頂空固相微萃取結(jié)合GC-MS對山桐子(油葡萄)香氣成分比較分析

陳耀兵， 李美東， 夏蘭欣， 黃秀芳， 羅 凱

(湖北民族大學(xué)林學(xué)園藝學(xué)院1，恩施 445000)(湖北民族大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院2 ，恩施 445000 )

山桐子(油葡萄)(IdesiapolycarpaMaxim.)，別名水冬瓜，屬大風(fēng)子科、山桐子屬植物。山桐子樹可作為防護(hù)林大量栽植[1]，其果實(shí)和種子中含有大量的油脂[2]，平均含油率為36.3%。山桐子油中含有大量的不飽和脂肪酸，種子油中的亞油酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為78.6%[3]，精煉后的油中亞油酸含量為52.5%～81.4%，精煉后可作為食用油[4]。山桐子具有較多的用途，其樹木可做景觀樹[5]、生態(tài)防護(hù)樹[6]；其果實(shí)可作為工業(yè)潤滑油、生物柴油[7]以及可食用油的生產(chǎn)原料。由于其不飽和脂肪酸含量較高，對高血脂、動脈粥樣硬化等病癥有一定的治療作用[8]。2020年國家衛(wèi)生健康委員會將山桐子(油葡萄)油列為普通食品[6]。

本研究以4種不同品種的山桐子為原料，主要研究不同品種山桐子在制油工藝過程中的香味變化以及經(jīng)提取所得山桐子油的香氣物質(zhì)，意在探尋山桐子在加工過程中的香氣成分的變化規(guī)律，并為了進(jìn)一步探尋能加工出有較好香氣的山桐子油的優(yōu)良品種的選育及推廣提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為國家山桐子油工程的開發(fā)與利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料與試劑

本實(shí)驗(yàn)用的山桐子分別采摘于湖北恩施州境內(nèi)，分別命名為品種1～品種4，4個品種山桐子果實(shí)實(shí)物圖如圖1，直徑見表1；氯化鈉、石油醚等試劑均為分析純。

圖1 山桐子果實(shí)

表1 山桐子果實(shí)直徑

1.2 儀器與設(shè)備

7890B氣相色譜，5977B質(zhì)譜，烘箱，索氏提取儀。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 樣品處理

取部分新鮮山桐子進(jìn)行研磨，備用；取另一部分鮮樣在50 ℃下烘干至恒重后，研磨備用；再通過索氏提取法對4種品種的山桐子烘干樣品中油進(jìn)行提取備用。

1.3.2 香氣物質(zhì)萃取

本實(shí)驗(yàn)采用頂空固相微萃取法對4個不同品種山桐子鮮樣、干樣及油的香氣成分進(jìn)行萃取。具體步驟：稱取5.0 g處理后的樣品置于頂空萃取瓶中，密封后在45 ℃下平衡20 min，再將已經(jīng)活化的萃取針插入萃取瓶中萃取40 min，取出萃取針后直接進(jìn)樣，在250 ℃下解析5 min，每個樣品重復(fù)3次。

1.3.3 氣相色譜條件

色譜柱Agilent 19091N-133 HP-INNOWax(30 m×250 μm×0.25 μm)，進(jìn)樣口溫度250 ℃，流速1.0 mL/min。升溫程序：初始50 ℃保持2 min，以5 ℃/min升至100 ℃保持2 min，再以10 ℃/min升至250 ℃保持5 min。

1.3.4 質(zhì)譜條件

離子源溫度230 ℃；四級桿溫度150 ℃；電子能量70 eV；渦輪泵轉(zhuǎn)速100%；掃描范圍m/z：40～550 u。

1.3.5 定性定量分析

將所得圖譜與NIST數(shù)據(jù)庫比對并結(jié)合參考文獻(xiàn)進(jìn)行分析。采用氣相色譜峰面積歸一法對山桐子香氣成分相對含量進(jìn)行計(jì)算。

1.4 數(shù)據(jù)處理

對GC-MS處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集整理，并從數(shù)據(jù)庫中查找出化合物的對應(yīng)中文名稱，使用面積歸一法計(jì)算各個化合物在相應(yīng)樣品中的比例，通過Excel對所有數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算并匯總；再通過SPSS對各個樣品中的不同種類的香氣成分進(jìn)行主成分分析；通過Origin 8.0軟件進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 香氣成分分析

對山桐子果實(shí)的煉油不同階段的香味物質(zhì)進(jìn)行分析，4種不同品種山桐子果實(shí)鮮樣GC-MS結(jié)果見圖2，山桐子干樣和山桐子油GC-MS結(jié)果分別見圖3和圖4。對導(dǎo)出數(shù)據(jù)進(jìn)行整理歸納，結(jié)果如表2所示。對香味物質(zhì)整體統(tǒng)計(jì)如表3所示。

圖2 4種不同品種山桐子果實(shí)鮮樣GC-MS圖

圖3 4種不同品種山桐子果實(shí)干樣GC-MS圖

圖4 4種不同品種山桐子油GC-MS圖

表2 不同品種、不同處理后的山桐子(油)香氣成分含量

表3 4種不同品種山桐子(油)各類香氣物質(zhì)含量

2.1.1 相同樣品處理方式不同品種山桐子(油)的香氣成分分析

4種不同品種的山桐子鮮樣其主體香味物質(zhì)的類型相差不大，但具體所產(chǎn)生香氣的物質(zhì)卻不相同。從數(shù)量上看，測得的香氣成分分別為18、46、30、34種。從整體香氣物質(zhì)來看，都含有較多的醇類物質(zhì)。共同的成分為醇類，共有3種，分別是乙醇、2-乙基己醇、3-乙基-4-甲基戊基-1-醇。對比其他3個品種，1號中含有較多的烷烴類和酮類物質(zhì)，而其醛類物質(zhì)相對較少；2和3號中含有較多的酰胺類物質(zhì)，主要是N-丙基肼基硫代甲酰胺，酯類和酸類物質(zhì)較少；4號中含有一種特有的醚類物質(zhì)，乙基縮水甘油基醚。

在50 ℃下烘干之后，山桐子的香氣物質(zhì)比其鮮樣的香氣物質(zhì)有了不同程度的變化。從數(shù)量上看，測得的香氣成分分別為25、25、26、17種。從整體香氣物質(zhì)來看，都含有較多的烷類、醛類和醇類物質(zhì)。4個品種共有的香氣成分主要為醛類和醇類，共有5種，分別為苯甲醛；2,5-二羥基苯甲醛(2E,4E)-2,4-辛二烯醛；1,2-環(huán)己二醇；苯乙醇。除了上述共同的香味成分外，各自還具有一些特有的香味物質(zhì)，1號中含有L(-)-甘油醛，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為26.4%，2-甲基丁酸甲酯，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25.53%；2號中含有N-乙酰基異惡唑烷(N-acetyl-isoxazolidine)，含量占比33.77%，2-氨基-5-甲基苯甲酸，含量占比17.83%；3號中含有2,3-環(huán)氧丁烷，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20.94%；異戊醛，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11.89%；4號中含有3-氨基吡咯烷，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為18.52%，異戊醛(3-methylbutanal)，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12.80%。

山桐子經(jīng)烘干后索氏提取，將石油醚回收得到山桐子油，香味物質(zhì)也有了不同程度的變化。從數(shù)量上分析，測得的香氣成分?jǐn)?shù)量分別為34、25、17、30種。其主體成分均為烷烴類，和少量的烯類、酸類物質(zhì)，共有8種相同的香氣成分，分別為正戊烷、二甲基癸烷、4-甲基-十一烷、苯甲醛、苯乙烯、正己酸、正庚酸、2-正丙基噻吩，沒有含量較大的獨(dú)特的香氣成分。

2.1.2 相同品種不同樣品處理方式香氣成分分析

品種1鮮樣的香氣物質(zhì)主要為醇類、酸類和酯類物質(zhì)，烘干后主要為醇類和醛類物質(zhì)，再經(jīng)索氏提取后則主要為烷類物質(zhì)；品種2鮮樣的香氣物質(zhì)主要為醇類、酸類和酰胺類物質(zhì)，經(jīng)烘干后主要為醇類、酸類和烷類物質(zhì)，再經(jīng)索氏提取后則主要為烷類物質(zhì)；品種3鮮樣的香氣物質(zhì)主要為酯類和酰胺類物質(zhì)，經(jīng)烘干后主要為烷類和醛類物質(zhì)，再經(jīng)索氏提取后主要為烷類物質(zhì)；品種4鮮樣的香氣物質(zhì)主要為醇類、酸類和醚類物質(zhì)，經(jīng)烘干后主要為醇類和烷類物質(zhì)，再經(jīng)索氏提取后主要為烷類物質(zhì)。對比4種樣品香氣變化規(guī)律并進(jìn)行分析，在山桐子不同處理方式的過程中，香氣成分由大量的含不飽和鍵的化合物逐步成為飽和的烷烴類成分。其原因有可能是不飽和化合物一般易揮發(fā)，而在加工過程中會對樣品進(jìn)行烘干等較高溫度下的處理方式，導(dǎo)致在逐步加工過程中，不飽和化合物逐步被損耗，而飽和烷烴類的香氣成分逐步凸顯。

2.2 香氣成分比較

2.2.1 醇類香氣成分比較

從4種鮮樣中共檢測出6種醇類物質(zhì)，品種1～品種4分別有3、3、4、5種，相對質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為17.88%、27.27%、9.02%和25.09%。表1可見，醇類在四個山桐子品種中差異并不是很大，共有的為乙醇、2-乙基己醇、3-乙基-4-甲基戊基-1-醇。品種4中含有2種不同的醇類香氣成分，其中4-甲基-1-戊醇占比為6.59%，苯乙醇含量較少，占比為0.23%，其氣味為花香[9]；從4種干樣中共檢測出7種醇類物質(zhì)，分別有7、3、3和2種，相對含量分別為7.73%、10.34%、2.86%和2.96%，共有的醇類為1,2-環(huán)己二醇和苯乙醇；從4種油中共檢測出4種醇類物質(zhì)，分別有1、2、1、3種，并沒有共同的醇類物質(zhì)。因此，在山桐子的逐步加工過程中，整體醇類物質(zhì)逐漸減少，也逐漸失去了由醇類物質(zhì)所引發(fā)的果香。分析其原因可能是在逐步加工過程中，由于各種醇類物質(zhì)的揮發(fā)特性以及在油中的溶解特性不同，小分子醇類物質(zhì)(如乙醇)在烘干過程中被揮發(fā)，而易溶于油的醇類物質(zhì)在油中被檢測出來。

2.2.2 酯類香氣成分比較

果實(shí)中酯類的香氣成分含量高低主要取決于成熟度[10]。在4種鮮樣中，共檢測出了9種酯類物質(zhì)，品種2中相對質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低，僅占0.77%；其他3種相對質(zhì)量分?jǐn)?shù)比較平均，分別為32.16%、37.48%和30.60%，均為這3種鮮樣的主要香氣物質(zhì)。鮮樣1中主要的酯類為苯甲酸甲酯和4,4′-亞甲基二苯甲酸酯二乙酯，香氣為花香、果香，鮮樣3中主要酯類為氨基甲酸乙酯，鮮樣4中主要酯類為2-甲基丁酸甲酯，香氣為果香；在4種干樣中，共檢測出4種酯類物質(zhì)，含量均比較少；在4種油中共檢測出2種酯類物質(zhì)，可忽略不計(jì)。因此，在逐步加工過程中，香氣中的酯類物質(zhì)含量越來越少。

2.2.3 醛類香氣成分比較

在4種鮮樣山桐子中共檢測出7種醛類物質(zhì)，其占整體揮發(fā)性物質(zhì)的含量均比較低，樣品1主要含有苯乙醛，主要香味為果香、花香[11]；樣品2和樣品3主要含有壬醛，主要香味為花香、油脂香；樣品4中的β-環(huán)檸檬醛的香味較為復(fù)雜。4種干樣中共檢測出11種醛類物質(zhì)，除了品種2干樣中相對含量較低(占比2.66%)外，其他的3個品種干樣的醛類物質(zhì)為其主要的香氣物質(zhì)，分別占比75.04%、65.40%、67.72%，這3個品種中主要的醛類物質(zhì)為正己醛，主要香味為果香、油脂香，其次為正戊醛或異戊醛；在1號樣品中還含有一種含量占比較大的特殊的醛類，為L(-)-甘油醛。4種油中共檢測出8種醛類物質(zhì)，但整體占比含量較低，共有的醛類為苯甲醛，主要香味為油脂香、芳香。

2.2.4 烷類香氣成分比較

烷類物質(zhì)在鮮樣中少有檢出；在樣品2～樣品4的干樣中檢測出一定量的烷類成分，主要是2,3-環(huán)氧丁烷、2,2,4,6,6-五甲基庚烷和N-乙?；悙哼蛲?；在4個品種的山桐子油中檢測出大量的烷類物質(zhì)，其中主要成分為正戊烷[12]。

2.2.5 其他香氣成分比較

酸類物質(zhì)在鮮樣中種類較少，但相對含量較高，主要有3種，為N-(4-甲基苯基)-環(huán)氧乙烷基甲酯氨基甲酸、二羥基順丁烯二酸和乙醛酸，主要香味為果香、芳香；干樣中主要含有2-氨基-5-甲基苯甲酸；4種山桐子油中酸類物質(zhì)相對含量較少，但種類較多，主要表現(xiàn)在正己酸和正庚酸，其主要香味為果香。

烯類物質(zhì)在鮮樣、干樣基本上未檢出，在油中苯乙烯含量較多；酮類物質(zhì)在1號鮮樣中檢測出較多的2-羥基-環(huán)己酮和1號干樣中檢測出較多的2-環(huán)乙烯-1-酮，其他樣品中含量均較少；醚類物質(zhì)在4號鮮樣中檢測出較多的乙基縮水甘油基醚，其他樣品基本上均為檢出；在其他類物質(zhì)中，有甲氧基-苯基肟和N-丙基肼基硫代甲酰胺在幾個樣品中有檢出。

2.3 主成分分析

利用SPSS 23軟件對4種不同品種的山桐子經(jīng)過不同處理后的香味物質(zhì)進(jìn)行主成分分析，變量為不同品種及不同處理階段的山桐子(油)，經(jīng)軟件因子分析后，得到如圖5所示的空間分布圖。由圖5可知，提取出的香氣物質(zhì)主成分可分為3大類，4種品種鮮樣由于含不飽和鍵較多的酯類、酸類、醇類含量占比較多而被分為一大類，樣品1、樣品3和樣品4的干樣因含有較多的醛類物質(zhì)被分為一大類，樣品2的干樣和4個品種的山桐子油因含較多的烷類物質(zhì)被分為一大類。結(jié)合圖1和圖2整體分析可得，在不同處理的階段，4種不同品種的山桐子大致有相同的香氣成分，而2號干樣的香氣成分更加接近于油的香氣成分。

圖5 4個不同品種山桐子(油)香氣主成分散點(diǎn)圖

3 結(jié)論

通過對4種不同品種的山桐子在不同制油階段中的香氣成分進(jìn)行測定與分析，共檢測出約有128種香氣物質(zhì)，其中主要包括烷類、醇類、醛類、酯類、烯類、酮類、酸類、酚類和醚類，不同品種之間、不同處理過程中的香氣成分的種類和相對含量都有比較大的差異，且具有各自的香氣。其中鮮樣的香氣成分主要為醇類、酸類、酯類和酰胺類物質(zhì)；干樣的香氣成分主要為烷類、醛類和醇類；油的香氣成分主要為烷類。不同品種的山桐子因在不同環(huán)境下生長而導(dǎo)致其果實(shí)采摘后的香氣成分不同，但是在經(jīng)相同的條件處理后，干樣和油的香氣成分逐漸變的統(tǒng)一，后續(xù)可進(jìn)一步選育及推廣山桐子果實(shí)具有好的香氣物質(zhì)的優(yōu)良品種。