吹掃捕集-氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用分析玫瑰花水香氣成分

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(1.蘭州海關(guān)技術(shù)中心,甘肅蘭州 730010; 2.西北師范大學(xué)地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,甘肅蘭州 730070)

玫瑰是薔薇科薔薇屬的多年生常綠或落葉灌木,是寶貴的香料資源[1]。玫瑰花經(jīng)過蒸餾后得到的天然產(chǎn)物主要有玫瑰精油(Rose oil)和玫瑰花水(Rose water),而玫瑰花水的產(chǎn)量遠遠高于玫瑰精油。玫瑰花水成分天然純凈,含有微量玫瑰精油成分及其他水溶性成分,香味清淡宜人,具有抗過敏、消炎、抗菌、補充皮膚水分、緩解皮膚衰老、清潔緊致皮膚等作用,可用于開發(fā)玫瑰飲料、玫瑰口服液等保健食品,是食品、化妝品和清新劑等的重要原料,具有較高的開發(fā)利用價值[2-3]。玫瑰花水香氣與其質(zhì)量和經(jīng)濟效益呈正相關(guān),是消費者重點關(guān)注的一個指標(biāo),影響著不同人群的消費行為,同時也能體現(xiàn)其在加工生產(chǎn)、儲藏運輸?shù)冗^程中的質(zhì)量變化,是確定玫瑰花水質(zhì)量優(yōu)劣的主要依據(jù)。因此,了解并掌握玫瑰花水的香氣成分組成,明確玫瑰花水主要化合物對其香氣形成的貢獻,對玫瑰花水的合理加工及利用具有重要指導(dǎo)意義。

目前關(guān)于玫瑰香氣成分的研究也主要集中在玫瑰精油[4-8]和玫瑰花自然香氣方面[9-12],而對于玫瑰花水香氣成分的研究較少。如何對揮發(fā)性成分富集是玫瑰花水香氣成分分析的關(guān)鍵。目前,對于玫瑰花水香氣的富集方法常見的有固相微萃取法[13-14]、液液萃取法[15]、活性炭吸附法[16],但均存在一定的局限性。固相微萃取法由于其纖維萃取頭對揮發(fā)性成分的吸附具有特異選擇性,不能全面反映樣品的揮發(fā)性成分組成;液液萃取法通常需消耗大量有機溶劑,危害人體健康,造成環(huán)境污染;活性炭吸附法耗時長,步驟繁雜,不利于批量檢測。吹掃捕集技術(shù)(Purge&Trap,P&T)是一種復(fù)雜樣品前處理技術(shù),具有操作簡單、靈敏度高、無溶劑污染、容易實現(xiàn)在線檢測等優(yōu)點,在天然植物香氣提取[17-20]和食品風(fēng)味分析[21-24]等方面也有應(yīng)用,而至今尚無采用吹掃捕集法分析玫瑰花水香氣的報道。

本研究首次采用吹掃捕集-氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)(PT-GC/MS)分析玫瑰花水香氣成分組成,并對吹掃捕集參數(shù)進行優(yōu)選,以期為玫瑰花水香氣特征研究提供技術(shù)支撐,為其開發(fā)利用和產(chǎn)品質(zhì)量控制提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

玫瑰花水 甘肅皓思玫瑰制品有限公司;乙酸乙酯、乙酸己酯 國藥集團化學(xué)試劑有限公司;2-丁酮、苯乙醇、3-庚烯-2-酮、正己醛、月桂烯、(+)-檸檬烯、羅勒烯、(+)-玫瑰醚、(-)-玫瑰醚、芳樟醇、乙酸香茅酯、Α-松油醇、香茅醇、橙花醇、香葉醇、苯甲醇 標(biāo)準(zhǔn)品,德國Dr.Ehrenstorfer公司。

GCMS-QP2010 Ultra氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用儀 日本島津公司;吹掃捕集濃縮儀 美國OI公司;MassworksTM質(zhì)譜解析軟件 美國Cerno Bioscience公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品處理 用移液槍準(zhǔn)確吸取7.0 mL玫瑰花水于吹掃瓶中,立刻擰緊瓶蓋,待進樣。

1.2.2 吹掃捕集和色譜-質(zhì)譜分析條件 吹掃捕集參數(shù):吹掃流量:40 mL/min;吹掃溫度:40 ℃;預(yù)熱時間:2 min;吹掃時間:13 min;干吹時間:2 min;預(yù)脫附溫度:180 ℃;脫附溫度:190 ℃;脫附時間:2 min;烘烤溫度:200 ℃;烘烤時間:8 min;傳輸線溫度:200 ℃;載氣:高純氮氣(純度≥99.999%)。

氣相色譜條件:色譜柱:HP-INNOWAX(60 m×0.250 mm×0.5 μm);程序升溫:初始溫度60 ℃,保持1 min,以2 ℃/min的速率升至180 ℃,再以20 ℃/min升至250 ℃/min,保持5 min;載氣:高純氦氣(純度≥99.999%);進樣口溫度:250 ℃;分流比:10∶1。

質(zhì)譜條件:電子轟擊離子源;電子能量:70 eV;傳輸線溫度250 ℃;離子源溫度:230 ℃;掃描模式:全離子掃描(Full Scan);質(zhì)量掃描范圍:m/z 25～500 u。

1.3 數(shù)據(jù)處理

玫瑰花水香氣組分鑒定,首先將檢測到的質(zhì)譜信息與NIST11質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)進行匹配,并配合手動檢索校對信息,正反匹配度大于800(最大值為1000)的成分作為定性結(jié)果,再利用MassworksTM質(zhì)譜解析軟件和標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進行定性結(jié)果確認。采用面積歸一化法計算相對含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 吹掃捕集參數(shù)優(yōu)化

依據(jù)總峰面積及總峰面積與峰數(shù)的比值對吹掃捕集參數(shù)進行優(yōu)化。總峰面積反映不同條件下主要峰的變化情況;總峰面積與峰數(shù)的比值可以反映出萃取條件對所檢測到的峰數(shù)的影響,使優(yōu)化過程能對那些量少的成分負責(zé)[25]。

2.1.1 樣品量優(yōu)化 樣品量從1.0 mL開始,每增加1.0 mL測定一次,其他參數(shù)不變。樣品量單因素優(yōu)化結(jié)果顯示(圖1),樣品量對玫瑰花水香氣的測定有很大影響,隨著樣品量的增加,其總峰面積和總峰面積與峰數(shù)的比值均稱呈上升趨勢。樣品量在1.0～6.0 mL時,總峰面積和總峰面積與峰數(shù)的比值的上升速率較慢,樣品量6.0～9.0 mL時,總峰面積和總峰面積與峰數(shù)的比值上升速率較快。但在樣品量8.0～9.0 mL時,玫瑰花水香氣組分的總離子流圖中,響應(yīng)較高的峰,其質(zhì)譜圖均已飽和,如芳樟醇、α-松油醇、香茅醇的譜圖均飽和,不利于定量。樣品量低不利于微量香氣組分的測定,但高的樣品量會造成含量較高的香氣組分在測定中質(zhì)譜圖飽和,影響定量的準(zhǔn)確性。所以綜合考慮檢測效率及檢測結(jié)果,樣品量選擇7.0 mL較佳。

圖1 樣品量對測定結(jié)果的影響Fig.1 Effects of sample quantity on determination results

2.1.2 吹掃溫度優(yōu)化 吹掃溫度從20 ℃開始,每增加10 ℃測定一次,研究吹掃溫度對香氣組分吹掃效率的影響。如圖2所示,隨著溫度的升高,香氣組分的總峰面積和總峰面積與峰數(shù)的比值緩慢增加,這說明升高吹掃溫度可促進香氣組分從水中釋放出來,但溫度過高,吹掃出的水蒸氣量增加,會導(dǎo)致水蒸氣進入冷阱管中,影響捕集的效率,同時也會影響色譜柱和質(zhì)譜儀的使用壽命。此外,40 ℃接近人體體溫,測定的玫瑰花水中香氣組分的表現(xiàn)與其在人體感官系統(tǒng)中的表現(xiàn)有一致性,故本實驗選擇40 ℃為最佳吹掃溫度。

圖2 吹掃溫度對測定結(jié)果的影響Fig.2 Effects of blowing temperature on determination results

2.1.3 吹掃時間優(yōu)化 吹掃時間從7.0 min開始,每增加2.0 min測定一次,其他參數(shù)不變。從圖3可看出,吹掃時間過短時,玫瑰花水中的香氣組分不能被完全吹出,隨著吹掃時間的增加,吹掃趨于完全。吹掃時間延長,總峰面積和總峰面積與峰數(shù)的比值均有提高,說明香氣組分的響應(yīng)和微量香氣組分的數(shù)量都有所增加,但在13和15 min時檢測到的總峰個數(shù)分別為89和91個,香氣組分的峰個數(shù)增加不明顯,且在15 min時,其譜圖出現(xiàn)峰飽和的情況,所以從檢測效率和定量準(zhǔn)確性角度考慮,確定最佳吹掃時間為13 min。

圖3 吹掃時間對測定結(jié)果的影響Fig.3 Effects of blowing time on determination results

2.2 不同品種的玫瑰花水香氣成分分析

按照優(yōu)化后的吹掃捕集參數(shù)對玫瑰花水香氣組分進行GC-MS分離鑒定,得到玫瑰花水香氣成分的總離子流圖(見圖4)。GC-MS譜圖利用NIST 11標(biāo)準(zhǔn)譜庫檢索對香氣組分進行初步定性,然后用MassworksTM質(zhì)譜解析軟件對GC-MS譜圖進行校正,測定各組分的模擬精準(zhǔn)分子量,結(jié)合相關(guān)文獻和標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì),對玫瑰花水香氣組分進一步確定,最終得到玫瑰花水香氣組分的定性結(jié)果,并按照峰面積歸一化法計算各組分的相對百分比含量,結(jié)果見表1。

圖4 玫瑰花水GC-MS總離子流圖Fig.4 Total ion flow chart of rose water GC-MS注:a為苦水玫瑰花水;b為大馬士革玫瑰花水。

表1 玫瑰花水香氣組分鑒定結(jié)果及相對含量Table 1 Identification results and relative contents of aroma components in rose water

續(xù)表

注:Nd代表未檢出。

苦水玫瑰花水和大馬士革玫瑰花水共鑒定出71種香氣組分,其中苦水玫瑰花水69種,大馬士革玫瑰花水61種,玫瑰精油香氣特征性組分的香茅醇、橙花醇和香葉醇在玫瑰花水中均有鑒定出[26]。兩種玫瑰花水檢測出的主要香氣成分按官能團的不同可以分為7類,醇類、酮類、醛類、萜烯類、酯類、醚類、其他類。由表1看出,兩種玫瑰花水的香氣在種類和含量上均存在差異,二者共有成分包括乙醇、3-庚烯-2-酮、2-庚酮等59種,苦水玫瑰花水特有成分有異戊酸丁酯、庚醛、1-甲基庚基乙酸酯、2,3-二甲基-1-丁醇、2-庚醇、2-壬酮、芐甲醚、2-壬醇、2-十一酮、2,6-二甲基-5,7-辛二烯-2-醇10種,相對總含量為4.15%;大馬士革玫瑰花水特有成分有1,4-桉葉素、(±)-2,3-樟腦二醇2種,相對總含量為0.54%。

玫瑰花水香氣成分分類比較結(jié)果如圖5所示,苦水、大馬士革玫瑰花水中醇類化合物相對含量較高,共鑒定出30種,其相對含量分別占整體香氣成分的50.94%、88.60%。醇類化合物是玫瑰的主體香氣成分,此類化合物的含量決定了玫瑰花水的品質(zhì)[13]。苦水玫瑰花水中香氣成分相對含量較高的醇類有乙醇(21.97%)、芳樟醇(10.61%)、香茅醇(6.78%)、2-庚醇(1.88%)、正庚醇(1.52%);大馬士革玫瑰花水中香氣成分相對含量較高的醇類有乙醇(14.31%)、芳樟醇(14.11%)、Α-松油醇(4.87%)、正己醇(1.71%)、香茅醇(1.57%);其中香茅醇呈甜玫瑰香,芳樟醇呈綠茶清香,苯乙醇更具有香甜的蜂蜜味,是玫瑰花水中玫瑰香氣的主要來源。此外,香茅醇、芳樟醇相對含量較高,這與苗瀟瀟等[14]報道的玫瑰花露的主體香氣有香茅醇、芳樟醇結(jié)論相一致。

圖5 兩種玫瑰花水香氣成分分類分析Fig.5 Classification analysis of two kinds of rose water aroma components

8種酮類物質(zhì)被鑒定出來,苦水玫瑰花水和大馬士革玫瑰花水中相對總含量分別為9.56%、9.30%,其中2-壬酮(0.23%)、2-十一酮(0.04%)是苦水玫瑰花水特有的成分。醛類物質(zhì)在兩種玫瑰花水中的種類、含量均存在差異,苦水玫瑰花水中醛類物質(zhì)鑒定出5種,相對含量之和為1.38%,庚醛(0.25%)是特有成分;大馬士革玫瑰花水中鑒定出4種,相對含量之和為1.51%。其中,正己醛具有清香和草香。兩種玫瑰花水醚類物質(zhì)差異明顯,共鑒定出4種?？嗨倒寤ㄋ?13.78%)醚類物質(zhì)含量明顯高于大馬士革玫瑰花水(5.87%),其中玫瑰花水中的清香成分主要是玫瑰醚。

此外,酯類和萜烯類各化合物也是玫瑰花水香氣組分中的重要組成成分。11種酯類物質(zhì)被識別,苦水玫瑰花水香氣含11種,相對含量為2.78%;大馬士革玫瑰花水香氣含9種,相對含量為2.28%;其中異戊酸丁酯(0.07%)、1-甲基庚基乙酸酯(0.08%)是苦水玫瑰花水特有成分。萜烯類化合物是玫瑰頭香的必要組成部分[4],共鑒定出9種,其中1,4-桉葉素(0.49%)是大馬士革玫瑰花水特有成分。

除了醇類、酮類、醛類、萜烯類、酯類、醚類物質(zhì)外,還有一些酸類和雜環(huán)類化合物在玫瑰花水香氣成分含量差別較大,苦水和大馬士革玫瑰花水對含量分別為0.83%和8.20%,現(xiàn)有文獻對這類物質(zhì)的來源鮮有報道,故其來源需待進一步研究確定。以上討論表明,兩種玫瑰花水的香氣存在差異。

3 結(jié)論

建立了吹掃捕集-氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用測定玫瑰花水香氣成分的方法。吹掃捕集優(yōu)化后的參數(shù)為:樣品量7.0 mL,吹掃溫度40 ℃,吹掃時間13 min。吹掃捕集技術(shù)用于玫瑰水香氣組分分析操作簡單,濃縮富集效率高,真實全面地反映了玫瑰花水香氣成分的構(gòu)成?？嗨倒寤ㄋc大馬士革玫瑰花水香氣在種類和含量上存在差異。吹掃捕集-GC/MS法結(jié)合MassworksTM質(zhì)譜解析軟件共鑒定出玫瑰花水香氣成分71種,苦水玫瑰花水69種,大馬士革玫瑰花水61種,水玫瑰花水特有成分有異戊酸丁酯、庚醛、1-甲基庚基乙酸酯、2,3-二甲基-1-丁醇、2-庚醇、2-壬酮、芐甲醚、2-壬醇、2-十一酮、2,6-二甲基-5,7-辛二烯-2-醇10種;大馬士革玫瑰花水特有成分有1,4-桉葉素、(±)-2,3-樟腦二醇2種。實驗結(jié)果為玫瑰花水香氣特征及其開發(fā)利用提供了一定的理論依據(jù)。