SDE/SPME-GC-MS分析苦蕎的揮發(fā)性香氣成分

余 麗，王灼琛，程江華，謝寧寧，黃晶晶

（安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，安徽 合肥 230031）

SDE/SPME-GC-MS分析苦蕎的揮發(fā)性香氣成分

余 麗，王灼琛，程江華，謝寧寧，黃晶晶

（安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，安徽 合肥 230031）

為了分析不同方法萃取苦蕎樣品中揮發(fā)性物質(zhì)的差異，采用同時(shí)蒸餾萃取法（SDE）和固相微萃取法（SPME）提取苦蕎樣品中的揮發(fā)性成分，用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（GC-MS）技術(shù)定性鑒定，并用總離子流色譜峰的峰面積進(jìn)行歸一化定量分析。同時(shí)蒸餾萃取-氣譜-質(zhì)譜法（SDE-GC-MS）分析出23種揮發(fā)性成分，固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜法（SPME-GC-MS）分析出35種揮發(fā)性成分，2種方法均提取出酯類(lèi)、烴類(lèi)、酮類(lèi)、醛類(lèi)和醇類(lèi)，其中酯類(lèi)和醛類(lèi)的含量較多，說(shuō)明酯類(lèi)和醛類(lèi)對(duì)苦蕎的風(fēng)味貢獻(xiàn)較大。同時(shí)蒸餾萃取法適合對(duì)高沸點(diǎn)、低揮發(fā)性物質(zhì)進(jìn)行分離，固相微萃取法具有快速簡(jiǎn)便、不使用溶劑和樣品檢測(cè)非破壞性等優(yōu)點(diǎn)，適合易揮發(fā)性化合物的檢測(cè)。將兩種提取方法相結(jié)合對(duì)苦蕎揮發(fā)性物質(zhì)提取能得到比較全面的結(jié)果。

苦蕎；揮發(fā)性成分；同時(shí)蒸餾萃??；固相微萃取；氣相色譜-質(zhì)譜

苦蕎學(xué)名韃靼蕎麥（Fagopyrum tataricum），與何首烏、大黃等同屬蓼科，是我國(guó)藥食同源文化的典型體現(xiàn)[1]?？嗍w被譽(yù)為“五谷之王”、“三降食品”（降血壓、降血糖、降血脂），有著卓越的營(yíng)養(yǎng)保健價(jià)值和非凡的食療功效，苦蕎功能成分引起越來(lái)越多的科研工作者重視[2-3]。苦蕎揮發(fā)性物質(zhì)是評(píng)價(jià)苦蕎及產(chǎn)品品質(zhì)的重要指標(biāo)之一，國(guó)外對(duì)苦蕎及產(chǎn)品中揮發(fā)性物質(zhì)分析的相關(guān)報(bào)道較多，但在國(guó)內(nèi)相關(guān)方面還缺乏系統(tǒng)性的研究。1983年ENGLYST H N等[4]對(duì)煮過(guò)的甜蕎麥粉進(jìn)行了香氣分析，發(fā)現(xiàn)209種成分，20世紀(jì)90年代有關(guān)苦蕎揮發(fā)性成分方面的學(xué)術(shù)報(bào)道幾乎空白，直至2008年JANE?D等[5-7]從方法比較、成分分析等方面對(duì)蕎麥的揮發(fā)性成分進(jìn)行分析。國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)研究者對(duì)苦蕎產(chǎn)品的揮發(fā)物質(zhì)研究近年來(lái)雖然逐漸增多，如宮鳳秋等研究了苦蕎醋的清除DPPH自由基及抗氧化作用[8]。同年中國(guó)農(nóng)科院研究了苦蕎茶的揮發(fā)性成分，確定了77種物質(zhì)[9]，但對(duì)苦蕎原料的揮發(fā)性物質(zhì)組成仍缺乏基礎(chǔ)性的研究。

同時(shí)蒸餾萃取法（simultaneous distillation extraction，SDE）和固相微萃取法（solid phase microextraction，SPME）是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的兩種提取樣品揮發(fā)性物質(zhì)的方法[10-12]，SDE法將水蒸氣蒸餾與溶劑萃取結(jié)合，減少實(shí)驗(yàn)步驟，縮短分析時(shí)間，節(jié)省萃取試劑；SPME法具有分析時(shí)間短，不使用有機(jī)溶劑，樣品不需前處理等優(yōu)點(diǎn)[13-16]。本試驗(yàn)采用兩種方法對(duì)安徽地區(qū)苦蕎中揮發(fā)性成分提取，并用氣相色譜-質(zhì)譜測(cè)定法（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）對(duì)揮發(fā)性物質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，比較提取兩種方法差異，初步探討樣品揮發(fā)性物質(zhì)組成與感官特性的關(guān)系，為進(jìn)一步分析苦蕎特征香氣組分建立分析方法。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

苦蕎原料：安徽大地食品有限公司；無(wú)水乙醚（分析純）：國(guó)藥化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

同時(shí)蒸餾萃取裝置、HH-S6電熱恒溫水浴鍋：北京科偉永興儀器有限公司；手動(dòng)固相微萃取裝置和萃取纖維頭60μm PDMS/DVB：美國(guó)SUPELCO公司；HP7890A/5973 GC-MS聯(lián)用儀：美國(guó)安捷倫公司。

1.3 試驗(yàn)方法

采用同時(shí)蒸餾萃取和固相微萃取兩種方法進(jìn)行樣品前處理，提取苦蕎揮發(fā)性成分，具體操作步驟如下：

1.3.1 乙醚的純化

取250 mL無(wú)水乙醚加入7.5 mL 20%FeSO4的水溶液及2.5 mL 1∶1的硫酸，再加入40 mL蒸餾水，振蕩洗滌并除去水層，重復(fù)洗至除盡過(guò)氧化物為止（用2%KI檢查無(wú)色），重蒸后備用。

1.3.2 SDE提取苦蕎揮發(fā)性物質(zhì)方法

稱(chēng)取樣品約30.0 g，置于1 L的圓底燒瓶中，加入去離子水300 mL，取乙醚25 mL置于250 mL三角燒瓶中，分別連接在SDE裝置的兩端。1 L圓底燒瓶用電熱套加熱，保持微沸，250 mL三角燒瓶用45～50℃水浴鍋加熱，同時(shí)蒸餾萃取2 h，然后往乙醚萃取液中加入10 g無(wú)水硫酸鈉4℃干燥過(guò)夜。最后用氮吹儀將乙醚萃取液濃縮至1 mL，供GC-MS分析用。

1.3.3 SPME提取苦蕎揮發(fā)性物質(zhì)方法

取樣品2.0 g，置于15 mL固相微萃取儀采樣瓶中，加入6 mL去離子水，在48℃旋轉(zhuǎn)加熱平衡30 min后，插入裝60μm纖維頭的手動(dòng)進(jìn)樣器，頂空萃取60 min取出，快速移出萃取頭并立即插入設(shè)置好條件的GC-MS氣相層析的注射口（250℃），熱解析10 min。

1.3.4 揮發(fā)性物質(zhì)GC-MS分析

（1）色譜條件

GC條件：色譜柱為HP-5MS彈性石英毛細(xì)管柱（30 m× 0.25 mm×0.25μm）；色譜柱起始溫度50℃，保留2 min，以5℃/min升溫速率升至190℃，保留2 min，再以2℃/min升溫至210℃，最后以10℃/min升溫至250℃，保留14 min；汽化室溫度為250℃；載氣為He，流速1.0 mL/min；分流比20∶1；進(jìn)樣量1.0μL。

MS條件：離子源為電子電離（electronic ionization，EI）源；離子源溫度230℃；電子能量70 eV；總離子流（totalion chromatography，TIC）掃描范圍50～550 m/z。

（2）譜圖分析

定性：揮發(fā)性成分經(jīng)氣相色譜分析，不同組分形成其各自的色譜峰，用氣相色譜-質(zhì)譜-計(jì)算機(jī)聯(lián)用儀進(jìn)行分析鑒定。對(duì)總離子流圖中的各峰經(jīng)質(zhì)譜計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)系統(tǒng)檢索，核對(duì)NIST2005標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜圖及參照已發(fā)表的質(zhì)譜資料，確定大部分揮發(fā)性化學(xué)成分。

定量：用峰面積歸一化法算出各個(gè)化學(xué)成分的相對(duì)含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 兩種方法提取的揮發(fā)性成分總離子流圖

采用SDE和SPME提取苦蕎中揮發(fā)性成分，經(jīng)GC-MS分析得到的總離子色譜流圖見(jiàn)圖1。

由圖1可知，SDE法提取苦蕎中揮發(fā)性物質(zhì)的出峰在保留時(shí)間上分布較寬，分離效果較好；而SPME法提取的揮發(fā)性物質(zhì)出峰保留時(shí)間相對(duì)靠前，且出峰多較集中。另外，圖1中有幾個(gè)豐度較大的化合物，并非是苦蕎中的物質(zhì)，而是柱流失所造成的硅氧烷類(lèi)物質(zhì)。由此可知SDE法對(duì)于沸點(diǎn)較高的成分萃取效率比較高，SPME法的萃取效率較低。

2.2 同時(shí)蒸餾萃取苦蕎揮發(fā)性成分分析

SDE-GC-MS分析檢測(cè)出的苦蕎揮發(fā)性成分及相對(duì)含量見(jiàn)表1。

通過(guò)同時(shí)蒸餾萃取苦蕎的揮發(fā)性物質(zhì)并經(jīng)GC-MS檢測(cè)，苦蕎檢測(cè)出匹配度在70以上的揮發(fā)性成分23種，其中包括酯類(lèi)8種、酸類(lèi)5種、烴類(lèi)4種、酮類(lèi)2種、醛類(lèi)1種、醇類(lèi)1種、烯類(lèi)1種、雜環(huán)類(lèi)1種。在這些揮發(fā)性物質(zhì)中，一些含量相對(duì)較高的成分可能對(duì)苦蕎的香氣起到重要的作用。鑒定出的揮發(fā)性成分相對(duì)含量較高的為鄰苯二甲酸二異丁酯（45.80%）、（Z,Z）-9,12-十八烷二烯酸（28.10%）、n-十六烷酸（11.31%）、己二酸二（2-乙基己）酯（5.02%）、鄰苯二甲酸二（2-乙基己）酯（2.65%）。

2.3 固相微萃取苦蕎揮發(fā)性成分分析

苦蕎經(jīng)SPME-GC-MS分析檢測(cè)出的揮發(fā)性成分及相對(duì)含量如表2所示。

從苦蕎中用SPME-GC-MS法共檢測(cè)出匹配度在70以上的揮發(fā)性成分35種，其中醛類(lèi)7種、烴類(lèi)7種、酮類(lèi)5種、烯類(lèi)5種、萘類(lèi)3種、酯類(lèi)3種、雜環(huán)類(lèi)2種、醇類(lèi)2種、其他1種。以醛類(lèi)和酮類(lèi)為主，相對(duì)含量較大，主要揮發(fā)性成分為甲氧基-苯基肟（12.79%）、安香息醛（7.29%）、2-正戊基呋喃（8.42%）、壬醛（8.66%）、1-壬醇（5.16%）、2-十一酮（5.12%）、甲酸辛酯（4.82%）、香葉基丙酮（4.19%）、六氫假紫羅酮（3.64%）、萘（3.82%）。

用兩種方法處理同一批苦蕎樣品，由于兩種實(shí)驗(yàn)方法在提取揮發(fā)性物質(zhì)時(shí)溫度、時(shí)間不同，使得鑒定結(jié)果存在較大差異，其中主要體現(xiàn)由表1、表2可以看出，經(jīng)過(guò)相對(duì)定量同時(shí)蒸餾萃取法僅分析出23種揮發(fā)性成分，固相微萃取法可分析出35種揮發(fā)性成分，均含的揮發(fā)性物質(zhì)是酯類(lèi)、烴類(lèi)、酮類(lèi)、醛類(lèi)和醇類(lèi)，前者主要以酯類(lèi)為主，后者以醛類(lèi)為主。兩種方法都檢測(cè)出其它資料中沒(méi)有的揮發(fā)性物質(zhì)，如吲哚、2-癸酮、苊、芴，主要原因可能是苦蕎的品種不同或受到苦蕎生長(zhǎng)地域性環(huán)境的影響。SDE法提取揮發(fā)性物質(zhì)過(guò)程提供了高溫的條件，而酯類(lèi)化合物在高溫條件下容易積蓄，所以提取出的酯類(lèi)物質(zhì)相對(duì)含量較高，中、短鏈的酯類(lèi)物質(zhì)對(duì)香氣的影響較大，能夠賦予苦蕎特殊的酯香。醛類(lèi)物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)活潑，在一定條件下易被還原成相應(yīng)的醇，醛類(lèi)具有脂肪香味，苦蕎中檢測(cè)出的壬醛、癸醛具有令人愉快的甜香和花香。兩種方法均提取出烴類(lèi)物質(zhì)，其中以烷烴為主，可賦予苦蕎清甜香味。萃取出的萜烯類(lèi)物質(zhì)如α-衣蘭油烯、+）-花側(cè)柏烯等具有花香、木香特征。SPME法在苦蕎中提取了相對(duì)含量較高的甲氧基-苯基肟，但該物質(zhì)的香氣特征幾乎沒(méi)有報(bào)道。此外，還檢測(cè)出芴、苊、二苯并呋喃等其他化合物，盡管大多相對(duì)含量較低，但這些物質(zhì)閾值較低都具有重要的感官特征，對(duì)苦蕎的香氣可能產(chǎn)生一定的影響。

3 結(jié)論

比較兩種方法提取揮發(fā)性成分的檢測(cè)結(jié)果可以看出，SPME法檢測(cè)出的揮發(fā)性成分較多。SDE法對(duì)高沸點(diǎn)、低揮發(fā)性成分的分離效果較好，由于SDE法使樣品經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間高溫蒸煮，容易發(fā)生變化的化合物檢出量會(huì)有所減少。SPME法由于是對(duì)樣品進(jìn)行直接吸附，樣品處理時(shí)間短，操作步驟簡(jiǎn)單，所以SPME法分析出的化合物多于SDE法的?？嗍w的幾種提取方法或多或少存在一定的缺陷；要準(zhǔn)確、全面、真實(shí)地了解其揮發(fā)性物質(zhì)的成分，必須幾種方法結(jié)合，相互補(bǔ)充，取長(zhǎng)補(bǔ)短，綜合分析，才能達(dá)到預(yù)期的結(jié)果。

[1]金肇熙，陜 方，邊俊生，等.苦蕎加工利用新技術(shù)研究[J].食品科學(xué)，2004，25（11）：348-350.

[2]段長(zhǎng)強(qiáng).化學(xué)試劑手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1987.

[3]張曉鳴.食品風(fēng)味化學(xué)[M].北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社，2009.

[4]ENGLYST H N,ANDERSEN V,CUMMINGS J H.Starch and nonstarch polysaccharides in some cereal foods[J].J Sci Food Agr,1983, 34(12):1434-1440.

[5]JANE?D,KREFT S.Salicylaldehyde is a characteristic aroma componentof buckwheatgroats[J].Food Chem,2008,109(2):293-298.

[6]JANE?D,KANTAR D,KREFT S,et al.Identification of buckwheat (Fagopyrum esculentum Moench)aroma compounds with GC-MS[J]. Food Chem,2009,112(1):120-124.

[7]JANE?D,PROSEN H,KREFT S.Identification and quantification of aroma compounds of tartary buckwheat(Fagopyrum tataricum Gaertn.) and some ofits milling fractions[J].J Food Sci,2012,77(7):746-751.

[8]宮鳳秋，張 莉，李志西，等.苦蕎醋對(duì)二苯代苦味?；―PPH）自由基的清除作用研究[J].中國(guó)釀造，2006，25（12）：26-28.

[9]QIN P Y,MA T J,WU L,et al.Identification of tartary buckwheat tea aroma compounds with gas chromatography-mass spectrometry[J].J Food Sci,2011,76(6):401-406.

[10]余 麗，王灼琛，程江華，等.苦蕎糊和苦蕎茶揮發(fā)性香氣成分分析[J].中國(guó)釀造，2014，33（10）：67-71.

[11]竇宏亮，李春美，喬 宇，等.炒青綠茶香氣成分的GC-MS分析[J].食品科學(xué)，2007，28（5）：258-261.

[12]趙 玥，肖成杰，蔡寶國(guó)，等.氣相色譜-質(zhì)譜法中4種不同捕集方式對(duì)茶葉香氣成分測(cè)定的影響[J].食品科學(xué)，2011，32（11）：283-289.

[13]PROSEN H,KOKALJ M,JANE?D,et al.Comparison of isolation methods for the determination of buckwheat volatile compounds[J]. Food Chem,2010,121(1):298-306.

[14]SUIX F,LIX,QIN L K,etal.Analysis ofvolatile aroma compounds in steamed and roasted whole tartary buckwheat teas and distribution of majorchemicalcomponents during the production process[J].Food Sci, 2012,33(22):269-273.

[15]STEADMAN K J,BURGOON M S,SCHUSTER R L,et al.Fagopyritols,D-chiro-inositol,and other soluble carbohydrates in buckwheat seed milling fractions[J].J Agr Food Chem,2000,48(7):2843-2847.

[16]王偉軍，李延華，夏光輝，等.SPME-GC-MS測(cè)定葡萄原汁中的揮發(fā)性物質(zhì)[J].中國(guó)釀造，2011，30（9）：179-181.

Analysis of volatile aroma compounds in tartary buckwheat by SDE/SPME-GC-MS

YULi,WANGZhuochen,CHENG Jianghua,XIE Ningning,HUANGJingjing

(Institute of Agro-Products Processing Science and Technology,Anhui Academy of AgriculturalSciences,Hefei 230031,China)

In order to analyze the difference ofvolatiles extracted by two differentmethods,the volatile components oftartary buckwheatwere extracted by simultaneous distillation extraction(SDE)and solid phase microextraction(SPME),and the results were qualitatively identified by GC-MS,and the peak area was quantitatively analyzed by total ion currentchromatographic.Results showed that23 volatile compounds were identified by SDE and 35 compounds were detected by SPME.Esters,hydrocarbons,ketones,aldehydes and alcohols were extracted by both method,and esters and aldehydes made a greater contribution to the favor of taratry buckwheat due to the higher relative contents.Simultaneous distillation extraction method provided better results in detection of high boiling-pointand low volatile compounds,while solid phase micro-extraction method was more rapid,simple,without solvent and non-destructive which was suitable for volatile compounds determination.More comprehensive information of the volatile compounds in tartaty buckwheatcould be obtained by the combination ofboth methods.

tartary buckwheat;volatile compounds;SDE;SPME;GC-MS

TS207.3

A

0254-5071（2015）02-0148-05

10.11882/j.issn.0254-5071.2015.02.033

2014-12-23

2014年學(xué)科建設(shè)面上項(xiàng)目（14A1231）；2014年新建科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)（14C1207）；2013年公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專(zhuān)項(xiàng)項(xiàng)目（201303069）

余 麗（1989-），女，研究實(shí)習(xí)員，碩士，研究方向?yàn)楣δ苁称放c營(yíng)養(yǎng)。