热干燥方法对Rosa roxburghii果渣中特征性挥发性有机化合物的影响

《Food Chemistry》：Effects of thermal drying methods on characteristic volatile organic compounds in Rosa roxburghii pomace

本研究通过E-nose、HS-SPME-GC–MS和HS-GC-IMS分析不同热干燥方法对重瓣玫瑰果渣挥发性有机物的影响，发现微波干燥导致七种特征VOCs损失率最高，热泵干燥保留率最佳并生成新化合物如己醛和乙酸Amyl酯，为果渣加工提供依据。

　　

孟灵帅|郑婷婷|周青松|毛发平|聂宇|宋旭|曹森|徐苏

贵州工程学院食品科学与工程学院，贵阳大学特色风味感知与药食同源资源质量控制工程技术研究中心，中国贵阳550005

摘要

本研究利用电子鼻（E-nose）、HS-SPME-GC–MS、HS-GC-IMS和多元分析方法，探讨了不同热干燥方法对Rosa roxburghii果渣（RRP）中特征性挥发性有机化合物（VOCs）的影响。结果表明，HS-SPME-GC–MS检测到115种VOCs，HS-GC-IMS检测到94种VOCs。HS-SPME-GC–MS在检测酯类、醇类和烃类化合物方面表现出更高的灵敏度，而HS-GC-IMS在检测醛类和酮类化合物方面更有效。研究结论认为，热干燥方法显著影响了RRP中的特征性VOCs。在新鲜RRP中鉴定出11种特征性VOCs，包括叶醇，这些化合物为其丰富的香气特征做出了贡献。微波干燥（MD）导致7种特征性VOCs（如己酸乙酯）的损失率最高；相反，热泵干燥（HPD）则较好地保留了特征性VOCs，并生成了新的化合物（如己醛和乙酸淀粉酯），从而丰富了RRP的香气成分。本研究为RRP的加工提供了有价值的见解。

引言

Rosa roxburghii（RR）属于Rosaceae科Rosa属植物（Li等人，2022年），主要生长在中国西南部和中南部山区（Li等人，2024年），包括贵州省、云南省和四川省。该物种富含多种营养素和生物活性化合物（Jain等人，2024年），如维生素C、多糖、微量元素、多酚和膳食纤维。适量食用RRP具有多种健康益处，可促进生理代谢（Chen等人，2018年），包括抗氧化和抗衰老作用、促进消化、预防高血压以及调节血糖和血脂水平（Li等人，2023a）。然而，RRP中丰富的单宁、黄酮类和酚酸赋予了其酸涩苦味的特性，这影响了其市场接受度和消费者偏好（Liu等人，2024年）。因此，大多数加工企业优先选择榨汁，榨汁后将果渣作为废弃物处理。这一过程会产生约50%的果渣副产品（Wang等人，2018年）。目前，作为高膳食纤维来源的Rosa roxburghii果渣（RRP）主要应用于动物饲料、肥料或农业废弃物处理，导致资源利用效率低下。研究表明，RRP中含有大量的碳水化合物、氨基酸、黄酮类和维生素C等营养成分（Zhang等人，2024a）。此外，其浓郁的香气特性使其具有开发糕点、调味饮料和调味品等食品产品的巨大潜力（Jiang等人，2024年；Sheng等人，2024年）。充分利用RRP可显著提高其整体利用率和商业价值。

新鲜RRP的水分含量较高，在储存过程中容易发生氧化和微生物降解，从而增加运输成本（Zhang等人，2024b）。热处理干燥技术已成为提高食品储存稳定性的关键解决方案。因此，通过有效的干燥技术延长果渣的保质期、降低运输费用并促进RRP的进一步加工至关重要（Salamatullah等人，2024年）。近期研究探讨了不同干燥方法对RR果实及其果渣的影响。Zhang等人（2024年）研究了热风干燥（HAD）、红外干燥、真空微波干燥（VMD）和冷冻干燥（FD）对RR果实中多糖结构和生物活性的影响，发现这些方法显著改变了提取率、分子量、单糖比例、尿酸含量、凝胶性质、粒径、热稳定性和微观结构。Luo等人（2024年）也研究了不同干燥方法对RR果实的影响，发现FD更有效地保留了挥发性化合物，从而提升了香气品质。此外，还有研究探讨了不同干燥方法对其他农产品风味特性的影响。Polat等人（2022年）使用五种不同的干燥方法处理黑胡萝卜果渣，发现FD能更好地保留其香气。微波干燥（MD）、热风干燥（HAD）、真空微波干燥（VMD）和热泵干燥（HPD）等热处理技术已广泛应用于水果和蔬菜加工。Imaizumi等人（2021年）比较了MD和FD对罗勒叶的处理效果，发现MD在干燥特性、挥发性化合物形成和颜色保持方面优于FD。Zhang等人（2015年）还利用HAD和MD分析了Capsella bursa-pastoris的香气成分。值得注意的是，RRP果渣具有丰富的新鲜水果香气特征，但尚无关于不同热处理干燥方法对其特征性香气化合物影响的研究。

食品的香气特性是影响消费者接受度和购买行为的主要因素之一。目前，电子鼻（E-nose）、GC–MS和GC-IMS等技术被广泛用于检测挥发性有机化合物（VOCs）（Xu等人，2025a；Li等人，2023b；Xu等人，2025b；Meng等人，2025）。GC–MS是一种常用的分离技术，适用于复杂生物样本中挥发性代谢物的分析，以其高灵敏度、优异的精确度和准确性著称。Sheng等人（2024）通过GC–MS分析和相对气味活性值（ROAV）评估发现，RR中的主要香气化合物为醛类、醇类和醚类。GC-IMS基于化学物质在常压电场中的迁移速率进行表征，结合了GC的高分离能力和IMS的快速响应及视觉光谱映射功能（Feng等人，2022年）。GC–MS和GC-IMS的互补性促使许多研究结合这两种方法进行综合风味分析。例如，Yan等人（2024）利用GC–MS和GC-IMS检测蓝莓果渣中的花青素单体和VOCs，鉴定出14种花青素单体和49种VOCs。尽管其他系统中已探索了多种分析方法的结合应用，但尚未有研究针对RRP中的VOCs进行此类综合分析。

本研究旨在通过四种不同的热处理方法（MD、VMD、HAD、HPD）对RRP中的VOCs进行表征和分析，结合了电子鼻（E-nose）、GC–MS和GC-IMS等多种分析技术。研究揭示了不同热干燥方法对RRP中关键VOCs的变化，并评估了这些分析方法在干燥RRP中的区分能力。研究结果为农业副产品（如RRP）的加工提供了有价值的见解。

样本采集与处理

RRP的采集与处理

2024年9月20日，从贵州省龙里县的一个种植园采集了完整的Rosa roxburghii果实。该种植园位于北纬26°49′、东经107°15′，海拔1500米。该地区年平均气温为15.7℃，年降水量为1089.3毫米，相对湿度为80%。采集的新鲜RRP果实无病虫害且大小均匀，随后被储存于冷藏库中。

利用电子鼻对RRP样本的比较分析

采用电子鼻（E-nose）对新鲜RRP和经过四种不同热干燥方法处理的RRP中的VOCs进行了全面分析和比较。基于E-nose数据的PCA分析（图2A）显示，新鲜样本与四种热干燥处理后的样本之间存在显著差异。所有干燥样本都与新鲜样本有明显区别，表明热干燥方法显著改变了RRP的香气特征。

结论

总之，本研究利用电子鼻（E-nose）、GC–MS和GC-IMS研究了四种不同热干燥方法下RRP的挥发性特性。结果表明，干燥方法显著影响了VOCs的保留量和香气特征。电子鼻分析显示，W1W和W5S传感器对新鲜和干燥后的RRP样本均表现出最强的响应。GC–MS和GC-IMS的结果表明，VOCs的数量、组成和含量存在显著差异。

CRediT作者贡献声明

孟灵帅：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、监督、资源协调、项目管理、概念构思。郑婷婷：初稿撰写、软件使用、方法设计、数据分析。周青松：方法设计。毛发平：方法设计。聂宇：方法设计。宋旭：方法设计。曹森：撰写 – 审稿与编辑。徐苏：撰写 – 审稿与编辑、监督、资金筹集。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本研究得到了贵州省科学技术项目（QKHPTRC-CXTD [2022] 002）、贵州省教育厅自然科学研究项目（QJJ [2023] 042）、贵阳大学科学技术奖励培育项目（GYU-[2025-2026] PY-003）以及2023年贵阳大学研究生研究项目（2023-YJS02）的支持。