不同产地秀丽白虾干风味物质GC-IMS指纹图谱分析

崔保威，欧阳远鑫，马杨柳，韩宇鹏，邱岳，高岳

苏州农业职业技术学院（苏州 215008）

秀丽白虾，俗称“白虾”，隶属于甲壳纲、十足目、长臂虾科、白虾属，是我国淡水湖泊中的重要经济种类[1]。江苏太湖秀丽白虾因其壳薄味美、营养丰富、产量高而与太湖银鱼和太湖白鱼共称为“太湖三白”[2]，安徽巢湖秀丽白虾与银鱼、河蟹并称为“巢湖三鲜”[3]，内蒙古呼伦湖秀丽白虾具有生长快、食性广、繁殖力强、营养价值高等特点，是呼伦湖唯一的经济虾类[4]。秀丽白虾虾体晶莹通透、虾肉鲜嫩，营养丰富，蛋白质含量高达81.01%，但由于受到自身内源酶、贮藏环境、微生物等影响，极易腐败变质，秀丽白虾的加工及储藏显得尤为重要[5]。白虾干因存储方便、营养丰富、风味独特等特点深受国内外消费者喜爱，也是秀丽白虾加工的主要产品形式之一。目前关于秀丽白虾的研究多集中于种质资源[6-7]、生物免疫[8-9]、营养分析与评价[3-4]等方面，而在产品加工、品质检测及风味分析等领域少有研究。

气相-离子迁移谱法（GC-IMS）结合了气相色谱的高分离性能以及离子迁移谱的高灵敏度，可用于分析样品中挥发性化合物[10-11]。近年来该技术受到越来越多的关注，基于GC-IMS技术构建检测样品的特征指纹图谱，可准确快速地对样品中的挥发性组分进行定性分析[12-14]。目前该技术在酒类[15]、果蔬[16]、肉制品[17]、乳制品[18]、香精香料[19]等诸多食品行业均有广泛的应用，但将GC-IMS应用于白虾干风味研究还未见报道。

研究选取不同产地秀丽白虾干，利用GC-IMS技术对白虾干的挥发性风味物质进行分析，通过构建指纹图谱以及聚类分析，探究不同产地秀丽白虾干挥发性风味物质的差异及关联，以期为秀丽白虾干产品的高质化加工利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

江苏太湖白虾，购自苏州市吴中区太湖水产品市场；安徽巢湖白虾，购自安徽巢湖少年渔夫经营部；内蒙古呼伦湖白虾，购自满洲里双湖食品有限公司。

FlavourSpec®气相离子迁移谱（德国G.A.S公司），配备CTC CombiPAL顶空自动进样器（瑞士 CTC Analytics AG公司）；FS-SE-54-CB-1色谱柱（非极性，15 m ID：0.53 mm，德国 CS-Chromatographie Service GmbH）；氚电离源（活度300 MBq）。

1.2 试验方法

样品处理：将白虾干搅碎，称取0.5 g置于20 mL顶空瓶中，40 ℃孵育15 min后进样，进样体积500 μL，进样针温度85 ℃，孵育转速500 r/min。

GC-IMS条件：色谱柱温：60 ℃，运行时间：20 min，载气/漂移气均为高浓度N2（纯度＞99.999%），IMS温度45 ℃；流速：E1 20 min内保持150 mL/min，E2初始2.0 mL/min，保持2 min后在10 min内线性增至10 mL/min，之后在20 min内线性增至100 mL/min。

1.3 数据分析与处理

使用仪器配套的分析软件LAV（Laboratory Analytical Viewer）和三款插件以及GC×IMS Library Search，从不同角度对样品进行分析。LAV软件用于查看分析谱图，图中每一个点代表一种挥发性有机物，对其建立标准曲线后可进行定量分析；运用Reporter插件进行样品之间的谱图差异分析；运用Gallery Plot插件构建指纹图谱，对比分析不同样品之间的挥发性有机物差异；运用Dynamic PCA插件进行动态主成分分析，用于将样品聚类分析；运用GC×IMS Library Search内置的NIST数据库和IMS数据库对挥发性物质进行定性分析。

2 结果与分析

2.1 不同产地秀丽白虾干GC-IMS图谱对比分析

由LAV分析软件中的Reporter插件程序制作的不同产地秀丽白虾干GC-IMS三维谱图如图1所示。将图1三维谱图投影到二维平面上，俯视图见图2。

图1 不同产地秀丽白虾干特征风味三维GC-IMS谱图

图2 不同产地秀丽白虾干挥发性风味物质GC-IMS直接对比图

图1和图2中，颜色代表物质的浓度，白色表示浓度较低，红色表示浓度较高，颜色越深表示浓度越大，整个图背景为蓝色。横坐标1.0处红色竖线为RIP峰（反应离子峰，经归一化处理），纵坐标代表气相色谱的保留时间（s），横坐标代表离子迁移时间（归一化处理），RIP峰两侧的每一个点代表一种挥发性有机物。由于样品中的某一种挥发性化合物浓度不同，可能具有单体、二聚体或者三聚体等不同形态，在谱图中可能产生一个或多个亮点，因此整个GC-IMS谱图代表了样品的全部顶空成分[20]。由图1和图2可以看出，不同产地秀丽白虾干的挥发性物质具有不同的GC-IMS特征谱图信息，三种秀丽白虾干中的挥发性有机物差异很大，呼伦湖白虾干中的挥发性有机物最多，太湖白虾干中最少。为了更加明显地对比这种差异，采用差异对比模式。选取其中太湖白虾干样品的谱图作为参比，其他样品的谱图扣减参比，如果二者挥发性有机物一致，则扣减后的背景为白色，而红色代表该物质的浓度高于参比，蓝色代表该物质的浓度低于参比。如图3所示。

图3 不同产地秀丽白虾干GC-IMS差异对比谱图

由图3可以更加明显地看出，三种不同产地秀丽白虾干中的挥发性有机物差异较大，其中呼伦湖白虾干中的挥发性有机物最多，巢湖白虾干次之，太湖白虾干中挥发性有机物最少。

2.2 不同产地秀丽白虾干GC-IMS定性分析

通过仪器配套的GC-IMS Library Search软件，依据样品中挥发性有机物气相色谱保留时间和IMS迁移时间，通过GC-IMS库进行匹配并对挥发性风味物质进行定性分析，同时依据软件内置的NIST气相保留指数数据库与IMS迁移时间数据库二维定性数据库，可确定挥发性组分单体及部分物质的二聚体共有18种，单体及二聚体的化学式和CAS都相同，仅形态不同，如表1所示。

由表1可以看出，三种秀丽白虾干主要风味物质包括醛类、吡嗪类、酮类、呋喃类和醇类等。被检测到的醛类物质有正壬醛、苯甲醛、2-甲基丁醛、3-甲基丁醛、庚醛、辛醛、己醛。吡嗪类物质有甲基吡嗪、2, 5-二甲基吡嗪、2, 3, 5-三甲基吡嗪。酮类物质有2-庚酮、3-辛酮、3-戊酮。其它被检出的呋喃类物质有2-乙基呋喃，醇类物质有正戊醇。其中醛类物质挥发性较强，主要来自于脂质氧化，己醛和庚醛由亚油酸和花生四烯酸氧化产生[21]，醛类物质一定程度上决定了水产制品的风味[22-23]。辛醛和壬醛则是油酸氧化产物，具有愉快的甜味或果香风味特征[24-25]。酮类物质可通过脂肪氧化和美拉德反应产生，影响产品香味[26]，吡嗪类物质则具有坚果和烤焦香味[27]。

表1 指纹图谱中部分挥发性物质测定结果

2.3 不同产地秀丽白虾干GC-IMS指纹图谱分析

为进一步比较不同产地秀丽白虾干挥发性化合物组分的差异，通过LAV软件GalleryPlot插件，选取产地来自江苏太湖、内蒙古呼伦湖、安徽巢湖的秀丽白虾干，每个试验重复3次，形成样品指纹图谱，如图4所示。图4中每一行代表一个白虾干样品中选取的全部信号峰，每一列代表同一挥发性有机物在不同白虾干样品中的信号峰，M和D分别代表该物质的单体和二聚体。可以看出，不同产地秀丽白虾干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的差异。由图4指纹图谱可以看出，所有被检测出的挥发性风味物质分布在不同的区域，通过对指纹图谱初步对比分析可见，不同产地秀丽白虾干样品风味既有各自的特征峰区域，也有共同的风味区域。图4（A）框中的挥发性有机物在呼伦湖白虾干中的含量远高于太湖白虾干和巢湖白虾干，其主要特征物质包括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；图4（B）框中的特征物质在巢湖白虾干中的含量远高于太湖白虾干和呼伦湖白虾干的，主要特征物质包括3-戊酮和3-辛酮等；而图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虾干中的含量远低于呼伦湖白虾干和巢湖白虾干；呼伦湖白虾干中的1-戊醇含量远低于太湖白虾干和巢湖白虾干。综合分析三种白虾干特征风味物质的差异，其主要原因可能是由于白虾干产自不同地理区域，尤其内蒙古呼伦湖白虾生长纬度较江苏太湖和安徽巢湖更偏北，其气候条件以及加工方式的差异导致挥发性风味物质存在较大差异。

图4 不同产地秀丽白虾干中挥发性有机物指纹图谱

2.4 不同产地秀丽白虾干GC-IMS聚类分析

利用Dynamic PCA插件程序，将不同产地秀丽白虾干样品挥发性风味物质进行主成分分析（PCA）和指纹图谱相似度分析，结果如图5和图6所示。图5可以直观显示不同样品间的差异，样品之间距离近则代表差异小，距离远则代表差异明显，因此由图5可以看出，三种不同产地秀丽白虾干中的挥发性有机物差异较大，可以各自聚为一类，而内蒙古呼伦湖白虾干和太湖、巢湖两种白虾干的差异更大，图6指纹图谱相似度分析同样表明三种不同产地白虾干中的挥发性有机物存在较大差异，这一结果与前面指纹图谱所得到的分析结果一致。

图5 不同产地秀丽白虾干的主成分分析（PCA）

图6 不同产地秀丽白虾干的指纹图谱相似度分析

3 结论

利用气相离子迁移谱技术分析了不同产地秀丽白虾干挥发性物质的差异，通过构建特征风味指纹图谱，确定了不同产地秀丽白虾干主要风味和特征峰区域，结果表明秀丽白虾干中的挥发性有机物主要包括醛类、吡嗪类、呋喃类、酮类和醇类等，不同产地秀丽白虾干中的挥发性有机物差异很大，呼伦湖白虾干样品中的挥发性有机物最多，太湖白虾干样品挥发性有机物最少，其中呼伦湖白虾干中的醛类挥发性物质含量远高于太湖白虾干和巢湖白虾干，而巢湖白虾干中3-戊酮和3-辛酮等物质含量高于呼伦湖白虾干和太湖白虾干。无论采用PCA分析还是指纹图谱相似度分析，三种白虾干均可以各自聚为一类。研究结果为进一步开展秀丽白虾产品加工和品质提升提供参考依据。