基于HS-SPME-GC-MS技術的香蔥油揮發性成分解析

張德莉，田洪磊，詹萍，耿秋月，張芳，席嘉佩，牛文婧

（1.石河子大學食品學院，新疆石河子832000；2.陜西師范大學食品工程與營養科學學院，陜西西安710119）

香蔥是百合科蔥屬多年生草本園藝作物，能起到抗癌[1]、預防感染和心血管疾病[2-3]的作用。香蔥蔥油具有獨特的蔥香味和濃郁的脂香味，備受消費者青睞。隨著人民生活水平日益提高，人們追求風味多樣化已成為一種必然趨勢。香蔥油品質的優劣與其特征香氣組成及含量密切相關。因此，快速準確地分析檢測香蔥油的揮發性風味物質對于香蔥油品質控制和生產加工至關重要。目前，國內外對于香蔥的研究主要集中在新鮮香蔥揮發性物質分析及香蔥油提取工藝參數優化等方面。潘東麗[4]采用微波-低溫溶劑法提取新鮮香蔥中的呈香物質，進而確定了新鮮香蔥油制備的最佳條件。吳清梅[5]以新鮮香蔥為原料，采用大豆油浸提方式制備了香蔥調味油。Napatsorn Lawthienchai[6]基于不同溶劑萃取條件研究了干燥、新鮮和冷凍香蔥樣品中化學成分，并對其生物活性差異性進行了對比分析。然而，基于不同香蔥油產品進行關鍵揮發性風味物質解析鮮見報道。

本試驗以香蔥油為研究對象，采用頂空固相微萃取氣質聯用技術確定并分析香蔥油的揮發性成分。通過主成分分析法建立香蔥油樣本間揮發性物質相關性分析模型，結合聚類分析初步明確導致香蔥油風味差異的主要揮發性物質，旨在為香蔥油產品標準化生產提供理論參考依據。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

百味齋香蔥油S1：四川省成都市百味齋食品有限公司；蜀味坊香蔥油S2：綿陽市邦太食品有限責任公司；鄉韻磨王香蔥油S3：商丘市鄉味濃食品有限公司；鄉王香蔥油S4：成都鄉王食品有限公司；廚巍牌香蔥油S5：郫縣全能思鄉源食品釀造廠。

正構烷烴混合標準品（C7-C20）、1，2-二氯苯（色譜純）：美國Sigma-Aldrich公司。

5977A-7890B氣相色譜質譜聯用儀（gas chromatography-mass spectrometry ，GC-MS）：美國 Agilent公司；頂空固相微萃取（headspace solid phase microextraction，HS-SPME）手動進樣裝置、50/30 μm 二乙烯基苯/碳分子篩/聚二甲基硅氧烷（divinylbenzene/carboxen/polydimethylsiloxane，DVB/CAR/PDMS） 萃取頭：美國Supelco公司；HP-5毛細管柱（柱長30 m，內徑0.25 mm，膜厚 0.25 μm）：美國 Agilent公司。

1.2 方法

1.2.1 香蔥油揮發性物質頂空固相微萃取

分別稱取5 g香蔥油樣品加入15 mL頂空瓶中，并加入6 μL的1，2-二氯苯作為內標化合物，將老化好的50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取頭插入樣品頂空部分，于50℃下平衡吸附40 min，將吸附后的萃取纖維頭收回并迅速插入GC-MS進樣口中，于250℃熱解吸5 min，同時啟動儀器采集數據。

1.2.2 GC-MS分析條件

色譜條件：HP-5毛細管柱（30m×0.25mm，0.25μm）；進樣口溫度250℃；色譜柱采用程序升溫：起始柱溫60℃，以3℃/min升溫至80℃，保持3 min，以3℃/min升溫至100℃，保持3 min，以10℃/min升溫至150℃，保持3 min；再以10℃/min升溫至220℃，保持3 min。載氣為氦氣；流速1.2 mL/min。

質譜條件：離子源溫度230℃；EI電離源；電子能量70 eV；傳輸線溫度280℃；四極桿溫度150℃；接口溫度250℃；質量掃描范圍30u～450u，溶劑延遲3min。

定性定量方法：定性采用各分離組分與Wiley library和NIST library相匹配（僅報道匹配度大于800的鑒定結果），并與文獻資料相關化合物保留指數RI進行比對分析，按如下公式計算化合物RI：

式中：tRx為待測化合物x的調整保留時間，min；tRn為碳原子數為n的正構烷烴調整保留時間，min；tR(n+1)為碳原子數為n＋1的正構烷烴調整保留時間，min；n為碳原子數。

采用內標法定量，通過內標物的峰面積和香蔥油中各組分的峰面積比值，按如下公式計算各個組分的相對含量：

本次會議由中國腐植酸工業協會和山東省土壤肥料工作總站聯合主辦、山東農大肥業科技有限公司協辦。國務院國資委行業辦宋光蘭處長、山東省土壤肥料工作總站高瑞杰站長等嘉賓應邀出席，會議吸引了來自全國各地腐植酸同仁以及腐植酸肥料基層推廣代表500余人參加。

式中：Ci為待測組分 i的含量，mg/g；Ws為加入內標s的質量，mg；Ai和As分別為待測組分i和內標化合物s的峰面積；m為待測樣品的質量，g；fi′為待測組分i對內標s的相對質量校正因子；本試驗中各待測組分i的相對校正因子均為1。

1.3 數據處理

主成分分析（principal component analysis，PCA）和聚類分析 （hierarchical cluster analysis，HCA） 采用SPSS23.0軟件進行數據分析，采用Origin2016軟件繪圖，所有樣品均進行3次平行試驗。

2 結果與分析

2.1 香蔥油樣品GC-MS檢測分析

通過所確定的頂空固相微萃取條件結合氣質聯用儀檢測技術，對5種香蔥油樣本揮發性物質鑒定分析，所得結果詳見表1。

表1 香蔥油樣品中揮發性風味成分GC-MS分析結果Table 1 Analytical results of volatile flavor components in chive oil

共檢測出揮發性風味物質53種，主要包括醛類14種、酮類4種、萜烯類12種、硫醚類7種、醇類3種、酯類4種、烷烴類4種和5種雜環類化合物。5種香蔥油產品（S1、S2、S3、S4、S5）所含揮發性物質種類依次為 27種、31種、27種、33種、29種，其中S1和S3所含揮發性物質種類相對較少。香蔥油樣本揮發性成分含量對比如圖1所示。其中萜烯類含量（3.436 μg/mg～13.054 μg/mg）最高，其次為醛類（2.736 μg/mg～6.125 μg/mg）和硫醚類（0.803 μg/mg～8.871 μg/mg），酯類含量（0 μg/mg～0.146 μg/mg）最低。

圖1 香蔥油樣本揮發性成分含量對比Fig.1 Comparison of volatile components in chive oil samples

從圖1可以直觀地看出5種香蔥油產品萜烯類物質含量最高，包括α-蒎烯、α-水芹烯、檸檬烯和月桂烯等。相關研究表明香蔥中不含有這些萜烯類物質[7-8]，而在香蔥油中檢測到萜烯類物質，這與使用植物油如葵花籽油制作香蔥油有關。徐曄[9]以葵花籽油和香蔥為原料，在油煸蔥油中檢測到檸檬烯、α-水芹烯、月桂烯和松油烯。洪振童[10]的研究表明萜烯類物質是葵花籽油的主要揮發性物質。松香是α-蒎烯的主要香氣特征，蒎烯類物質不穩定，很容易異構化轉化成莰烯、月桂烯等物質[11-12]。α-水芹烯具有辛香香氣，檸檬烯能夠提供令人愉悅的檸檬香氣。

檢出的醛類物質包括：糠醛、庚醛、5-甲基呋喃醛、乙醛、2-己烯醛、2，4-癸二烯醛和檸檬醛等。醛類物質是蔥屬植物中一類重要的揮發性成分，部分飽和直鏈醛如庚醛會產生不愉快的辛辣、刺激性氣味[13]。（E）-2-庚烯醛和乙醛是蔥白中特有的含量較高的物質[14]，具有青味和堅果味。王俊魁[15]在沙蔥中檢測到了2-己烯醛，2-己烯醛又名青葉醛，呈水果香和綠葉清香氣，在甜櫻桃中有發現。僅在S2中檢測出0.029μg/mg 2-己烯醛，這可能與香蔥油加工過程加入少量沙蔥有關。2，4-癸二烯醛在S4中含量達2.532 μg/mg，它是由葵花籽油中的亞油酸氧化斷裂生成[16]。陳潔等[17]的研究表明醛類物質也是葵花籽油的重要組成物質。植物油中的大多數C5-C9的醛呈現出脂肪味和青草味[18]。酮類物質主要是由于葵花籽油中的不飽和脂肪酸氧化裂解形成[19]。

檢測到的醇類物質包括：香葉醇、桉樹醇和芳樟醇。香葉醇和桉樹醇來源于葵花籽油中不飽和脂肪酸的降解，其是酯類物質生成的前體物質[22]。不飽和醇閾值低，對風味形成有重要貢獻[23]。徐曄[9]在油煸蔥油中未檢測到芳樟醇。孫豐義等[24]在炸花椒油中檢測到芳樟醇，且不飽和醇芳樟醇是炸花椒油中含量最高的醇類化合物，其具有玫瑰的花香和辛香氣息。在蔥油樣本S2和S4中檢測出芳樟醇，可能是因為在加工過程中或者后期引入香精風味優化劑所致。

酯類物質來源于原料本身或者由原料固有的醇和酸反應生成，大多具有芳香氣味[25]。烴類物質一般閾值比較高，風味貢獻小，其主要由烷基自由基氧化、類胡蘿卜素等分解作用形成[26]。檢出的雜環類化合物有2-乙酰基吡咯、2-乙酰基呋喃、3，4-二甲基噻吩等。2-乙酰基吡咯和2-乙酰基呋喃是由香蔥中氨基酸熱解和硫胺素降解生成，其閾值一般較低，可提供硫樣香氣[27]。3，4-二甲基噻吩在香蔥植物體內存在[8]。

2.2 香蔥油樣本揮發性成分聚類分析

為了明確導致香蔥油樣本存在差異的風味物質種類，對5種香蔥油樣品各類揮發性物質進行了聚類分析，結果見圖2。

圖2 香蔥油樣本揮發性成分聚類分析Fig.2 Cluster pedigree diagram of volatiles of chive oil

由圖2可知，通過聚類分析可以較好地將5種蔥油產品區分開。歐氏距離的大小可表征樣本的相似程度，相似度越大的樣本即歐氏距離越小可歸為一類[28]。當類間距離為9時，蔥油樣本共聚為兩大類，S4為一類，S1、S2、S3和S5可歸為一類，表明這4組樣本相似度較高，其中S1和S3在類間距離為1時聚為一類。當類間距離為25時所有蔥油樣本可歸為一類。由此表明，可通過HCA分析將不同蔥油產品的揮發性成分明顯區分。

結合表1發現，2，4-庚二烯醛（2.532 μg/mg）、月桂烯（4.813 μg/mg）和二丙基二硫醚（7.077 μg/mg）在S4中含量明顯高于其他4組樣本，將蔥油樣本分為2組，這與HCA中樣本聚類較為一致。據此可推斷出2，4-庚二烯醛、月桂烯和二丙基二硫醚對香蔥油特征風味的形成貢獻較為突出。糠醛（1.452、1.345、1.263、1.379 μg/mg）、5-甲 基呋 喃 醛（0.243、0.214、0.286、0.287 μg/mg）和桉樹醇（0.770、0.580、0.476、0.368 μg/mg）在S1、S2、S3和S5中含量接近，和S4建立差異，這些香氣物質提高了4個樣本間的相似度，使樣本在最短距離內歸為一類。

2.3 香蔥油樣本主成分分析

以香蔥油樣本中各個物質的含量為數據源進行主成分（PCA）分析，結果如圖3所示。

圖3 香蔥油樣本的PCA得分圖Fig.3 The PCA scores graph of chive oil samples

PCA分析中兩個主成分的累計方差貢獻率為84.738%，能夠較好地反應樣本所攜帶的大部分信息。其中PC1=69.817%，PC2=14.921%。由圖3可以看出，香蔥油樣本聚集在PCA得分圖右側較小范圍內，表明5種香蔥油樣本整體存在相似性，不同的香蔥油樣本分布在PCA得分圖的不同區域，其中S1、S2、S3、S5距離較近，表明這4個樣本相似度較高。S4距離S1、S2、S3和S5較遠，表明樣本S4物質組成和含量較其他樣本差異明顯。這一結果與聚類分析結果一致。

3 結論

基于頂空固相微萃取氣質聯用技術對香蔥油的揮發性成分進行鑒定分析，共檢測出揮發性風味物質53種，包括醛類14種、酮類4種、萜烯類12種、硫醚類7種、醇類3種、酯類4種、烷烴類4種和5種雜環類化合物等。萜烯類含量最高，其次為醛類和硫醚類，酯類含量最低。聚類分析將香蔥油樣本分為兩類，2，4-庚二烯醛、糠醛、5-甲基呋喃醛、月桂烯、二丙基二硫醚和桉樹醇是導致香蔥油風味差異的主要物質。這些揮發性物質對香蔥油整體香氣的構建起重要作用。主成分分析建立了香蔥油樣本的相關性模型，對聚類分析結果進行了有效驗證。本研究為香蔥油標準化生產提供理論參考依據。