不同萃取頭對橘子皮揮發(fā)性化合物的研究

◎ 張赫宇，徐 瑞，李 勇

（寧夏職業(yè)技術(shù)學院 生命科技學院，寧夏 銀川 750021）

橘子皮作為一種生活中常見的水果皮，其一般作為生活廢物被扔棄。如何變廢為寶，實現(xiàn)資源再生利用至關(guān)重要。研究發(fā)現(xiàn)橘子皮中含有豐富的纖維素和木質(zhì)素等成分，因為這些成分的分子結(jié)構(gòu)式中含有大量的羧基、羥基等官能團，它們可以與一些化學試劑發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，制備出有效的吸附劑材料，進而對水有凈化作用[1]。例如，通過使用磁性納米顆粒改性后的廢橘皮氧化吸附水中As3+，對橘子皮進行皂化交聯(lián)改性后，用于吸附水中的Cu2+、Pb2+、Cd2+等重金屬離子[2-3]。

在生活中，橘子皮因其特殊的香味，經(jīng)常被用于替代空氣清新劑。鑒于此，本研究以普通廢橘子皮作為研究材料，采用頂空固相微萃?。℉eadspace Solid Phase Microextraction，HS-SPME）結(jié)合氣相色譜-質(zhì)譜（Gas Chromatography-Mass Spectrometry，GC-MS） 對 3種不同萃取頭萃取的橘子皮揮發(fā)性物質(zhì)進行分析，以期為對廢橘子皮進行改性加工制得環(huán)保型空氣清新劑奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

橘子皮，來源于寧夏銀川市西夏區(qū)寧大新百超市普通橘子；正構(gòu)烷烴購自美國Sigma-Aldrich公司。

1.2 儀器與設(shè)備

GCMS-QP2010 Ultra氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀，日本 Shimadzu公 司；DB-WAX （30 m×0.25 mm，0.25 μm)型超高惰性氣相色譜柱，美國Agilent公司；50/30 μm DVB/CAR/PDMS、65 μm DVB/PDMS 以及100 μm PDMS纖維萃取頭，美國Supelco公司；PK157330-U型SPME手動進樣器，美國Supelco公司；電子鼻PEN 3.5型嗅辨儀，德國Airsence公司；WNB22型美而特電熱恒溫水浴槽，上海樹立儀器儀表有限公司；LT202E型電子天平，常熟市天量儀器有限責任公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 電子鼻檢測

將廢橘皮內(nèi)部白色組織物質(zhì)剔除后，切成0.3 mm×0.3 mm×0.2 mm左右的顆粒，準確稱取2.00 g作為樣品，置于50 mL電子鼻進樣瓶內(nèi)，密封。于40 ℃水浴鍋中放置20 min后，冷卻至室溫。然后進行樣品電子鼻檢測，重復3次。

電子鼻。初始準備時間：5 s；電子鼻測樣時間：100 s；計數(shù)時間間隔：1 s；自動調(diào)零時間：10 s；空氣清洗時間：300 s；電子鼻內(nèi)部流量：400 mL·min-1；進樣流量：400 mL·min-1。

1.3.2 橘子皮揮發(fā)性成分的萃取與分析

（1）風味物質(zhì)的萃取。在試驗之前，先將3種萃取頭進行老化。稱取橘子皮碎粒樣品（2±0.01） g，置于15 mL頂空瓶中，用聚四氟乙烯隔膜將頂空瓶口密封。將其置于40 ℃水浴中20 min。然后將老化后的萃取頭插入密封的萃取瓶中進行吸附，保持30 min，然后立即將其轉(zhuǎn)移到GC進樣口250 ℃下解吸5 min。

（2）GC-MS條件。GC：DB-WAX（30 m×0.25 mm，0.25 μm)氣相色譜柱；程序升溫：初始溫度設(shè)置為40 ℃，保持3 min。然后以5 ℃·min-1的升溫速度升溫到 90 ℃，再以8 ℃·min-1的升溫速度升溫到230 ℃，保持10 min；載氣：氦氣；恒定流速：1.8 mL·min-1；進樣口溫度：250 ℃；MS：EI離子源；電子能量70 eV；離子源溫度：230 ℃；四極桿溫度：150 ℃；質(zhì)量掃描范圍：20～350m/z；掃描方式：全掃描；溶劑延遲3 min。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel對樣品GC-MS數(shù)據(jù)進行處理，繪制表格。采用SIMCA14.1軟件對GC-MS數(shù)據(jù)進行制圖；其他圖均采用Origin 8.0軟件繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 電子鼻數(shù)據(jù)分析

電子鼻是利用氣體傳感器陣列的響應(yīng)圖案來識別氣味的電子系統(tǒng)，PEN3.5電子鼻內(nèi)部含有10個金屬傳感器。電子鼻的10個傳感器在進樣后開始響應(yīng)，當樣品中某類化合物的含量較高時，所對應(yīng)的感應(yīng)器的響應(yīng)值越偏離基線。隨著進入電子鼻的揮發(fā)性物質(zhì)濃度趨于穩(wěn)定時，響應(yīng)值逐漸趨于平穩(wěn)，一般情況下傳感器會在85 s后達到平穩(wěn)狀態(tài)，因而選取88～90 s這3 s的平均響應(yīng)值作為特征值。

由圖1可知，W2W、W1W、W5C、W1C和W3C這5種傳感器對橘子皮揮發(fā)性物質(zhì)的響應(yīng)不明顯，這表明部分烷烴類化合物、大部分芳香類化合物、有機硫化物以及萜烯類化合物含量較低。而傳感器W3S、W2S、W5S和W1S對橘子皮樣品的揮發(fā)性物質(zhì)的響應(yīng)值較為明顯。傳感器W5S對氮氧化合物較為敏感，表明在橘子皮樣品的揮發(fā)性物質(zhì)中含N和O原子的雜環(huán)類化合物含量較高，傳感器W3S對烷烴物質(zhì)敏感，表明橘子皮樣品中烷烴類化合物含量較高。傳感器W1S和W2S的強烈響應(yīng)表明在橘子皮樣品的揮發(fā)性物質(zhì)中，醇類化合物、部分芳香類化合物占有很大比重。

圖1 電子鼻對橘子皮樣品響應(yīng)雷達圖

2.2 樣品中揮發(fā)性化合物的頂空固相微萃取結(jié)合氣相色譜-質(zhì)譜分析

SPME萃取頭是利用石英纖維頭表面涂漬高分子化學材料層的吸附性，對樣品的揮發(fā)性物質(zhì)進行富集，然后在氣相色譜進樣器中進行熱解吸、分析，進而得出樣品中的各揮發(fā)性成分。3種不同萃取頭（50/30 μm DVB/CAR/PDMS、65 μm DVB/PDMS、100 μm PDMS）對橘子皮樣品揮發(fā)性風味物質(zhì)萃取結(jié)果，如表1所示。①3種萃取頭在橘子皮樣品共檢測出64種揮發(fā)性成分，其中檢測出醛類3種，醇類20種，烯烴類30種，酸類1種，酯類7種，烷烴類2種以及其他類1種。50/30 μm DVB/CAR/PDMS型號萃取頭在橘子皮樣品中檢測出揮發(fā)性化合物46種，其中醛類3種，醇類20種，烯烴類21種，酸類1種，酯類1種，烷烴類0種，其他類0種。65 μm DVB/PDMS型號萃取頭在橘子皮樣品中檢測出揮發(fā)性化合物34種，其中醛類1種，醇類13種，烯烴類15種，酸類1種，酯類3種，烷烴類1種，其他類0種。采用100 μm PDMS型號萃取頭在橘子皮樣品中檢測出揮發(fā)性化合物38種，其中醛類1種，醇類12種，烯烴類19種，酸類1種，酯類3種，烷烴類1種以及其他類1種。從萃取揮發(fā)性物質(zhì)的數(shù)量和相對含量來看，萃取頭50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取到的揮發(fā)性物質(zhì)種類較多、含量較高。在3種萃取頭萃取的揮發(fā)性化合物中，烯烴類物質(zhì)以及醇類物質(zhì)的相對含量普遍較高。②烯烴類物質(zhì)在3種萃取頭萃取的物質(zhì)中的含量分別為40.11%、27.08%、23.03%，醇類物質(zhì)在3種萃取頭萃取的物質(zhì)中的含量分別為20.80%、8.76%、8.12%。③紫蘇醛、L-紫蘇醇、2-（4-亞甲基環(huán)己基）-2-丙烯-1-醇、己醇、芳樟醇、辛醇、欖香醇、十二醇、α-松油醇、（E）-2-己烯-1-醇、（Z）-3-己烯-1-醇、月桂烯、α-蓽澄茄油烯、（3E,7E）-4,8,12-三甲基十三、壬酸、δ-欖香烯、對薄荷-1,3,8-三烯、（1S）-（-）-β-蒎烯、橙花醇、檜烯和2-甲基-1-苯基丙烯等20種化合物同時被3個萃取頭吸附上，說明這20種揮發(fā)性物質(zhì)可以初步被認為是橘子皮樣品中的共有物質(zhì)[4]。

表1 橘子皮樣品中揮發(fā)性風味化合物表（n=3）

續(xù)表1

續(xù)表1

2.3 GC-MS數(shù)據(jù)PCA分析

對樣品GC-MS數(shù)據(jù)進行主成分分析，結(jié)果如圖2所示。主成分貢獻率越高，對原始多指標信息的反映越好。前兩個主成分的累積方差貢獻率＞90%，PC1代表總方差的61.70%，PC2代表總方差的33.60%，說明前兩個主成分涵蓋了橘子皮樣品中絕大多數(shù)氣味信息[5]。

由圖2（a）分析比較發(fā)現(xiàn)，3種萃取頭的GC-MS數(shù)據(jù)在PCA分析的二維（PC1-PC2)空間的投影分布在3個不同的象限，表明3種萃取頭萃取的揮發(fā)性成分存在明顯的差異。從圖2（b）中可以看出，十一醛、紫蘇醛、2-異烯丙基-5-甲基-4-己烯醛等揮發(fā)性物質(zhì)與萃取頭50/30 μm DVB/CAR/PDMS相關(guān)。十二醇、β-蒎烯、乙酸月桂酯、β-可巴烯、壬酸等揮發(fā)性物質(zhì)與萃取頭 65 μm DVB/PDMS、100 μm PDMS 相關(guān)。欖香醇、月桂酸甲酯、2,6-二甲基-2,6-辛二烯等揮發(fā)性化合物與萃取頭100 μm PDMS相關(guān)。

圖2 GC-MS數(shù)據(jù)PCA分析二維得分圖和載荷圖

3 結(jié)論

對橘子皮樣品進行電子鼻分析發(fā)現(xiàn)傳感器W3S、W2S、W5S和W1S對橘子皮樣品的響應(yīng)值較為明顯。表明含N、O的雜環(huán)類化合物、烷烴類化合物、醇類化合物和部分芳香類化合物是橘子皮樣品的主要揮發(fā)性物質(zhì)。3種萃取頭共檢測出64種揮發(fā)性成分，其中50/30 μm DVB/CAR/PDMS、65 μm DVB/PDMS 以 及100 μm PDMS萃取頭分別檢測出揮發(fā)性化合物46種、34種以及38種。在這些揮發(fā)性化合物中，烯烴類物質(zhì)以及醇類物質(zhì)的相對含量普遍較高。3種萃取頭的GC-MS數(shù)據(jù)在PCA分析的二維（PC1-PC2)空間投影中分別分布在3個不同的象限，表明樣品存在明顯的差異。