基于气相色谱-离子迁移谱联用及气相色谱-质谱联用对贵州红托竹荪鲜品特征性香气物质表征及分析

孟令帅1,2,郑婷婷1,2,王诗琦3,陈桐杰4,聂玉1,2,许粟1,2*

1(贵阳学院 食品科学与工程学院,贵州 贵阳,550005)

2(贵州省高校药食两用资源特征风味感知及品质调控工程研究中心,贵州 贵阳,550005)

3(锦州海关综合技术服务中心,辽宁 锦州,121013)

4(贵州美味鲜竹荪产业有限公司,贵州 织金,552100)

摘 要 为分析贵州红托竹荪鲜品中香气物质组成,评估贵州红托竹荪鲜品香气特征,该研究采用气相色谱-离子迁移谱联用(gas chromatography-ion mobility spectrometry,GC-IMS)及GC-MS法对鲜品红托竹荪中的挥发性有机化合物(volatile organic compounds,VOCs)成分进行检测分析,再结合相对气味活度值(relative odor activity value,ROAV)分析法解析红托竹荪鲜品的特征挥发性风味物质。结果表明,从GC-IMS中共检测出35种挥发性风味物质,其中包含醇类26%、酯类20%、醛类11%、醚类8.5%、酸类和酚类5%、酮类2.5%、其他类20%;从GC-MS中共检测出34种挥发性风味物质,其中包含醇类41%、醛类24%、酯类12%、酮类6%、酸类6%、其他类12%,2种方法检测的挥发性风味物质中含量最多的是醇类、醛类和酯类。通过对三维地形图、VOC指纹图谱分析,对红托竹荪鲜品中挥发性化合物中检测出的物质进行了很好的区分,其中醇类含量较高的化合物有乙醇、3-甲基-1-丁醇和2,3-丁二醇等;醛类含量较高的有己醛、苯乙醛和2-庚烯醛等;酯类含量较高的有辛酸乙酯、苯乙酸甲酯和2-丁氧基乙基乙酸酯等。最后再根据ROAV分析法得到红托竹荪鲜品的特征挥发性风味物质为1-辛烯-3-醇、(E)-2-壬烯醛、乙酸乙酯、戊酸乙酯、2-庚烯醛、辛酸乙酯等化合物,赋予红托竹荪鲜品青草、蘑菇、甜香、奶油香等的香气特征。

关键词 红托竹荪;气相色谱-离子迁移谱法;气相色谱-质谱法;挥发性风味物质;相对气味活度值

红托竹荪(Dictyophora rubrovalvata)是1976年新发现并命名的物种[1]又被称为竹笙,是一种寄生在枯竹根部的隐花菌类,属于鬼笔目(Phallales)鬼笔科(Phallaceae)竹荪属(Dictyophora)[2],是一种品质上乘的药食同源珍稀类食用菌[3],有“蘑菇皇后”和“山珍之王”的美誉,现已成为贵州省的地理标志产品[4]。红托竹荪因其营养丰富、香味浓郁、尤其是其独特的菌菇香气而深受消费者的喜爱。目前,红托竹荪因其独特的香气特征已经开始被应用到化妆品及食品中,例如化妆品、食用菌鸡汤汤料包、冰淇淋等产品的研发[5-6]。然而关于红托竹荪的研究主要集中在栽培、分布形态特征及菌种保藏、多糖的提取分离及组成研究、抗肿瘤研究、免疫调节等方面[7-9],关于红托竹荪的挥发性成分研究报道较少,而且现在研究所采用的方法比较单一,梁亚丽等[10]、郑杨等[11]和陈曦等[12]也对不同品种的竹荪进行过风味的检测,但使用检测方法都为传统的GC-MS方法,无法全面的解析鲜品红托竹荪特征香气物质及其香气特征。

近年来,气相色谱-离子迁移谱联用(gas chromatography-ion mobility spectrometry,GC-IMS)和GC-MS分析方法被广泛用于果蔬等食品类的挥发性化合物的研究。ZHANG等[13]采用GC-IMS和GC-MS等方法描绘玉米在不同处理下的指纹图谱,通过维恩图和相对气味活度值(relative odor activity value,ROAV)计算发现玉米中可能存在的关键风味化合物。CHEN等[14]为研究香米、糯米和非芳香米的风味特征,采用GC-IMS方法分析不同水稻品种间挥发性有机化合物的差异。HUANG等[15]也利用GC-IMS方法测定中国米酒的挥发性有机风味化合物。GC-IMS具有快速、准确地检测出挥发性风味物质的组成和含量[16],具有检出限低、灵敏度高、分析时间短等优势,也弥补了GC-MS对于小分子化合物不易检测出的缺点[17]

竹荪的品种丰富,而红托竹荪是唯一具有清香型风味品种[18],且红托竹荪中挥发性风味成分的种类及含量直接影响红托竹荪的香气,因此对红托竹荪挥发性成分及香气之间的研究具有重要的研究价值。因此,为探究出鲜品红托竹荪的特征挥发性风味成分,本研究通过GC-IMS和GC-MS 2种方法相结合对鲜品红托竹荪进行挥发性风味物质检测及分析,结合ROAV鉴定出红托竹荪挥发性成分中的特征风味物质,为明确鲜品红托竹荪的香气品质特性以及在加工和应用中提供一定的参考。

1 材料与方法

1.1 样品制备

鲜品红托竹荪采摘自贵州金荪生物科技开发有限公司,贵州织金竹荪规模化种植基地。采摘后置于4 ℃进行冷藏。挑选当天采摘的红托竹荪,选取400 g左右大小均匀、无损伤、无自溶的红托竹荪子实体进行液氮磨处理,平均分成2组,自封袋密封保存置于-20 ℃冰柜中保存,分别用于GC-IMS和GC-MS的测定。

1.2 仪器与设备

JY502电子天平,上海浦春计量仪器有限公司;CTC自动进样器,瑞士CTC Analytics AG 公司;Agilent 7890A-Agilent 5975 CXL气相色谱-质谱联用仪,美国Agilent Technologies公司;Flavour Spec气相离子迁移谱联用仪,德国G.A.S公司。

1.3 实验方法

1.3.1 GC-IMS检测

样品前处理:分别准确称取3份0.1 g竹荪粉于20 mL顶空瓶中,样品编号分别为xian-1、xian-2、xian-3,样品处理后在-20 ℃冰柜内贮藏,待测。

自动顶空进样条件:顶空气相瓶内的孵化温度为40 ℃,孵化时间1 min,进样针温度85 ℃,孵化转速500 r/min:进样量0.1 mL,不分流;清洗时间30 s。

GC检测条件:色谱柱MXT-WAX(15 m×0.53 mm×1 μm);柱温60 ℃,载气为高纯氮气(≥99.999%);载气流速程序:漂移气(E1)流速始终保持150 mL/min,气相载气(E2)初始流速2.0 mL/min,保持2 min,10 min内E2流速线性增至10 mL/min,20 min内E2流速线性增至100 mL/min,25 min内E2流速线性增至150 mL/min,运行时间25 min。

IMS检测条件:漂移管长度为5 cm,漂移管温度45 ℃,漂移气为高纯氮气(≥99.999%),流速为150 mL/min,探测器温度为45 ℃。

使用VOCal软件内置的GC保留指数数据库(National Institute of Standards and Technology,NIST)和IMS迁移时间数据库检索和比对,对目标物进行定性分析。

1.3.2 GC-MS检测

样品前处理:称取样品1 g置于20 mL顶空瓶中,60 ℃孵育15 min后进样,采用安捷伦7890B气相色谱网络和安捷伦5977b质谱网络检测器对红托竹荪样品进行GC-MS分析。

样品进样条件:样品置于振摇器内,纤维探头(Stableflex,24Ga,Manual Holder,3pk,USA)在35 ℃萃取1 min,在250 ℃下热解析5 min,进入气相质谱仪。

GC条件:DB-WAX石英毛细管色谱柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm);载气(氦气)流速1.0 mL/min,压力12.8 psi,采用不分流进样模式;升温程序:起始温度35 ℃,保持5 min,4 ℃/min升温至60 ℃,5 ℃/min升温至150 ℃,保持3 min,再以8 ℃/min升温至190 ℃,保持1 min。

MS条件:采用全扫描(SCAN)模式采集信号;扫描速度1 562 μm/s;电子电离源;离子源温度230 ℃;传输线温度250 ℃;四极杆温度150 ℃;电子轰击能量70 eV;扫描质量范围m/z 29.0~550。

首先使用安捷伦质谱工作站内的MassHunter数据库进行比较分析,再计算保留指数(retention index,RI)值,通过参考NIST 17进行比较,进一步鉴定挥发性有机物,最后通过峰面积确定挥发性有机物的相对百分含量。对在NIST标准谱库中没有收录目标化合物,通过将MassWorks软件中的CLIPS Ion series分析和其他网络搜索(如ChemSpider)相结合,最终来对所检测出的所有物质进行定性分析。

1.3.3 相对气味活度值

采用相对气味活度值评价检出挥发性成分对鲜品红托竹荪样品香气体系的贡献度。ROAV计算如公式(1)所示:

(1)

式中:VROAV表示ROAV数值;Ci红托竹荪某一挥发性化合物组分的相对百分含量,%;Cmax红托竹荪香气体系中贡献最大组分的相对百分含量,%;Ti该组分的香气阈值;Tmax红托竹荪香气体系中贡献最大组分的香气阈值。

红托竹荪中所有挥发性成分ROAV≤100,对于某一种确定组分,ROAV越大,则该物质对红托竹荪香气体系贡献度越大。ROAV≥1的化合物为关键香气成分,0.1≤ROAV<1.00为修饰香气成分,ROAV<0.1为潜在香气成分,该成分对样品总体风味有修饰作用。

1.4 数据处理

GC-MS检测的未知化合物由NIST 17质谱数据库对比鉴定;GC-IMS数据分析方法:VOCal,查看分析谱图和数据的定性定量,应用软件内置的NIST数据库和IMS数据库可对物质进行定性分析,图中每一个点代表一种挥发性组分,根据峰面积对其进行相对定量分析;Reporter插件:直接对比样品之间的谱图差异(三维谱图和差异谱图);Gallery Plot插件:指纹图谱对比,直观且定量地比较不同样品之间的挥发性组分差异;SPSS 19.0进行数据处理,Origin 2021进行作图比较分析。

2 结果与分析

2.1 GC-IMS对鲜品红托竹荪挥发性风味成分的检测分析

2.1.1 三维地形图和差异对比分析

为了直观地观察和比较,使用三维地形图来表征鲜品红托竹荪中的物质。如图1-a为3个鲜品红托竹荪挥发性有机化合物(volative organic compounds,VOCs)的三维地形图分析,其中XY以及Z轴分别表示鉴定离子的漂移时间、气相色谱的保留时间、定量的峰高,图中的点代表某一种香气物质,越接近红色代表信号峰值越大。由图1可知,以xian-1为对照,从三维图中可以看出,红托竹荪中的VOCs可以被GC-IMS检测,这一行为也为定性分析打下基础,不同样品的香气物质的信号强度之间存在一定差异,GC-IMS鉴定时便能被更好的区分样品中的物质。

a-三维地形图;b-差异图

图1 样品间挥发性组分GC-IMS三维地形图及差异图

Fig.1 3D topographic maps of volatile components between samples using GC-IMS and difference map

考虑到三维地形图是粗略的,为了更清晰地展现样品间挥发性香气成分的差异作了红托竹荪的GC-IMS差异图。通过GC-IMS方法进行检测,结合差异模型图对比,将香气物质的保留时间和信号强度作归一化处理后,以鲜品为参照,当背景呈白色时表示该物质的浓度与新鲜红托竹荪中的浓度相同,蓝色区域表示样品中的浓度低于新鲜红托竹荪,红色区域表示浓度较高。如图1-b所示。图中的不同点代表不同的VOCs,非常便于观察和分析。由图1可以看出,以样品xian-1为参照,样品xian-2和样品xian-3中VOCs组成差异基本一致,与三维地形图的结果保持一致。

2.1.2 GC-IMS定性分析

由GC-IMS三维谱图和差异图可以明显看出,3个样品的挥发性风味物质没有存在明显差异,且无法从各信号峰明确所具体对应的挥发性物质,为得出红托竹荪特征挥发性香气物质,因此对图谱中的特征性物质进行定性分析。GC-IMS从鲜品红托竹荪样品中共检测出35种VOCs,根据NIST和IMS 2个数据库对这些化合物进行定性分析。如图2所示,共检测出35种VOCs。其中醇类9种、酯类7种、醛类4种、醚类3种、酸类和酚类2种、酮类1种、其他类7种。某些化合物存在多个信号峰可能是由于不同浓度的挥发性物质在GC-IMS分析过程中产生了不同离子[19],导致能被同时检测出单体、二聚体和三聚体所造成。为进一步分析出鲜品红托竹荪挥发性有机物,根据地形图的峰值信号,用LAV软件中Gallery Plot插件生成3个样品特征挥发性成分的指纹图谱,以识别平行红托竹荪样品的特征峰区域,该分析提供了对鲜品竹荪挥发性成分变化的更深入的理解。每一行代表一个平行样品中不同挥发性化合物的信号峰,每一列代表挥发性化合物在平行样品中的信号峰,每个特征峰的颜色代表强度,蓝色为背景,红色代表物质成分,红色越深表示物质含量越高。样品挥发性有机物的指纹图谱见图2,得出3个样品挥发性有机物种类及含量差距较小,含量较高的有茴香醇、辛酸乙酯、苯乙酸甲酯、2,4-二氯苯酚等;含量较低的有2,4-二甲基戊烷、2-乙氧基乙醇、二甲基二硫醚、2-乙基呋喃等。样品中VOCs种类如表2所示,从鉴定的成分可以推测对红托竹荪香气有贡献的有醇类(如1-辛醇、1-辛烯-3-醇、1-戊醇等)、醛类(如2-乙基己醛、2-庚烯醛、苯乙醛等)、酯类(2-丁氧基乙基乙酸酯、丁酸乙酯、辛酸乙酯等)、醚类(4-甲基苯甲醚、二甲基二硫醚等),以及其他类化合物(4-甲基-3-戊烯-2-酮、2-乙酰基噻唑、2-乙基-5-甲基吡嗪等)。

表1 用GC-IMS方法鉴定出红托竹荪中的挥发性化合物

Table 1 Volatile compounds in Dictyophora rubrovalvata were identified by GC-IMS

化合物CAS#分子式分子质量/Da保留指数保留时间/s漂移时间/s1-辛醇C111875C8H18O130.21063.1366.891.463351-辛烯-3-醇C3391864C8H16O128.2958.4268.531.163351-戊醇C71410C5H12O88.1780.6169.9551.281452,4-二氯苯酚C120832C6H4Cl2O1631121.9442.1841.181482,4-二甲基戊烷C108087C7H16100.2605.9120.7380.93122-乙酰基噻唑C24295032C5H5NOS127.21028.2329.661.12562-丁氧基乙基乙酸酯C112072C8H16O3160.21121.7441.9441.251062-乙氧基乙醇C110805C4H10O290.1720.7149.2821.08942-乙基-5-甲基吡嗪C13360640C7H10N2122.21011.1313.1151.193812-乙基呋喃C3208160C6H8O96.1762.7163.31.071522-乙基己醛C123057C8H16O128.2945.9259.1981.042612-呋喃甲醇C98000C5H6O298.1864.5208.2581.098092-庚烯醛C2463630C7H12O112.2974.9281.4961.04222-己醇C626937C6H14O102.2799.5177.5731.282-甲基噻吩C554143C5H6S98.2764.5163.9481.043123-乙基吡啶C536787C7H9N107.2973.3280.2561.122483-甲基-2-丁烯醛C107868C5H8O84.1782.8170.8481.072274-甲基苯甲醚C104938C8H10O122.21015.6317.3421.122774-甲基戊醇C626891C6H14O102.2865.8208.9381.33876-甲基-5-庚烯-2-酮C110930C8H14O126.2985.3290.141.18165茴香醇C105135C8H10O2138.21276.7744.3861.0553酪酸C107926C4H8O288.1783.2170.9841.14704二甲基二硫醚C624920C2H6S294.2762.3163.1331.14781丁酸乙酯C105544C6H12O2116.2802.7178.8811.20079辛酸乙酯C106321C10H20O2172.31180.3535.8051.48257戊酸乙酯C539822C7H14O2130.2906.1232.2951.24186庚酸C111148C7H14O2130.21061.4364.9721.351314-甲基-3-戊烯-2-酮C141797C6H10O98.1805.3180.0041.117643-甲基丁酸甲酯C556241C6H12O2116.2783.7171.1761.20273苯乙酸甲酯C101417C9H10O2150.21182.2539.1481.23863正丁基环己烷C1678939C10H20140.31023.8325.341.04614苯酚C108952C6H6O94.1990.8294.8671.0789苯乙醛C122781C8H8O120.21011.1313.1151.24729苯甲醇C100516C7H8O108.11065.6369.7681.16615丙二酸二乙酯C105533C7H12O4160.21062.8366.651.25106

表2 用GC-MS方法鉴定出红托竹荪中的挥发性化合物

Table 2 Volatile compounds in Dictyophora rubrovalvata were identified by GC-MS

名称分子式面积采集时间/min信号强度/mAU保留时间/min乙酸乙酯C4H8O26808460.0983488133.288乙醇C2H6O96707590.18332237264.3172-甲基丙酸乙酯C6H12O21570610.142486384.971醋酸乙烯酯C4H6O220772490.2795590975.2862,2,3-三甲基-3-氧杂环丁醇C6H12O23188350.165887065.577己醛C6H12O41694450.2214346918.7112-甲基-1-丙酮C4H10O45918660.2115300839.6093-甲基-1-丁醇乙酸酯C7H14O21846030.1554359110.352庚醛C7H14O2975000.12910931812.5943-甲基-1-丁醇C5H12O95483420.273228448913.777苯乙烯C8H84558660.11816189814.931-戊醇C5H12O10848970.1640822115.1863-羟基丁酮C4H8O2351215570.214804087616.024(Z)-2-庚烯醛C7H12O1985500.187286117.1482-甲基-3-戊醇C6H14O2523140.1487074017.7251-己醇C6H14O70589630.191264177618.349壬醛C9H18O1742970.1664912819.2832-乙酰基环戊酮C8H12O22895990.13710498819.5445-乙基环戊-1-烯甲醛C8H12O1731340.1126374619.788(E)-2-辛烯醛C8H14O3253640.14910471720.2222-甲基丁酸酐C10H18O32356170.0939643520.751醋酸C2H4O23773760.12112707420.8411-辛烯-3-醇C8H16O6765630.11228890121.0251-庚醇C7H16O3555650.16714327421.1742,6-二甲基-4-庚醇C9H20O2719280.12510107521.4232-乙基-1-己醇C8H18O3424810.11313447122.072(E)-2-壬烯醛C9H16O1746150.0836947723.0412,3-丁二醇C4H10O284570290.19301718823.3561-甲氧基癸烷C11H24O2515120.1257410123.796二甲基亚砜C2H6OS8158290.11327323924.1592,3-丁二醇C4H10O211853240.13144155424.254(E,E)-2,4-壬二烯醛C9H14O1721870.1965084727.019肟-甲氧基-苯基C8H9NO234683670.155147653728.6苯乙醇C8H10O8232710.20421352832.073

表3 基于GC-IMS和GC-MS的香气成分及ROAV分析

Table 3 Analysis of aroma composition and ROAV values based on GC-IMS and GC-MS

物质名词阈值/(μg/kg)相对含量/%ROAV气味描述[28-30]1-辛醇1103.2372.7苦杏仁,脂肪,花香1-辛烯-3-醇12.918266蘑菇、薰衣草、玫瑰和干草香气2,4-二氯苯酚2763.4161.12,4-二甲基戊烷520.8453.22-乙酰基噻唑2443.1311.2坚果、爆米花、烤肉香2-乙基-5-甲基吡嗪1003.0782.8坚果、水果,青草香2-乙基呋喃4932.3220.4黄油、焦糖2-乙基己醛3052.8800.92-庚烯醛132.96820.9水果、甘草香2-己醇892.4342.54-甲基苯甲醚3593.0920.86-甲基-5-庚烯-2-酮100030.3柑橘、蘑菇、草莓茴香醇3553.8871花香、草香二甲基二硫醚1.12.321192.7甜香丁酸乙酯81.52.4442.7黄油、奶酪、草莓辛酸乙酯153.59421.9果香、甜香、脂肪、花香戊酸乙酯1.52.759168果香苯酚1713.0171.6酚香、似烟熏香味庚酸30003.2320.1酒味、白兰地苯乙醛43.07870花香、甜香苯甲醇3203.2440.9烤、烧、甜、果味乙酸乙酯50.7211.3芳香,白兰地己醛54.4157.8苹果,脂肪,青草庚醛30.3150.9烤香、坚果、油脂、清香苯乙烯7300.4830刺激性气味3-羟基丁酮32937.1901黄油、奶油、青椒2-甲基-3-戊醇0.3760.26701-己醇2507.4750.3花香、草香壬醛10.1851.6油脂味,花香(E)-2-辛烯醛30.3451脂肪香、青草香1-辛烯-3-醇10.7166.3蘑菇、薰衣草、玫瑰和干草香气(E)-2-壬烯醛0.080.18520.4坚果味2,3-丁二醇100008.9550奶油香、果香苯乙醇7500.8720.01水果、蜂蜜、丁香、玫瑰、葡萄酒

注:阈值:通过查找香气阈值手册;气味描述:报道该化合物出现类似气味的参考文献以及风味数据库查询。网址:https://mffi.sjtu.edu.cn/database/search?value=2%2C3-%E8%8B%AF%E5%B9%B6%E5%90%A1%E5%92%AF&keyword=all。

图2 样品间总挥发性组分指纹图谱

Fig.2 Fingerprint of total volatile components between samples

2.2 GC-MS对鲜品红托竹荪的风味成分检测分析

GC-MS分析红托竹荪风味成分离子流色谱图如图3所示。由图3可知,红托竹荪样品中挥发性成分均在33 min内完成出峰,出峰数为34个,其样品的挥发性组分的结果如表2所示。表2分析可得,利用GC-MS分析共鉴定出34种成分,其中醇类13种、醛类8种、酯类4种、酮类3种、酸类和烯类各1种、其他类4种。从鉴定的成分中可推测对红托竹荪香气有贡献的有醇类、醛类、酮类、烯类等化合物。这一结果也与邹青青等[20]的研究相似。醇类的主要化合物有己醇、2,3-丁二醇、1-辛烯-3-醇等,这些化合物构成了红托竹荪果香、奶油香、蘑菇香的香气特点。其中1-辛烯-3-醇是食用菌中最重要的活性香气物质,使样品表征出浓郁的蘑菇香味。醛类成分中,主要成分为己醛、庚醛、(Z)-2-庚烯醛等挥发性成分,构成了红托竹荪脂肪香、坚果香、烤香、清香的香气特点[21]

图3 挥发性组分离子流色谱图

Fig.3 Ion flow chromatography of volatile components

2.3 GC-IMS和GC-MS 2种方法对挥发性成分差异分析

图4结果显示,利用GC-IMS和GC-MS对鲜品红托竹荪进行分析检测,共检测出69种挥发性风味物质,包括醇类、醛类、酯类、酮类、醚类和酚类等物质。其中,GC-IMS检测到35种VOCs,GC-MS鉴定出34种VOCs,GC-IMS检测出的物质种类高于GC-MS。其中GC-MS鉴定出的酯类、醛类以及酮类物质显著高于GC-IMS检测结果,酯类、烷类物质则结果相反。GC-MS中未检测到酚类化合物和醚类化合物,这可能是由于GC-IMS和GC-MS技术在检测物质方面的灵敏度不同。GC-IMS检测到的物质往往是分子质量较小的化合物,而GC-MS检测时需要富集,对于一些痕量成分有时难以捕捉,检测较为困难[22]。在此基础上,继续做了挥发性物质相对百分比含量及聚类热图进行进一步的分析。如图5结果显示,GC-IMS和GC-MS 2种方法检测出的醇类物质含量都为最高,比例分别为41%和26%。其次分别为酯类和醛类。可以推断,醇类物质、酯类物质以及醛类物质可能是红托竹荪中主要的挥发性有机化合物,这与文献报道的结果一致[23]。再结合热图进一步确定挥发性有机物,2种检测方法之间共同检测出的物质仅2种,为1-辛烯-3-醇和1-戊醇,其余67种物质均未重复,如GC-IMS中检测出2,4-二氯苯酚、2,4-二甲基戊烷、2-乙酰基噻唑、2-丁氧基乙基乙酸酯、2-乙基-5-甲基吡嗪、2-乙基呋喃、2-甲基噻吩等挥发性物质;GC-MS中检测出醋酸乙烯酯、己醛、庚醛、醋酸、苯乙醇等物质。这可能是由于GC-IMS分析的是样品中室温下易挥发的小分子挥发性成分,GC-MS因操作时程序升温,检测到一些分子质量较高的半挥发性成分,此外IMS迁移谱的灵敏度非常高,在无需富集浓缩的状态下便可达到10-9的检出限,且只检测挥发性有机物。而GC-MS则不同,一些半挥发性甚至难挥发性物质(与风味无关)均可检出导致2种方法分析出的挥发性成分差异较大[24-25]。因此,如2-乙酰基噻唑、2-乙基-5-甲基吡嗪、2-乙基呋喃等小分子痕量物质均被GC-IMS方法检出,然而在GC-MS中未检出。所以整体来看,利用GC-IMS和GC-MS 2种方法结合起来能够更全面的分析红托竹荪中挥发性化合物的组成结构。

图4 GC-IMS和GC-MS鉴定出的挥发性物质种类

Fig.4 Types of volatile substances identified by GC-IMS and GC-MS.

a-百分比含量图;b-聚类热图

图5 GC-IMS和GC-MS鉴定出的挥发性物质相对百分比含量及聚类热图

Fig.5 Relative percentages content and Clustering heat map of volatile substances identified by GC-IMS and GC-MS

2.4 ROAV对特征挥发性风味物质分析

通常,具有较高的ROAV(大于1)的香气化合物,被认为是总体香气的主要贡献者[26],在0.1[27]。利用GC-MS检测及ROAV分析鲜品红托竹荪的特征风味物质有5种,分别为乙酸乙酯、己醛、壬醛、1-辛烯-3-醇、(E)-2-壬烯醛,其中ROAV最大的为(E)-2-壬烯醛,对红托竹荪特征香气物质贡献最大,主要表现为坚果香、青草香气。其余还有乙酸乙酯、己醛、1-辛烯-3-醇等,具有明显的芳香、青草、蘑菇香气等。结合GC-IMS和GC-MS 2种检测出的物质计算出的ROAV分析,以上这些表征出各种不同香气的VOCs可能赋予红托竹荪青草、蘑菇、奶油香等的特征香气,使红托竹荪呈现清香的气味特点。

3 结论

本研究采用GC-IMS和GC-MS技术并结合多元统计学系统分析鲜品红托竹荪中的挥发性有机化合物,其中,醇类物质、酯类物质以及醛类物质初步推断为红托竹荪中主要的挥发性有机化合物。结合ROAV分析,鲜品红托竹荪中的主要香气贡献物质为1-辛烯-3-醇,其次为2-庚烯醛、二甲基二硫醚、辛酸乙酯、戊酸乙酯、苯乙醛、(E)-2-壬烯醛,赋予鲜品红托竹荪典型的蘑菇香气特征,同时伴随青草、甜香、奶油香等香气特征。总体来看,本研究采取GC-IMS和GC-MS 2种方法相结合有助于全面了解红托竹荪的特征香气物质组成,评估红托竹荪的香气特征,对红托竹荪鲜品香气品质的改善和提高提供基础理论支持,对于红托竹荪在食用菌调味料等产品的研发提供参考,同时对于红托竹荪在加工过程中香气品质把控有着重要的意义。然而,目前关于红托竹荪特征香气物质的形成机制尚不清楚,后续的研究拟分析红托竹荪在生长过程中特征香气物质的动态变化并结合多组学方法来探究其形成机制。

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Characterization and analysis of characteristic aroma compounds of fresh Dictyophora rubrovalvata in Guizhou based on gas chromatography-ion mobility spectrometry and gas chromatography-mass spectrometry

MENG Lingshuai1,2, ZHENG Tingting1,2, WANG Shiqi3, CHEN Tongjie4, NIE Yu1,2, XU Su1,2*

1(School of Food Science and Engineering, Guiyang University, Guiyang 550005, China)

2(Guizhou Engineering Research Center for Characteristic Flavor Perception and Quality Control of Drug-Food Homologous Resources, Guiyang 550005, China)

3(Comprehensive Technical Service Center of Jinzhou Customs, Jinzhou 121013, China)

4(Gui Zhou Mei Wei Xian Dictyophora Industry Limited, Zhijin 552100, China)

ABSTRACT To analyze the composition of aroma substances in fresh products of Dictyophora rubrovalvata and evaluate their aroma characteristics, volatile aroma compounds were detected using gas chromatography-ion mobility spectrometry (GC-IMS) and gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS).The characteristic volatile organic compounds (VOCs) were analyzed using the relative odor activity value (ROAV).Results indicated that a total of 35 VOCs were detected via GC-IMS, which included alcohols (26%), esters (20%), aldehydes (11%), ethers (8.5%), acids and phenols (5%), ketones (2.5%), and others (20%).In contrast, 34 VOCs were identified through GC-MS, comprising alcohols (41%), aldehydes (24%), ketones and ethers (6%), and others (12%).The VOCs identified through the combination of GC-IMS and GC-MS predominantly included alcohols, aldehydes, and esters.A comprehensive analysis of the three-dimensional topographic map and VOC fingerprint successfully differentiated the VOCs detected in Dictyophora rubrovalvata.The alcohols included ethanol, 3-methyl-1-butanol, and 2,3-butanediol, the aldehydes included hexaldehyde, phenylacetaldehyde, and 2-heptenaldehyde, and the esters included ethyl octanoate, methyl phenylacetate, and 2-butyl oxyethyl acetate.Finally, based on the ROAV analysis method, characteristic VOCs such as 1-octene-3-alcohol, (E)-2-nonenal, ethyl acetate, ethyl valerate, 2-heptenin, and ethyloctanoate were identified, all of which contributed to the aroma characteristics of Dictyophora rubrovalvata, including notes of grass, mushroom, sweetness, and cream.

Key words Dictyophora rubrovalvata; gas chromatography-ion mobility spectrometry (GC-IMS); GC-MS; volatile organic compounds; relative odor activity value

DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.041636

引用格式:孟令帅,郑婷婷,王诗琦,等.基于气相色谱-离子迁移谱联用及气相色谱-质谱联用对贵州红托竹荪鲜品特征性香气物质表征及分析[J].食品与发酵工业,2025,51(16):314-323.MENG Lingshuai,ZHENG Tingting,WANG Shiqi, et al.Characterization and analysis of characteristic aroma compounds of fresh Dictyophora rubrovalvata in Guizhou based on gas chromatography-ion mobility spectrometry and gas chromatography-mass spectrometry[J].Food and Fermentation Industries,2025,51(16):314-323.

第一作者:博士,副教授(许粟副教授为通信作者,E-mail:xs8515@126.com)

基金项目:贵州省科技创新人才团队项目(黔科合平台人才-CXTD[2022]002);贵州省教育厅工程研究中心项目(黔教技[2023]042号);2023年贵阳学院硕士研究生科研基金项目(2023-YJS02);贵阳学院引进人才启动资金科研项目(GYU-KY-(2024))

收稿日期:2024-11-19,改回日期:2024-12-25