氣相色譜-質譜法測定生姜中的揮發性物質

楊琴，張國棟

(江西農業工程職業學院，江西 宜春 331200)

姜(ZingiberofficinaleRoscoe)是姜科姜屬多年生草本植物，在我國分布廣泛，主要集中在我國中部、東南部至西南部，是一種重要的調味品和中藥材[1]。姜的食用價值較高，富含蛋白質、多糖、維生素和多種微量元素，中醫學認為姜味辛，具有祛寒、祛濕、暖胃、加速血液循環等多種功效[2]。現代研究表明姜的健胃、抗潰瘍、肝損傷保護作用及強心、抗氧化、消炎、抑制血栓形成、中樞抑制等功能與其含有的揮發性成分密切相關[3]，因此生姜中揮發性物質的差異決定了其品質的差異。氣相色譜-質譜(GC-MS)聯用技術是一種簡便、快速測定揮發性成分的方法，其樣品制備簡單，分析時間小于20 min[4-6]。本文采用氣相色譜-質譜(GC-MS)聯用技術對生姜中的揮發性成分進行了分析，探究了SPME的樣品平衡時間、萃取溫度和萃取時間對生姜中總揮發性成分的影響，并利用NIST譜庫檢索和面積歸一化法對揮發性物質進行定性和定量，來探究生姜中揮發性物質的種類和含量，為其開發和研究提供了基礎性實驗依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮生姜：購于廣西省南寧市農貿市場。

Finnigan Voyager型GC-MS儀 美國Thermo Scientific公司；SPME萃取裝置和涂有聚二甲基硅氧烷(PDMS,100 μm)的聚丙烯酸酯(PA，85 μm)萃取頭 美國Supelco公司；DSHZ-300多用途水浴恒溫振蕩器 江蘇太倉市實驗設備廠。

1.2 實驗方法

1.2.1 生姜樣品處理

取4.0 g新鮮生姜樣品在20 ℃下磨碎，然后立即轉移到頂空小瓶中，立即用硅酮隔膜密封頂空小瓶，并在-10 ℃下保存，直至使用[7]。

1.2.2 頂空固相微萃取生姜揮發性成分

選擇涂有100 μm的聚二甲基硅氧烷纖維頭萃取生姜的揮發性成分，在60 ℃水浴振蕩器中振蕩45 min，將固相微萃取纖維頭穿過密封塞插入頂空瓶中，推出萃取頭頂空萃取 45 min(萃取頭距樣品表層約1 cm)，之后將固相微萃取裝置迅速插入氣相進樣口中，在 250 ℃下解吸3 min，用氣相色譜-質譜聯用儀進行檢測[8，9]。

1.2.3 GC-MS分析條件

1.2.3.1 色譜條件

HP-INNOWax-10毛細管柱(30 m×0.25 mm，膜厚度0.25 μm)，載氣為氦氣，流速1.0 mL/min，進樣分流比15∶1，初始柱溫50 ℃(保持 2 min)，以10 ℃/min的速率升溫至250 ℃，保持5 min。

1.2.3.2 質譜條件

采用電子轟擊離子源(EI)，全掃描模式采集，電子能量70 eV，掃描范圍為40～450 amu，固相微萃取的解吸時間為 5 min，溫度為250 ℃，溶劑延遲時間為 4 min[10]。

1.3 數據處理

樣品中未知揮發性成分的定性由計算機檢索與NIST標準質譜庫和WEILY標準質譜庫匹配求得，揮發性成分的定量分析采用峰面積歸一化法求得[11]。

2 結果與分析

2.1 萃取溫度

本實驗以購置的新鮮生姜為研究對象，分別在30，35，40，45，50，55，60，65 ℃條件下進行頂空固相微萃取，萃取時間為60 min，對生姜揮發性成分進行萃取，探究萃取溫度對生姜總揮發性成分的影響，以確定最佳的萃取溫度，結果見圖1。

由圖1可知，在30～65 ℃的溫度范圍內，隨著萃取溫度的不斷升高，生姜中萃取出的總揮發性成分的含量先不斷增加后逐漸穩定。當萃取溫度為60 ℃時，生姜中萃取出的總揮發性成分達到最高值，增加萃取溫度至65 ℃，生姜中總揮發性成分基本不變，且為了避免在過高溫度下生姜中有效成分的分解，本文僅選擇在65 ℃以下的溫度下對生姜中的揮發性成分進行萃取。這與Pawliszyn等的研究結果相一致，在處理固體樣品時，適當提高溫度，可以提高揮發性化合物的回收率[12]。因此，選擇60 ℃為本實驗的最佳萃取溫度。

圖1 萃取溫度對生姜中揮發性成分的影響Fig.1 The effect of extraction temperature on the volatile compounds in ginger

2.2 萃取時間

在萃取溫度為60 ℃的條件下，研究頂空固相微萃取時間25，30，35，40，45，50，55 min對生姜中總揮發性成分的影響，結果見圖2。

圖2 萃取時間對生姜中揮發性成分的影響Fig.2 The effect of extraction time on the volatile compounds in ginger

由圖2可知，在25～45 min的時間范圍內，隨著萃取時間的不斷延長，萃取出的生姜中的總揮發性成分的含量不斷提高。在萃取時間為45 min時生姜中揮發性成分的萃取達到了吸收平衡，此時萃取出的總揮發性成分的含量基本達到最高值。隨著萃取時間的不斷延長，在45～55 min的時間范圍內，萃取出的生姜中的總揮發性成分的含量基本不變。因此，選擇萃取時間為45 min作為最佳萃取時間。

2.3 樣品平衡時間

保持其他條件不變，改變樣品的平衡時間從1.5 min延長至4.5 min，探究平衡時間對生姜中總揮發性成分的影響，結果見圖3。

圖3 平衡時間對生姜中揮發性成分的影響Fig.3 The effect of equilibrium time on the volatile compounds in ginger

由圖3可知，萃取出的生姜總揮發性成分的含量隨著平衡時間的延長而增加，當樣品的平衡時間達到3 min時，樣品的總峰面積基本不變，說明3 min樣品已經達到了動態的平衡[13]，因此選擇3 min為樣品的平衡時間。

2.4 生姜中的揮發性成分分析

采用SPME在60 ℃條件下萃取45 min，來充分提取生姜中的揮發性成分，然后用GC-MS對250 ℃解吸3 min后的揮發性化合物進行分析，其總離子色譜圖見圖4，利用NIST對各色譜峰進行譜庫檢索及人工解析質譜圖定性，以面積歸一化法測定其相對含量，結果見表1。

圖4 GC-MS法測定生姜揮發性成分的總離子色譜圖Fig.4 Total ion chromatogram of the volatile compounds in ginger by GC-MS

表1 HS-SPME 法測得的生姜中的揮發性成分Table 1 Identification of volatile compounds in ginger by HS-SPME

續 表

續 表

由表1可知，通過 GC-MS法測定生姜揮發性成分的總離子色譜圖中，可以解析出33種揮發性成分。33種揮發性成分的總峰面積占總色譜面積的98.04%。由表1可知，生姜的主要揮發性成分有姜烯、芳樟醇、樟腦萜、α-紅沒藥醇、α-姜黃烯、倍半水芹烯、橙花醛等，另外還含有低濃度的萜類、酯類和酮類，這與牟志春等的研究結果相一致[14]。這類生姜中揮發性成分對治療感冒、霍亂和麻痹癥有很好的效果[15]。

3 結論

本實驗采用GC-MS聯用技術對生姜中的揮發性成分進行分析，探究了 SPME的樣品平衡時間、萃取溫度和萃取時間對生姜中總揮發性成分的影響，并利用NIST譜庫檢索和面積歸一化法對萃取的生姜揮發性物質進行定性和定量，來分析生姜中揮發性物質的種類和含量。結果發現：在萃取溫度60 ℃、萃取時間45 min、平衡時間3 min的條件下萃取的生姜中的揮發性成分含量最高。此時生姜中的揮發性物質種類有33種，占總色譜面積的98.04%，主要為姜烯、芳樟醇、樟腦萜、α-紅沒藥醇、α-姜黃烯、倍半水芹烯、橙花醛等。