王海波 鄧寶仲 吳榕榕 沈玲兒 郭嘉怡 任芳

摘? 要：以香蕉果實(shí)為試驗(yàn)材料，利用熱激、低溫和催熟處理采后香蕉果實(shí)，采用氣相離子遷移譜檢測香蕉的揮發(fā)性物質(zhì)，研究熱處理對催熟香蕉果實(shí)揮發(fā)性物質(zhì)的影響。結(jié)果表明：與對照相比，7 ℃ 6 d+催熟3 d和H+7 ℃ 6 d+催熟3 d 2個處理均明顯降低了糠醇、苯甲醛、4-甲基苯酚、己酸乙酯、二甲基二氧雜環(huán)酮、1-戊醇、己二酮、3-甲基丁酸、2-甲氧基苯酚、2-己醇、丁酸乙酯等組分的含量;相反，這2個處理均明顯增加了丙醇、乙酸丙酯、戊酮-2，3-二酮、二甲基二硫、2，3-丁二醇、甲基吡嗪、3-甲基丁酸乙酯、α-蒎烯、1-辛烯-3-醇、二甘醇二甲醚、E-2-辛烯醛、E，Z-2，6-壬醛、順式-3-己烯醇、辛酸、庚烷-2-酮等組分的含量。另外，H+7?℃ 6 d+催熟3 d處理明顯增加了羥基丙酮、3-甲基-3-丁烯-1-醇、3-甲基-2-丁醇等組分的含量。與7 ℃ 6 d+催熟3 d相比，H+7?℃ 6?d+催熟3 d處理明顯降低了三乙胺、苯酚、2-戊酮、2-戊基呋喃、癸醛、E-2-辛烯醛、甲硫基丙醛、2-己醇、2，3，5-三甲基吡嗪等組分的含量，導(dǎo)致這些組分含量與對照基本一致。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，熱處理能明顯降低7?℃冷藏香蕉果實(shí)的冷害指數(shù)，減輕香蕉果實(shí)的冷害癥狀。熱處理誘導(dǎo)催熟香蕉果實(shí)上述揮發(fā)性物質(zhì)的變化，可能與熱處理誘導(dǎo)香蕉果實(shí)產(chǎn)生抗冷性的過程密切相關(guān)。

關(guān)鍵詞：氣相離子遷移譜;熱處理;香蕉;揮發(fā)性物質(zhì)中圖分類號：S668.1 ?????文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Analysis of Volatile Compounds in Ripening Bananas by Heat Treatment Based on Gas Chromatography-ion Mobility Spectrometry

WANG Haibo¹， DENG Baozhong¹， WU Rongrong¹， SHEN Linger¹， GUO Jiayi¹， REN Fang²

1. Guangdong Food and Drug Vocational College， Guangzhou， Guangdong 510520， China; 2. Shandong Hanon Subsidiary Company， Dezhou， Shandong 251500， China

Abstract： In this study， banana fruits were used as the experimental materials. Banana fruits were treated by heat shock， low temperature and ripening. The volatile substances of the banana fruits were detected by gas chromatography-ion mobility spectrometry. The effects of heat treatment on the volatile substances of ripening banana fruits were studied. The results showed that compared with the control group， the contents of furfuryl alcohol， benzaldehyde， 4-methylphenol， ethyl hexanoate， dimethyldioxanone， 1-pentanol， hexan-2-one， 3-methylbutanoic acid， 2-methoxy?phenol， 2-hexanol and ethyl butanoate were significantly decreased in both treatments at 7 ℃ 6 d +ripening for 3 d and H+7?℃ 6 d +ripening for 3 d. On the contrary， the contents of 1-propanol， propyl acetate， pentan-2，3-dione， dimethyl disulfide， 2，3-butanediol， methyl pyrazine， ethyl 3-methylbutanoate， alpha-pinene， 1-octene-3-ol， diethylene glycol dimethyl ether， E-2-octenal， E， Z-2，6-nonadienal， cis-3-hexenol， octanic acid and heptan-2-one were significantly increased at the two treatment. In addition， the content of hydroxyacetone， 3-methyl-3-buten-1-ol， 3-methyl-2-butanol and other components were significantly increased by H+7 ℃ 6 d +3 d ripening treatment. Compared with the treatment of 7?℃ 6 d+3 d ripening， the treatment of H+7 ℃ 6 d +3 d ripening significantly reduced the contents of triethylamine， phenol， 2-pentanone， 2-pentyl furan， decanal， E-2-octenal， methional， 2-hexanol， 2，3，5-trimethylpyrazine and other components， resulting in the same content as the control. Further studies showed that heat treatment could significantly reduce the chilling injury index of banana fruits stored at 7 ℃ and alleviate the chilling injury symptoms of banana fruits. The changes of above volatile substances in ripening banana fruits induced by heat treatment may be closely related to the process of cold resistance induced by heat treatment.

Keywords： gas chromatography-ion mobility spectrometry; heat treatment; banana; volatile compounds

DOI： 10.3969/j.issn.1000-2561.2020.06.022

香蕉是世界貿(mào)易量最大的水果之一，經(jīng)濟(jì)價值極高。但香蕉果實(shí)在貯藏溫度低于12?℃時會發(fā)生冷害現(xiàn)象，因此采用較低的溫度來延長貯運(yùn)期顯得十分困難^[1]。熱處理是提高采后果實(shí)抗冷性的有效方式之一^[2]。本課題組前期研究表明，熱處理（52?℃熱水浸泡3?min）能有效提高采后香蕉果實(shí)的抗冷性^[3-5]，但是具體的反應(yīng)機(jī)理尚未明確。因此，研究熱處理對催熟香蕉揮發(fā)性物質(zhì)的影響，有利于進(jìn)一步探索熱處理提高香蕉抗冷性的機(jī)理。

香蕉揮發(fā)性物質(zhì)常用的分析方法是首先采用頂空固相微萃取技術(shù)提取香蕉果實(shí)中的揮發(fā)性物質(zhì)，然后利用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（gas chr?o?matography-mass spectrometer，GC-MS）檢測，并進(jìn)行定性和定量分析^[6-7]。但是傳統(tǒng)的GC-MS具有檢測方法耗時長，且靈敏性不太高等缺點(diǎn)。近年來，氣相離子遷移譜（gas chromatography-ion mobility spectrometry， GC-IMS）作為一種新的檢測技術(shù)越來越受到人們的重視。GC-IMS融合了氣相色譜高效的分離性能和離子遷移譜響應(yīng)速度快、高靈敏度的優(yōu)勢，具有快速、靈敏、無需前處理、簡單的優(yōu)點(diǎn)，特別適合于揮發(fā)性有機(jī)化合物的檢測^[8-11]。GC-IMS技術(shù)在食品風(fēng)味分析和食品安全與檢測等領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用^[12-14]。近年來，GC-IMS技術(shù)也逐漸開始應(yīng)用于水果和蔬菜檢測中。例如，肖冬來等^[15]采用GC-IMS檢測不同干香菇品種揮發(fā)性組分，發(fā)現(xiàn)不同香菇品種的指紋圖譜差異較大。朱麗娜等^[16]利用GC- IMS檢測輪南白杏果實(shí)在不同氣調(diào)包裝條件下風(fēng)味物質(zhì)的差異，找到了最適宜的氣調(diào)包裝條件。

香蕉果實(shí)常用GC-MS檢測揮發(fā)性物質(zhì)，目前尚無GC-IMS在香蕉果實(shí)檢測中的報道，本研究利用GC-IMS研究熱處理對催熟香蕉果實(shí)揮發(fā)性物質(zhì)的影響，為進(jìn)一步探討熱處理誘導(dǎo)香蕉產(chǎn)生抗冷性的機(jī)理打下基礎(chǔ)。

1 ?材料與方法

1.1材料

香蕉品種為‘巴西（Musaspp. AAA Group cv. Cavendish），采自廣州市番禺香蕉園。挑選飽滿度約7～8成的綠熟香蕉，運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室。挑選大小均勻、無病蟲害、無機(jī)械損傷的單個香蕉，用0.1%漂白粉浸泡5?min，晾干備用。主要儀器設(shè)備：FlavourSpec^?氣相離子遷移譜聯(lián)用儀（德國G.A.S.公司）。

1.2方法

1.2.1? 試驗(yàn)設(shè)計(jì)? 對照處理：不做任何處理的香蕉果實(shí)。H+7?℃ 6?d+催熟3?d處理：將香蕉果實(shí)一次性浸入熱水中，溫度為52?℃，時間為3 min;熱水處理后將香蕉果實(shí)置于7?℃恒溫箱中貯藏6?d，取出利用0.5%乙烯利催熟后置于20?℃恒溫箱中貯藏3 d。7?℃ 6 d+催熟3 d處理：香蕉果實(shí)在7?℃恒溫箱中貯藏6 d，取出利用0.5%乙烯利催熟后置于20 ℃恒溫箱中貯藏3 d。取香蕉中部果皮用液氮冷凍置于?80?℃冰箱保存?zhèn)溆?。H+7?℃ 6?d+催熟3 d處理香蕉57個，7 ℃ 6 d+催熟3?d處理香蕉57個，對照處理香蕉27個，每處理3個重復(fù)。

1.2.2? 指標(biāo)測定? （1）GC-IMS測定方法。每個樣品取2.0 g置于20?mL頂空進(jìn)樣瓶中，45?℃孵化10?min， 經(jīng)頂空進(jìn)樣，采用FlavourSpec^?氣相離子遷移譜聯(lián)用儀進(jìn)行測試。

（2）頂空進(jìn)樣條件。頂空進(jìn)樣體積：200 μL;孵育時間：10 min;孵育溫度：45?℃;進(jìn)樣針溫度：55 ℃;孵化轉(zhuǎn)速：500 r/min。

（3）GC-IMS條件。色譜柱類型：FS-SE-54- CB-1 15 m ID：0.53 mm;分析時間：20 min;柱溫：40?℃;載氣/漂移氣：高純氮?dú)猓兌取?99.999%）;IMS探測器溫度：45?℃;流速：E1（漂移氣流速）為：150 mL/min，E2（氣相載氣流速）：初始2 mL/min，保持2 min后在8 min內(nèi)增至20?mL/min，接著在10?min內(nèi)增至100?mL/min。

（4）果實(shí)冷害指數(shù)的測定。冷害指數(shù)參考Kon?do等^[17]的方法，稍作修改。每次取10個香蕉果實(shí)測定，香蕉果實(shí)果皮冷害癥狀分為5級，分級標(biāo)準(zhǔn)為：0級，果皮呈亮綠色，沒有冷害癥狀;1級，有輕微水漬狀冷害斑，占果皮總面積25%以下;2級，冷害面積占果皮總面積的比例小于50%;3級，冷害面積占果皮總面積的比例小于75%;4級，冷害面積占果皮總面積的75%以上。計(jì)算公式為：冷害指數(shù)（CID）=（0N₀+1N₁+2N₂+3N₃+ 4N₄）/（4N_T）。式中N₀～N₄分別為相應(yīng)級別冷害的果皮數(shù);N_T為觀察果皮的總數(shù)。

1.3數(shù)據(jù)處理

采用LAV（Laboratory Analytical Viewer）軟件來繪制揮發(fā)性有機(jī)物的差異圖譜和指紋圖譜;采用LAV軟件內(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(jìn)行定性分析。柱狀圖采用Excel軟件制作，并進(jìn)行單因素方差（One-Way ANOVA）分析。

2 ?結(jié)果與分析

2.1熱處理對催熟香蕉果皮揮發(fā)性物質(zhì)的差異圖譜分析

利用LAV軟件繪制差異圖譜，差異圖譜中的每個紅色點(diǎn)代表1種物質(zhì)，顏色越深，點(diǎn)越大代表其含量越高。從圖1可知，7?℃ 6?d+催熟3?d處理的香蕉果實(shí)揮發(fā)性物質(zhì)種類和含量最多，H+7?℃ 6?d+催熟3 d處理的揮發(fā)性物質(zhì)種類和含量次之，對照的最少。這說明香蕉果實(shí)經(jīng)過7?℃ 6?d和催熟3?d后，其揮發(fā)性物質(zhì)種類和含量都大大增加。如果香蕉果實(shí)先經(jīng)過熱處理，再進(jìn)行7 ℃ 6?d和催熟3?d，則減少了一些揮發(fā)物質(zhì)的種類和含量。

2.2熱處理對催熟香蕉果皮揮發(fā)性物質(zhì)的指紋圖譜分析

為了找出不同處理在哪些揮發(fā)性物質(zhì)存在差異，利用LAV軟件繪制了香蕉果皮揮發(fā)性物質(zhì)的指紋圖譜。由于整個原始圖中的組分太多，難以在1個圖中展示，所以本研究截取其中4段差異比較明顯的區(qū)域來進(jìn)行分析，見圖2、圖3、圖4和圖5。通過分析，發(fā)現(xiàn)香蕉果皮產(chǎn)生了150種揮發(fā)性物質(zhì)，根據(jù)已有數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比對，確定了50種已知成分，未知成分100種。

從圖2可知，與對照相比，7 ℃ 6 d+催熟3 d和H+7?℃ 6 d+催熟3 d 2個處理均明顯降低了糠醇（furfuryl alcohol）、苯甲醛（benzaldehyde）、4-甲基苯酚（4-methylphenol）、己酸乙酯（ethyl hexanoate）、二甲基二氧雜環(huán)酮（dimethyl?dio?xo?lone）、1-戊醇（1-pentanol）、己二酮（hexan-2-one）、3-甲基丁酸（3-methylbutanoic acid）、2-甲氧基苯酚（2-methoxyphenol）、2-己醇（2-hexanol）、丁酸乙酯（ethyl butanoate）等組分的含量。

從圖3可知，與對照相比，7?℃ 6?d+催熟3?d和H+7 ℃ 6 d+催熟3 d 2個處理均明顯增加了丙醇（1-propanol）、乙酸丙酯（propyl acetate）、戊酮-2，3-二酮（pentan-2，3-dione）、二甲基二硫（di?methyl disulfide）、2，3-丁二醇（2，3-buta?ne?diol）、甲基吡嗪（methylpyrazine）、3-甲基丁酸乙酯（ethyl 3-me?thylbutanoate）、α-蒎烯（alpha-pinene）、1-辛烯-3-醇（1-octene-3-ol）、二甘醇二甲醚（die?thylene glycol dimethyl ether）、E-2-辛烯醛（E-2-octenal）、E-Z-2，6-壬醛（E-Z-2，6-nonadi?enal）、順式-3-己烯醇（cis-3-hexenol）、辛酸（octanoic acid）、庚烷-2-酮（heptan-2-one）等組分的含量。

從圖4可知，7 ℃ 6 d+催熟3 d處理明顯增加了三乙胺（triethylamine）、苯酚（phenol）、2-戊酮（2-pentanone）、2-戊基呋喃（2-pentyl furan）、癸醛（decanal）、E-2-辛烯醛（E-2-octenal）、甲硫基丙醛（methional）、2-己醇（2-hexanol）、2，3，5-三甲基吡嗪（2，3，5-trimethylpyrazine）等組分的含量。而H+7?℃ 6 d+催熟3 d處理的各組分含量與對照差異不大。

從圖5可知，H+7 ℃ 6 d+催熟3 d處理增加了羥基丙酮（hydroxyacetone）、3-甲基-3-丁烯-1-醇（3-methyl-3-buten-1-ol）、3-甲基-2-丁醇（3- methyl-2-butanol）等組分的含量。而7 ℃ 6 d+催熟3 d處理的各組分含量與對照差異不大。

2.3熱處理對香蕉果實(shí)冷害指數(shù)的影響

從圖6可看出，香蕉果實(shí)在7?℃下4?d即開始出現(xiàn)比較明顯的冷害癥狀，而經(jīng)過熱處理的香蕉果實(shí)在7?℃下4?d的冷害指數(shù)很低。香蕉果實(shí)在7?℃下6?d的冷害指數(shù)很高，冷害癥狀嚴(yán)重，而熱處理的香蕉果實(shí)的冷害指數(shù)明顯低于對照處理。這說明熱處理明顯增強(qiáng)了香蕉果實(shí)的抗冷性。

香蕉果實(shí)經(jīng)過7?℃ 6?d再催熟3?d后，果實(shí)不能完全褪綠轉(zhuǎn)黃成熟，而H+7?℃ 6?d+催熟3?d處理的香蕉果實(shí)能正常轉(zhuǎn)黃成熟。

3 ?討論

與GC-MS相比，GC-IMS法樣品處理和分析的溫度更低，能夠檢測到一些熱穩(wěn)定性差的揮發(fā)性物質(zhì)^[18-19]。本研究利用GC-IMS得到的檢測結(jié)果，能夠非常直觀地顯示出熱處理對催熟香蕉果實(shí)產(chǎn)生的影響和變化。

目前，人們已經(jīng)對香蕉果實(shí)的揮發(fā)性物質(zhì)進(jìn)行了大量的研究^{[6-7， 20-21]}，發(fā)現(xiàn)香蕉果實(shí)的揮發(fā)性物質(zhì)約250余種，主要是酯類和醛類，其中酯類物質(zhì)含量最高，還有少量醇類、酮類、酸類和烴類等化合物。本研究結(jié)果表明，7 ℃ 6 d+催熟3?d和H+7 ℃ 6 d+催熟3 d 2個處理均明顯降低了糠醇、苯甲醛、4-甲基苯酚、己酸乙酯、二甲基二氧雜環(huán)酮、1-戊醇、己二酮、3-甲基丁酸、2-甲氧基苯酚、2-己醇、丁酸乙酯等組分的含量。這說明香蕉果實(shí)經(jīng)過7 ℃低溫6 d和催熟3 d后，能明顯減少以上組分的含量。相反，這2個處理均明顯增加了丙醇、乙酸丙酯、戊酮-2，3-二酮、二甲基二硫、2，3-丁二醇、甲基吡嗪、3-甲基丁酸乙酯、α-蒎烯、1-辛烯-3-醇、二甘醇二甲醚、E-2-辛烯醛、E-Z-2，6-壬醛、順式-3-己烯醇、辛酸、庚烷-2-酮等組分的含量。該結(jié)果表明，無論是否經(jīng)過熱處理，7 ℃低溫6 d和催熟3 d都能明顯增加以上組分的含量。申建梅等^[22]利用固相微萃取技術(shù)（SPME）收集香蕉揮發(fā)性物質(zhì)，采用GC-MS分析成熟香蕉與未成熟香蕉的揮發(fā)性物質(zhì)，結(jié)果表明，成熟與未成熟香蕉的揮發(fā)性物質(zhì)在種類和含

量上存在明顯差異，這與本研究的結(jié)果一致。朱虹等^[6]對不同成熟階段的香蕉香氣成分進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)在綠熟階段，香蕉揮發(fā)性物質(zhì)主要是醛類，酯類非常少，而在黃熟階段，酯類明顯增加，如乙酸酯和丁酸酯類是主要成分。本研究結(jié)果說明香蕉果實(shí)黃熟后的揮發(fā)性物質(zhì)種類發(fā)生了改變，且產(chǎn)生了大量新的香氣物質(zhì)，這與朱虹等^[6]在香蕉果實(shí)中的研究結(jié)論一致，另外，鑒于GC-IMS的靈敏度較高，本研究中香蕉在黃熟期揮發(fā)性成分的種類與之前報道的有不同之處，可以作為前人研究的一個補(bǔ)充。類似地，黎源^[23]研究證實(shí)，‘巴西香蕉果實(shí)黃熟階段香氣物質(zhì)有酯、醛、醇、酮類物質(zhì)。其中，酯類和醛類物質(zhì)的含量占絕大多數(shù)?！臀飨憬豆麑?shí)在黃熟階段物質(zhì)的不同時間點(diǎn)香氣種類和含量差異不大，酯類、醛類物質(zhì)分別呈上升和下降趨勢。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，3月份成熟的‘巴西香蕉果實(shí)和9月份成熟的‘巴西香蕉果實(shí)的香氣物質(zhì)的種類和含量也存在較大差異。

另外，在指紋圖譜圖2、圖3、圖4、圖5中，仍有一些以數(shù)字標(biāo)記的未知組分。這是因?yàn)镚C-IMS定性依據(jù)是基于GC-IMS數(shù)據(jù)庫，GC- IMS數(shù)據(jù)庫是利用離子遷移時間和氣相保留指數(shù)來進(jìn)行二維定性，但由于在水果蔬菜保鮮領(lǐng)域中，IMS數(shù)據(jù)庫的信息還不完善，導(dǎo)致本研究中檢測到的150種組分中，只有50種揮發(fā)性組分有遷移時間，所以只能得到50種揮發(fā)性組分的定性結(jié)果，對于剩下的100種揮發(fā)性組分，有待于后續(xù)進(jìn)一步研究。

熱處理對催熟香蕉果實(shí)揮發(fā)性物質(zhì)的影響與其他處理存在很大差異。例如，與對照和7 ℃ 6 d+催熟3 d處理相比，H+7 ℃ 6 d+催熟3 d處理明顯增加了羥基丙酮、3-甲基-3-丁烯-1-醇、3-甲基-2-丁醇等組分的含量。另外，與7?℃ 6?d+催熟3?d相比，H+7 ℃ 6 d+催熟3?d處理明顯降低了三乙胺、苯酚、2-戊酮、2-戊基呋喃、癸醛、E-2-辛烯醛、甲硫基丙醛、2-己醇、2，3，5-三甲基吡嗪等組分的含量，導(dǎo)致這些組分含量與對照基本一致。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，熱處理能明顯降低香蕉果實(shí)在7?℃低溫冷藏中的冷害指數(shù)，減輕香蕉果實(shí)冷害癥狀的發(fā)生。

綜上所述，熱處理誘導(dǎo)催熟香蕉果實(shí)中上述揮發(fā)性物質(zhì)的變化，可能與熱處理誘導(dǎo)香蕉果實(shí)產(chǎn)生抗冷性的過程密切相關(guān)。

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