香椿揮發(fā)性成分提取及分析研究進展

劉倩倩，宋 楠，宋玉飛，郭衛(wèi)蕓

（1.許昌學院食品與生物工程學院，河南省博士后研發(fā)基地，河南許昌 461000；2.河南省九棵樹農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司，河南許昌 461000）

0 引言

香椿又名山椿、虎目樹、春甜樹、大眼桐、虎眼等，屬楝科落葉喬木[1]。香椿的樹皮為灰褐色，其上有不規(guī)則縱裂。香椿較耐濕，喜溫、光，且抗寒能力隨香椿樹齡的增長而提高。香椿適宜生活在平均氣溫8～10℃的地區(qū)，廣泛生長于我國遼寧南部、河北、浙江、江蘇、河南、安徽等暖溫帶及亞熱帶地區(qū)。香椿的根、皮、芽、葉、種子均可作為中藥[1-3]。例如，香椿葉及嫩枝主要治療痢疾[2]；香椿種子主治胃和十二指腸潰瘍、慢性胃炎等[3]；香椿的皮主要用來治療腸炎、便血、風濕等疾病[4]。除此之外，香椿具有抗菌、抗癌、抗氧化、降血壓等功效[6]，香椿活性物質(zhì)則具有抗糖尿病[5-6]、提高人類精子質(zhì)量的作用[7]。在我國，香椿芽作為一種風味獨特、營養(yǎng)價值高的樹生蔬菜受到消費者的廣泛歡迎，其所含有的獨特揮發(fā)性成分是區(qū)別于其他蔬菜的關鍵，直接影響食用價值和商業(yè)價值。本文主要對香椿揮發(fā)性成分的提取以及分析方法進行了綜述。

1 香椿揮發(fā)性成分提取方法研究進展

1.1 水蒸氣蒸餾法

水蒸氣蒸餾法是指將含有揮發(fā)性成分的原料與水進行混合，通過加熱產(chǎn)生混合蒸汽，再經(jīng)冷凝、油水分離等步驟得到揮發(fā)性成分的提取方法。此方法萃取揮發(fā)的油品質(zhì)較好、環(huán)境污染程度低、成本低廉，而且設備簡單、操作容易，被廣泛應用在枸骨葉[8]、白花蛇舌草[9]等揮發(fā)性成分的提取中。近年來，此法在香椿揮發(fā)性成分的提取中也被采用[10]。例如，盧燕等人[11]采用水蒸氣蒸餾法對生長在江蘇、河南、湖南、山東、陜西的香椿子中的揮發(fā)油進行了提取，通過鑒定，共發(fā)現(xiàn)了17種揮發(fā)性成分。陳叢瑾等人[12]將此方法運用在香椿葉中揮發(fā)物質(zhì)的提取，分離并鑒定出了51種化合物。李貴軍等人[13]在分析香椿嫩葉揮發(fā)油化學成分時利用此方法進行提取，共檢出了68種化合物，占揮發(fā)油化學成分的90.23%。此方法還運用在萃取香椿鮮芽和嫩莖的揮發(fā)性成分的提取中[14]。

1.2 同時蒸餾法

同時蒸餾法由 19世紀 60年代 （1964） 的Likens和Nickerson最早發(fā)明，并被廣泛應用在揮發(fā)性成分的提取中。此方法是同時加熱樣品液相與有機溶劑來實現(xiàn)萃取，即將蒸餾和萃取合二為一，只需要少量溶劑就可以提取大量樣品，并使萃取成分得到濃縮。此方法具有操作簡單、萃取完全、使用溶劑量少等優(yōu)點。吳艷霞[15]采用此方法萃取香椿莖揮發(fā)油，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)了30種化學成分，占總揮發(fā)油的60.32%，其中竹烯、3,7,11-三甲基-2,6,10-十二碳三烯-1-醇乙酸酯、柯巴烯、3,7,11-三甲基-2,6,10-十二碳三烯-1-醇等成分含量較高。有研究人員將此方法應用在南玉溪香椿果揮發(fā)油成分的分析中，也取得了較好的提取效果[16]。

1.3超臨界CO2法

超臨界CO2法（SPF-CO2）是通過改變壓力和溫度對超臨界流體的溶解能力產(chǎn)生影響，使其有選擇性地把極性、沸點、分子量不同的成分依次萃取出來，從而達到分離提純的目的。該方法得到的揮發(fā)油的成分更加豐富，更能全面反映揮發(fā)油的化學成分，同時也克服了溶劑殘留，具有萃取和分離二合一、安全環(huán)保、精確易控等優(yōu)點[17]。此方法在黃連木嫩葉[18]、小葉女貞[19]等原料揮發(fā)油的提取研究中多有應用。在香椿研究方面，邱琴等人[20]用超臨界CO2法萃取香椿子揮發(fā)油，共鑒定了63種成分。李聚英等人[21]利用本方法對不同貯藏條件下香椿特征揮發(fā)性成分進行提取并分析，發(fā)現(xiàn)了較適合的香椿貯藏條件。

1.4 微波輔助萃取法

根據(jù)所用萃取劑的不同，目前常采用的微波輔助萃取法包括微波水蒸氣萃取法和乙醚微波萃取等。微波輔助萃取法相比傳統(tǒng)溶劑萃取具有揮發(fā)油得率高、若干成分的相對質(zhì)量分數(shù)更高、成分全面、溶劑用量少、簡單、快速、能耗低等優(yōu)點[22]。此方法在益母草揮發(fā)性成分的提取研究中得到應用[23]。陳叢瑾等人[17]用乙醚微波萃取法對香椿芽中揮發(fā)油進行了萃取，從萃取物中鑒定出39種化合物，占總數(shù)的68.452%。

1.5 超聲波輔助提取法

超聲波輔助提取法是利用超聲波具有的空化效應、機械振動等多級效應，從而增大物質(zhì)分子運動的頻率和速度，增加溶劑穿透力，最終加速目標成分進入溶劑。此方法具有提取率高、提取時間短、提取溫度低等優(yōu)點[24]，在紫蘇籽[25]揮發(fā)性成分提取中使用了此方法。羅靜等人[24]用超聲波輔助水蒸氣法對桃果實中的揮發(fā)性物質(zhì)進行了提取，從提取物中鑒別出了40種化合物。香椿研究方面，楊月云等人[26]采用超聲波輔助萃取的香椿葉揮發(fā)性成分，經(jīng)分析法分析后分離和鑒定出73種化合物，占總揮發(fā)油的66.95%，所鑒定出的主要化合物包括酯類、噻吩類、萜烯類和烷烴類化合物[27]等。

2 香椿揮發(fā)性成分分析方法研究進展

由于氣相色譜儀具有操作簡便、快速、成本低、精密度高、檢出限低、適宜性強等優(yōu)點，被應用在揮發(fā)性成分的分析當中，主要包括氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法以及氣相色譜-嗅辨儀分析法。

2.1 氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法

自出現(xiàn)氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀后，人們更多地選擇用此儀器，具有操作簡便、分析全面等優(yōu)點，被廣泛應用在稻谷[28]、光輻射前后的柚木[29]、傳統(tǒng)錦州蝦醬[30]等物質(zhì)中揮發(fā)性化合物的分析。在香椿揮發(fā)性成分分析方面，劉信平等人[14]用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀鑒定出香椿揮發(fā)油中有53個組分，占總峰面積的92.34%。楊慧等人[31]在基于頂空固相微萃取技術（HS-SPME）的超聲波輔助提取香椿揮發(fā)性成分工藝優(yōu)化中也用到了此儀器對萃取成分進行分析，對超聲波輔助聯(lián)合頂空固相微萃取法萃取的物質(zhì)進行了檢測，測出風味物質(zhì)69種，主要含芳香族、烴類物質(zhì)（41.83%） 和萜烯類物質(zhì)（22.10%）；HS-SPME有63種，主要含醛類物質(zhì)（34.57%）、萜烯類物質(zhì)（21.88%） 和噻吩類物質(zhì)（12.75%）。此外，此儀器還運用在香椿芽[32]、花[33]、漂白后的芽葉[34]等物質(zhì)中揮發(fā)化合物的分析。

2.2 氣相色譜-嗅辨儀聯(lián)用法

人們有時為了分析方便且更全面，還會在氣相色譜儀和氣相質(zhì)譜儀中加入一個嗅辯儀，此方法已應用在黃曲麥酒中揮發(fā)性微量成分[35]分析中。張杰[36]在分析香椿揮發(fā)性成分及呈香性機理時用氣相色譜-嗅聞儀結合氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用，發(fā)現(xiàn)導致香椿呈現(xiàn)特殊風味的關鍵物質(zhì)是cis-2-2-巰基-2,3-二氫-3,4-二甲基噻吩和trans-2-巰基-2,3-二甲基噻吩，分別占總揮發(fā)性物質(zhì)相對含量的9.484%，16.960%。李楠等人[37]用氣相色譜-嗅聞-質(zhì)譜法對香椿芽苗中含硫化合物對其風味物質(zhì)的影響進行了研究，發(fā)現(xiàn)在香椿芽苗的生長過程中，反式-1-丙烯基雙二硫化物一定基礎上可以轉(zhuǎn)化為1-丙烯基硫醇和3,4-二甲基噻吩。從含硫化合物的結構式看，香椿與大蒜擁有特征性風味的物質(zhì)有所相似。

3 香椿揮發(fā)性成分研究進展

3.1 不同部位及產(chǎn)地香椿揮發(fā)性成分差異

首先，香椿的不同部位所含有的揮發(fā)性成分種類有很大差異。陳叢瑾[38]比較了香椿的葉片、葉軸和皮中揮發(fā)性成分的種類，發(fā)現(xiàn)其中分別含有64，50，45種揮發(fā)性成分，相同成分僅有9種。楊慧等人[39]通過試驗發(fā)現(xiàn)，同一香椿枝條的不同空間部位（上部、中部、下部）香氣成分依然存在較大的差別，枝條上部香氣成分種類最復雜，而中、下部中2,4-二甲基噻吩、2-巰基-3,4-二甲基-2,3-二氫噻吩以及1-丙基咪唑-2-硫酮3種特征香氣化合物的總含量高于上部。

其次，產(chǎn)自于不同地域的香椿，其中的揮發(fā)性成分的種類并不相同。劉常金等人通過氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法對河南焦作、山東西牟、安徽太和這3個地方特產(chǎn)香椿的揮發(fā)性成分進行了研究，河南焦作紅香椿和安徽太和黑油椿主要揮發(fā)性成分都為萜烯類化合物，分別占總組分的52.137%和74.880%；山東西牟紅香椿揮發(fā)性成分中萜烯類化合物僅占總組分的19.179%，而噻吩類化合物占總組分的61.613%。王曉敏等人對河南安陽、原陽、洛陽和中牟香椿中的揮發(fā)性成分進行了對比，發(fā)現(xiàn)這4個地區(qū)香椿中揮發(fā)性成分的主要物質(zhì)均為萜烯類成分，但揮發(fā)性成分的種類有微小差異。所分析出的75種揮發(fā)性成分中，4個地區(qū)香椿揮發(fā)性成分種類數(shù)分別為47，52，46，52種。

3.2 不同采收期香椿揮發(fā)性成分變化

李丹等人對不同采摘期（5月5日—5月29日）香椿的揮發(fā)性成分進行了分析，發(fā)現(xiàn)特征性香氣A（蒸煮、香椿味）和B（清新、香椿味） 的含量隨采摘期都是先增后減，且A的含量始終大于B的含量。開采前9 d（頭茬香椿）中A和B的含量隨采摘期緩慢升高，隨后9 d（二茬香椿）中A和B的含量持續(xù)上升到最高，然后開始下降，直到最后采摘日仍在下降，其中二茬香椿中A和B的含量均是一茬香椿的340%，是最后采摘日的220%，350%。隨后朱永清等人對“巴山紅”香椿5個不同時期中揮發(fā)性成分及風味的變化進行了研究，發(fā)現(xiàn)在嫩芽期含23種揮發(fā)性化合物，其中萜烯類化合物占60%，以8,14-環(huán)氧柏木烷、α氧瑟林烯、杜松萜烯、表藍桉醇等成分起主要影響；芽葉期含23種揮發(fā)性成分，以含硫化合物為主，起主要作用的是正己酸乙烯酯、（-）-含硫蓽澄茄油烯、壬酸甲酯；新葉期含22種，以含硫化合物為主，以3,4-二甲基噻吩、2,4-二甲基噻吩為主；成熟葉期含44種，以萜烯類和含硫化合物為主，對風味起主要作用的包括戊烷-3-螺三環(huán)、己烷-6-螺環(huán)戊烷、甲酸異戊酯等；老葉期含25種，主要含有愈創(chuàng)奧、異甜菊醇和硫化丙烯。

4 展望

作為以香氣品質(zhì)為主要消費點的香椿產(chǎn)品來說，揮發(fā)性成分直接影響香椿的食用價值和商業(yè)價值。然而，當前對香椿香氣成分的研究尚存在較大不足：首先，目前對香椿香氣成分在不同程度加工之后的散失及結構變化規(guī)律依然不明確，由此所引發(fā)的香椿產(chǎn)品香味不突出，甚至出現(xiàn)味變情況尚無研究報道；其次，在香椿揮發(fā)性成分分析方面，目前所開發(fā)的分析方法僅可實現(xiàn)對物質(zhì)的定性分析，所獲得的定量結果也僅為相對含量，無法用以準確分析香氣成分在加工過程中的變化。這2個部分研究內(nèi)容的缺乏，制約了香椿產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展，也必將成為未來對香椿揮發(fā)性成分研究工作領域中亟待解決的問題。

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