固相微萃取-气相色谱质谱联用分析花椒挥发性成分

曹雁平，张 东*

(1.北京工商大学化学与环境工程学院，北京 100048；2.北京中融百鸣科技有限公司，北京 102600)

固相微萃取-气相色谱质谱联用分析花椒挥发性成分

曹雁平1，张 东2,*

(1.北京工商大学化学与环境工程学院，北京 100048；2.北京中融百鸣科技有限公司，北京 102600)

研究不同加工方式下花椒香气的变化。以陕西韩城市产花椒为原料，利用固相微萃取-气相色谱质谱联用技术分析焙烤花椒和风干花椒中的挥发性成分。结果从焙烤花椒中共鉴定出48种挥发性成分，其中主要挥发性成分为α-蒎烯(4.14%)、6,6-二甲基-2-亚甲基-双环[3.1.1]庚烷(5.63%)、1-甲基-4-(1-甲乙基)-1,4-环己二烯(3.20%)、1,7,7-三甲基-三环[2.2.1.0(2,6)]庚烷(6.96%)、β-水芹烯(9.47%)、甲酸(8.50%)、3-蒈烯(3.62%)、3,7-二甲基-1,6-辛二烯 -3-醇(3.09%)、4-甲基 -1-(1-甲乙基)-3-环己烯 -1-醇(5.34%)、α,α,4-三甲基 -3-环己烯 -1-甲醇(6.12%)、α-异戊酸松油酯(8.91%)、1,2,4α,5,8,8α-六氢-4,7-二甲基-1-(1-甲乙基)-萘(4.32%)、1-甲基-5-亚甲基-8-(1-甲乙基)-1,6-环癸二烯(5.07%)；从风干花椒中共鉴定出49种挥发性成分，其中主要挥发性成分为α-蒎烯(3.38%)、6,6-二甲基-2-亚甲基-双环[3.1.1]庚烷(9.38%)、1-甲基-4-(1-甲乙基)-1,4-环己二烯(14.74%)、2-甲基-5-(1-甲乙基)-双环[3.1.0]己 -2-醇(3.00%)、1,7,7-三甲基 -三环[2.2.1.0(2,6)]庚烷(18.45%)、β-水芹烯(9.80%)、3,7,7-三甲基 -双环[4.1.0]庚 -3-烯(10.89%)、2,6-二甲基 -2,4,6-辛三烯(3.37%)、3-蒈烯(3.11%)、cis-β-松油醇(5.30%)。焙烤花椒和风干花椒的挥发性成分有较大差别。

固相微萃取(SPME)；气相色谱质谱(GC-MS)；花椒；挥发性成分

花椒作为主要的辛香料在我国已有两千多年的历史，它能够除各种肉类的腥气、促进唾液分泌、增加食欲，还能使血管扩张从而起到降低血压的作用，服花椒水能去除寄生虫，有芳香健胃、温中散寒、除湿止痛、杀虫解毒的功效。研究发现，花椒挥发油可阻断钙通道，减少外钙内流和内钙释放从而抑制大鼠子宫平滑肌的收缩[1]，还可抑制Hela细胞和Caski细胞增殖并激发细胞凋亡[2-3]，另外还有抗真菌的作用[4]。目前对于花椒香气的研究主要用超临界CO2流体萃取，配合气相色谱-质谱联用技术(GC-MS)进行挥发性成分的分析[5-8]。

固相微萃取技术(SPME)是近年来发展起来的一种吸附型样品前处理技术。作为一种前处理替代方法，其具有操作简单、快速、灵敏、费用低、能与气相色谱或液相色谱直接联用等优点[9]。固相微萃取技术原理为挥发性成分富集于萃取头后，将萃取头插入气相色谱进样口，通过色谱分离并定量或定性这些组分。目前，已有很多学者采用固相微萃取技术检测辣椒、红酒、空气、番茄、菜籽油和精油等的挥发性成分[10-16]。本研究采用固相微萃取技术，通过气相色谱质谱联用确定并分析比较风干花椒和焙烤花椒的挥发性成分，为食品行业尤其是香精香料行业花椒产品的制造和应用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂与仪器

新鲜花椒产于陕西韩城市；无水乙醇、无水Na2SO4(均为分析纯)；系列烷烃(色谱纯) 北京百灵威化学公司。

JXD-02型超声波萃取器 北京金星超声波设备技术有限公司；6890N-5975C气相色谱-质谱联用仪 美国Agilent公司；R-201型旋转蒸发仪 上海申胜生物技术有限公司；固相微萃取器(100μm，PDMS萃取头) 美国Supelco公司；DGG-9620A型恒温干燥箱 沈阳林频实验设备有限公司；QJ3-W1000A高速万能粉碎机 北京中西远大科技有限公司。

1.2 方法

花椒风干：将新鲜朝韩城花椒置于40℃恒温干燥箱中(带循环风)风干至含水量小于5%，即得风干花椒。

花椒焙烤：将上述风干花椒置于200℃恒温干燥箱中焙烤数秒，直至能嗅闻到类似油炸花椒香气时结束。

挥发性成分提取：采用固相微萃取法提取油树脂中挥发性成分。将粉碎后的花椒粉与无水乙醇(1:1，g/mol)置于密封萃取器 中超声辅助萃取30min，超声频率50kHz、强度0.6A，水浴温度50℃。加入无水Na2SO4振荡脱水后旋转蒸发，得到风干花椒和焙烤花椒油树脂。油树脂样品置于50℃恒温水浴中平衡30min，后于50℃提取30min，上机测试(固相微萃取头PDMS在提取样品前需老化)。

1.3 GC-MS检测条件

气相色谱：色谱柱：DB-WAX(30m×0.25mm，0.25μm)；载气为氦气；热解吸进样，进样口温度230℃；升温程序：起始温度40℃，保持3min，接着以10℃/min速率升至230℃，保持10min。

质谱部分：接口温度240℃，EI离子源，电子能量70eV，全扫描模式，质量范围10～500u，溶剂延迟3min。

1.4 挥发性化合物的鉴定

GC-MS鉴定花椒中挥发性成分通过NIST 05谱库检索结果与保留指数[17]共同确定，化合物相对含量采用峰面积归一化法分析。保留指数采用下式计算：

式中：Ix表示Kovats保留指数；n表示碳数；tr＇(x)表示保留在碳数为n和n+1正构烷烃之间的目标物的保留时间；tr＇(n)表示碳数为n的正构烷烃的保留时间；tr＇(n+1)表示碳数为n+1的正构烷烃的保留时间。

2 结果与分析

图1 焙烤花椒(A)和风干花椒(B)挥发性成分的总离子流图Fig.1 Total ion chromatogram of volatile compounds from baked (A)and hot air-dried (B) Sichuan peppers

焙烤花椒和风干花椒挥发性成分的GC-MS总离子流图见图1，挥发性化合物种类、保留指数和相对含量见表1，挥发性组分中各类化合物数量及相对含量见表2。

表1 焙烤花椒和风干花椒挥发性成分的GC-MS分析结果Table 1 Identified volatile compounds in baked and hot air-dried Sichuan peppers by GC-MS

续表1

表2 焙烤花椒和风干花椒中各类挥发性成分的种数及相对含量Table 2 Kind and amount of compound classes identified in baked and hot air-dried Sichuan peppers

由图1和表1、2可看出，通过SDE-GC-MS分析，各挥发性成分相应和分离效果良好；相对于文献[5-7]，有更多的挥发性成分被鉴定(66种)，包括烯烃类、烷烃类、醇类、酯类、酚类、酮类、酸类和苯类等。从表1可以看出，α-蒎烯、β-蒎烯、6,6-二甲基-2-亚甲基-双环[3.1.1]庚烷、1-甲基-4-(1-甲乙基)-1,4-环己二烯、1,7,7-三甲基-三环[2.2.1.0(2,6)]庚烷、β-水芹烯、3,7,7-三甲基-双环[4.1.0]庚-3-烯、3-蒈烯、3,7-二甲基-1,6-辛二烯-3-醇、γ-榄香烯、1-乙烯基-1-甲基-2,4-双(1-甲基乙烯基)-环己烷、α,α,4-三甲基-3-环己烯-1-甲醇、α-异戊酸松油酯、1,2,4α,5,8,8α-六氢-4,7-二甲基-1-(1-甲乙基)-萘、1-甲基-5-亚甲基-8-(1-甲乙基)-1,6-环癸二烯、1-甲氧基-4-(1-戊烯基)-苯、顺-2-甲基-5-(1-甲基乙烯基)-2-环己-1-醇、1-甲基-4-(1-甲乙基)-苯、Z,Z-2,6-二甲基-3,5,7-辛三烯-2-醇、石竹烯氧化物、4-(1-甲基乙烯基)-1-环己烯-1-甲醇、4-(1-甲乙基)-苯甲醇、(-)-斯巴醇、2-甲基-5-(1-甲乙基)-酚、α-荜茄醇、苯甲酸、油酸乙酯、亚油酸乙酯、1-(2-羟基-4,6-二甲氧苯基)-乙酮共同存在于风干花椒和焙烤花椒中，说明这些组分为花椒的基本香气成分。其中，芳樟醇(3,7-二甲基-1,6-辛二烯-3-醇)为花椒的特征挥发性成分有很多文献报道[5-6]。

从焙烤花椒中共鉴定出48种挥发性成分，其中主要挥发性成分有(相对含量＞3%)：α-蒎烯(4.14%)、6,6-二甲基-2-亚甲基-双环[3.1.1]庚烷(5.63%)、1-甲基-4-(1-甲乙基)-1,4-环己二烯(3.20%)、1,7,7-三甲基-三环[2.2.1.0(2,6)]庚烷(6.96%)、β-水芹烯(9.47%)、甲酸(8.50%)、3-蒈烯(3.62%)、3,7-二甲基 -1,6-辛二烯 -3-醇(3.09%)、4-甲基 -1-(1-甲乙基)-3-环己烯 -1-醇(5.34%)、α,α,4-三甲基-3-环己烯-1-甲醇(6.12%)、α-异戊酸松油酯(8.91%)、1,2,4α,5,8,8α-六氢-4,7-二甲基-1-(1-甲乙基)-萘(4.32%)、1-甲基-5-亚甲基-8-(1-甲乙基)-1,6-环癸二烯(5.07%)。从风干花椒中共鉴定出49种挥发性成分，其中主要挥发性成分为α-蒎烯(3.38%)、6,6-二甲基-2-亚甲基-双环[3.1.1]庚烷(9.38%)、1-甲基-4-(1-甲乙基)-1,4-环己二烯(14.74%)、2-甲基-5-(1-甲乙基)-双环[3.1.0]己-2-醇(3.00%)、1,7,7-三甲基-三环[2.2.1.0(2,6)]庚烷(18.45%)、β-水芹烯(9.80%)、3,7,7-三甲基-双环[4.1.0]庚-3-烯(10.89%)、2,6-二甲基-2,4,6-辛三烯(3.37%)、3-蒈烯(3.11%)、cis-β-松油醇(5.30%)。但是，相对含量大并不意味着对花椒香气的贡献就大。

花椒在焙烤过程中，烷烃类和烯烃类挥发性成分损失较为严重，这可能由于这两类化合物的沸点较低而挥发；醇类、酯类和酸类挥发性成分的相对含量均有所上升，说明花椒在焙烤过程中有相应的化学反应发生，导致焙烤花椒香气温和(风干花椒为生麻香气，清凉；而焙烤花椒无清凉感，香气浓郁、温和)。在贵州顶坛花椒和四川茂县大红袍花椒中检测到了辛醛、壬醛、香茅醛等[18]，而在本研究中未发现醛类。这可能是由于花椒产地、成熟程度、提取溶剂及加工方法的不同而引起的。

3 结 论

利用固相微萃取-气相色谱质谱联用对焙烤花椒和风干花椒(产于陕西韩城市)的挥发性成分进行分析，结果显示两者的挥发性组分差异很大。花椒在焙烤过程中，烷烃类和烯烃类挥发性成分损失较为严重，醇类、酯类和酸类挥发性成分的相对含量有所上升。

花椒在加工过程中挥发性组分的变化研究可为花椒加工行业提供科学和理论依据，加工企业可根据实际情况选择合适的加工方式。在接下来的工作中应通过GCO着重研究不同方式加工花椒的香气活性组分。

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Analysis of Volatile Compounds from Baked and Hot Air-dried Sichuan Pepper (Zanthoxylum piperitum DC.) Using Solid-phase Micro-extraction Coupled with Gas Chromatography-mass Spectrometry

CAO Yan-ping1，ZHANG Dong2,*
(1. School of Chemical and Environmental Engineering, Beijing Business and Technology University, Beijing 100048, China；2. Beijing Zero and Booming Technology Co. Ltd., Beijing 102600, China)

Baked and hot air-dried Sichuan peppers (Zanthoxylum piperitum DC.) from Hancheng, China were analyzed using solid-phase micro-extraction (SPME) coupled with GC-MS. Totally 48 volatile compounds were identified from baked Sichuan pepper, mainly includingα-pinene (4.14%), 6,6-dimethyl-2-methylene-bicyclo [3.1.1] heptane (5.63%), 1-methyl-4-(1-methylethyl)-1,4-cyclohexadiene (3.20%) 1,7,7-trimethyl-tricyclo [2.2.1.0(2,6)] heptane (6.96%), β-phellandrene (9.47%),fomic acid (8.50%), 3-carene (3.62%), 3,7-dimethyl-1,6-octadien-3-ol (3.09%), 4-methyl-1-(1-methylethyl)-3-cyclohexen-1-ol(5.34%), α,α,4-trimethyl-3-cyclohexene-1-methanol (6.12%), α-terpinyl isovalerate (8.91%), naphthalene (4.32%) and 1-methyl-5-methylene-8-(1-methylethyl)-1,6-cyclodecadiene (5.07%) were dominate. The number of volatile compounds identified in hot air-dried samples was 49, and the predominant compounds wereα-pinene (3.38%), 6,6-dimethyl-2-methylenebicyclo[3.1.1]heptane (9.38%), 1-methyl-4-(1-methylethyl)-1,4-cyclohexadiene (14.74%),2-methyl-5-(1-methylethyl)-bicyclo[3.1.0]hexan-2-ol (3.00%), 1,7,7-trimethyl-tricyclo[2.2.1.0(2,6)]heptane (18.45%) β-phellandrene (9.80%), 3,7,7-trimethylbicyclo[4.1.0]hept-3-ene (10.89%), 2,6-dimethyl-2,4,6-octatriene (3.37%)3-carene (3.11%) and cis-β-terpineol (3.87%).

solid-phase micro-extraction (SPME)；gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS)；Sichuan pepper；volatile compound

TS207.3

A

1002-6630(2011)08-0190-04

2010-06-19

“十一五”国家科技支撑计划项目(2008BAD91B03)

曹雁平(1961—)，男，教授，硕士，主要从事天然产物综合利用研究。E-mail：caoyp@th.btbu.edu.cn

*通信作者：张东(1982—)，男，助理工程师，学士，主要从事食品加工技术研究。E-mail：dfzhangdong@sohu.com