GC-IMS技术监测加速破坏条件下苦杏仁挥发性物质变化研究

林史珍， 杜方敏， 林良静， 黄子蕴， 石家琦， 高向阳，3

（1.华南农业大学医院药剂科，广东广州 510642；2.华南农业大学食品学院广东省功能食品活性物重点实验室，广东广州 510642；3.华农（潮州）食品研究院有限公司，广东潮州 521000）

苦杏仁（Semen Armeniacae Amarum）是蔷薇科（Rosaceae）植物山杏（Prunus armeniaca L.var.ansu Maxim）、西伯利亚杏（Prunus sibirica L.）、东北杏[Prunus mandshurica（Maxim.）Koehne]或杏（Prunus armeniaca L.）的干燥成熟种子，具有降气止咳平喘、润肠通便的功效，是一种传统中药[1]。目前判别苦杏仁变质与否的方法主要是传统感官鉴别和理化测定法，两者具有主观性强和操作繁琐等局限性。其气味与物质基础直接关联，张丽美等[2]、回瑞华等[3]分析了苦杏仁的挥发油成分，共鉴定出18种化学成分；拱健婷[4]采用留样和加速试验结合感官、气味的方法建立了加速破坏的模型。国内外学者虽对其化学成分和药理作用以及苦杏仁中挥发性脂肪油成分进行过研究，但对苦杏仁在变质过程中挥发性成分变化的研究报道尚少。

近年来，气相离子迁移谱（GC-IMS）技术整合了气相色谱和离子色谱在分离和检测方面的优势，形成高分离度、高灵敏度、分析高效和操作简便等优点的气体快检技术，逐渐应用于食品、化学领域。其中在植物油分类鉴伪[5，6]、饮料风味分析鉴别[7]方面都有较高的可行性。但尚未见其应用于中药材质控方面。

本研究采用GC-IMS技术监测高温高湿加速破坏条件下苦杏仁中的挥发性物质的变化情况，探究贮存过程苦杏仁挥发性物质的变化规律，以期建立苦杏仁贮存过程中的质量评价新方法，现将研究结果报道如下。

1 材料与方法

1.1 实验材料 苦杏仁样品购买于康美药业股份有限公司（批号为180601391）。

1.2 实验仪器 1H1-00105 FlavourSpec®风味分析仪为德国海能仪器公司产品；FUSE 15A种子老化箱为浙江托普仪器有限公司产品；SMZ-T4连续变倍体视显微镜为重庆奥特光学仪器有限公司产品。

1.3 实验方法

1.3.1 样品前处理 将苦杏仁样品在温度35℃、湿度80%分别放置3、4 d，每个样品做2个平行。每个平行样品分别准确称取2 g（精确到0.01 g），置于20 mL顶空进样瓶中，80℃孵育15 min，进样。

1.3.2 GC-IMS条件 系统条件：色谱柱FS-SE-54-CB-1 15 m ID：0.53 mm，柱温60℃，载气/漂移气为氧气，IMS温度45℃，孵育时间15 min，孵育温度80℃，进样针温度85℃，孵化转速500 r/min，进样量500 μL。气相色谱条件：E1（漂移气流速）150 mL/min，E2（气象载气流速）0～2 min 2 mL/min，15 min 20 mL/min，20 min 100 mL/min，25 min 120 mL/min。

1.4 数据处理 通过仪器自带软件Reporter插件、Gallery Plot插件、动态主成分分析PCA、GC×IMS Library Search等进行分析。

2 结果

2.1 主成分分析 选取未处理的和高温高湿条件下放置3、4 d的苦杏仁样品所有挥发性化合物的信号峰进行PCA分析，以检测样品间挥发性物质是否有显著性差异，结果如图1所示。

图1 不同放置时间苦杏仁挥发性物质的PCA分析Figure 1 PCA analysis of volatile components from Semen Armeniacae Amarum at different storage time

从图1的PCA分析中可看出平行样品两两聚到一起，且不同样品完全区分开，说明实验平行效果良好。3个样品在挥发性有机物组成上呈现出差异性，其中未处理和高温高湿条件下放置3 d的苦杏仁样品距离较为靠近，它们均与高温高湿下放置4 d的苦杏仁样品相距较远，说明高温高湿下放置4 d的苦杏仁样品与未处理样品、高温高湿条件下放置3 d的样品挥发性物质组成上差异较大。

2.2 不同处理条件下苦杏仁挥发性物质指纹图谱 利用FlavourSpec®系统自带的LAV软件内置的Gallery Plot插件框选所有挥发性物质信号峰，形成各样品指纹图谱进行对比。如图2所示（图中每一行代表一个样品中选取的全部信号峰图，每一列代表同一挥发性物质在不同样品中的信号峰）。

图2 不同放置时间苦杏仁挥发性物质指纹图谱比较Figure 2 Comparison of volatile components fingerprints of Semen Armeniacae Amarum at different storage time

指纹谱图中从上到下依次是未处理样品、高温高湿条件下放置3、4 d的苦杏仁样品，每个样品2个平行，颜色越深说明该挥发性物质含量越高。由图2可以明显看出高温高湿下放置4 d的苦杏仁样品较未处理和处理3 d的苦杏仁样品的挥发性物质显著减少。不同放置时间的样品都含有其特有的挥发性化合物，样品组间呈现出差异性。根据各样品的挥发性物质种类和浓度进行相似度分析，结果见表1。组内相似度都高于85%，高温高湿下放置3 d与未处理的样品相似度为67%，放置4 d与未处理的样品相似度降为45%，由此可见高温高湿下随着放置时间的延长，样品的挥发性物质差异逐渐增大。

表1 不同放置时间苦杏仁挥发性物质相似度分析Table 1 Analysis of similarity of volatile components inSemen Armeniacae Amarum at different storage time （p/%）

2.3 苦杏仁挥发性物质分类 根据上述对苦杏仁挥发性物质指纹图谱及其相似度的分析，应用FlavourSpec®中GC-IMS Library Search软件内置的NIST和IMS数据库对苦杏仁的挥发性物质进行定性并对鉴定出的物质按类别进行归类，结果见表2。

从表2可以看出，在高温高湿条件下，随着放置时间的延长，苦杏仁样品中酯类物质中乳酸乙酯、戊酸乙酯、己酸甲酯、乙酸丁酯呈现先上升后下降趋势，其他酯类物质含量，如具有水果香味的乙酸乙酯和乙酸丙酯、乙酸甲酯、乙酸丁酯、γ-丁内酯均呈现下降趋势，其中乙酸乙酯含量减少了78%，乙酸丙酯减少了98%，这也解释了苦杏仁存放过程中出现的“走油”现象。醇类物质中2-甲基丙醇呈现微下降而后又上升的趋势外，其他醇类物质如乙醇、丙醇、丁醇、戊醇、己醇等含量均呈现上升趋势，其中2-甲基丙醇含量增加了5.9倍，异丁醇含量增加了2.8倍。醇类化合物一般来自碳水化合物、氨基酸和脂肪的代谢作用[8，9]，由此可见醇类物质含量上升与酯类物质含量下降存在一定相关性。酮类一般会产生醚味、焦香味[10，11]，从苦杏仁中检出的2-丁酮、丙酮和3-辛酮三种酮类物质其含量均呈现明显的增加趋势，其中2-己酮含量增加了2.3倍，丙酮含量增加了7.2倍。丙酮和2-己酮对呼吸道黏膜有较强刺激性[12]。酸类中丁酸和正戊酸分别下降了71%、91%，挥发性酸的气味阈值较高，对苦杏仁整体呈味影响不大。烃类物质如柠檬烯含量减少了12%，烃类物质一般被认为不具气味活性[13]，对苦杏仁整体呈味影响不大。含氮类物质2，3，5-三甲基吡嗪含量整体呈现增加趋势，其中高温高湿下放置4 d的苦杏仁样品中含量比未处理样品增加了2倍。醛类物质是脂质氧化的降解产物[14，15]，整体变化没有明显的规律性，其中具有苦杏仁气味的苯甲醛含量一直很高，己醛和具有腥味的庚醛[16]物质含量逐渐增加，其中庚醛含量增加了1.5倍，具有苦杏仁气味的糠醛物质含量减少了91%。在第5天时样品表面特征发生明显变化，镜检出现白色菌丝，褐变加重，故不再跟踪监测。

表2 苦杏仁挥发性物质归类Table 2 Classification of volatile components in Semen Armeniacae Amarum

3 讨论

由上述研究结果可知，高温高湿条件下，随着放置时间的延长，苦杏仁样品的挥发性物质发生明显变化，其中醇类、酮类物质含量整体呈现逐渐升高的趋势，而酸类、酯类、烃类物质含量呈现逐渐下降的趋势。类似苦杏仁味道的糠醛含量减少了91%，水果香味的乙酸乙酯含量减少了78%，乙酸丙酯含量减少了98%，放置4 d的苦杏仁样品中酮类物质丙酮、2-己酮含量较未处理的苦杏仁样品分别增加了7.2倍和2.3倍。由此可见，苦杏仁在贮存过程中其类似苦杏仁的令人愉快的气味会逐渐散去，甚至会产生一些不良及对人体有害的挥发性物质，影响其品质。从以上结果还可以看出，丙酮和2-己酮等物质含量迅速上升，即伴随苦杏仁的褐变加重和霉变现象而上升，但其变化机理还需进一步探究。

本实验所采用的气相色谱—离子迁移谱联用技术较传统的感官鉴别和理化测定法具有快速高效且数据量化和操作简便等优点。本研究建立了GC-IMS技术对苦杏仁品质变化挥发性成分的分析测试方法，可有效探究高温高湿条件下苦杏仁挥发性物质的变化规律，是一种苦杏仁品质评价快速高效的新方法。今后应进一步扩大样本量，构建苦杏仁在贮存过程中的挥发性物质变化的数学模型，推进苦杏仁贮藏过程品质质量控制检测技术的发展。