崔保威，歐陽(yáng)遠(yuǎn)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(zhǎng)臂蝦科、白蝦屬，是我國(guó)淡水湖泊中的重要經(jīng)濟(jì)種類[1]。江蘇太湖秀麗白蝦因其殼薄味美、營(yíng)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(zhǎng)快、食性廣、繁殖力強(qiáng)、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高等特點(diǎn)，是呼倫湖唯一的經(jīng)濟(jì)蝦類[4]。秀麗白蝦蝦體晶瑩通透、蝦肉鮮嫩，營(yíng)養(yǎng)豐富，蛋白質(zhì)含量高達(dá)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(chǔ)藏顯得尤為重要[5]。白蝦干因存儲(chǔ)方便、營(yíng)養(yǎng)豐富、風(fēng)味獨(dú)特等特點(diǎn)深受國(guó)內(nèi)外消費(fèi)者喜愛(ài)，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(yíng)養(yǎng)分析與評(píng)價(jià)[3-4]等方面，而在產(chǎn)品加工、品質(zhì)檢測(cè)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(lái)該技術(shù)受到越來(lái)越多的關(guān)注，基于GC-IMS技術(shù)構(gòu)建檢測(cè)樣品的特征指紋圖譜，可準(zhǔn)確快速地對(duì)樣品中的揮發(fā)性組分進(jìn)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(jiàn)報(bào)道。

研究選取不同產(chǎn)地秀麗白蝦干，利用GC-IMS技術(shù)對(duì)白蝦干的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行分析，通過(guò)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(gòu)自蘇州市吳中區(qū)太湖水產(chǎn)品市場(chǎng)；安徽巢湖白蝦，購(gòu)自安徽巢湖少年漁夫經(jīng)營(yíng)部；內(nèi)蒙古呼倫湖白蝦，購(gòu)自滿洲里雙湖食品有限公司。

FlavourSpec?氣相離子遷移譜（德國(guó)G.A.S公司），配備CTC CombiPAL頂空自動(dòng)進(jìn)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(guó) CS-Chromatographie Service GmbH）；氚電離源（活度300 MBq）。

1.2 試驗(yàn)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(jìn)樣，進(jìn)樣體積500 μL，進(jìn)樣針溫度85 ℃，孵育轉(zhuǎn)速500 r/min。

GC-IMS條件：色譜柱溫：60 ℃，運(yùn)行時(shí)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(duì)樣品進(jìn)行分析。LAV軟件用于查看分析譜圖，圖中每一個(gè)點(diǎn)代表一種揮發(fā)性有機(jī)物，對(duì)其建立標(biāo)準(zhǔn)曲線后可進(jìn)行定量分析；運(yùn)用Reporter插件進(jìn)行樣品之間的譜圖差異分析；運(yùn)用Gallery Plot插件構(gòu)建指紋圖譜，對(duì)比分析不同樣品之間的揮發(fā)性有機(jī)物差異；運(yùn)用Dynamic PCA插件進(jìn)行動(dòng)態(tài)主成分分析，用于將樣品聚類分析；運(yùn)用GC×IMS Library Search內(nèi)置的NIST數(shù)據(jù)庫(kù)和IMS數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)揮發(fā)性物質(zhì)進(jìn)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(duì)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(jiàn)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(duì)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(gè)圖背景為藍(lán)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(shí)間（s），橫坐標(biāo)代表離子遷移時(shí)間（歸一化處理），RIP峰兩側(cè)的每一個(gè)點(diǎn)代表一種揮發(fā)性有機(jī)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(gè)或多個(gè)亮點(diǎn)，因此整個(gè)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(jī)物差異很大，呼倫湖白蝦干中的揮發(fā)性有機(jī)物最多，太湖白蝦干中最少。為了更加明顯地對(duì)比這種差異，采用差異對(duì)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(jī)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(lán)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(duì)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(jī)物差異較大，其中呼倫湖白蝦干中的揮發(fā)性有機(jī)物最多，巢湖白蝦干次之，太湖白蝦干中揮發(fā)性有機(jī)物最少。

2.2 不同產(chǎn)地秀麗白蝦干GC-IMS定性分析

通過(guò)儀器配套的GC-IMS Library Search軟件，依據(jù)樣品中揮發(fā)性有機(jī)物氣相色譜保留時(shí)間和IMS遷移時(shí)間，通過(guò)GC-IMS庫(kù)進(jìn)行匹配并對(duì)揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行定性分析，同時(shí)依據(jù)軟件內(nèi)置的NIST氣相保留指數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)與IMS遷移時(shí)間數(shù)據(jù)庫(kù)二維定性數(shù)據(jù)庫(kù)，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(cè)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(qiáng)，主要來(lái)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(guò)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(jiān)果和烤焦香味[27]。

表1 指紋圖譜中部分揮發(fā)性物質(zhì)測(cè)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(jìn)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(guò)LAV軟件GalleryPlot插件，選取產(chǎn)地來(lái)自江蘇太湖、內(nèi)蒙古呼倫湖、安徽巢湖的秀麗白蝦干，每個(gè)試驗(yàn)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(gè)白蝦干樣品中選取的全部信號(hào)峰，每一列代表同一揮發(fā)性有機(jī)物在不同白蝦干樣品中的信號(hào)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(jī)物信息以及樣品之間揮發(fā)性有機(jī)物的差異。由圖4指紋圖譜可以看出，所有被檢測(cè)出的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)分布在不同的區(qū)域，通過(guò)對(duì)指紋圖譜初步對(duì)比分析可見(jiàn)，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(jī)物在呼倫湖白蝦干中的含量遠(yuǎn)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(yuǎn)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(yuǎn)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(yuǎn)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(zhǎng)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(jī)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(jìn)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(yuǎn)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(jī)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(jī)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(guò)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(jī)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(jī)物差異很大，呼倫湖白蝦干樣品中的揮發(fā)性有機(jī)物最多，太湖白蝦干樣品揮發(fā)性有機(jī)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(yuǎn)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(wú)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(jìn)一步開(kāi)展秀麗白蝦產(chǎn)品加工和品質(zhì)提升提供參考依據(jù)。