Analysis of the Effect of Different Packaging Conditions on Cucumber Flavor Based on Gas Chromatography-Ion Mobility Spectrometry Technology
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摘要: 为了研究在（13±2）℃下不同包装材料对黄瓜采后风味品质的影响，对厚度为0.03 mm的打孔聚乙烯包装袋、厚度为0.07 mm的打孔聚乙烯包装袋和无包装三种不同处理进行了评价。黄瓜中的挥发性有机化合物（volatile organic compounds，VOCs）通过使用气相色谱-离子迁移谱法（GC-IMS）进行分析，然后进行多变量分析。结果表明，黄瓜样品中共鉴定出60种挥发性物质，大致可分为2种烯类、14种醇类、13种醛类、13种酮类、8种酯类、5种酸类、3种醚类、1种吡嗪类和1种呋喃类。在多变量分析中，实验组之间实现了明显的分离。建议将由P<0.05且VIP得分>1的19种挥发性化合物组成的小组作为区分用不同包装材料处理的黄瓜的潜在标志，这19种挥发性化合物分别为丙酮、3-羟基-2-丁酮、3-戊酮、2,3-丁二酮、甲乙酮、甲基异丁酮、2-戊酮、2-己酮、异丁醛、丁醛、戊醛、3-甲基丁醛、1-丙醇、3-甲基-3-丁烯-1-醇、2-甲基-1-丁醇、异丁醇、1-戊醇、正丁醇和乙酸乙酯。在贮藏过程中，无包装黄瓜主要呈香的醛类减少更加明显，并产生一些酮类、酯类、醚类等挥发性代谢物，表明无包装中黄瓜特有的香气流失严重，而打孔自发气调包装中黄瓜主体呈香的醛类物质下降缓慢，且由于微生物滋生而产生的3-羟基-2-丁酮等物质增加也较少，总的说来，厚度为0.07 mm的打孔聚乙烯，建议作为相对有效的材料来保持黄瓜的味道质量。这些发现有望促进这些包装材料在黄瓜的大规模储存中的开发和应用。
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关键词:
- 黄瓜 /
- 打孔自发气调包装 /
- 贮藏 /
- 挥发性有机物 /
- 气相色谱-离子迁移谱
Abstract: In order to investigate the influence of different package materials on the flavor quality of cucumbers during postharvest storage at (13±2) ℃, three different treatments consisting of perforated polyethylene packaging bags 0.03 mm in thickness, perforated polyethylene 0.07 mm packaging bags in thickness and no package were evaluated. The volatile organic compounds (VOCs) in the cucumbers were analyzed by using chromatography-ion mobility spectrometry (GC-IMS), and multivariate analysis was then performed. The results showed that a total of 60 volatiles were identified in the cucumber samples, which could be generally classified into 2 hydrocarbons, 14 alcohols, 13 aldehydes, 13 ketones, 8 esters, 5 acids, 3 ethers, one pyrazine, and one furan compound. A clear separation between the experimental groups was achieved in the multivariate analysis. A panel of 19 volatile compounds with P<0.05 and VIP score > 1 were suggested as potential markers for the discrimination of cucumbers treated with different packing materials, these 19 volatile compounds are acetone, 3-hydroxybutan-2-one, 3-pentanone, 2,3-butanedione, butanone, methyl isobutyl ketone, 2-pentanone, 2-hexanone, methylpropanal, butyraldehyde, butanal, pentanal, 3-methylbutanal, 1-propanol, 3-methyl-3-buten-1-ol, 2-methylbutan-1-ol, isobutanol, pentan-1-ol, 1-butanol, and ethyl acetate. During storage, the aldehydes of the main aroma of unpackaged cucumber decreased more obviously, and produced some ketones, esters, ethers, and other volatile metabolites, indicating that the loss of the unique aroma of cucumber in unpackaged was serious, while the aldehydes of the main aroma of cucumber in perforated passive modified atmosphere packaging decreased slowly, and the substances such as 3-hydroxy-2-butanone produced due to microbial growth increased less. Overall, perforated polyethylene 0.07 mm in thickness is recommended as a relatively efficient material to maintain the flavor quality of cucumbers. The findings were expected to facilitate the development and application of these package materials in the large-scale storage of cucumbers. -
黄瓜（Cucumis sativus L.）是葫芦科甜瓜属一年生攀缘草本植物，起源于喜马拉雅山脉热带地区[1]，果实略甜、多汁，富含多种维生素、矿物质，并散发着令人愉悦的清香气味，深受消费者喜爱。具有独特风味是黄瓜的重要特点。黄瓜的风味通常由挥发性物质组成，挥发性物质由许多不同种类的芳香物质组成。近年来对于芳香物质的组成、形成途径、影响因子的研究成为热门话题。随着人们对果实品质要求的进一步提高，果实的风味品质越来越受到人们的重视[2]。然而，黄瓜在采后的贮藏、流通以及销售过程中，因外界温度、微生物以及自身呼吸等作用，容易导致其营养流失，风味品质变差，造成可食安全性和商品价值降低。常温货架、低温货架及冷藏货架是目前生活中常见的流通销售方式[3]，且不同的贮藏条件对于黄瓜的风味有不同影响，所以需要快捷、准确的风味检测方法评估黄瓜在贮藏期间风味的变化。
气相色谱-离子迁移谱 （ gas chromatography-ion mobility spectrometry，GC-IMS）是近年来出现的一种新型气相分离和检测技术[4-5]，该检测技术克服离子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色谱预分离后质量上得到显著改善[6]，结合了气相色谱的分离能力和迁移离子谱快速响应、低成本的优势[7]，该项技术是基于气相中不同离子在电场中迁移速度的差异来对化学离子物质进行表征的一种分析技术[8]。具有灵敏度高、选择性强、检测过程快速高效等特点[9]。GC-IMS可对挥发性有机物进行可视化表征，从而实现对不同样品的区分，更能真实反应样品的风味存在状态[4]。GC-IMS 技术相对于传统风味分析技术具有诸多优势，其在VOCs的分析中具有较大的应用潜力[10-11]，已成功应用于果蔬、肉类、水产风味分析、品质检测等多个领域[3,12-14]。
目前缺少基于GC-IMS技术分析不同包装条件对黄瓜风味影响，从而判断黄瓜品质方面的研究，为了进一步了解不同包装条件下黄瓜果实香气品质的变化及影响因素，本研究用黄瓜作为实验对象，采用GC-IMS技术结合方差分析（analysis of variance, ANOVA）、主成分分析（principal component analysis, PCA）和偏最小二乘判别分析（partial least squares discriminant analysis，PLS-DA）数据分析手段，讨论不同包装条件对于黄瓜贮藏期间挥发性有机物的影响，快捷准确的评估黄瓜贮藏期间风味变化，旨在为黄瓜采后贮藏风味的保持提供参考依据。
1. 材料与方法
1.1 材料与仪器
黄瓜 于2020年11月20日采自河北省秦皇岛市昌黎县并于当日送达实验室，选取大小均匀、无机械损伤、无病虫害、成熟度一致黄瓜的进行试验，在每个采样时间对黄瓜样品进行取样用于风味检测；2-丁酮、2-戊酮、2-己酮、2-庚酮、2-辛酮和2-壬酮混合液 德国 G.A.S公司；2-甲基-3庚酮 德国Dr.Ehrenstorfer公司。
手压封口机 得力集团有限公司；冰箱 青岛海尔特种电冰柜有限公司；电子天平 奥豪斯仪器（常州）有限公司；Flavour Spec®气相离子迁移谱联用仪 德国 G.A.S公司。
1.2 实验方法
1.2.1 样品保鲜处理
选取大小均匀、无机械损伤、无病虫害、成熟度一致80根新鲜黄瓜样品进行打孔自发气调包装的贮藏试验，每个包装中放置3根黄瓜，包装分别选择单层厚度为0.03 mm（0.03组）和0.07 mm（0.07组）的打孔聚乙烯薄膜包装袋以及对照组无包装（NP）组，储藏温度为（13±2） ℃，分别在0、2.5、4.5、6.5、8.5和10.5 d对各不同包装处理的黄瓜进行采样，每个包装条件的每次采样都进行3次测量（n=3），测定其挥发性有机物。
1.2.2 GC-IMS 分析条件
根据郭家刚等[15]的方法进行测定，稍作修改。将顶空瓶中的样品进行孵化，使用加热的进样针抽取瓶内的顶空组分，以2-甲基-3庚酮（色谱纯）为内标物质，通过GC-IMS分析挥发性有机物。
1.2.2.1 自动进样条件
准确称取2.5 g黄瓜样品置于20 mL顶空瓶中；孵化温度设置为40 ℃；振荡器转速为500 r/min；孵化时间为10 min；进样针温度为85 ℃；进样体积为1.0 mL。
1.2.2.2 GC条件
色谱柱温度为60 ℃；运行时间40 min；载气为氮气（≥99.999%）；载气流量：0～2 min：2 mL/min；2～10 min：2～15 mL/min；10～25 min：15～100 mL/min；25～30 min：100 mL/min。
1.3 数据处理
采用Excel 2019软件、XLSTAT statistical and data analysis solution软件进行数据处理及ANOVA、PCA和PLS-DA分析，P<0.05为差异显著。黄瓜样品中的挥发性有机物采用仪器配套的VOCal分析软件进行采集和分析。通过reporter和galerie插件对比指纹图谱的差异；应用 Library Search软件内置的NIST和IMS 数据库对挥发性有机物进行定性分析。
2. 结果与分析
2.1 不同包装条件下黄瓜的挥发性有机物气相-离子迁移谱图分析
利用GC-IMS技术对黄瓜样品的挥发性有机物进行分离和鉴定。图1中横坐标1.0处红色竖线表示反应离子峰（RIP峰）[15]，样品中挥发性有机物的迁移时间在1.0~2.0 ms之间，保留时间集中分布在100～1000 s，所有挥发性有机物在30 min内检出。 RIP峰两侧的每个点代表一种挥发性有机物[16]，点的颜色反映了物质的浓度，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；反之则越低[17]。有些有机物会在不同的迁移时间出现，例如正己醇和己醛等在谱图中形成两个信号峰，这是由于物质的浓度较高，两个会共用一个质子或电子，形成二聚体。
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图 1 不同包装条件下黄瓜的挥发性有机物气相-离子迁移二维谱图注: A、B和C分别代表0.03组、0.07组和NP组黄瓜；图2同。Figure 1. Two-dimensional GC-IMS spectra of volatile organic compounds in cucumbers under different packaging conditions图2是以第0 d黄瓜的谱图作为参比，其它谱图扣减参比形成的二维差异对比谱图，扣减后的谱图中，相同浓度的物质抵消为白色，红色表示该物质的浓度比参比中高，蓝色表示该物质浓度比参比中低，颜色越深表示差异越大。从图中可以看出，不同包装条件下的黄瓜样品，在贮藏期间，呈现出的气相-离子迁移谱图信息有一定差异，表明黄瓜中挥发性有机物含量在贮藏过程中发生了变化，有升高也有降低。
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图 2 不同包装条件下黄瓜的挥发性有机物气相-离子迁移二维差异对比谱图Figure 2. Comparison of the two-dimensional difference spectrum of volatile organic compounds GC-IMS in cucumbers under different packaging conditions2.2 不同包装条件下黄瓜中挥发性有机物定性分析
为了进一步分析在贮藏过程中黄瓜风味物质的变化，利用不同贮藏条件下黄瓜的挥发性有机物的保留时间和迁移时间，使用外标正酮 C4 ~ C9（2-丁酮、2-戊酮、2-己酮、2-庚酮、2-辛酮、2-壬酮）作为参考标准，计算挥发性有机物的保留指数，然后使用GC-IMS中Library Search内置的NIST 2014数据库和IMS迁移时间数据库进行匹配，从而对检测出的挥发性有机物进行定性分析。结果如表1所示，不同包装条件下的黄瓜样品共检测出挥发性有机物63种，可以定性的挥发性有机物为60种，其中烯类2种、醇类14种、醛类13种、酮类13种、酯类8种、酸类5种、醚类3种、吡嗪类1种和呋喃类1种，包括了挥发性有机物浓度过高时，出现两个分子时共用一个正电荷，形成二聚体的现象。
表 1 不同贮藏条件下黄瓜的挥发性有机物定性信息Table 1. Qualitative information of volatile organic compounds in cucumbers under different storage conditions序号 化合物 化合物中文名称 分子式 分子量 保留指数 保留时间（s） 漂移时间（ms） 1 n-Hexanol 正己醇（单体） C6H14O 102.2 878.9 322.969 1.32326 2 （ Z）-3-Hexen-1-ol 顺-3-己烯醇 C6H12O 100.2 847.7 295.267 1.51006 3 n-Hexanol 正己醇（二聚体） C6H14O 102.2 875.3 319.828 1.63322 4 Hexanal 己醛（二聚体） C6H12O 100.2 791.1 244.952 1.55863 5 Pentan-1-ol 1-戊醇 C5H12O 88.1 765.7 226.352 1.25074 6 Alpha-pinene α-蒎烯（二聚体） C10H16 136.2 938.7 402.054 1.68423 7 （ E, E）-2,4-Heptadienal 反式-2,4-庚二烯醛 C7H10O 110.2 1015.8 527.38 1.18452 8 3-Methyl-3-buten-1-ol 3-甲基-3-丁烯-1-醇 C5H10O 86.1 736.1 206.277 1.24572 9 Hexanal 己醛（单体） C6H12O 100.2 791.5 245.343 1.2592 10 Ethanol 乙醇 C2H6O 46.1 454.9 85.809 1.04377 11 3-Methyl valeric acid 3-甲基戊酸 C6H12O2 116.2 948.7 416.569 1.27749 12 Isopropyl acetate 醋酸异丙酯（二聚体） C5H10O2 102.1 654.6 161.305 1.48109 13 Tert-butylmethylether 甲基叔丁基醚 C5H12O 88.1 556.9 124.355 1.35459 14 Benzaldehyde 苯甲醛 C7H6O 106.1 968.6 445.274 1.15019 15 α-Pinene α-蒎烯（单体） C10H16 136.2 926.9 385.016 1.27761 16 3-Pentanone 3-戊酮（二聚体） C5H10O 86.1 696.7 179.677 1.35462 17 2-Pentanone 2-戊酮 C5H10O 86.1 695.2 178.651 1.38983 18 2-Hexanone 2-己酮（单体） C6H12O 100.2 782.4 237.648 1.1871 19 3-Methylbutanal 3-甲基丁醛 C5H10O 86.1 649.1 159.249 1.20102 20 1,2-Dimethoxyethane 乙二醇二甲醚 C4H10O2 90.1 647 158.43 1.30891 21 Methyl isobutyl ketone 甲基异丁酮 C6H12O 100.2 733.9 204.786 1.48139 22 n-Propyl acetate 乙酸丙酯 C5H10O2 102.1 706.4 186.206 1.47622 23 Ethyl 2-methylpropanoate 2-甲基丙酸乙酯 C6H12O2 116.2 758.4 221.36 1.20333 24 2-Ethyl-6-methylpyrazine 2-乙基-6-甲基-吡嗪 C7H10N2 122.2 1003.9 501.691 1.19984 25 2-Methylpropanoic acid 异丁酸（单体） C4H8O2 88.1 772.7 231.064 1.39557 26 Pentanal 戊醛 C5H10O 86.1 696.2 179.34 1.18618 27 3-Hydroxybutan-2-one 3-羟基-2-丁酮（单体） C4H8O2 88.1 722.2 196.885 1.05803 28 Isopropyl acetate 醋酸异丙酯（单体） C5H10O2 102.1 656.1 161.883 1.15914 29 3-Hydroxybutan-2-one 3-羟基-2-丁酮（二聚体） C4H8O2 88.1 720.5 195.733 1.31953 30 2-Methylbutanoic acid 2-甲基丁酸 C5H10O2 102.1 870.8 315.799 1.46911 31 （E,Z）-2,6-Nonadienal 反,顺-2,6-壬二烯醛 C9H14O 138.2 1161.3 841.175 1.37166 32 （E）-2-Pentenal 反式-2-戊烯醛（单体） C5H8O 84.1 749.2 215.194 1.10427 33 trans-2-Pentenal 反式-2-戊烯醛（二聚体） C5H8O 84.1 746.4 213.261 1.3532 34 Isobutanol 异丁醇 C4H10O 74.1 593.7 138.276 1.3775 35 Isobutanoic acid 异丁酸（二聚体） C4H8O2 88.1 735.2 205.692 1.39937 36 1-Propene-3-methylthio 甲基烯丙基硫醚 C4H8S 88.2 703.1 183.992 1.04351 37 2-Propanol 2-丙醇（二聚体） C3H8O 60.1 539.9 117.924 1.1983 38 Ethyl propanoate 丙酸乙酯 C5H10O2 102.1 705.3 185.469 1.15337 39 3-Pentanone 3-戊酮（单体） C5H10O 86.1 699.6 181.578 1.11026 40 2-Ethylfuran 2-乙基呋喃 C6H8O 96.1 756.5 220.127 1.05518 41 （ E）-2-Hexenal 反式-2-己烯醛 C6H10O 98.1 852.1 299.148 1.18156 42 Ethyl acrylate 丙烯酸乙酯 C5H8O2 100.1 707.7 187.124 1.40137 43 Butanal 丁醛 C4H8O 72.1 586 135.356 1.29114 44 Methylpropanal 异丁醛 C4H8O 72.1 572.2 130.14 1.2942 45 Acetic acid 乙酸 C2H4O2 60.1 573.9 130.811 1.05211 46 2,3-Butanedione 2,3-丁二酮 C4H6O2 86.1 539.8 117.905 1.15378 47 1-Propanol 1-丙醇（单体） C3H8O 60.1 521.2 110.884 1.11852 48 Butanone 甲乙酮（二聚体） C4H8O 72.1 549.6 121.589 1.26355 49 Propanal 丙醛 C3H6O 58.1 493.9 100.533 1.05346 50 1-Propanol 1-丙醇（二聚体） C3H8O 60.1 567.1 128.214 1.24724 51 2-Butanone 甲乙酮（单体） C4H8O 72.1 580.7 133.377 1.2462 52 2-propanol 2-丙醇（单体） C3H8O 60.1 518.7 109.925 1.09196 53 Ethyl acetate 乙酸乙酯（二聚体） C4H8O2 88.1 593.4 138.172 1.33428 54 Ethyl acetate 乙酸乙酯（单体） C4H8O2 88.1 590.5 137.084 1.09889 55 2-Methylbutan-1-ol 2-甲基-1-丁醇 C5H12O 88.1 776.9 233.928 1.47562 56 Hydroxyacetone 羟基丙酮（二聚体） C3H6O2 74.1 631.6 152.599 1.2255 57 Hydroxyacetone 羟基丙酮（单体） C3H6O2 74.1 634.1 153.564 1.02856 58 1-Butanol 正丁醇 C4H10O 74.1 650.5 159.748 1.37135 59 1-Butanol, 3-methyl- 异戊醇 C5H12O 88.1 717.3 193.611 1.2315 60 Acetone 丙酮 C3H6O 58.1 548.2 121.057 1.11623 2.3 不同贮藏条件下黄瓜的挥发性有机物指纹图谱差异
为了更加直观地对比不同包装条件下黄瓜样品在贮藏期间挥发性有机物组分的差异，选取了谱图中检测出的所有离子峰，利用VOCal分析软件中的galerie插件程序生成挥发性有机物的指纹图谱，分析不同包装条件的黄瓜在贮藏期内挥发性有机物的动态变化情况。如图3所示，图中每一行表示黄瓜样品中选取的全部信号，每一列表示同一挥发性成分在不同包装条件以及不同贮藏时间的黄瓜样品中信号峰强度。
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图 3 不同包装条件下黄瓜的挥发性有机物指纹图谱注：A、B、C、D四个区域代表黄瓜中挥发性有机物在贮藏时间内的不同变化区域Figure 3. Fingerprints of volatile organic compounds in cucumbers under different packaging conditions由图3中可知，不同贮藏条件下的黄瓜随着贮藏时间延长，其挥发性风味物质发生了明显的变化。从图3的A区域中可以看出， 3-甲基戊酸、α-蒎烯、异丁醇、丙酮、苯甲醛、醋酸异丙酯、乙醇、羟基丙酮、丙酸乙酯、正丁醇、2-己酮、反式-2,4-庚二烯醛、反式-2-己烯醛、己醛、2-乙基-6-甲基-吡嗪、反,顺-2,6-壬二烯醛、反式-2-戊烯醛、戊醛、顺-3-己烯醇、2-戊酮、3-甲基丁醛和乙二醇二甲醚的含量随着贮藏时间的延长而呈现出不同程度的下降，且主要是醛类物质下降明显，而反,顺-2,6-壬二烯醛是黄瓜的特征风味物质，C6~C9的醛类物质是黄瓜的主体呈香物质[2]，表明各包装条件下的黄瓜的风味在贮藏期内出现了不同程度的香气流失。以脂肪酸为前体的，用于形成短链醛和醇的类脂降解路径是植物种芳香物质合成的重要途径，合成途径包括β-氧化作用，含氧酸分解生成内酯，类脂被脂氧合酶氧化产生醛类、酮类、醇类和酯类等物质[18]，所以黄瓜自身代谢过程中脂质氧化，生物膜结构的破坏和功能的丧失可能是导致贮藏期间黄瓜香气流失的原因之一，其次可能是微生物的滋生导致一些醛类物质的下降，有研究表明假单胞菌增殖后能引起己醛含量的明显变化[19]，在贮藏过程中，自发气调包装中黄瓜的醛类物质含量比对照组下降缓慢，说明自发气调包装有助于黄瓜风味的保持，其中0.07 mm处理优于其他两个处理组。Fan Kai[20]等研究发现气调包装维持了鲜切黄瓜中可溶性固形物含量，延缓了风味的降解。
在图3的B区域中，异戊醇、2-甲基丙酸乙酯、异丁酸、2-甲基丁酸、2-丙醇、3-羟基-2-丁酮、甲基异丁酮、异丁醛、2,3-丁二酮、3-甲基-3-丁烯-1-醇、2-乙基呋喃、1-戊醇、丙醛和甲基烯丙基硫醚在贮藏期内逐渐增多，其中3-羟基-2-丁酮是具有奶油香味的微生物发酵产物[21]，而且María[22]等发现接种丁香假单胞菌后番茄叶片萎蔫，并产生了2-乙基呋喃等呋喃类、醚类和含硫化物，所以随着贮藏时间的增加，各个处理中黄瓜的3-羟基-2-丁酮、2-乙基呋喃等呋喃类、醚类和含硫化物含量的增加，可能是受微生物污染影响的结果。图3的C区域表明，乙酸、乙酸乙酯以及未能定性出的两种有机物在无包装的黄瓜样品中，随贮藏时间延长而下降明显，而有研究表明酯类化合物对果蔬的香气成分具有较大贡献，乙酸乙酯是贮藏水果中含量最大的酯类[23]，所以贮藏过程中无包装的黄瓜乙酸乙酯减少最多，说明对照组黄瓜风味损失更多；在图3的D区域中，无包装条件下的黄瓜的丙烯酸乙酯、乙酸丙酯、2-甲基-1-丁醇、3-戊酮、丁醛、甲基叔丁基醚、正己醇、1-丙醇和甲乙酮含量在贮藏期内比其他两个包装条件下的黄瓜增加明显，在贮藏期内，随着贮藏时间的延长，丙烯酸乙酯等酯类物质的相对含量上升，可能是由于在酯类醇-酰基转移酶的催化下，由酰基-CoA和醇类反应所致[24]，2-甲基-1-丁醇等醇类物质含量的增加，可能是由于随着果实的衰老，部分脂肪酸通过脂氧合酶直接氧化生成了醇类物质[24]，也可能是醛类物质在脱氧酶的作用下，形成了相应的醇类物质[24]，也有可能是大肠杆菌等微生物作用的结果，有研究表明3-甲基-1-丁醇和2-甲基-1丁醇在大肠杆菌存在下显示出非常大的增加[25]，这都反映了自发气调包装对于黄瓜风味的保持有良好作用。
2.4 不同包装条件下黄瓜中挥发性有机物的主成分分析
PCA是多元统计分析中常见的数据分析方法， PCA可以根据不同样本中的主要成分因子的贡献率来评估样品之间的规律性和差异性[26]。如图4所示，第一主成分的贡献率为42.42%，第二主成分贡献率为17.58%，这两个主成分累计贡献率为60.00%，代表了原始数据的大部分信息。组内各样品相对距离较近，说明样品的重复性较好，在不同的贮藏时间，3种包装条件的黄瓜基本分布在不同区域，表明样品之间的挥发性有机物存在差异，且3种不同包装条件的黄瓜挥发性有机物是随着贮藏时间的延长而变化更加明显，其中无包装的黄瓜的挥发性有机物在第6.5、8.5和10.5 d差别不大，但与第0 d的黄瓜相比，其挥发性有机物变化最为明显，说明在（13±2）℃且无包装的贮藏条件下，黄瓜风味变化最大，可能是由于无包装条件下的黄瓜的丙烯酸乙酯、乙酸丙酯、2-甲基-1-丁醇、3-戊酮、丁醛、甲基叔丁基醚、正己醇、1-丙醇和甲乙酮含量的增加以及黄瓜中一些主要醛类物质含量的增加。0.03组的黄瓜VOCs含量在前两次检测时与第0 d的黄瓜无很大差异，在6.5、8.5和10.5 d与第0 d相比差异明显。而0.07组黄瓜的VOCs含量在整个贮藏期间与第0 d的黄瓜比较接近，表明0.07 mm的打孔自发气调包装对黄瓜风味保持作用有良好作用。
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图 4 不同包装条件下黄瓜中挥发性有机物的PCA得分图Figure 4. PCA scores of volatile organic compounds in cucumbers under different packaging conditions2.5 不同贮藏条件下黄瓜中挥发性有机物的偏最小二乘法判别分析
PLS-DA同样是通过降维将复杂数据直观化，与PCA不同的是，PLS-DA是有监督分析，属于模型的方法，可以预设分类，弥补了PCA方法的不足，强化组间的差异[27]，同时可以量化特征化合物造成组分差异的程度有监督的PLS-DA有助于高维数据的可视化、判别分析与代谢变化有关的潜在代谢物。由图5可知，经过PLS-DA分析，得到R2X为0.973，R2Y为0.748，Q2为0.224，R2X和R2Y分别表示模型所能解释X和Y矩阵信息的百分比，R2X－R2Y<0.3代表该模型较可靠[28]，可以用于贮藏过程中黄瓜样品的判别分析。由于相同处理样本分布点距离越近，说明这些样品中所含有的化合物的组成和含量越接近。
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图 5 不同包装条件下黄瓜中挥发性有机物的PLS-DA得分图Figure 5. PLS-DA scores of volatile organic compounds in cucumbers under different packaging conditions2.6 不同贮藏条件特征挥发性有机物分析
变量投影重要性（variable important for the projection，VIP）可以量化PLS-DA的每个变量对分类的贡献，通常认为VIP大于1表示在判别过程中具有重要作用[29]。VIP值越大，变量在不同包装条件下的黄瓜间的差异越显著[30]。如图6所示，可以得到23种VIP值大于1的挥发性有机物，去除未定性的和重复的物质，再结合方差分析发现，虽然苯甲醛、乙醇和羟基丙酮在贮藏过程中含量会发生变化，但无显著差异（P>0.05），因此得出19种挥发性有机物可作为判别不同包装条件的黄瓜在不同贮藏时间的特征风味物质，分别为丙酮、3-羟基-2-丁酮、3-戊酮、2,3-丁二酮、甲乙酮、甲基异丁酮、2-戊酮、2-己酮、异丁醛、丁醛、戊醛、3-甲基丁醛、1-丙醇、3-甲基-3-丁烯-1-醇、2-甲基-1-丁醇、异丁醇、1-戊醇、正丁醇和乙酸乙酯，其中贡献最大挥发性有机物为丙酮，其具有苹果、梨的芳香味道[31]，3-羟基-2-丁酮具有奶香味[21]，3-戊酮、甲乙酮和2-戊酮有丙酮气味，2,3-丁二酮稀时相似于奶油香气，甲基异丁酮有芳香酮气味，2-己酮和异丁醛具有刺激性气味，丁醛有窒息性气味，戊醛具有水果味，3-甲基丁醛有苹果香味，1-丙醇有醇味，2-甲基-1-丁醇、正丁醇和异丁醇有特殊气味，2-甲基-1-丁醇香气较戊醇清快，1-戊醇略有气味，乙酸乙酯有强烈的醚似的气味，微带果香[31]。通过方差分析发现，在贮藏结束时，3种包装条件黄瓜的3-戊酮、3-甲基-3-丁烯-1-醇、丁醛、2,3-丁二酮和1-丙醇含量与第0 d相比都显著增加（P<0.05）；3种包装条件黄瓜的2-己酮、戊醛和2-戊酮含量与第0 d相比都显著减少（P<0.05）；无包装黄瓜的3-戊酮、丁醛、异丁醛、1-丙醇、2-甲基-1-丁醇、甲乙酮和正丁醇含量显著高于其它两个处理（P<0.05）；这与前文指纹图谱所得结论一致。
3. 结论
本研究中，采用 GC-IMS 检测分析不同包装条件下黄瓜在贮藏期内挥发性有机物的变化。随着贮藏时间的延长，各处理组中黄瓜的醛类、酯类、醇类等挥发性有机物在贮藏期内变化呈现了一定的规律，主要醛类物质减少，其中无包装的黄瓜醛类减少更加明显，并产生一些酮类、酯类、醚类等挥发性代谢物，表明无包装中黄瓜特有的香气流失严重，而自发气调包装通过抑制微生物的生长，从而减少微生物对各滋味的影响，其中聚乙烯薄膜厚度为0.07 mm的打孔气调包装更好的维持了黄瓜的香气，抑制了异味物质的产生，同时也初步表明采用GC-IMS技术用作黄瓜采后新鲜程度具有可行性。本研究中存在部分采样时间样品香气聚集度较低，样本差异较大的问题，需要重复验证，增加模型的稳定性。下一步工作需要研究黄瓜贮藏期间硬度、色泽、丙二醛含量和酶活性等理化指标与特征香气之间的关联性，构建稳定的关系模型，以期为促进包装材料在黄瓜的大规模储存中的开发和应用理论以及数据支持。
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图 1 不同包装条件下黄瓜的挥发性有机物气相-离子迁移二维谱图
注: A、B和C分别代表0.03组、0.07组和NP组黄瓜；图2同。
Figure 1. Two-dimensional GC-IMS spectra of volatile organic compounds in cucumbers under different packaging conditions
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图 2 不同包装条件下黄瓜的挥发性有机物气相-离子迁移二维差异对比谱图
Figure 2. Comparison of the two-dimensional difference spectrum of volatile organic compounds GC-IMS in cucumbers under different packaging conditions
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图 3 不同包装条件下黄瓜的挥发性有机物指纹图谱
注：A、B、C、D四个区域代表黄瓜中挥发性有机物在贮藏时间内的不同变化区域
Figure 3. Fingerprints of volatile organic compounds in cucumbers under different packaging conditions
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图 4 不同包装条件下黄瓜中挥发性有机物的PCA得分图
Figure 4. PCA scores of volatile organic compounds in cucumbers under different packaging conditions
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图 5 不同包装条件下黄瓜中挥发性有机物的PLS-DA得分图
Figure 5. PLS-DA scores of volatile organic compounds in cucumbers under different packaging conditions
表 1 不同贮藏条件下黄瓜的挥发性有机物定性信息
Table 1 Qualitative information of volatile organic compounds in cucumbers under different storage conditions
序号 化合物 化合物中文名称 分子式 分子量 保留指数 保留时间（s） 漂移时间（ms） 1 n-Hexanol 正己醇（单体） C6H14O 102.2 878.9 322.969 1.32326 2 （ Z）-3-Hexen-1-ol 顺-3-己烯醇 C6H12O 100.2 847.7 295.267 1.51006 3 n-Hexanol 正己醇（二聚体） C6H14O 102.2 875.3 319.828 1.63322 4 Hexanal 己醛（二聚体） C6H12O 100.2 791.1 244.952 1.55863 5 Pentan-1-ol 1-戊醇 C5H12O 88.1 765.7 226.352 1.25074 6 Alpha-pinene α-蒎烯（二聚体） C10H16 136.2 938.7 402.054 1.68423 7 （ E, E）-2,4-Heptadienal 反式-2,4-庚二烯醛 C7H10O 110.2 1015.8 527.38 1.18452 8 3-Methyl-3-buten-1-ol 3-甲基-3-丁烯-1-醇 C5H10O 86.1 736.1 206.277 1.24572 9 Hexanal 己醛（单体） C6H12O 100.2 791.5 245.343 1.2592 10 Ethanol 乙醇 C2H6O 46.1 454.9 85.809 1.04377 11 3-Methyl valeric acid 3-甲基戊酸 C6H12O2 116.2 948.7 416.569 1.27749 12 Isopropyl acetate 醋酸异丙酯（二聚体） C5H10O2 102.1 654.6 161.305 1.48109 13 Tert-butylmethylether 甲基叔丁基醚 C5H12O 88.1 556.9 124.355 1.35459 14 Benzaldehyde 苯甲醛 C7H6O 106.1 968.6 445.274 1.15019 15 α-Pinene α-蒎烯（单体） C10H16 136.2 926.9 385.016 1.27761 16 3-Pentanone 3-戊酮（二聚体） C5H10O 86.1 696.7 179.677 1.35462 17 2-Pentanone 2-戊酮 C5H10O 86.1 695.2 178.651 1.38983 18 2-Hexanone 2-己酮（单体） C6H12O 100.2 782.4 237.648 1.1871 19 3-Methylbutanal 3-甲基丁醛 C5H10O 86.1 649.1 159.249 1.20102 20 1,2-Dimethoxyethane 乙二醇二甲醚 C4H10O2 90.1 647 158.43 1.30891 21 Methyl isobutyl ketone 甲基异丁酮 C6H12O 100.2 733.9 204.786 1.48139 22 n-Propyl acetate 乙酸丙酯 C5H10O2 102.1 706.4 186.206 1.47622 23 Ethyl 2-methylpropanoate 2-甲基丙酸乙酯 C6H12O2 116.2 758.4 221.36 1.20333 24 2-Ethyl-6-methylpyrazine 2-乙基-6-甲基-吡嗪 C7H10N2 122.2 1003.9 501.691 1.19984 25 2-Methylpropanoic acid 异丁酸（单体） C4H8O2 88.1 772.7 231.064 1.39557 26 Pentanal 戊醛 C5H10O 86.1 696.2 179.34 1.18618 27 3-Hydroxybutan-2-one 3-羟基-2-丁酮（单体） C4H8O2 88.1 722.2 196.885 1.05803 28 Isopropyl acetate 醋酸异丙酯（单体） C5H10O2 102.1 656.1 161.883 1.15914 29 3-Hydroxybutan-2-one 3-羟基-2-丁酮（二聚体） C4H8O2 88.1 720.5 195.733 1.31953 30 2-Methylbutanoic acid 2-甲基丁酸 C5H10O2 102.1 870.8 315.799 1.46911 31 （E,Z）-2,6-Nonadienal 反,顺-2,6-壬二烯醛 C9H14O 138.2 1161.3 841.175 1.37166 32 （E）-2-Pentenal 反式-2-戊烯醛（单体） C5H8O 84.1 749.2 215.194 1.10427 33 trans-2-Pentenal 反式-2-戊烯醛（二聚体） C5H8O 84.1 746.4 213.261 1.3532 34 Isobutanol 异丁醇 C4H10O 74.1 593.7 138.276 1.3775 35 Isobutanoic acid 异丁酸（二聚体） C4H8O2 88.1 735.2 205.692 1.39937 36 1-Propene-3-methylthio 甲基烯丙基硫醚 C4H8S 88.2 703.1 183.992 1.04351 37 2-Propanol 2-丙醇（二聚体） C3H8O 60.1 539.9 117.924 1.1983 38 Ethyl propanoate 丙酸乙酯 C5H10O2 102.1 705.3 185.469 1.15337 39 3-Pentanone 3-戊酮（单体） C5H10O 86.1 699.6 181.578 1.11026 40 2-Ethylfuran 2-乙基呋喃 C6H8O 96.1 756.5 220.127 1.05518 41 （ E）-2-Hexenal 反式-2-己烯醛 C6H10O 98.1 852.1 299.148 1.18156 42 Ethyl acrylate 丙烯酸乙酯 C5H8O2 100.1 707.7 187.124 1.40137 43 Butanal 丁醛 C4H8O 72.1 586 135.356 1.29114 44 Methylpropanal 异丁醛 C4H8O 72.1 572.2 130.14 1.2942 45 Acetic acid 乙酸 C2H4O2 60.1 573.9 130.811 1.05211 46 2,3-Butanedione 2,3-丁二酮 C4H6O2 86.1 539.8 117.905 1.15378 47 1-Propanol 1-丙醇（单体） C3H8O 60.1 521.2 110.884 1.11852 48 Butanone 甲乙酮（二聚体） C4H8O 72.1 549.6 121.589 1.26355 49 Propanal 丙醛 C3H6O 58.1 493.9 100.533 1.05346 50 1-Propanol 1-丙醇（二聚体） C3H8O 60.1 567.1 128.214 1.24724 51 2-Butanone 甲乙酮（单体） C4H8O 72.1 580.7 133.377 1.2462 52 2-propanol 2-丙醇（单体） C3H8O 60.1 518.7 109.925 1.09196 53 Ethyl acetate 乙酸乙酯（二聚体） C4H8O2 88.1 593.4 138.172 1.33428 54 Ethyl acetate 乙酸乙酯（单体） C4H8O2 88.1 590.5 137.084 1.09889 55 2-Methylbutan-1-ol 2-甲基-1-丁醇 C5H12O 88.1 776.9 233.928 1.47562 56 Hydroxyacetone 羟基丙酮（二聚体） C3H6O2 74.1 631.6 152.599 1.2255 57 Hydroxyacetone 羟基丙酮（单体） C3H6O2 74.1 634.1 153.564 1.02856 58 1-Butanol 正丁醇 C4H10O 74.1 650.5 159.748 1.37135 59 1-Butanol, 3-methyl- 异戊醇 C5H12O 88.1 717.3 193.611 1.2315 60 Acetone 丙酮 C3H6O 58.1 548.2 121.057 1.11623 
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百度学术
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