气相离子迁移谱技术在谷物食品中的应用研究进展

作为一种新兴的检测分析技术,气相离子迁移谱兼备气相色谱的高效分离能力和离子迁移谱的快速响应能力。因检测速度快、用时短、数据可视化等优势,在食品领域中得以广泛应用,特别是在食品等级分类、掺假检测、食品新鲜度评价、食品加工过程品质监测与贮藏期间变化方面。玉米、小麦、大米、大麦、高粱、糙米等谷物是我国重要的经济作物,不仅提供机体所需的营养素和能量,同时作为重要的传统美食加工原料,在日常生活中需求量大。随着人们对于健康营养食品的消费意识增加,围绕谷物及其制品的研究成为了关注的热点。基于此,本文介绍了气相离子迁移谱的原理及特点,并系统整理了该技术在谷物食品产地溯源、香气成分分析、原料精深加工等方面的研究情况,旨在为谷物资源的开发利用和品质调控提供重要支撑。

基于气相离子迁移谱技术分析延安市不同县区的富士苹果挥发性成分的差异

目的分析比较延安市不同区县富士苹果之间挥发性成分的差异。方法采用气相离子迁移谱(gas chromatography-ion mobility spectrometry,GC-IMS)技术对延安市13个县区的晚熟富士苹果的挥发性成分进行分析,建立富士苹果的挥发性成分特征指纹图谱,并进行主成分法和聚类分析法分析。结果在延安市13个县区富士苹果样品中共鉴别出的挥发性成分54种,主要有酯类、醇类、酮类、醛类和酸类等物质,各县区富士苹果的酯类和醇类物质占比较高,分别占总挥发性成分的48.98%~53.19%和13.04%~19.23%。13个县区富士苹果共有的挥发性成分有2-乙基呋喃、丙酸乙酯、甲酸异戊酯、乙酸己酯、乙酸异戊酯、2-甲基丁基乙酸酯等,这些物质共同奠定了延安富士苹果香气的总体基调,各县区富士苹果的挥发性成分的具体种类和含量各有不同。结论本研究通过建立挥发性成分特征指纹图谱,明确了延安市不同区县富士苹果之间挥发性成分存在的差异。研究发现延安市宝塔区的富士苹果挥发性成分种类及含量较丰富,其特征性物质有巴豆酸乙酯、异丙醇、2,3-丁二酮、乙酸甲酯等。黄陵县富士苹果特有丁酸丙酯、丁酸甲酯等物质。宜川县富士苹果的特征性物质有反式-2-已烯醛、丁酸异戊酯、丁酸等。此外富县富士苹果中含量丰富的挥发性成与黄陵县富士苹果的部分挥发性成分一致。洛川县、甘泉县、黄龙县和吴起县的富士苹果中含量丰富的挥发性成分较为相似;子长市、安塞区、志丹县、延长县的富士苹果中含量丰富的挥发性成分较为相似。结果表明GC-IMS技术在延安市富士苹果的挥发性成分的分析方面具有较好的应用价值,可用于不同县区富士苹果的风味识别和品质评价。

基于气相离子迁移谱技术的五倍子花中蜂蜜成熟度模型鉴别研究

采用气相离子迁移谱(gas chromatography-ion mobility spectrometry,GC-IMS)技术对重庆三峡库区5个不同成熟度的五倍子花中华蜜蜂蜂蜜(五倍子蜂蜜)的挥发性有机化合物(volatile organic compounds,VOCs)进行测定和分析。利用二维差谱法从广泛的VOCs信号数据中筛选出45个有效表征五倍子蜂蜜成熟度差异的特征变量,从差异化的VOCs分布轮廓的非靶向角度对5个不同成熟度的五倍子蜂蜜进行了偏最小二乘判别分析(partial least squares discriminant analysis,PLS-DA),并构建了五倍子蜂蜜成熟度鉴别模型。PLS-DA鉴别模型的拟合优度参数(R 2)和预测能力参数(Q 2)均较好,分别为0.880和0.706。交叉验证和置换模拟验证结果表明所构建模型未发生过拟合情况,模型稳健有效,可实现对5个不同成熟度的五倍子蜂蜜进行有效鉴别。同时,通过变量投影重要性(variable importance for the projection,VIP)值进一步筛选出了14个对有效区分五倍子蜂蜜成熟度发挥关键作用的特征标志物。该研究引入GC-IMS技术和PLS-DA的理论与方法实现了不同成熟度五倍子蜂蜜样品的准确鉴别,为蜂蜜质量控制提供了新的技术参考。

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

采用顶空气相离子迁移谱(gas chromatography-ion mobility spectroscopy,GC-IMS)技术对新疆环塔里木盆地3个红枣主产区、河南新郑和山西临县31个不同产地枣果特征风味成分进行分析。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。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。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。

基于气相离子迁移谱技术的霉变香米微生物挥发性气味的特征指纹图谱

为实现对霉变香米快速、简便、准确地判别分析,以自然霉变香米中分离出的6种主要霉菌为研究对象,借助气相离子迁移谱(gas chromatography-ion mobility spectrometry,GC-IMS)技术分析其自身代谢过程中产生的微生物挥发性有机化合物(microbial volatile organic compounds,mVOCs),结合统计分析,筛选出具有表征霉变信息的mVOCs物质,并结合化学计量学方法建立霉变香米的判别模型。结果表明:6种霉菌产生的mVOCs物质主要为醇类、醛类、酮类以及酯类等;霉菌侵染的香米样品与正常样品在主成分得分图中呈现2个簇类聚集,k近邻判别模型显示测试集样品平均识别率达到95.25%,从而证实mVOCs具有表征香米霉变能力的可靠性,GC-IMS结合化学计量学方法对香米霉变无损判别有效分析的可行性,在大米品质分析与贮藏监控等领域具有广泛的应用价值。

基于气相离子迁移色谱结合感官评价法对植物基杏仁酸奶挥发性风味物质的表征及分析

为探究不同处理方式对植物基杏仁酸奶品质的影响,该实验以脱皮杏仁为原料,采用原料发酵、蛋白发酵、脱脂发酵和焙烤发酵制备杏仁酸奶,通过感官评价与气相离子迁移色谱技术(gas chromatography-ion mobility spectrometry,GC-IMS)结合多元统计分析方法对不同发酵杏仁酸奶的挥发性化合物进行分析,实现特征挥发性化合物的表征。结果表明,4款植物基杏仁酸奶中共鉴定出55种挥发性有机组分(含单体及二聚体),包括醛类13种、醇类16种、酮类11种、酯类8种、酸类3种、烷烃类2种、呋喃类1种、烯烃类1种。指纹图谱分析显示,4款植物基杏仁酸奶的特征挥发性有机物质存在明显差异,且含量各不相同;主成分分析显示,不同处理方式可显著改变杏仁酸奶的特征风味,该结果与感官评价结果基本吻合。聚类热图分析直观的验证了指纹图谱及主成分分析结果。该研究为植物基杏仁酸奶的口感和风味提升提供了研究思路,研究结果为生产高质量的植物基杏仁酸奶提供了科学依据。

基于气相离子迁移谱技术的芋头产地鉴别方法

分析不同产地芋头挥发性有机化合物组成差异,并构建芋头产地溯源的可视化指纹图谱。采用气相离子迁移谱法对不同产地芋头的挥发性物质进行测定,结合主成分分析(PCA)实现样品产地的快速区分,进一步筛选芋头中差异挥发性物质。结果表明,在不同产地芋头中,共检测到45个信号峰,鉴定出26种化合物,包括单体和部分化合物的二聚体。主成分分析将芋头分为3类,其中,靖江香沙芋和奉化芋头的挥发性物质较为相似,而与荔浦芋头、沙沟芋头差别很大。异丙醇、2-甲基-乙酸丁酯、辛酸甲酯是区别不同芋头的特征标记物。该方法直观、快速,为地方特色芋头的区分提供了新方法和技术支持。

基于气相离子迁移谱的槟榔炒制过程中挥发性成分的变化研究

分析槟榔炒制过程中挥发性成分的变化规律,为生槟榔和炒槟榔的质量控制提供参考。采用气相离子迁移谱(gas chromatography-ion mobility spectrometry,GC-IMS)分析不同炒制时间槟榔中挥发性成分的含量变化,采用化学计量学筛选差异成分。从槟榔中共鉴定出31种挥发性成分,包括醛类、酯类、有机酸类和酮类等;槟榔炒制后挥发性成分发生了显著变化;化学计量学结果表明,二甲基三硫、异戊醛、乙酸乙酯等成分的含量变化显著。基于GC-IMS和化学计量学可以较好地描述槟榔炒制过程中挥发性成分的变化趋势,并为不同炒制时间槟榔的鉴别及其质量控制提供依据。

应用顶空-气相离子迁移谱分析百合发酵乳的风味物质

按方法采集百合鳞茎经蒸制、打浆制成熟制样品(ZBH)。另取纯牛奶经杀菌、接种、发酵12h制得原味酸奶(SN-1/2)。另按方法制得百合酸奶(SN-3/4)和5个不同发酵时间(8,10,12,14,16h)的百合发酵酸奶(BHSN)。分别取上述4种样品各1.0g,分别按工作条件进行顶空采样并引入气相离子迁移谱分析系统进行分析。根据所测得数据,并经NIST数据库检索,在以上4种样品的挥发性组分中共鉴定了24种化合物。将这些化合物的信号峰强度进一步分析,可得到其中15种挥发物成分在不同样本中存在明显差异。根据所测得4种样品的挥发物中的一些特征组分或其信号峰强度的差异可对所涉及样品作出区别。例如正己醇等可作为ZBH的特征性组分。此外,对样品的风味物质进行正交偏最小二乘法判别分析(OPLS-DA),还可准确区分上述4种样品,以及不同发酵时间的BHSN的主要风味挥发成分的类别和含量,从而判断和选择适当的发酵时间。

气相离子迁移谱对山茶油掺假的检测

以掺假山茶油样为气相离子迁移谱(gas chromatography-ion mobility spectrometry,GC-IMS)检测对象,利用多维主成分分析(multi-way principal component analysis,MPCA)法和偏最小二乘(partial least squares,PLS)回归分析处理二维谱图数据,探索并建立一种山茶油纯度检测方法。对配制的不同比例3种食用植物油的掺假油样进行GC-IMS检测,采用MPCA压缩并提取矩阵中的得分矩阵进行主成分分析,将提取的得分矩阵进行PLS分析,建立掺假量的定量预测模型。结果表明,MPCA处理后的主成分图可以明显区分山茶油样和掺入不同种类食用油的掺假山茶油样,且不同掺入比例组有其明显的归属区域;采用PLS对MPCA的得分矩阵进行回归分析,可实现对山茶油掺假比例的准确定量测定。该方法具有快速、准确、无损的特点,可应用推广到其他联用仪器的数据分析处理中,在食用油品质控制与评价方法中具有很大的应用前景。

基于气相离子迁移谱对葵花籽油精炼程度的检测

运用气相离子迁移谱(gas chromatography-ion mobility spectrometry,GC-IMS)对不同精炼程度的葵花籽油的挥发性有机成分进行分析,构建葵花籽油精炼程度的指纹图谱,并对葵花籽油的精炼程度进行判别和分类。采用二维差谱方法筛选出22 个有效特征峰作为表征精炼程度差异的变量,采用主成分分析和有监督模式识别方法(K最近邻、二次线性判别分析、Fisher线性判别分析)进行模式识别。结果表明,3 种有监督模式识别方法均可以有效地区分不同精炼程度的葵花籽油样,识别率高达97.30%。使用GC-IMS技术结合化学计量学方法能够准确直观地区分不同精炼程度的葵花籽油样品,便于企业对植物油进行质量控制,同时为质检技术人员提供了一种新的检测方法。

气相离子迁移谱技术鉴别重庆三峡库区特色中蜂蜜研究

采用气相离子迁移谱(gas chromatography-ion mobility spectrometry,GC-IMS)技术对来源于重庆三峡库区的油菜花、五倍子花、枇杷花和柑橘花的4种特色中华蜜蜂蜂蜜(中蜂蜜)的挥发性有机成分进行测定和分析,建立不同植物来源中蜂蜜的判别模型,并对不同植物来源蜂蜜进行鉴别和分类。利用二维差谱法筛选出58个有效特征成分的特征峰作为表征中蜂蜜植物来源差异信息的特征变量,利用主成分分析(principal component analysis,PCA)和线性判别分析(linear discriminate analysis,LDA)方法建立判别模型。结果表明,该研究选取的特征变量经PCA处理后前3个主成分的累积贡献率为81.35%,得分图中4种中蜂蜜分布于不同的区域,无重叠或交叉,建立的判别模型可有效识别不同植物来源的中蜂蜜,准确率为100%,对其他植物来源中蜂蜜的误判率仅为5.9%。该研究利用GC-IMS测定中蜂蜜中的挥发性有机成分,结合PCA和LDA可以准确地区分重庆三峡库区不同蜜源植物特色的中蜂蜜样品,为中蜂蜜的品种鉴别和质量控制提供了新的技术参考。

基于气相离子迁移谱技术分析太和香椿的挥发性成分

为探究3种太和香椿挥发性成分差异,并建立一种香椿品种的快速鉴别方法,该研究采用气相色谱-离子迁移谱技术对3种香椿中的挥发性成分进行检测分析。根据各组分的保留时间和离子漂移时间,对检测出的物质进行定性分析,确定化合物名称。利用LAV软件中的Gallery Plot插件,构建香椿样品的挥发性成分指纹图谱,比较不同香椿样品的挥发性成分差异。定性分析结果显示,3种香椿中共鉴定出挥发性物质47种,相对含量最高的为醇类化合物,以2-己烯醇最高,表现为草木香和果香。由主成分分析图可以直观看出,3种不同香椿样品得到明显区分,不同样品间具有明显的归属区域。该研究可以为香椿的快速鉴定和分类提供了一种简单、快速的方法,具有较大的应用前景。

基于气相离子迁移谱的热处理对催熟香蕉的挥发性物质分析

以香蕉果实为试验材料,利用热激、低温和催熟处理采后香蕉果实,采用气相离子迁移谱检测香蕉的挥发性物质,研究热处理对催熟香蕉果实挥发性物质的影响。结果表明:与对照相比,7℃6 d+催熟3 d和H+7℃6 d+催熟3d2个处理均明显降低了糠醇、苯甲醛、4-甲基苯酚、己酸乙酯、二甲基二氧杂环酮、1-戊醇、己二酮、3-甲基丁酸、2-甲氧基苯酚、2-己醇、丁酸乙酯等组分的含量;相反,这2个处理均明显增加了丙醇、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、顺式-3-己烯醇、辛酸、庚烷-2-酮等组分的含量。另外,H+7℃6 d+催熟3 d处理明显增加了羟基丙酮、3-甲基-3-丁烯-1-醇、3-甲基-2-丁醇等组分的含量。与7℃6 d+催熟3 d相比,H+7℃6 d+催熟3 d处理明显降低了三乙胺、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组分的含量,导致这些组分含量与对照基本一致。进一步研究发现,热处理能明显降低7℃冷藏香蕉果实的冷害指数,减轻香蕉果实的冷害症状。热处理诱导催熟香蕉果实上述挥发性物质的变化,可能与热处理诱导香蕉果实产生抗冷性的过程密切相关。

质谱中气相离子远电荷碎裂反应的方法、机理及应用

本文评述了质谱中气相离子远电荷碎裂反应的方法、反应机理及其在质谱研究中的具体应用。

基于气相离子迁移谱的复合咖啡渣吸附剂的留香研究

为吸附冰箱冷藏臭等异味,筛选以阿拉比卡咖啡渣、多孔淀粉和咖啡粉末香精为主要原料研制出食品级除异味复合吸附剂,并探究其香气成分、香气浓度和留香能力。利用正交试验优化吸附剂配方,采用气相离子迁移谱和感官量化描述分析对不同配方的复合吸附剂的香气成分、香气浓度进行分析,将吸附剂应用于冰箱冷藏室,比较应用前后的香气特征和浓度。结果表明,由90.5%纯咖啡渣、9.0%多孔淀粉和0.5%咖啡粉末香精复配得到的吸附剂在应用前后都具有典型的咖啡香气,所含特征化合物为苯甲酸乙酯、愈创木酚、异松油烯、苯乙酮、2-乙酰基呋喃、2,5-二甲基吡嗪、甲基吡嗪、异丁醇、2-丁酮、糠醛、3-羟基-2-丁酮等。运用气相离子迁移谱法分析样品的整体气味浓度差异可以有效表征该复合咖啡渣吸附剂的留香能力,添加1%(质量百分比)以下的咖啡固体粉末香精可以有效增强吸附剂的香气浓度和留香能力。

顶空气相离子迁移谱结合化学计量法快速鉴定红枣片品质和加工方式

为了快速鉴定红枣片的品质和加工方式,本文建立了一种顶空气相离子迁移谱方法及应用技术。利用FlavourSpec⑧气相色谱-离子迁移谱联用技术对红枣片的挥发性成分进行分析检测,结合化学计量学方法,运用主成分分析和偏最小二乘回归分析方法对获得的三维指纹图谱进行分析处理,从而对红枣片品质及其加工方式进行快速鉴别。结果发现,该方法通过监控加工过程中红枣片样品挥发性有机物质的变化,实现了对红枣片加工方式和品质的快速判定,无需复杂的样品前处理,简单快捷,灵敏度高。

基于气相离子迁移谱的不同产地生姜挥发性有机物指纹图谱分析

采用顶空气相离子迁移谱(gas chromatography-ion mobility spectroscopy,GC-IMS)技术对安徽省铜陵市、舒城县、临泉县3个不同产地生姜特征风味成分进行分析。通过LAV软件构建不同产地生姜挥发性风味指纹图谱,比较不同产地生姜特征风味物质之间的差异,并确定其主要特征风味化合物和含量。结果表明,乙酸异戊酯、乙酸龙脑酯、月桂烯等为铜陵生姜主要特征风味物质,1-己醇、2-己烯醇、香茅醇、庚醛、壬醛、2-庚酮、2-壬酮、丁酸戊酯、3,4-二甲基苯甲醚等为临泉生姜主要特征风味物质,芳樟醇、乙醇、柠檬醛、(E)-2-辛烯醛、戊醛、苯甲醛、乙酸乙酯、己酸丙酯、辛酸、2-乙酰基呋喃、甲基吡嗪、丙酮等为舒城生姜主要特征风味物质。通过相似度和主成分分析,不同产地生姜得到明显区分,表明GC-IMS技术可用于生姜产地区分、溯源和品质评价。

基于气相离子迁移谱分析不同贮藏条件下番荔枝的风味变化

采用GC-IMS技术,对25℃、4℃、保鲜剂(1-MCP、SNP)处理下番荔枝不同贮藏时间内挥发性成分进行测定,根据指纹图谱及PCA分析获得最佳保鲜方法。结果表明,在25℃条件下,番荔枝随着贮藏时间延长,挥发性成分明显增加,其主要挥发性成分为丙醇、戊醛、2,3-乙酰基丙酮等;在4℃条件下采用,1-MCP和SNP两种保鲜剂处理,实验组与对照组(25℃)之间的风味差异较大,直接4℃处理效果不如加入保鲜剂后的效果好,其中1-MCP处理对维持番荔枝果实风味更佳,主要风味物质为丁二酮、苯甲醛、正丁醛、丙酸乙酯等。该结论为番荔枝的贮藏保鲜提供一定的理论基础。

气相离子迁移谱测定不同养殖模式河蟹风味物质的研究

目的研究不同养殖模式河蟹的风味物质。方法利用气相离子迁移谱(gaschromatography-ion mobility spectrometry,GC-IMS)技术分析了全程颗粒饲料投喂的成蟹(1号蟹)、前期颗粒饲料后期冰鲜野杂鱼混养的成蟹(2号蟹)和全程颗粒饲料投喂的老头蟹(3号蟹)各食用部位(蟹腿肉、蟹腹肉、蟹黄)的挥发性有机化合物(volatile organic compounds,VOCs)。结果不同养殖模式河蟹样品的挥发性有机物组成主要包括醛类13种、酮类4种、醇类1种、呋喃类2种、酯类3种。通过蟹黄的指纹图谱可区分3种不同的养殖模式,1号蟹蟹黄主要特征化合物包括苯乙醛、壬醛、2-丁酮、辛醛、3-甲基丁醇、苯甲酸甲酯;2号蟹蟹黄主要特征化合物包括(E,Z)-2,6-壬二烯醛、(E)-2-辛烯醛、环已酮、1-辛烯-3-酮、(E,E)-2,4-癸二烯醛、2-戊基呋喃、2-乙基呋喃;3号蟹蟹黄主要特征化合物包括2-甲基丁酸甲酯。结论通过GC-IMS技术构建不同养殖模式河蟹风味物质的指纹图谱对于快速鉴别河蟹感官品质具有较好的应用价值。