HS-SPME-GC-MS 分析室溫及液氮低溫預處理魚腥草的香氣揮發(fā)性成分

陳金明，陳愷嘉

（廣州聯(lián)豐香料科技有限公司，廣東 廣州 510663）

魚腥草（Houttuynia cordata Thunb.）是三白草科蕺菜屬植物蕺菜的帶根全草[1]，別名折耳根、豬鼻孔，我國西南地區(qū)的云南、貴州、四川等地居民將其作為一種保健常用食品食用[2]。在《中華人民共和國藥典》中記載，魚腥草具有清熱解毒、消癰排膿、利尿通淋等功效，在臨床上可用于治療肺癰吐膿、痰熱喘咳、熱痢、熱淋、癰腫瘡毒[3]等，被譽為中藥中的廣譜抗生素[4]。國家衛(wèi)生部將魚腥草納入“既是藥品，又是食品”的藥食兩用植物[5]。但是因為魚腥草有怪異的腥氣，喜食的人喜之，不喜之人卻認為其腥氣難以接受[6]，這有礙對魚腥草的深度加工應用。為了使魚腥草被更多的人們所接受，發(fā)揮其食用保健作用，有人從揮發(fā)性油提取及其成分出發(fā)研究，如曾虹燕等[7-8]利用醚和超臨界CO2萃取技術對揮發(fā)油成分進行提取，或是復合其他材料對魚腥草做初加工處理，如與葛粉復合做成保健飲料[9]，與苦丁茶葉混合做成魚腥草苦丁茶保健茶飲[10]，與蜂蜜混合做成保健液[11]，或是直接做成魚腥草含片[12]和魚腥草保健酒[13]。但是對魚腥草揮發(fā)性香氣成分的分析報道較少，張道英等[14]通過酶解法輔以GC-MS 對魚腥草揮發(fā)性香氣成分進行了分析。

本文基于液氮溫度極低[15]且可減緩物品氧化過程的特性[16]，利用液氮超低溫對魚腥草進行處理，同時輔以HS-SPME 進行揮發(fā)性香氣吸附，再利用GCMS 分析，對比其與常溫處理下魚腥草香氣成分的含量變化，從香氣分析角度了解魚腥草的特殊氣味來源，以期為后續(xù)對魚腥草的深加工提供理論依據，為食品工業(yè)提供新的思路和工藝思考。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

1.1.1 材料與試劑

魚腥草，選取貴州當?shù)禺敿拘律鲜械聂~腥草。氯化鈉為分析純試劑；液氮，廣州市粵港氣體工業(yè)有限公司。

1.1.2 儀器與設備

75 μm CAR/PDMS 萃取頭，手動SPME 進樣器，15 mL SPME 專用樣品采集瓶，美國Supelco 公司；7890A/5975C 氣相色譜-質譜聯(lián)用儀，美國Agilent 公司；ZNCL-DLS 恒溫磁力加熱攪拌器，上?？粕?；GX-300 電子天平，日本A&D 公司；Research plus 10～100 μL 移液槍，德國Eppendorf 公司。

1.2 方法

1.2.1 樣品處理

將魚腥草表面泥土雜物洗凈，擦干表面水分，切段，隨機分成兩等份。取其中一部分在室溫（25 ℃）條件下用粉碎機打碎后作為待測樣品；另一部分分3 次倒入等體積液氮，使樣品冷凍徹底后再用粉碎機打碎后作為待測樣品。

1.2.2 HS-SPME 條件

將固相微萃取頭在氣相色譜進樣口以250 ℃老化30 min。稱取5 g 待測樣品放入SPME 專用樣品采集瓶中，加入1.5 g 氯化鈉和轉子，在恒溫水浴鍋里50 ℃預熱保溫20 min。將老化后的固相微萃取頭通過隔墊插入采集瓶中，推出纖維頭，在50 ℃溫度條件下頂空吸附30 min。隨后插入GC-MS 進樣口，于250 ℃解析2 min，進行數(shù)據采集。所有樣品重復3 次。

1.2.3 GC-MS 條件

氣相色譜條件：Agilent 色譜柱19091S-433（30 m×250 μm, 0.25 μm）毛細柱；柱流速0.8 mL/min，初始柱溫40 ℃，保持2.5 min，以5 ℃/min 升溫至160 ℃，保持2 min，再以10 ℃/min 升溫至230 ℃，保持3 min 后結束；載氣為高純氦氣（純度＞99.999%），進樣口溫度250 ℃，恒壓31.1 kPa；進樣模式為不分流模式。

質譜條件：EI 電離方式；離子源溫度230 ℃，四級桿溫度150 ℃；采集模式為全掃描，質量掃描范圍50.00～550 amu；溶劑延遲0 min；增益EMV 模式，增益系數(shù)1.00。

1.2.4 定性定量分析

定性分析：在“1.2.1”和“1.2.2”條件下對待測樣品進行測定，通過NIST 標準質譜庫匹配和人工解析，得到定性結果（取相似度＞800 的化合物鑒定結果）。定量分析: 根據峰面積，采用峰面積歸一化法計算各組分的相對百分含量。

1.2.5 數(shù)據處理

利用Microsoft Excel 軟件對試驗結果進行統(tǒng)計分析、數(shù)據處理。

2 結果與分析

2.1 不同預處理魚腥草揮發(fā)性香氣成分分析

由表1 可見，魚腥草在兩種預處理條件下獲得揮發(fā)性香氣化合物成分包括烯烴類、酯類、醛類、醇類、酮類、其他類共6 類。用常溫預處理的魚腥草共鑒定出揮發(fā)性香氣成分22 種，其中烯烴類7 種、酯類5種、醛類3 種、醇類4 種、酮類2 種、其他類1 種，總相對含量分別為39.79%、27.13%、2.24%、4.59%、9.74%、16.50%；利用液氮低溫預處理共鑒定出揮發(fā)性香氣成分29 種，其中烯烴類11 種，酯類8 種、醛類6 種、醇類2 種、酮類1 種、其他類1 種，總相對含量分別為56.05%、23.46%、3.88%、1.26%、14.34%和1.01%。

表1 不同預處理方法魚腥草香氣成分組成及相對含量變化Table 1 Changes of aroma compositions and relative contents of Houttuynia cordata under different pretreatment methods

在常溫預處理下魚腥草分析得到22 種有效揮發(fā)性香氣成分，其中烯烴類、酯類含量較高，占總成分含量的66.92%，是魚腥草的主要香氣組分構成。烯烴類（7 種）占總組分的39.79%，β-蒎烯、檸烯、石竹烯的含量較高，分別占總烯烴類化合物含量的43.65%、22.44%和18.01%，是常溫預處理魚腥草中烯烴類的主要成分組成；酯類（5 種）占總組分的27.13%，其中乙酸龍腦酯、乙酸松油酯和乙酸香葉酯的含量較高，分別占總酯含量的47.73%、21.93%、21.37%，是常溫預處理魚腥草中酯類的主要成分組成。另外石竹烯氧化物——石竹素（歸入其他類）在常溫預處理魚腥草中含量顯著（16.50%）。該檢測結果與張延智等[17]對魚腥草揮發(fā)油檢測的結果相近。

2.2 常溫預處理和液氮低溫預處理魚腥草揮發(fā)性香氣成分對比

結合表1 和圖1 可知，魚腥草在常溫預處理下所檢測出的揮發(fā)性有效成分數(shù)量（22 種）比液氮低溫預處理后所檢出的揮發(fā)性有效成分數(shù)量（29 種）要少。其中液氮低溫預處理后檢出的烯烴類（11 種）、酯類（8 種）、醛類（6 種）均多于常溫預處理（7 種、5種、3種），而常溫預處理后檢出的醇類（4 種）和酮類（2種）卻比液氮低溫預處理后檢出的多（2 種、1種）。另外，兩種預處理均檢出石竹素（歸入其他類）?？傮w來看，烯烴類和酯類的檢出數(shù)量較多，可能對魚腥草的香氣風味有重要作用。

圖1 不同預處理對魚腥草香氣成分數(shù)量的影響Fig.1 Effects of different pretreatments on the quantities of aroma compounds

從檢測出的各種有效揮發(fā)性香氣成分相對含量（圖2）來看，烯烴類：常溫預處理（39.79%）＜液氮低溫預處理（56.05%）；酯類：常溫預處理（27.13%）＞液氮低溫預處理（23.46%）；醛類：常溫預處理（2.24%）＜液氮低溫預處理（3.88%）；醇類：常溫預處理（4.59%）＞液氮低溫預處理（1.26%）；酮類：常溫預處理（9.74%）＜液氮低溫預處理（14.34%）；其他類化合物：常溫預處理（16.50%）＞液氮低溫預處理（1.01%）。魚腥草在經過液氮低溫預處理后所檢測出的烯烴類、醛類和酮類化合物含量較常溫預處理后檢測出的含量高，而常溫預處理的魚腥草在檢測出酯類、醇類、其他類化合物的效果比液氮低溫預處理好一些。兩種方式中烯烴類和酯類的相對含量總和均高于65%，說明烯烴類和酯類可能對魚腥草的風味有很大影響。

圖2 不同預處理對香氣成分相對含量的影響Fig.2 Effects of different pretreatments on the relative contents of aroma compounds

常溫預處理和液氮低溫預處理的魚腥草共有的揮發(fā)性香氣成分有19 種，分別占各自總含量的98.24%和91.31%，說明常溫預處理（揮發(fā)性香氣成分共22種）和液氮低溫預處理（揮發(fā)性香氣成分共29 種）的魚腥草在主要揮發(fā)性香氣成分的種類和含量上差異不大，液氮低溫預處理只是能提取出更多魚腥草中的微量揮發(fā)性香氣成分。在共同擁有的揮發(fā)性香氣成分中，烯烴類化合物有7 種，分別為α-蒎烯、莰烯、β-蒎烯、檸烯、羅勒烯、松油烯和石竹烯，其中β-蒎烯、檸烯、石竹烯在兩種處理方法中含量占比排在前三位，β-蒎烯在常溫預處理和液氮低溫預處理的相對含量分別為17.37%和18.27%；檸烯的相對含量分別為8.93%和9.40%；石竹烯的相對含量分別為7.17%和15.82%。液氮低溫預處理對3 種成分的吸附影響均略高于常溫預處理組，特別是對石竹烯的吸附解析效果更為明顯，推測是低溫能有效減緩石竹烯在預處理過程中的消散，從而在后續(xù)吸附過程中被更多地收集獲得。

常溫預處理和液氮低溫預處理的魚腥草共有的揮發(fā)性酯類香氣成分有5 種，分別為乙酸龍腦酯、乙酸松油酯、乙酸橙花酯、乙酸香葉酯和癸酸乙酯，其中乙酸龍腦酯在兩種處理方法中相對含量均為第一（常溫預處理12.95%，液氮低溫預處理11.96%），其次為乙酸松油酯（常溫預處理5.95%，液氮低溫預處理3.45%）和乙酸香葉酯（常溫預處理5.80%，液氮低溫預處理5.46%）。總的來說，在揮發(fā)性酯類香氣成分的吸附上，常溫預處理的方法略優(yōu)于液氮低溫預處理，但差異相對較小。

常溫預處理和液氮低溫預處理的魚腥草共有香氣成分如下：揮發(fā)性醛類香氣成分有3 種，分別為壬醛（常溫預處理0.51%，液氮低溫預處理0.62%）、癸醛（常溫預處理0.73%，液氮低溫預處理1.61%），β-環(huán)檸檬醛（常溫預處理1.0%，液氮低溫預處理0.45%），液氮低溫預處理魚腥草中醛類含量較高；醇類2 種，為壬醇和松油烯-4-醇，常溫預處理下的壬醇和松油烯-4-醇相對含量較高，分別為1.22%和2.33%，液氮低溫預處理吸附效果略弱，僅有0.74%和0.52%；酮類1種，為甲基正壬酮，液氮低溫預處理下的相對含量較高為14.34%，常溫預處理僅有9.74%；其他化合物1種，為石竹素，在常溫預處理下相對含量高達16.50%，而液氮低溫預處理僅1.01%。

2.3 香氣分析

選取各香氣類別中常溫預處理和液氮低溫預處理所共有的揮發(fā)性香氣成分含量靠前的成分進行香氣描述分析，參見表2。

表2 部分揮發(fā)性香氣成分的香氣描述Table 2 Aroma descriptions of some volatile aroma components

從香氣含量、種類分布和香氣描述上可以歸納得出，魚腥草是以乙酸龍腦酯、乙酸松油酯為代表的木香和以檸烯、蒎烯為代表的新鮮辛木香為主構成的主體香氣特征，佐以甲基正壬酮的特征蠟香和柑橘果香所構成的香氣特征。

3 討論與結論

HS-SPME 技術是目前行業(yè)中常被使用且較為先進的檢測揮發(fā)性香氣成分的前處理技術手段[19]，集采樣、萃取、濃縮、進樣于一體[20]，具有裝置簡單、操作簡便、測試快、重現(xiàn)性好、費用低等優(yōu)點[21]，氮氣作為氧氣制備的副產物，隨著工業(yè)技術的提升，成本進一步降低，現(xiàn)在已普遍應用于食品行業(yè)中[22]。本試驗利用液氮的極冷和抗氧特性，采用HS-SPME-GC-MS 對魚腥草的揮發(fā)性香氣成分進行常溫和低溫前處理的對比分析。結果表明，低溫處理后的魚腥草揮發(fā)性成分較常溫預處理下的揮發(fā)性香氣成分檢出數(shù)量多，烯烴類物質多于常溫檢出的數(shù)量，烯烴類物質多存在于新鮮的植物中，液氮處理可以有效保持植物的鮮度。酯類和醛類的數(shù)量亦較常溫下檢出的數(shù)量多，低溫處理下的醛類物質相對含量高于常溫處理，酯類物質略低于常溫處理。醛類和酯類是香料行業(yè)中常使用到的兩大種類物質，它們共同構成魚腥草的主體香氣種類，其中檢測出的乙酸龍腦酯、乙酸松油酯、壬醛等物質更是構成魚腥草的主體香氣成分。另外曾虹燕等[7]檢測出魚腥草的特征香氣物質甲基正壬酮在本次試驗中也被檢測出，液氮低溫處理后的魚腥草檢出的甲基正壬酮相對含量更高。從檢測出的揮發(fā)性香氣成分種類數(shù)量、各自的相對含量和特征香氣物質的相對含量來看，初步認為液氮低溫預處理后的效果比常溫預處理的效果更為有效，可為后續(xù)對魚腥草香氣深加工提供有效的理論依據。