SPME-GC-MS分析荸薺皮及其乙醚提取物的揮發(fā)性成分

谷毅鵬，楊小梅

賀州學(xué)院食品科學(xué)與工程技術(shù)研究院（賀州 542899）

荸薺（Eleochairis tuberosa）又名馬蹄，自古有地下雪梨之美譽(yù)，是廣受歡迎的藥食兩用果蔬，富含各種營養(yǎng)成分，還含有黃酮類、多酚類、多糖類等活性成分[1-2]，具有抗菌、抗氧化、抗癌等功能作用[3-5]。中國有著豐富荸薺資源，年產(chǎn)量占全球產(chǎn)量95%以上。其中，賀州市和桂林市的荸薺種植面積就超過40萬畝（1畝=0.067 hm2），年產(chǎn)量占全國70%以上，是廣西的優(yōu)勢農(nóng)產(chǎn)品資源[6-7]。荸薺皮屬于馬蹄加工生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)物，其風(fēng)味要濃于荸薺果肉，但常年作為廢棄物，造成環(huán)境污染。此外，關(guān)于荸薺風(fēng)味的研究仍鮮有報(bào)道，其特有的香味成分組成對風(fēng)味的實(shí)際貢獻(xiàn)也未區(qū)分。因而荸薺皮中香味相關(guān)的呈香化合物的化學(xué)本質(zhì)值得進(jìn)一步探討。為此，試驗(yàn)采用頂空固相萃取技術(shù)（SPME）萃取荸薺皮中揮發(fā)性成分，再通過氣相色譜串聯(lián)質(zhì)譜（GC-MS）聯(lián)用檢測呈香化合物的成分組成，為研發(fā)荸薺風(fēng)味劑提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料和儀器

荸薺皮（新鮮荸薺購自賀州市中心市場）；無水乙醚、氯化鈉（均為分析純，廣東光華科技股份有限公司）。

DHG-9140A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（上海齊欣科學(xué)儀器有限公司）；HH-6數(shù)顯恒溫水浴鍋（常州天瑞儀器有限公司）；RE-3000型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（上海亞榮生化儀器廠）；DFY-600600g搖擺式高速萬能粉碎機(jī)（溫嶺市林大機(jī)械有限公司）；GCMS-QP2010 Plus島津氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀（日本島津公司）。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 荸薺皮預(yù)處理

將荸薺洗凈干凈，挑選無機(jī)械損傷、無腐爛變質(zhì)的個(gè)體剝離果皮，收集荸薺皮置于60 ℃恒溫干燥箱內(nèi)烘干，并用粉碎機(jī)粉碎，過60目篩，備用。

1.2.2 索氏抽提法提取荸薺皮揮發(fā)性成分

精確稱取10.0 g荸薺皮粉裝入干燥至恒重的濾紙包內(nèi)，用脫脂棉線包扎好放入索氏抽提器的抽提筒內(nèi)，加入300 mL無水乙醚作為提取溶劑，65 ℃加熱6 h后，回收乙醚，取下圓底燒瓶，置于65 ℃烘箱內(nèi)將殘余乙醚揮干，在室溫下放置5～6 h至無明顯醚味為止，重復(fù)試驗(yàn)3次，合并所有荸薺皮乙醚提取物。

1.2.3 SPME頂空固相萃取

將萃取頭放在氣相色譜進(jìn)樣口下，于250 ℃第1次使用老化2 h，充分去除萃取頭殘留吸附的揮發(fā)性成分，第2次使用時(shí)老化20 min。精確稱取2.0 g荸薺皮粉或0.5 mL乙醚提取物置于棕色萃取瓶中，加入4 mL飽和氯化鈉溶液，將萃取頭插入萃取瓶上部頂空部分，萃取頭涂層為DVB/CAR/PDMS，加熱至65 ℃，萃取吸附1 h。在250 ℃解吸5 min，進(jìn)行GC-MS檢測分析。

1.2.4 揮發(fā)性成分的氣相色譜-質(zhì)譜（GC-MS）聯(lián)用分析

GC分析條件：Rtx-1型熔融石英彈性柱（30 m× 0.25 mm×0.25 μm）；載氣為高純氮?dú)猓兌取?99.999%）；程序升溫：初溫50 ℃，保持2.00 min，以5 ℃/min升溫至180 ℃，以20 ℃/min升溫至240 ℃，保持2.00 min；柱前壓53.5 kPa，分流比50∶1，流速1 mL/min；進(jìn)樣口溫度250 ℃。

MS分析條件：采用電子轟擊方式進(jìn)行離子化，接口溫度250 ℃，EI電離源，電子能量70 eV，離子源溫度230 ℃，電子倍增器電壓1.32 kV，質(zhì)量掃描范圍30～500m/z，Scan全掃描方式，溶劑延遲1 min。

2 結(jié)果與分析

2.1 SPME-GC-MS結(jié)果分析

為研究荸薺皮中香味的組成，選取荸薺皮粉和荸薺皮乙醚提取物，經(jīng)過SPME方法提取，對它們的揮發(fā)性化合物進(jìn)行分析。荸薺皮粉和荸薺皮乙醚提取物揮發(fā)性成分的總離子流圖如圖1和圖2所示，利用氣相色譜-質(zhì)譜（GC-MS）聯(lián)用技術(shù)檢測到荸薺皮粉含有93種揮發(fā)性化合物，其中烷類5種、芳烴類4種、烯類15種、鹵烴類2種、醚類4種、酯類12種、醛類14種、酮類9種、醇類14種、酚類1種、脂肪酸類10種及其他類3種，每種揮發(fā)性化合物對應(yīng)的保留時(shí)間及詳細(xì)信息如表1所示。其中相對含量大于1%的分別為乙酸、（2R, 3R）-（-）-2, 3-丁二醇、4-萜烯醇、正壬酸、γ-丁內(nèi)酯、（S）-（-）-檸檬烯、3-羥基-2-丁酮、2-氨基-4-甲基苯甲酸、壬醛；檢測到乙醚提取物中含有57種揮發(fā)性化合物，其中烷類11種、醚類12種、酯類16種、醛類2種、酮類2種、醇類8種、脂肪酸類3種及其他類3種，每種揮發(fā)性化合物對應(yīng)的保留時(shí)間及詳細(xì)信息如表2所示。其中相對含量大于1%的分別為正丁醇、乙酸丁酯、1, 1’-[亞乙基雙（氧基）]二丁烷、酞酸二乙酯、甲酸丁酯、縮醛、2-[（Z）-9-十八烷氧基]乙醇、乙酸乙酯、2-丁氧基戊烷、乙酸、2, 6, 10, 15-四甲基庚烷、云杉苷、植烷、正十八烷、丁二酸二丁酯、乙醛、3-甲基戊烷、1, 3-二甲基甘脲、乳酸丁酯、4-甲氧基羰基丁基-1-甲基-2-甲氧基羰基乙基醚。

圖1 荸薺皮粉揮發(fā)性組分總離子流圖

圖2 荸薺皮乙醚提取物揮發(fā)性組分總離子流圖

表1 荸薺皮粉揮發(fā)性成分組成

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接表1

序號(hào) 保留時(shí)間/min 組分名稱 CAS 分子式 相對含量/%5 28.125 正丁基環(huán)己烷 1678-93-9 C10H20 0.060芳烴類化合物 1 3.761 甲苯 108-88-3 C7H8 0.641 2 5.937 鄰二甲苯 95-47-6 C8H10 0.109 3 10.440 3, 7, 7-三甲基-1, 3, 5-環(huán)庚烷 3479-89-8 C10H14 0.363 4 18.732 1-甲基萘 90-12-0 C11H10 0.169烯類化合物 1 6.565 1-乙炔基-1-環(huán)己烯 931-49-7 C8H10 0.085 2 9.393 月桂烯 123-35-3 C10H16 0.641 3 10.198 松油烯 99-86-5 C10H16 0.133 4 10.578 (S)-檸檬烯 5989-54-8 C10H16 2.514 5 10.669 桉葉油醇 470-82-6 C10H18O 0.556 6 11.519 γ-松油烯 99-85-4 C10H16 0.254 7 12.788 萜品油烯 586-62-9 C10H16 0.532 8 15.439 奧苷菊環(huán) 275-51-4 C10H8 0.121 9 22.350 β-石竹烯 87-44-5 C15H24 0.435 10 22.684 反式佛手酮 13474-59-4 C15H24 0.109 11 22.876 香樹烯 25246-27-9 C15H24 0.302 12 23.825 巴倫西亞橘烯 4630/7/3 C15H24 0.085 13 24.350 (+)-喇叭烯 21747-46-6 C15H24 0.218 14 25.023 d-卡丁 483-76-1 C15H24 0.278 15 25.706 順式-2, 4, 5-三甲氧基-1-丙烯基苯 5273-86-9 C12H16O3 0.882酯類化合物 1 2.485 乙酸烯丙酯 591-87-7 C5H8O2 0.628 2 7.076 γ-丁內(nèi)酯 96-48-0 C4H6O2 3.493 3 7.543 乙酸乙酯 141-78-6 C4H8O2 0.060 4 7.739 丙二醇甲醚醋酸酯 108-65-6 C6H12O3 0.073 5 7.855 當(dāng)歸內(nèi)酯 591-12-8 C5H6O2 0.024 6 12.645 苯酸甲酯 93-58-3 C8H8O2 0.073 7 14.347 醋酸-2-乙基己酯 103-09-3 C10H20O2 0.121 8 17.032 2-乙基-1-丙酸己酯 53800-08-1 C10H17F3O2 0.048 9 19.375 鄰苯二甲酸單丁酯 131-70-4 C12H14O4 0.097 10 20.432 2-甲基-3-羥基丙酸 74367-34-3 C12H24O3 0.254 11 26.717 鄰酞酸壬酯 84-76-4 C26H42O4 0.508 12 27.773 1, 6-二氧酰基十二烷-7, 12-二酮 777-95-7 C10H16O4 0.242脂肪酸化合物 1 1.797 甲酸 64-18-6 CH2O2 0.423 2 2.293 乙酸 64-19-7 C2H4O2 41.610 3 3.650 異丁酸 79-31-2 C4H8O2 0.375 4 5.482 異戊酸 503-74-2 C5H10O2 0.496 5 5.729 2-甲基丁酸 116-53-0 C5H10O2 0.375 6 6.425 正戊酸 109-52-4 C5H10O2 0.036 7 9.265 庚酸 111-14-8 C7H14O2 0.544 8 13.525 異辛酸 149-57-5 C8H16O2 0.012 9 18.284 正壬酸 112-05-0 C9H18O2 4.847 10 20.765 正癸酸 334-48-5 C10H20O2 0.363酚類化合物 1 24.673 抗氧劑264 128-37-0 C15H24O 0.181鹵烴類化合物 1 20.076 氯代十八烷 3386-33-2 C18H37Cl 0.230 2 23.250 2-溴辛烷 557-35-7 C8H17Br 0.133醚類化合物 1 2.791 O-異丁基羥胺 5618-62-2 C4H11NO 0.580 2 8.361 異丙醛二甲基縮醛 67785-72-2 C13H20O3 0.471 3 9.831 二乙二醇乙醚 111-90-0 C6H14O3 0.338 4 10.008 9-惡唑環(huán)[3.3.1]壬-2, 6-二烯 10299-48-6 C8H10O 0.145醛類化合物 1 1.553 乙醛 75-07-0 C2H4O 0.254 2 1.871 丁醛 123-72-8 C4H8O 0.230 3 2.391 異戊醛 590-86-3 C5H10O 0.483 4 4.315 正己醛 66-25-1 C6H12O 0.399 5 5.050 糠醛 1998/1/1 C5H4O2 0.254 6 6.752 庚醛 111-71-7 C7H14O 0.085 7 8.475 苯甲醛 100-52-7 C7H6O 0.266

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接表1

序號(hào) 保留時(shí)間/min 組分名稱 CAS 分子式 相對含量/%8 9.741 正辛醛 124-13-0 C8H16O 0.278 9 12.462 4-丙-2-基環(huán)己-3-烯-1-乙醛 27841-22-1 C10H16O 0.266 10 12.904 壬醛 124-19-6 C9H18O 1.039 11 14.626 反式-2-壬醛 18829-56-6 C9H16O 0.073 12 14.774 4-乙基苯甲醛 4748-78-1 C9H10O 0.097 13 14.942 正癸醛 112-31-2 C10H20O 0.653 14 19.025 十一醛 112-44-7 C11H22O 0.109酮類化合物 1 2.918 3-羥基-2-丁酮 513-86-0 C4H8O2 2.006 2 10.765 N’-(3-甲基苯基)-N-(氧代-基甲基) 酰胺 332065-24-4 C14H18N2O3 0.387 3 11.018 2-芐基硫基-N2-芐基亞叉-丙酰肼 339241-51-9 C17H18N2OS 0.278 4 11.626 2-乙?；量?1072-83-9 C6H7NO 0.181 5 11.755 苯乙酮 98-86-2 C8H8O 0.169 6 14.169 2, 3-二氫-3, 5二羥基-6-甲基-4-吡喃-4-酮 28564-83-2 C6H8O4 0.653 7 21.225 5-壬烯-2-酮 27039-84-5 C9H16O 0.193 8 23.050 香葉基丙酮 689-67-8 C13H22O 0.109 9 30.875 法尼基丙酮 1117-52-8 C18H30O 0.133醇類化合物 1 1.620 乙醇 64-17-5 C2H6O 0.761 2 4.020 (2R, 3R)-(-)-2, 3-丁二醇 24347-58-8 C4H10O2 10.285 3 5.605 糠醇 98-00-0 C5H6O2 0.218 4 8.255 2, 3-二甲基-1-戊醇 10143-23-4 C7H16O 0.060 5 8.995 1-辛炔-3-醇 818-72-4 C8H14O 0.060 6 11.122 二丙二醇 25265-71-8 C6H14O3 0.278 7 11.945 4-甲基-1-庚醇 817-91-4 C8H18O 0.085 8 12.145 5-己烯-2-醇 626-94-8 C6H12O 0.048 9 14.035 4-丁氧基丁醇 4161-24-4 C8H18O2 0.024 10 15.153 α, α-4-三甲基環(huán)己基甲醇 21129-27-1 C10H20O 0.604 11 15.281 4-萜烯醇 562-74-3 C10H18O 7.796 12 15.666 α-松油醇 98-55-5 C10H18O 0.894 13 27.126 柏木腦 77-53-2 C15H26O 0.169 14 29.900 D-甘露貿(mào)易烷-1, 2, 3, 4, 5-戊醇 188436-15-9 C12H26O5 0.338其他化合物 1 1.475 四硝基甲烷 509-14-8 CH3NO2 0.749 2 1.765 二甲基硫 75-18-3 C2H6S 0.314 3 6.980 2-氨基-4-甲基苯甲酸 2305-36-4 C8H9NO2 1.632

表2 荸薺皮乙醚提取物揮發(fā)性成分組成

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接表2

序號(hào) 保留時(shí)間/min 組分名稱 CAS 分子式 相對含量/%10 17.328 丁二酸二丁酯 141-03-7 C12H22O4 2.043 11 20.790 酞酸二乙酯 84-66-2 C12H14O4 6.236 12 23.368 2-丁基-1, 3, 2-二氧雜硼雜環(huán)-4-酮 33823-94-8 C7H13BO3 0.663 13 23.745 DL-蘋果酸二正丁酯 6280-99-5 C12H22O5 0.622 14 25.495 6, 10, 13-三甲基十四烷基-3-甲基丁酸酯 100508-44-9 C22H44O2 0.311 15 25.794 馬來酸二乙基己酯 142-16-5 C20H36O4 0.893 16 31.420 棕櫚酸甲酯 112-39-0 C17H34O2 0.081脂肪酸化合物 1 1.951 乙酸 64-19-7 C2H4O2 2.543 2 2.715 丙酸 1979/9/4 C3H6O2 0.014 3 9.447 己酸 142-62-1 C6H12O2 0.095醚類化合物 1 1.655 叔丁基過氧化氫 75-91-2 C4H10 0.189 2 2.772 乙烯基正丁醚 111-34-2 C6H12O 0.392 3 3.293 2-乙氧丙烷 625-54-7 C5H12O 0.054 4 3.502 2, 4, 5-三甲基-1, 3-二氧環(huán)烷 3299-32-9 C6H12O2 0.460 5 3.993 1, 3-丙二醇單乙醚 111-35-3 C5H12O2 0.081 6 4.137 4-甲基-1, 3-二氧六環(huán) 1120-97-4 C5H10O2 0.081 7 4.737 縮醛 105-57-7 C6H14O2 4.735 8 7.209 1-(1-乙氧基乙氧基)-丁烷 57006-87-8 C8H18O2 0.487 9 9.873 1, 1’-[亞乙基雙 (氧基)]二丁烷 871-22-7 C10H22O2 7.021 10 15.040 2-正丁烷 61962-23-0 C7H16O 0.081 11 15.116 2-丁氧基戊烷 61962-23-1 C9H20O 2.597醇類化合物 1 18.906 4-甲氧基羰基丁基-1-甲基-2-甲氧基羰基乙基醚 61962-23-2 C11H20O5 1.163 2 1.563 乙醇 64-17-5 C2H6O 0.988 3 2.417 正丁醇 71-36-3 C4H10O 21.050 4 2.900 2, 3-丁二醇 5341-95-7 C4H10O2 0.014 5 4.226 (S)-(+)-2-庚醇 6033-23-4 C7H16O 0.054 6 5.586 1, 2-丁二醇 584-03-2 C4H10O2 0.054 7 6.282 1, 2, 3-丁三醇 4435-50-1 C4H10O3 0.406 8 7.482 1-(1-甲基丙氧基)-2-丙醇 53907-95-2 C7H16O2 0.271 9 22.856 2-[(Z)-9-十八烷氧基]乙醇 5353-25-3 C20H40O2 4.694酮類化合物 1 26.098 3-辛癸酮 18261-92-2 C18H36O 0.933 2 30.716 1, 3-二甲基甘脲 4523-63-1 C6H10N4O2 1.691醛類化合物 1 1.495 乙醛 75-07-0 C2H4O 1.975 2 4.320 正己醛 66-25-1 C6H12O 0.081其他化合物 1 7.395 二甲基砜 67-71-0 C2H6O2S 0.081 2 11.920 N-甲基二乙醇胺 105-59-9 C5H13NO2 0.068 3 30.871 云杉苷 530-14-3 C14H18O7 2.246

2.2 荸薺皮揮發(fā)性成分種類分布

荸薺皮及其乙醚提取物揮發(fā)性成分組成的響應(yīng)雷達(dá)圖如圖3所示。兩者在雷達(dá)圖中主要涉及的烷類、芳烴、烯類、鹵烴類、醚類、酯類、醛類、酮類、醇類、酚類、脂肪酸類及其他等12種揮發(fā)性化合物風(fēng)味輪廓差別很大，響應(yīng)值也存在明顯差異。荸薺皮乙醚提取物雷達(dá)圖的面積顯著大于荸薺皮粉，各組分響應(yīng)值只有醇類的影響值比較接近，其余各組分都具有明顯的差異。其中，荸薺皮粉主要揮發(fā)性成分為脂肪酸和醇類，其他組分含量很低；而乙醚提取物中主要為酯類、醇類、醚類和烷類。

2.3 荸薺皮揮發(fā)性組分比較

為可視化荸薺皮粉和荸薺皮乙醚提取物之間揮發(fā)性化合物組成的異同，根據(jù)表1和表2中的揮發(fā)性組分進(jìn)行維恩圖（圖4）和Scatter圖分析（圖5）。圖4顯示兩者的揮發(fā)性化合物組成存在顯著差異，在荸薺皮粉和其乙醚提取物中檢測出5個(gè)相同的揮發(fā)性化合物，分別是乙醇、乙酸、乙酸乙酯、正己醛、乙醛、正十六烷，其中乙醇、乙醛和乙酸乙酯低濃度下呈現(xiàn)醇香及果香，而乙酸、正己醛、正十六烷均屬于有一定刺激性氣味。在揮發(fā)性組分的種類中，由圖5所示，除去其他類，荸薺皮乙醚提取物的揮發(fā)性組分種類較少，為7類，而荸薺皮粉中共有11類揮發(fā)性化合物；從分布情況看，醇類、酮類和醛類最為接近，酯類和脂肪酸類相差最大。醇類和酯類在香料的應(yīng)用上廣泛，通常作為主香劑和輔助劑使用[8]。荸薺皮乙醚提取物中酯類和醇類含量最高，對香味貢獻(xiàn)率高；而醚類和烷類次之，一般提供香氣或刺激性氣味；醛類主要提供脂肪香及柑橘香、杏仁香等果香，對揮發(fā)性氣味也提供一定貢獻(xiàn)。荸薺皮粉中脂肪酸含量最高，其次是醇類；但酸類中僅是乙酸含量達(dá)41.61%，其余脂肪酸僅7.47%，但乙酸所提供的明顯酸性氣味并不屬于荸薺特征性香味，推測是荸薺去皮時(shí)的機(jī)械損傷及60 ℃烘干過程中產(chǎn)生的酸敗所致，且由于一般酸類組分的揮發(fā)性較小，呈香性比較差，認(rèn)為對香氣貢獻(xiàn)不如醇類和酯類。從整體上講，荸薺皮粉和其乙醚提取物揮發(fā)性成分的種類和含量差別顯著。

圖3 荸薺皮揮發(fā)性組分分布雷達(dá)圖

圖4 荸薺皮揮發(fā)性組分維恩圖

圖5 荸薺皮揮發(fā)性組分Scatter圖

3 結(jié)論

頂空固相萃?。⊿PME）是一種無溶劑且方便操作的新型樣品前處理萃取技術(shù)，通過萃取頭的吸附和解吸來完成香味成分的萃取和分離，是萃取樣品中揮發(fā)性成分的有效技術(shù)手段，被廣泛應(yīng)用于水果、飲料、肉制品等香味分析中[9-11]。氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（GC- MS）技術(shù)可直接對多種成分的揮發(fā)性樣品進(jìn)行分析，通過結(jié)合GC色譜的分離功能和MS定性功能，可快速對含量分布不均勻且基質(zhì)復(fù)雜的揮發(fā)性物質(zhì)進(jìn)行定性和定量分析，是最重要的風(fēng)味物質(zhì)分析手段[12-13]。

試驗(yàn)采用SPME-GC-MS技術(shù)對荸薺皮及其乙醚萃取物的揮發(fā)性化合物進(jìn)行分析鑒定。GC-MS檢測結(jié)果顯示，荸薺皮粉含有93種揮發(fā)性化合物，其中烷類5種、芳烴類4種、烯類15種、鹵烴類2種、醚類4種、酯類12種、醛類14種、酮類9種、醇類14種、酚類1種、脂肪酸類10種及其他類3種；荸薺皮乙醚提取物中含有57種揮發(fā)性化合物，其中烷類11種、醚類12種、酯類16種、醛類2種、酮類2種、醇類8種、脂肪酸類3種及其他類3種。兩者的揮發(fā)性化合物組成存在顯著的差異，其中荸薺皮粉主要揮發(fā)性成分為脂肪酸類和醇類，其他組分含量很低；乙醚提取物中主要為酯類、醇類、醚類和烷類。有相同揮發(fā)性化合物5種，分別是乙醇、乙酸、乙酸乙酯、正己醛、乙醛、正十六烷。從類型分布看，兩者的醇類、酮類和醛類最為接近，酯類和脂肪酸類相差最大；荸薺皮乙醚提取物中酯類和醇類含量最高，而醚類和烷類次之；荸薺皮粉中脂肪酸含量尤其是乙酸含量最高，其次是醇類，推測是由于原料經(jīng)熱加工失水后更易發(fā)生氧化酸敗反應(yīng)造成的?？傊颐褜ο阄敦暙I(xiàn)率高的酯類和醇類提取有較好的效果，但荸薺皮粉和其乙醚提取物揮發(fā)性成分的種類和含量差別均十分顯著，通過對兩者揮發(fā)性化合物分析，明確其風(fēng)味差異的原因，可為完善荸薺風(fēng)味劑提取工藝提供理論依據(jù)。