HS-SPME-GC-TOF-MS分析云南怒江草果不同部位的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)

吳桂蘋，段君宇，2，朱科學(xué)，谷風(fēng)林，*，秦曉威，郝朝運(yùn)，楊毅

（1.中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院香料飲料研究所，海南萬寧571533；2.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)，云南普洱650000；3.怒江綠色香料產(chǎn)業(yè)研究院，云南瀘水673200）

草果（Amomum tsaoko Crevost et Lemarie）為姜科、豆蔻屬多年生常綠草本植物，是亞熱帶山區(qū)常綠闊葉林下生長的一種香辛料，果實(shí)具有濃郁的香辛味，被譽(yù)為“開胃之王，罌粟替代品”[1]。云南省草果種植面積和產(chǎn)量均占全國的90%以上，種植總面積達(dá)11.98萬hm2，其中怒江州草果的種植面積達(dá)5.44萬hm2，草果已發(fā)展成怒江州的特色經(jīng)濟(jì)作物之一[2]。草果藥食同源，不僅是烹飪作料的上品，而且在中藥上有廣泛的用途，干果溫中燥濕，可治療脘腹脹痛、痞滿嘔吐、瘧疾寒熱、瘟疫發(fā)熱之疾[3]。草果多采用就地“煙熏火烤”的方式進(jìn)行干燥處理[4]，這種加工方式不僅降低了草果的風(fēng)味品質(zhì)，而且對環(huán)境造成一定影響。目前，國內(nèi)外學(xué)者主要針對草果果實(shí)，研究報(bào)道了草果果實(shí)中揮發(fā)油的化學(xué)成分[5-7]，初步確定了草果果實(shí)中的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的主要成分，比較了產(chǎn)區(qū)差異[8-10]及栽培品種的揮發(fā)性成分差異[11]，初步評價(jià)了其抗氧化、抗菌等活性[12-14]。而草果果穗、葉片、莖稈等部位經(jīng)粉碎后亦存在濃郁的香辛味，目前尚未見研究報(bào)道。揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)多使用氣相色譜-質(zhì)譜儀進(jìn)行定性鑒定，但很多風(fēng)味化合物存在同分異構(gòu)體，很難將其區(qū)分開來，飛行時(shí)間質(zhì)譜儀具有高靈敏度檢測，能快速、高通量分析專一的化學(xué)結(jié)構(gòu)信息[15]。因此，本試驗(yàn)利用頂空固相微萃取法（headspace solid-phase microextraction，HS-SPME）萃取云南怒江州草果果實(shí)、果穗、葉及莖稈4個(gè)部位的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，并用氣相色譜-飛行時(shí)間質(zhì)譜儀（gas chromatography-time-of-flight mass spectrometry，GCTOF-MS）對其進(jìn)行定性分析，為草果揮發(fā)性風(fēng)味成分的開發(fā)和利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

草果果實(shí)、果穗、葉及根莖等原料：云南怒江州農(nóng)業(yè)局。

Agilent 7890B氣相色譜儀：美國安捷倫公司；Pegasus 4D飛行時(shí)間質(zhì)譜儀：美國LECO公司；QE-300 g高速萬能粉碎機(jī)；浙江屹立工貿(mào)有限公司；AL104電子天平：上海梅特勒-托利多儀器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 草果樣品的預(yù)處理

將新鮮的草果果實(shí)、果穗、葉及莖桿等樣品直接置于通風(fēng)陰涼處風(fēng)干3 d，干燥后的草果樣品分別用粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎，分別收集草果果實(shí)粉、果穗粉、葉粉、莖桿粉于密封袋內(nèi)，待測。

1.2.2 草果樣品的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的頂空固相微萃取

準(zhǔn)確稱取0.50 g草果樣品置于20 mL頂空瓶中，蓋上頂空瓶蓋，放入恒溫加熱磁力攪拌器中，在40℃下平衡15 min，然后將50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取頭插入頂空瓶中，距離樣品1 cm處，萃取15 min，待GC-TOF-MS分析。

1.2.3 草果樣品揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的氣相色譜-飛行時(shí)間質(zhì)譜儀分析鑒定

GC分析條件：色譜柱為DB-WAX，30m×0.25mm×0.25 μm，載氣為氦氣，流速為 1.0 mL/min；升溫程序?yàn)?0℃保持0.2 min，以4℃/min的速率升至90℃，以2℃/min的速率升至160℃，以20℃/min的速率升至220℃，保持2 min；進(jìn)樣口溫度為250℃；解析5 min；進(jìn)樣量 1.0 μL，不分流。

TOF-MS分析條件：EI離子源，電離能量，70 eV，離子源溫度200℃；傳輸線溫度250℃，質(zhì)量數(shù)掃描范圍（m/z）35～450，采集速率 10 spec/s，溶劑延遲 300 s。通過Mainlib和replib譜庫檢索數(shù)據(jù)，采用峰面積歸一化法計(jì)算各化合物的相對百分比含量。

1.3 數(shù)據(jù)分析

所得數(shù)據(jù)用Excel和儀器自帶軟件分析，總離子流圖用Origin8.0繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 GC-TOF-MS分析結(jié)果

草果不同部位揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的GC-TOF-MS總離子流圖如圖1所示。

經(jīng)軟件自動(dòng)進(jìn)行解卷積和譜庫匹配后，并進(jìn)行手動(dòng)刪除色譜柱流失化合物后，分析出匹配度大于750的化合物共135種，其揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的組成如表1所示。

圖1 草果不同部位的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的GC-TOF-MS總離子流圖Fig.1 The TIC of volatile flavor compounds of different parts of Amomum tsaoko using GC-TOF-MS

表1 草果不同部位中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的組成Table 1 Composition of volatile flavor compounds in different parts of Amomum tsaoko

續(xù)表1 草果不同部位中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的組成Continue table 1 Composition of volatile flavor compounds in different parts of Amomum tsaoko

續(xù)表1 草果不同部位中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的組成Continue table 1 Composition of volatile flavor compounds in different parts of Amomum tsaoko

續(xù)表1 草果不同部位中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的組成Continue table 1 Composition of volatile flavor compounds in different parts of Amomum tsaoko

表1可以得出，草果果實(shí)、果穗、葉片和莖稈中分別鑒定出66、76、70、44種化合物，其中共有化合物17種，包括烯類7種、醛類4種、醇類4種、酮類1種、芳香族1種，其相對含量占各樣品風(fēng)味物質(zhì)總含量的44.457%、70.874%、57.329%、92.840%。這些共有化合物中，相對含量最高的是桉葉油醇，在草果莖稈中含量達(dá)到 42.203%，其次是（E）-3，7-二甲基-2，6-辛二烯醛、β-蒎烯、芳樟醇和α-蒎烯等化合物。根據(jù)草果不同部位揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的組成及含量不同，將其按照化合物種類進(jìn)行分類作圖，如圖2所示。

由圖2可以看出，草果不同部位的揮發(fā)性風(fēng)味化合物存在較大差異。在果實(shí)中，揮發(fā)性風(fēng)味化合物以醛類為主，其含量為44.133%，其次是烯類（20.356%）、酯類（19.064%）和醇類（15.224%）；在果穗中，揮發(fā)性風(fēng)味化合物以烯類為主，其含量達(dá)到83.266%，其次是醇類（10.302%）；在葉片中以醇類為主，其含量為39.407%，其次是烯類（22.143%）、醛類（17.204%）和酮類（10.076%）；在莖稈中以醇類化合物為主，其含量為62.698%，其次是烯類化合物（32.396%）。

為明確比較草果不同部位中的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的差異，特以相對含量在5%以上的揮發(fā)性風(fēng)味化合物作圖，如圖3所示。

圖2 草果不同部位的揮發(fā)性風(fēng)味化合物種類比較Fig.2 Comparison of volatile flavor compounds in different parts of Amomum tsaoko

圖3 草果不同部位中主要揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的相對含量Fig.3 The relative content of main volatile flavor compounds in different parts of Amomum tsaoko

由圖3可以看出，草果不同部位的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)存在較大差異。果實(shí)中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)（E）-3，7-二甲基-2，6-辛二烯醛的相對含量最高，為24.503%，其次是 3，7-二甲基-2，6-辛二烯-1-醇乙酸酯（16.825%）、（Z）-2-癸烯醛（11.434%）、桉葉油醇（10.955%）；果穗中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)含量最高的是β-蒎烯，相對含量為22.344%，其次是α-蒎烯（13.316%）、3，7-二甲基-1，3，7-辛三烯（12.850%）、S-（-）-檸檬烯（10.940%）；葉片中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)含量最高的是桉葉油醇，相對含量為27.348%，其次是α-蒎烯（13.760%）、正己醛（10.139%）、鄰-異丙基苯（5.188%）；莖稈中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)含量最高的是桉葉油醇，相對含量達(dá)到42.203%，其次是芳樟醇（14.860%）、S-（-）-檸檬烯（14.366%）、月桂烯（6.961%）。

2.2 草果果實(shí)和果穗中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的分析

由于草果果實(shí)是密集在果穗上，對表1中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，果實(shí)與果穗中的風(fēng)味物質(zhì)相比，有45種共有風(fēng)味成分，但其含量存在較大差異，如β-蒎烯在果穗中含量最高，達(dá)到22.344%，在果實(shí)中含量為2.957%，而（E）-3，7-二甲基-2，6-辛二烯醛在果實(shí)中含量最高達(dá)24.530%，但在果穗中含量僅為0.466%，桉葉油醇作為草果中的代表性風(fēng)味物質(zhì)在果實(shí)中含量為10.955%，在果穗中含量為2.941%。

與其他部位的風(fēng)味成分相比，草果果實(shí)中獨(dú)有17種風(fēng)味成分，分別是2-壬烯、2，6-二甲基-庚二烯、香茅烯、萜品油烯、（Z）-3，7-二甲基-1，3，6-十八烷三烯、2-乙基-3-甲基-1-戊烯、醋酸辛酯、（+）-香茅醛、7-甲基-3-亞甲基-6-辛烯醛、（R）-（+）-β-香茅醇、香葉醇、4-N-丙基苯甲醛、2，3-二氫-1H-茚-4-吡咯甲醛、α-甲基肉桂醛、馬芐烯酮、2-十三（碳）烯醛和2-癸炔-1-醇，其中（Z）-3，7-二甲基-1，3，6-十八烷三烯和香葉醇的含量相對最高，分別為3.887%、3.069%。

與其他部位的風(fēng)味成分相比，草果果穗中獨(dú)有18種風(fēng)味成分，主要是2-丁酮、丁烯酮、2-甲基丁酸甲酯、（1R）-2，2-雙甲基-3-亞甲基二環(huán)[2.2.1]庚烷、別羅勒烯、（+/-）-β-古巴烯、2-十一酮、（-）-Alpha-蓽澄茄油烯、（E）-3，7-二甲基-2，6-辛二烯醛、（-）-蓽澄茄醇、（-）-α-摩勒烯、（2E，6Z）-2，6-十二碳二烯醛、蓽澄茄醇、β-桉葉醇等化合物，其中（-）-α-摩勒烯相對含量最高，為1.113%，其余獨(dú)有風(fēng)味成分相對含量均低于0.1%。

2.3 草果葉片和莖稈中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的分析

草果葉片和莖稈中的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)相比，有26種共有化合物，且其相對含量亦有較大差異，如桉葉油醇雖均為兩者相對含量最高的化合物，但在葉片中含量為27.348%，而在莖稈中含量高達(dá)42.203%；芳樟醇在葉片中含量為1.161%，而在莖稈中含量亦可達(dá)到14.860%；S-（-）-檸檬烯在葉片中含量為2.297%，在莖稈中含量為14.366%。

與草果果實(shí)、果穗和莖稈相比，草果葉片中獨(dú)有28種風(fēng)味物質(zhì)，主要包括2-（4-甲基苯基）丙-2-醇（3.532%）、馬芐烯酮（2.744%）、己酸（1.852%）、3-辛烯-2-酮（1.351%）、2，4（10）-thujadiene（1.196%）、壬醛（1.154%）等。草果莖稈中獨(dú)有化合物4種，分別為5-甲基-3-庚酮（0.280%）、甲基庚烯酮（0.264%）、羅勒烯（0.195%）和β-水芹烯（0.091%）。與草果莖稈相比，葉片中獨(dú)有44種化合物，其中正己醛含量最高；與葉片相比，莖稈中獨(dú)有18種化合物，但其含量均在0.6%以下。

3 結(jié)論

采用頂空-固相微萃取-氣相色譜-飛行時(shí)間質(zhì)譜儀對云南怒江草果不同部位的揮發(fā)性風(fēng)味成分進(jìn)行分析鑒定，共鑒定出134種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，草果果實(shí)、果穗、葉及莖桿等部位中分別鑒定出66、76、70、44種風(fēng)味物質(zhì)。果實(shí)中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)（E）-3，7-二甲基-2，6-辛二烯醛的相對含量最高，為24.503%，其次是 3，7-二甲基-2，6-辛二烯-1-醇乙酸酯（16.825%）、（Z）-2-癸烯醛（11.434%）、桉葉油醇（10.955%）；果穗中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)含量最高的是β-蒎烯，相對含量為22.344%，其次是 α-蒎烯（13.316%）、3，7-二甲基-1，3，7-辛三烯（12.850%）、S-（-）-檸檬烯（10.940%）；葉片中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)含量最高的是桉葉油醇，相對含量為27.348%，其次是α-蒎烯（13.760%）、正己醛（10.139%）、鄰-異丙基苯（5.188%）；莖稈中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)含量最高的是桉葉油醇，相對含量達(dá)到42.203%，其次是芳樟醇（14.860%）、S-（-）-檸檬烯（14.366%）、月桂烯（6.961%）。

草果果實(shí)、果穗、葉片和莖稈等不同部位樣品中共有化合物17種，包括烯類7種、醛類4種、醇類4種、酮類1種、芳香族1種，這些共有化合物中，相對含量最高的是桉葉油醇，在草果莖稈中含量達(dá)到42.203%，其次是（E）-3，7-二甲基-2，6-辛二烯醛、β-蒎烯、芳樟醇和α-蒎烯等化合物。草果果實(shí)中獨(dú)有17種風(fēng)味成分，其中（Z）-3，7-二甲基-1，3，6-十八烷三烯和香葉醇的含量相對最高，分別為3.887%、3.069%。草果果穗中獨(dú)有18種風(fēng)味成分，其中（-）-α-摩勒烯相對含量最高，為1.113%，其余獨(dú)有風(fēng)味成分相對含量均低于0.1%。草果葉片中獨(dú)有28種風(fēng)味物質(zhì)，其中2-（4-甲基苯基）丙-2-醇（3.532%）、馬芐烯酮（2.744%）、己酸（1.852%）、3-辛烯-2-酮（1.351%）、2，4（10）-thujadiene（1.196%）、壬醛（1.154%）等化合物相對含量較高。草果莖稈中獨(dú)有化合物4種。草果不同部位中揮發(fā)性風(fēng)味成分的存在較大差異，可針對性地提取、開發(fā)利用草果中的揮發(fā)性風(fēng)味成分。