基于HS-SPME-GC-MS技術(shù)的香蔥油揮發(fā)性成分解析

張德莉，田洪磊，詹萍，耿秋月，張芳，席嘉佩，牛文婧

（1.石河子大學食品學院，新疆石河子832000；2.陜西師范大學食品工程與營養(yǎng)科學學院，陜西西安710119）

香蔥是百合科蔥屬多年生草本園藝作物，能起到抗癌[1]、預防感染和心血管疾病[2-3]的作用。香蔥蔥油具有獨特的蔥香味和濃郁的脂香味，備受消費者青睞。隨著人民生活水平日益提高，人們追求風味多樣化已成為一種必然趨勢。香蔥油品質(zhì)的優(yōu)劣與其特征香氣組成及含量密切相關(guān)。因此，快速準確地分析檢測香蔥油的揮發(fā)性風味物質(zhì)對于香蔥油品質(zhì)控制和生產(chǎn)加工至關(guān)重要。目前，國內(nèi)外對于香蔥的研究主要集中在新鮮香蔥揮發(fā)性物質(zhì)分析及香蔥油提取工藝參數(shù)優(yōu)化等方面。潘東麗[4]采用微波-低溫溶劑法提取新鮮香蔥中的呈香物質(zhì)，進而確定了新鮮香蔥油制備的最佳條件。吳清梅[5]以新鮮香蔥為原料，采用大豆油浸提方式制備了香蔥調(diào)味油。Napatsorn Lawthienchai[6]基于不同溶劑萃取條件研究了干燥、新鮮和冷凍香蔥樣品中化學成分，并對其生物活性差異性進行了對比分析。然而，基于不同香蔥油產(chǎn)品進行關(guān)鍵揮發(fā)性風味物質(zhì)解析鮮見報道。

本試驗以香蔥油為研究對象，采用頂空固相微萃取氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)確定并分析香蔥油的揮發(fā)性成分。通過主成分分析法建立香蔥油樣本間揮發(fā)性物質(zhì)相關(guān)性分析模型，結(jié)合聚類分析初步明確導致香蔥油風味差異的主要揮發(fā)性物質(zhì)，旨在為香蔥油產(chǎn)品標準化生產(chǎn)提供理論參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

百味齋香蔥油S1：四川省成都市百味齋食品有限公司；蜀味坊香蔥油S2：綿陽市邦太食品有限責任公司；鄉(xiāng)韻磨王香蔥油S3：商丘市鄉(xiāng)味濃食品有限公司；鄉(xiāng)王香蔥油S4：成都鄉(xiāng)王食品有限公司；廚巍牌香蔥油S5：郫縣全能思鄉(xiāng)源食品釀造廠。

正構(gòu)烷烴混合標準品（C7-C20）、1，2-二氯苯（色譜純）：美國Sigma-Aldrich公司。

5977A-7890B氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀（gas chromatography-mass spectrometry ，GC-MS）：美國 Agilent公司；頂空固相微萃?。╤eadspace solid phase microextraction，HS-SPME）手動進樣裝置、50/30 μm 二乙烯基苯/碳分子篩/聚二甲基硅氧烷（divinylbenzene/carboxen/polydimethylsiloxane，DVB/CAR/PDMS） 萃取頭：美國Supelco公司；HP-5毛細管柱（柱長30 m，內(nèi)徑0.25 mm，膜厚 0.25 μm）：美國 Agilent公司。

1.2 方法

1.2.1 香蔥油揮發(fā)性物質(zhì)頂空固相微萃取

分別稱取5 g香蔥油樣品加入15 mL頂空瓶中，并加入6 μL的1，2-二氯苯作為內(nèi)標化合物，將老化好的50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取頭插入樣品頂空部分，于50℃下平衡吸附40 min，將吸附后的萃取纖維頭收回并迅速插入GC-MS進樣口中，于250℃熱解吸5 min，同時啟動儀器采集數(shù)據(jù)。

1.2.2 GC-MS分析條件

色譜條件：HP-5毛細管柱（30m×0.25mm，0.25μm）；進樣口溫度250℃；色譜柱采用程序升溫：起始柱溫60℃，以3℃/min升溫至80℃，保持3 min，以3℃/min升溫至100℃，保持3 min，以10℃/min升溫至150℃，保持3 min；再以10℃/min升溫至220℃，保持3 min。載氣為氦氣；流速1.2 mL/min。

質(zhì)譜條件：離子源溫度230℃；EI電離源；電子能量70 eV；傳輸線溫度280℃；四極桿溫度150℃；接口溫度250℃；質(zhì)量掃描范圍30u～450u，溶劑延遲3min。

定性定量方法：定性采用各分離組分與Wiley library和NIST library相匹配（僅報道匹配度大于800的鑒定結(jié)果），并與文獻資料相關(guān)化合物保留指數(shù)RI進行比對分析，按如下公式計算化合物RI：

式中：tRx為待測化合物x的調(diào)整保留時間，min；tRn為碳原子數(shù)為n的正構(gòu)烷烴調(diào)整保留時間，min；tR(n+1)為碳原子數(shù)為n＋1的正構(gòu)烷烴調(diào)整保留時間，min；n為碳原子數(shù)。

采用內(nèi)標法定量，通過內(nèi)標物的峰面積和香蔥油中各組分的峰面積比值，按如下公式計算各個組分的相對含量：

本次會議由中國腐植酸工業(yè)協(xié)會和山東省土壤肥料工作總站聯(lián)合主辦、山東農(nóng)大肥業(yè)科技有限公司協(xié)辦。國務(wù)院國資委行業(yè)辦宋光蘭處長、山東省土壤肥料工作總站高瑞杰站長等嘉賓應(yīng)邀出席，會議吸引了來自全國各地腐植酸同仁以及腐植酸肥料基層推廣代表500余人參加。

式中：Ci為待測組分 i的含量，mg/g；Ws為加入內(nèi)標s的質(zhì)量，mg；Ai和As分別為待測組分i和內(nèi)標化合物s的峰面積；m為待測樣品的質(zhì)量，g；fi′為待測組分i對內(nèi)標s的相對質(zhì)量校正因子；本試驗中各待測組分i的相對校正因子均為1。

1.3 數(shù)據(jù)處理

主成分分析（principal component analysis，PCA）和聚類分析 （hierarchical cluster analysis，HCA） 采用SPSS23.0軟件進行數(shù)據(jù)分析，采用Origin2016軟件繪圖，所有樣品均進行3次平行試驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 香蔥油樣品GC-MS檢測分析

通過所確定的頂空固相微萃取條件結(jié)合氣質(zhì)聯(lián)用儀檢測技術(shù)，對5種香蔥油樣本揮發(fā)性物質(zhì)鑒定分析，所得結(jié)果詳見表1。

表1 香蔥油樣品中揮發(fā)性風味成分GC-MS分析結(jié)果Table 1 Analytical results of volatile flavor components in chive oil

共檢測出揮發(fā)性風味物質(zhì)53種，主要包括醛類14種、酮類4種、萜烯類12種、硫醚類7種、醇類3種、酯類4種、烷烴類4種和5種雜環(huán)類化合物。5種香蔥油產(chǎn)品（S1、S2、S3、S4、S5）所含揮發(fā)性物質(zhì)種類依次為 27種、31種、27種、33種、29種，其中S1和S3所含揮發(fā)性物質(zhì)種類相對較少。香蔥油樣本揮發(fā)性成分含量對比如圖1所示。其中萜烯類含量（3.436 μg/mg～13.054 μg/mg）最高，其次為醛類（2.736 μg/mg～6.125 μg/mg）和硫醚類（0.803 μg/mg～8.871 μg/mg），酯類含量（0 μg/mg～0.146 μg/mg）最低。

圖1 香蔥油樣本揮發(fā)性成分含量對比Fig.1 Comparison of volatile components in chive oil samples

從圖1可以直觀地看出5種香蔥油產(chǎn)品萜烯類物質(zhì)含量最高，包括α-蒎烯、α-水芹烯、檸檬烯和月桂烯等。相關(guān)研究表明香蔥中不含有這些萜烯類物質(zhì)[7-8]，而在香蔥油中檢測到萜烯類物質(zhì)，這與使用植物油如葵花籽油制作香蔥油有關(guān)。徐曄[9]以葵花籽油和香蔥為原料，在油煸蔥油中檢測到檸檬烯、α-水芹烯、月桂烯和松油烯。洪振童[10]的研究表明萜烯類物質(zhì)是葵花籽油的主要揮發(fā)性物質(zhì)。松香是α-蒎烯的主要香氣特征，蒎烯類物質(zhì)不穩(wěn)定，很容易異構(gòu)化轉(zhuǎn)化成莰烯、月桂烯等物質(zhì)[11-12]。α-水芹烯具有辛香香氣，檸檬烯能夠提供令人愉悅的檸檬香氣。

檢出的醛類物質(zhì)包括：糠醛、庚醛、5-甲基呋喃醛、乙醛、2-己烯醛、2，4-癸二烯醛和檸檬醛等。醛類物質(zhì)是蔥屬植物中一類重要的揮發(fā)性成分，部分飽和直鏈醛如庚醛會產(chǎn)生不愉快的辛辣、刺激性氣味[13]。（E）-2-庚烯醛和乙醛是蔥白中特有的含量較高的物質(zhì)[14]，具有青味和堅果味。王俊魁[15]在沙蔥中檢測到了2-己烯醛，2-己烯醛又名青葉醛，呈水果香和綠葉清香氣，在甜櫻桃中有發(fā)現(xiàn)。僅在S2中檢測出0.029μg/mg 2-己烯醛，這可能與香蔥油加工過程加入少量沙蔥有關(guān)。2，4-癸二烯醛在S4中含量達2.532 μg/mg，它是由葵花籽油中的亞油酸氧化斷裂生成[16]。陳潔等[17]的研究表明醛類物質(zhì)也是葵花籽油的重要組成物質(zhì)。植物油中的大多數(shù)C5-C9的醛呈現(xiàn)出脂肪味和青草味[18]。酮類物質(zhì)主要是由于葵花籽油中的不飽和脂肪酸氧化裂解形成[19]。

檢測到的醇類物質(zhì)包括：香葉醇、桉樹醇和芳樟醇。香葉醇和桉樹醇來源于葵花籽油中不飽和脂肪酸的降解，其是酯類物質(zhì)生成的前體物質(zhì)[22]。不飽和醇閾值低，對風味形成有重要貢獻[23]。徐曄[9]在油煸蔥油中未檢測到芳樟醇。孫豐義等[24]在炸花椒油中檢測到芳樟醇，且不飽和醇芳樟醇是炸花椒油中含量最高的醇類化合物，其具有玫瑰的花香和辛香氣息。在蔥油樣本S2和S4中檢測出芳樟醇，可能是因為在加工過程中或者后期引入香精風味優(yōu)化劑所致。

酯類物質(zhì)來源于原料本身或者由原料固有的醇和酸反應(yīng)生成，大多具有芳香氣味[25]。烴類物質(zhì)一般閾值比較高，風味貢獻小，其主要由烷基自由基氧化、類胡蘿卜素等分解作用形成[26]。檢出的雜環(huán)類化合物有2-乙?；量?、2-乙?；秽?，4-二甲基噻吩等。2-乙?；量┖?-乙?；秽怯上闶[中氨基酸熱解和硫胺素降解生成，其閾值一般較低，可提供硫樣香氣[27]。3，4-二甲基噻吩在香蔥植物體內(nèi)存在[8]。

2.2 香蔥油樣本揮發(fā)性成分聚類分析

為了明確導致香蔥油樣本存在差異的風味物質(zhì)種類，對5種香蔥油樣品各類揮發(fā)性物質(zhì)進行了聚類分析，結(jié)果見圖2。

圖2 香蔥油樣本揮發(fā)性成分聚類分析Fig.2 Cluster pedigree diagram of volatiles of chive oil

由圖2可知，通過聚類分析可以較好地將5種蔥油產(chǎn)品區(qū)分開。歐氏距離的大小可表征樣本的相似程度，相似度越大的樣本即歐氏距離越小可歸為一類[28]。當類間距離為9時，蔥油樣本共聚為兩大類，S4為一類，S1、S2、S3和S5可歸為一類，表明這4組樣本相似度較高，其中S1和S3在類間距離為1時聚為一類。當類間距離為25時所有蔥油樣本可歸為一類。由此表明，可通過HCA分析將不同蔥油產(chǎn)品的揮發(fā)性成分明顯區(qū)分。

結(jié)合表1發(fā)現(xiàn)，2，4-庚二烯醛（2.532 μg/mg）、月桂烯（4.813 μg/mg）和二丙基二硫醚（7.077 μg/mg）在S4中含量明顯高于其他4組樣本，將蔥油樣本分為2組，這與HCA中樣本聚類較為一致。據(jù)此可推斷出2，4-庚二烯醛、月桂烯和二丙基二硫醚對香蔥油特征風味的形成貢獻較為突出?？啡?.452、1.345、1.263、1.379 μg/mg）、5-甲 基呋 喃 醛（0.243、0.214、0.286、0.287 μg/mg）和桉樹醇（0.770、0.580、0.476、0.368 μg/mg）在S1、S2、S3和S5中含量接近，和S4建立差異，這些香氣物質(zhì)提高了4個樣本間的相似度，使樣本在最短距離內(nèi)歸為一類。

2.3 香蔥油樣本主成分分析

以香蔥油樣本中各個物質(zhì)的含量為數(shù)據(jù)源進行主成分（PCA）分析，結(jié)果如圖3所示。

圖3 香蔥油樣本的PCA得分圖Fig.3 The PCA scores graph of chive oil samples

PCA分析中兩個主成分的累計方差貢獻率為84.738%，能夠較好地反應(yīng)樣本所攜帶的大部分信息。其中PC1=69.817%，PC2=14.921%。由圖3可以看出，香蔥油樣本聚集在PCA得分圖右側(cè)較小范圍內(nèi)，表明5種香蔥油樣本整體存在相似性，不同的香蔥油樣本分布在PCA得分圖的不同區(qū)域，其中S1、S2、S3、S5距離較近，表明這4個樣本相似度較高。S4距離S1、S2、S3和S5較遠，表明樣本S4物質(zhì)組成和含量較其他樣本差異明顯。這一結(jié)果與聚類分析結(jié)果一致。

3 結(jié)論

基于頂空固相微萃取氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)對香蔥油的揮發(fā)性成分進行鑒定分析，共檢測出揮發(fā)性風味物質(zhì)53種，包括醛類14種、酮類4種、萜烯類12種、硫醚類7種、醇類3種、酯類4種、烷烴類4種和5種雜環(huán)類化合物等。萜烯類含量最高，其次為醛類和硫醚類，酯類含量最低。聚類分析將香蔥油樣本分為兩類，2，4-庚二烯醛、糠醛、5-甲基呋喃醛、月桂烯、二丙基二硫醚和桉樹醇是導致香蔥油風味差異的主要物質(zhì)。這些揮發(fā)性物質(zhì)對香蔥油整體香氣的構(gòu)建起重要作用。主成分分析建立了香蔥油樣本的相關(guān)性模型，對聚類分析結(jié)果進行了有效驗證。本研究為香蔥油標準化生產(chǎn)提供理論參考依據(jù)。