氣相色譜-飛行時間質(zhì)譜法結(jié)合保留指數(shù)分析小豆蔻油揮發(fā)性成分

徐楊斌， 曾熠程， 朱瑞芝， 楊衛(wèi)軍， 曲榮芬， 王 凱*

（1.云南中煙工業(yè)有限責任公司 技術(shù)中心，云南 昆明 650231；2.貴州中煙工業(yè)有限責任公司 遵義卷煙廠，貴州遵義 563000；3.陜西省煙草專賣局，陜西 西安 710061）

小豆蔻屬姜科多年生草本植物，其種子具有強烈芳香氣息。小豆蔻是世界著名的藥用植物與香料，被稱為“香料之后”[1]，具有祛風、健胃的功效[2]。小豆蔻主產(chǎn)于印度、越南、斯里蘭卡等地，在中國也有少量種植。由小豆蔻的籽實經(jīng)水蒸汽蒸餾而得小豆蔻油，為無色至淡黃色液體，有特征辛香，香氣暖和，頭香似樟腦、桉葉素樣氣息，體香呈木香、甜香和花辛香氣息。目前，國內(nèi)外對小豆蔻油的研究主要集中在揮發(fā)性成分的分析[3-7]、提取方法[8-13]、香氣特征[14]、抗氧化性能[15-17]、醫(yī)藥方面[18-21]等，而針對不同產(chǎn)地小豆蔻油揮發(fā)性成分的對比研究比較缺乏。同時，國內(nèi)對精油的分析主要采用GC-MS質(zhì)譜庫檢索來定性[22-23]，其檢測結(jié)果相對不夠準確，因此，作者采用GC-TOF/MS法建立兩個產(chǎn)地小豆蔻油的指紋圖譜，通過質(zhì)譜庫檢索和匹配度定性，并結(jié)合保留指數(shù)驗證，較為準確地分析了兩個產(chǎn)地小豆蔻油中揮發(fā)性成分，也比較了兩者的組成及含量上的差異，為小豆蔻油的開發(fā)和使用提供了參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

小豆蔻油，市售；正己烷、甲醇、二氯甲烷，均為色譜純，購自Sigma-Aidrich公司；正構(gòu)烷烴C7-C30：購自Sigma-Aidrich公司。GC-TOF/MS氣相色譜/飛行時間質(zhì)譜聯(lián)用儀:美國LECO公司產(chǎn)品。

1.2 實驗方法

1.2.1 氣相色譜條件 色譜柱為RXi-5sil MS色譜柱 （60 m×0.25 mm×0.25 μm）， 載氣為高純度氦氣（流量：1.0 mL/min）。直接進樣法升溫程序：初始溫度50℃，以2℃/min升至220℃，停留5 min。進樣口溫度：250 ℃，分流比：10∶1，溶劑延遲時間：300 s，進樣量：1.0 μL。

1.2.2 質(zhì)譜條件 電離方式：EI，電離能量：70 eV，離子源溫度：200 ℃，掃描質(zhì)量范圍（m/z）：40～450，檢索數(shù)據(jù)庫：Nist08譜庫、Wiley9N譜庫。

1.2.3 樣品前處理 準確稱取越南產(chǎn)地小豆蔻油和英國產(chǎn)地小豆蔻油各0.10 g，分別用甲醇與二氯甲烷混合溶液（V甲醇∶V二氯甲烷=1∶4）定容至 5 mL；用正己烷稀釋成質(zhì)量分數(shù)為5%的正構(gòu)烷烴溶液測定化合物的保留指數(shù)；所有樣品均用有機濾膜過濾。

1.2.4 定性方法 采用質(zhì)譜庫檢索，結(jié)合化合物保留指數(shù)比對，來分析不同產(chǎn)地小豆蔻油中的揮發(fā)性成分，以峰面積歸一化法計算各組分相對含量。

2 結(jié)果與討論

2.1 定性結(jié)果

經(jīng)GC-TOF/MS分析得到越南小豆蔻油和英國小豆蔻油中揮發(fā)性成分的總離子流譜圖如圖1所示。采用標準質(zhì)譜庫檢索和匹配度定性，并結(jié)合保留指數(shù)驗證，對越南小豆蔻油和英國小豆蔻油進行了揮發(fā)性成分的分析，鑒定結(jié)果如表1所示。

圖1 越南小豆蔻油和英國小豆蔻油揮發(fā)性成分總離子流色譜圖Fig.1 Total ion chromatograms of volatile components incardamom oilfrom Vietnam origin and cardamom oil from United Kingdom origin

表1 不同產(chǎn)地小豆蔻油中揮發(fā)性成分Table 1 Volatile components incardamom oil from different producing areas

續(xù)表1

從表1可知，越南小豆蔻油中鑒定出68個揮發(fā)性成分，占其總峰面積的99.58%，其中，烷烯烴類22個，酯類17個，醇類12個，醛類8個，酸類4個，酮類4個，其它類1個；主要成分（質(zhì)量分數(shù)）為α-松油醇乙酸酯（36.01%）、1，8-桉葉素（28.04%）、乙酸芳樟酯 （6.58%）、芳樟醇 （5.47%）、檸檬烯（4.16%）、檜烯（2.84%）、4-松油醇（1.89%）、香葉醇（1.61%）、乙酸香葉酯（1.59%）、乙酸辛酯（1.22%）等。英國小豆蔻油中共檢出33個揮發(fā)性成分，占其總峰面積的97.56%，其中，烷烯烴類12個，酯類11個，醇類8個，醛類1個，酮類1個；主要成分為1，8-桉葉素（44.91%）、α-松油醇乙酸酯（38.53%）、芳樟醇 （3.29%）、 檸檬烯 （2.46%）、α-松油醇（1.52%）、橙花醇（1.47%）、4-松油醇（1.11%）等。 通過揮發(fā)性成分的比較分析，可知：兩個產(chǎn)地小豆蔻油中揮發(fā)性成分的組成存在明顯的差異；兩個產(chǎn)地小豆蔻油中共有成分23個；與英國小豆蔻油相比，越南小豆蔻油中揮發(fā)性成分更多。

2.2 質(zhì)譜庫檢索和匹配度定性

Nist08譜庫和Wiley9N譜庫對未知化合物進行檢索時，以匹配度從大到小的順序排列出可能的化合物，并提供化學結(jié)構(gòu)、名稱、質(zhì)譜圖等信息。依據(jù)匹配度大小、分子離子準確質(zhì)量差異、碎片離子準確質(zhì)量差異等，對未知化合物進行定性是目前較為常用的定性方法。如表1中，49號化合物在質(zhì)譜庫檢索后，給出一系列的檢索結(jié)果，有3種化合物匹配度較高，分別是乙酸庚酯 （C9H18O2）、乙酸辛酯（C10H20O2）和乙酸己酯 （C8H16O2），匹配度依次為916、914和905，經(jīng)計算乙酸庚酯、乙酸辛酯、乙酸己酯的準確分子量分別為158.24、172.27和144.21，在未知化合物的質(zhì)譜圖中有微弱的172.2的分子離子峰，并結(jié)合未知化合物和乙酸辛酯的質(zhì)譜圖中各種碎片離子分布情況，可以確定該化合物為乙酸辛酯。

2.3 保留指數(shù)在定性分析中的應用

天然香料的組成較為復雜，在質(zhì)譜庫檢索時往往會出現(xiàn)一個峰與幾種物質(zhì)相匹配的現(xiàn)象，尤其是同分異構(gòu)體或同系物，而同分異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)較為相似，質(zhì)譜圖中碎片離子峰也差別不大，如果僅僅使用質(zhì)譜庫檢索和匹配度定性來確認未知成分，有可能會出現(xiàn)定性錯判。因此，作者采用比較穩(wěn)定的保留指數(shù)來確定化合物結(jié)構(gòu)，同時結(jié)合質(zhì)譜庫檢索和匹配度定性，大大提高了定性結(jié)果的準確度。如表2中，需確認的化合物為α-蒎烯，計算機質(zhì)譜檢索為α-蒎烯（匹配度為 906）和 β-蒎烯（匹配度為 899），僅根據(jù)質(zhì)譜庫檢索結(jié)果很難確定該未知化合物，通過比對保留指數(shù)，可知α-蒎烯和β-蒎烯兩種化合物的保留指數(shù)文獻值分別為932和974，與Pegasus 4D工作站計算的實測保留指數(shù)（981）比較，就很容易確定該化合物為β-蒎烯。利用保留指數(shù)定性是一種很有效的定性方法，不僅可以單獨用于化合物定性，而且可以結(jié)合其它定性方法來鑒別未知化合物，該法在復雜香料揮發(fā)性成分的定性中具有良好的應用前景。

表2 保留指數(shù)比對應用示例Table 2 Application examples of retention index

3 結(jié) 語

利用GC-TOF/MS建立了不同產(chǎn)地小豆蔻油的指紋圖譜，通過質(zhì)譜庫結(jié)合保留指數(shù)定性，分析了兩個產(chǎn)地小豆蔻油中揮發(fā)性成分，其中，從越南小豆蔻油中檢出68個化合物，英國小豆蔻油中檢出33個揮發(fā)性成分，兩者共有成分23個，且兩個產(chǎn)地的小豆蔻油中化合物的組成和含量上存在明顯的差異，該研究為小豆蔻油的開發(fā)與應用提供了成分依據(jù)。

[1]WU Menghua，ZHANG Wei，DENG Qinghua.Progress in studies on chemical constituents and pharmacological effects of cardamom[J].Journal of Chinese Medicinal Materials，2014，37（5）：906-908.（in Chinese）

[2]趙中振，肖培根.當代藥用植物典[M].香港：萬里機構(gòu)出版有限公司，2007.

[3]BARUAH A K S，BHAGAT S D，SAIKIA B K.Chemical composition of Alleppy cardamom oil by gas chromatography[J].Analyst，1973，98（1164）：168-171.

[4]NARAYANAN C S，MATHEW A G.Chemical investigations on spice oils （allepey grade oils）[J].Indian Perf，1985，29（1/2）：15-22.

[5]GOPALAKRISHNAN N，NARAYANAN C S.Supercritical carbon dioxide extraction of cardamom （6 samples，various conditions&moisture content）[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry，1991，39：1976-1978.

[6]SHABAN M A，KANDEEL K M，YACOUNT G A，et al.The chemical composition of the volatile oil of elettaria cardamomum seeds[J].Pharmazie，1987，42：207-208.

[7]MARONGIU B，PIRAS A，PORCEDDA S.Comparative analysis ofthe oil and supercritical CO2extract of Elettaria cardamomum（L.） Maton[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry，2004，52（20）：6278-6282.

[8]SERESHTI H，ROHANIFAR A，BAKHTIARI S，et al.Bifunctional ultrasoundassisted extraction and determination of Elettariacardamomum Maton essential oil[J].Journal of Chromatography A，2012，18（1238）：46-53.

[9]MENON A N，SREEKUMAR M M.A study on cardamom oil distillation[J].Indian Perfum，1994， 38（4）：153-157.

[10]OLENIKOV D N，ROKHIN A V.Water-soluble glucans from truecardamom （Elettaria cardamomum White at Maton）seeds[J].Prikl Biokhim Mikrobiol，2013，49（2）：197-202.

[11]HAMDAN S，DAOOD H G，TOTH M M，et al.Extraction of cardamom oil by supercritical carbon dioxide and sub-critical propane[J].Journal of Supercritical Fluids，2008，44（1）：25-30.

[12]EIKANI M H，GOLMOHAMMAD F，AMOLI H S，et al.An experimental design approach for pressurized liquid extraction from cardamom seeds[J].Separation Science&Technology，2013，48（8）：1194-1200.

[13]CHANG Zhanying，LIU Guihua，GAO Xiaoli，et al.Extraction technology of volatile oil from eletteria cardamomum and inclusion technology of β-cyclodextrin[J].Journal of China Pharmacy，2014（7）：630-632.（in Chinese）

[14]GHOSH D，MUKHERJEE S，SARKAR S，et al.Exploratory study on aroma profile of cardamom by GC-MS and Electronic nose[J].Smart Sensors Measurement&Instrumentation，2014，8：399-403.

[15]GOPALAKRISHNAN N.Studies on the storage quality of CO2extracted cardamom and clove bud oils[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry，1994，42：796-798.

[16]AMMA K P P，SASIDHARAN I，SREEKUMAR M M，et al.Total antioxidant capacity and change in phytochemicals of four major varieties of cardamom oils during decortication[J].International Journal of Food Properties，2015，18（6）：1317-1325.

[17]DOLATI M，REZAEI K，VANAK Z P，et al.Study of the effects of essential oils of cumin，savory and cardamom as natural antioxidants on the flavor and oxidative stability of soybean oil during the storage[J].Journal of Essential Oil-Bearing Plants JEOP，2016，19（1）：176-184.

[18]SENGUPTA A，GHOSH S，BHATTACHARJEE S.Dietary cardamominhibits the formation of azoxymethane-induced aberrantcrypt foci in mice and reduces COX-2 and iNOS expressionin the colon[J].Asian Pacific Journal of Cancer Prevention，2005，6（ 2）：118-122.

[19]PATTNAIK S，PADHAN D K，JANA G K.Evaluation of cinnamon oil，peppermint oil，cardamom oil&orange oil as antimicrobial agents[J].Journal of Pharmaceutical Research，2010，3：414-416.

[20]QIBLAWI S，ALHAZIMI A，ALMOGBEL M，et al.Chemopreventive effects of cardamom （Elettaria cardamomum L.） on chemically induced skin carcinogenesis in Swiss albino mice[J].Journal of Medicinal Food，2012，15（6）：576-580.

[21]GILANI AH，JABEEN Q，KHAN AU，et al.Gut modulatory，blood pressure lowering，diuretic and sedative activities ofcardamom[J].Journal of Ethnopharmacology，2008，115（3）：463-472.

[22]JIN Jianzhong，HA Chengyong.GC-MS determination of chemical components of essential oil from Lavender[J].Journal of Food Science and Biotechnology，2005，24（5）：68-71.（in Chinese）

[23]YU Shitao，CHU Jiayong，WANG Na，et al.Supercritical fluid CO2extraction of radix peucedani volatile oil and components analysis[J].Journal of Food Science and Biotechnology，2010，29（2）：255-257.（in Chinese）