HS-SPME-GC-MS分析五種姜科香辛料的揮發性成分

劉金敏，江漢美，田宇

(湖北中醫藥大學 湖北省藥用植物研發中心，武漢 430065)

姜科[1]屬多年生草本單子葉植物姜目，科內有約1500個種，主要代表植物有姜、砂仁、姜黃、高良姜等。該科中砂仁、益智、草豆蔻、姜、草果、高良姜、姜黃等為祛風、健胃、化瘀、止痛藥或作為調味品[2-5]。除上述諸多用途外，姜科植物中陽荷的花芽可作蔬菜，有較高的營養價值[6]，姜黃[7]還可提取用于食品工業的黃色染料。

香辛料[8-9]是食用香料植物的簡稱，來源于植物的種子、果實、莖葉、樹皮、花蕾等部位，是一類能夠給食品呈現具有各種香、辛、麻辣、甜等典型風味的食用植物香料的簡稱。香辛料不僅具有增進食欲、消除異味、增加香氣和著色的作用，而且對人體具有一定的抑菌、抗氧化等藥理作用[10-12]。香辛料的揮發性物質是影響其香氣的重要因素，因此研究香辛料揮發性香氣成分及主體風味物質，對推動香辛料加工利用具有十分重要的意義。

1 儀器和材料

1.1 儀器

手動固相微萃取(SPME)進樣裝置 德國IKA公司；Agilent 6890/5973型氣相色譜-質譜-計算機聯用儀 美國Hewlett-Packard公司；頂空瓶(15 mL)；65 μm聚二甲基硅氧烷-二乙烯基苯(PDMS/DVB)萃取纖維頭 美國Supelco公司；ALC-210.2型電子天平(d=0.01 g) 北京賽多利斯天平有限公司。

1.2 藥材

草果、白豆蔻、砂仁、山奈、生姜：市售，經湖北中醫藥大學生藥教研室楊紅兵教授鑒定為真品。

2 方法

2.1 GC-MS色譜與質譜條件

GC條件：HP-5MS石英毛細管柱(30 m×0.25 mm，0.25 μm)；升溫程序：從50 ℃開始，以10 ℃/min升溫至230 ℃；載氣：高純度He(99.999%)，柱流速：0.8 mL/min，進樣口溫度：230 ℃；不分流進樣。

MS條件：EI源；離子源溫度230 ℃，電離電壓70 eV；四級桿溫度150 ℃；掃描質量范圍35～550 m/z。

2.2 頂空固相微萃取條件

綜合考察確定的頂空固相微萃取最佳條件為：混合香辛料0.6 g，置于15 mL頂空瓶中，插入裝有65 μm PDMS/DVB萃取纖維頭的手動進樣器，在80 ℃下平衡10 min后，再壓縮手柄伸出萃取頭萃取15 min，取出，立即插入氣相色譜儀進樣口(溫度230 ℃)解吸3 min，不分流進樣。其他樣品實驗條件同上。

3 結果與分析

3.1 HS-SPME-GC-MS條件的優化

3.1.1 樣品量的優化

精密稱取混合粗粉0.4，0.6，0.8 g各3份，按2.1項下色譜條件進行分析，當樣品量為0.6 g時萃取吸附量最高，故選擇0.6 g為最佳取樣量。

3.1.2 萃取溫度的優化

分別在60，80，100 ℃條件下對混合樣品進行萃取，每個溫度平行做3批，按2.1項下色譜條件進行分析，當溫度為80 ℃時能達到最佳萃取效果。

3.1.3 萃取時間的優化

精密稱取混合粗粉0.6 g，在80 ℃下平衡10 min，分別萃取10，15，20 min，每個萃取時間平行做3批，按2.1項下色譜條件進行分析，當萃取時間為15 min時萃取吸附量最大。

3.1.4 解吸時間的優化

精密稱取混合粗粉0.6 g，在80 ℃下平衡10 min，萃取15 min取出，插入色譜儀進樣口，分別解吸1，2，3，4，5 min，每個解吸時間平行做3批，按2.1項下色譜條件進行分析，當解吸時間為3 min時總峰面積最大。

3.2 5種姜科香辛料揮發性成分的總離子流圖

依照上述條件對香辛料的揮發性成分進行GC-MS分析，分別得到總離子流圖，見圖1～圖5。

圖1 HS-SPME-GC-MS分析草果揮發性成分總離子流圖Fig.1 Total ion flow diagram of volatile components in Amomum tsaoko analyzed by HS-SPME-GC-MS

圖2 HS-SPME-GC-MS分析白豆蔻揮發性成分總離子流圖Fig.2 Total ion flow diagram of volatile components in Amomum kravanh analyzed by HS-SPME-GC-MS

圖3 HS-SPME-GC-MS分析生姜揮發性成分總離子流圖Fig.3 Total ion flow diagram of volatile components in ginger analyzed by HS-SPME-GC-MS

圖4 HS-SPME-GC-MS分析砂仁揮發性成分總離子流圖Fig.4 Total ion flow diagram of volatile components in Amomum villosum analyzed by HS-SPME-GC-MS

圖5 HS-SPME-GC-MS分析山奈揮發性成分總離子流圖Fig.5 Total ion flow diagram of volatile components in Kaempferia galanga analyzed by HS-SPME-GC-MS

3.3 姜科香辛料的揮發性香氣成分

3.3.1 草果揮發性成分分析

由表1可知，在草果中鑒定出了39種成分，占揮發性成分總量的97.58%，其中主要為萜烯類成分。其中最主要的成分是桉油精，占36.14%，其次為乙酸香葉酯，占9.07%。α-蒎烯、樟腦、香葉醇等在草果中含量也較高。

表1 草果揮發性成分Table 1 The volatile components of Amomum tsaoko

續 表

3.3.2 白豆蔻揮發性成分分析

由表2可知，在白豆蔻中鑒定出了40種成分，占揮發性成分總量的97.67%，其中主要為萜烯類成分。其中最主要的成分是桉油精，占32.95%，月桂烯、樟腦含量也較高。

表2 白豆蔻揮發性成分Table 2 The volatile components of Amomum kravanh

續 表

3.3.3 生姜揮發性成分分析

由表3可知，在生姜中鑒定出了54種成分，占揮發性成分總量的94.85%，其中主要為萜烯類成分。其中最主要的成分是桉油精，占20.26%，香豆烯的含量也較高。這類生姜中揮發性成分對感冒有極佳的治療效果[13]。

表3 生姜揮發性成分Table 3 The volatile components of ginger

續 表

續 表

3.3.4 砂仁揮發性成分分析

由表4可知，在砂仁中鑒定出了42種成分，占揮發性成分總量的97.89%，主要為萜烯類成分。其中最主要的成分是樟腦，占28.48%，其次為雙戊烯，占17.63%。

表4 砂仁揮發性成分Table 4 The volatile components of Amomum villosum

續 表

續 表

3.3.5 山奈揮發性成分分析

由表5可知，在山奈中鑒定出了37種成分，占揮發性成分總量的91.87%，主要為萜烯類成分。其中最主要的成分是桉油精，占36.2%，其次為十五烷，占14.36%。

表5 山奈揮發性成分Table 5 The volatile components of Kaempferia galanga

續 表

3.3.6 姜科香辛料揮發性成分種類和含量的差異

根據表 6 所得化合物信息，將姜科香辛料揮發性成分大致分成 7種類型：萜烯類、醛類、醇類、酮類、酯類、烴類及其他類化合物，萜烯類化合物在5種姜科香辛料中數量及相對含量均較高，萜烯類化合物是香辛料的特征風味物質，具有較強的抗氧化能力，應用廣泛[14]。

表6 姜科香辛料揮發性成分種類和相對質量分數分析Table 6 The analysis of volatile components＇ types and relative mass fraction of ginger spices

4 結論

通過對5種姜科香辛料的揮發性成分進行測定分析，其種類和數量均有差異。5種揮發性成分中種類最多的為萜烯類。萜烯類物質通常為強呈味的揮發性風味物質，具有一定的香辣味，還具有較好的抗氧化能力，對香腸、燒雞、風干牛肉等具有重要的風味貢獻[15]，還能使葡萄酒帶有花香、果香和香辛料的味道[16]。草果、白豆蔻、生姜、山奈含量最多的物質均為桉油精，而砂仁中含量最高的為樟腦。桉油精[17]含量較高且具有芳香氣息，味道清涼辛辣，可用作調味、祛痰和局部抗菌藥或食品添加劑。樟腦[18]氣味濃烈，廣泛用于食品、藥品中，具有良好作用。姜科香辛料的揮發性成分中萜烯類含量最高，但是揮發性成分的含量及種類仍有較大區別，使用時還是不能替代混用，為5種姜科常用香辛料的質量評價提供了一定的科學依據。