固相微萃取-氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用分析花椒揮發(fā)性成分

曹雁平，張 東*

(1.北京工商大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，北京 100048；2.北京中融百鳴科技有限公司，北京 102600)

固相微萃取-氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用分析花椒揮發(fā)性成分

曹雁平1，張 東2,*

(1.北京工商大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，北京 100048；2.北京中融百鳴科技有限公司，北京 102600)

研究不同加工方式下花椒香氣的變化。以陜西韓城市產(chǎn)花椒為原料，利用固相微萃取-氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)分析焙烤花椒和風(fēng)干花椒中的揮發(fā)性成分。結(jié)果從焙烤花椒中共鑒定出48種揮發(fā)性成分，其中主要揮發(fā)性成分為α-蒎烯(4.14%)、6,6-二甲基-2-亞甲基-雙環(huán)[3.1.1]庚烷(5.63%)、1-甲基-4-(1-甲乙基)-1,4-環(huán)己二烯(3.20%)、1,7,7-三甲基-三環(huán)[2.2.1.0(2,6)]庚烷(6.96%)、β-水芹烯(9.47%)、甲酸(8.50%)、3-蒈烯(3.62%)、3,7-二甲基-1,6-辛二烯 -3-醇(3.09%)、4-甲基 -1-(1-甲乙基)-3-環(huán)己烯 -1-醇(5.34%)、α,α,4-三甲基 -3-環(huán)己烯 -1-甲醇(6.12%)、α-異戊酸松油酯(8.91%)、1,2,4α,5,8,8α-六氫-4,7-二甲基-1-(1-甲乙基)-萘(4.32%)、1-甲基-5-亞甲基-8-(1-甲乙基)-1,6-環(huán)癸二烯(5.07%)；從風(fēng)干花椒中共鑒定出49種揮發(fā)性成分，其中主要揮發(fā)性成分為α-蒎烯(3.38%)、6,6-二甲基-2-亞甲基-雙環(huán)[3.1.1]庚烷(9.38%)、1-甲基-4-(1-甲乙基)-1,4-環(huán)己二烯(14.74%)、2-甲基-5-(1-甲乙基)-雙環(huán)[3.1.0]己 -2-醇(3.00%)、1,7,7-三甲基 -三環(huán)[2.2.1.0(2,6)]庚烷(18.45%)、β-水芹烯(9.80%)、3,7,7-三甲基 -雙環(huán)[4.1.0]庚 -3-烯(10.89%)、2,6-二甲基 -2,4,6-辛三烯(3.37%)、3-蒈烯(3.11%)、cis-β-松油醇(5.30%)。焙烤花椒和風(fēng)干花椒的揮發(fā)性成分有較大差別。

固相微萃取(SPME)；氣相色譜質(zhì)譜(GC-MS)；花椒；揮發(fā)性成分

花椒作為主要的辛香料在我國(guó)已有兩千多年的歷史，它能夠除各種肉類的腥氣、促進(jìn)唾液分泌、增加食欲，還能使血管擴(kuò)張從而起到降低血壓的作用，服花椒水能去除寄生蟲，有芳香健胃、溫中散寒、除濕止痛、殺蟲解毒的功效。研究發(fā)現(xiàn)，花椒揮發(fā)油可阻斷鈣通道，減少外鈣內(nèi)流和內(nèi)鈣釋放從而抑制大鼠子宮平滑肌的收縮[1]，還可抑制Hela細(xì)胞和Caski細(xì)胞增殖并激發(fā)細(xì)胞凋亡[2-3]，另外還有抗真菌的作用[4]。目前對(duì)于花椒香氣的研究主要用超臨界CO2流體萃取，配合氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)(GC-MS)進(jìn)行揮發(fā)性成分的分析[5-8]。

固相微萃取技術(shù)(SPME)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種吸附型樣品前處理技術(shù)。作為一種前處理替代方法，其具有操作簡(jiǎn)單、快速、靈敏、費(fèi)用低、能與氣相色譜或液相色譜直接聯(lián)用等優(yōu)點(diǎn)[9]。固相微萃取技術(shù)原理為揮發(fā)性成分富集于萃取頭后，將萃取頭插入氣相色譜進(jìn)樣口，通過(guò)色譜分離并定量或定性這些組分。目前，已有很多學(xué)者采用固相微萃取技術(shù)檢測(cè)辣椒、紅酒、空氣、番茄、菜籽油和精油等的揮發(fā)性成分[10-16]。本研究采用固相微萃取技術(shù)，通過(guò)氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用確定并分析比較風(fēng)干花椒和焙烤花椒的揮發(fā)性成分，為食品行業(yè)尤其是香精香料行業(yè)花椒產(chǎn)品的制造和應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

新鮮花椒產(chǎn)于陜西韓城市；無(wú)水乙醇、無(wú)水Na2SO4(均為分析純)；系列烷烴(色譜純) 北京百靈威化學(xué)公司。

JXD-02型超聲波萃取器 北京金星超聲波設(shè)備技術(shù)有限公司；6890N-5975C氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀 美國(guó)Agilent公司；R-201型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀 上海申勝生物技術(shù)有限公司；固相微萃取器(100μm，PDMS萃取頭) 美國(guó)Supelco公司；DGG-9620A型恒溫干燥箱 沈陽(yáng)林頻實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；QJ3-W1000A高速萬(wàn)能粉碎機(jī) 北京中西遠(yuǎn)大科技有限公司。

1.2 方法

花椒風(fēng)干：將新鮮朝韓城花椒置于40℃恒溫干燥箱中(帶循環(huán)風(fēng))風(fēng)干至含水量小于5%，即得風(fēng)干花椒。

花椒焙烤：將上述風(fēng)干花椒置于200℃恒溫干燥箱中焙烤數(shù)秒，直至能嗅聞到類似油炸花椒香氣時(shí)結(jié)束。

揮發(fā)性成分提?。翰捎霉滔辔⑤腿》ㄌ崛∮蜆渲袚]發(fā)性成分。將粉碎后的花椒粉與無(wú)水乙醇(1:1，g/mol)置于密封萃取器 中超聲輔助萃取30min，超聲頻率50kHz、強(qiáng)度0.6A，水浴溫度50℃。加入無(wú)水Na2SO4振蕩脫水后旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)，得到風(fēng)干花椒和焙烤花椒油樹脂。油樹脂樣品置于50℃恒溫水浴中平衡30min，后于50℃提取30min，上機(jī)測(cè)試(固相微萃取頭PDMS在提取樣品前需老化)。

1.3 GC-MS檢測(cè)條件

氣相色譜：色譜柱：DB-WAX(30m×0.25mm，0.25μm)；載氣為氦氣；熱解吸進(jìn)樣，進(jìn)樣口溫度230℃；升溫程序：起始溫度40℃，保持3min，接著以10℃/min速率升至230℃，保持10min。

質(zhì)譜部分：接口溫度240℃，EI離子源，電子能量70eV，全掃描模式，質(zhì)量范圍10～500u，溶劑延遲3min。

1.4 揮發(fā)性化合物的鑒定

GC-MS鑒定花椒中揮發(fā)性成分通過(guò)NIST 05譜庫(kù)檢索結(jié)果與保留指數(shù)[17]共同確定，化合物相對(duì)含量采用峰面積歸一化法分析。保留指數(shù)采用下式計(jì)算：

式中：Ix表示Kovats保留指數(shù)；n表示碳數(shù)；tr＇(x)表示保留在碳數(shù)為n和n+1正構(gòu)烷烴之間的目標(biāo)物的保留時(shí)間；tr＇(n)表示碳數(shù)為n的正構(gòu)烷烴的保留時(shí)間；tr＇(n+1)表示碳數(shù)為n+1的正構(gòu)烷烴的保留時(shí)間。

2 結(jié)果與分析

圖1 焙烤花椒(A)和風(fēng)干花椒(B)揮發(fā)性成分的總離子流圖Fig.1 Total ion chromatogram of volatile compounds from baked (A)and hot air-dried (B) Sichuan peppers

焙烤花椒和風(fēng)干花椒揮發(fā)性成分的GC-MS總離子流圖見(jiàn)圖1，揮發(fā)性化合物種類、保留指數(shù)和相對(duì)含量見(jiàn)表1，揮發(fā)性組分中各類化合物數(shù)量及相對(duì)含量見(jiàn)表2。

表1 焙烤花椒和風(fēng)干花椒揮發(fā)性成分的GC-MS分析結(jié)果Table 1 Identified volatile compounds in baked and hot air-dried Sichuan peppers by GC-MS

續(xù)表1

表2 焙烤花椒和風(fēng)干花椒中各類揮發(fā)性成分的種數(shù)及相對(duì)含量Table 2 Kind and amount of compound classes identified in baked and hot air-dried Sichuan peppers

由圖1和表1、2可看出，通過(guò)SDE-GC-MS分析，各揮發(fā)性成分相應(yīng)和分離效果良好；相對(duì)于文獻(xiàn)[5-7]，有更多的揮發(fā)性成分被鑒定(66種)，包括烯烴類、烷烴類、醇類、酯類、酚類、酮類、酸類和苯類等。從表1可以看出，α-蒎烯、β-蒎烯、6,6-二甲基-2-亞甲基-雙環(huán)[3.1.1]庚烷、1-甲基-4-(1-甲乙基)-1,4-環(huán)己二烯、1,7,7-三甲基-三環(huán)[2.2.1.0(2,6)]庚烷、β-水芹烯、3,7,7-三甲基-雙環(huán)[4.1.0]庚-3-烯、3-蒈烯、3,7-二甲基-1,6-辛二烯-3-醇、γ-欖香烯、1-乙烯基-1-甲基-2,4-雙(1-甲基乙烯基)-環(huán)己烷、α,α,4-三甲基-3-環(huán)己烯-1-甲醇、α-異戊酸松油酯、1,2,4α,5,8,8α-六氫-4,7-二甲基-1-(1-甲乙基)-萘、1-甲基-5-亞甲基-8-(1-甲乙基)-1,6-環(huán)癸二烯、1-甲氧基-4-(1-戊烯基)-苯、順-2-甲基-5-(1-甲基乙烯基)-2-環(huán)己-1-醇、1-甲基-4-(1-甲乙基)-苯、Z,Z-2,6-二甲基-3,5,7-辛三烯-2-醇、石竹烯氧化物、4-(1-甲基乙烯基)-1-環(huán)己烯-1-甲醇、4-(1-甲乙基)-苯甲醇、(-)-斯巴醇、2-甲基-5-(1-甲乙基)-酚、α-蓽茄醇、苯甲酸、油酸乙酯、亞油酸乙酯、1-(2-羥基-4,6-二甲氧苯基)-乙酮共同存在于風(fēng)干花椒和焙烤花椒中，說(shuō)明這些組分為花椒的基本香氣成分。其中，芳樟醇(3,7-二甲基-1,6-辛二烯-3-醇)為花椒的特征揮發(fā)性成分有很多文獻(xiàn)報(bào)道[5-6]。

從焙烤花椒中共鑒定出48種揮發(fā)性成分，其中主要揮發(fā)性成分有(相對(duì)含量＞3%)：α-蒎烯(4.14%)、6,6-二甲基-2-亞甲基-雙環(huán)[3.1.1]庚烷(5.63%)、1-甲基-4-(1-甲乙基)-1,4-環(huán)己二烯(3.20%)、1,7,7-三甲基-三環(huán)[2.2.1.0(2,6)]庚烷(6.96%)、β-水芹烯(9.47%)、甲酸(8.50%)、3-蒈烯(3.62%)、3,7-二甲基 -1,6-辛二烯 -3-醇(3.09%)、4-甲基 -1-(1-甲乙基)-3-環(huán)己烯 -1-醇(5.34%)、α,α,4-三甲基-3-環(huán)己烯-1-甲醇(6.12%)、α-異戊酸松油酯(8.91%)、1,2,4α,5,8,8α-六氫-4,7-二甲基-1-(1-甲乙基)-萘(4.32%)、1-甲基-5-亞甲基-8-(1-甲乙基)-1,6-環(huán)癸二烯(5.07%)。從風(fēng)干花椒中共鑒定出49種揮發(fā)性成分，其中主要揮發(fā)性成分為α-蒎烯(3.38%)、6,6-二甲基-2-亞甲基-雙環(huán)[3.1.1]庚烷(9.38%)、1-甲基-4-(1-甲乙基)-1,4-環(huán)己二烯(14.74%)、2-甲基-5-(1-甲乙基)-雙環(huán)[3.1.0]己-2-醇(3.00%)、1,7,7-三甲基-三環(huán)[2.2.1.0(2,6)]庚烷(18.45%)、β-水芹烯(9.80%)、3,7,7-三甲基-雙環(huán)[4.1.0]庚-3-烯(10.89%)、2,6-二甲基-2,4,6-辛三烯(3.37%)、3-蒈烯(3.11%)、cis-β-松油醇(5.30%)。但是，相對(duì)含量大并不意味著對(duì)花椒香氣的貢獻(xiàn)就大。

花椒在焙烤過(guò)程中，烷烴類和烯烴類揮發(fā)性成分損失較為嚴(yán)重，這可能由于這兩類化合物的沸點(diǎn)較低而揮發(fā)；醇類、酯類和酸類揮發(fā)性成分的相對(duì)含量均有所上升，說(shuō)明花椒在焙烤過(guò)程中有相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，導(dǎo)致焙烤花椒香氣溫和(風(fēng)干花椒為生麻香氣，清涼；而焙烤花椒無(wú)清涼感，香氣濃郁、溫和)。在貴州頂壇花椒和四川茂縣大紅袍花椒中檢測(cè)到了辛醛、壬醛、香茅醛等[18]，而在本研究中未發(fā)現(xiàn)醛類。這可能是由于花椒產(chǎn)地、成熟程度、提取溶劑及加工方法的不同而引起的。

3 結(jié) 論

利用固相微萃取-氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用對(duì)焙烤花椒和風(fēng)干花椒(產(chǎn)于陜西韓城市)的揮發(fā)性成分進(jìn)行分析，結(jié)果顯示兩者的揮發(fā)性組分差異很大?；ń吩诒嚎具^(guò)程中，烷烴類和烯烴類揮發(fā)性成分損失較為嚴(yán)重，醇類、酯類和酸類揮發(fā)性成分的相對(duì)含量有所上升。

花椒在加工過(guò)程中揮發(fā)性組分的變化研究可為花椒加工行業(yè)提供科學(xué)和理論依據(jù)，加工企業(yè)可根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的加工方式。在接下來(lái)的工作中應(yīng)通過(guò)GCO著重研究不同方式加工花椒的香氣活性組分。

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Analysis of Volatile Compounds from Baked and Hot Air-dried Sichuan Pepper (Zanthoxylum piperitum DC.) Using Solid-phase Micro-extraction Coupled with Gas Chromatography-mass Spectrometry

CAO Yan-ping1，ZHANG Dong2,*
(1. School of Chemical and Environmental Engineering, Beijing Business and Technology University, Beijing 100048, China；2. Beijing Zero and Booming Technology Co. Ltd., Beijing 102600, China)

Baked and hot air-dried Sichuan peppers (Zanthoxylum piperitum DC.) from Hancheng, China were analyzed using solid-phase micro-extraction (SPME) coupled with GC-MS. Totally 48 volatile compounds were identified from baked Sichuan pepper, mainly includingα-pinene (4.14%), 6,6-dimethyl-2-methylene-bicyclo [3.1.1] heptane (5.63%), 1-methyl-4-(1-methylethyl)-1,4-cyclohexadiene (3.20%) 1,7,7-trimethyl-tricyclo [2.2.1.0(2,6)] heptane (6.96%), β-phellandrene (9.47%),fomic acid (8.50%), 3-carene (3.62%), 3,7-dimethyl-1,6-octadien-3-ol (3.09%), 4-methyl-1-(1-methylethyl)-3-cyclohexen-1-ol(5.34%), α,α,4-trimethyl-3-cyclohexene-1-methanol (6.12%), α-terpinyl isovalerate (8.91%), naphthalene (4.32%) and 1-methyl-5-methylene-8-(1-methylethyl)-1,6-cyclodecadiene (5.07%) were dominate. The number of volatile compounds identified in hot air-dried samples was 49, and the predominant compounds wereα-pinene (3.38%), 6,6-dimethyl-2-methylenebicyclo[3.1.1]heptane (9.38%), 1-methyl-4-(1-methylethyl)-1,4-cyclohexadiene (14.74%),2-methyl-5-(1-methylethyl)-bicyclo[3.1.0]hexan-2-ol (3.00%), 1,7,7-trimethyl-tricyclo[2.2.1.0(2,6)]heptane (18.45%) β-phellandrene (9.80%), 3,7,7-trimethylbicyclo[4.1.0]hept-3-ene (10.89%), 2,6-dimethyl-2,4,6-octatriene (3.37%)3-carene (3.11%) and cis-β-terpineol (3.87%).

solid-phase micro-extraction (SPME)；gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS)；Sichuan pepper；volatile compound

TS207.3

A

1002-6630(2011)08-0190-04

2010-06-19

“十一五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2008BAD91B03)

曹雁平(1961—)，男，教授，碩士，主要從事天然產(chǎn)物綜合利用研究。E-mail：caoyp@th.btbu.edu.cn

*通信作者：張東(1982—)，男，助理工程師，學(xué)士，主要從事食品加工技術(shù)研究。E-mail：dfzhangdong@sohu.com