新鮮薏仁米與異味薏仁米揮發(fā)性成分對(duì)比分析

楊忠全

闞建全1,2

陳光靜1

夏 季1

(1. 西南大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，重慶 400715；2. 重慶市農(nóng)產(chǎn)品加工及貯藏重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400715)

新鮮薏仁米與異味薏仁米揮發(fā)性成分對(duì)比分析

楊忠全1

闞建全1,2

陳光靜1

夏 季1

(1. 西南大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，重慶 400715；2. 重慶市農(nóng)產(chǎn)品加工及貯藏重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400715)

以新鮮薏仁米和異味薏仁米為原料，采用頂空—固相微萃取—?dú)赓|(zhì)聯(lián)用法分別對(duì)新鮮薏仁米和異味薏仁米的揮發(fā)性成分進(jìn)行分析。研究結(jié)果表明：從新鮮薏仁米和異味薏仁米中共鑒定出85種揮發(fā)性成分，其中新鮮薏仁米中鑒定出47種化合物(主要包括12種醇類、11種醛酮類、22種烴類)，其主要揮發(fā)性成分為右旋萜二烯、苯、2-戊基呋喃、己醛、壬醛、正辛醛、2-庚酮、正戊醇、正己醇、1-辛烯-3-醇和芳樟醇；異味薏仁米中鑒定出58種化合物(主要包括17種烴類、8種醇類、14種醛酮類、10種酯類和5種酸類)，其主要揮發(fā)性成分為1-十五烯、己醛、壬醛、癸醛、正辛醛、正辛醇、己酸、庚酸、辛酸和壬酸。造成新鮮薏仁米與異味薏仁米的主要揮發(fā)性成分中酸類化合物種類和含量差異的主要原因，可能是新鮮薏仁米在貯藏過(guò)程中油脂的氧化。

薏仁米；頂空固相—微萃??；揮發(fā)性成分；氣相色譜—質(zhì)譜聯(lián)用

薏仁米(Coixlachryma-jobiL. var. ma-yuen Stapf)又名薏米、薏仁、薏苡仁、六谷子等，是禾本科玉蜀黍族薏苡屬植物薏苡的種仁，是中國(guó)傳統(tǒng)的藥食兩用功能性食品原料[1]?，F(xiàn)代藥理學(xué)研究表明，薏仁米具有抗氧化[2-3]、抗炎癥[4-5]、抗癌[6-7]、抗腫瘤[8-9]、降血糖[10]和止痛[11]等功效。與中國(guó)傳統(tǒng)主糧相比，薏仁米在貯藏過(guò)程中易發(fā)生劣變，產(chǎn)生異味，降低了薏仁米的食用品質(zhì)和商品價(jià)值。

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)薏仁米的研究主要集中在薏仁米淀粉[12-13]、油脂[14]、多酚[15-16]、薏苡素等生物活性成分的提取[17-18]、功能特性[19-20]及薏仁米產(chǎn)品[21-22]的研發(fā)上，對(duì)薏仁米中揮發(fā)性成分特別是新鮮薏仁米和異味薏仁米中揮發(fā)性成分差異還未曾有研究和報(bào)道。本試驗(yàn)采用頂空—固相微萃取法(HS-SPME)提取薏仁米中的揮發(fā)性成分，結(jié)合氣相色譜—質(zhì)譜聯(lián)用(GC-MS)技術(shù)對(duì)新鮮薏仁米和異味薏仁米中的揮發(fā)性成分進(jìn)行鑒定分析，對(duì)比2種薏仁米的揮發(fā)性成分差異，為后續(xù)薏仁米中異味物質(zhì)的研究提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

新鮮薏仁米：興仁薏仁米，購(gòu)于北碚永輝超市；

異味薏仁米：將新鮮薏仁米置于人工氣候箱中貯藏24個(gè)月，貯藏溫度30 ℃，濕度11%，未出現(xiàn)發(fā)霉和腐爛等現(xiàn)象；

正癸烷標(biāo)準(zhǔn)品：99.9%，美國(guó)Sigma-Aldrich公司；

C5～C25正構(gòu)烷烴混標(biāo)：色譜純，百靈威科技有限公司。

1.1.2 主要儀器設(shè)備

氣質(zhì)聯(lián)用儀：QP 2010型，日本島津公司；

頂空微萃取瓶：20 mL，美國(guó)Aglient公司；

固相微萃取裝置(50/30μm DVB/CAR/PDMS萃取頭)：MW40-275型，美國(guó)Supelco公司；

數(shù)顯恒溫水浴鍋：HH-2型，邦西儀器科技(上海)有限公司。

1.2 方法

1.2.1 頂空—固相微萃取 稱取5.0 g新鮮薏米和1.0 g異味薏米樣品，分別置于20 mL螺口頂空樣品瓶中，加入等質(zhì)量的水以加速揮發(fā)性成分的擴(kuò)散。再向瓶?jī)?nèi)加入25 μL 1 mg/mL的正癸烷標(biāo)準(zhǔn)品作為內(nèi)標(biāo)物，密封后置于60 ℃恒溫水浴中平衡4 min，將萃取頭插入頂空瓶中吸附40 min，然后在GC-MS進(jìn)樣口250 ℃解析5 min。

1.2.2 色譜分析條件 采用DB-5MS(30 m×0.25 mm×0.25 μm)毛細(xì)管柱；程序升溫：起始溫度40 ℃，保持2 min；以8 ℃/min上升到70 ℃，保持4 min；以4 ℃/min上升到80 ℃，保持2 min；以4 ℃/min上升到145 ℃；以10 ℃/min上升到220 ℃，保持3 min；載氣：He；氦氣流速1 mL/min；進(jìn)樣口溫度250 ℃；壓力49.3 kPa；分流比為2∶1。

1.2.3 質(zhì)譜條件 電子轟擊(EI)離子源；離子源溫度250 ℃；接口溫度250 ℃；檢測(cè)器電壓830 eV；溶劑延遲時(shí)間2.5 min；掃描范圍m/z40～400；掃描速度666 u/s；采集方式：Scan。

1.2.4 揮發(fā)性成分的定性與定量分析

(1) 定性分析：由計(jì)算機(jī)檢索與NIST08、NIST08s、PESTEI_3、PEST_EI譜庫(kù)匹配求得，選擇匹配度>80的鑒定結(jié)果，并結(jié)合保留指數(shù)(Kovats retention indice，RI)進(jìn)行確定。采用相同的升溫程序，以C10～C25的正構(gòu)烷烴為混標(biāo)，通過(guò)保留時(shí)間按式(1)計(jì)算樣品中各揮發(fā)物的RI，與GC-MS譜庫(kù)中該揮發(fā)物的RI進(jìn)行比對(duì)，以對(duì)未知揮發(fā)物進(jìn)行定性。

(1)

式中：

RI——保留指數(shù)；

Rt(i)、Rt(n)、Rt(n+1)——待測(cè)未知物、含n及n+1個(gè)碳原子的正構(gòu)烷烴保留時(shí)間。

(2) 定量分析：各揮發(fā)性組分的相對(duì)含量采用面積歸一化法計(jì)算。以正癸烷為內(nèi)標(biāo)，根據(jù)內(nèi)標(biāo)峰面積、內(nèi)標(biāo)濃度及樣品中各揮發(fā)性組分的峰面積，按式(2)計(jì)算樣品中各揮發(fā)性組分的絕對(duì)含量。

(2)

式中：

M——揮發(fā)性組分的絕對(duì)含量，μg/g；

ρ——正癸烷內(nèi)標(biāo)的質(zhì)量濃度，μg/μL；

m——樣品的質(zhì)量，g；

V——內(nèi)標(biāo)物體積，μL；

A——內(nèi)標(biāo)物質(zhì)的峰面積；

Ai——各揮發(fā)性組分的峰面積。

1.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析處理方法

采用Excel 2013和OriginPro 2015(Version 9.2)軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 新鮮薏仁米和異味薏仁米中揮發(fā)性組分的定性和定量

圖1為采用頂空固相—微萃取法對(duì)新鮮薏仁米和異味薏仁米進(jìn)行萃取后，經(jīng)GC-MS檢測(cè)得到的總離子流色譜圖，新鮮薏仁米和異味薏仁米中各揮發(fā)性組分的定性和定量結(jié)果見(jiàn)表1。由表1可知，從新鮮薏仁米和異味薏仁米中共萃取出85種揮發(fā)性成分，其中新鮮薏仁米中鑒定出47種，異味薏仁米中鑒定出58種。只存在于新鮮薏仁米中的揮發(fā)性成分有27種；而在異味薏仁米中被檢出但未在新鮮薏仁米中檢測(cè)到的揮發(fā)性成分有38種。

圖1 HS-SPME提取新鮮薏仁米和異味薏仁米揮發(fā)性成分的GC-MS總離子流圖

Figure 1 GC-MS of volatiles extracted by HS-SPME from fresh adlay seeds and adlay seeds with off-flavor

2.2 新鮮薏仁米和異味薏仁米中揮發(fā)性組分分析

表2比較了新鮮薏仁米與異味薏仁米中揮發(fā)性成分的總組成，從新鮮薏仁米中鑒定出22種烴類、12種醇類、11種醛酮類，未鑒定出酯類和酸類化合物；從異味薏仁米中鑒定出17種烴類、8種醇類、14種醛酮類、10種酯類和5種酸類。由測(cè)定結(jié)果可知，新鮮薏仁米和異味薏仁米中揮發(fā)性成分種類數(shù)量最多的均為烴類化合物，異味薏仁米的揮發(fā)性成分中較新鮮薏米增加了多種酯類和酸類化合物，醛酮類化合物的數(shù)量略有增加，而醇類和烴類化合物數(shù)量有所減少。新鮮薏仁米和異味薏仁米中揮發(fā)性成分種類的區(qū)別主要是酯類和酸類化合物的數(shù)量不同。

表1 新鮮薏仁米和異味薏仁米揮發(fā)性成分的GC-MS分析結(jié)果?

? “—”表示未檢出。

由表2可知，異味薏仁米中所有揮發(fā)性成分的絕對(duì)含量較新鮮薏仁米都有較大幅度的增加，其中增加幅度最大的是酸類化合物，從無(wú)增加到0.106 2 μg/g，其次是醛酮類、烴類和酯類化合物，醇類和其他類化合物增幅相對(duì)較小。各類揮發(fā)性成分的含量占揮發(fā)性組分總含量比例差異較大。在新鮮薏仁米中，主要揮發(fā)性成分是醛酮類、醇類和烴類化合物，分別為0.014 9，0.011 0，0.008 2 μg/g，分別占新鮮薏仁米揮發(fā)性成分總量的40.85%，30.13%，22.42%；而異味薏仁米中的主要揮發(fā)性成分是酸類、醛酮類和烴類化合物，分別為0.106 2，0.089 6，0.058 5 μg/g，分別占異味薏仁米揮發(fā)性成分總量的33.30%，28.10%，18.34%。

表2 頂空固相—微萃取提取薏米揮發(fā)性成分的組成?

? “—”表示未檢出。

由表3可知，新鮮薏仁米和異味薏仁米中主要揮發(fā)性成分差異較大。新鮮薏仁米中主要揮發(fā)性成分為右旋萜二烯、苯、2-戊基呋喃、己醛、壬醛、正辛醛、2-庚酮、正戊醇、正己醇、1-辛烯-3-醇和芳樟醇，含量最高的2種化合物是己醛和正己醇，相對(duì)含量分別為19.3%和18.2%；異味薏仁米中主要揮發(fā)性成分為1-十五烯、己醛、壬醛、癸醛、正辛醛、正辛醇、己酸、庚酸、辛酸和壬酸，含量最高的2種化合物是己酸和1-十五烯，其相對(duì)含量分別為16.6%和10.33%。新鮮薏仁米與異味薏仁米的主要揮發(fā)性成分中共有組分為己醛、壬醛和正辛醛，其在新鮮薏仁米中的絕對(duì)含量都低于在異味薏仁米中的。

新鮮薏仁米與異味薏仁米的主要揮發(fā)性成分差異性較大，新鮮薏仁米中醛類和醇類化合物含量較高，異味薏仁米中酸類、醛類和烴類化合物含量較高。主要區(qū)別為異味薏仁米的主要揮發(fā)性成分中有己酸、庚酸、辛酸和壬酸等酸類化合物，且己酸的相對(duì)含量高達(dá)16.6%，而新鮮薏仁米中未鑒定出酸類化合物。薏仁米屬于脂肪含量較高的谷物，其脂肪含量高于大米、小麥、玉米、小米等谷物(分別為1.7%，1.8%，4.3%，3.5%)[23]，使得薏仁米在貯藏過(guò)程中容易發(fā)生油脂氧化。油脂中的不飽和脂肪酸在空氣中受光照、熱等影響容易發(fā)生氧化反應(yīng)，氫過(guò)氧化物是最主要的氧化初級(jí)產(chǎn)物，但氫過(guò)氧化物不穩(wěn)定，容易進(jìn)一步分解成為醛、酮、酸、醇等小分子物質(zhì)。因此，推測(cè)造成新鮮薏仁米與異味薏仁米的主要揮發(fā)性成分中酸類化合物種類和含量差異的主要原因可能是新鮮薏仁米在貯藏過(guò)程中油脂氧化。張立慶等[24]在開(kāi)發(fā)薏仁米飲品時(shí)發(fā)現(xiàn)薏仁米由于油脂氧化產(chǎn)生哈味，吳傳茂等[25]在研制薏苡豆奶、李美玲等[26]在開(kāi)發(fā)Viili薏仁米酸奶時(shí)有同樣的發(fā)現(xiàn)。Lin等[27]研究表明，由于薏仁米的油脂容易發(fā)生氧化，加工薏米的貨架期相對(duì)較短，移除薏米中的油脂成分可以防止薏米產(chǎn)品中異味的產(chǎn)生。

表3新鮮薏仁米和異味薏仁米揮發(fā)性成分的主要特征物質(zhì)?

Table 3 Main characteristic substances of volatile components in fresh adlay seeds and adlay seeds with off-flavor

化合物名稱含量/(μg·g-1)新鮮薏仁米異味薏仁米右旋萜二烯0.0021—1-十五烯—0.0417苯0.0022—2-戊基呋喃0.0009—己醛0.00710.0154壬醛0.00300.0329癸醛—0.0107正辛醛0.00150.01542-庚酮0.0009—正戊醇0.0013—正己醇0.0067—正辛醇—0.00871-辛烯-3-醇0.0009—芳樟醇0.0010—己酸—0.0529庚酸—0.0116辛酸—0.0297壬酸—0.0102

? “—”表示此物質(zhì)非主要特征物質(zhì)。

3 結(jié)論

通過(guò)頂空固相微萃取—?dú)赓|(zhì)聯(lián)用分析對(duì)新鮮薏仁米與異味薏仁米的揮發(fā)性成分進(jìn)行分析，共鑒定出85種揮發(fā)性成分，其中新鮮薏仁米中鑒定出47種，異味薏仁米中鑒定出58種。新鮮薏仁米與異味薏仁米的主要揮發(fā)性成分差異性較大，新鮮薏仁米中醛類和醇類化合物含量較高，異味薏仁米中酸類、醛類和烴類化合物含量較高。造成新鮮薏仁米與異味薏仁米的主要揮發(fā)性成分中酸類化合物種類和含量差異的主要原因可能是新鮮薏仁米在貯藏過(guò)程中油脂的氧化。目前并未見(jiàn)薏仁米產(chǎn)生異味具體機(jī)理的研究報(bào)道，后續(xù)有必要進(jìn)一步對(duì)薏仁米貯藏過(guò)程中異味產(chǎn)生的機(jī)理進(jìn)行探討，進(jìn)而找到控制薏米產(chǎn)生異味的措施。

[1] HSIA S M, CHIANG W, KUO Y H, et al. Downregulation of progesterone biosynthesis in rat granulosa cells by adlay (Coixlachryma-jobiL. var.ma-yuenStapf) bran extracts[J]. International Journal of Impotence Research, 2006, 18(3): 264-274.

[2] ZHAO Mou-ming, ZHU Da-shuai, SUN-WATERHOUSE Dong-xiao, et al. In vitro and in vivo studies on adlay-derived seed extracts: phenolic profiles, antioxidant activities, serum uric acid suppression, and xanthine oxidase inhibitory effects[J]. Journal of Agriculture and Food Chemistry, 2014, 62: 7 771-7 778.

[3] WANG Li-feng, CHEN Jing-yi, XIE Hui-hui, et al. Phytochemical profiles and antioxidant activity of adlay varieties[J]. Journal of Agriculture and Food Chemistry, 2013, 61(21): 5 103-5 113.

[4] CHEN H J, CHUNG C P, CHIANG W, et al. Anti-inflammatory effects and chemical study of a flavonoid-enriched fraction from adlay bran[J]. Food Chemistry, 2011, 126(4): 1 741-1 748.

[5] CHOI G, HAN A, LEE J, et al. A Comparative study on hulled adlay and unhulled adlay through evaluation of their lps-induced anti-inflammatory effects, and isolation of pure compounds[J]. Chemistry & Biodiversity, 2015, 12(3): 380-387.

[6] CHUNG C P, HSU H Y, HUANG D W, et al. Ethyl acetate fraction of adlay bran ethanolic extract inhibits oncogene expression and suppresses DMH-induced preneoplastic lesions of the colon in F344 rats through an anti-inflammatory pathway[J]. Journal of Agriculture and Food Chemistry, 2010, 58: 7 616-7 623.

[7] LU Xiang-yi, LIU Wei, WU Jun-hua, et al. A polysaccharide fraction of adlay seed (Coixlachryma-jobiL.) induces apoptosis in human non-small cell lung cancer A549 cells[J]. Biochemical and Biophysical Research Communications, 2013, 430(2): 846-851.

[8] CHEN Chao, ZHANG Yi-yi, GAO Yu-long, et al. Identification and anti-tumour activities of phenolic compounds isolated from defatted adlay (Coixlachryiena-jobiL. var. ma-yuen Stapf) seed meal[J]. Journal of Functional Foods, 2016, 26: 394-405.

[9] HUANG Din-wen, WU Chi-hao, SHIH Chun-kuang, et al. Application of the solvent extraction technique to investigation of the anti-inflammatory activity of adlay bran[J]. Food Chemistry, 2014, 145: 445-453.

[10] WATANABE M, KATO M, AYUGASE J. Anti-diabetic effects of adlay protein in type 2 diabetic db/db mice[J]. Food Science and Technology Research, 2012, 18(3): 383-390.

[11] LIN L J, HSIAO E S L, TSENG H S, et al. Molecular cloning, mass spectrometric identification, and nutritional evaluation of 10 coixins in adlay (Coixlachryma-jobiL.)[J]. Journal of Agriculture and Food Chemistry, 2009, 57: 10 916-10 921.

[12] KIM E J, KIM H R, CHOI S J, et al. Lowdigestion property of amylosucrase-modified waxy adlay starch[J]. Food Science and Biotechnology, 2016, 25(2): 457-460.

[13] YAO Yang, ZHU Ying-ying, GAO Yue, et al. Effect of ultrasonic treatment on immunological activities of polysaccharides from adlay[J]. International Journal of Biological Macromolecules, 2015, 80: 246-252.

[14] HU Ai-jun, ZHANG Zhi-hua, ZHENG Jie, et al. Optimiza-tions and comparison of two supercritical extractions of adlay oil[J]. Innovative Food Science & Emerging Technologies, 2012, 13: 128-133.

[15] WANG Li-feng, CHEN Chao, SU An-xiang, et al. Structural characterization of phenolic compounds and antioxidant activity of the phenolic-rich fraction from defatted adlay (Coixlachryma-jobiL. var. ma-yuen Stapf) seed meal[J]. Food Chemistry, 2016, 196: 509-517.

[16] WANG Qing-yu, DU Zhong-yao, ZHANG Hao, et al. Modulation of gut microbiota by polyphenols from adlay (Coixlacryma-jobiL. var. ma-yuen Stapf.) in rats fed a high-cholesterol diet[J]. International Journal of Food Sciences and Nutrition, 2015, 66(7): 783-789.

[17] AN T J, SHIN K S, PAUL N C, et al. Prevalence, characterization, and mycotoxin production ability of fusarium species on Korean adlay (Coixlacrymal-jobiL.) Seeds[J]. Toxins, 2016, 8(11): 310.

[18] 王立峰, 陳靜宜, 謝慧慧, 等. 薏米多酚細(xì)胞抗氧化及HepG2細(xì)胞毒性和抗增殖作用[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 2013, 46(14): 2 990-3 002.

[19] 解鐵民, 高揚(yáng), 張英蕾, 等. 擠壓參數(shù)對(duì)薏米擠出產(chǎn)品物理特性的影響[J]. 食品與機(jī)械, 2013, 29(1): 18-22, 101.

[20] 林莉, 秦禮康, 楊先龍， 等. 不同熱處理對(duì)薏米糠貯藏品質(zhì)的影響[J]. 食品與機(jī)械, 2013, 29(5): 185-189.

[21] CHOI H J, AN T J, KIM J, et al. Postharvest strategies for deoxynivalenol and zearalenone reduction in stored adlay (Coixlachryma-jobiL.) Grains[J]. Journal of Food Protections, 2014, 77(3): 466-471.

[22] 商珊, 秦禮康, 楊先龍. 分段熱加工對(duì)薏米營(yíng)養(yǎng)與功能成分的影響[J]. 食品科學(xué), 2014, 35(5): 81-84.

[23] 王穎. 薏仁成分及薏仁醋的生產(chǎn)技術(shù)研究[D]. 重慶: 西南大學(xué), 2013: 2-3.

[24] 張立慶, 蔡笑今. 薏米飲品的開(kāi)發(fā)與研制[J]. 食品科學(xué), 1995, 16(2): 31-36.

[25] 吳傳茂, 石勇, 吳周和, 等. 薏苡豆奶的研制[J]. 糧食與飼料工業(yè), 1998(5): 34-35.

[26] 李美齡, 張景凱, 羅成. Viili薏米酸奶的研究工藝[J]. 食品工業(yè), 2014, 35(7): 110-112.

[27] LIN Y, TSAI C E. A study of adlay on lowering serum and liver lipids in hamsters[J]. Journal of Food Lipids, 2008, 15(2): 176-189.

Contrastive analysis of volatile compounds from fresh adlay seeds and those with off-flavor

YANGZhong-quan1

KANJian-quan1,2

CHENGuang-jing1

XIAJi1

(1.CollegeofFoodScience,SouthwestUniversity,Chongqing400715,China;2.ChongqingKeyLaboratoryofProduceProcessingandStorage,Chongqing400715,China)

Headspace-solid phase micro-extraction (HS-SPME) coupled to gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) was applied to analyze the volatile compounds of the fresh adlay seeds and those with off-flavor. The results showed: more than 85 of volatile compounds which belonged to distinct chemical families were analyzed. A total of 47 compounds in fresh adlay seeds were identified (including 12 alcohols, 11 aldehydes and ketones and 22 hydrocarbons), the major volatile components in fresh adlay seeds were (+)-Limonene, benzene, 2-pentyl furan, hexanal, 1-nonanal, n-octanal, 2-heptanone, 1-pentanol, 1-hexanol, 1-octen-3-ol and linalool; While, there were 58 compounds in adlay seeds with off-flavor (including 17 hydrocarbons, 8 alcohols, 10 esters, 5 acids, 14 aldehydes and ketones), the major volatile components in adlay seeds with off-flavor were 1-pentadecene, hexanal, 1-nonanal, decanal, n-octanal, 1-octanol, hexanoic acid, heptanoic acid, octanoic acid and nonanoic acid. The main reason for the difference in the type and content of acid compounds in the main volatile components from fresh adlay seeds and those with 0ff-flavor may be the oxidation of fresh adlay seeds during storage.

adlay (Coixlachryma-jobivar. ma-yuen Stapf); headspace solid phase micro-extraction (HS-SPME); volatile compounds; gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS)

楊忠全，男，西南大學(xué)在讀碩士研究生。

闞建全(1965—)，男，西南大學(xué)教授，博士。 E-mail:kanjq1965@163.com

2017—05—15

10.13652/j.issn.1003-5788.2017.07.008