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風(fēng)味物質(zhì)是糧食作物食用品質(zhì)和營養(yǎng)價值的重要衡量指標(biāo)。小麥、玉米等谷類作物在儲藏過程中的品質(zhì)劣變與其風(fēng)味物質(zhì)含量密切相關(guān)。島津中國創(chuàng)新中心與國家糧食和物資儲備局科學(xué)研究院楊永壇研究員團隊合作，基于固相微萃取-氣相色譜-三重四極桿質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（SPME-GC-MS/MS）對玉米中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的種類和含量進行分析，多元統(tǒng)計分析結(jié)果顯示，玉米的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)與儲藏年限存在一定的相關(guān)性。由此可構(gòu)建玉米儲藏年份的分類模型，為玉米儲藏品質(zhì)的動態(tài)監(jiān)測提供技術(shù)手段。研究成果以“SPME-GC-MS/MS結(jié)合多元統(tǒng)計分析不同儲藏年份玉米風(fēng)味物質(zhì)差異”為題，已發(fā)表在《糧油食品科技》期刊。

背景介紹 

糧食在貯藏期間會受到溫度、濕度、微生物等環(huán)境因素影響，其食用品質(zhì)和營養(yǎng)價值也會隨著儲藏時間延長而發(fā)生改變。玉米是我國主要糧食作物之一，也是我國儲備糧的重要組成。由于玉米原始水分含量相對較高，同時內(nèi)部富含脂肪，其相較于其他糧食品種儲藏穩(wěn)定性較差，易發(fā)生品質(zhì)劣變，進而影響其種用、食用和加工品質(zhì)。因此在玉米收購入倉和輪換出庫前對其儲藏品質(zhì)進行評估十分必要，引起了研究人員的廣泛關(guān)注。

揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)是影響玉米食用和加工的主要因素之一，風(fēng)味物質(zhì)的類型、含量以及它們之間的相互作用共同決定著玉米的風(fēng)味。玉米儲藏過程中風(fēng)味物質(zhì)含量變化間接反映其品質(zhì)改變，因此越來越多的研究人員通過測定玉米中典型揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)對其進行品質(zhì)鑒別。已有多項研究發(fā)現(xiàn)玉米揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的種類和含量受不同儲藏條件的影響，但尚未闡明不同儲藏時間玉米的特征差異物質(zhì)。

固相微萃取技術(shù)能對含量較低的揮發(fā)性物質(zhì)進行富集，在揮發(fā)性物質(zhì)檢測中具有方便、靈敏、高效的優(yōu)點，在食品風(fēng)味物質(zhì)檢測領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。本研究以吉林地區(qū)2019—2022年收獲玉米為研究對象，采用固相微萃取-氣相色譜-三重四極桿質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（SPME-GC-MS/MS）對玉米儲藏過程中的風(fēng)味物質(zhì)進行檢測，并結(jié)合主成分分析（PCA）和偏最小二乘法判別分析（PLS-DA）進行數(shù)據(jù)分析，闡明不同儲藏年份玉米的特征差異物，建立玉米儲藏年份判別模型。以期為玉米儲藏品質(zhì)的動態(tài)監(jiān)測提供技術(shù)手段，更好地指導(dǎo)儲備玉米科學(xué)儲存與適時更新輪換。

研究內(nèi)容

本研究采用固相微萃取-氣相色譜三重四極桿質(zhì)譜（GCMS-TQ系列），搭配專屬型風(fēng)味物質(zhì)多反應(yīng)監(jiān)測（MRM）數(shù)據(jù)庫，對玉米樣品中的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進行分析。圖1為某采收自2019年的玉米樣品的總離子流圖，共檢出揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)共129種，包括醛類、醇類、酯類、酮類、苯系物、雜環(huán)類、酸類、醚類、烴類和酚類化合物共10類。檢出化合物中醛類物質(zhì)種類最為豐富，共檢出26種，其次為醇類物質(zhì)和酯類物質(zhì)，分別檢出23種和17種。對不同儲藏年份玉米中各類風(fēng)味物質(zhì)的相對含量進行分析，結(jié)果顯示酸類物質(zhì)在玉米中相對含量最高，是玉米中的主要揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)。并發(fā)現(xiàn)不同儲藏年份玉米中風(fēng)味物質(zhì)相對含量發(fā)生了變化，需進一步探究二者之間的相關(guān)性。

圖1.  2019年玉米樣品總離子流色譜圖

為明確風(fēng)味物質(zhì)含量與玉米儲藏年份之間的關(guān)系，對不同儲藏年份玉米中的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進行PCA分析。從圖2（A）可以看出，不同儲藏年份玉米呈一定的聚類趨勢。其中2019年和2022年儲藏玉米區(qū)分度較為顯著，表明該模型對儲藏年份相差較大的樣品區(qū)分能力較強。對不同儲藏年份的樣品組進行皮爾遜相關(guān)分析，結(jié)果如圖2（B）所示，表明每個年份的樣品組與其相應(yīng)年份的樣品組之間有很強的正相關(guān)性。

圖2.  2019—2022年玉米風(fēng)味物質(zhì)的統(tǒng)計分析結(jié)果: (A) 主成分分析得分圖; (B) 皮爾遜相關(guān)分析

為進一步直觀體現(xiàn)不同儲藏年份玉米的風(fēng)味物質(zhì)特征，對檢測數(shù)據(jù)進行了PLS-DA分析。如圖3（A）所示，4個儲藏年份的樣品分別聚為一類，表明不同年份間玉米的揮發(fā)性化合物差異顯著。利用5倍交叉驗證對PLS-DA模型的預(yù)測精確度和擬合度進行驗證，結(jié)果如圖3（B）所示，使用3個組分時，模型的R2=0.98，Q2=0.96，預(yù)測精確度為1.0，表明模型具有較好的預(yù)測能力。按照變量投影重要性（VIP）值大于1的標(biāo)準(zhǔn)，共篩選出47種關(guān)鍵差異化合物。

圖3  2019—2022年玉米風(fēng)味物質(zhì)的偏最小二乘判別分析結(jié)果: (A) 三維PLS-DA得分圖; (B) 不同組分?jǐn)?shù)下PLS-DA分類性能; (C) VIP值圖

進一步比較不同年份間玉米中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的差異，可以看出有6種揮發(fā)性化合物出現(xiàn)規(guī)律性變化。其中，1-辛烯-3-醇、丁酸橙花酯和2-正戊基呋喃3種化合物含量隨儲藏時間的延長而減少（如圖4（A）~（C））；此外，DL-泛酰內(nèi)酯、辛酸甲酯和2-乙?；秽衔锏暮侩S儲藏時間的延長而增加（如圖4（D）~（F））。

圖4. 不同儲藏年份玉米特征風(fēng)味物質(zhì)箱線圖

結(jié)論

基于島津固相微萃取-氣相色譜三重四極桿質(zhì)譜儀建立玉米中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的分析方法，對2019至2022年收獲東北地區(qū)玉米樣品中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進行檢測，采用PCA和PLS-DA方法對不同儲藏年份玉米的風(fēng)味物質(zhì)數(shù)據(jù)進行分析，篩選出在不同年份的玉米間具有顯著性差異的化合物，根據(jù)檢出的差異化合物在不同儲藏年份玉米中的含量分布構(gòu)建分類模型，將為不同年份玉米的儲藏品質(zhì)動態(tài)監(jiān)測提供參考，以更好指導(dǎo)儲備玉米的科學(xué)儲存與適時更新輪換，對保障國家糧食安全和節(jié)糧減損具有重要意義。

島津多功能自動進樣器-氣相色譜三重四極桿質(zhì)譜儀

參考文獻：

[1] WANG S, CHEN H, SUN B. Recent progress in food flavor analysis using gas chromatography–ion mobility spectrometry (GC–IMS) [J]. Food Chemistry, 2020, 15(315): 126158.

[2] 徐瑞, 李洪軍, 賀稚非. 玉米凍藏過程中揮發(fā)性成分變化及主成分分析[J]. 食品與發(fā)酵工業(yè), 2019, 45(1): 210-218. XUN R, LI H J, HE Z F. Changes and principal component analysis of volatile compounds in corn ears during frozen storage[J]. Food and Fermentation Industries, 2019, 45(1): 210-218.

[3] 李云峰, 范競升, 陳冰琳,等. 3個甜玉米品種在不同儲藏條件下可溶性固形物含量及揮發(fā)性風(fēng)味成分變化[J]. 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2021, 42(03): 33-44. LI Y F, FAN J S, CHEN B L, et al. Changes of soluble solid contents and volatile flavor components of three sweet corn cultivars under different storage conditions[J]. Journal of South China Agricultural University, 2021, 42(03): 33-44.

[4] 郭瑞, 李盼盼, 張曉莉, 等. SPME-GC-MS/MS 結(jié)合多元統(tǒng)計分析研究不同儲藏年份玉米風(fēng)味物質(zhì)差異[J]. 糧油食品科技, 2024, 32(3): 179-186. GUO R, LI P P, ZHANG X L, et al. Diversity analysis of volatile flavor compounds of corn with various storage years based on SPME-GCMS/MS and multivariate statistical analysis[J]. Science and Technology of Cereals, Oils and Foods, 2024, 32(3): 179-186.

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