不同貯藏溫度及包裝條件對烏天麻干片揮發性氣味的影響

劉瑩，王瑞 ，魏小林，劉泰宇，李瑩，孫海燕

（1.貴陽學院 食品科學與工程學院，貴州 貴陽 550005；2.陜西理工大學 生物科學與工程學院，陜西 漢中 723000）

烏天麻（Gastrodiaelata）又名赤箭芝、離母、合離草等，為蘭科天麻屬（Gastrodia）多年生草本植物，其干燥塊莖為名貴中藥材[1]。天麻臨床上可用于治療疼痛眩暈、肢體麻木、癲癇、高血壓等[2]，具有極高的藥用和食用價值。

作為貴州種植規模排名前十的中藥材，至2021 年9 月底，貴州省林下仿野生烏天麻種植面積188.7 km2，規模居全國第一，烏天麻種植覆蓋了貴州66 個縣（區市），其中大方、德江、雷山、匯川、七星關、黎平、鎮遠7 個縣（區）為烏天麻的主要種植區。目前國內外對于烏天麻的研究主要集中在烏天麻的生物活性成分研究及藥理作用的研究[3-5]，烏天麻塊莖具有類似“馬尿臭”的特殊氣味，并且“馬尿臭”揮發性成分常作為烏天麻重要的鑒別特征，但對烏天麻揮發性成分的研究報道較少。盧義龍[6]采用蒸餾萃取和氣相色譜-質譜聯用法分析天麻粉的揮發性風味，主要包括10 種烷類化合物、7 種醛類化合物、1 種酯類化合物、3 種醇類化合物，其中，首次檢出具有硫化物異臭味的二甲基二硫醚。黃名正等[7]采用氣相色譜-質譜聯用（simultaneous distillation extraction-gas chromatography-mass spectrometry，SDE-GC-MS）法分析天麻粉揮發性成分的種類及含量，結果表明：天麻中的2，3，5，6-四甲基吡嗪具有發霉味，認為2，3，5，6-四甲基吡嗪可能是引起天麻“馬尿臭”氣味的主要成分。Sang 等[8]采用頂空氣質聯用法分析3 種不同干燥法（熱空氣干燥法、冷凍干燥法、陰涼干燥法）制備的干天麻揮發性成分，共確認91 種揮發性成分，其中酸類成分含量最高，且十六烷酸、十六烯酸、肉桂醇、十四烯酸在不同樣品組中含量差異較大。鮮烏天麻極易受到外界溫度、濕度、光照、貯藏時間、微生物等因素影響，在貯藏期間易發生變色、變味、變形、蟲蛀等變質現象[9]。貯存不當會使烏天麻揮發性成分減少[10]，與鮮烏天麻和烏天麻粉相比，烏天麻干片儲存期長，無需粉碎加工，環境要求低，不受烏天麻原料供應的“空窗期”（4 月至同年9 月）影響，可有效避免因鮮烏天麻貯藏產生的變質而帶來的損失。

傳統的農產品貯藏方法有自然通風法、干燥法、密封法、化學熏蒸法等[11]，隨著工業技術的不斷發展，涌現出許多新的貯藏技術，如低溫冷藏技術，具有操作簡單、便于管理的特點，特別適用于受熱易變質的農產品貯藏；氣體微環境貯藏技術又稱氣調貯藏技術，其原理是通過采用在密封袋中充入N2或CO2，從而降低貯藏環境中的氧氣含量，可有效防止農產品或中藥材變色、氣味散失、蟲蛀、走油、霉菌雜菌污染[12]。氣調貯藏技術具有操作簡便、成本低、無毒、無溶劑殘留等優點。在國內外農產品貯藏保鮮研究中已見相關報道[13]。陳娜等[14]分別采用敞口包裝、真空包裝、氣調包裝法處理甘肅康縣天麻，并在低溫條件下貯藏42 d，期間每隔7 d測定天麻的失重率、天麻素、對羥基苯甲醇、丙二醛的含量、多酚氧化酶活性，結果表明，各處理組的失重率均低于5%，所含天麻素、對羥基苯甲醇總量（以干燥品計）均高于2015 版《中國藥典》對天麻素、對羥基苯甲醇總量（以干燥品計）不得少于0.25% 的要求。該研究中采用3 種包裝方式，結果顯示，氣調包裝可以形成低O2高CO2的環境，與其他包裝相比，氣調包裝更有利于天麻中有效成分的減少，可抑制丙二醛的積累、抑制多酚氧化酶活性的上升、延長鮮天麻的貯藏期。

目前，陜西、貴州、湖北、云南的天麻主產區的烏天麻主要以低溫（4~10 ℃）密封方式存儲，雖效果較好，但存在能耗高的弊端。傳統的農產品揮發性成分主要采用感官評價與氣相色譜-質譜（gas chromatographymass spectrometry，GC-MS）相結合的分析方法，易產生主觀性強、重復性差等問題，而影響對樣品的準確分析[15]。電子鼻技術及吹掃捕集法具有對樣品揮發性成分進行無損、快速檢測、前處理簡單等優點，在農產品揮發性成分的檢測中得到廣泛應用。而貯藏溫度及包裝條件對于烏天麻干片揮發性氣味的影響及電子鼻、吹掃捕集-氣相色譜-質譜聯用技術在烏天麻干片揮發性成分方面鮮見文獻報道。本研究通過設置3 個不同貯藏溫度（10、25、40 ℃）及4 個包裝條件（空氣、N2、CO2、脫氧）[16-17]，考察不同貯藏條件對烏天麻干片揮發性氣味的影響；并通過電子鼻結合吹掃捕集-GC-MS 聯用法[18-19]檢測分析烏天麻干片在不同條件下的氣味變化規律，探索最佳的烏天麻干片的貯藏條件，以期為烏天麻干片的合理貯存、品質評價提供相應的理論依據和技術參考。

1 材料與方法

1.1 材料

烏天麻采自貴州省畢節市大方縣烏蒙騰菌業有限公司種植基地。鮮烏天麻采后清洗，在沸水中煮10 min，冷卻后切成厚度為5 mm 的薄片，50 ℃烘干24 h，即得烏天麻干片，測得水分含量為12.34%，符合2020 版《中國藥典》對干天麻水分含量不得超過15.0% 的標準。

1.2 儀器與設備

PEN3 電子鼻：德國AIRENSE 公司；7890A-5795C GC-MSD 氣相色譜-質譜聯用儀：美國Agilent 公司；Atomx 自動吹掃捕集裝置：美國Tekmar 公司。

1.3 方法

1.3.1 烏天麻干片樣品預處理

將烏天麻干片裝入尼龍真空袋中。每袋裝樣品10 片，每處理組封裝45 袋，共設13 個試驗組。分別采用以下方法進行包裝：100%N2、100%CO2、空氣、放入脫氧劑。N2和CO2充氣組經抽真空、充氣2 次后熱封；空氣組直接熱封；脫氧組放入脫氧劑后熱封。所有處理組均使用封口膠將樣品真空袋四邊密封。所有樣品分別貯藏在10、25、40 ℃環境中120 d，每組樣品從第60 天開始，每隔30 d 各取5 袋測定烏天麻干片揮發性成分。

1.3.2 電子鼻測定方法

將烏天麻干片從貯藏環境中取出，放入40 mL 棕色頂空進樣瓶中，在25 ℃培養箱中靜置20 min 后取出，進行電子鼻檢測分析。將進樣針插入進樣瓶中進行測定。測定條件：傳感器清洗時間220 s、自動調零時間10 s、樣品準備時間5 s、樣品測試時間200 s，樣品測定間隔時間3 s、內部流量300 mL/min、進樣流量300 mL/min，每組樣品平行測定5 次。為保證測定數據的穩定性和精密度，每次測試前后，傳感器都要進行清洗和調零[20]。PEN3 型電子鼻包括10 個金屬氧化物傳感器陣列，傳感器陣列及其性能描述見表1。

表1 PEN3 型電子鼻標準傳感器陣列與性能描述Table 1 Standard sensor arrays and performance specification of electronic nose PEN3

1.3.3 吹掃捕集方法

參考黃名正等[7]的方法，以10 μL/L 的1，2-二氯苯為內標物，每組稱取烏天麻干片1.0 g，加入1 μL 內標物，放入40 mL 棕色頂空進樣瓶中，進行吹掃捕集-氣相色譜-質譜聯用技術檢測。

吹掃氣體高純He，吹掃溫度25 ℃，吹掃樣品時間5 min，吹掃流量20 mL/min，烘烤溫度220 ℃，烘烤時間20 min，脫附溫度250 ℃，脫附時間2 min。

1.3.4 色譜條件

色譜條件參考黃名正等[7]的方法。

GC 條件：DB-624（30 m×250 μm×1.4 μm）色譜柱，載氣為氦氣（純度99.999%）；柱流速1.0 mL/min，柱子初始溫度為40 ℃，保持4 min，以5 ℃/min 升溫速率升至100 ℃并保持2 min，再以10 ℃/min 升溫至220 ℃并保持10 min。

MS 條件：電子轟擊電離源，電子能量70 eV，電子源溫度230 ℃，接口溫度280 ℃，掃描模式：全掃描，質量掃描范圍（m/z）為40~400。

1.4 數據處理

采用電子鼻Winmuster 分析軟件，運用主成分分析（principal component analysis，PCA）、負荷加載分析（loadings analysis，LA）對數據進行分析，并采用Origin 2017 作圖；吹掃捕集-氣相色譜-質譜聯用法采集的數據通過NIST/Wiley 標準譜庫檢索，結合文獻中的標準譜圖，確認其化學結構，通過計算目標物和內標物峰面積的比值，計算出揮發成分相對于內標物的含量[21]。

2 結果與分析

2.1 基于電子鼻對烏天麻干片貯藏期的揮發性成分的分析

2.1.1 烏天麻干片在不同貯藏條件下揮發性成分電子鼻雷達圖分析

圖1 為烏天麻干片在不同貯藏條件下揮發性成分的電子鼻雷達圖。

由圖1A 可知，貯藏60 d 時，不同貯藏條件下各處理組烏天麻干片的揮發性氣味存在一定的差異，所測樣品的揮發性成分主要集中在W1W、W1S、W5S 傳感器，其余傳感器的響應值較小，說明樣品中含有較多硫化物、氮氧化合物、烷類化合物。由圖1B 可知，貯藏90 d 時，不同貯藏條件下各處理組烏天麻干片的揮發性氣味仍存在一定的差異，其中10 ℃脫氧貯藏與對照組的揮發性成分較為接近；而同樣處理條件下溫度為40 ℃時的響應值輪廓與對照組具有較大差異，表明溫度越高，干片揮發性成分變化越大。所測樣品的揮發性成分仍然主要集中在W1W、W1S、W5S 傳感器，W5C傳感器的響應值有所增大，說明硫化物、氮氧化合物、烷類化合物為天麻干片中主要的揮發性成分。由圖1C 可知，120 d 時，各組烏天麻干片的揮發性成分響應值輪廓進一步發生變化，各處理組烏天麻干片的揮發性氣味的差異增大。在120 d 貯藏期內，10 ℃脫氧包裝為烏天麻干片最佳貯藏條件，在此條件下，烏天麻干片的風味成分損失最小。

2.1.2 烏天麻干片在不同貯藏條件下揮發性成分PCA分析

各處理組烏天麻干片的主成分分析結果見圖2。

圖2 電子鼻測定不同貯藏條件下烏天麻干片的PCA 分析Fig.2 PCA analysis of dried Gastrodia elata slices under different storage conditions determined by electronic nose

由圖2 可知，第一主成分的貢獻率為73.0%，第二主成分的貢獻率為9.5%，第一、第二總貢獻率為82.5%，表明這兩個主成分可以較好地反映不同貯藏條件下烏天麻干片揮發性成分特征。當溫度較高時，同種包裝條件樣品組之間的距離增大，在40 ℃時即使是脫氧條件下，樣品組距對照組也較遠，且隨著貯藏時間延長，樣品組距離對照組也隨之變大，說明即使在惰性氣體環境中，高溫仍會加速烏天麻干片揮發性氣味變化，且貯藏時間越長，揮發性氣味變化越大。

由PCA 分析可知，溫度是影響貯藏期烏天麻干片揮發性氣味最主要的因素，其次是包裝條件，在同一溫度條件下，脫氧處理更有利于保持烏天麻干片的揮發性氣味，空氣處理組的樣品普遍與其他氣體處理組的樣品揮發性成分有差別，且儲存時間越長差別越明顯。這些結果與電子鼻雷達圖響應值相吻合。10 ℃結合脫氧處理為烏天麻干片最佳貯藏條件，可在貯藏期內較好地保持烏天麻干片的揮發性氣味。

2.2 不同貯藏條件下的烏天麻干片揮發性成分比較及差異分析

利用吹掃捕集-GC-MS 測定烏天麻干片在不同包裝條件下，對照組和120 d 時的揮發性成分及含量結果見表2。

表2 天麻干片貯藏對照組和120 d 揮發性成分的GC-MS 分析結果Table 2 GC-MS results of volatile components in dried Gastrodia elata slices of control group and 120 d storage group

由表2 可知，所有烏天麻干片樣品組共檢測鑒定出揮發性成分32 種，共有8 類揮發性成分，其中酮類2 種、醛類5 種、烯烴類2 種、酸類1 種、醇類6 種、酯類4 種、烷烴類8 種、其他4 種。其中醇類、酯類和烷烴類物質由于含量較高，是烏天麻干片中主要的揮發性成分；二甲基二硫醚，雖含量較低，不是主要的揮發性物質，但其具有“馬尿臭”特殊氣味，是烏天麻干片中的風味物質。

酮類化合物主要來自氨基酸降解、多不飽和脂肪酸的氧化或熱降解、微生物氧化[22]，多數的酮類物質具有清香氣味，香味較為特殊持久。本次試驗共檢測出2 種酮類化合物，為丙酮和4-羥基-2-丁酮。由表2 可知，對照組樣品中僅測得丙酮，含量為12.11 μg/g，占總揮發性成分的3.3%；隨著貯藏時間延長，酮類物質總含量有所增加，至120 d 時，40 ℃空氣處理組的酮類含量達到最大值62.55 μg/g，占總揮發性成分的40%。

醛類化合物主要來源于不飽和脂肪酸氧化后形成過氧化物的裂解。所有試驗組共檢出5 種醛類，分別為戊醛、異戊醛、己醛、庚醛、壬醛，己醛具有青香和果香，0 d 時，醛類物質總含量為12.83 μg/g，占總揮發性成分的3.5%；其在烏天麻干片中的相對含量較低，并不是烏天麻干片中主要的揮發性成分。隨著保存時間的延長，醛類化合物含量也有所增加，貯藏120 d 時，40 ℃空氣組條件下含量最高，達到了53.42 μg/g，占總揮發性成分的34%，遠高于0 d 的醛類物質含量，說明此時烏天麻干片的揮發性成分已發生明顯改變。

烏天麻干片中主要含有兩種烯烴類物質，α-蒎烯和檸檬烯，α-蒎烯具有“青草”香氣[23]，檸檬烯具有強烈宜人的香氣，均具有一定的藥物功效，與烏天麻的藥用功效有關。0 d 時，烯烴類物質總含量為4.69 μg/g，占總揮發性成分的1.3%；含量較低，且隨著貯存時間的延長，至120 d，僅在10 ℃CO2、10 ℃N2、10 ℃脫氧劑3 個處理條件下，可檢測出兩種烯烴物質，且均遠低于0 d 的烯烴類化合物含量。因此，烯烴類物質并不是烏天麻干片主要的揮發性成分。

烏天麻干片中檢測出的亞油酸是一種必需脂肪酸，可降低血液膽固醇，預防動脈粥樣硬化[24-25]。0 d 時，亞油酸總含量為2.89 μg/g，占總揮發性成分的0.8%；各處理樣品組亞油酸總含量與0 d 差異并不明顯。

不同溫度及包裝條件對烏天麻干片主要揮發性成分的影響見圖3~圖6。

圖3 不同溫度及包裝條件對烏天麻干片醇類物質的影響Fig.3 Effect of different temperatures and packaging conditions on alcohols in dried Gastrodia elata slices

圖4 不同溫度及包裝條件對烏天麻干片酯類物質的影響Fig.4 Effect of different temperatures and packaging conditions on esters in dried Gastrodia elata slices

圖5 不同溫度及包裝條件對烏天麻干片烷烴類物質的影響Fig.5 Effect of different temperatures and packaging conditions on alkanes of dried Gastrodia elata slices

圖6 不同溫度及包裝條件對烏天麻干片二甲基二硫醚的影響Fig.6 Effect of different temperatures and packaging conditions on dimethyl disulfide in dried Gastrodia elata slices

醇類物質主要來源于農產品中碳水化合物的生化代謝及脂肪的氧化或糖基化合物的還原，絕大部分的醇類都具有特殊的香氣[26]。由表2 可知，所檢出的醇類化合物為烏天麻干片中最主要的揮發性成分之一，共有6 種醇類，分別為叔丁醇、正丁醇、2，4-二甲基-2-戊醇、異丁醇、戊醇、2-丁基-1-辛醇。0 d 時，醇類物質總含量為248.88 μg/g，占總揮發性成分的67%。由圖3 可知，隨著貯藏時間延長，醇類物質總含量都呈現下降的趨勢。至貯藏末期（120 d）時，各處理組醇類物質均降至最低值，其中10 ℃脫氧處理組的烏天麻干片的醇類含量最高，為115.23 μg/g，占比54%，40 ℃空氣處理組的醇類含量最低，為15.16 μg/g，占比僅為9.7%。

酯類物質一般是由發酵或者脂質代謝生成的羧酸和醇酯化后的產物，棕櫚酸甲酯、棕櫚酸乙酯具有油脂味[27]。結合表2 可知，共檢測出4 種酯類，分別為乙酸甲酯、棕櫚酸甲酯、棕櫚酸乙酯、硬脂酸甲酯。由圖4可知，隨著貯藏時間延長，酯類物質總含量呈現降低的趨勢。0 d 時，酯類物質總含量為40.37 μg/g，占總揮發性成分的11%；而120 d 時，40 ℃各處理組含量均降幅超過50%，說明高溫不利于保持烏天麻干片的揮發性成分。

烴類化合物可由類胡蘿卜素降解、烷基自由基脂質自氧化產生，大部分烴類物質香氣較弱或無氣味[28]。結合表2 可知，共檢測出烷烴類8 種，分別為正戊烷、庚烷、3-乙基己烷、3，3-二甲基己烷、癸烷、十一烷、十二烷、十四烷。0 d 時，烷烴類物質總含量為46.48 μg/g，占總揮發性成分的12.5%；由圖5 可以看出，隨著貯藏時間的延長，烷烴類含量有不同程度的減少，到達120 d，40 ℃空氣組條件下含量最低，僅為4.43 μg/g。

二甲基二硫醚具有硫化物特有的異味[6]，由圖6可知，在120 d 內，隨著貯藏時間的延長，二甲基二硫醚含量大幅減少，由表2 可知，0 d 時，二甲基二硫醚含量為0.28 μg/g，至120 d 時，所有處理組均檢測不出二甲基二硫醚。

3 討論與結論

本研究采用電子鼻結合吹掃捕集-GC-MS 對不同溫度、不同包裝條件下貯藏烏天麻干片的揮發性成分進行較全面的分析和比較。電子鼻雷達圖表明，不同溫度、包裝條件下的烏天麻干片揮發性氣味存在一定的差異，在120 d 貯藏期內，10 ℃脫氧處理組的響應值輪廓與對照組最接近，說明該處理組的揮發性成分最接近對照組。結合雷達圖和PCA 分析可知，溫度是影響貯藏期烏天麻干片揮發性氣味最主要的因素，低溫更有利于保持烏天麻干片揮發性成分。其次是包裝條件，在同一溫度條件下，脫氧處理更有利于保持烏天麻干片的揮發性氣味。本研究中所有烏天麻干片樣品通過吹掃捕集-GC-MS 法共檢測鑒定出包括醇類、醛類、烷烴類等共計32 種、8 類揮發性成分，略低于黃名正等[7]報道研究（39 種、14 類），接近盧義龍[6]測定的烏天麻粉的揮發性成分（33 種、8 類），但物質的類別和含量與已有報道均有差別。綜合各處理組烏天麻干片揮發性成分變化情況分析，其中含量較高的為醇類（最高可達67%）、酯類（最高可達11%）和烷烴類物質（最高可達12.5%），是烏天麻干片中主要的揮發性成分，與黃名正等[7]的研究結果較為接近，但醇類和烷烴類含量均高于報道的結果，且本次研究中并未檢測到報道中的2，3，5，6-四甲基吡嗪，而檢測出了文獻[6]報道的具有“馬尿臭”的含硫化合物：二甲基二硫醚雖含量較低（0.28 μg/g），不是主要的揮發性物質，卻是烏天麻干片中的風味物質，而不同樣品組的二甲基二硫醚含量差異較大，低溫脫氧條件下含量較高，120 d 時所有處理組中均未檢出二甲基二硫醚。在相同貯藏時間內，溫度越低、脫氧處理越有利于降低揮發性物質的變化，保持烏天麻干片的風味。因此，10 ℃脫氧包裝為此次研究中烏天麻干片最佳貯藏條件，可在較長貯藏期內有效保留烏天麻干片的風味成分。本研究僅考察了包裝條件對烏天麻干片揮發性成分的影響，后續可結合包裝條件對烏天麻干片的有效成分及生理活性影響進行更深入研究。