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。

基于气相色谱-离子迁移谱技术分析不同预处理技术对压榨山茶油风味的影响

旨在提升山茶油风味品质,采用气相色谱-离子迁移谱(GC-IMS)技术分析微波、烘烤、蒸制3种预处理技术对压榨山茶油中挥发性成分的影响,并结合正交偏最小二乘判别分析(OPLSDA)、相对气味活度值(ROAV)和聚类分析比较不同预处理压榨山茶油挥发性成分的差异。结果表明:不同预处理压榨山茶油中共鉴定出40种挥发性成分,其中醛类18种(40.02%~51.88%)、醇类9种(10.99%~19.85%)、酮类6种(19.37%~27.35%)、酯类3种(4.21%~11.44%)、吡嗪类2种(1.25%~6.50%)、烃类1种(0.19%~0.32%)和酸类1种(0.35%~2.16%),其中微波预处理压榨山茶油的挥发性物质含量最高,其次为烘烤、蒸制的;OPLS-DA建立的模型能够有效地区分不同预处理压榨山茶油,并根据变量投影重要性(VIP)值大于1筛选出了10种特征挥发性成分,分别是2-甲基丁醛D、3-甲基丁醛D、2,3-戊二酮、乙酸甲酯、2-甲基吡嗪、丙酮、3-羟基-2-丁酮、顺-2-庚烯醛、正己醇、1-丁醇,其中前5种为关键风味成分(ROAV大于1);聚类分析表明不同预处理压榨山茶油的10种特征挥发性成分存在差异,分类结果与OPLS-DA分类基本一致。综上,不同预处理技术所得压榨山茶油的风味不同,可通过OPLS-DA和聚类分析进行区分。

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。

基于固相微萃取-气相色谱-质谱联用和气相色谱-离子迁移谱分析不同等级郫县豆瓣煸炒后风味特征差异

为研究不同等级郫县豆瓣煸炒后风味差异,采用固相微萃取-气相色谱-质谱联用(solid phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry,SPME-GC-MS)和GC-离子迁移谱(GC-ion mobility spectrometry,GCIMS)技术,使用主成分分析、正交偏最小二乘判别分析(orthogonal partial least squares discrimination analysis,OPLS-DA),结合气味活性值(odor activity value,OAV)确定关键化合物。结果表明:SPME-GC-MS鉴定出88种化合物,包含醛类15种、醇类11种、酯类17种、酮类13种、酸类5种、烯烃类5种、烷烃类6种、杂环类7种、苯酚类2种、醚类及其他化合物7种,其中34种为共有化合物;GC-IMS鉴定出57种化合物,并经OPLS-DA得到变量投影重要性值大于1的16种关键化合物;OAV结果表明,丁酸乙酯使特级豆瓣呈现苹果香,异戊醛带来麦芽香,异戊酸乙酯使一级豆瓣呈现果香,3-甲硫基丙醛带来烤土豆香和酱香,异丁酸乙酯使二级豆瓣呈现果香,异戊醛、异丁醛带来麦芽香,最终确定煸炒后豆瓣整体呈现果香、酒香、麦芽香、酸香、草香、可可香、杏仁香及酱香。研究结果可用于判定煸炒后豆瓣香气特征,并为感官定量描述法前期设计感官属性描述词汇提供参考依据。

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。

基于气相色谱-离子迁移谱法分析不同种类功能性油脂中挥发性成分

采用气相色谱-离子迁移谱联用(GC-IMS)技术对菜籽油、牡丹籽油、核桃油、胡麻油、文冠果油、紫苏油、橄榄油等7种功能性油脂中挥发性成分差异进行了对比分析。结果显示,7种功能性油脂共检出46种挥发性成分(成分的单体、二聚体和三聚体仅计算1次),包括10种醛类、9种酯类、8种醇类、7种酮类、5种酸类、2种烯类、5种杂环类;构建挥发性成分指纹图谱,确定了不同功能性油脂中的特征挥发性成分,7种功能性油脂中挥发性成分种类及相对含量差异明显;根据这些挥发性成分差异,利用特征成分指纹图谱和PCA谱图,可很好地区分7种功能性油脂。

基于气相色谱-离子迁移谱法结合感官评价对不同药食同源处理低温风干羊肉挥发性风味物质的表征及分析

为探究不同药食同源处理方式对低温风干羊肉品质的影响,以新鲜本地羊后腿肉为原料,经添加荷叶、葛根药食同源提取物及抗氧化剂特丁基对苯二酚进行腌制处理,采用低温风干[(8±1)℃,湿度50%~70%,风速2 m/s],通过感官评价与气相离子迁移色谱技术结合多元统计法对不同药食同源提取物处理的风干羊腿挥发性化合物特征进行分析。结果表明,4种不同处理的低温风干羊肉中共鉴定出52种挥发性有机组分(含单体及二聚体),其中醇类16种、醛类11种、酮类9种、酯类9种、酸类3种、烯烃类1种、吡嗪类1种、腈类2种。指纹图谱分析显示,4种不同处理的低温风干羊肉的特征挥发性有机物质存在明显差异。主成分分析显示,不同处理方式可显著改变低温风干羊肉的特征风味,该结果与感官评价结果基本吻合。聚类热图分析直观地验证了指纹图谱及主成分分析结果。研究结果为低温风干羊肉的口感和风味提升以及生产高质量风干羊肉提供了科学依据。

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。

基于感官和气相色谱-离子迁移谱分析传统高温蒸馏和渗透汽化膜分离技术对无核白葡萄烈酒香气物质的影响

为研究新型技术(渗透汽化膜分离技术)和传统技术(高温蒸馏技术)对无核白葡萄烈酒香气物质的影响。该研究采用感官和气相色谱-离子迁移谱(gas chromatography-ion migration spectrometry,GC-IMS)技术对不同工艺制备的无核白葡萄烈酒挥发性成分及理化指标进行分析和比较,为推动葡萄烈酒制备的新技术提供参考。GC-IMS和感官结果表明,3款烈酒的香气特征存在显著性差异,传统高温蒸馏技术制备的两款烈酒存在共性,而渗透汽化膜分离技术制备的烈酒风格较为独特,口感优于其他。GC-IMS在4类酒样中共检测出48种挥发性成分,定性了33种,其中主要为醛类、醇类和酯类物质。渗透汽化膜分离技术制备的烈酒中乙酸异戊酯、丁酸乙酯、丙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸异丁酯含量较高,壶式蒸馏中2-甲基丙醛、2-甲基丁醛、戊醛的含量较高,塔式蒸馏中丁醛和乙醛的含量较高。可以发现渗透汽化膜分离技术制备的烈酒酯类物质含量较高,高温蒸馏技术制备的烈酒醛类物质含量较高。

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。

基于气相色谱-离子迁移色谱分析五彩糙米挥发性成分差异

研究不同色泽糙米的挥发性气味成分差异,明确彩色糙米的风味品质特性。以汉中市洋县产五彩糙米(黑、红、紫、黄和绿)为试材,采用气相-离子迁移色谱方法(GC-IMS)比较不同色泽糙米挥发性气味成分差异。结果:从五彩米样品中共鉴定出62种挥发性气味成分,包括醛类30种(占63.48%~70.39%)、醇类10种(占8.47%~16.81%)、酮类10种(占10.13%~15.09%)、酯类6种(占1.64%~6.15%)、呋喃类2种(占2.39%~4.94%)、酸类2种(占0.35%~1.34%)和醚类2种(占0.35%~0.79%)。黑色糙米的醛类含量相对较高,紫色糙米醇类和呋喃类含量相对较高,绿色糙米酮类含量相对较高,黄色糙米的酯类、醚类和酸类含量均相对较高。主成分分析表明,前2个主成分累计贡献率为72.2%,说明GC-IMS数据可区分五彩糙米原料挥发性成分。结论:通过建立洋县五彩糙米气味指纹图谱,可视化呈现不同色泽糙米挥发性风味轮廓,为其质量控制提供参考依据。

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。

基于电子鼻、气相-离子迁移谱(GC-IMS)法分析广西螺蛳粉与螺蛳鸭脚煲风味

本文采用气相离子-迁移谱联用技术(gas chromatography-ion mobility spectrometry,GC-IMS),结合电子鼻分析方法,对市场上12个具有代表性的螺蛳粉和螺蛳鸭脚煲进行检测,通过LAV软件对样品挥发性物质的主成分、指纹图谱、相似度加以分析。电子鼻分析显示,螺蛳粉与螺蛳鸭脚煲挥发性物质差异主要源自氮氧化物、甲基类化合物;GC-IMS结果显示,三组样品共发现134个挥发性组分(volatile organic compounds,VOCs),在已定性的38个VOCs中,有33种物质均在螺蛳粉与螺蛳鸭脚煲检测到,造成差异的5个物质来自醛类和酯类;电子鼻和GC-IMS分析结果均表明,螺蛳粉与螺蛳鸭脚煲VOCs相似,相似度得分达到同类食品标准。研究表明,GC-IMS不仅可以通过“指纹”准确直观地分析样品共同及差异特征,而且可通过相似度得分具体量化样品之间的差异大小,此方法在样品风味差异分析中具有优势,但受限于定性普库不全,目前仍需结合其他成熟的风味研究方法。

基于GC-IMS和GC-MS技术结合化学计量法分析干燥方式对香椿挥发性成分的影响

为研究干燥方式对香椿挥发性风味物质的影响,利用气相色谱-离子迁移谱技术(gaschromatography-ion mobility spectrometry,GC-IMS)和气相色谱-质谱联用技术(gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS)、相对香气活性值(relative odor activity value,ROAV)对真空冷冻干燥、热泵干燥、热风干燥、微波真空干燥的香椿样品进行挥发性成分分析,并进一步结合化学计量方法主成分分析(principal component analysis,PCA)和偏最小二乘判别分析(partial least squares-discriminant analysis,PLS-DA),探究样品间挥发性成分的差异性。结果表明,通过GC-IMS检测到78个峰,鉴定出59种化合物。通过GC-MS鉴定出94种挥发性化合物,主要挥发性成分是硫化物、烯烃类和醛类。经过干燥后总挥发性化合物的含量显著降低。通过ROAV法确定了(E,Z)-二-1-丙烯基二硫化物、2-巯基-3,4-二甲基-2,3-二氢噻吩、正己醛、2-己烯醛、丁香酚等为香椿样品中关键香气化合物。PCA和PLS-DA结果表明,不同干燥方式的样品与新鲜样品有明显的分离,彼此之间也有明显的区别。鲜样和真空冷冻干燥样品为一组,其他3个干燥香椿样品为一组。根据变量投影重要性(variable importance in projection,VIP)得分共筛选出10种(VIP>1)标志挥发性化合物。干燥方式对香椿风味特性影响显著,真空冷冻干燥组与鲜样最为接近,考虑实际应用热泵干燥为香椿最适宜的脱水方式。本研究为热加工过程中风味品质控制提供一定的理论参考。

基于气相-离子迁移色谱分析不同冻干温度下海胆中挥发性风味物质的变化

为了解不同冻干温度对海胆中挥发性风味物质的影响,采用气相-离子迁移色谱(gas chromatography-ion mobility spectroscopy,GC-IMS)技术分析了不同冻干温度(30、50、70℃)海胆中挥发性风味物质的组成情况及含量变化。结果表明,GC-IMS技术从不同冻干温度下海胆的40个信号峰中鉴定出24种挥发性有机物,包括15种醛类、4种酮类、4种醇类和1种吡嗪类化合物。随着冻干温度从30℃升高至70℃,醛类物质与吡嗪类物质的含量逐渐增加,酮类物质的含量逐渐下降,醇类物质的含量先上升后下降。主成分分析表明,不同冻干温度海胆中挥发性风味物质之间存在明显差异,前两个主成分累计贡献率达到96%,说明GC-IMS技术可以对不同冻干温度海胆中的风味物质予以较好的区别。该研究通过GC-IMS技术对不同冻干温度海胆中的挥发性风味物质进行可视化分析,为今后海胆加工工艺的优化提供参考。

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。

电子鼻结合气相-离子迁移谱联用技术分析兰茂牛肝菌气调贮藏期间挥发性风味物质的变化

采用电子鼻结合气相-离子迁移谱联用(gas chromatography-ion mobility spectroscopy,GC-IMS)技术探究了兰茂牛肝菌在气调贮藏(气体成分:O_(2)6%+CO_(2)10%、温度:(5±0.5)℃、湿度:90%)过程中的香气轮廓及变化趋势。结果表明,新鲜兰茂牛肝菌贮藏13 d后,挥发性香气成分出现明显变化,表征新鲜度明显降低。GCIMS构建的香气轮廓共有50种挥发性香气成分被检出,其中包括16种醛类、10种醇类、6种酮类、1种酸类、1种酯类和16种未被识别,贮藏第1 d和13 d时挥发性物质的种类和含量最高。兰茂牛肝菌气调贮藏期间醛类化合物的种类和含量明显减少,酮类化合物种类和含量增加,苯乙醛和丙酸可作为兰茂牛肝菌气调贮藏期间特征性挥发性物质。综上所述,电子鼻和GC-IMS联用可快速直观地对不同气调贮藏时间的兰茂牛肝菌进行差异分析,并可快速判断兰茂牛肝菌的新鲜度。

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。

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。