气相离子迁移谱分析市售燕盏挥发性物质成分

潘柯伊,杜方敏,陈述文,张卓耘,王乾蕾,陈 念,高向阳,*

(1.中山市食品药品检验所,广东中山 528437;2.华南农业大学食品学院,广东省功能食品活性物重点实验室,广东广州 510642;3.中山火炬职业技术学院健康产业学院,广东中山 528436)

在中国,燕窝自明代以来一直被视为传统名贵食品之一,它是指雨燕目雨燕科金丝燕属的几种金丝燕摄食的昆虫、海藻、银鱼等物经消化后,分泌出来的唾液与羽绒等混合筑成的巢窝[1]。主要产自印尼、马来西亚、泰国和越南等东南亚国家。中医认为燕窝具有“养阴润燥、益气补中、治虚损、咳痰喘、咳血、久痢”[2]的效用。

不同品种的燕窝由不同品种的金丝燕所产,主要包括官燕窝、毛燕窝和草燕窝,且其品质、价格等差异甚大。燕盏为燕窝原料采摘后经简单除杂处理所得的船形的燕窝。由于燕窝具有较高的营养和保健价值,市场对燕窝的需求日益增加。目前市场上“以次充好”(将猪皮,银耳等廉价品对掺入燕窝)的现象时有发生,国内外现有燕窝质量评价方法包括性状、理化鉴别方法具有较强的主观性[3-4];已采用的仪器分析法主要有红外光谱法[5]、气相色谱法[6-7]、高效液相法[8]、电泳分析法[9]、荧光定量PCR[10]和分子生物学方法[11-12]等都有各自的局限性而难以推广应用,因此我国目前对于燕窝的质量评价标准仍不完善。物质气味与物质基础直接关联,目前有研究者利用监测特定挥发性物质来控制产品生产和评价品质,比如啤酒[13]、葡萄酒[14]和肉制品[15]等(监测肉制品中三甲基胺来评价其腐烂程度),但目前关于燕窝中挥发性物质成分的研究甚少。

近年来,一种基于气相色谱(gas chromatography,GC)和离子迁移谱(ion mobility spectrometry,IMS)的联用技术逐渐应用在食品上,其中主要集中于评价酒[16]、茶叶[17]、植物油[18]等产品品质评价等方面以及最近涉猎的中药材鉴定方面[19-20],具有高分辨率、高灵敏度、分析高效、操作简便等特点,但尚未见在燕窝挥发性物质研究方面的报道。

本研究利用气相离子迁移色谱技术,对市场上收集的燕盏进行挥发性成分的比较分析,研究燕盏挥发性特征物质,为完善燕盏品质质量标准和真伪鉴定提供新思路和可参考资料。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

燕盏 中山市各大连锁药店,分别编号1～8,其中3号燕盏(产地:马来西亚;燕屋注册号:D20049,批次:37_20161117092608654)色泽均匀,呈乳白色,表面可见原始纤维,经中山火炬职业技术学院生物医学系帅银花高级工程师鉴定为雨燕科金丝燕属动物金丝燕的唾液与绒羽等混合凝结所筑成的巢窝;猪皮 市场作为阴性对照品编号为9,样品详细信息如表1。

表1 样品信息Table 1 Sample information

FlavourSpec®食品风味分析与质量控制系统(配有CTC自动顶空进样瓶,Laboratory Analytical Viewer(LAV)分析软件及GC×IMS Library Search Software) 德国G.A.S公司

1.2 实验方法

1.2.1 样品前处理 各样品别取0.5 g于20 mL顶空进样瓶中。顶空进样条件:孵育时间20 min,孵育温度60 ℃,进样针温度65 ℃,进样量500 μL。

1.2.2 GC条件 色谱柱:FS-SE-54-CB-1 15m ID:0.53 mm,柱温60 ℃,载气/漂移气:N2(纯度>99.999%)载气流速:0～2 min 2 mL/min,2～10 min 2～10 mL/min,10～20 min 10～80 mL/min,20～25 min 80～130 mL/min。

1.2.3 IMS条件 漂移管温度45 ℃,漂移气:N2(纯度>99.999%),漂移气流速:150 mL/min。

1.3 数据处理

通过仪器自带软件Reporter插件、Gallery Plot插件、动态主成分分析PCA、GC×IMS Library Search等进行分析以及软件内置的NIST数据库和IMS数据库可对物质进行定性分析,并利用IBM SPSS Statistics22.0软件对数据进行方差分析和多重比较分析。

2 结果与分析

2.1 燕盏特征性物质分析

利用软件内置的NIST数据库和IMS数据库进行匹配[21-22],鉴定到的物质信息如表2所示,其中包括醇类物质9种,醛类物8种,酮类物质6种,酯类物质3种,其他物质3种,共29种挥发性化合物。

表2 不同燕盏样品和猪皮挥发性物质相对含量(%)Table 2 Composition of volatile component fingerprints of different bird’s nest samples and pig skin samples(%)

利用SPSS软件对燕盏样品和猪皮样品的挥发性物质进行方差分析和多重比较分析,结果显示7个燕盏样品中苯甲醛含量均较高(平均含量10.54%),1-壬醇(0.07%)、二甲基三硫(0.36%)、戊醛(0.06%)、2-丁酮(0.05%)、2-己酮(0.05%)含量均较低。燕盏与猪皮中挥发性物质相比,醇类和醛类有极显著差异(P<0.01),酯类和酮类有显著差异(P<0.05)。其中醇类中正己醇(燕盏平均含量:1.41%,猪皮中含量:0.18%)、正丁醇(2.17%,0.17%)、乙醇(7.35%,0.17%)、1-戊醇(0.46%,0.15%)有极显著差异(P<0.01),3-呋喃甲醇(0.15%,0.06%)有显著差异(P<0.05);醛类中己醛(1.16%,0.14%)、壬醛(0.92%,0.14%)、苯甲醛(10.54%,0.15%)有极显著差异(P<0.01),苯乙醛(0.58%,1.48%)有显著差异(P<0.05);酮类中2-丁酮(0.05%,0.23%)、丙酮(3.23%,0.2%)有极显著差异(P<0.01),苯乙酮(0.25%,0.12%)、2-己酮(0.05%,0.11%)有显著差异(P<0.05),酯类中gamma-丁内酯(0.49%,3.12%)有极显著差异(P<0.01);其他物质中愈创木酚(0.24%,0.05%)有显著差异(P<0.05)。

2.2 不同燕盏样品挥发性物质指纹图谱

利用FlavourSpec®系统自带的LAV软件内置的Gallery Plot插件框选所有挥发性物质信号峰[23],形成各样品指纹图谱进行对比,如图1所示(图中每一行代表一个样品中选取的全部信号峰,图中每一列代表同一挥发性物质在不同样品中的信号峰)。

指纹谱图中从上到下依次是1～8号燕盏和9号猪皮样品,每个样品两个平行,颜色越深说明该挥发性物质含量越高。由图1可以明显看出7个燕盏样品与3号正品燕盏挥发性物质组成较为相似,其中苯甲醛含量均较高,1-壬醇、二甲基三硫、戊醛、2-丁酮、2-己酮等物质含量均较低;8个燕盏样品和猪皮样品挥发性物质组成存在一定的差异性,其中燕窝中苯甲醛平均含量为猪皮中含量的70倍,猪皮中2-丁酮含量为燕盏平均含量的4.6倍。

图1 不同燕盏样品和猪皮挥发性物质指纹图谱比较Fig.1 Comparison of volatile component fingerprints of different bird’s nest samples and pig skin samples注:A和B分别为指纹图谱前半部分和后半部分,纵坐标为样品编号1～9(同表1),横坐标为挥发性物质名称,编码表示该物质在数据库中未匹配。

2.3 相似度分析

燕盏和猪皮样品都含有其特有的挥发性化合物,样品组间呈现出差异性。根据各样品的挥发性物质种类和浓度进行相似度分析(见表3)。

从表3可以看出,各组内相似度平均达到94%,7个燕盏样品和3号正品燕盏挥发性物质相似度平均分别为89%,猪皮和正品燕盏挥发性物质组成相似度为52%,7个燕盏样品与9号猪皮的挥发性物质相似度平均为53%,相似度水平较低。

表3 不同燕盏样品和对照品挥发性物质相似度分析(%)Table 3 Smilarity analysis of volatile matter of different bird’s nest samples and control samples(%)

2.4 主成分分析

选取燕盏样品和猪皮所有挥发性化合物的信号峰进行PCA分析[24],以检测样品间挥发性物质是否有显著性差异[25],结果如图2所示。

图2 不同燕盏样品和猪皮挥发性物质的PCA分析Fig.2 PCA analysis of volatile matter ofdifferent bird’s nest samples and pig skin samples注:1～8燕盏样品;9是猪皮样品。

从PCA图中可以看出两个主成分贡献值分别为32%和28%,每个样品做了两个平行,平行样品两两聚到一起,说明实验平行效果好。正品燕盏3号与其他燕盏样品聚在一处且与猪皮距离较远,说明正品燕盏样品和猪皮挥发性物质组成上差异较大,可较好的区分开。这与指纹图谱和相似度分析结果一致。

3 讨论与结论

利用GC-IMS技术对比分析了市售燕盏和猪皮对照物的挥发性物质组成,PCA结果显示,正品燕盏与7个燕盏样品聚在一起,且与猪皮样品相距较远。挥发性物质组成相似度分析表明,与正品燕盏相比,7个燕盏样品与其相似度平均达到89%,猪皮与其相似度只有52%。SPSS分析表明燕盏中含量均较高的物质为苯甲醛(10.54%),均较低的物质有2-丁酮(0.05%),2-己酮(0.05%),且都与猪皮样品有显著性差异,其中燕盏中苯甲醛含量为猪皮70倍,而猪皮中2-丁酮含量为燕盏4.6倍。以上结果均表明燕盏样品和猪皮挥发性物质组成存在显著性差异。

本研究根据燕盏常见掺假物、检测方法对燕盏样品破坏程度及便捷度程度分析,提出一种基于GC-IMS技术的快速无损判别方法。以上结果表明该方法通过分析燕盏和猪皮的挥发性物质成分可以较好地将两者区分开,在燕盏品质评价和鉴别方面具有较高的可行性。后期会进一步扩大样本量,得到标准燕盏的气相离子迁移色谱分析数据,建立标准燕盏数据库,并得到构建燕盏真伪判别的GC-IMS方法模型[26],为燕盏品质评价、鉴别方法及标准的完善奠定基础。