性物質則隨著貨架期的延長而增加。為研究線椒貨架期包裝的選擇提供了依據(jù)，同時也為線椒貨架期良好風味的控制提供了理論基礎。

不同厚度包裝、不同貨架期線椒的揮發(fā)性化合物存在差異，利用電子鼻快速無損判別不同包裝不同貨架期的線椒成為可能。LDA方法可以完全區(qū)分開A、B、C組1、6 d的線椒揮發(fā)性物質，而利用PCA方法不能完全區(qū)分B、C組貨架1 d的線椒，因此，電子鼻可以對相同貨架期下不同包裝厚度的線椒較好的判別區(qū)分，揮發(fā)性成分受包裝膜厚度和時間長短的影響很大，LDA方法優(yōu)于PCA方法。PEN3電子鼻具有性能各異的10個傳感器，本研究只是探討10個傳感器對線椒香氣的整體貢獻率，雖然得到較好地區(qū)分，但是后續(xù)可以將電子鼻的性能和氣質的結果結合起來進行分析。

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Detection analysis of line peppers with different packaging at different shelf life by GS-MS and electronic nose

PAN Bing-yan1，LU Xiao-xiang1，*，ZHANG Peng2，LI Jiang-kuo2，CHEN Shao-hui2
（1.Tianjin Key Laboratory of Food Biotechnology，College of Biotechnology and Food Science，Tianjin University of Commerce，Tianjin 300134，China；2.Tianjin Key Laboratory of Postharvest Physiology and Storage of Agricultural Products，National Engineering and Technology Research Center for Preservation of Agricultural Products，Tianjin 300384，China）

Volatile substance of line peppers during room temperature shelf life after storage 15 days at 10℃was detected and analyzed by headspace solid-phase micro extraction combined with gas chromatography mass spectrometry（HS-SPME-GC-MS）and electronic nose.The aim was discussed the effects of volatile components using three kinds of different packaging（no packaging，16 μm PE，20 μm PE）at different shelf life. The results showed that volatile substance of line peppers was mainly composed of esters，ldehydes and alcohols，none packaging group（group A）fruit alcohols and esters relatively highest，20 μm PE film packing group（group C）was lower than 16 μm PE film packing group（group B），group C had the maximum relative content of aldehydes.Aldehydes reduced and esters increased of group A，B，C with extended shelf life，group C（20 μm PE packaging）had the best preservation.Electronic nose analysis showed that group B and C distinction was not ideal at shelf life of 1 d，the difference in volatile substance was more distinguished between groups in different packaging by electronic nose detection with extended shelf life.Electronic nose could be used for judgment distinguish of line peppers at different shelf life and different packaging thickness，volatile components of line peppers were affected by packaging film thickness and the length of time a lot.Therefore，discriminate of line peppers different packaging at different shelf life was feasible by electronic nose．

line pepper；GC-MS；electronic nose；packaging；shelf life

TS205.9

A

1002-0306（2015）16-0348-07

10.13386/j.issn1002-0306.2015.16.062

2014－01－04

潘冰燕（1990-），女，在讀碩士研究生，研究方向：農(nóng)產(chǎn)品加工與貯藏，E-mail：pby_0816@163.com。

魯曉翔（1961-），女，教授，研究方向：農(nóng)產(chǎn)品加工與貯藏，E-mail：lxxiang@tjcu.edu.cn。

國家“十二五”科技支撐計劃（2012BAD38B01）。