基于GC-IMS结合化学计量学分析不同冷冻时长对椰子水挥发性物质的影响

阚金涛; 王媛媛; 宋菲; 张建国; 张玉锋

doi:10.13386/j.issn1002-0306.2022110273

基于GC-IMS结合化学计量学分析不同冷冻时长对椰子水挥发性物质的影响

阚金涛^{1, 2, 3,},
王媛媛^{1, 2, 3},
宋菲^{1, 2, 3},
张建国^{1, 2, 3},
张玉锋^{1, 2, 3, ,}

1.
中国热带农业科学院椰子研究所，海南文昌 571339
2.
海南省椰子深加工工程技术研究中心，海南文昌 571339
3.
椰子国家工程研究中心，海南文昌 571339

基金项目: 中央级公益性科研院所基本科研业务费专项（1630152022002）。

详细信息

作者简介:
阚金涛（1994−），男，硕士，研究方向：椰子产品加工与安全，E-mail：1286240313@qq.com

通讯作者:
张玉锋（1988−），男，博士，副研究员，研究方向：功能性食品化学，E-mail：zhangyufeng062@163.com

中图分类号: TS255.2
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出版历程
- 收稿日期: 2022-11-24
- 网络出版日期: 2023-07-26
- 刊出日期: 2023-10-09

Effect of Frozen Periods on Volatile Flavor Compounds of Coconut Water Based on GC-IMS and Chemometrics Analysis

KAN Jintao^{1, 2, 3,},
WANG Yuanyuan^{1, 2, 3},
SONG Fei^{1, 2, 3},
ZHANG Jianguo^{1, 2, 3},
ZHANG Yufeng^{1, 2, 3, ,}

1.
Coconut Research Institute of Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences, Wenchang 571339, China
2.
Engineering and Technology Research Center for Coconut Deep Process of Hainan Province, Wenchang 571339, China
3.
National Engineering Research Center of Coconut, Wenchang 571339, China

摘要

摘要: 采用气相色谱-离子迁移谱（GC-IMS）和化学计量法，研究了成熟椰子水在−18 ℃冷冻0、1、2和3个月（CW0、CW1、CW2和CW3）后挥发性物质的变化。结果表明：GC-IMS能够从成熟椰子水中鉴定出29种挥发性有机物，包括13种醇类、6种酯类、6种醛类、2种酮类、2种酸类物质。经冷冻后，挥发性物质的总量（峰值体积）发生了显著的降低和散失。随着冷冻时间的延长，酸类化合物峰体积逐渐增强并在冷冻第2个月后达到最大值，而后降低。醇、酯、醛类物质峰体积逐渐上升并在冷冻第三个月后达到最大值，酮类物质峰体积逐渐降低，并在冷冻2个月之后达到最小值。主成分分析（PCA）和正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）均能在不过拟合的情况下对4种椰子水进行判别；进一步从鉴定出的挥发性物质中，根据可变重要性投影（VIP）值>1选取9个关键标志物，在聚类热图分析中分别实现对4种椰子水的聚类和有效区分，其中乙酸乙酯（D、M）、异丁醛、乙醛、己酸乙酯、2-丁酮、乙酸（M）可作为椰子水不同冷冻时长的阶段标志物。研究结果为不同冷冻时间下椰汁的GC-IMS快速鉴别提供了依据。
- 椰子水 /
- 冷冻 /
- 挥发性物质 /
- 气相色谱-离子迁移谱（GC-IMS）
Abstract: In this paper, gas chromatography-ion mobility spectroscopy (GC-IMS) and chemometrics were used to investigate the changes of volatile substances in mature coconut water after freezing at −18 ℃ for 0, 1, 2 and 3 months (CW0, CW1, CW2 and CW3). Results showed that GC-IMS could identify 29 volatile substances from four kinds of coconut water, including 13 alcohols, 6 esters, 6 aldehydes, 2 ketones and 2 acids. And the total amount (peak volume) of volatile substances decreased significantly with the extension of freezing periods. As the extension of freezing periods, the peak volume of acid compounds gradually increased and reached a maximum value in the coconut water freezing for two month (CW2) and then decreases. The peak volume of alcohols, esters, and aldehydes gradually increased and reached a maximum value in the coconut water freezing for three month (CW3), while the peak volume of ketones gradually decreased and reached a minimum value in the freezing coconut water for two month (CW2). Both principal component analysis (PCA) and orthogonal partial least squares discriminant analysis (OPLS-DA) could distinguish four kinds of coconut water without over-fitting. Furthermore, 9 key markers were selected from the identified volatile substances based on the variable importance projection (VIP) value>1, which could achieve the respective clustering and effective differentiation of four coconut water in the cluster heat map analysis. Among them, ethyl acetate (D, M), isobutyral, acetaldehyde, ethyl caproate, 2-butanone, acetic acid (M) were the characteristic volatile substance of coconut water of different freezing periods. These results would provide support for the rapid identification of coconut water by GC-IMS at different freezing periodss
- coconut water /
- freezing /
- volatile compounds /
- gas chromatography-ion mobility spectroscopy (GC-IMS)

HTML全文

挥发性物质是影响食品风味和品质的重要因素，也是消费者选购食品的重要依据之一。作为一种天然电解质饮料，椰子水是近几年食品饮料行业的新宠，除了热量低，富含矿物质、维生素等营养物质，同时具有一定生理功效之外^[1-3]，独特的风味品质也是人们青睐椰子水的主要原因之一。如Aluísio等^[4]从嫩椰子水蒸汽蒸馏出的精油中检测到醇、酮、羧酸、酚和酯类化合物，其中绿椰中酮类（42.5%）、酯类（29.9%）含量较高，其次是醛类（14.5%）和醇类（3.2%），占总含量的90.1%。邓福明等^[5]利用顶空-固相微萃取结合气质（HS-SPME-GC-MS）技术从我国5个主栽椰子品种的嫩椰子水中鉴定出24种挥发性物质，醛类含量在14.14%~56.30%。目前国内外对椰子水挥发性物质的研究主要在嫩椰子水方面^[6-8]，而对成熟椰子水的报道较少，仅有杨慧敏等^[9]利用GC-MS技术从成熟椰子水中鉴定出酯类（60.63%）16种，有机酸（12.38%）10种和少许的醇类、醛酮类和酚类物质。

破壳后的成熟椰子水一般以−18 ℃冷冻的形式进行运输和贮藏，最大程度地保留了椰子水的特有风味^[10]，但−18 ℃的低温冷冻过程会破坏组织细胞的细胞壁，形成的冰晶不仅会降低多酚氧化酶（PPO）、过氧化物酶（POD）结合能力，还会使细胞壁上的结合态酶释放，并诱发酶促褐变、风味劣变等生理生化反应，从而导致原料产生异味、质地软化^[11-12]。冷冻处理会对原料的挥发性物质也有较大的影响，如周典飞^[13]发现草莓在速冻和冻藏过程中因冰晶体的生长和重结晶现象会破坏果实组织的细胞结构，细胞结构的受损使香气物质的结合能力下降，从而出现香气成分的大量散失和挥发。而Pico等^[14]将面包冷冻储藏一周后，面包挥发性物质含量损失24%，在冷冻一个月后，38种挥发性化合物中有5种完全丢失，冷冻处理会显著减少挥发性物质含量。

气相色谱-离子迁移谱（GC-IMS）是一种结合了气相色谱（GC）的高分离能力和离子迁移光谱（IMS）的快速响应优点的分离与检测技术，具有快速、省时、无溶剂峰、灵敏度高、结果直观化的特点^[15]，同时可结合化学计量学有效区分不同样品间挥发性物质的差异，在药物检测、环境保护、食品风味分析中广泛应用^[16-17]，如金文刚等^[18]采用GC-IMS结合化学计量学对不同花生油掺伪量的大鲵油中挥发性成分进行探究，结果表明差异挥发性成分可用于不同掺伪量大鲵油的区分鉴定。因此，本文以海南本地高种成熟椰子水为研究对象，采用GC-IMS技术分析成熟椰子水在不同冷冻时长下挥发性物质的变化特征，建立挥发性物质指纹图谱，为椰子水在冷冻运输、贮藏过程中的冷冻时长鉴定和保鲜效果评价提供一种新的方法，进而为椰子水的进一步开发利用提供理论依据。

1. 材料与方法

1.1 材料与仪器

12月龄海南本地高种椰子　中国热带农业科学院椰子研究所种质资源圃内采摘。

Flavorspec气相色谱-离子迁移谱仪　德国G.A.S. Instrument；BSA224S-CW万分之一天平　赛多利斯科学仪器（北京）有限公司；BCD-202WGHC290B9冰箱　青岛海尔集团。

1.2 实验方法

1.2.1 样品处理

将椰子破壳，收集椰子水后混合过滤，取椰子水300 mL，装入食品自封袋中，共12份，三份样品于取样后2 h内进行检测分析，编号为CW0。剩余9份放入冰水中振荡预冷20 min后放入−18 ℃冰箱中，分别于第1、2、3个月取出三份椰子水样品，编号为CW1、CW2、CW3，每个样品处理做三次重复检测。

1.2.2 气相色谱-离子迁移色谱（GC-IMS）分析条件

冷冻椰子水经25 ℃水浴解冻后，准确称取椰子水样品5±0.001 g，放入顶空玻璃瓶中，在60 ℃下孵育15 min，孵化转速为500 r/min；进样温度为85 ℃；进样体积500 μL。GC-IMS分析检测条件：分析时间：30 min；色谱柱类型：WAX，（30 m×0.53 mm，1 μm）；柱温：60 ℃；载气/漂移气：N₂（纯度≥99.999%）；IMS温度：45 ℃；载气流速：0~2 min，2 mL/min；2~10 min，2~10 mL/min；10~20 min，10~100 mL/min；20~30 min，100 mL/min。利用GC-IMS仪器内置的Library Search NIST气相保留指数数据库和IMS迁移时间数据库进行保留时间、迁移时间、保留指数比对，对检测物质的进行定性分析；根据物质峰面积数据进行定量分析。

1.3 数据处理

采用SPSS 25.0统计软件进行单因素方差分析（ANOVA），利用多重比较评定样品间的差异性（P<0.05）。Origin PCA插件进行主成分分析；采用SIMCA 14.1软件进行正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）；Heml软件做挥发性物质峰体积的聚类热图分析，利用Reporter和Gallery Plot插件绘制指纹图谱。

2. 结果与分析

2.1 不同冷冻时长椰子水挥发性物质GC-IMS分析

气相-离子迁移色谱可根据物质的保留时间和漂移时间来鉴定挥发性物质种类，并通过峰体积对挥发性物质含量进行量化。图1a为Reporter插件所生成的不同冷冻时长椰子水的挥发性物质三维图谱。由图可知，随着冷冻时间的延长，椰子水中挥发性物质的种类没有变化，但出现了峰体积的变化。

图 1 不同冷冻时长下椰子水中挥发性物质的GC-IMS三维图谱（a）和二维图谱（b）

Figure 1. GC-IMS 3D (a) and 2D (b) topographic images of volatile compounds in coconut water with different frozen periods

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为直观比较样品组间的峰体积变化差异，以三维图谱保留时间为纵坐标、漂移时间为横坐标，选取CW0为参比，将其它样品扣减参比后绘制二维俯视图，RIP两侧的每一点代表一种挥发性物质，背景颜色表示峰强度，颜色越红，峰体积越大，颜色越蓝，峰体积越小。如图1b所示，椰子水经冷冻处理后，大部分挥发性物质峰体积急剧下降，而随着冷冻时间的延长，部分物质峰体积逐渐变大或保持不变，这可能是在冷冻条件下，椰子水中的PPO、POD引起的酶促反应仍然缓慢进行，对挥发性物质的含量有较大的影响^[11,19-20]。

2.2 不同冷冻时长椰子水挥发性物质定性分析

基于Rt、Dt、SI和峰体积数据，与数据库匹配对椰子水中挥发性物质进行定性分析，结果如表1和图2a所示。一般而言，当单一化合物处于高浓度或具有高质子亲和力时，可以形成聚合物，如二聚体和多聚体^[20]，由表1可知，椰子水中部分挥发性物质也出现了二聚体和多聚体。4种冷冻时长下的椰子水中均鉴定出了29种挥发性物质，包括13种醇类、6种酯类、6种醛类、2种酮类和2种酸类。经冷冻后，椰子水中挥发性物质的种类不变，但各类挥发性物质的峰体积剧烈下降。例如，随着冷冻时间的延长，酸类物质的峰体积逐渐上升并在冷冻第2个月后达到最大值，而后降低。醇类、酯类和醛类物质峰体积逐渐增加并在冷冻第3个月后达到最大值，酮类物质峰体积逐渐变小，并在冷冻2个月之后达到最小值。总体来看，椰子水中的挥发性物质经冷冻后发生了显著的降低和散失（P<0.05），这与其它果蔬类在冷冻条件下的挥发性物质变化的研究结果相类似^[21-23]。

表 1 不同冷冻时长椰子水中挥发性物质保留时间、迁移时间和峰体积

Table 1. Retention time, migration time and peak volume data of volatile compounds in coconut water with different frozen periods

化合物名称	保留指数RI	保留时间RT（sec）	迁移时间Dt（au）	CW0峰体积（au）	CW1峰体积（au）	CW2峰体积（au）	CW3峰体积（au）
正己醇	1367.5	961.01	1.32944	127.10±27.16^a	96.5±3.68^ab	109.87±22.21^ab	79.67±5.77^b
丙硫醇	823.3	252.817	1.17332	746.44±21.43^a	48.79±8.69^d	115.46±1.89^c	163.65±6.99^b
正丙醇（D）	1049.3	423.208	1.25171	1358.29±44.53^c	2443.93±176.84^ab	2289.38±54.46^b	2485.98±21.54^a
正丙醇（M）	1051.6	426.031	1.11163	2973.57±41.56^b	3301.01±346.67^ab	3109.35±19.37^ab	3341.57±21.38^a
异丁醇（D）	1108.4	504.109	1.36294	2160.3±35.03^a	108.10±25.34^b	90.51±4.76^b	108.86±17.54^b
异丁醇（M）	1108.4	504.109	1.17343	3949.01±191.68^a	516.46±117.61^b	343.11±20.14^b	418.12±25.48^b
异戊醇（D）	1218	701.658	1.48929	4974.01±224.92^a	255.41±19.9^b	237.76±17.6^b	318.19±86.8^b
异戊醇（M）	1222.4	708.243	1.24484	7846.30±265.58^a	613.15±88.31^b	499.97±109.94^b	468.68±52.45^b
异戊醇（P）	1219.2	703.539	1.79553	373.17±8.44^a	63.82±7.04^b	53.66±6.84^b	51.04±6.9^b
3-甲基-3-丁烯-1-醇	1261.5	767.232	1.17177	78.93±7.91^a	43.99±3.2^b	36.35±3.87^b	44.76±3.02^b
正丁醇（D）	1157.1	596.299	1.37668	1022.88±42.24^a	982.06±106.53^a	1038.58±18.3^a	1084.25±16.28^a
正丁醇（M）	1158.1	598.18	1.18716	2970.66±51.7^a	2590.08±75.97^c	2805.78±16.18^b	3028.13±25.48^a
乙醇	965.9	334.823	1.13284	39332.80±332.82^c	41937.57±439.59^b	42410.80±37.71^b	44780.66±112.86^a
乙酸乙酯（D）	897.6	287.747	1.33548	114.79±6.89^c	70.31±6.51^d	141.92±3.03^b	187.11±4.99^a
乙酸乙酯（M）	891.6	284.925	1.09378	557.57±51.31^b	442.00±25.29^c	590.11±13.61^b	715.26±8.97^a
己酸乙酯	1241.9	737.607	1.34145	59.31±15.46^d	114.80±9.76^c	248.25±7.52^b	360.99±3.81^a
乳酸乙酯	1356.6	939.529	1.14088	169.36±14.88^a	57.158±11.87^b	57.24±11.43^b	51.83±15.77^b
甲酸乙酯（D）	824.2	253.233	1.22296	1022.92±183.52^a	68.88±±41.32^b	55.11±8.31^b	67.91±6.72^b
甲酸乙酯（M）	824.9	253.557	1.06214	2069.86±28.14^a	378.25±5.85^c	449.76±15.51^bc	558.79±6.28^b
异丁醛	764.8	225.329	1.08987	513.76±14.36^a	254.83±42.61^c	468.40±7.19^b	523.10±9.95^a
乙醛	768	226.835	0.95357	852.34±14.26^a	594.49±31.94^c	784.34±15.3^b	841.83±9.48^a
庚醛	1196.7	669.576	1.32717	87.10±9.57^a	92.91±6.98^a	70.46±8.44^b	87.86±6.59^a
壬醛	1404	1032.896	1.47554	178.11±65.51^b	394.37±74.57^a	300.71±±41.67^a	400.16±32.39^a
辛醛	1297.2	822.662	1.39779	64.06±±8.40^a	82.50±10.37^a	67.94±±14.06^a	81.61±8.91^a
丙醛	796.5	240.193	1.04928	673.84±13.54^a	461.88±41.55^c	551.05±12.02^b	594.84±11.24^b
丙酮	817.7	250.181	1.11769	554.36±17.09^c	755.22±78.07^b	934.08±25.46^a	1007.50±44.82^a
2-丁酮	944.6	318.902	1.2418	4454.34±39.24^a	3653.91±185.63^b	2303.32±61.66^c	3809.89±28.23^b
乙酸（D）	1529.6	1279.921	1.15341	1988.82±92.58^a	412.62±27.61^c	879.46±234.38^b	316.50±8.20^c
乙酸（M）	1530.4	1281.599	1.06342	10124.36±344.21^a	4010.76±300.10^c	7412.12±817.6^b	4656.95±198.25^c
注：不同小写字母表示同行数据差异显著，P<0.05；D表示二聚体；M表示单体；P表示多聚体。

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图 2 不同冷冻时长椰子水各种类挥发性物质的峰体积（a）和相对含量（b）

Figure 2. Peak intensity (a) and relative content (b) of volatile compounds in coconut water with different frozen periods

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从图2b可看出，醇类物质是椰子水挥发性物质种类和相对含量最多的，占挥发物物质总含量74%以上，其中乙醇含量占醇类含量的57.92%以上，对椰子水的整体气味的贡献相对较大，可赋予椰子水未成熟的青涩感。随冷冻时间的延长，醇类物质相对含量稍下降后保持稳定。其中异戊醇、异丁醇、3-甲基-3-丁烯-1-醇、丙硫醇的峰体积经冷冻后急剧降低，而乙醇、正丙醇峰体积增大。随着冷冻时间的延长，仅有乙醇、正丁醇（M）、丙硫醇的峰体积呈增大趋势；酯类物质相对含量在1.66%~4.11%之间，主要由甲酸乙酯构成，可赋予椰子水令人愉快的果香味。酯类物质的相对含量在未冷冻椰子水最高，经冷冻后，甲酸乙酯、乳酸乙酯急剧减小。随着冷冻时间逐渐延长，除乳酸乙酯、甲酸乙酯（D）峰体积无显著变化外，其它酯类物质逐渐上升。乙酸乙酯、己酸乙酯峰体积在CW3样品中比CW0更大，而且所鉴定出的酯类化合物均以乙酯的形式存在，说明椰子水在冷冻过程中可能发生着酯化或酯交换反应^[24]；醛类物质相对含量占总挥发性物质的2.44%~3.34%，醛类物质阈值同样较低，对椰子水风味主体香味有较大影响。经冷冻后，异丁醛、乙醛、丙醛峰体积降低，壬醛升高。随着冷冻时间的延长，异丁醛、乙醛、丙醛峰体积逐渐升高；椰子水中鉴定出的酮类物质仅有2-丁酮和丙酮，经冷冻之后，2-丁酮峰体积剧烈下降，并在CW3样品中显著上升，而丙酮峰体积逐步增加至CW0样品的一倍。乙酸相对含量在6.47%以上，因阈值较高，乙酸对椰子水风味的影响有限。

2.3 不同冷冻时长椰子水挥发性物质指纹图谱

为直接观察到不同冷冻时长椰子水样品间挥发性物质变化规律，通过Gallery Plot生成指纹图谱，如图3所示，每一行的所有点代表一个椰子水样品中所有的挥发性物质，每一列的点代表所有样品间相同的某一种化合物。物质浓度与信号峰颜色相关，颜色越深，物质浓度越高。图中A区域物质主要在CW0中浓度最高，在其他样品中浓度相对较低，主要有：甲酸乙酯、丙硫醇、异丁醇、异戊醇、乳酸乙酯、乙酸、3-甲基-3-丁烯-1-醇、正己醇、丙醛和2-丁酮等。而B区中的庚醛、壬醛、辛醛在CW1中浓度较高。图中C区域物质主要在CW3中浓度最高，主要有：正丙醇（D）、乙醛、丙酮、异丁醛、乙酸乙酯和己酸乙酯等。因此，可用指纹图谱对冷冻后的椰子水进行快速区分，鉴别椰子水冷冻时长，为椰子水在食品饮料生产应用时提供理论基础。

图 3 不同冷冻时长椰子水挥发性物质的指纹图谱

Figure 3. Fingerprint of volatile compounds in coconut water with different frozen periods

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2.4 不同冷冻时长椰子水挥发性物质PCA分析

为比较不同冷冻时长椰子水样品挥发性物质的差异，采用PCA对GC-IMS结果进行多元统计分析。结果如图4所示，各组内样本之间挥发性物质谱图数据各点能够聚集一起，与其它组别互相区分。第一主成分和第二主成分分别占总方差贡献率的58.5%和21.6%，说明通过线性变换和降维，PCA模型在数据处理过程中有效保留了核心成分，PCA模型能够反映出椰子水样品组间的总体特征^[25]。CW0样品聚类在第一和第四象限，CW1聚类在第三象限，CW2、CW3聚类在第二象限并能够相互区分，这表明CW2、CW3在挥发性风味方面更为接近，并且这三者之间的风味有明显区别。

图 4 不同冷冻时长椰子水挥发性物质PCA图

Figure 4. PCA plot of volatile compounds in coconut water with different frozen periods

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2.5 不同冷冻时长椰子水挥发性物质OPLS-DA

PCA能够区分椰子水不同冷冻阶段的整体特征，OPLS-DA是一种有监督模式和基于特征分解的降维方法，可通过建立物质表达量与样本类别间关系模型并进行有效判别分析。在模型验证参数中，X矩阵解释率R²X＝0.96，Y矩阵解释率R²Y＝0.981，模型预测参数Q²＝0.954，当R²和Q²值在0.5~1之间时，说明模型有较好的预测准确性。图5a为椰子水不同冷冻时长下挥发性物质的OPLS-DA得分散点图，可以看出，不同冷冻时长椰子水区分较好，聚类效果优于PCA。为检验该模型是否过度拟合，设置Y矩阵变量随机排列200次对OPLS-DA模型进行置换检验，结果如图5b所示，R²、Q²两条回归线斜率较大，与纵坐标分别相交于（0.0，0.311）、（0.0，−1.05），且R²、Q²的原始值均高于模拟值，说明该模型无过度拟合现象，稳定性较好，可用于样品的判别分析^[26]。

图 5 不同冷冻时长椰子水 OPLS-DA得分图（a）和置换检验图（b）

Figure 5. OPLS-DA score plot (a) and permutation test plot (b) of coconut water with different frozen periods

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2.5.1 关键标志物筛选和聚类热图分析

变量重要性投影（variable important for the projection，VIP）值可用于衡量各挥发性物质对椰子水风味的贡献强度^[27]。当VIP值>1时，表明挥发性物质影响显著，可作为关键标志物。对4种椰子水中已鉴定的挥发性物质进行VIP分析见图6，共从中筛选出9种关键标志物，其中酯类3种、醛类3种、醇类、酮类、酸类各1种。聚类热图可将样品按相似程度划分^[28]，图7为以关键标志物绘制的聚类热图，可以看出：所有椰子水样品的挥发性物质含量变化特征总体可分为三类。乙酸乙酯（D）、乙酸乙酯（M）、正丁醇（M）、异丁醛、乙醛、乙酸（M）峰体积在CW1样品中最小，可划为一类；2-丁酮、庚醛在冷冻2个月后峰体积最小，可划分为一类，己酸乙酯峰体积逐渐增大，可归为一类。

图 6 不同冷冻时长椰子水挥发性物质VIP图

Figure 6. VIP diagram of volatile compounds of coconut water with different frozen periods

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图 7 椰子水中挥发性物质关键标志物聚类分析热图

Figure 7. Cluster heat map of volatile marker compounds in coconut water

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从冷冻时长的聚类分析结果来看，不同冷冻时长椰子水中挥发性物质的变化可分为三个阶段，CW0为第一阶段，CW1为第二阶段，CW2、CW3为第三阶段。CW0样品中关键标志物峰体积总量最大，CW1中最低。尤其是乙酸乙酯（M）、异丁醛、乙醛在CW1样品中的峰体积最低，且显著低于其他组样品（P<0.05），可以作为第二阶段的特征性挥发性物质。同样，己酸乙酯、2-丁酮、乙酸（M）峰体积在CW0样品中最大或最小，可以作为第一阶段的特征性挥发性物质；乙酸乙酯（D）可以作为第三阶段的特征性挥发性物质。从总体上看，聚类结果与PCA和OPLS-DA结果一致，也可对不同冷冻时长椰子水的进行区分。

3. 结论

为探究椰子水冷冻后挥发性物质的变化规律，采用GC-IMS并结合化学计量学对不同冷冻时长椰子水中的挥发性物质进行分析。在4种冷冻时长的椰子水中均鉴定出29种挥发性物质，包括13种醇类、6种酯类、6种醛类、2种酮类和2种酸类物质，其中醇类物质的相对含量最高。经冷冻处理后，椰子水样品各类挥发性物质峰体积剧烈下降。随着冷冻时间的延长，酸类物质峰体积逐渐变大，并在冷冻第二个月达到最大值，而后降低。醇类、酯类和醛类物质峰体积逐渐上升并在CW3样品中达到最大值，酮类物质峰体积逐渐降低，并在冷冻第2个月（CW2）时达到最小值。椰子水挥发性物质峰体积变化指纹图谱，可用于鉴别椰子水冷冻时长。利用OPLS-DA、热图聚类分析等计量学方法筛选出9个关键标志物，聚类热图可较好的区分不同冷冻时长下椰子水样品，其中乙酸乙酯（D、M）、异丁醛、乙醛、己酸乙酯、2-丁酮、乙酸（M）可作为椰子水不同冷冻时长的阶段标志物。

图 1 不同冷冻时长下椰子水中挥发性物质的GC-IMS三维图谱（a）和二维图谱（b）

Figure 1. GC-IMS 3D (a) and 2D (b) topographic images of volatile compounds in coconut water with different frozen periods

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图 2 不同冷冻时长椰子水各种类挥发性物质的峰体积（a）和相对含量（b）

Figure 2. Peak intensity (a) and relative content (b) of volatile compounds in coconut water with different frozen periods

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图 3 不同冷冻时长椰子水挥发性物质的指纹图谱

Figure 3. Fingerprint of volatile compounds in coconut water with different frozen periods

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图 4 不同冷冻时长椰子水挥发性物质PCA图

Figure 4. PCA plot of volatile compounds in coconut water with different frozen periods

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图 5 不同冷冻时长椰子水 OPLS-DA得分图（a）和置换检验图（b）

Figure 5. OPLS-DA score plot (a) and permutation test plot (b) of coconut water with different frozen periods

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图 6 不同冷冻时长椰子水挥发性物质VIP图

Figure 6. VIP diagram of volatile compounds of coconut water with different frozen periods

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图 7 椰子水中挥发性物质关键标志物聚类分析热图

Figure 7. Cluster heat map of volatile marker compounds in coconut water

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表 1 不同冷冻时长椰子水中挥发性物质保留时间、迁移时间和峰体积

Table 1 Retention time, migration time and peak volume data of volatile compounds in coconut water with different frozen periods

化合物名称	保留指数RI	保留时间RT（sec）	迁移时间Dt（au）	CW0峰体积（au）	CW1峰体积（au）	CW2峰体积（au）	CW3峰体积（au）
正己醇	1367.5	961.01	1.32944	127.10±27.16^a	96.5±3.68^ab	109.87±22.21^ab	79.67±5.77^b
丙硫醇	823.3	252.817	1.17332	746.44±21.43^a	48.79±8.69^d	115.46±1.89^c	163.65±6.99^b
正丙醇（D）	1049.3	423.208	1.25171	1358.29±44.53^c	2443.93±176.84^ab	2289.38±54.46^b	2485.98±21.54^a
正丙醇（M）	1051.6	426.031	1.11163	2973.57±41.56^b	3301.01±346.67^ab	3109.35±19.37^ab	3341.57±21.38^a
异丁醇（D）	1108.4	504.109	1.36294	2160.3±35.03^a	108.10±25.34^b	90.51±4.76^b	108.86±17.54^b
异丁醇（M）	1108.4	504.109	1.17343	3949.01±191.68^a	516.46±117.61^b	343.11±20.14^b	418.12±25.48^b
异戊醇（D）	1218	701.658	1.48929	4974.01±224.92^a	255.41±19.9^b	237.76±17.6^b	318.19±86.8^b
异戊醇（M）	1222.4	708.243	1.24484	7846.30±265.58^a	613.15±88.31^b	499.97±109.94^b	468.68±52.45^b
异戊醇（P）	1219.2	703.539	1.79553	373.17±8.44^a	63.82±7.04^b	53.66±6.84^b	51.04±6.9^b
3-甲基-3-丁烯-1-醇	1261.5	767.232	1.17177	78.93±7.91^a	43.99±3.2^b	36.35±3.87^b	44.76±3.02^b
正丁醇（D）	1157.1	596.299	1.37668	1022.88±42.24^a	982.06±106.53^a	1038.58±18.3^a	1084.25±16.28^a
正丁醇（M）	1158.1	598.18	1.18716	2970.66±51.7^a	2590.08±75.97^c	2805.78±16.18^b	3028.13±25.48^a
乙醇	965.9	334.823	1.13284	39332.80±332.82^c	41937.57±439.59^b	42410.80±37.71^b	44780.66±112.86^a
乙酸乙酯（D）	897.6	287.747	1.33548	114.79±6.89^c	70.31±6.51^d	141.92±3.03^b	187.11±4.99^a
乙酸乙酯（M）	891.6	284.925	1.09378	557.57±51.31^b	442.00±25.29^c	590.11±13.61^b	715.26±8.97^a
己酸乙酯	1241.9	737.607	1.34145	59.31±15.46^d	114.80±9.76^c	248.25±7.52^b	360.99±3.81^a
乳酸乙酯	1356.6	939.529	1.14088	169.36±14.88^a	57.158±11.87^b	57.24±11.43^b	51.83±15.77^b
甲酸乙酯（D）	824.2	253.233	1.22296	1022.92±183.52^a	68.88±±41.32^b	55.11±8.31^b	67.91±6.72^b
甲酸乙酯（M）	824.9	253.557	1.06214	2069.86±28.14^a	378.25±5.85^c	449.76±15.51^bc	558.79±6.28^b
异丁醛	764.8	225.329	1.08987	513.76±14.36^a	254.83±42.61^c	468.40±7.19^b	523.10±9.95^a
乙醛	768	226.835	0.95357	852.34±14.26^a	594.49±31.94^c	784.34±15.3^b	841.83±9.48^a
庚醛	1196.7	669.576	1.32717	87.10±9.57^a	92.91±6.98^a	70.46±8.44^b	87.86±6.59^a
壬醛	1404	1032.896	1.47554	178.11±65.51^b	394.37±74.57^a	300.71±±41.67^a	400.16±32.39^a
辛醛	1297.2	822.662	1.39779	64.06±±8.40^a	82.50±10.37^a	67.94±±14.06^a	81.61±8.91^a
丙醛	796.5	240.193	1.04928	673.84±13.54^a	461.88±41.55^c	551.05±12.02^b	594.84±11.24^b
丙酮	817.7	250.181	1.11769	554.36±17.09^c	755.22±78.07^b	934.08±25.46^a	1007.50±44.82^a
2-丁酮	944.6	318.902	1.2418	4454.34±39.24^a	3653.91±185.63^b	2303.32±61.66^c	3809.89±28.23^b
乙酸（D）	1529.6	1279.921	1.15341	1988.82±92.58^a	412.62±27.61^c	879.46±234.38^b	316.50±8.20^c
乙酸（M）	1530.4	1281.599	1.06342	10124.36±344.21^a	4010.76±300.10^c	7412.12±817.6^b	4656.95±198.25^c
注：不同小写字母表示同行数据差异显著，P<0.05；D表示二聚体；M表示单体；P表示多聚体。

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