新疆农业大学李建贵教授等:基于气相离子迁移谱的不同产地枣果挥发性有机物指纹图谱分析

2023-06-03作者:来源:责任编辑:食品界 字体A+AA-

枣(Ziziphus jujuba Mill.),鼠李科枣属植物。枣果中富含碳水化合物、矿物质、维生素、脂肪酸、氨基酸和蛋白质。据但由于其种植地域辽阔,不同种植区域环境存在差异,导致枣品质在不同种植区的表现存在较大差异。枣品种、遗传因子、栽培管理措施、灌溉条件、施肥以及综合环境因素对枣产量和品质的影响较大,在枣产量和果实品质形成中,环境因素起重要作用。

新疆农业大学资源与环境学院的杨智鹏、赵文和新疆红枣工程技术研究中心的李建贵*等人以新疆环塔里木盆地3 个红枣主产区,以及河南新郑和山西临县31 个不同产地的灰枣和骏枣为研究对象,采用GC-IMS技术结合相关性分析和主成分分析(PCA)法对其特征风味进行测定与分析,构建不同产地枣果特征风味物质GC-IMS库,以期确定不同产地、不同品种枣果特征风味物质,为枣果品质评价、产地溯源提供理论依据和参考。

1、枣果挥发性有机物差异对比

如图1所示,可以直观比较不同产地枣果挥发性有机物的差异,横坐标1.0处红色竖线为反应离子峰,反应离子峰两侧的每一个点代表一种挥发性有机物。颜色代表物质的浓度,红色表示浓度较高,白色表示浓度较低,颜色越深表示浓度越大。

如图2所示,不同区域环境下的枣果挥发性有机物可以通过GC-IMS方法进行检测,发现不同产地枣果之间挥发性有机物的组成差别不大,对于同种挥发性物质在不同产地枣果的含量存在较大差异。以1号样品为对照,其余样品谱图扣除与1号样品相同的信号峰,得到二者的差异谱图。a区域,说明该物质在此样品中较1号样品低;b区域,说明该物质在此样品中较1号样品多。颜色越深,说明差异越大。

2、枣果挥发性有机物GC-IMS定性分析


31 个产地枣果样品共检出挥发性物质100 种,根据数据库定性分析后,可以定性检出74 种挥发性风味物质,如表2所示,主要包括醛类19 种、醇类14 种、酯类16 种、酮类14 种、酸类4 种、酚类1 种,其他化合物6 种,其中有些化合物同时检测出了单体和二聚体。


各产地灰枣果实中挥发性有机物种类基本一致,但不同种类化合物所占比例略有区别。如表3所示,通过峰体积归一化法测得阿克苏地区灰枣中新和县酮类物质相对含量最高占37.2%,沙雅县醛类物质相对含量最高占31.09%,阿拉尔市醇类物质相对含量最高占21.04%,阿瓦提县酯类物质相对含量最高占19.75%,阿拉尔市酸类占物质相对含量最高且只占4.46%,阿瓦提县、温宿县酚类物质相对含量相等占0.16%;巴州地区灰枣中且末县酮类、醇类、酸类和酚类物质相对含量均最高,分别占31.60%、25.12%、6.54%、0.21%,库尔勒市醛类物质相对含量最高占31.99%,尉犁县酯类物质相对含量最高占21.46%;和田地区灰枣中民丰县酮类相对含量占33.30%、醇类物质相对含量占25.46%,皮山县醛类物质相对含量最高占26.02%,策勒县酯类和酚类物质相对含量均最高,分别占20.72%、0.21%,洛浦县的酸类物质相对含量最高占6.65%。与新疆各产地相比,河南新郑灰枣中醛类物质相对含量最低,为18.92%,但酯类物质比较丰富,占到23.39%。

如表3所示,阿克苏地区骏枣中新和县酮类物质相对含量最高占32.23%,温宿县醛类物质相对含量最高占37.53%,阿瓦提县醇类物质相对含量最高占19.26%,沙雅县酯类物质相对含量最高占26.53%,阿拉尔市酸类、酚类物质相对含量均最高,分别占5.50%、0.26%;巴州地区骏枣中若羌县酮类、醇类、酯类、酸类和酚类物质相对含量均最高,分别占27.34%、20.74%、18.72%、3.93%、0.13%,尉犁县醛类物质相对含量最高占43.62%;和田地区骏枣中策勒县酮类物质相对含量最高占27.84%,皮山县醛类物质相对含量最高占37.60%,民丰县醇类物质相对含量最高占20.44%,墨玉县的酯类物质相对含量最高占21.59%,于田县酸类和酚类物质相对含量均最高,分别占4.91%、0.13%。与新疆各产地相比,山西临县灰枣中醛类物质相对含量较高,为36.11%,酚类物质比较丰富,占0.16%,而醇类相对含量为17.46%、酯类物质相对含量为18.14%。

3、枣果挥发性有机物GC-IMS指纹图谱分析

如图3所示,不同区域环境下枣果样品的完整挥发性有机物信息以及样品之间挥发性有机物具有差异。

阿克苏地区灰枣中对香气贡献较大的挥发性有机物包括E-2-己烯醛(M)、3-辛酮、3-戊酮、E-2-庚烯醛、羟基丙酮、乙醇、E-2-己烯醛(D)、乙酸乙酯、2-甲基丙酸;巴州地区灰枣中对香气贡献较大的挥发性有机物包括苯乙醛、正丁醛、3-羟基-2-丁酮;和田地区灰枣中对香气贡献较大的挥发性有机物包括环己酮和苯乙酮;河南新郑灰枣中对香气贡献较大的挥发性有机物为戊醛。
阿克苏地区骏枣中对香气贡献较大的挥发性有机物为3-羟基-2-丁酮;巴州地区骏枣中对香气贡献较大的挥发性有机物包括1-辛烯-3-醇(M)、壬醛(M)、辛醛、庚醛;和田地区骏枣中对香气贡献较大的挥发性有机物包括环己酮;山西临县骏枣中对香气贡献较大的挥发性有机物为乙酸异丁酯。

对化合物进行筛选后,不同区域环境中枣果主要挥发性有机物的GC-IMS谱图如图4所示,灰枣中对香气贡献最大的挥发性有机物主要有1-辛烯-3-醇(D)、2-甲基丙酸、3-辛酮(D)、丁酸、羟基丙酮等物质;而骏枣中对香气贡献最大的挥发性有机物主要有丙醛、2-丙酮、3-甲基丁醛、辛醛(M)、壬醛(M)等物质。
4、枣果挥发性有机物PCA

从图5可以看出,前2个PC的累计贡献率为75%,说明枣果样品的大部分信息可以被PC1与PC2总贡献率包含,枣果样品挥发性风味的主要特征可以被累计贡献率代表。

灰枣和骏枣距离较远,表明这2种枣果之间的风味存在较大差异。26号(河南新郑灰枣)与其他产地灰枣距离较远,说明原产地灰枣与新疆各产地灰枣风味差异较大;27号(山西临县骏枣)与其他产地骏枣距离较远,说明原产地骏枣与新疆各产地骏枣风味差异较大。
新疆阿克苏地区灰枣主要分布于蓝色a区域内,和田地区主要分布于蓝色b区域内,两地区间枣果挥发性有机物差异明显,而巴州地区灰枣分布于和田地区周围,其挥发性有机物无明显特征。
新疆阿克苏地区骏枣主要分布于红色c区域内,巴州地区骏枣分布于红色d区域内,和田地区骏枣分布于红色e区域内,3 个地区骏枣挥发性有机物差异明显。PCA结果表明,不同产地的枣果,可以用GC-IMS进行判别和区分。
结论
新疆各产地灰枣和骏枣与其原产地枣果挥发性风味物质差异明显。通过构建枣果GC-IMS风味指纹图谱,对比明显,可以直观看出不同产地枣果挥发性有机物的差异。灰枣与骏枣相比,灰枣中对香气贡献最大的挥发性有机物主要有1-辛烯-3-醇(D)、2-甲基丙酸、3-辛酮(D)、丁酸、羟基丙酮等物质;而骏枣中对香气贡献最大的挥发性有机物主要有丙醛、2-丙酮、3-甲基丁醛、辛醛(M)、壬醛(M)等物质。
不同产地枣果的挥发性有机物差异可能与日照、气温、降水及土壤特性等环境因素高度相关,进一步研究影响枣果香味的关键环境因子对枣果香味提升具有重要意义。