利用HS-SPME聯動GC-MS對仙人掌果揮發性香氣成分分析①

陳愷嘉 陳金明 石燦煥

(廣州聯豐香料科技有限公司 廣東廣州510663)

仙人掌果（Opuntia ficus-indica）為仙人掌屬（Opuntia）植物的果實［1］，原產地為南美洲，在我國海南等沿海亞熱帶地區也有部分種植，其果皮毛刺多，果肉可食用，肉色多為紅色或紫色，酸甜可口［2］。據記載，仙人掌果可祛濕退熱、行氣活血，有清熱解毒、健胃止痛、鎮咳的功效［3］。研究表明，仙人掌果屬于高蛋白、低脂肪、低糖、高膳食纖維水果，含有豐富的維生素、礦物元素和黃酮類化合物。仙人掌果還可改善血管脆性、有效降低血脂和膽固醇，可用于預防冠心病、心絞痛、支氣管哮喘等疾病［4］。目前對于仙人掌果的研究主要集中對其中多糖［5］、色素［6］、黃酮類［7］等成分的提取研究上，也有對仙人掌果開發產品應用方面的報道研究，如利用鮮仙人掌果制作仙人掌果果醋［8］、單獨利用仙人掌果制作仙人掌果果酒［9］、功能性仙人掌果果汁乳飲料［10］或配合黑枸杞研制仙人掌果黑枸杞復合果酒飲料［11］等。而對于仙人掌果的香氣成分構成，卻鮮見報道。

頂空-固相微萃取技術（head space-solid phase microextraction， HS-SPME），是近年來使用廣泛的一種前處理方法，具有用樣少、操作簡便、成本低廉、無有機溶劑污染風險的特點，是一個集萃取、濃縮、進樣于一身的樣品前處理技術［12］。HSSPME聯動GC-MS檢測技術，是一個鑒定揮發性成分的有力工具，食品風味組分分析的有效手段［13］。據報道，Pontes等［14］采用頂空固相微萃取—氣相色譜—四級質譜聯用技術從西番蓮果中提取出71種風味組分。趙峰等［15］用HS-SPME與GC-MS聯用在紅富士蘋果中檢測出55種芳香成分。韓素芳等［16］建立采用固相微萃取-氣相色譜-質譜聯用測定楊梅香氣組分的實驗方法。HS-SPME聯動GC-MS逐漸成為分析食品風味組分最有發展前景技術之一［17］。

本試驗將采用HS-SPME聯動GC-MS檢測方法對仙人掌果進行香氣提取分析，為仙人掌果的深加工和利用提供基礎。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 試材

仙人掌果購自海南三亞益優果果園；氯化鈉：分析純，廣州化學試劑廠。

1.1.2 設備

手動SPME進樣器（Supelco，美國），75 μm CAR/PDMS萃取頭（Supelco，美國），15 mL SPME專用樣品采集瓶（Supelco，美國），安捷倫氣相色譜（7890A）-質譜聯用儀（5975C）（Agilent，美國），恒溫磁力加熱攪拌器（上海科升ZNCL-DLS，中國），電子天平（A&D公司，日本），移液槍（Eppendorf，德國）。

1.2 方法

1.2.1 萃取頭活化

將萃取頭插入進樣溫度設定為250℃的氣質聯用儀進樣口中進行活化，目的是對可能殘留在萃取頭中的物質盡可能除去，避免干擾之后試驗效果，活化時間為30 min。

1.2.2 樣品頂空吸附

取仙人掌果鮮果去皮取肉，切碎打漿，取8.0mL樣品和2 g氯化鈉置于15 mL采集瓶中，于30℃的恒溫磁力攪拌器內水浴平衡15 min，將老化好的萃取頭通過帶孔隔墊插入采集瓶，推出纖維頭，30℃條件下頂空吸附45 min后取出，立即插入氣質聯用儀進樣口，于250℃下解吸3 min后進行色譜分析。

1.2.3 儀器工作條件

（1）色譜條件：Agilent 19091S-433毛細管色譜柱（30 m×250 μm×0.25 μm）；進樣口溫度250℃，載氣為高純氦氣（純度＞99.999%），流速為0.8 mL/min，恒壓31.1 kPa；升溫程序：初始溫度50℃，保持3 min，以3℃/min升溫至180℃，保持2 min，最后以5℃/min升溫至250℃，保持18 min。不分流進樣［18］。

（2）質譜條件：電離方式EI，采集模式為全掃描，質量掃描范圍50.00～550 amu，溶劑延遲0.00 min，EMV模式為增益模式，增益系數1.00，MS離子源溫度230℃，四級桿溫度150℃［18］。

1.2.4 數據分析

將采集到的質譜圖與NIST 08標準譜庫對照，結合相關文獻［19-20］進行人工譜圖解析，對樣品進行定性分析；采用峰面積歸一化法計算各化學成分的相對含量。

2 結果與分析

按照試驗方法提取并分析樣品，確定了仙人掌果肉中24種揮發性化合物。表1為利用峰面積歸一法所測得的各化合物在總揮發性化合物成分中的相對含量：

通過SPME-GC-MS鑒定仙人掌果果肉中的揮發性化合物，得出仙人掌果果肉的揮發性化合物共24種，包括6種酯類化合物，5種醇類化合物，5種烯烴類化合物，4種醛類化合物，2種醚類化合物，1種酮類化合物和1種雜環類化合物。其中酯類化合物的相對含量為16.922%，醇類化合物的相對含量為18.929%，烯烴類化合物的相對含量為4.634%，醛類化合物的相對含量為49.378%，醚類化合物的相對含量為1.721%，酮類化合物和雜環類化合物的相對含量分別為7.280%和1.136%。由此看出，仙人掌果的揮發性香氣物質主要類別為醛類、醇類和酯類化合物。

仙人掌果中相對含量高于5%的揮發性香氣化合物成分有6種，分別為正己醛（32.301%）、反-2-己烯醛（葉醛）（15.028%）、正辛醇（10.056%）、乙酸異戊酯（9.251%）、α-鳶尾酮（7.280%）、順-3-己烯醇（葉醇）（5.709%），共占揮發性香氣物質總量的79.625%。占揮發性香氣物質總量在1%～5%的香氣成分有10種，2-甲基丁基乙酸酯（2.281%）、乙酸葉醇酯（1.727%）、己酯（1.695%）、順-2-乙酸己酯（1.558%）、β-蒎 烯（1.541%）、 乙 酸 己 酯（1.528%）、 苯 甲 醛（1.198%）、 2-戊 基 呋 喃（1.136%）、二苯醚（1.037%）、苧烯（1.019%），共占揮發性香氣物質總量的14.72%。

在鑒定出的醛類揮發物里，正己醛在低濃度時有水果樣的特有香氣和味道；反-2-己烯醛，又稱葉醛，具有靑香、醛香和果香；反-2-庚烯醛具有果香和油脂香，也帶青香氣息；苯甲醛具有特殊的氣味，類似苦杏仁的芳香氣息。

酯類則多以乙酸酯為主，乙酸異戊酯具有強烈的水果香氣，并帶有梨的酸甜味道；乙酸己酯同樣具有類似梨的酸甜風味；乙酸葉醇酯，具有令人愉快的水果氣味、新鮮葉子的靑香及蘋果香韻；乙酸芐酯，在稀釋到40 mg/kg時具有香甜水果氣息，是一種在食品和化妝品工業中被廣泛應用的合成香料。

醇類化合物中以辛醇占比的相對含量最高，辛醇具有甜且稍帶藥草味的香氣；正己醇則具有水果香氣及芬芳風味；順-3-己烯醇，又稱葉醇，具有青香、藥草香和綠葉香氣；芳樟醇是典型的花香香氣，且沒有萜烯和樟腦的氣味，加上工業合成出的芳樟醇比天然芳樟醇香氣更為純凈和清鮮，是香水、香精配方中使用頻率最高的香料。

除了3個相對含量占比大的類別外，其余類別中的揮發性香氣物質亦有具特色的香氣物質，如：β-蒎烯特有松節油香氣、干的木香或樹脂芳香；苧烯具有令人愉快的檸檬樣香氣、無樟腦和松脂類氣味；對-傘花烴具強烈的、特有的、胡蘿卜樣氣味，當其陳化后氣味則漸變模糊；二苯醚具有香葉、天竺葵樣香氣；2-戊基呋喃具有豆香、果香、泥土、青香及類似蔬菜的香韻；α-鳶尾酮特有鳶尾樣和紫羅蘭樣香氣［20-24］。

香氣值是香氣組分含量與其香氣閾值的比值，樣品中香氣值大于1的香氣組分，我們視其為該樣品的特征香氣成分［25］。通過文獻［26］查找揮發性物質的香氣閾值，結合表1計算得出對應揮發性香氣物質的香氣值，從而確定仙人掌果的特征香氣成分。將香氣值大于1的仙人掌果揮發性香氣物質提取配以對應的香氣描述歸納成表2。

從表2可獲悉，仙人掌果的特征香氣成分物質有7種，其中帶有靑香、葉香成分有4種，帶果香的2種，還有一種香氣成分描述未能找出。其中帶靑香的4種香氣成分中，辛醇較為特殊，因為它的靑香中帶有油潤的感覺，是其余3種成分中所沒有的。特征香氣成分中呈靑香的香氣成分數量上多于果香，意味著仙人掌果的香氣呈現是以靑香為主，果香為輔的香氣特征，這也與我們試驗前的感官香氣評估結論相一致。

表2 仙人掌果中部分揮發性香氣物質的香氣值

3 討論與結論

本試驗利用了HS-SPME-GC-MS檢測高效準確的特點，對仙人掌果的揮發性香氣成分進行檢測鑒定，共檢測出有效香氣成分24種，相對含量占比高于5%的揮發性香氣成分分別為正己醛（32.301%）、反-2-己烯醛（15.028%）、正辛醇（10.056%）、乙酸異戊酯（9.251%）、α-鳶尾酮（7.280%）、順-3-己烯醇（5.709%），共占揮發性香氣物質總量的79.625%，主要為醛類、醇類和部分酮類和萜烯類化合物質。通過成分可量化香氣值比較，確認7種主要香氣貢獻成分，分別為己醛，乙酸異戊酯，反-2-已烯醛，2-戊基呋喃，2-甲基丁基乙酸酯，乙酸葉醇酯和辛醇，確認仙人掌果以靑香為主，果香為輔的香氣特征，符合試驗前仙人掌果的感官特征風味。

在當前仙人掌果研究報道主要集中對其功能物，如多糖、色素、黃酮類的提取；少量對仙人掌果果品的應用開發，如果酒、果汁乳飲料，而缺乏深入剖析仙人掌果自身香氣特性的研究背景下，本文利用HS-SPME-GC-MS針對性開展對仙人掌果揮發性香氣成分的研究，為仙人掌的工業食品開發和利用提供基礎數據支撐。