王海波，邓宝仲，吴榕榕，沈玲儿，郭嘉怡，任芳

（1.广东食品药品职业学院食品学院，广东广州510520；2.山东海能科学仪器有限公司，山东德州251500）

香蕉果实挥发性物质最常用的分析方法是先用顶空固相微萃取技术（solid-phase microextrations，SPME）提取香蕉果实的挥发性物质，再经气相色谱－质谱联用 （gas chromatography-mass spectrometer，GCMS）进行分析鉴定。例如，申建梅等[1]采用SPME和GC-MS技术对成熟和未熟香蕉果实的挥发性物质进行分析对比，在成熟香蕉中检测出30种气味挥发性物质，而未熟香蕉中只检测出17种气味物质，两种香蕉果实的挥发性物质在种类和含量上均存在明显差异。朱虹等[2]利用SPME和GC-MS方法分析了香蕉果实在绿熟、黄熟和过熟3个阶段的香气成分，发现这3个不同阶段的香蕉果实在香气成分的种类和相对含量均具有明显差异。陶晨等[3]利用SPME和GC-MS方法从黄熟香蕉果实中鉴定出39种香气成分，酯类最多，占比高达66.99%，其中异戊酸2-甲基丁酯、丁酸异戊酯和丁酸己酯为主要成分。李映晖等[4]利用SPME和GC-MS方法对香蕉和粉蕉果实的挥发物进行分析，检测到香蕉巴西中含有32种挥发性物质，粉蕉广粉1号含有25种挥发性物质，挥发物成分均以酯类为主，其次为醛类。但是GC-MS技术存在灵敏度不太高，而且检测过程耗时较长等缺点，所以，人们一直在探索一种灵敏度更高和更快速的检测方法。近年来，气相离子迁移谱（gas chromatography-ion mobility spectrometry，GC-IMS）技术逐步受到人们的重视，GC-IMS克服了GC-MS技术检测耗时长的缺点，离子迁移谱通过迁移时间使气相色谱分离后得到的化学信息更加丰富和清晰[5-6]。GC-IMS具有灵敏、快速、无需前处理等优点，在食品掺假鉴别[7-10]、食品风味分析[11-15]中已得到广泛应用。GC-IMS技术在果蔬采后保鲜领域也开始得到应用。例如，李亚会等[16]采用GC-IMS技术分析了25、4℃、保鲜剂[1-甲基环丙烯（1-methylcyclopropene，1-MCP）、硝普钠（sodium nitroprusside，SNP）]等不同贮藏条件下番荔枝的挥发性物质变化，来筛选番荔枝的最佳保鲜方法。朱丽娜等[17]利用GC-IMS分析了CO2积累型气调包装与聚对苯二甲酸乙二醇酯（polyethylene terephthalate，PET）盒透气包装轮南白杏果实在冷藏中的采后风味物质种类和含量的变化，以探寻轮南白杏果实的保鲜方法。

热激是一种增强采后果实抗冷性的有效方法[18]。本课题组前期研究表明，香蕉果实在52℃热水中浸泡3 min能有效增强香蕉果实的抗冷性[19-21]，但是其机理尚未明确。研究热激处理后低温贮藏中香蕉果实挥发性物质的变化，有利于探究热处理提高香蕉果实抗冷性的机理。本研究的香蕉果实为绿熟香蕉，而前人对绿熟香蕉的挥发物研究很少，绿熟香蕉果实的挥发物是否参与了热激处理诱导香蕉果实产生的抗冷性过程中，目前未见报道。本文采用GC-IMS技术分析了低温贮藏与热激处理后低温贮藏下的香蕉果实挥发物的差异，为进一步探讨热激处理诱导香蕉产生抗冷性的机理提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

香蕉果实：香蕉品种为‘巴西’（Musa spp.AAA Group cv.Cavendish），采自广州市番禺区香蕉园。挑选饱满度约7成～8成的绿熟香蕉，运回实验室。预处理：挑选大小均匀、无病虫害和无机械损伤的单个香蕉，用0.1%漂白粉浸泡5 min，晾干备用。

1.2 仪器与设备

FlavourSpec气相离子迁移谱联用仪：德国G.A.S.公司；SPX-250C恒温培养箱：上海博迅实业有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 试验处理

对照处理：将预处理后晾干备用的香蕉果实置于20℃恒温箱中贮藏。低温处理：预处理后晾干备用的香蕉果实在7℃恒温培养箱中贮藏8 d，贮藏4 h时（7℃4 h处理组）取一部分香蕉果实用于GC-IMS测定相关指标，其余香蕉果实继续在7℃中贮藏用于冷害指数测定。热处理后低温处理：将预处理后晾干备用的香蕉果实完全浸入52℃热水中，时间为3 min，热水处理过程中温差控制在0.5℃以内。热水处理后将香蕉果实放入20℃恒温箱中贮藏3 h（前期研究发现热激后的香蕉果实在20℃贮藏3 h再转入冷藏的抗冷效果最好[20]），之后将香蕉果实置于7℃恒温培养箱中贮藏8 d，贮藏4 h时（H+7℃4 h处理组）取一部分香蕉果实用于GC-IMS测定相关指标，其余香蕉果实继续在7℃中贮藏用于冷害指数测定。以上每个处理设3个重复。

1.3.2 GC-IMS测定方法

取2.0 g香蕉果皮置于20 mL顶空进样瓶中，45℃孵育10min，经顶空进样后进行测试。进样体积：200μL；进样针温度：55℃。色谱柱类型：FS-SE-54-CB-1；分析时间：20 min；柱温：40 ℃；载气/漂移气：高纯氮气（纯度≥99.999%）；IMS探测器温度：45℃；流速：E1（漂移气流速）为：150 mL/min，E2（气相载气流速）：初始2 mL/min，保持2 min后在8 min内增至20 mL/min，接着在10 min内增至100 mL/min。

1.3.3 果实冷害指数的测定

参考Kondo等[22]的方法测定冷害指数。取10个香蕉果实进行测定，果皮冷害症状分为5级，分级标准是：果皮无冷害症状为0级；冷害面积占果皮总面积的比例＜25%为1级；冷害面积占果皮总面积的比例＜50%为2级；冷害面积占果皮总面积的比例＜75%为3级；冷害面积占果皮总面积的比例＞75%为4级。

式中：N0～N4分别为相应级别冷害的果皮数；NT为观察果皮的总数。

1.4 数据处理

利用G.A.S公司研发的LAV软件来绘制挥发物的离子迁移图谱和指纹图谱；采用LAV软件内置的IMS和NIST两个数据库对挥发物进行定性分析。利用网站（网址：https：//biit.cs.ut.ee/clustvis/）在线对挥发物的所有组分进行主成分分析。利用excel制作折线图。

2 结果与分析

2.1 不同处理对香蕉果皮挥发物的影响

图1为低温处理组（7℃4 h）、热处理后低温处理组（H+7℃4 h）和对照处理组的香蕉果皮挥发性物质的组分差异。

从图1可看出，通过GC-IMS技术可以很好地分离3个处理中香蕉果实的挥发性组分。结果表明，7℃4 h处理组样品的挥发物组分含量与对照组、H+7℃4 h处理组均存在较大差异，而H+7℃4 h处理组样品的挥发性组分含量与对照差异很小。这说明香蕉果实经热激处理后在7℃冷藏时大部分挥发物的含量与对照保持一致。与对照组相比，7℃4 h处理组能诱导香蕉果实的挥发物组分含量发生较大的变化，这是香蕉果实对低温刺激的一种应激反应。而热激处理后7℃冷藏的香蕉果实的挥发物组分含量与对照基本一致，说明热激处理能在一定程度上减弱7℃低温对香蕉果实产生的应激反应。

图1 香蕉果皮中挥发物的气相离子迁移谱Fig.1 GC-IMS topographic plots of volatile substances in banana peel

2.2 香蕉果皮挥发物的定性分析

根据挥发性物质的气相色谱保留时间和离子迁移时间对挥发性组分进行定性分析。通过分析，香蕉果皮共检测出97种挥发性物质，应用软件内置的NIST数据库和IMS数据库对物质进行定性分析，确定了29种已知成分（见表1），未知成分68种。

表1 香蕉果皮部分挥发物的定性结果Table 1 Qualitative results of some volatile compounds in banana peel

2.3 不同处理香蕉果皮中挥发物的指纹图谱对比

为了更加清晰地对比不同样品之间挥发物的差异，采用G.A.S.公司研发的LAV软件制作指纹图谱。由于得到的原始结果图中的组分太多，难以在一个图中呈现，故本文将原始图分成3个部分进行分析，见图2。

在图2中的A区域，7℃4 h处理组明显降低了丁酸乙酯、己二酮、2，3-丁二酮、甲基丙醛、羟基丙酮、3-甲基丁酸、芳樟醇等19种组分的含量。而H+7℃4 h处理组样品在A区域内的19种组分含量与对照差异不大。

在图2中的B区域，7℃4 h处理组明显增加了乙醇、三乙胺、2-己醇、戊酮-2，3-二酮、苯乙醛、3-甲基-3-丁烯-1-醇、2-丁酮、3-甲基-2-丁醇等30种组分的含量。而H+7℃4 h处理组样品在B区域内的30种组分含量与对照差异不大。

在图2中的C区域，7℃4 h处理组和H+7℃4 h处理组均明显增加了2-甲氧基苯酚、二甲基二氧杂环酮、戊酸乙酯、己酸乙酯、苯甲醛等12种组分的含量。

在图2中的D区域，H+7℃4 h处理组明显增加了1-戊醇、糠醇、4-甲基苯酚、2-戊酮等13种组分的含量。尤其是91号峰为H+7℃4 h处理组所特有，这种物质在7℃4 h处理组和对照组中都不存在，其成分需要作进一步定性分析确认。

图2 香蕉果皮中挥发物的指纹图谱Fig.2 The fingerprint of volatile substances in banana peel

图3 香蕉果皮中挥发物的主成分分析Fig.3 PC analysis of of volatile substances in banana peel

2.4 主成分分析

选取所有特征峰的峰强度作为特征变量，进行主成分分析，结果如图3所示，主成分1和主成分2的贡献率之和高达81.6%，说明这两个主成分能够表达原始变量的绝大部分信息。通过主成分分析，发现7℃4 h处理组的样品与其他两个处理组样品的挥发物成分差异较大，而H+7℃4 h处理组样品与对照组样品的挥发物成分差异较小，可以归为一类。

2.5 热激处理对冷藏香蕉果实冷害指数的影响

7℃和热激处理对冷藏香蕉果实冷害指数的影响见图4。

从图4可知，香蕉果实在7℃下贮藏3 d即出现比较明显的冷害症状，而经过热激处理后的香蕉果实在7℃下3 d仅表现出十分轻微的冷害症状。在整个冷藏过程中，热激处理比未经热激处理的香蕉果实冷害指数都要低，说明热激处理能明显减轻香蕉果实的冷害症状。

图4 7℃和热激处理对冷藏香蕉果实冷害指数的影响Fig.4 The effect of 7℃and heat shock on the chilling injury index of banana fruit during cold storage.

3 讨论与结论

本文通过GC-IMS法在绿熟香蕉中共检测出97种挥发性物质，检出挥发物种类数是采用SPME结合GC-MS技术检测出的挥发物种类数的3倍多，这说明GC-IMS法检测灵敏度更高，能更好地反映不同处理的香蕉果实挥发性物质的差异。

香蕉果实在7℃冷藏4 h明显降低了丁酸乙酯、己二酮、2，3-丁二酮、甲基丙醛、羟基丙酮、3-甲基丁酸、芳樟醇等19种组分的含量，同时明显增加了乙醇、三乙胺、2-己醇、戊酮-2，3-二酮、苯乙醛、2-丁酮、3-甲基-3-丁烯-1-醇等30种组分的含量。而H+7℃4 h处理组样品的上述49种组分（详细见图2的A区域和B区域）含量均与对照差异不大，这说明这些挥发物成分的变化是香蕉果实受到低温刺激产生的应激反应，而先经热激处理再冷藏的香蕉果实则能较好地保持与对照一致，表明热激处理能在一定程度上减少低温对香蕉果实的刺激反应，可能与冷藏后期热激处理提高果实的抗冷性有关。另外，与对照组和7℃4 h处理组相比，香蕉果实经热激处理后在7℃冷藏4 h明显增加了1-戊醇、糠醇、4-甲基苯酚、2-戊酮等13种组分的含量，尤其是其中的91号峰为热激处理所特有，根据热激处理能有效减轻香蕉果实的冷害症状，推测这13种成分含量的迅速增加可能在热处理诱导香蕉抗冷性中起到重要调控作用。

本文从绿香蕉果实中鉴定出的29种挥发性物质可以作为前人研究的一个补充，但由于目前IMS数据库不够完善，剩下68种未知挥发物，有待后续进一步分析。后续试验将筛选出热激处理后低温贮藏中香蕉果实产生的标志性特征挥发物进行定量分析，从而为探究热处理诱导香蕉果实产生抗冷性的机理提供依据。