香茅精油風(fēng)味指紋圖譜的構(gòu)建

黃梅桂，張文靜，劉平*

(1.南京林業(yè)大學(xué) 輕工科學(xué)與工程學(xué)院，南京 210037；2.西華大學(xué) 食品與生物工程學(xué)院，成都 610039)

香茅精油風(fēng)味指紋圖譜的構(gòu)建

黃梅桂1，張文靜2，劉平2*

(1.南京林業(yè)大學(xué) 輕工科學(xué)與工程學(xué)院，南京 210037；2.西華大學(xué) 食品與生物工程學(xué)院，成都 610039)

通過水蒸氣蒸餾法提取了7個不同品種及產(chǎn)地的香茅精油，提取率為1.32%～2.75%。利用GC-MS聯(lián)用儀分析出精油樣品的30種揮發(fā)性風(fēng)味成分，并使用中藥色譜指紋圖譜相似度評價系統(tǒng)建立了香茅精油的香氣指紋圖譜，得到了11個共有峰，樣品之間相似度極高，均達(dá)0.82以上，可見該指紋圖譜有效地反映了香茅精油的主要特征成分，對香茅精油的識別和質(zhì)量判斷提供了一定依據(jù)。

香茅精油；氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(GC-MS)；指紋圖譜

香茅(Cymbopogoncitratus)，也稱為香茅草，禾本科香茅屬植物，是常見的香草之一，因其具有清新的檸檬香氣，所以又被稱為檸檬草。香茅草味辛、甘，性溫，歸肺、胃、脾經(jīng)，具有祛風(fēng)通絡(luò)、溫中止痛、利濕止瀉的功效[1]。除此之外，香茅具有廣泛的用途，莖葉可直接作調(diào)味香料使用，干葉可作為茶葉泡水飲用，也可提取其精油，香茅精油是芳香療法及醫(yī)療方法中用途最廣的精油。因其具有止痛、抗感染、改善消化、促進(jìn)睡眠等功能；能收斂肌膚，調(diào)理油膩不潔皮膚；賦予清新感，恢復(fù)身心平衡，目前已在香精香料、日用化學(xué)、醫(yī)藥等產(chǎn)業(yè)中廣泛應(yīng)用。

目前對香茅精油的分析僅停留在揮發(fā)性成分分析[2,3]，而產(chǎn)品風(fēng)味受很多因素影響，不同產(chǎn)地的原料對產(chǎn)品風(fēng)味可能有較大的影響，指紋譜圖與化學(xué)計(jì)量學(xué)相結(jié)合可以完整地反映一類物質(zhì)的共有屬性[4,5]，因此本文對7種不同品種及產(chǎn)地的香茅精油進(jìn)行GC-MS檢測，定性定量地分析香茅精油所包含的復(fù)雜風(fēng)味成分，并建立對照指紋圖譜，進(jìn)行相似度計(jì)算，簡單分析7種精油間的差異和相似性，而共有峰信息能反映香茅精油的特征成分，所確定的共有峰可作為香茅精油的判別及其質(zhì)量評價的輔助依據(jù)，從而對7種香茅精油的風(fēng)味及差異進(jìn)行比較分析，利于其清新獨(dú)特的風(fēng)味在食品、化妝品行業(yè)中加以應(yīng)用。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

香茅草(標(biāo)記為N1～N7)：分別由廣西壯族自治區(qū)、安徽省亳州市、北京市大興區(qū)、河北省衡水市、廣西玉林、云南、四川的公司提供；C8～C20正構(gòu)烷烴：Sigma-Aldrich公司；無水乙醇、過硫酸鉀、磷酸二氫鉀、氫氧化鈉等常用試劑均為分析純試劑。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

GC-MS-QP2010 Plus氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀 日本島津公司；UV2800紫外可見分光光度計(jì) 上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司；DHG-9075A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 上海益恒實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；BSA224S電子天平 賽多利斯科學(xué)儀器有限公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 香茅草精油的提取

香茅精油的提取參照文獻(xiàn)[6]方法略有改動，將香茅干草樣品剪成3～5 cm長的碎段，粉碎成末，稱取30 g粉末于500 mL圓底燒瓶中，并加入240 mL蒸餾水(料液比為1∶8)溶解加熱，從第1滴油出現(xiàn)開始計(jì)時，到關(guān)閉加熱電源計(jì)時結(jié)束，加熱3 h，油水分離，再繼續(xù)蒸餾3 h，將所得精油合并，用無水硫酸鈉干燥，即得精油成品，稱取并計(jì)算提取率，置于4 ℃條件下避光密封保存。

1.3.2 精油中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)分析

1.3.2.1 氣相色譜條件

色譜柱：DB-5MS石英毛細(xì)管柱(長度30.0 m，內(nèi)徑0.25 mm，膜厚0.25 μm)；進(jìn)樣口溫度250.0 ℃；分流進(jìn)樣(分流比為20.0)；進(jìn)樣量1.0 μL；載氣He；流量控制方式為壓力(100.0 kPa)；總流量35.2 mL/min；柱流量1.53 mL/min；線速度45.4 cm/s；吹掃流量3.0 mL/min；柱溫70.0 ℃，5 ℃/min程序升溫到250 ℃，保持4 min。

1.3.2.2 質(zhì)譜條件

接口溫度250 ℃；EI離子源，電子能量為70 eV，離子源溫度為230 ℃；溶劑延遲時間為2 min。

1.3.2.3 揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的定性分析

GC-MS檢測所得化合物質(zhì)譜圖經(jīng)質(zhì)譜庫檢索，按檢索結(jié)果相似性高低進(jìn)行定性，結(jié)合保留指數(shù)法對化合物輔助定性，即使用C8～C20正構(gòu)烷烴標(biāo)準(zhǔn)品在相同條件下測試，得到一系列正構(gòu)烷烴的保留時間，并按照計(jì)算公式得到保留指數(shù)：

RI=100N+100n(tRa-tRN)/(tR(N+n)-tRN)。

式中：N為與風(fēng)味物質(zhì)相鄰的較小烷烴的碳原子數(shù)；n為風(fēng)味物質(zhì)插入到的兩個系列烷烴碳原子數(shù)差值；tRa，tR(N+n)，tRN分別為風(fēng)味物質(zhì)的保留時間、相鄰較小烷烴的保留時間和相鄰較大烷烴的保留時間。

1.3.3 香茅精油揮發(fā)性物質(zhì)指紋圖譜的建立

本實(shí)驗(yàn)采用中藥色譜指紋圖譜相似度評價系統(tǒng)(國家藥典委員會2004A版)建立指紋圖譜，并做相似度計(jì)算，該版軟件所采用的相似度評價方法為向量夾角余弦法[7]。

式中：Xi，Yi表示兩組色譜數(shù)據(jù)的對應(yīng)點(diǎn)，求得的相關(guān)系數(shù)S1。

2 結(jié)果與分析

2.1 香茅草精油的提取率

本實(shí)驗(yàn)采用的水蒸氣蒸餾法，設(shè)備簡易，操作簡單，生產(chǎn)成本低，適于一般植物精油的提取，提取的香茅精油具有濃郁的檸檬清香，顏色呈淡黃色，為透明液體，提取率見圖1。

圖1 香茅精油提取率Fig.1 Extraction rate of citronella oil

由圖1可知，實(shí)驗(yàn)采用的7種香茅樣品，其精油提取率在一定范圍內(nèi)(1.32%～2.75%)波動，平均提取率為2.11%，其中樣品N4的提取率較高，N6和N7樣品的提取率相較于其他樣品偏低。這可能與樣品的產(chǎn)地、品種以及提取樣品的莖葉比例、采收時期、原始含水量有著較大的關(guān)系。

2.2 精油的GC-MS成分分析

采用GC-MS技術(shù)對7種香茅精油經(jīng)數(shù)據(jù)庫對照檢索和人工解析，分別確定出各樣品的主要風(fēng)味物質(zhì)成分，并采用峰面積歸一化法確定相對含量，其中N1香茅精油的總離子流圖見圖2(其他未列出)，共分離出74個色譜峰。

圖2 N1香茅精油的GC-MS總離子流圖(TIC)Fig.2 Total ion chromatography of GC-MS of N1 citronella oil

綜合比較7種精油樣品的成分構(gòu)成，整合分析鑒定了30種主成分，其相對含量占揮發(fā)油總成分的84.82%，具體成分見表1。

表1 香茅精油N1揮發(fā)性風(fēng)味成分分析Table 1 Volatile flavor compounds analysis of N1 citronella oil

續(xù) 表

由表1可知，按成分的相對含量，鑒定出的精油含量最高的成分是香茅醛(20.64%)，緊接著依次為香葉醇(16.91%)、欖香醇(14.16%)、(-)-β-香茅醇(10.43%)，其次的少量成分為δ-杜松烯(3.79%)、β-欖香烯(3.34%)、α-畢橙茄醇(2.89%)、β-桉葉油醇β(2.62%)、乙酸香茅酯(2.12%)、乙酸香葉酯(2.04%)等。由此可以看出，香茅精油中的成分物質(zhì)大多為萜類，包括萜烯類、醇類、酯類、醛酮類物質(zhì)。

香茅醛為微黃色液體，具有香茅、檸檬香氣；香葉醇為無色至黃色液體，具有溫和的玫瑰花香味，略帶苦味；欖香醇為黃色至棕紅色粘稠液體，帶有愉悅的花香，略帶辛香；香茅醇為無色液體，具有甜玫瑰香。這些物質(zhì)構(gòu)成了香茅的清香風(fēng)味[8-11]。

2.3 精油的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)指紋圖譜建立

將7個香茅精油樣品的GC-MS色譜圖數(shù)據(jù)進(jìn)行中藥色譜指紋圖譜相似度評價，S1為參照圖譜，采用均值法生成對照指紋圖譜，見圖3。

圖3 7種香茅精油的GC-MS總離子流圖疊加圖Fig.3 Total ion chromatography of GC-MS of seven citronella oils

根據(jù)匹配結(jié)果和解析，得11個共有峰，具體數(shù)據(jù)見表2，相似度結(jié)果見表3。

表2 7種精油的共有峰分析結(jié)果Table 2 Analysis results of common peaks of seven essential oils

由圖3和表2可知，香茅精油在保留時間上有著極高的相似性，特征峰的相對保留時間的標(biāo)準(zhǔn)偏差值RSD小于1%，說明對應(yīng)峰為同一物質(zhì)。共有峰物質(zhì)信息能反映香茅精油的特征成分，以此建立香茅精油主要成分的共有模式，所確定的共有峰可作為香茅精油的判別及其質(zhì)量評價的重要輔助依據(jù)。

表3 相似度計(jì)算結(jié)果Table 3 Result of similarity calculation

由表3可知，各組間的相似度介于0.82～1.0之間，評價結(jié)果說明幾種揮發(fā)油間有較好的一致性，其中，N2和N3的相似度最高為0.991，N5和N7的相似度最低為0.827。而N5與其他樣品間的相似度較小，可能與香茅品種、產(chǎn)地、氣候、土壤、日照、采收成熟度等有關(guān)，這些因素會影響各樣品化學(xué)成分和含量的差異。

3 結(jié)論

本研究利用GC-MS對不同來源的香茅精油進(jìn)行分析測定，其風(fēng)味成分各有異同，主要成分為香茅醛、香葉醇、欖香醇、(-)-β-香茅醇，其次的少量成分為δ-杜松烯、β-欖香烯、α-畢橙茄醇、β-桉葉油醇、乙酸香茅酯、乙酸香葉酯等。通過共有峰分析和夾角余法建立了一套香茅精油揮發(fā)性香氣指紋圖譜，分離出的特征峰可反映香茅精油的主要特征成分，對香茅精油的識別和質(zhì)量判斷提供一定依據(jù)。

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Flavor Fingerprint Establishment of Citronella Oil

HUANG Mei-gui1, ZHANG Wen-jing2, LIU Ping2*

(1.School of Light Science and Engineering, Nanjing Forestry University,Nanjing 210037,China;2.School of Food and Biological Engineering,Xihua University, Chengdu 610039,China)

Seven kinds of citronella from different origins are extracted through distillation extraction to obtain the essential oil,and the extraction rate is in the range of 1.32%～2.75%.Thirty kinds of volatile flavor compounds of essential oil are analyzed by GC-MS.Similarity evaluation system of chromatographic fingerprint is used to establish fingerprint of citronella oil.Eleven common peaks are obtained and their similarity reaches above 0.82.The result shows that the fingerprint establishment can reflect the main component characteristics of citronella oil effectively. It provides a certain reference for identification and quality judgment of citronella oil.

citronella oil；gas chromatography-mass spectrometry(GC-MS)；fingerprint

2017-02-22 *通訊作者

國家自然科學(xué)基金(31401679)；大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(2015sjcx182)；南京林業(yè)大學(xué)高學(xué)歷人才基金項(xiàng)目(GXL2014047)

黃梅桂(1983-)，女，四川自貢人，副教授，博士，研究方向：食品風(fēng)味化學(xué)。

TS225.19

A

10.3969/j.issn.1000-9973.2017.08.005

1000-9973(2017)08-0021-04