頂空固相微萃取-氣相色譜-質譜聯用法分析仔姜與老姜的揮發性成分

汪莉莎，陳光靜，張甫生，鄭 炯，宋家芯，闞建全

（西南大學食品科學學院，重慶市農產品加工及貯藏重點實驗室，農業部農產品貯藏保鮮質量安全風險評估實驗室（重慶），重慶 400715）

頂空固相微萃取-氣相色譜-質譜聯用法分析仔姜與老姜的揮發性成分

汪莉莎，陳光靜，張甫生，鄭 炯，宋家芯，闞建全*

（西南大學食品科學學院，重慶市農產品加工及貯藏重點實驗室，農業部農產品貯藏保鮮質量安全風險評估實驗室（重慶），重慶 400715）

以仔姜和老姜為原料，采用頂空固相微萃取-氣相色譜-質譜聯用法、以正癸烷為內標，分別對仔姜和老姜的揮發性成分進行分析。研究結果表明：從仔姜和老姜中共鑒定出89 種揮發性成分，其中仔姜中鑒定出63 種揮發性成分，主要包括37 種烴類、15 種醇類、6 種酯類、3 種醛類、2 種酮類，其主要揮發性成分為姜烯、橙花醇乙酸酯、β-雪松烯、α-法尼烯、（E）-檸檬醛、β-紅沒藥烯；老姜中鑒定出68 種揮發性成分，主要包括45 種烴類、14 種醇類、3 種酯類、3 種醛類、3 種酮類，其主要揮發性成分為姜烯、α-姜黃烯、β-雪松烯、α-法尼烯、（E）-檸檬醛、β-紅沒藥烯。

姜；揮發性成分；頂空固相微萃取；氣相色譜-質譜聯用

姜（Zingiber offi cinale Roscoe）是姜科姜屬的多年生宿根單子葉草本植物的根莖，廣泛分布于我國中部、東南部至西南部地區，原產于我國，可一種二收[1]。根據姜肉質根的成熟程度和采收時間分為仔姜和老姜，早秋采收的嫩姜稱為仔姜，其質地脆嫩、辣味較輕，多用作菜肴配料，或用作腌制原料，深秋采收的姜為老姜，味較辣，多用于調味。姜是一種極為重要的調味料，同時，還是一種重要的中藥材。傳統醫學認為姜味辛，能開胃止嘔，化痰止咳，有溫中散寒、回陽通脈、燥濕消炎的功效，現代研究表明姜有健胃和抗潰瘍、肝損傷保護作用及強心、抗氧化、消炎、抑制血栓形成及中樞抑制等作用[2-4]。

姜是調味佳品，其風味物質種類多，不同生長時期姜的揮發性物質有一定差異，仔姜與老姜揮發性風味物質的差異決定了其品質的差異。目前，國內外學者研究了采用水蒸氣蒸餾法、同時蒸餾萃取法、有機溶劑浸提法、超臨界CO2萃取法、超聲波輔助提取法和頂空加熱法提取鮮姜的揮發性風味物質，并比較了不同提取方法所得揮發性風味物質成分的差異；也有學者研究了不同產地鮮姜揮發油成分的差異、鮮姜與干姜揮發性成分的差異。但是對仔姜與老姜揮發性風味物質差異的研究還未見報道，也未見采用頂空固相微萃取法提取姜揮發性風味物質的研究[5-11]。因此，本研究擬以頂空-固相微萃取（headspace-solid phase micro-extraction，HS-SPME）結合氣相色譜-質譜聯用（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）技術對仔姜和老姜的揮發性成分進行鑒定分析，并比較2種姜的揮發性成分的差異，旨在更深入地研究仔姜與老姜在揮發性成分上的差異，進一步全面的了解鮮姜的揮發性成分，以期為鮮姜風味成分的研究和開發提供基礎實驗數據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮仔姜（采收于8月）與老姜（采收于9月），四川白口姜品種，均采自重慶市永川區大安鎮德勝橋村；正癸烷標準品（純度≥99.9%） 美國 Sigma 公司。

1.2 儀器與設備

QP 2010型氣相色譜-質譜聯用儀（配有GC-MS solution 2.50工作站） 日本島津公司；固相微萃取裝置（配有50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取頭） 美國Supelco公司；萃取瓶 美國Perkin Elmer公司；HHS-24電熱恒溫水浴鍋 上海齊欣科學儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 仔姜與老姜的前處理

挑選新鮮、無霉爛、無病蟲害、無機械損傷、色澤較好，大小相對一致的新鮮老姜與仔姜，將其清洗干凈，瀝干后粉碎。

1.3.2 HS-SPME

稱取1.5 g粉碎樣品置于20 mL SPME萃取瓶中，加入15 μL正癸烷（1 μg/mL）作為內標物，用聚四氟乙烯隔墊密封，將50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取頭插入萃取瓶中，于50 ℃水浴中頂空吸附30 min，然后在GC-MS進樣口250 ℃解吸5 min，同時啟動儀器采集數據。

1.3.3 色譜條件

色譜柱：DB-5MS石英毛細柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；升溫程序：50 ℃保持1.5 min，先以8 ℃/min升至123 ℃，然后以3 ℃/min升至144 ℃，再以0.5 ℃/min升至148 ℃，最后以15 ℃/min升至230 ℃，保持3 min；進樣口溫度250 ℃；載氣He（純度為99.999%）；流速1.0 mL/min；壓力53.6 kPa；進樣量0.6 μL；分流進樣；分流比：50：1。

1.3.4 質譜條件

電子電離源；檢測器電壓830 eV；離子源溫度230 ℃；接口溫度230 ℃；數據采集方式Scan；掃描速率769 u/s；質量掃描范圍m/z 40～400。

1.3.5 揮發性成分的定性與定量分析

定性分析：樣品中各未知揮發性成分的定性由計算機檢索與儀器所配置的NIST 08.LIB和NIST 08s.LIB譜庫匹配，結合相似度并參考相關文獻求得，其中記錄相似度大于85的化學物質[12-15]。

定量分析：以正癸烷為內標，根據內標物的濃度、樣品中各組分的峰面積與內標峰面積的比值，計算樣品中各揮發性組分的絕對含量：

絕對含量/（μg正癸烷/g）=ρAi/（A×m）

式中：ρ為正癸烷內標的質量濃度/（μg/mL）；Ai為各揮發性組分的峰面積；A為內標物質的峰面積；m為樣品的質量/g。

采用面積歸一化法計算相對含量[16-17]。

1.4 實驗數據分析處理方法

實驗數據采用Origin（Version 8.6）軟件進行處理與分析。

2 結果與分析

圖1 仔姜（A）與老姜（B）揮發性成分的GC-MS圖譜Fig.1 GC-MS chromatograms of volatile compounds in early (A) and late harvested (B) ginger

表1 仔姜與老姜中揮發性組分的GC-MS分析結果Table1 GC-MS analytical results of volatile compounds in early and late harvested ginger

續表1

由圖1、表1可知，從仔姜和老姜中共鑒定出89種揮發性成分，其中仔姜中鑒定出63種揮發性成分，老姜中鑒定出68種揮發性成分，有26種揮發性成分在仔姜中未檢出，分別是三環烯、β-側柏烯、γ-萜品烯、4-蒈烯、γ-萜品烯、α-萜品烯、環苜蓿烯、檀香烯、α-蓽澄茄苦素、α-古蕓烯、α-石竹烯、α-衣蘭油烯、表雙環倍半水芹烯、羅漢柏烯、γ-馬阿里烯、香橙烯、4,6-二甲基十二烷、2,6-二甲基-1,5-庚二烯、2,6,11-三甲基十二烷、香檜醇、α-香檸烯醇、甲基庚烯酮、2-壬酮、2-十一酮和（E）-2-癸烯醛；有21種揮發性成分在老姜中未檢出，分別是檜烯、α-側柏烯、α-葎草烯、巴倫西亞橘烯、α-長葉蒎烯、蓽澄茄苦素、α-胡椒烯、γ-古香油烯、十四烷、麝子油烷、4-側柏醇、香葉醇、橙花叔醇、γ-桉葉醇、2-莰酮、2-癸酮、香茅醛、香葉酸甲酯、乙酸辛酯和乙酸芳樟酯。

圖2 仔姜與老姜中各類揮發性成分的數量Fig.2 The number of volatile components belonging to different chemical classes in early and late harvested ginger

由圖2可知，2 種姜中都含有烴類、醇類、醛類、酮類和酯類揮發性成分，從仔姜樣品中鑒定出63 種揮發性成分，其中包括37 種烴類、15 種醇類、6 種酯類、3 種醛類、2 種酮類；從老姜樣品中鑒定出68 種揮發性成分，其中包括45 種烴類、14 種醇類、3 種酯類、3 種醛類、3 種酮類。由測定結果可知，仔姜和老姜中揮發性成分種類數量最多的是烴類，其次是醇類，酮類、醛類、酯類很少，仔姜與老姜中揮發性成分種類的區別主要在烴類數量的不同，老姜中檢測出的烴類揮發性成分比仔姜中多8 種，而醛類、醇類、酯類和酮類種類差異不顯著。

圖3 仔姜與老姜中各類揮發性成分的組成Fig.3 Contents of various classes of volatile components in early and late harvested ginger

由圖3可知，仔姜和老姜中揮發性組分總含量最高的是烴類，烴類的總含量分別占仔姜和老姜中揮發性組分總含量的73.08%和84.98%，且仔姜和老姜中烴類揮發性成分總含量差異大，其絕對含量分別為125.030 6 μg正癸烷/g和380.596 3 μg正癸烷/g。酯類揮發性成分的總含量在仔姜和老姜揮發性組分總含量中所占比例差異較大，酯類揮發性成分的總含量占仔姜中揮發性組分總含量的15.47%，而只占老姜中揮發性組分總含量的0.5%。2 種姜中醇類、酮類和醛類揮發性組分的總含量都較低，但2 種姜中醇類、酮類和醛類揮發性組分的總含量差異性較大，老姜中的醇類、醛類和酮類揮發性成分總含量都比仔姜中的高，老姜中的3類揮發性組分的總含量分別為20.499 6、41.688 7 μg正癸烷/g和2.790 2 μg正癸烷/g；仔姜中的3 類揮發性組分的總含量分別為11.040 2、8.394 8 μg正癸烷/g和0.149 8 μg正癸烷/g。

表2 仔姜和老姜揮發性成分的主要特征物質Table2 Main characteristic volatile components in early and late harvested ginger

由表2可知，仔姜和老姜中揮發性組分的主要成分基本相同，但含量有所差異。仔姜中揮發性組分含量最高的2 種化合物是橙花醇乙酸酯和姜烯，其絕對含量分別為53.223 2、48.494 6 μg正癸烷/g；老姜中揮發性組分含量最高的2 種化合物是姜烯和β-雪松烯，其絕對含量分別為133.212 9、75.975 3 μg正癸烷/g。仔姜與老姜中揮發性組分的主要成分都是烯烴類物質以及（E）-檸檬醛；仔姜中揮發性組分的主要成分中還有橙花醇乙酸酯，但其不是老姜中揮發性組分的主要成分。仔姜與老姜揮發性組分中其他主要成分的絕對含量都有所差異，其在老姜中的絕對含量都要高于在仔姜中的絕對含量。

3 討 論

本研究通過HS-SPME-GC-MS對仔姜和老姜的揮發性組分進行分析，共鑒定出89 種揮發性成分，其中仔姜中鑒定出63 種揮發性成分，主要包括37 種烴類、15 種醇類、6 種酯類、3 種醛類、2 種酮類，其主要揮發性成分為姜烯、橙花醇乙酸酯、β-雪松烯、α-法尼烯、（E）-檸檬醛、β-紅沒藥烯；老姜中鑒定出68 種揮發性成分，主要包括45 種烴類、14 種醇類、3 種酯類、3 種醛類、3 種酮類，其主要揮發性成分為姜烯、α-姜黃烯、β-雪松烯、α-法尼烯、（E）-檸檬醛、β-紅沒藥烯。

仔姜與老姜的主要揮發性成分基本一致，但仔姜的主要揮發性成分中還有橙花醇乙酸酯，而老姜中沒有，老姜的主要揮發性成分中還有α-姜黃烯，而仔姜中沒有；從揮發性物質種類而言，老姜中的揮發性組分的種類要比仔姜多，仔姜與老姜中揮發性物質的差異說明不同成熟度的姜其揮發性風味物質也會有所差異。采用頂空固相微萃取提取的揮發性物質種類數量與水蒸氣蒸餾法和同時蒸餾萃取法所提取的種類數量有所差異。吳賈鋒等[18]采用水蒸氣蒸餾法提取姜精油風味化學成分，共鑒定出49 種化學成分，趙升逵等[19]采用同時蒸餾萃取法提取姜精油風味化學成分，共分析鑒定出66 種化學成分。許舒雯等[20]采用有機溶劑萃取法提取銅陵生姜的揮發油化學成分，共鑒定出12種主要成分，分別為乙酸香葉酯、α-姜黃烯、姜烯、α-法尼烯、β-甜沒藥烯、β-倍半水芹烯、姜酮、4-（3-羥基-2-甲氧基苯基）丁烷-2-酮、四氫- 3-羥基-2-（4-甲氧基苯基）-5-氧代-3-呋喃羧酸甲酯、9-乙氧基- 10-氧雜三環[7.2.1.0（1,6）]十二烷-11-酮、2,5-環己二烯-1,4-二酮,2-環己基-1,4-肟和雙（2-甲基苯硫基）甲烷；熊運海等[21]采用水蒸氣蒸餾法提取并測定了產自重慶、湖南、山東的生姜的揮發油化學成分，從共有組分中共鑒定出6 種主要成分，分別為姜烯、α-檸檬醛、β-水芹烯、3-（1,5-二甲基-4-己烯基）-6-亞甲基-環己烯、α-姜黃烯、莰烯。這說明采用不同的提取方法所鑒定出的鮮姜揮發性風味物質有所差異，因此在鑒定鮮姜中揮發性成分時要充分考慮提取方對鑒定結果的影響。

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Analysis of Volatile Compounds in Early and Late Harvested Ginger by Headspace-Solid Phase Micro-Extraction-Gas Chromatography-Mass Spectrometry

WANG Li-sha, CHEN Guang-jing, ZHANG Fu-sheng, ZHENG Jiong, SONG Jia-xin, KAN Jian-quan*
(Chongqing Key Laboratory of Produce Processing and Storage, Laboratory of Quality & Safety Risk Assessment for Agro-products on Storage and Preservation (Chongqing), Ministry of Agriculture, College of Food Science, Southwest University, Chongqing 400715, China)

The volatile compounds in early and late harvested ginger (Zingiber officinale Roscoe) were analyzed by headspace-solid phase micro-extraction (HS-SPME) combined with GC-MS using decane as an internal standard. A total of 89 volatile compounds were identified in ginger. There were 63 volatiles compounds in early harvested ginger (in August) including 37 hydrocarbons, 15 alcohols, 6 esters, 3 aldehydes and 2 ketones, whereas there were 68 volatiles compounds in late harvested ginger (in September of the same year) including 45 hydrocarbons, 14 alcohols, 3 esters, 3 aldehydes and 3 ketones. The major volatile compounds in early harvested ginger included zingiberene, neryl acetate, beta-cedrene, alphafarnesene, trans-citral and beta-bisabolene, while those identified in late harvested ginger included zingiberene, alphacurcumene, beta-cedrene, alpha-farnesene, trans-citral and beta-bisabolene.

ginger (Zingiber offi cinale Roscoe); volatile compounds; headspace solid phase micro-extraction (HS-SPME); gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS)

TS201.2

A

1002-6630（2014）10-0153-05

10.7506/spkx1002-6630-201410028

2013-09-27

國家星火計劃重大項目（2011GA811001）

汪莉莎（1989—），女，碩士研究生，研究方向為食品安全與質量控制。E-mail：lishawang1989@163.com

*通信作者：闞建全（1965—），男，教授，博士，研究方向為食品化學與營養學、食品生物技術、食品質量與安全。

E-mail：ganjq1965@163.com