HS-SPME-GC-MS聯用分析美國巴旦木香氣成分

盧靜茹，林向陽,*，張 如，吳 佳，戴巧玲，羅登來，李 丹，陳曉燕，黃光偉，Roger RUAN

（1.福州大學生物科學與工程學院，福建 福州 350116；2.美國加州杏仁商會，美國加利福尼亞州 莫德斯托 95354；3. 美國明尼蘇達大學生態系統與農業工程系，美國明尼蘇達州 圣保羅 55108）

HS-SPME-GC-MS聯用分析美國巴旦木香氣成分

盧靜茹1，林向陽1,*，張 如1，吳 佳1，戴巧玲1，羅登來1，李 丹1，陳曉燕1，黃光偉2，Roger RUAN3

（1.福州大學生物科學與工程學院，福建 福州 350116；2.美國加州杏仁商會，美國加利福尼亞州 莫德斯托 95354；3. 美國明尼蘇達大學生態系統與農業工程系，美國明尼蘇達州 圣保羅 55108）

采用頂空固相微萃取和氣相色譜-質譜聯用方法分析美國巴旦木的揮發性成分，探討不同萃取頭、萃取時間、萃取溫度和分流比對分析結果的影響。得到頂空固相微萃取的最優參數：DVB/CAR/PDMS萃取頭、萃取溫度80 ℃、萃取時間15 min、分流比5∶1。最佳萃取條件下分別對美國生巴旦木和烘烤巴旦木的揮發性成分進行分析，得到44 種生巴旦木揮發性成分和57 種烘烤巴旦木揮發性成分，生巴旦木的主要特征香氣成分為正己醇、庚醇、正戊醇、壬醇、乙酸乙酯、乙酸丁酯、甲苯等。烘烤巴旦木的主要特征香氣成分為正己醇、庚醇、正戊醇、壬醇、乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸、3-甲基-丁醛、正己醛、糠醛、苯甲醛、苯乙醛、壬醛、2,5-二甲基吡嗪和2-戊基呋喃等。本實驗為美國巴旦木揮發性成分的分析建立了快速分析鑒定的方法。

美國巴旦木；頂空固相微萃?。粴庀嗌V-質譜聯用；香氣成分；優化條件

美國巴旦木學名為扁桃仁[1]。美國巴旦木含有大量單不飽和脂肪酸和多不飽和脂肪酸（含量分別為35.27 g/100 g和10.58 g/100 g），亞油酸的含量達到總油脂含量的12%，不含膽固醇。含有12%的膳食纖維，豐富的鈣、鎂、磷和鉀等微量元素以及VE和植物甾醇等。巴旦木皮中，含有一系列的類黃酮物質，如兒茶酚、黃酮醇及其衍生物。它具有良好的調節血脂、清除自由基和抗氧化性等保健功效，被稱為“堅果之王”[2]。中國也已經連續三年成為美國巴旦木第一大出口國[3]。近年來，美國巴旦木因高營養價值及特殊的風味口感而備受食品加工企業的青睞，目前，美國巴旦木已成為全球最大的堅果類食品原料。巴旦木經過烘烤之后產生特殊的色澤、更加爽口的脆度和獨特的風味。

1 材料與方法

1.1 材料

新鮮的鹽焗美國巴旦木（生巴旦木和烘烤巴旦木）美國杏仁商會。

1.2 儀器與設備

7890A/5973I氣相色譜-質譜聯用儀 美國安捷倫公司；粉碎機（11.6 cm×9.5 cm×17.8 cm） 義烏市博恩咖啡器具有限公司；HH-2水浴鍋 常州市凱航儀器有限公司；BSA224S電子天平 賽多利斯科學儀器有限公司；標準檢驗篩（30 目） 上虞市銀河測試儀器廠；SPME手動進樣手柄及萃取頭 美國Supelco公司；頂空進樣瓶（20 mL） 中國安普公司。本實驗選取4種不同材質的萃取頭，其相應的規格及參數見表1。

表 1 不同規格固相微萃取頭參數表Table 1 Specifications of different SPME fibers

1.3 方法

1.3.1 樣品處理

將巴旦木置于粉碎機中粉碎成粉末狀，經過30 目檢驗篩篩選后，稱取1.40 g（±0.01 g）于20 mL的頂空瓶中留用。

然而，越南戰爭卻成了他一生的分水嶺。當他看到“大批戰斗機和轟炸機著陸、起飛，像山一般的巨大運輸機卸下房子大小的重型武器”。他自信地想：這場戰爭怎么可能打不贏呢？后來才頓悟：“這不是一場戰爭，是一場疾病，是一場瘟疫?！泵绹谠綉鹬凶⒍ㄊ且〉?，應驗了越南的一句老話：“鐵砧的壽命比錘子長?！泵绹骷疑Ｋ裨谠侥显L問轟炸密集的鄉村時，農民們有一個很普遍的做法是，每天去稻田時都扛上棺材，如果有人死去，他們就馬上把他掩埋，其他人繼續勞作，這樣的國家，美國人要使之屈服，可能嗎？[1]這是東西方歷史文化差異的淵藪。

將萃取頭在GC的進樣口于250 ℃老化至無雜峰，將裝有樣品的頂空瓶放入一定溫度的恒溫水浴鍋中，將SPME萃取頭通過瓶蓋插入到樣品中的頂空部分，推出纖維，經過一段時間的頂空吸附之后抽回萃取頭，并將其從頂空瓶中拔出。將萃取頭插入GC-MS儀的GC進樣口，推出萃取頭于250 ℃，解吸4 min。

1.3.2 GC-MS操作條件

色譜條件：色譜柱為DB-5MS（30 m×250 μm，0.25 μm）；載氣為高純氦氣；流速1.0 mL/min；進樣口溫度250 ℃；檢測器溫度270 ℃；解吸時間4 min；升溫程序：柱箱初溫35 ℃，保持4 min，以5 ℃/min升至100 ℃，再以15 ℃/min升至220 ℃，保持5 min。

質譜條件：電子電離源；電子能量70 eV；離子源溫度230 ℃；接口溫度280 ℃；四極桿溫度150 ℃；全掃描模式；掃描質量范圍10～500 u。

2 結果與分析

2.1 不同萃取頭不同溫度對萃取效果的影響

圖 1 不同萃取頭不同溫度的萃取效果Fig.1 Extraction effi ciencies (in terms of effective peak number and total area) of different extraction SPME fi bers at different temperatures

本實驗選取DVB/CAR/PDMS、DVB/PDMS、PA和PDMS 4 種萃取頭[4,11]，以相同的萃取時間（15 min）、相同的分流比（5∶1），分別于35、50、65 ℃和80 ℃4 種不同的萃取溫度條件下對美國巴旦木揮發性物質吸附效果進行分析。如圖1所示，在4 種不同的萃取溫度條件下，利用DVB/CAR/PDMS、DVB/PDMS萃取頭吸附得到的揮發性物質數量明顯大于PA、PDMS萃取頭，PA萃取頭對沸點較低的極 性物質的吸附效果較好，且萃取頭的吸附作用為放熱反應[12]，溫度過高不利于其吸附，故隨溫度升高PA萃取頭所吸附的揮發性物質總峰面積依次遞減。PDMS萃取頭吸附的揮發性物質總峰面積在不同溫度條件下均較小。PA為極性萃取頭，PDMS為非極性萃取頭，都只對揮發性物質中某些物質有較強的吸附能力。實驗結果也說明，美國巴旦木揮發性物質中具有的極性物質較多。隨著溫度的升高，DVB/CAR/PDMS、DVB/PDMS萃取頭所能吸附的揮發性物質數量也依次遞增。

萃取溫度達80 ℃時，DVB/CAR/PDMS萃取頭吸附烘烤巴旦木得到的有效峰數和總峰面積，明顯大于其他3 種萃取頭。而對于生巴旦木，萃取溫度達80 ℃時，DVB/ PDMS萃取頭吸附得到的有效峰數和總峰面積與DVB/ CAR/PDMS萃取頭相似。同時，為便于對生巴旦木和烘烤巴旦木揮發性物質的對比分析，選取相同萃取頭。溫度的升高有助于加強揮發性物質的分子熱運動，加大其擴散，從基體溢出，縮短平衡時間。隨溫度升高，萃取得到的有效峰數量和總峰面積依次遞增。由于萃取頭的吸附作用為放熱反應，溫度過高不利于其吸附，因此烘烤巴旦木和生巴旦木的最適萃取溫度為80 ℃。因此選取DVB/CAR/PDMS萃取頭，萃取溫度80 ℃。

2.2 不同萃取時間對萃取效果的影響

利用DVB/CAR/PDMS萃取頭，設置萃取溫度為80℃，分流比為5∶1，比較在 5、10、15 min和20 min 4 種萃取時間條件下樣品揮發性物質的吸附效果，結果如圖2所示。在較短的時間內，低沸點的物質即逸出基體，隨著時間延長，高沸點的物質也將逸出而被萃取頭吸附。對比圖2中的曲線可以發現，隨著萃取時間的延長，揮發性物質總峰面積依次遞增，而揮發性物質的有效峰數在15 min時基本不再上升。綜合考慮，以15 min作為萃取時間。

圖 2 不同萃取時間的萃取效果Fig.2 Effect of extraction duration on the extraction effi ciency

2.3 不同分流比對萃取效果的影響

圖 3 不同分流比的分析效果Fig.3 Effect of split ratio on the extraction effi ciency

本研究曾采用不分流模式實驗，所得GC色譜圖峰之間疊加嚴重，物質分離效果較差。這主要是因為萃取頭所吸附的物質量超過柱子的柱容量，故選擇分流模式進行實驗，如圖3所示，隨著分流比的增加，總峰面積依次遞減。分流比從2∶1上升至5∶1過程中，有效峰數無明顯變化。觀察GC色譜圖發現，在分流比2∶1時，前期部分峰疊加嚴重，分離效果較差，影響后續的質譜鑒定。在分流比5∶1時，該現象得以解決。分流比從5∶1上升至10∶1過程中，有效峰數明顯遞減。因解吸進入色譜柱的物質量太少，GC響應值小，無法檢測。綜合以上，選取分流比為5∶1。

2.4 美國巴旦木中香氣成分的分析

2.4.1 美國生巴旦木香氣成分分析

采用最佳的萃取條件（DVB/CAR/PDMS萃取頭、萃取溫度80 ℃、萃取時間15 min、分流比5∶1），對美國生巴旦木進行香氣物質分析。結果表明，匹配度大于85%的揮發性成分共有44 種，其中醇類物質6 種，占19.40%，酯類物質4 種，占3.64%，芳香烴5 種，占10.77%，烯烴類物質7 種，占6.51%，烷烴類物質15 種，占55.12%。

油脂氧化產生豐富的醇、醛、酮及其他雜環類物質。美國巴旦木中含有豐富的不飽和脂肪酸，氧化過程中產生一系列的風味物質。其中正己醇、正戊醇、庚醇、正壬醇、乙酸乙酯和甲苯是美國生巴旦木的主要特征香氣成分。正己醇天然存在于一些堅果類、水果和果酒當中，具有淡青嫩葉氣息，略帶酒香、果香和脂肪氣息等風味特征[13]。本實驗表明美國生巴旦木含有 較多的脂肪類低元醇，正己醇相對含量達12.91%。此結果與楊繼紅等[2]在研究美國巴旦木烘烤和貯藏過程中的香氣成分研究結果相似，同時顧賽麒等[13]在研究花生油的香氣成分和王文艷等[14]對板栗風味物質進行研究也發現正己醇的存在。正戊醇、庚醇和正壬醇含有果香，庚醇和正壬醇同時含有油脂氣息，符合美國巴旦木的感官特性。

酯類物質一般具有令人愉快的水果香氣或酒香味，可改善食品風味。乙酸乙酯其具有醚香、甜的果香和菠蘿香、葡萄香和櫻桃香[15]，賦予巴旦木果香氣息。乙酸丙酯和乙酸丁酯含量較低，但能起到協調香氣的作用。帶芳香基的游離氨基酸氧化產生芳香烴類物質，其中甲苯帶有特殊芳香（顧賽麒等[13]在花生油的香氣成分研究中也發現該種物質，賈春利等[10]對杏仁月餅進行揮發性成分分析也得到類似結果）。對二甲苯含有油脂氣息。烷烴類物質可能是由于脂質氧化而產生，其閾值較高，但能起到調節味道的作用[16-17]。美國生巴旦木揮發性成分分析結果及呈味分析見表2。

表 2 美國生巴旦木揮發性成分分析結果及呈味分析Table 2 GC-MS of volatile components and flavor analysis of raw almonds and roasted almonds

續表2

2.4.2 美國烘烤巴旦木香氣成分分析

采用最佳的萃取條件（DVB/CAR/PDMS萃取頭、萃取溫度80 ℃、萃取時間15 min、分流比5∶1），對美國烘烤巴旦木進行香氣物質分析。實驗結果表明，烘烤巴旦木揮發性成分共有57 種，其中醇類物質12 種，相對含量占55.87%，醛類物質10 種，相對含量占21.59%，酮類物質5 種，相對含量占1.73%，酸類物質6 種，相對含量占5.17%，酯類3 種，相對含量占0.92%，雜環類9 種，相對含量占8.52%，芳香烴和烷烴共8種，相對含量占2.61%。

由于烘烤巴旦木經過熟制，其含有的風味物質更為豐富。正己醇、正戊醇、庚醇和辛醇等賦予烘烤巴旦木果香、醇香和甜香[18]；醛類物質是脂肪降解的產物[19]，同時賦予巴旦木烘烤香氣，其中正己醛、糠醛、辛醛、苯乙醛含有豐富的堅果香氣以及烘烤食品的氣息[20-22]；2,3-丁二酮、3羥基-2-丁酮和二氫-5-乙基-2（3H）-呋喃酮酸類物質是脂肪分解之后的產物[23]；乙酸含有杏仁香；酯類物質中的乙酸乙酯和乙酸丁酯令巴旦木具有豐富的水果香氣，蒎烯、松油烯具有香木氣息[24]；雜環類中的吡咯、甲基吡嗪、2,5-二甲基吡嗪、戊基呋喃是天然存在于堅果當中的香氣成分，共同賦予烘烤巴旦木堅果香氣[25]，這與Walradt[26]和Kinlin[27]等的研究結果相同。

2.4.3 美國生巴旦木和烘烤巴旦木香氣成分對比

表 3 生巴旦木和烘烤巴旦木的特征香氣對比表Table 3 Comparison of characteristic aroma compounds of raw almonds and roasted almonds

對比生巴旦木和烘烤巴旦木的特征香氣成分發現，醇類、酯類、甲苯構成生巴旦木的主要特征香氣成分，包括正己醇、庚醇、正戊醇、壬醇、乙酸乙酯、乙酸丁酯、甲苯7 種物質。而由于烘烤巴旦木經過烘烤和鹽制，幫助脂肪和氨基酸降解，釋放更多香氣成分。醇類、酯類、酸類、醛類和雜環類等物質構成熟巴旦木的特征香氣成分，除含上述香氣成分的前6種外，還含有3-甲基-丁醛、正己醛、糠醛、苯甲醛、苯乙醛、壬醛、2,5-二甲基吡嗪和2-戊基呋喃等，共14 種主要特征香氣成分。這說明烘烤巴旦木不僅保留生巴旦木原有的風味，在烘烤過程中，由于脂肪氧化產生的醛類以及烘烤過程中產生的吡喃、吡嗪和呋喃等物質賦予其烘烤堅果的特殊香味。生巴旦木中的烷烴類揮發性物質含量為55.12%，酸類和雜環類物質含量極少，不含醛類和酮類。而烘烤巴旦木中烷烴類揮發性物質含量僅為2.61%，同時含有21.18%的醛類物質，2.14%的酮類物質、5.17%的酸類物質，8.52%的雜環類物質?？赡芤驗橹碧兼湹耐闊N類物質在烘烤中發生美拉德反應和焦糖化反應，生成富含堅果香氣的醛類揮發性物質和吡嗪、呋喃類揮發性物質。同時生巴旦木和烘烤巴旦木的特征香氣成分對比見表3。

3 結 論

本實驗采用HS-SPME-GC-MS聯用儀對美國巴旦木揮發性成分進行分析，得到最優萃取條件為：萃取頭DVB/ CAR/PDMS、萃取溫度80 ℃、萃取時間15 min、分流比5∶1。利用最佳萃取條件分別對美國生巴旦木和烘烤巴旦木的揮發性成分進行鑒定，篩選匹配度大于85%的揮發性物質進行分析，得到生巴旦木揮發性成分44 種和烘烤巴旦木揮發性成分57 種。

美國巴旦木的獨特風味由多種化合物構成，其中正己醇、庚醇、正戊醇、壬醇、乙酸乙酯、乙酸丁酯、甲苯7 種物質為生巴旦木的主要風味物質。烘烤巴旦木的不僅含有上述前6 種物質，還含有3-甲基-丁醛、正己醛、糠醛、苯甲醛、苯乙醛、壬醛、2,5-二甲基吡嗪和2-戊基呋喃14 種特征香氣成分。

本實驗為美國巴旦木在加工和貯藏中產品風味的分析提供了重要信息。在以后的研究中可針對不同品種的巴旦木進行揮發性成分研究，為篩選優良品質的巴旦木提供進一步的指導依據。

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Analysis of Volatile Aroma Components in American Almonds by SPME-GC-MS

LU Jingru1, LIN Xiangyang1,*, ZHANG Ru1, WU Jia1, DAI Qiaoling1, LUO Denglai1, LI Dan1, CHEN Xiaoyan1, HUANG Guangwei2, Roger RUAN3
(1. College of Biological Science and Engineering, Fuzhou University, Fuzhou 350116, China; 2. Almond Board of California, Modesto 95354, USA; 3. Department of Biosystems and Agricultural Engineering, Minnesota University, St. Paul MN 55108, USA)

Volatile aroma components in American almonds were extracted by headspace solid-phase microextraction (HSSPME) and were identifi ed by gas chromatography and mass spectrometry (GC-MS). SPME was carried out using a DVB/ CAR/PDMS fiber at 80 ℃ for 15 min, and the split ratio used was 5:1. Thes optimized method was applied to analyze almonds. The results indicated that 44 and 57 volatile compounds were identified in raw almonds and roasted almonds, respectively. The major volatile ar oma components in raw almonds were 1-hexanol, heptanol, 1-pentanol, 1-nonanol, ethyl acetate, acetic acid, butyl ester and toluene. As for roasted almonds, in addition to the six substances, other components such as acetic acid, butanal, 3-methyl-, hexanal, furfural, benzaldehyde, benzeneacetaldehyde, nonanal, 2,5-dimethyl-pyrazine, and 2-pentyl-furan were also detected.

American almond; headspace-solid-phase microextraction (HS-SPME); gas chromatog raphy-mass spectrometry (GC-MS); volatile aroma components; optimum conditions

TS207.3

A

1002-6630（2015）02-0120-06

10.7506/spkx1002-6630-201502023

2014-07-23

美國農業部委托加州杏仁商會項目（0900080-2）

盧靜茹（1988—），女，碩士研究生，研究方向為農產品加工與功能食品。E-mail：ljrfzu_job@sina.com

*通信作者：林向陽（1969—），男，教授，博士，研究方向為食物資源開發與利用。E-mail：ibfulin@163.com