利用頂空固相微萃取-氣質聯用分析朝鮮薊不同干燥溫度下的揮發性成分

禹淞文,陳志軍,王 廳,魯方華,文奕峰,豐金玉,趙大興,張平喜

(常德市農林科學研究院,常德415000)

朝鮮薊,又稱洋薊、法國百合,被譽為“蔬菜之皇”,富含倍半萜內酯、酚類、黃酮類、木脂素等成分[1],具有抗氧化、降血糖、降血脂、抑菌等[2-5]功效,是天然的、具有高營養價值的保健蔬菜。目前,朝鮮薊在我國常德地區擁有中國最大規模的種植加工區,其作為特色農業產業重點發展對象,種植面積達1 333.33 hm2,主要加工成罐頭產品出口國外。為打開國內市場,滿足消費者需求,除將朝鮮薊進行鮮銷外,還可將朝鮮薊代用茶作為主要推廣產品,其相關的基礎研究對產品質量的控制具有重要意義。

目前國內關于朝鮮薊的研究多為以液相色譜檢測分析其功能成分以及功效鑒定[6-8],對揮發性成分進行分析的報道較少,白雪等[9]通過SPME-GC-MS測定了朝鮮薊三個部分(可食中、可食邊、不可食)的揮發性成分,主要揮發性成分為烴類化合物,其中β-瑟林烯相對含量最高,分別達到47.62%、70.03%、57.44%。但朝鮮薊通過干燥處理后的揮發性成分分析還未見報道,不同溫度干燥的朝鮮薊,其香味存在很大差異,對使用朝鮮薊干物質作為半成品原料進行加工的產品將產生一定的影響,因此本研究通過頂空固相微萃取-氣質聯用對朝鮮薊不同干燥溫度下揮發性成分進行比較分析,以期為朝鮮薊產品的開發以及綜合應用提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

朝鮮薊鮮果于2019年4月采自常德西洞庭管理區;GCMS-QP 2010 Ultra氣相色譜-質譜聯用儀日本島津;SPME;磁力加熱攪拌器;恒溫鼓風干燥箱。

1.2 試驗方法

1.2.1 原料預處理

選擇無腐爛、無病害的朝鮮薊鮮果放入蒸鍋內進行蒸汽殺青18 min,將處理好的原料分瓣平鋪后按不同溫度條件下放入恒溫鼓風干燥機中進行干燥,使原料水分含量控制在約12%;將干燥好的原料利用粉碎機進行粉粹并過100目(孔徑150μm)篩,然后置于棕色樣品瓶內待測。

1.2.2 樣品制備

取預處理好的原料2.0 g倒入裝有攪拌子的20 mL頂空瓶內,用注射器注入5 mL超純水并迅速密封,將老化后的裝有萃取頭的固相微萃取手柄小心插入密封的頂空瓶中,推出萃取頭后將頂空瓶放入恒溫水浴裝置中,于50℃中邊攪拌邊頂空萃取1 h,然后移出萃取頭并立即插入氣質聯用儀進樣口,熱解析2 min。

1.2.3 色譜條件

進樣口溫度240℃,載氣為高純氦氣,總流量為11.8 mL∕min,分流進樣,分流比為10.0;色譜柱為Rtx-5MS(30.0 m×0.25μm×0.25μm);升溫程序:柱溫起始40℃保持3 min,然后以3℃∕min升到90℃,保持5 min,再以4℃∕min升到160℃,最后以10℃∕min上升到250℃,保持5 min。

1.2.4 質譜條件

離子源為EI,電子能量70 eV,離子源溫度為230℃,接口溫度為280℃,電子倍增器電壓1.68 kV,掃描質量為35—350(m∕z),全掃描離子采集方式。

1.2.5 數據處理

定性定量分析:計算機檢索NIST11譜庫比對生成圖譜檢索報告,按匹配度最大且大于80%的原則進行篩選完成揮發性成分的定性;按峰面積歸一法進行定量分析,得到各組分的相對含量。

利用SPSS軟件主成分分析(PCA)方法完成統計分析。

圖1 朝鮮薊不同溫度干燥下揮發性成分總離子流色譜Fig.1 Total ion current charomatogram of volatile compoents in Artichoke at Different Drying Temperatures

2 結果與分析

2.1 朝鮮薊揮發性成分GC-MS圖譜

通過上述試驗條件,對朝鮮薊不同樣品進行GC-MS分析,通過Origin軟件綜合制圖,其揮發性成分總離子流色譜圖見圖1。

2.2 不同溫度干燥下朝鮮薊揮發性成分的比較

利用HS-SPME GC-MS氣質聯用技術對朝鮮薊55℃、65℃、75℃、85℃、95℃條件下干燥后的揮發性成分進行分析,經峰面積歸一化法得到各組分相對含量,以相對含量大于0.1%的物質進行統計,分別鑒定出19種、23種、30種、21種和21種揮發性成分,各占總成分的77.69%、74.5%、79.87%、74.27%和82.11%,各組分的結果如表1。

表1 不同溫度干燥朝鮮薊揮發性成分相對含量Table 1 Comparative of the volatile components from artichoke at different drying temperatures

(續表1)

根據表1看出,5個溫度條件下干燥的朝鮮薊樣品共鑒定出47種揮發性成分,包括烯類18種、醛類10種、烴類7種、醇類5種、酯類4種、酸類2種、酮類1種,其中萜烯烴類占主要部分,相對含量分別為48.32%、46.43%、49.3%、51.93%和49.7%。55℃條件下含量高的為β-瑟林烯30.53%、香木蘭烷21.49%、石竹素8.0%、反式石竹烯7.5%和芴3.33%;65℃條件下主要成分有β-瑟林烯27.37%、全順式-5,11,14,17-二十碳六烯酸甲酯18.52%、石竹素10.15%、反式石竹烯5.41%和芴3.09%;75℃條件下高含量的有β-瑟林烯30.16%、香木蘭烷22.88%、反式石竹烯6.67%、石竹素6.18%和芴1.73%;85℃條件下佛術烯23.74%、香木蘭烷16.47%、反式石竹烯11.51%、石竹素10.51%和9-重氮芴1.91%為主要成分;95℃條件下含量最高為β-瑟林烯31.27%、其次為全順式-5,11,14,17-二十碳六烯酸甲酯20.27%、反式石竹烯7.9%、石竹素7.71%、芴2.85%。

對比5個溫度條件下的結果發現,占主要部分的萜烯類化合物的總含量變化不大,主要表現在同分異構體之間的轉化;烴類和酯類物質相對含量變化較大。據查資料[10-11],各成分中相對含量較高的物質β-瑟林烯香型為辛香、藥香;石竹素具有辛香、木香、花香;反式石竹烯具有淡丁香似香味;佛術烯具有檀香;香木蘭烷,全順式-5,11,14,17-二十碳六烯酸甲酯未找到相關信息。

圖2 所有成分主成分分析Fig.2 PCA diagram of all components

為了更直觀發現5個溫度干燥下朝鮮薊揮發性成分的差異,通過SPSS軟件,以所有成分為變量進行主成分分析(圖2),第一主成分占67.79%,第二主成分占22.15%,兩者之和大于80%;55℃與75℃、65℃與95℃條件下處理的朝鮮薊揮發性成分差異很小,可能是因為處理溫度高,樣品干燥時間相對短,導致揮發性成分轉化不徹底,但兩組溫度在成分上差異較大,主要由酯類物質和烴類物質引起的;85℃條件下的朝鮮薊揮發性成分與其他溫度均存在差異,主要表現在β-欖香烯向同分異構體佛術烯的轉化以及其他主要貢獻成分的變化。

3 結論與討論

本研究通過HS-SPME GC-MS技術從55℃、65℃、75℃、85℃、95℃條件下干燥的朝鮮薊中分別鑒定出19種、23種、30種、21種和21種揮發性成分,各占總成分的77.69%、74.5%、79.87%、74.27%和82.11%。

5個溫度條件下朝鮮薊共檢測出47種揮發性成分,包括烯類18種、醛類10種、烴類7種、醇類5種、酯類4種、酸類2種、酮類1種,其中烯類占主要部分。

55℃與75℃、65℃與95℃條件下處理的朝鮮薊揮發性成分差異很小,但兩組溫度在成分上差異較大,主要由酯類物質和烴類物質引起的;85℃條件下的朝鮮薊揮發性成分與其他溫度均存在差異,主要表現在β-欖香烯向同分異構體佛術烯的轉化以及其他主要貢獻成分的變化。

通過對不同溫度干燥下朝鮮薊揮發性成分的對比,了解各條件下成分的差異,不僅可為朝鮮薊產品的開發提供思路,而且還可為進一步研究閾值確定其特征性揮發性成分打下基礎,為朝鮮薊加工工藝的改進及產品品質提升提供理論指導。