基于HS-SPME-GC-MS法分析大麥幼苗中的揮發(fā)性成分

李靜，張述偉，周龍華，徐紅衛(wèi)，陸瑞菊*，劉成洪*

（1.上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所，上海 201106；2.上海市農(nóng)業(yè)遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 201106）

大麥（Hordeum vulgare L.）為禾本科大麥屬植物，是世界第四大谷類(lèi)作物，主要用作啤酒工業(yè)原料、畜牧業(yè)飼料和食品加工原料[1]。另外，大麥作為我國(guó)傳統(tǒng)的藥食同源植物，還有很好的保健功能，大麥幼苗的功效在《本草綱目》中就曾有記載[2]，現(xiàn)代研究表明大麥幼苗中富含多種營(yíng)養(yǎng)與功能性成分，具有促進(jìn)睡眠、降糖降脂、抗腫瘤、抗炎、抗氧化等多種生理功能[3-5]。以大麥幼苗為原料開(kāi)發(fā)的功能型產(chǎn)品，如麥綠素、麥草飲料、青麥酶等也越來(lái)越多，麥綠素等大麥幼苗產(chǎn)品的成功開(kāi)發(fā)提升了大麥幼苗的經(jīng)濟(jì)價(jià)值[6-8]。

但是，目前大麥幼苗產(chǎn)品還缺乏專(zhuān)用品種，生產(chǎn)上所使用的仍然是啤酒大麥或飼料大麥品種。國(guó)內(nèi)已有一些麥綠素專(zhuān)用品種篩選的相關(guān)研究報(bào)道，這些研究主要對(duì)大麥幼苗的生物活性成分進(jìn)行了分析比較。其中大麥“花30”和“蘇啤3號(hào)”是文獻(xiàn)中報(bào)道的大麥幼苗品質(zhì)較優(yōu)的兩個(gè)大麥品種[6，8-11]。大麥幼苗的品質(zhì)除了取決于大麥幼苗的生物活性成分含量，還受到揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的影響[12]。

大麥屬于低芳香性植物，對(duì)其幼苗揮發(fā)成分的測(cè)定相對(duì)較為困難。目前關(guān)于大麥幼苗揮發(fā)性成分的分析未見(jiàn)報(bào)道。頂空固相微萃取集采樣、萃取、濃縮與進(jìn)樣為一體，操作簡(jiǎn)單，靈敏度高，無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)[13-14]。本研究以長(zhǎng)三角地區(qū)主栽大麥品種“花30”和“蘇啤3號(hào)”為試驗(yàn)材料，采用頂空固相微萃取—?dú)庀嗌V—質(zhì)譜（headspace solid phase micro-extraction-gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS-HS-SPME）聯(lián)用技術(shù)對(duì)大麥幼苗揮發(fā)性成分進(jìn)行分析檢測(cè)，揭示其主要揮發(fā)性成分，并比較兩個(gè)品種的差異，以期為大麥幼苗產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 主要材料與試劑

供試材料為“花30”和“蘇啤3號(hào)”兩個(gè)品種的大麥幼苗，由上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物細(xì)胞工程研究室提供。2019年11月播種，越冬大麥幼苗長(zhǎng)到20 cm～25 cm（6葉期～7葉期）進(jìn)行取樣。

1.2 主要儀器與設(shè)備

Agilent7890B-5977B氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀、20mL鉗口頂空樣品瓶：美國(guó)Agilent公司；萃取頭（50/30 μm，DVB/Carboxen/PDMS涂層）：美國(guó)Supelco公司；SCIENTZ-30ND冷凍干燥機(jī)：寧波新芝生物科技股份有限公司。

1.3 試驗(yàn)條件

1.3.1 樣品處理

采收的大麥幼苗，蒸餾水洗凈，吸干水分，在室溫（25℃）條件下5 000 r/min勻漿備用。新鮮大麥幼苗經(jīng)過(guò)-50℃真空冷凍干燥（后續(xù)加溫至35℃）后粉粹備用。各取5 g樣品于頂空瓶中，封口，待測(cè)。將老化好的纖維頭插入樣品瓶中頂空部分120℃萃取5 min，然后將纖維頭插入氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀進(jìn)樣口，250℃解吸15 min，進(jìn)行GC-MS檢測(cè)。

1.3.2 色譜條件

色譜柱型號(hào)為 HP-5（60 m×0.25 μm ×0.25 mm）；載氣He；進(jìn)樣口溫度270℃；升溫程序：初始40℃，保持5 min，然后以15℃/min升到280℃，保持5 min，再以15℃/min升到305℃，保持5 min；色譜柱流量2 mL/min；分流比 10 ∶1。

1.3.3 質(zhì)譜條件

電子轟擊（electron impact，EI）離子源，離子源溫度230℃，四極桿溫度150℃，質(zhì)量掃描范圍m/z 29～550，溶劑延遲0.5 min。

1.4 數(shù)據(jù)處理

經(jīng)GC-MS分析得到樣品的總離子流圖，采用Aglient數(shù)據(jù)分析軟件，各組分經(jīng)NIST Library標(biāo)準(zhǔn)譜庫(kù)進(jìn)行檢索分析，確定各峰組分，以各組分峰面積占總峰面積的百分比來(lái)表示各種揮發(fā)性成分的相對(duì)含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 大麥鮮苗中的揮發(fā)性成分分析

兩種大麥鮮苗中揮發(fā)性成分的總離子流色譜圖見(jiàn)圖1。

圖1 “花30”和“蘇啤3號(hào)”鮮苗中揮發(fā)性成分的總離子流圖Fig.1 Total ion chromatogram of volatile components in fresh barely grass of"Hua 30"and"Supi 3"

經(jīng)NIST Library譜圖庫(kù)聯(lián)機(jī)搜索，然后經(jīng)過(guò)挑選所得到的揮發(fā)性成分名稱(chēng)和相對(duì)含量如表1所示。

表1 “花30”和“蘇啤3號(hào)”鮮苗中的揮發(fā)性成分Table 1 The volatile components of fresh barley grass in"Hua 30"and"Supi 3"

續(xù)表1 “花30”和“蘇啤3號(hào)”鮮苗中的揮發(fā)性成分Continue table 1 The volatile components of fresh barley grass in"Hua 30"and"Supi 3"

對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析可知，從“花30”大麥鮮苗中鑒定出36種成分。包括15種醛類(lèi)化合物（67.375%）、6種酮類(lèi)化合物（14.221%）、4種醇類(lèi)化合物（4.638%）、4種雜環(huán)化合物（呋喃、萘）（4.204%）、2種烴類(lèi)化合物（1.018%）、2種酚類(lèi)化合物（2.981%）、2種酸類(lèi)化合物（1.32%）和1種酯類(lèi)化合物（0.428%）。在鑒定出的化合物中，醛類(lèi)成分的含量最高。醛類(lèi)化合物中含量較高的有十五醛（36.651%），具有清香味[15]；2-己烯醛（5.197%），又稱(chēng)青葉醛，具有新鮮的綠葉清香；苯乙醛（3.040%），具有濃郁的玉簪花香氣[16]。酮類(lèi)化合物中β-紫羅蘭酮（11.835%）含量最高，具有甜花香味[17]。呋喃類(lèi)化合物中的2-乙基呋喃（2.780%）含量較高，呈強(qiáng)烈焦香香氣，低濃度時(shí)呈濃厚的甜香香氣和咖啡似芳香風(fēng)味。酚類(lèi)化合物4-乙烯基-2-甲氧基苯酚（1.638%），具有發(fā)酵香、炒花生香[15]。醇類(lèi)、烴類(lèi)等其它類(lèi)型化合物含量較少，對(duì)大麥幼苗的氣味貢獻(xiàn)較小。

“蘇啤3號(hào)”大麥幼苗中鑒定出52種成分，包括21種醛類(lèi)化合物（37.757%）、10種烴類(lèi)化合物（6.38%）、7種醇類(lèi)化合物（12.442%）、4種酮類(lèi)化合物（10.847%）、4種雜環(huán)化合物（呋喃、萘）（9.885%）、2種酚類(lèi)化合物（15.391%）、2種含氮化合物（胺、吲哚）（1.441%）、1種酯類(lèi)化合物（0.188%）、1種酸類(lèi)化合物（0.398%）。在鑒定出的化合物中，醛類(lèi)化合物的總含量最高。醛類(lèi)化合物中含量較高的為2-已烯醛（11.518%）、十五醛（6.745%）、苯甲醛（4.061%）和苯乙醛（3.401%）。其中苯甲醛（4.061%）具有強(qiáng)烈的香甜氣味[18]。酮類(lèi)化合物中相對(duì)含量最高的成分與“花30”相同，為β-紫羅蘭酮（9.599%）。酚類(lèi)化合物中含量最高的為2，6-二叔丁基對(duì)甲酚（14.594%）。醇類(lèi)成分中含量最高的為順-2-已烯-1-醇（7.717%）。

由結(jié)果分析可知，兩種大麥鮮苗中含量最高的揮發(fā)性成分類(lèi)型均為醛類(lèi)物質(zhì)。“花30”鮮苗中揮發(fā)性成分含量排名前三的是：十五醛（36.651%）、順，順，順-7，10，13-十六碳二烯醛（14.636%）和β-紫羅蘭酮（11.835%）。“蘇啤3號(hào)”鮮苗中含量排名前三的是：2，6-二叔丁基對(duì)甲酚（14.594%）、2-已烯醛（11.518%）和β-紫羅蘭酮（9.599%）。β-紫羅蘭酮是兩種新鮮大麥幼苗中共有的主要揮發(fā)性成分。酮類(lèi)成分普遍有花香和果香風(fēng)味[19-20]，對(duì)大麥幼苗的香味貢獻(xiàn)較大。另外，醛類(lèi)化合物在兩種新鮮大麥幼苗中整體含量均較高，醛類(lèi)化合物具有花香氣味，可與許多其它物質(zhì)產(chǎn)生很強(qiáng)的風(fēng)味協(xié)同作用。

2.2 真空干燥后大麥幼苗揮發(fā)性物質(zhì)分析

兩種大麥幼苗經(jīng)真空干燥處理后測(cè)定其揮發(fā)性成分，總離子流圖見(jiàn)圖2，分析結(jié)果見(jiàn)表2。

圖2 “花30”和“蘇啤3號(hào)”干苗中揮發(fā)性成分的總離子流圖Fig.2 Total ion chromatograms of volatile components of dried barley grass in"Hua 30"and"Supi 3"

表2 “花30”和“蘇啤3號(hào)”干苗中的揮發(fā)性成分Table 2 The volatile components of dried barley grass in"Hua 30"and"Supi 3"

續(xù)表2 “花30”和“蘇啤3號(hào)”干苗中的揮發(fā)性成分Continue table 2 The volatile components of dried barley grass in"Hua 30"and"Supi 3"

由結(jié)果分析可知，“花30”干苗中鑒定出35種成分，包括9種醛類(lèi)化合物（2.245%）、7種含氮化合物（吡嗪、吡咯）（2.897%）、6種酮類(lèi)化合物（1.319%）、3種烴類(lèi)化合物（1.025%）、3種醇類(lèi)化合物（18.000%）、2種酚類(lèi)化合物（3.741%）、2種酯類(lèi)化合物（2.260%）、1種酸類(lèi)化合物（0.890%）、1種雜環(huán)化合物（0.233%）和1種醚類(lèi)化合物（0.939%）。在鑒定出的化合物中，原鮮苗中的醛類(lèi)和酮類(lèi)成分明顯降低。醇類(lèi)化合物含量增加，醇類(lèi)成分具有植物香的氣味[21]，其中含量最高的葉綠醇（17.360%）具有弱的花香和香脂香氣，并且文獻(xiàn)報(bào)道中葉綠醇對(duì)脂肪細(xì)胞分化及糖脂代謝有調(diào)節(jié)作用[22]。干燥后新產(chǎn)生了吡嗪類(lèi)化合物，其中，2，5-二甲基吡嗪（1.318%）呈刺鼻的炒花生香氣和巧克力、奶油風(fēng)味。

“蘇啤3號(hào)”干燥的大麥幼苗中鑒定出34種成分，包括8種酮類(lèi)化合物（14.226%）、7種含氮化合物（吡嗪、吡咯、胺）（20.120%）、6種醛類(lèi)化合物（6.800%）、4種醇類(lèi)化合物（1.413%）、3種烴類(lèi)化合物（1.297%）、2種酚類(lèi)化合物（3.083%）、2種酯類(lèi)化合物（0.658%）、1種酸類(lèi)化合物（0.261%）和1種含硫化合物（0.753%）。同樣，原有新鮮大麥幼苗中主要的醛類(lèi)成分減少，酮類(lèi)成分略有升高，但是原有主要酮類(lèi)成分β-紫羅蘭酮含量下降，4，7，9-巨豆三烯-3-酮（5.478%）和丙酮（1.887%）的含量升高，從而引起氣味的改變。吡嗪類(lèi)成分的種類(lèi)和含量增加，其中，2-乙基-6-甲基吡嗪（9.226%）具有堅(jiān)果、焙烤和甜香香氣。

“花30”大麥干苗中揮發(fā)性成分含量排名前三是：葉綠醇（17.360%）、4-乙烯基-2-甲氧基苯酚（2.661%）和磷酸三辛酯（1.984%）。“蘇啤3號(hào)”大麥干苗中含量排名前三是：2-乙基-6-甲基吡嗪（9.226%）、N-乙基苯胺（8.208%）和4，7，9-巨豆三烯-3-酮（5.478%）。由分析結(jié)果可知，大麥幼苗經(jīng)過(guò)干燥后揮發(fā)性成分變化較大，“花30”大麥干苗中特征揮發(fā)性成分為葉綠醇，“蘇啤3號(hào)”大麥干苗中的特征揮發(fā)性成分為含氮化合物（吡嗪和胺類(lèi)）。

2.3 4種樣品中的揮發(fā)性成分比較

4種大麥樣本中的揮發(fā)性成分進(jìn)行分析，結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 4種大麥幼苗樣本中的揮發(fā)性成分比較Fig.3 The concentration of volatile compounds identified in 4 different barley grass samples

從4種樣本中共鑒定出11種揮發(fā)性成分。兩種大麥鮮苗中的揮發(fā)性成分種類(lèi)基本一致，但其含量存在顯著不同。醛類(lèi)和酮類(lèi)化合物含量均較高，“花30”鮮苗中的醛類(lèi)成分含量高于“蘇啤3號(hào)”。“蘇啤3號(hào)”鮮苗中的醇類(lèi)、烴類(lèi)、雜環(huán)化合物、酚類(lèi)、酸類(lèi)含量明顯高于“花30”。經(jīng)過(guò)真空干燥后，“花30”干苗中的醇類(lèi)成分明顯高于“蘇啤3號(hào)”；“蘇啤3號(hào)”干苗中含有更多的酮類(lèi)和含氮化合物。兩種大麥幼苗經(jīng)干燥后，與新鮮的大麥幼苗相比，醛類(lèi)成分均大量減少，含氮化合物（吡嗪、吡咯、胺）、酯類(lèi)成分增多，另外新產(chǎn)生了醚和含硫化合物。吡嗪類(lèi)化合物，具有烤香和堅(jiān)果味香氣[23]，酯類(lèi)具有果香或花香氣味，揮發(fā)性成分的變化使干燥后的大麥幼苗產(chǎn)生不同的氣味。

3 結(jié)論

本試驗(yàn)采用HS-SPME-GC-MS對(duì)“花30”和“蘇啤3號(hào)”兩種大麥幼苗干燥前后的揮發(fā)性成分進(jìn)行了分析。結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)大麥幼苗中的揮發(fā)成分包括醛、酮、醇、酸、酯、烴、酚、醚、呋喃、吲哚等多類(lèi)物質(zhì)，兩種大麥幼苗中的揮發(fā)性成分種類(lèi)基本一致，但其特征揮發(fā)性成分和含量存在差異。經(jīng)過(guò)真空干燥后大麥幼苗中的揮發(fā)性成分種類(lèi)種類(lèi)和含量變化較大，原有的醛類(lèi)成分含量下降，吡嗪類(lèi)、醇類(lèi)和酯類(lèi)成分增加，大麥幼苗增加了烤香和堅(jiān)果香氣。本研究初步明確了兩種大麥幼苗的主要揮發(fā)性成分，可為大麥幼苗產(chǎn)品專(zhuān)用品種的篩選和大麥幼苗的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)利用提供理論參考，兩種大麥幼苗化學(xué)組成的特征性成分差異亦可用于兩個(gè)不同品種大麥幼苗的鑒別。