GC-MS 技術在植物揮發(fā)油檢測分析中的應用研究進展

謝 景，何金明

（韶關學院 英東生物與農業(yè)學院，廣東 韶關 512005）

芳香植物是具有香氣并可供提取揮發(fā)油的一類植物的總稱，含栽培植物及野生植物，并兼有香料植物、藥用植物、觀賞等多種屬性.揮發(fā)油，也稱芳香油或精油，是存在于芳香植物中的一類具有芳香氣味的可以隨水蒸氣蒸餾而出又不溶于水的油狀成分的總稱，是做日用化工、制藥的原材料［1］.揮發(fā)油組分差異很大而且相當復雜，以單萜、倍半萜及它們的含氧化合物為主，這給揮發(fā)油組分的檢測研究帶來一定的難度.

早期揮發(fā)油的研究者對其組分的研究只是使用分餾和化學反應制備衍生物等方法；1906 年Tswett推出色層技術，揮發(fā)油的組分經柱層、紙層、薄層等色層技術達到分離和純化的目的，并使一部分組分得到確定；1952 年James 和Maritn 將氣相層析技術公布于世后，這一技術便迅速應用于揮發(fā)油組分分析上［2］.1957 年Holmes J C 和Morrell F A 首先將氣相色譜與質譜進行聯用成功后，氣-質聯用（ GC-MS） 便成為了分析揮發(fā)油組分的重要手段［3］.

1 GC-MS 簡介及應用

氣相色譜（GC）是一種利用色譜柱的分離分析方法，被測樣品通過色譜柱的氣體流動相，并利用吸附劑吸附能力的差異將組分分離，再由檢測器檢測出組分的技術，因氣相中流動快，該方法便具有高速和高效性.質譜（MS） 是一種測量樣品的離子荷質比（電荷-質量比）的分析方法，可分析元素及同位素等成分.質譜法工作原理是被測樣品的組分在離子源中離子化為不同荷質比的帶正電荷的離子，在加速電場/磁場作用下，形成離子束，進入質量分析器.在質量分析器中利用相反的速度色散得到質譜圖，并得以確定其質量［4］.

氣相色譜-質譜聯用分析法，顧名思義是將兩種儀器通過共有的接口相連接，組合成一個分析儀器，能對被測樣品的組分實現定性定量分析.

近年來，國內對氣相色譜-質譜聯用儀（GC-MS）的應用研究比較廣泛，在中醫(yī)藥［5-6］、水質［7］、農藥殘留［8］、肉制品、果蔬等食品風味［9-11］、石油化工［12］等領域的檢測均有應用，GC-MS 對部分植物揮發(fā)油的檢測分析也頻有報道，然而這方面的綜合報道相對較少，本文重點對GC-MS 在植物揮發(fā)油檢測分析中的應用進行綜述，以期為將來更加深入地研究和開發(fā)植物揮發(fā)油提供參考.

2 GC-MS 在植物揮發(fā)油檢測分析中的應用

2.1 GC-MS 在植物揮發(fā)油檢測的基本應用

GC-MS 在植物揮發(fā)油檢測的基本應用主要是將提取的揮發(fā)油經GC-MS 分析后，所得譜圖經譜庫檢索結合手工檢索，并查閱有關資料進行揮發(fā)油組分定性，再采用峰面積歸一化法對揮發(fā)油組分定量.如，張占旺等率先采用GC-MS 技術和質譜解析研究揮發(fā)油中活性萜類異構體，從花椒揮發(fā)油中分離出28 種組分，其中5 種屬于同種植物揮發(fā)油的首次報道［13］.利用此技術對北京妙峰山玫瑰［14］、6 種木蘭科植物［15］及亮葉含笑［16］的揮發(fā)油組分進行檢測，分別鑒定出75、44 和52 種化合物.

2.2 GC-MS 結合不同提取方法在植物揮發(fā)油檢測的應用

植物揮發(fā)油主要有水蒸氣蒸餾、萃取、微波和吸附技術等提取技術［17］，由于揮發(fā)油是由幾十種到幾百種組分組成的混合物且各組分的沸點不同，導致揮發(fā)油的香氣具有不穩(wěn)定性，因此需要根據植物的組織狀況和所含揮發(fā)油組分的性質來選用不同的提取方法［1］.隨著時代發(fā)展，提取技術也不斷得到改進與推新，近年來，將提取與分離分析儀器聯用的技術也得到了進一步的發(fā)展，筆者總結了近年來GC-MS 與提取結合的技術在植物揮發(fā)油檢測中的應用研究，如固相微萃取法、同時蒸餾萃取法以及超臨界CO2萃取法.除此之外，GC-MS 還與微波輔助提取、無溶劑微波提取以及亞臨界萃取等技術結合應用在植物揮發(fā)油檢測領域.

2.2.1 GC-MS 與固相微萃取法結合

固相微萃取（SPME）是一項在抽提氣體樣品時，用涂有固定相的熔融石英纖維來吸附、富集，然后再解析的技術.SPME 是把有吸附作用的纖維頭暴露在氣體樣品中或是浸入液體樣品中來萃取吸附，再將纖維頭插入氣相進樣裝置的氣化室，將吸附的樣品組分解析下來，再經氣相色譜分析［18］.

李明明等通過固相微萃取-氣質聯用 SPME-GC-MS）對小茴香莖、籽揮發(fā)油組分進行分析，結果表明，小茴香莖和籽的主要組分基本一致，均以反式茴香腦和檸檬烯為主；兩者的次要組分差異較大［19］.陳瑋玲等采用這種相結合的方法對兩個產地的青錢柳葉揮發(fā)性成分進行研究，結果共鑒定出 91 種揮發(fā)性成分，其中兩者共有揮發(fā)性成分45 種［20］.

固相微萃取有直接固相微萃取（DI-SPME）和頂空固相微萃取（HS-SPME）兩種方式，其中，直接將萃取頭浸入樣品溶液的是DI-SPME，而將萃取頭插入密閉樣品瓶頂空的是HS-SPME.HS-SPME 能分析氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)樣品中的揮發(fā)性組分，應用更廣［21］.近幾年HS-SPME-GC-MS 技術在薄荷艾葉［22］、肉桂［23-24］、臍橙［25］等植物揮發(fā)油檢測中均有應用.

2.2.2 GC-MS 與同時蒸餾萃取法結合

同時蒸餾萃取法（SDE）是將有機溶劑和樣品液相同時加熱至沸騰，萃取、蒸餾也同時進行，揮發(fā)性組分被蒸餾出來后就在螺旋形冷凝管中和萃取劑發(fā)生作用，再依據比重差異而分離，最后回收萃取液.SDE法的優(yōu)點是溶劑使用量少，效率高，廣泛應用于香氣組分研究.

薛山比較了水蒸氣蒸餾法（SD）、超聲波輔助有機溶劑萃取法（UASE） 以及同時蒸餾萃取法（SDE） 從紫蘇葉子中提取揮發(fā)油的提取率，結果表明，SDE 法提取率最高（8.21 mg/g），UASE 次之（2.85 mg/g），而SD（2.37 mg/g）最低；經GC-MS 分析，3 種方法總共得到了75 種紫蘇葉揮發(fā)油（SD、UASE 以及SDE 法分別得到了46、26、27 種紫蘇葉揮發(fā)油組分）［26］.任洪濤等分別采取水蒸氣蒸餾和同時蒸餾萃取法對香葉天竺葵揮發(fā)油和純露的組分進行提取，經GC-MS 分析，香葉天竺葵揮發(fā)油中鑒定出71 種化合物，香葉天竺葵純露中鑒定出39 種化合物，其中香葉天竺葵純露中的揮發(fā)性組分大多存在于香葉天竺葵揮發(fā)油中［27］.在姜［28］、茴香［29］、荔枝［30］等植物揮發(fā)油的檢測中均應用了SDE-GC-MS 技術.

2.2.3 GC-MS 與超臨界CO2萃取法結合

超臨界CO2萃取法（SFE-CO2）是通過給CO2加壓到變成臨界點液態(tài)，揮發(fā)性組分溶解到充當溶劑的液化CO2中，而后，CO2蒸發(fā)回氣態(tài)，剩下得到的即為揮發(fā)油. SFE-CO2法相比于溶劑萃取的優(yōu)點在于不會有任何溶劑殘留且能較好地保護揮發(fā)油中熱敏性物質和易氧化的組分.易海燕等［31］、王兆玉等［32］均用SFE-CO2和SD 分別對比了木香和羅勒的揮發(fā)油組分，得出相識結論，即兩種提取方法獲得的揮發(fā)油組分種類數量比較接近，但兩者共有成分少，王兆玉分析了造成這種差異的可能原因是SD 法提取物部分組分發(fā)生氧化或者分解.賈智若等［33］、王文娟等［34］分別在杜仲葉和枸骨葉中比較了兩種提取方法的差異，得到與上述研究不同的結論，即兩種提取方法在這兩種植物揮發(fā)油的組分與含量差別較大，這可能與不同植物造成的差異有關.

SFE-CO2在結合GC-MS 技術檢測植物揮發(fā)油上有也大量的研究，有學者采用SFE-CO2法來提取紫蘇葉［35］、蜜柚［36］、迷迭香［37］、陰香葉［38］、羅勒子［39］等揮發(fā)油，他們都對提取工藝參數進行了不斷的優(yōu)化，結合GC-MS 技術檢測，得到良好的提取率和提取效果.其中，金建忠利用SFE-CO2法從紫蘇葉揮發(fā)油中鑒定出SD 法未檢出的β-谷甾醇、細辛腦、洋芹醚等組分.

2.3 GC-MS 結合不同技術在植物揮發(fā)油定性定量分析中的應用

2.3.1 GC-MS 結合保留指數

保留指數（Retention index，RI），別稱科瓦茨指數 （Kovats index，KI），表示物質在固定液上的保留值行為，可作為氣相色譜的定性指標；保留指數與GC-MS 的譜庫檢索相結合，能解決同分異構體及同系物質譜極相似的問題，是一種便捷、高效、準確的定性分析方法［40］.近幾年來，GC-MS 結合保留指數對植物揮發(fā)油進行定性分析也有不少報道.

為提高定性分析的準確性，李源棟等利用GC-MS 質譜庫檢索，再輔助保留指數比對，共分析并確定出橙葉油中的56 種組分，占橙葉油揮發(fā)性組分的97.471%［41］.曾瓊瑤等用同樣的方法在胡蘿卜籽揮發(fā)油上鑒定了58 種組分，占揮發(fā)油總量90.30%；在湖南芹菜籽揮發(fā)油中鑒定出49 種組分，占揮發(fā)油總量的83.83 %［42-43］.

宋建紅等采用氣相色譜-飛行時間質譜法進行化合物鑒定分析，通過質譜庫檢索，結合保留指數比對，從錫蘭肉桂皮油和中國肉桂皮油中分別鑒定出54 和56 個香味組分［44］.

2.3.2 GC-MS 結合電子鼻

電子鼻又稱氣味掃描儀，是近十幾年來發(fā)展起來的，采用氣體傳感器陣列的響應圖案來識別氣味，模擬人嗅覺感官的一種氣味指紋檢測分析裝置［45］.

GC-MS 能對被測揮發(fā)油組分實現定性定量分析，而電子鼻能通過氣體傳感器感知和識別氣味，實現被測揮發(fā)油的整體香氣特征的檢測，兩者相結合使用，可以更全面地評價揮發(fā)油香氣；任漢書等采用電子鼻（ FOX4000）與氣質聯用（GC-MS）對蒸制前后的牛蒡進行揮發(fā)性組分分析，結果表明電子鼻可以準確區(qū)分這兩種樣品香氣間的差異，再通過GC-MS 從生鮮和蒸制牛蒡中分別檢測出22 和25 種揮發(fā)性組分可明確引起這種差異的具體原因［46］.周圍等利用電子鼻和GC-MS 綜合評價3 種品種的玫瑰花香氣，利用主成分分析，將3 種品種的玫瑰花明顯區(qū)分開；而GC-MS 在3 種品種的玫瑰花中共鑒定出26 種香氣組分，還鑒定出不同品種的香氣組分及含量上的差異［47］.

田維芬等運用電子鼻和頂空固相微萃取-氣質聯用儀對不同品牌的橄欖油揮發(fā)性物質進行檢測和分析，結果表明電子鼻能靈敏地檢測到不同品牌橄欖油氣味的差異性；GC-MS 在不同品牌的橄欖油中檢測出76 種揮發(fā)性物質［48］.

3 GC-MS 在植物揮發(fā)油測定分析中應用的發(fā)展方向

在植物揮發(fā)油檢測中，采用GC-MS 技術對揮發(fā)油組分進行分析研究是一種相當有效的辦法，但在實際研究中仍有些地方需要改進.隨著植物揮發(fā)油的食用性、營養(yǎng)保健性及抗菌性被日益深入地研究，以及人們對健康生活需求的不斷提高，對GC-MS 技術的要求也將越來越高，要求GC-MS 技術朝著微型化、便攜式、高分辨率、高靈敏度和高穩(wěn)定性方向發(fā)展.同時，今后GC-MS 新技術和其他分析技術的結合，也將對植物揮發(fā)油的研究起著巨大的推動作用.