CN115060814A

CN115060814A - 一种快速鉴别不同干燥方式玫瑰花茶的方法

Info

Publication number: CN115060814A
Application number: CN202210586328.0A
Authority: CN
Inventors: 刘云国; 刘真; 汤晓娟; 雷胜明; 王彬; 张吉方; 孟宪水
Original assignee: Linyi University
Current assignee: Linyi University
Priority date: 2022-05-26
Filing date: 2022-05-26
Publication date: 2022-09-16
Anticipated expiration: 2042-05-26
Also published as: CN115060814B

Abstract

本发明公开了一种快速鉴别不同干燥方式玫瑰花茶的方法。本发明采用顶空气相‑离子迁移谱技术对玫瑰花茶的挥发性成分进行检测，得到GC‑IMS样本数据，并通过仪器自带的VOCal分析软件及Reporter插件、Gallery Plot插件对GC‑IMS样本数据进行统计分析，得到不同干燥方式玫瑰花茶的挥发性香气成分的GC‑IMS指纹图谱，从而对玫瑰花茶进行快速鉴别。本发明应用GC‑IMS技术对不同干燥方式玫瑰花茶中复杂挥发性物质进行采集和痕量分析，为玫瑰花茶的鉴别提供较为全面的指纹信息，实现了不同干燥方玫瑰花茶的快速、准确区分，相比传统分析方法，该法简单有效，耗时大大减少，具有高灵敏度，为不同干燥方式玫瑰花茶的快速鉴别提供理论依据和数据支持。

Description

一种快速鉴别不同干燥方式玫瑰花茶的方法

技术领域

本发明涉及一种基于气相-离子迁移谱(GC-IMS)技术的快速鉴别不同干燥方式玫瑰花茶的方法，属于食品科学、分析化学领域。

背景技术

玫瑰是一种多年生落叶灌木，属于蔷薇科蔷薇属，主要产于法国、俄罗斯、保加利亚等国家，我国的主要种植地区是山东、甘肃和云南。山东省济南市平阴县盛产玫瑰花，在《中国名胜词典》上称之为“玫瑰之乡”，平阴玫瑰香甜如意，芳香四溢，具有香气正，清香、甜香、浓香等特点，被称为“中国传统玫瑰的代表”，平阴玫瑰也是中国国家地理标志产品。平阴玫瑰是山区绿化、美化和水土保持的一种很好的花木，不仅供人观赏，而且有很高的经济价值。花蕾晾干可以入药，理气活血；根皮能做丝绸黄褐色染料；花可以酿酒、制糖、做酱、窨茶，还是日用化学工业制香脂、香水、牙膏、饮料、高级化妆用品和芳香工业的名贵原料。以玫瑰花为原料的食品、药品、化工用品，已形成系列玫瑰制品，销往海内外。但是，新鲜的玫瑰容易变质，干燥是延长货架期、抑制酶降解、防止微生物生长和降低储存和运输成本的重要方法。玫瑰花茶为我国再加工茶类中花茶的一种，是由茶叶和玫瑰鲜花窨制而成。玫瑰花茶因其甜味而成为最受欢迎的草药茶之一。玫瑰花茶香气成分可以客观反映其风味特性，同时直接决定着玫瑰花茶加工品的品质，显著影响其市场竞争力。因此需要一种快速鉴定不同干燥方式玫瑰花茶的方法。

气相-离子迁移谱技术(GC-IMS)是气相色谱和离子迁移谱联用的技术。GC-IMS分辨率好，灵敏度高，稳定性好，无须前处理，为痕量挥发性有机化合物的定性和定量分析，特别是某些异构体的分析提供了基础。由此，本研究采用GC-IMS技术对不同干燥方式玫瑰花茶中挥发性成分物质进行采集和痕量分析，为玫瑰花茶的区分提供较为全面的指纹信息，实现不同干燥方式玫瑰花茶的快速、准确鉴别，为控制玫瑰花茶的生产和改善风味品质提供理论依据和数据支持。

发明内容

为了克服现有分析技术的不足，本发明的目的在于为不同干燥方式玫瑰花茶提供一种快速、有效的鉴别方法。

一种快速鉴别不同干燥方式下玫瑰花茶的方法，步骤如下：

(1)玫瑰花茶样品准备：玫瑰花茶产于山东省济南市平阴县，购自当地市场。将所购得的玫瑰花茶分别标记为RT1(2017年产)，RT2(2019年产)，RT3(2020年产)，RT4(2019年产)，RT5(2017年产)和RT6(2020年产)六种，每种样品取3个平行样品；

(2)干燥玫瑰花茶过程：在步骤(1)的基础上，RT1采用热泵能低温干燥，干燥温度保持为50℃。每5小时检查一次玫瑰，直到玫瑰完全干燥。RT2样品在室温下干燥并保持在35℃。RT3采用与RT1同样的干燥方式。RT4采用真空低温干燥，温度控制在5℃左右，直到样品干燥。RT5和RT6采用真空冷冻干燥法，温度设定为-41℃，每6小时观察一次玫瑰花的干燥情况，干燥时间为48h；

(3)气相-离子迁移谱(GC-IMS)检测过程：采用气相色谱-离子迁移谱联用仪对不同干燥方式的玫瑰花茶进行检测，分析时间为20min，得到GC-IMS样本数据，以步骤(1)中的RT1样品为对照，并通过仪器自带的VOCal分析软件及Reporter插件、Gallery Plot插件对GC-IMS样本数据进行统计分析，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，得到不同干燥方式玫瑰花茶挥发性香气成分的指纹图谱；

(4)谱图特征区域选取：采用比较法提取步骤(3)获得的指纹信息图谱上的特征值区域，所述比较法为根据特征物质在指纹信息谱图中颜色的差异变化或峰强度信号，选择不同干燥方式下玫瑰花茶挥发性物质颜色变化明显或峰强度差异大的谱图特征区域；

(5)主成分分析：采用Dynamic PCA插件，将玫瑰花茶样品聚类分析和相似度分析，结合指纹图谱从而对不同干燥方式玫瑰花茶的挥发性成分进行快速鉴定。

所述步骤(4)的谱图特征区域选取是利用定性法通过比较各物质在数据库中的峰强度信号差异，从而选择差异明显的物质区域作为谱图特征区域。

进一步的，气相色谱-离子迁移谱联用仪测定条件：

GC:1g样品置于20mL顶空进样瓶中，60℃孵育15min后顶空进样100μL，用气相-离子迁移谱仪进行测试，载气N₂，进样针温度为65℃，色谱柱MXT-5(15m，ID:0.53mm)，固定液液膜厚度：1μm，漂移气流速(E1)150mL/min。载气流速(E2)为0～2min，2mL/min；2～20min，2～100mL/min。

IMS：IMS：漂移管长度：98mm；管内线性电压：500V/cm；漂移管温度：45℃；漂移气N₂；漂移气流速：150mL/min。

进一步的，所述玫瑰花茶挥发性香气物质的种类有54种，具体组分见表1。

一种快速鉴别不同干燥方式玫瑰花茶的方法应用，其特征是，采用气相-离子迁移谱获得待测不同干燥方式玫瑰花茶的挥发性成分的指纹图谱，通过比较挥发性物质的含量差异，从而鉴别玫瑰花茶。

本发明的有益效果：

采用一种简单、快速的气相-离子迁移谱技术对不同干燥方式玫瑰花茶的挥发性成分进行分析，使得无需知道具体挥发性物质的情况下通过保留时间和离子迁移时间确定样品特征信息区域，并通过主成分分析结合指纹图谱从而实现对不同干燥方式玫瑰花茶进行快速鉴别。该方法操作简单、灵敏度高、稳定性好、样品检测时间短并且不需要复杂的样品前处理，具有较高的应用价值。

附图说明

图1玫瑰花茶的挥发性有机物定性分析图(以RT1为样品来源)；(注：图1为每个点代表一种挥发性风味化合物。横坐标1.0处的红色竖线为反应离子峰(RIP)，大部分点集中在100～400s的保留时间内，漂移时间在1～1.75范围内。标记点是已识别的化合物。在GC×IMS文库搜索中，在内置的NIST数据库和IMS数据库中识别出65个信号峰，54种化合物，7、32、35、36、37、41、42、45、47和50的11个点是未识别的化合物。)

图2不同干燥方式玫瑰花茶的原始三维图谱；(注：纵坐标表示气相色谱的保留时间，横坐标表示挥发性化合物的离子迁移时间，第三个坐标表示峰强度。从图2可以看出，所有样本的峰值信号分布是相似的，但是每个样品的峰值信号强度不同，这表明不同干燥方法的玫瑰花茶样品中挥发性风味物质的含量不同。)

图3RT1样品与其他玫瑰花茶样品的挥发性物质成分对比差异谱图；(注：水平坐标1.0处的红色垂直线表示反应离子峰(RIP)。RIP右侧的每个点代表从样品中提取的挥发性化合物。以样品RT1为参照。当保留时间为100～400秒，漂移时间在1.0～1.7之间时，大多数信号出现。)

图4不同干燥方式的玫瑰花茶的Gallery Plot图；(注：图中方框所示的物质是每个样品中特有的挥发性成分，它们在每个样品中的含量明显高于其他样品。谱图中的化合物从左到右名称依次是：2-己酮、乙酸乙酯(单体)、乙酸乙酯(二聚体)、2(3H)-二氢呋喃酮、甲硫醇、糖醛(单体)、糖醛(二聚体)、2-甲基-2-丁烯醛、苯甲醛(单体)、苯甲醛(二聚体)、乙偶姻(单体)、乙偶姻(二聚体)、己醇(单体)、己醇(二聚体)、反式-2-戊烯醛(单体)、反式-2-戊烯醛(二聚体)、戊醇(单体)、戊醇(二聚体)、戊醛(单体)、戊醛(二聚体)、乙酸丁酯、2，3-丁二酮、丙酮、丁醛、苯乙醛、α-水芹烯、2-戊基呋喃、顺式-玫瑰醚、α-蒎烯、α-月桂烯、3-甲基丁醇、2-庚酮(单体)、2-庚酮(二聚体)、2，6-二甲基-4-庚酮、E-2-己烯醇(单体)、E-2-己烯醇(二聚体)、2，3,-己二酮(单体)、2，3,-己二酮(二聚体)、2-甲基丁醛(单体)、2-甲基丁醛(二聚体)、3-甲基丁醛(单体)、3-甲基丁醛(二聚体)、己醛(单体)、己醛(二聚体)、2-丁酮、苯乙醇、庚醛(单体)、庚醛(二聚体)、Z-2-戊烯醇(单体)、Z-2-戊烯醇(二聚体)、E-2-庚烯醛、己酸甲酯、乙酸己酯、辛酸甲酯)

图5不同干燥方式玫瑰花茶信号强度的主成分分析。(注：横坐标表示主成分1，贡献率为49％，纵坐标为主成分2，贡献率20％。每个点代表一种样品，每种样品有三个平行样。)

图6不同干燥方式玫瑰花茶的全距离矩阵聚类分析。(注：图6为样品的全距离矩阵聚类分析图，每个方框代表一种样品，每种样品有三个平行样，峰越尖说明重复性越好。)

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例和附图进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例，实施例不应视作对本发明保护范围的限定。

1.材料与方法

1.1材料与设备

材料：玫瑰花茶产于山东省济南市平阴县，购自当地市场。

设备：

风味分析仪与质量控制系统(配有自动顶空进样器、VOCal分析软件、Reporter插件、Gallery Plot插件和Dynamic PCA插件)，德国G.A.S公司。

1.2GC-IMS测定条件：

1g样品置于20mL顶空瓶中，60℃孵育15min后进样100μL用气相离子迁移谱仪

进行测试，载气N2(纯度≥99.99％)，进样针温度65℃，色谱柱MXT-5(15m，ID:0.53mm)，固定液液膜厚度：1μm，漂移气流速(E1)：150mL/min。载气流速(E2)为0～2min，2mL/min；2～20min，2～100mL/min。

IMS：漂移管长度：98mm；管内线性电压：500V/cm；漂移管温度：45℃；漂移气N₂(纯度≥99.99％)；漂移气流速：150mL/min。

1.3数据处理

经VOCal、Reporter插件和Gallery Plot插件分析得出样品中挥发性有机物的差异图谱，并建立匹配矩阵，利用National Institute of Standards and Technology(NIST)数据库和IMS数据库对物质定性分析，再进行Principal Components Analysis(PCA)分析。

2.结果与分析

2.1玫瑰花茶的挥发性香气物质离子迁移图谱

玫瑰花茶中挥发性香气成分的GC-IMS指纹图谱，见图1。图1中纵坐标为气相保留时间(Retention time，Rt)，横坐标为漂移时间(drift time，Dt)。。图谱中左侧一条竖线为反应离子峰(Reactant Ion Peak，RIP)。RIP右侧的每一个点代表一种挥发性物质。颜色越深表示浓度越大。整个谱图即代表了样品的顶空成分。经离子迁移时间和保留指数确定玫瑰花茶中主要香气物质如下，见表1。表中显示玫瑰花茶中共鉴定挥发性香气物质54种，其中醛类物质20种，酮类10种，醇类13种，酯类6种，烯烃类3种，呋喃类1种，醚类1种。

表1玫瑰花茶中主要挥发性香气物质

2.2不同干燥方式玫瑰花茶中的挥发性香气物质的指纹图谱对比

不同干燥方式下玫瑰花茶GC-IMS三维指纹图谱如图2、图3和图4，通过观察，可以清晰地看到，有些物质虽具有相同保留时间和漂移时间，但累积含量上具有明显不同。基于Gallery Plot插件筛选出具有明显变化规律的玫瑰花茶中挥发性香气物质的离子峰图(见图4)，玫瑰花茶中的挥发性香气物质共54种，但含量不同。图中每三行为一个玫瑰花茶样品(每个样品做3个平行)，每一列表示同一保留时间及漂移时间下的有机物(不同样品中相同的物质)的信号峰。

由图4可以对所有样品进行非常直观地整体对比和分析，图中方框中所示物质为各个样品中的特征挥发性成分，其在各自样本中的含量明显高于其它样本。例如2-己酮、乙酸乙酯等在RT1中含量最高；糠醛、2-甲基-2-丁烯醛等在RT2中含量最高；苯甲醛、乙偶姻、己醇等在RT3中含量最高；戊醛、乙酸丁酯等在RT4中含量最高；己酸甲酯、庚醛等在RT6中含量最高，这些结果保持了RT6的新鲜风味；相对的RT5中的特征挥发性成分较多，且包含一些特殊的萜烯类物质及其衍生物，如α-水芹烯、玫瑰醚、α-蒎烯、α-月桂烯等，虽然浓度不高，但可能会使RT5样品展现特殊的香气，除此之外，还具有多种醛酮类物质，如丁醛、苯乙醛、2-甲基丁醛、3-甲基丁醛、2-庚酮等。

因此，在不同的干燥方法下，样品中挥发性化合物的含量差异很大。真空冷冻干燥中醛类、萜类及其衍生物的含量高于热泵低温干燥。低温真空干燥的酮含量高于常温干燥。因为酮在常温下容易挥发。

2.3不同干燥方式玫瑰花茶中的挥发性香气物质的主成分分析

不同干燥方式玫瑰花茶获得的信号强度的主成分分析见图5，示出了由主成分分析确定的前两个主成分的分布图，其描述了累积方差贡献率的49％和20％，主成分分析结果显示了样本间的特征差异和聚类趋势。重复的测试样本紧密地聚集在一起，但彼此相距甚远，前两个主成分的累积贡献率达到69％，说明这两个主成分不能很好地代表原始数据。不同干燥方式玫瑰花茶的全距离矩阵聚类分析见图6，可以看出，几组样本相距较远，分类清晰，可以直接聚类。结果表明，不同干燥方法和不同储存时间得到的样品中挥发性化合物的含量差异很大。

3.结论

本研究以不同干燥方式的玫瑰花茶为原料，基于GC-IMS分析了它们之间挥发性香气物质的差异性以鉴别玫瑰花茶。干燥方式会影响玫瑰花茶中的挥发性物质。不同干燥方法下的鲜玫瑰茶样品挥发性成分也有明显差异。主成分分析和全距离矩阵聚类分析的结果表明，不同样本在一个相对独立的空间内，具有良好的区分度。利用气相-离子迁移谱联用技术建立了玫瑰花茶样品中挥发性成分的指纹图谱，建立了一种简单、灵敏、可靠的玫瑰花茶鉴别方法，节省了样品预处理步骤，缩短了分析时间，为玫瑰花茶的大数据甄别提供理论依据和数据支撑。

Claims

1.一种快速鉴别不同干燥方式玫瑰花茶的方法，其特征在于，步骤如下：

（1）玫瑰花茶样品准备：玫瑰花茶产于山东省济南市平阴县，购自当地市场；将所购得的玫瑰花茶分别标记为RT1（2017年产），RT2（2019年产），RT3（2020年产），RT4（2019年产），RT5（2017年产）和RT6（2020年产）六种，每种样品取3个平行样品；

（2）干燥玫瑰花茶过程：在步骤（1）的基础上，RT1采用热泵能低温干燥，干燥温度为50℃；每5小时检查一次玫瑰，直到玫瑰完全干燥；RT2样品在室温下干燥并保持在35℃；RT3采用与RT1同样的干燥方式；RT4采用真空低温干燥，温度控制在5℃左右，直到样品干燥；RT5和RT6采用真空冷冻干燥法，温度设定为-41℃，每6小时观察一次玫瑰花的干燥情况，干燥时间为48h；

（3）气相-离子迁移谱（GC-IMS）检测过程：采用气相色谱-离子迁移谱联用仪对不同干燥方式下的玫瑰花茶进行检测，分析时间为20min，得到GC-IMS样本数据，以步骤（1）中的RT1样品为对照，并通过仪器自带的VOCal分析软件及 Reporter插件、Gallery Plot插件对GC-IMS样本数据进行统计分析，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，得到不同干燥方式玫瑰花茶挥发性香气成分的指纹图谱；

（4）谱图特征区域选取：采用比较法提取步骤（3）获得的指纹信息图谱上的特征值区域，所述比较法为根据特征物质在指纹信息谱图中颜色的差异变化或峰强度信号，选择不同干燥方式下玫瑰花茶挥发性物质颜色变化明显或峰强度差异大的谱图特征区域；

（5）主成分分析：采用Dynamic PCA插件，将玫瑰花茶样品聚类分析和相似度分析，结合指纹图谱从而对不同干燥方式玫瑰花茶的挥发性成分进行快速鉴定。

2. 如权利要求1所述的一种快速鉴别不同干燥方式玫瑰花茶的方法，其特征是，顶空气相色谱测定条件：1g样品置于20mL顶空进样瓶中，60℃ 孵育15min后顶空进样100μL，用气相-离子迁移谱仪进行测试，载气为纯度99.99%的N₂，进样针温度65℃，色谱柱MXT-5，固定液液膜厚度：1μm，载气流速为0 ~ 2min，2mL/min；2 ~ 20min，2 ~ 100 mL /min。

3.如权利要求2所述的一种快速鉴别不同干燥方式玫瑰花茶的方法，其特征是，所述色谱柱规格：15m，ID:0.53mm。

4.如权利要求2所述的一种快速鉴别不同干燥方式玫瑰花茶的方法，其特征是，所述离子迁移谱测定条件：漂移管长度：98mm；管内线性电压：500V/cm；漂移管温度：45℃；漂移气N₂；漂移气流速：150mL/min。

5.如权利要求2所述的一种快速鉴别不同干燥方式玫瑰花茶的方法，其特征是，所有的玫瑰花茶样品都具有相同种类的挥发性物质，但挥发性物质的含量具有很大差异。

6.如权利要求2所述的一种快速鉴别不同干燥方式玫瑰花茶的方法，其特征是，所述玫瑰花茶挥发性香气物质的种类有54种，具体组分为：苯乙醇、苯乙醛、α-水芹烯、2-戊基呋喃、苯甲醛、α-蒎烯、庚醛、2-庚酮、E-2-己烯醇、2（3H）-二氢呋喃酮、糖醛、己醛、戊醇、反式-2-戊烯醛、乙偶姻、戊醛、2-甲基丁醛、3-甲基丁醛、乙酸乙酯、2-丁酮、丁醛、丙酮、乙酸丁酯、己醇、2，3-丁二酮、2，3,-己二酮、Z-2-戊烯醇、E-2-庚烯醛、己酸甲酯、3-甲基丁醇、2-甲基-2-丁烯醛、甲硫醇、2-己酮、α-月桂烯、2，6-二甲基-4-庚酮、乙酸己酯、顺式-玫瑰醚、辛酸甲酯。

7.如权利要求6所述的一种快速鉴别不同干燥方式玫瑰花茶的方法应用，其特征是，采用气相-离子迁移谱获得待测不同干燥方式下玫瑰花茶的挥发性成分的指纹图谱，通过比较挥发性物质的含量差异，从而鉴别玫瑰花茶。