山東大（黃）姜精油香氣成分的SFE/SD-GC-MS分析

裴亞萍

（運城職業(yè)技術(shù)學(xué)院健康學(xué)院，山西運城044000）

姜（Zingiber officinale Rosc.），是姜科姜屬的多年生草本植物。一般開有黃綠色花并有刺激性香味，根莖肥厚，多分枝，有芳香及辛辣味，可食用。姜，是一種重要的食材及烹飪配料，其濃郁的辛辣味可去魚腥、除膻味，其獨特的辛香味也可以增加飯菜的清香感。姜也具有一定的藥用價值，其味辛，微溫而無毒，具除風(fēng)邪寒熱，益脾胃，散風(fēng)寒，止嘔吐，治反胃的中藥特性[1]，同時還能夠抑制腫瘤、抑菌[2]，具抗氧化、減肥和生發(fā)[3-4]的功效，在食品工業(yè)，醫(yī)藥及化妝品[5]領(lǐng)域均有較多的應(yīng)用。

姜是亞熱帶地區(qū)常見的栽培物種，在中國中部、東南部至西南部等地區(qū)均有種植，以山東的“大（黃）姜”和云南的“小黃姜”最為出名[2]。山東的大（黃）姜主產(chǎn)于山東萊蕪，是我國北方的主要栽培品種之一。大（黃）姜辛味濃郁，辣味稍淡，纖維少而細(xì)。根莖姜球肥大，外形美觀，商品質(zhì)量好且產(chǎn)量高，有較好的出口銷路，市場價值大，是一種重要的經(jīng)濟(jì)作物。

干姜一般含有1%左右的精油類成分，與生姜一樣，具有重要的食用及藥用性能，其味辛辣濃的特性與姜清油的香氣組成及含量有直接的關(guān)系。植物精油的提取多采用水蒸汽蒸餾法[6]（steam distillation，SD）和超臨界二氧化碳流體萃取[7]（supercritical fluid extraction-CO2，SFE-CO2）法。SD 法能夠相對快速的提取出精油成分，操作簡便。SFE-CO2能夠在超臨界狀態(tài)下實現(xiàn)對芳香類成分的萃取富集，樣品提取完整，香味真實。

關(guān)于生姜的揮發(fā)性成分組成分析的研究較多，但是關(guān)于山東大（黃）姜精油的SFE 及SD 提取的揮發(fā)性成分比較分析鮮見報道。本文擬采用SFE-CO2及SD法提取山東大（黃）姜精油，經(jīng)氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS） 技術(shù)對其揮發(fā)性成分進(jìn)行分析，對比兩種方法提取的精油揮發(fā)性成分的異同，結(jié)合人工感官評價，綜合分析山東大黃姜精油的香氣性能。

1 材料與儀器

山東大（黃）姜：山東萊蕪，冷凍干燥后，粉碎，過篩（20 目），備用；高純氦氣、純水（電導(dǎo)率 18.2 mΩ）、氯化鈉：分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

ML1602 分析天平：瑞士梅特勒-托利多儀器有限公司；Clevenger apparatus 揮發(fā)油提取器：浙江常青化工有限公司；PTHW-2000 調(diào)溫電熱套：上海勒頓實業(yè)有限公司；HA221-50-06-C 超臨界二氧化碳流體萃取儀：南通華安超臨界流體萃取有限公司；Agilent 7890A-5975C 氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀：美國Agilent 公司。

2 試驗方法

2.1 山東大（黃）姜精油提取

2.1.1 水蒸汽蒸餾法（SD）

準(zhǔn)確稱取山東大（黃）姜干制粉末樣品100 g 置于2 000 mL 燒瓶中，向燒瓶中加入1 500 mL 純水，加入1.5 g 的 NaCl，常溫（25 ℃）浸泡 10 min，然后將裝有樣品的燒瓶置于電熱套中，連接揮發(fā)油測定器裝置與球形冷凝管，自冷凝管上端加純水使其充滿揮發(fā)油測定器裝置刻度部分。開啟電熱套電源將樣品緩慢加熱至沸騰進(jìn)行蒸餾，蒸餾提取1.5 h。萃取完成、冷卻后，將揮發(fā)油測定器裝置中的淡黃色油狀部分用吸管取出，裝入10 mL 棕色香精瓶，稱重，與原料重量比值計算得率，4 ℃冷藏備用[6]。水蒸汽蒸餾提取進(jìn)行3 次重復(fù)試驗。

2.1.2 超臨界二氧化碳流體萃取法（SFE-CO2）

準(zhǔn)確稱取山東大（黃）姜干制粉末樣品300 g 置于超臨界萃取儀的萃取釜Ⅱ中，密封封裝。設(shè)置萃取釜Ⅱ壓力20 MPa，萃取溫度45 ℃；分離釜Ⅰ及分離釜Ⅱ壓力分別為8 MPa 和5 MPa，溫度分別為45 ℃及30 ℃；CO2流速17 kg/h，萃取2.0 h，分別從分離釜Ⅰ和Ⅱ中收集樣品，合并后稱重，與原料重量比值計算得率[7]。超臨界提取試驗重復(fù)3 次。

2.2 大（黃）姜精油揮發(fā)性香氣成分氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）測定條件

進(jìn)樣方式：液體直接進(jìn)樣，進(jìn)樣量1 μL。色譜條件：HP-5 MS 毛細(xì)管色譜柱（30 m×250 μm×0.25 μm），載氣He，載氣為恒流模式，柱流速為1.0 mL/min，平均線速37 cm/s；采用程序升溫模式，起始溫度50 ℃，保持 1 min，以速度 4 ℃/min 升到 240 ℃，保持 5 min，再以15 ℃/min 升到270 ℃，保持4.5 min。進(jìn)樣口溫度270 ℃，分流比40 ∶1。質(zhì)譜條件：采用全掃描模式采集信號，電離源為EI，電離能量70 eV；接口溫度270 ℃，離子源溫度230 ℃，四級桿溫度150 ℃，掃描質(zhì)量范圍30 amu～450 amu[8]。

2.3 感官評價

挑選10 人組成的專業(yè)感官審評人員對大（黃）姜精油（SFE、SD）進(jìn)行聞香評判，選取香氣描述詞，并依描述詞數(shù)量多少擇選出數(shù)個重要的、具大（黃）姜特征性的香氣描述詞，再次審評并打分，取10 人評分的平均值作為描述香氣的最終得分，制作雷達(dá)指紋圖譜[9]，對比兩種方法提取的大（黃）姜精油香氣性能的差異。

3 結(jié)果與分析

3.1 感官評價

依據(jù)10 位專業(yè)感官審評人員對兩種提取方法制備的大（黃）姜精油的盲評選詞，篩選出8 個具代表性的香氣描述詞，并據(jù)此描述詞重新審評打分，同時感官審評人員依據(jù)對生姜及大（黃）姜精油的整體理解得出一個綜合評價值，所有分值取平均值作為最終得分，繪制樣品香氣指紋圖譜，如圖1～圖2。

圖1 大（黃）姜精油（SFE）指紋圖譜Fig.1 The aroma radar fingerprint of ginger essential oil（extracted by SFE）

圖2 大（黃）姜精油（SD）指紋圖譜Fig.2 The aroma radar fingerprint of ginger essential oil（extracted by SD）

從兩種方法提取的大（黃）姜精油的指紋圖譜可知，兩者香氣輪廓圖差異較大，兩種精油均具有生姜所特有的辛味，辣感，弱果甜香，超臨界提取的大（黃）姜精油（SFE）的辛味更強烈，具備較柔和的甜香及果香味，同時具有稍好的柑橘風(fēng)味，相比于SFE 精油，水蒸汽蒸餾提取的大（黃）姜精油（SD）辛感稍弱，果甜香不夠透發(fā)，可能由于高溫蒸煮的原因，水煮味稍透。除此之外，兩者均具有一定程度的泥土味及木味，可能與生姜的種植環(huán)境及采后陳放的原因有關(guān)。整體而言，SFE 精油辛辣味突出，果甜香柔和，香味特征明顯且豐富，同時不含有水煮味等雜氣，香氣性能稍優(yōu)。

3.2 山東大（黃）姜精油揮發(fā)性成分分析

SFE 和SD 法提取的大（黃）姜精油的得率分別為2.76%，0.79%。SFE 大（黃）姜精油顏色稍深，無雜，呈棕黃色，SD 大（黃）姜精油顏色清亮透明，呈黃或淺黃色。SFE 和SD 大（黃）姜精油的總離子流圖如圖3、圖4。

經(jīng)計算機(jī)質(zhì)譜數(shù)據(jù)系統(tǒng)檢索，面積歸一化法確定各成分的相對含量，各組分采用NEST Library 數(shù)據(jù)庫（2017 版）檢索，并參考有關(guān)文獻(xiàn)[4]對檢出成分進(jìn)行定性分析，同時采用解卷集技術(shù)對共流峰進(jìn)行數(shù)據(jù)解析，以更準(zhǔn)確的鑒定出揮發(fā)性物質(zhì)的化學(xué)成分。兩種精油的揮發(fā)性化學(xué)成分如表1。

從表2 可以看出，兩種大（黃）姜精油（SFE、SD）分別檢出揮發(fā)性香氣成分126 和107 種，鑒定出其中的122 種和103 種，經(jīng)峰面積歸一法定量，鑒定物質(zhì)分別占各自揮發(fā)性物質(zhì)總量的99.43%和99.52?%。兩種方法提取的大（黃）姜精油均能檢出較多數(shù)量的烯類和醇類物質(zhì)，具花果香氣的芳樟醇氧化物（保留時間=11.61）及芳樟醇（保留時間=12.56）在兩種精油中均能檢出，具有花香的苯乙醛（保留時間=10.60），具柑橘和檸檬樣香氣的γ-萜品烯（保留時間=11.12）只在SFE精油中得到鑒定，可能與提取方式有關(guān)[10]。紅沒藥烯（保留時間=41.69）的檢出，在一定程度上增加了SFE精油的柑橘香及溫暖的木香感，SD 精油中辛香、木香及柑橘香的產(chǎn)生可能也得益于石竹烯（保留時間=25.31）的存在。兩種精油中含相同成分80 種，比例上有所不同。不同揮發(fā)性成分的組成及含量差異，造就了兩種精油具類似香氣輪廓，但香氣性能有異的特性。大（黃）姜精油香氣成分多以中低沸點揮發(fā)性化合物為主，揮發(fā)性成分中，烯、醇類，芳香族類成分較多，同時含有酯類、酮類、醛類和少量酸類成分，具體見圖5。

圖3 超臨界提取法提取大（黃）姜精油揮發(fā)性香氣成分的總離子流圖Fig.3 Total ion chromatography（obtained by GC-MS analysis）of volatile compounds of ginger essential oil extraction by SFE

圖4 水蒸汽蒸餾法提取大（黃）姜精油揮發(fā)性香氣成分的總離子流圖Fig.4 Total ion chromatography（obtained by GC-MS analysis）of volatile compounds of ginger essential oil extraction by SD

表1 大（黃）姜精油的香氣成分Table 1 The volatile compositions of ginger essential oil（extracted by SFE and SD）

續(xù)表1 大（黃）姜精油的香氣成分Continue table 1 The volatile compositions of ginger essential oil（extracted by SFE and SD）

續(xù)表1 大（黃）姜精油的香氣成分Continue table 1 The volatile compositions of ginger essential oil（extracted by SFE and SD）

續(xù)表1 大（黃）姜精油的香氣成分Continue table 1 The volatile compositions of ginger essential oil（extracted by SFE and SD）

圖5 大（黃）姜精油（超臨界提取姜精油、水蒸汽蒸餾提取姜精油）揮發(fā)性成分類別Fig.5 Volatile compounds category of ginger essential oil extraction by SFE and SD method

4 結(jié)論與討論

超臨界流體萃取及水蒸汽蒸餾法均能夠較好的提取出大（黃）姜精油的揮發(fā)性香氣成分，能夠較好的保持生姜特有的辛、辣味，在一定程度上保留其柔和的甜香及柑橘香。而且，前者能夠得到更為豐富完整的香氣輪廓，中低高沸點的揮發(fā)性成分保留較多，辛味突出，辣感濃郁，果甜香柔和，具溫暖的木香及柑橘香，不具SD 精油的水煮味，可能是超臨界狀態(tài)下的低溫萃取，對于揮發(fā)性成分的保留更充分，能夠較好的避免香氣在高溫蒸煮條件下的降解損失及人工效應(yīng)物的產(chǎn)生。綜合兩種方法提取的大（黃）姜精油的得率、感官審評及揮發(fā)性香氣成分的分析結(jié)果，可知超臨界提取的精油質(zhì)量相對較好，香氣性能較優(yōu)，但其顏色稍深，不夠清亮，需優(yōu)化提取條件，選取適宜參數(shù)，同時可考慮后期結(jié)合分子蒸餾等方式進(jìn)行提純和精制，為食品工業(yè)及香精產(chǎn)業(yè)中姜油的提取、純化及制備提供方法及數(shù)據(jù)參考。