水蜜桃属蔷薇科属植物，因味道鲜美、香气宜人且富含VC、胡萝卜素、果胶以及锌、硒等多种微量元素，深受消费者的喜爱[1]，是重要的经济果蔬作物[2]。香味是评价采后水蜜桃品质的重要指标之一[3-4]。香气成分的种类及其含量影响感官品质[5-6]，影响消费者对果品接受程度，影响商业价值。研究探讨水蜜桃果实香气，可为改善水蜜桃深加工工艺及水蜜桃品质提供理论参考。目前对水蜜桃挥发性有机物的研究多集中于单一品种，且对香气成分处的研究在初步阶段[7-9]。目前用于水果挥发性有机物质香气检测技术手段主要由电子鼻、顶空固相微萃取气相色谱质谱和气相色谱嗅闻分析等技术[10-13]，这些检测手段存在前处理复杂，原始样品被破坏，易受外界干扰等问题。顶空气相离子迁移谱技术(headspace- gas chromatography-ion mobility spectrometry，HS-GC-IMS)是将气相色谱和了离子迁移谱两者结合的检测技术，此检测技术克服离子在迁移谱技术分离度差的局限性，使得离子迁移谱信号响应经气相预分离后质量上得到显著改善，而离子迁移谱通过漂移时间信息又使得气相色谱分离后得到的化学信息更加丰富；两者技术优势结合使得HS-GC-IMS具有快速、高灵敏、无需前处理、操作简单的优点，在食品风味分析、品质检测等多个领域应用广泛[14-20]。目前HS-GC-IMS技术在水蜜桃气味成分分析方面还未见报道。
本文以5个产地的水蜜桃为实验材料，利用GC-IMS技术采集其气味指纹，采用PCA和匹配矩阵对不同产地的水蜜桃进行区分，以可视化的形式展示不同产地水蜜桃特征挥发性有机物成分，旨在为水蜜桃香气研究及快速判别提供参考数据。
1 材料与方法
1.1 材料
试验用的水蜜桃分别来自于我国5个主产区，采摘时间为2019年6月至7月，采摘成熟度相似，采摘后预冷，由冷藏车运回实验室，0～2 ℃贮藏，其产地和品种见表1。
表1 水蜜桃样品
Table 1 peach sample
编号产地品种1山西运城黄金蜜1号水蜜桃2浙江杭州金秋红蜜3四川都江堰白凤4江苏阳山白凤5北京平谷九品
1.2 GC-IMS测定条件
1.2.1 顶空进样条件
顶空孵化温度40 ℃；孵化时间15 min；加热方式振荡加热；顶空进样针温度85 ℃；进样量500.0 μL，不分流模式；载气为高纯氮气(纯度≥99.999 %)；清洗时间0.50 min。
1.2.2 GC条件
色谱柱温度40 ℃；运行时间20 min；载气高纯N2(纯度≥99.999%)；初始流速5.0 mL/min,保持10 min后在5 min内线性增至150 mL/min。漂移管长度5 cm；管内线性电压400 V/cm；
1.2.3 IMS条件
漂移管温度40 ℃；漂移气(高纯N2，纯度≥99.999%)；流速150 mL/min；IMS 探测器温度45 ℃。
每个品种取10个水蜜桃，后水蜜桃去皮去核，匀浆，取5.0 g样品，放入20.0 mL顶空进样瓶中，40 ℃孵化15.0 min，经顶空进样用FlavourSpec®风味分析仪进行测试，每个品种做2个平行样品，经分析可得到样品中挥发性有机物的差异谱图；软件内置的NIST数据库和IMS数据库可对物质进行定性分析。
1.3 数据分析
采用LAV(laboratory analytical viewer)和Reporter、Gallery Plot、Dynamic PCA 3个插件进行样品分析，内置GC×IMS Library Search NIST数据库和IMS数据库对物质进行定性分析，利用Origin 8.0作图。
2 结果与分析
2.1 不同产地水蜜桃挥发性有机物质差异对比
图1中纵坐标代表气相色谱的保留时间，横坐标代表离子迁移时间，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)，RIP峰两侧的每一个点代表一种挥发性有机物。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。由图1可知，5种水蜜桃中的挥发性有机物种类基本一致，但有些挥发性有机物含量在5种水蜜桃中有较大差异，如图1中标注的黄色区域内挥发性有机物在运城、都江堰和阳山水蜜桃中含量较多，而在北京和杭州水蜜桃中含量相对少；红色区域内的挥发性有机物在运城和阳山水蜜桃含量相对较高，而在其他产地水蜜桃中含量很低甚至不含。
图1 水蜜桃气相离子迁移谱
Fig.1 GC-IMS topographic plots of peaches
为了更好地比较不同样品间的差异，采用差异对比模式：选取其中1个样品杭州水蜜桃气味指纹谱图作为参比，其他样品的谱图扣除参比。若二者挥发性有机物一致，则扣减后的背景为白色，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2所示差异图中更容易看出不同桃子中挥发性有机物的差异，运城水蜜桃和都江堰水蜜桃挥发性有机物质明显高于其他3个产地水蜜桃。
图2 不同水蜜桃的GC-IMS 差图谱
Fig.2 GC-IMS difference map of peaches samples of different ages
2.2 不同产地水蜜桃挥发性物质气味指纹图谱
图3为不同水蜜桃的挥发性物质(volatile organic compounds，VOCs)指纹图谱，图中每一行代表一个桃子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桃子样品中的信号峰，由图3可以看出每种样品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。将5种水蜜桃中采集的挥发性有机物指纹图谱大致划分成3个不同颜色区域，红色区域内表示该区域内挥发性有机物在某种水蜜桃中独有或含量远高于其他，黄色区域表示该区域内挥发性有机物在不同水蜜桃中含量差异较大，橙色区域表示该区域内在5种水蜜桃中大量共有。由图3可知，运城水蜜桃相比其他4种水蜜桃的特异性挥发性有机物最多，己醛、1-己醇和1-丙醇等在运城水蜜桃中含量明显高于其他4种水蜜桃。乙酸丙酯、乙酸异戊酯、3-甲基-1-丁醇乙酸酯等为阳山水蜜桃特异性挥发性有机物；乙酸戊酯等在杭州水蜜桃中含量高于其他4种水蜜桃，而乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸戊酯和乙酸异戊酯等酯类成分在5种水蜜桃含量均较高。
图3 不同水蜜桃VOCs指纹图谱
Fig.3 The VOCs fingerprint of different peaches
由图3可知，通过GC-IMS技术可很好地区分5个不同产地水蜜桃，且可直观地看出5个不同产地不同品种水蜜桃VOCs差异，根据挥发性有机物气相色谱保留时间和离子迁移时间对其进行定性分析。经GC-IMS分析，共计检测出74种挥发性有机物，通过内置的NIST 2014气相保留指数数据库与IMS迁移时间数据库进行二维定性，确定了15种具体挥发性有机物，以及15种挥发性有机物在5种蜜桃中的相对含量(表2)。由表2可知，北京水蜜桃及运城水蜜桃含有酯类最少，阳山水蜜桃酯类含量最高，醇类物质在运城水蜜桃含量最高，杭州水蜜桃最低；北京水蜜桃中醛类含量最低，运城水蜜桃量最高。
表2 主要挥发性有机物在水蜜桃样品中相对含量 单位：%
Table 2 Relative content of VOCs in peach samples
物质北京平谷江苏阳山四川都江堰浙江杭州山西运城乙酸乙酯88911008791乙酸丙酯309925100203-甲基-1-丁醇乙酸酯4584235614乙酸丙酯410045141乙酸正丁酯75996788441-丁醇866161561002-己烯醇92100929098乙醇78939970100正己醇383048311001-丙醇20724719100正己醛70869157100苯甲醛3225234749正戊醛52496849100丙酮85989191823-戊酮4749586695
2.3 不同产地水蜜桃相似度分析
由图4可知，根据MeV插件的3D-PCA分析样品相关性可知，不同产地的5种水蜜桃中，运城水蜜桃距离其他4种水蜜桃比较远，为5种水蜜桃中最为特别的一种水蜜桃，而都江堰、北京、杭州距离相近，风味有些类似，但仍有差距。阳山与都江堰水蜜桃虽都为白凤，但受地理环境影响，两者风味差异明显。
图4 不同产地水蜜桃的PCA图
Fig.4 PCA of peaches from different regions
匹配矩阵图可更为直接地观察不同产地水蜜桃挥发性有机物之间差异和区分度，蓝色、黑色越深匹配度高，表示相似程度越高，区分度越低；黄色越深表示程度越低，区分度越高。由图5可知，5个产地水蜜桃除与自身匹配度超过90%，与其他几种匹配度最高不超过75%，都江堰白凤水蜜桃和阳山白凤水蜜桃匹配度低于40%，说明顶空气相离子迁移谱可较好地区分不同产地不同品种水蜜桃挥发性有机物。
图5 水蜜桃匹配矩阵
Fig.5 The matching matrix of peaches
3 讨论
本文基于HS-GC-IMS技术，收集了5个不同产地不同品种的水蜜桃挥发性有机物气味指纹图谱，在无需真空且无需样品前处理前提下，经顶空进样后可快速检测水蜜桃中的挥发性有机物。从收集的挥发性有机物气味指纹图谱可见，5种水蜜桃中都含有乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸戊酯和乙酸异戊酯等大量酯类物质。而5个产地品种水蜜桃中的多数挥发性有机物种类相同，但浓度存在较大差异；少量物质在一种水蜜桃中独有或含量远高于其他，己醛、1-己醇和1-丙醇等在运城桃子中含量比其他高很多，且运城水蜜桃中的特异性挥发有机物最多。乙酸丙酯和乙酸异戊酯等在阳山水蜜桃中含量比其他水蜜桃高，乙酸戊酯在杭州水蜜桃中含量比其他水蜜桃高，这些挥发性有机物含量差异导致了不同产地水蜜桃的风味不同。不同产地不同品种水蜜桃在酯类、醇类、酮类、醛类存在一定差异。水蜜桃因不同的香气成分及含量多少而表现出不同气味，可根据具体香气成分差异将其进行区分。
不同产地的水蜜桃在PCA图中各自聚为一类，其中运城水蜜桃的风味最为特殊，与指纹图谱分析结果一致。如果用较多品种的水蜜桃建立模型，则可以通过PCA对未知样品做出分类。HS-GC-IMS定性依据是基于HS-GC-MS数据库，即使用气相保留指数和离子迁移时间进行二维定性。但由于目前IMS数据库在水蜜桃领域的数据库还不完善，通过HS-GC-IMS技术检测挥发性有机物74种，已确定15种迁移时间，故二维定性只能给出15种物质的定性结果，定性剩余59种挥发性有机物，需要其他技术进一步进行定性分析。采用顶空气相离子迁移谱能快速准确对不同产地水蜜桃样品进行定性分析，阐明水蜜桃指纹图谱与产地的关系，为水蜜桃的资源鉴别提供理论参考。
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