不同產(chǎn)地秀麗白蝦干風(fēng)味物質(zhì)GC-IMS指紋圖譜分析

崔保威，歐陽遠鑫，馬楊柳，韓宇鵬，邱岳，高岳

蘇州農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院（蘇州 215008）

秀麗白蝦，俗稱“白蝦”，隸屬于甲殼綱、十足目、長臂蝦科、白蝦屬，是我國淡水湖泊中的重要經(jīng)濟種類[1]。江蘇太湖秀麗白蝦因其殼薄味美、營養(yǎng)豐富、產(chǎn)量高而與太湖銀魚和太湖白魚共稱為“太湖三白”[2]，安徽巢湖秀麗白蝦與銀魚、河蟹并稱為“巢湖三鮮”[3]，內(nèi)蒙古呼倫湖秀麗白蝦具有生長快、食性廣、繁殖力強、營養(yǎng)價值高等特點，是呼倫湖唯一的經(jīng)濟蝦類[4]。秀麗白蝦蝦體晶瑩通透、蝦肉鮮嫩，營養(yǎng)豐富，蛋白質(zhì)含量高達81.01%，但由于受到自身內(nèi)源酶、貯藏環(huán)境、微生物等影響，極易腐敗變質(zhì)，秀麗白蝦的加工及儲藏顯得尤為重要[5]。白蝦干因存儲方便、營養(yǎng)豐富、風(fēng)味獨特等特點深受國內(nèi)外消費者喜愛，也是秀麗白蝦加工的主要產(chǎn)品形式之一。目前關(guān)于秀麗白蝦的研究多集中于種質(zhì)資源[6-7]、生物免疫[8-9]、營養(yǎng)分析與評價[3-4]等方面，而在產(chǎn)品加工、品質(zhì)檢測及風(fēng)味分析等領(lǐng)域少有研究。

氣相-離子遷移譜法（GC-IMS）結(jié)合了氣相色譜的高分離性能以及離子遷移譜的高靈敏度，可用于分析樣品中揮發(fā)性化合物[10-11]。近年來該技術(shù)受到越來越多的關(guān)注，基于GC-IMS技術(shù)構(gòu)建檢測樣品的特征指紋圖譜，可準確快速地對樣品中的揮發(fā)性組分進行定性分析[12-14]。目前該技術(shù)在酒類[15]、果蔬[16]、肉制品[17]、乳制品[18]、香精香料[19]等諸多食品行業(yè)均有廣泛的應(yīng)用，但將GC-IMS應(yīng)用于白蝦干風(fēng)味研究還未見報道。

研究選取不同產(chǎn)地秀麗白蝦干，利用GC-IMS技術(shù)對白蝦干的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進行分析，通過構(gòu)建指紋圖譜以及聚類分析，探究不同產(chǎn)地秀麗白蝦干揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的差異及關(guān)聯(lián)，以期為秀麗白蝦干產(chǎn)品的高質(zhì)化加工利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

江蘇太湖白蝦，購自蘇州市吳中區(qū)太湖水產(chǎn)品市場；安徽巢湖白蝦，購自安徽巢湖少年漁夫經(jīng)營部；內(nèi)蒙古呼倫湖白蝦，購自滿洲里雙湖食品有限公司。

FlavourSpec?氣相離子遷移譜（德國G.A.S公司），配備CTC CombiPAL頂空自動進樣器（瑞士 CTC Analytics AG公司）；FS-SE-54-CB-1色譜柱（非極性，15 m ID：0.53 mm，德國 CS-Chromatographie Service GmbH）；氚電離源（活度300 MBq）。

1.2 試驗方法

樣品處理：將白蝦干攪碎，稱取0.5 g置于20 mL頂空瓶中，40 ℃孵育15 min后進樣，進樣體積500 μL，進樣針溫度85 ℃，孵育轉(zhuǎn)速500 r/min。

GC-IMS條件：色譜柱溫：60 ℃，運行時間：20 min，載氣/漂移氣均為高濃度N2（純度＞99.999%），IMS溫度45 ℃；流速：E1 20 min內(nèi)保持150 mL/min，E2初始2.0 mL/min，保持2 min后在10 min內(nèi)線性增至10 mL/min，之后在20 min內(nèi)線性增至100 mL/min。

1.3 數(shù)據(jù)分析與處理

使用儀器配套的分析軟件LAV（Laboratory Analytical Viewer）和三款插件以及GC×IMS Library Search，從不同角度對樣品進行分析。LAV軟件用于查看分析譜圖，圖中每一個點代表一種揮發(fā)性有機物，對其建立標(biāo)準曲線后可進行定量分析；運用Reporter插件進行樣品之間的譜圖差異分析；運用Gallery Plot插件構(gòu)建指紋圖譜，對比分析不同樣品之間的揮發(fā)性有機物差異；運用Dynamic PCA插件進行動態(tài)主成分分析，用于將樣品聚類分析；運用GC×IMS Library Search內(nèi)置的NIST數(shù)據(jù)庫和IMS數(shù)據(jù)庫對揮發(fā)性物質(zhì)進行定性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同產(chǎn)地秀麗白蝦干GC-IMS圖譜對比分析

由LAV分析軟件中的Reporter插件程序制作的不同產(chǎn)地秀麗白蝦干GC-IMS三維譜圖如圖1所示。將圖1三維譜圖投影到二維平面上，俯視圖見圖2。

圖1 不同產(chǎn)地秀麗白蝦干特征風(fēng)味三維GC-IMS譜圖

圖2 不同產(chǎn)地秀麗白蝦干揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)GC-IMS直接對比圖

圖1和圖2中，顏色代表物質(zhì)的濃度，白色表示濃度較低，紅色表示濃度較高，顏色越深表示濃度越大，整個圖背景為藍色。橫坐標(biāo)1.0處紅色豎線為RIP峰（反應(yīng)離子峰，經(jīng)歸一化處理），縱坐標(biāo)代表氣相色譜的保留時間（s），橫坐標(biāo)代表離子遷移時間（歸一化處理），RIP峰兩側(cè)的每一個點代表一種揮發(fā)性有機物。由于樣品中的某一種揮發(fā)性化合物濃度不同，可能具有單體、二聚體或者三聚體等不同形態(tài)，在譜圖中可能產(chǎn)生一個或多個亮點，因此整個GC-IMS譜圖代表了樣品的全部頂空成分[20]。由圖1和圖2可以看出，不同產(chǎn)地秀麗白蝦干的揮發(fā)性物質(zhì)具有不同的GC-IMS特征譜圖信息，三種秀麗白蝦干中的揮發(fā)性有機物差異很大，呼倫湖白蝦干中的揮發(fā)性有機物最多，太湖白蝦干中最少。為了更加明顯地對比這種差異，采用差異對比模式。選取其中太湖白蝦干樣品的譜圖作為參比，其他樣品的譜圖扣減參比，如果二者揮發(fā)性有機物一致，則扣減后的背景為白色，而紅色代表該物質(zhì)的濃度高于參比，藍色代表該物質(zhì)的濃度低于參比。如圖3所示。

圖3 不同產(chǎn)地秀麗白蝦干GC-IMS差異對比譜圖

由圖3可以更加明顯地看出，三種不同產(chǎn)地秀麗白蝦干中的揮發(fā)性有機物差異較大，其中呼倫湖白蝦干中的揮發(fā)性有機物最多，巢湖白蝦干次之，太湖白蝦干中揮發(fā)性有機物最少。

2.2 不同產(chǎn)地秀麗白蝦干GC-IMS定性分析

通過儀器配套的GC-IMS Library Search軟件，依據(jù)樣品中揮發(fā)性有機物氣相色譜保留時間和IMS遷移時間，通過GC-IMS庫進行匹配并對揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進行定性分析，同時依據(jù)軟件內(nèi)置的NIST氣相保留指數(shù)數(shù)據(jù)庫與IMS遷移時間數(shù)據(jù)庫二維定性數(shù)據(jù)庫，可確定揮發(fā)性組分單體及部分物質(zhì)的二聚體共有18種，單體及二聚體的化學(xué)式和CAS都相同，僅形態(tài)不同，如表1所示。

由表1可以看出，三種秀麗白蝦干主要風(fēng)味物質(zhì)包括醛類、吡嗪類、酮類、呋喃類和醇類等。被檢測到的醛類物質(zhì)有正壬醛、苯甲醛、2-甲基丁醛、3-甲基丁醛、庚醛、辛醛、己醛。吡嗪類物質(zhì)有甲基吡嗪、2, 5-二甲基吡嗪、2, 3, 5-三甲基吡嗪。酮類物質(zhì)有2-庚酮、3-辛酮、3-戊酮。其它被檢出的呋喃類物質(zhì)有2-乙基呋喃，醇類物質(zhì)有正戊醇。其中醛類物質(zhì)揮發(fā)性較強，主要來自于脂質(zhì)氧化，己醛和庚醛由亞油酸和花生四烯酸氧化產(chǎn)生[21]，醛類物質(zhì)一定程度上決定了水產(chǎn)制品的風(fēng)味[22-23]。辛醛和壬醛則是油酸氧化產(chǎn)物，具有愉快的甜味或果香風(fēng)味特征[24-25]。酮類物質(zhì)可通過脂肪氧化和美拉德反應(yīng)產(chǎn)生，影響產(chǎn)品香味[26]，吡嗪類物質(zhì)則具有堅果和烤焦香味[27]。

表1 指紋圖譜中部分揮發(fā)性物質(zhì)測定結(jié)果

2.3 不同產(chǎn)地秀麗白蝦干GC-IMS指紋圖譜分析

為進一步比較不同產(chǎn)地秀麗白蝦干揮發(fā)性化合物組分的差異，通過LAV軟件GalleryPlot插件，選取產(chǎn)地來自江蘇太湖、內(nèi)蒙古呼倫湖、安徽巢湖的秀麗白蝦干，每個試驗重復(fù)3次，形成樣品指紋圖譜，如圖4所示。圖4中每一行代表一個白蝦干樣品中選取的全部信號峰，每一列代表同一揮發(fā)性有機物在不同白蝦干樣品中的信號峰，M和D分別代表該物質(zhì)的單體和二聚體。可以看出，不同產(chǎn)地秀麗白蝦干樣品的完整揮發(fā)性有機物信息以及樣品之間揮發(fā)性有機物的差異。由圖4指紋圖譜可以看出，所有被檢測出的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)分布在不同的區(qū)域，通過對指紋圖譜初步對比分析可見，不同產(chǎn)地秀麗白蝦干樣品風(fēng)味既有各自的特征峰區(qū)域，也有共同的風(fēng)味區(qū)域。圖4（A）框中的揮發(fā)性有機物在呼倫湖白蝦干中的含量遠高于太湖白蝦干和巢湖白蝦干，其主要特征物質(zhì)包括3-甲基丁醛、2-甲基丁醛、庚醛、辛醛、壬醛、苯甲醛、己醛、2, 3, 5-三甲基吡嗪和2-庚酮等；圖4（B）框中的特征物質(zhì)在巢湖白蝦干中的含量遠高于太湖白蝦干和呼倫湖白蝦干的，主要特征物質(zhì)包括3-戊酮和3-辛酮等；而圖4（C）框中2-乙基呋喃、甲基吡嗪和2, 5-二甲基吡嗪在太湖白蝦干中的含量遠低于呼倫湖白蝦干和巢湖白蝦干；呼倫湖白蝦干中的1-戊醇含量遠低于太湖白蝦干和巢湖白蝦干。綜合分析三種白蝦干特征風(fēng)味物質(zhì)的差異，其主要原因可能是由于白蝦干產(chǎn)自不同地理區(qū)域，尤其內(nèi)蒙古呼倫湖白蝦生長緯度較江蘇太湖和安徽巢湖更偏北，其氣候條件以及加工方式的差異導(dǎo)致?lián)]發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)存在較大差異。

圖4 不同產(chǎn)地秀麗白蝦干中揮發(fā)性有機物指紋圖譜

2.4 不同產(chǎn)地秀麗白蝦干GC-IMS聚類分析

利用Dynamic PCA插件程序，將不同產(chǎn)地秀麗白蝦干樣品揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進行主成分分析（PCA）和指紋圖譜相似度分析，結(jié)果如圖5和圖6所示。圖5可以直觀顯示不同樣品間的差異，樣品之間距離近則代表差異小，距離遠則代表差異明顯，因此由圖5可以看出，三種不同產(chǎn)地秀麗白蝦干中的揮發(fā)性有機物差異較大，可以各自聚為一類，而內(nèi)蒙古呼倫湖白蝦干和太湖、巢湖兩種白蝦干的差異更大，圖6指紋圖譜相似度分析同樣表明三種不同產(chǎn)地白蝦干中的揮發(fā)性有機物存在較大差異，這一結(jié)果與前面指紋圖譜所得到的分析結(jié)果一致。

圖5 不同產(chǎn)地秀麗白蝦干的主成分分析（PCA）

圖6 不同產(chǎn)地秀麗白蝦干的指紋圖譜相似度分析

3 結(jié)論

利用氣相離子遷移譜技術(shù)分析了不同產(chǎn)地秀麗白蝦干揮發(fā)性物質(zhì)的差異，通過構(gòu)建特征風(fēng)味指紋圖譜，確定了不同產(chǎn)地秀麗白蝦干主要風(fēng)味和特征峰區(qū)域，結(jié)果表明秀麗白蝦干中的揮發(fā)性有機物主要包括醛類、吡嗪類、呋喃類、酮類和醇類等，不同產(chǎn)地秀麗白蝦干中的揮發(fā)性有機物差異很大，呼倫湖白蝦干樣品中的揮發(fā)性有機物最多，太湖白蝦干樣品揮發(fā)性有機物最少，其中呼倫湖白蝦干中的醛類揮發(fā)性物質(zhì)含量遠高于太湖白蝦干和巢湖白蝦干，而巢湖白蝦干中3-戊酮和3-辛酮等物質(zhì)含量高于呼倫湖白蝦干和太湖白蝦干。無論采用PCA分析還是指紋圖譜相似度分析，三種白蝦干均可以各自聚為一類。研究結(jié)果為進一步開展秀麗白蝦產(chǎn)品加工和品質(zhì)提升提供參考依據(jù)。