一种生姜挥发油质量评价方法及其应用、生姜挥发油及其质量评价系统与流程

本技术涉及生姜挥发油，特别涉及一种生姜挥发油质量评价方法及其应用、生姜挥发油及其质量评价系统。

背景技术：

1、生姜( zingiber officinale roscoe )为姜科多年生草本植物的新鲜根茎，是我国典型的药食同源资源，在食品、药用、化工三大领域均具有重要应用价值。值得注意的是，生姜的应用价值与功效特性，均与其挥发油密切相关，该类成分既是构成生姜独特辛香风味的核心成分，也是保障其药效发挥及安全应用的关键物质基础，其化学成分组成及含量，更是评价生姜内在品质优劣的核心指标，直接决定生姜及其相关产品的市场竞争力。

2、目前，围绕生姜挥发油的研究虽取得一定进展，但现有技术存在明显缺陷：

3、第一、当前研究多集中于化学成分的提取、鉴定及药效机制分析，对香气活性成分的系统性筛选、关键香气物质的确认及其协同作用机制研究较为匮乏，导致生姜挥发油特征香气的物质基础尚不明确。

4、第二、目前生姜挥发油质量标准体系不完善，存在造假、掺假或以次充好等市场乱象，致使市售产品质量参差不齐，严重制约了产业的规范化高质量发展。

5、因此，精准解析生姜挥发油特征香气成分、构建科学可行的特征香气指纹图谱，是实现生姜挥发油品质精准判别、规范市场秩序的关键突破口。

技术实现思路

1、针对上述技术问题，本发明提供一种生姜挥发油质量评价方法及其应用、生姜挥发油及其质量评价系统。首先筛选并确定10种roav>1的关键香气成分作为标志物，构建特征香气指纹图谱，通过相似度分析快速筛查不合格品。同时，结合电子鼻w1s/w2s/w5c传感器的响应模式及测色仪红度值a，实现对样品醇醛酮比例和氧化程度的辅助评价。此外，本发明引入分子对接技术，验证了关键香气成分与嗅觉受体（如or1d2）的强结合能力，从分子层面解释了香气的感知机制。本发明实现了生姜挥发油“成分-颜色-气味”的三维一体化评价，显著提高了检测的准确性和可靠性，适用于工业化质控。

2、为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

3、根据本发明的一个方面，本发明提供了一种生姜挥发油质量评价方法，包括以下步骤：

4、（1）获取生姜挥发油的gc-ms特征图谱数据；

5、（2）基于步骤(1)的gc-ms特征图谱数据，筛选生姜挥发油的关键香气成分，获得关键香气成分信息、浓度及相对百分含量；

6、（3）基于步骤(2)的关键香气成分信息、浓度及相对百分含量，构建待测生姜挥发油的特征香气指纹图谱；

7、（4）计算所述待测生姜挥发油的特征香气指纹图谱的相似度；

8、（5）结合电子鼻传感器响应值和/或测色仪颜色参数与特征图谱中香气成分的相似度，判定待测生姜挥发油的质量等级。

9、作为本发明的具体实施方式，步骤（2）筛选生姜挥发油的关键香气成分的过程包括：采用气相色谱-质谱联用技术对生姜挥发油样品进行成分分析，获取挥发性化合物的相对含量；

10、作为本发明的具体实施方式，步骤（2）中筛选生姜挥发油的关键香气成分的方法包括：根据各挥发性化合物的气味阈值，采用公式（1），计算各挥发性化合物的相对气味活度值roav；

11、            (1)

12、筛选roav＞1的化合物作为生姜挥发油的关键香气成分。

13、作为本发明的具体实施方式，所述关键香气成分包括至少2个结合能相对较高的关键香气成分，其参与生姜香气感知。

14、作为本发明的具体实施方式，步骤（2）的生姜挥发油的关键香气成分包括：桉叶油醇、2-茨醇、β-月桂烯、柠檬醛、间伞花烃、香叶醇、α-姜黄烯、β-水芹烯、(e)-柠檬醛、2-十一酮。

15、作为本发明的具体实施方式，步骤（4）所述相似度为pearson相关系数；

16、当pearson相关系数≥0.90时，判定该待测样品为合格品；

17、作为本发明的具体实施方式，步骤(5)中所述电子鼻传感器响应值包括w1s、w2s及w5c传感器的响应值；当w1s＜3.6、w2s ＜2.0、w5c＞0.42时，判定待测样品中醇醛酮类成分比失衡，存在香气差异。

18、作为本发明的具体实施方式，步骤(4)中所述测色仪颜色参数为红度值a；当a<1.8时，判定待测样品色泽正常。

19、作为本发明的具体实施方式，还包括分子对接验证步骤：

20、将步骤(1)中定量得到的关键香气成分与嗅觉受体进行分子对接模拟；

21、作为本发明的具体实施方式，所述嗅觉受体包括or1a1、or1g1、or1d2、or52d1、or2w1、or5ac2中的至少一种。

22、作为本发明的具体实施方式，所述关键香气成分包括至少2个结合能相对较高的关键香气成分，其参与生姜香气感知

23、作为本发明的具体实施方式，所述关键香气成分包括α-姜黄烯和/或β-水芹烯。

24、α-姜黄烯与嗅觉受体的结合能≤-5.61 kcal/mol，和/或，β-水芹烯与嗅觉受体的结合能为≤-5.15 kcal/mol，确认二者可作为生姜香气感知的主要成分。

25、作为本发明的具体实施方式，β-水芹烯与上述受体的结合能≤ -5.15 kcal/mol，则确认该物质可自发参与嗅觉受体对气味的感知。

26、第二方面，本发明还提供了上述质量评价方法在生姜挥发油真伪鉴别、掺假筛查或香气品质分级中的应用。

27、第三方面，本发明还提供了一种生姜挥发油，满足上述质量评价方法中的相关要求。

28、第四方面，本发明还提供了一种生姜挥发油的质量评价系统，包括：

29、数据采集模块，配置用于获取待测生姜挥发油的gc-ms数据、电子鼻数据及测色仪数据；

30、数据处理模块，配置用于执行上述的评价方法的步骤，计算关键成分含量、指纹图谱相似度及分子对接结合能；

31、判定输出模块，配置用于将质量等级判定结果输出至用户终端。

32、实施本发明的技术方案，至少具有以下有益效果：

33、有益效果

34、本发明所提供的生姜挥发油质量评价方法、系统及应用，相较于传统的单一化学成分定量或总离子流图比对法，具有显著的进步和预料不到的技术效果。具体地，本发明提出通过高分辨气质联用靶向筛选、智能感官多维捕获、嗅觉受体分子对接验证的完整技术路线，给出生姜挥发油质量评价方法，该方法在以下三个方面取得了突破性的有益效果：

35、1. 突破了传统理化指标与感官属性脱节的瓶颈，首次建立了基于“roav权重”的特征香气指纹图谱，实现了对生姜挥发油质量控制。

36、传统的gc-ms定性定量方法（如中国药典方法）通常关注峰面积或相对含量的绝对值，但这与 humans 实际的嗅觉感知存在巨大偏差。本发明创新性地引入相对气味活度值（roav）模型，精准锁定了桉叶油醇、β-月桂烯、柠檬醛、间伞花烃、香叶醇、α-姜黄烯、β-水芹烯、(e)-柠檬醛、2-十一酮10种roav>1的关键香气活性物质（key odorants）。

37、根据食品风味化学的“气味单元”理论，食品中往往只有不到5%的微量成分决定了其整体香气特征。传统方法容易被高含量的“背景成分”（如部分倍半萜烯）干扰，而忽略了对香气起决定性作用的微量醛酮类。

38、基于这10种关键物质构建的指纹图谱，其相似度阈值（≥0.90）具有极强的抗干扰能力和 discriminating power。市售伪劣产品往往通过外添廉价化工合成的桉叶油醇或间伞花烃来伪造“姜香”，但这种人为添加会严重破坏关键物质间的天然比例。本发明通过靶向追踪这10种标志物的丰度比，能够敏锐捕捉到这种“伪天然”的掺假行为。

39、2. 引入了跨模态智能感官（e-nose与测色仪）与分子生物学（分子对接）的双重校验机制，从“宏观物理信号”到“微观受体结合”全链路揭示了生姜特征香气的形成机制。

40、宏观层面（智能感官印证）：本发明发现，电子鼻的w1s（响应甲烷等短链烷烃）、w2s（响应醇醚醛酮类）传感器、测色仪的a（红度）值与挥发油质量之间存在正相关耦合机制。w1s、w2s的响应值较高且测色仪，a＜1.8时，所得挥发油质量较高。这种“气味-色泽”双轨校验机制在油脂氧化监测中被广泛证实，但将其跨界应用于精油防掺假尚属首创。

41、微观层面（分子对接验证）：本发明首次从分子动力学角度证实了α-姜黄烯和β-水芹烯在生姜“草本-辛辣-木质”香气感知中的核心地位。通过autodock vina模拟，发现β-水芹烯能够与嗅觉受体or1d2的活性口袋形成稳定的氢键（donor-h acceptor）及π-π堆叠作用，其结合能低至-6.52 kcal/mol（低于-6 kcal/mol的自发结合阈值）。

42、3. 构建了“成分-颜色-气味”三维质量评价体系，为生姜挥发油在高端日化、医药及食品领域的精准风味定制提供了底层算法。

43、传统的质控方法只能回答“合格/不合格”，而本发明能够量化地回答“哪种香气缺失”以及“如何补救”。例如，当系统检测到某批次待测油的香叶醇（花香）和柠檬醛（果香）roav值偏低，而w2s传感器响应异常时，即可判定该批次原料老化或提取工艺（如水蒸气蒸馏温度过高）不当导致了呈香物质的降解。

44、这一效果使得生姜挥发油的采购方和使用方（如高档香水调香师或食品添加剂研发工程师）能够摆脱对“老师傅感官品评”的依赖，实现基于数据驱动的数字化风味拼配和标准化生产，具有极高的工业实用价值和推广前景。

45、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。