大蒜挥发性成分顶空取样与固相微萃取GC-MS分析

高京草，周存田，程智慧，张静，唐爱均

（西北农林科技大学园艺学院，陕西杨凌712100）

大蒜挥发性成分顶空取样与固相微萃取GC-MS分析

高京草，周存田，程智慧*，张静，唐爱均

（西北农林科技大学园艺学院，陕西杨凌712100）

为了探索大蒜挥发性成分分析前处理方法，以新鲜大蒜和市售的糖醋蒜为材料，分别采用顶空取样和固相微萃取提取其挥发性成分，并进行GC-MS分析，结果表明：不同采集方法检出的挥发性成分和含量有所不同，顶空取样检测出新鲜大蒜和糖醋蒜的挥发性成分种类和相对含量以及含硫化合物相对含量都较高；两种方法分别检出新鲜大蒜和糖醋蒜的共有含硫化合物分别为11种和6种。相对固相微萃取，顶空取样操作简单，快速，可用于大蒜及其加工品挥发性成分的测定。

大蒜；挥发性成分；顶空取样；固相微萃取；气质联用分析

大蒜（Allium sativum L.）是重要保健蔬菜和调味品，其深加工品也广泛用于医药和食品工业。其中挥发性含硫化合物是它的主要生物活性成分。固相微萃取法（solid-phase microextraction，SPME）是目前大蒜挥发性成分测定使用最为广泛的方法，具有集采样、萃取、浓缩、进样于一体的优点，但其缺点是萃取头种类繁多，不同萃取头的固定相/吸附剂和膜厚度不同，对样品的萃取吸附具有选择性，且进样针较粗，容易使进样隔垫形成穿孔，导致漏气和隔垫流失，萃取头流失干扰和需要老化处理等，操作繁琐。顶空（Headspace，HS）取样是将样品放在一个密封的小瓶中，常温或加热下，搅拌（或振荡）一定时间，使达到气液平衡，抽取顶空气体进样分析，操作简单、快速，适于分析容易挥发的成分[1]，其优点是能直接得到所提取的挥发性物质，对挥发性成分不需要富集或浓缩，可以免除冗长烦琐的样品前处理过程，既可避免在除去溶剂时引起挥发物的损失，又可降低共提物引起的噪音，具有更高灵敏度和分析速度，对分析人员和环境危害小，操作简便，是一种符合“绿色分析化学”要求的分析手段。在云南野生干巴菌[2]、荆芥穗[3]、白胡椒[4]、虎杖花[5]的挥发性成分测定中都取得很好的效果。但至今未见用顶空取样测定大蒜挥发性成分的报道。本研究以大蒜和市售的糖醋蒜为材料，分别采用HS和SPME采集其挥发性成分，并进行GC-MS分析，通过对检出的挥发性成分种类、含硫化合物种类和含硫化合物相对含量的比较，探索HS取样用于大蒜挥发性成分测定的可行性，为大蒜及其加工品的挥发性成分研究和开发利用提供方法依据。

1 材料和方法

1.1 仪器

试验在西北农林科技大学园艺学院中心实验室进行，采用TRACE ISQ气质联用仪：Thermofisher科技有限公司，配有顶空自动进样器；20 mL顶空样品瓶；SPME手动进样器：美国Supelco公司；15 mL样品瓶。

1.2 材料及处理方法

1.2.1 材料

以新鲜大蒜和加工品糖醋（糖醋液腌制，从超市购买）为试材，选10个蒜头，切块混匀，匀浆粉碎，称取5 g装入样品瓶，立即封口，试验重复3次。

1.2.2 样品处理方法

HS方法：采用本研究前期对顶空取样3、5、7、9 g样品量，20、30、40、50℃平衡温度和20、30、40 min平衡时间等筛选的分析条件：取5 g样品，在40℃下平衡30 min。

SPME方法：采用Sun-Neo Lee（Sun-Neo Lee，2003）使用的方法：选用50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取头，萃取前在进样口250℃老化1 h后进空样去除干扰，然后40℃水浴萃取40 min，在进样口解吸3 min。

1.2.3 GC-MS分析条件

GC条件：GS-Tek-5MS（0.25 mm×30 m×0.25μm）石英毛细管柱，程序升温40℃（2 mim）—6℃/min 170℃（5 min）—10℃/min 250℃（1 min）；进样口温度230℃；载气He流速1 mL/min，分流进样，分流比50∶1；进样量2 mL。

MS条件：EI源，70 eV，离子源温度250℃，传输线250℃，质量扫描范围40 amu～450 amu。

1.2.4 挥发性成分定性定量

利用随机Xcalibar工作站NIST2008标准谱库检索各组分，参考文献及标准谱图对机检结果进行核对和确认，仅报道匹配度大于800的鉴定结果，按面积归一化法计算各组分相对含量。

2 结果与分析

2.1 大蒜挥发性成分分析比较

对大蒜挥发性成分进行GC-MS分析结果见表1。

表1 大蒜挥发性成分及相对含量比较Table 1 Comparison of volatile components and relative contents ingarlic

从表1可以看出，采用HS取样鉴定出18种化合物，其峰面积之和占总色谱峰面积的98.85%，其中含硫化合物15种，都是大蒜的主要功能成分[6]，含硫化合物峰面积之和占总色谱峰面积的98.6%；含量较高的组分为二烯丙基二硫醚（66.29%）、二烯丙基三硫醚（8.87%）、1，3-二噻烷（15.05%）；含硫化合物中环状化合物4种，峰面积之和为17.28%。采用SPME取样从大蒜中检出17种化合物，其峰面积之和占总色谱峰面积的95.90%，其中含硫化合物也是15种，含硫化合物峰面积之和占总色谱峰面积的94.93%；含量较高的组分为二烯丙基二硫醚（34.87%）、二烯丙基三硫醚（23.36%）、3-乙烯基-5-烯-1，2-环己硫醚（20.17%）；含硫化合物中环状化合物为8种，峰面积之和为31.12%。两种方法分析结果中有11种共有含硫化合物，这些共有化合物在HS提取的挥发性成分中占96.29%，在SPME提取的挥发性成分中占93.72%，其余4种峰面积之和不足1%。

由此可见，与SPME取样相比，HS取样检测出的挥发性成分种类和相对含量以及含硫化合物相对含量都较高，尤其二烯丙基二硫醚含量高出31.42%，而SPME检出的环状含硫化合物种类和含量显著较高，这可能是由于SPME萃取头选择性吸附所致，因此，测定大蒜挥发性成分，HS较SPME取样效果好。

2.2 糖醋蒜挥发性成分分析比较

对糖醋蒜挥发性成分进行GC-MS分析结果见表2。

由表2可看出，采用HS取样鉴定出17种挥发性成分，其峰面积之和占总色谱峰面积的99.90%；其中含硫化合物10种，含硫化合物峰面积之和分别占总色谱峰面积的94.3%，含量较高的组分为二烯丙基硫醚（63.32%），二烯丙基二硫醚（18.75%）、烯丙基甲基硫醚（6.41%）；采用SPME取样从糖醋蒜中检出14种挥发性成分，其峰面积之和占总色谱峰面积的96.46%，其中含硫化合物也是10种，含硫化合物峰面积之和分别占总色谱峰面积的80.30%，含量较高的组分为二烯丙基硫醚（56.90%），二烯丙基二硫醚（17.53%）、棕榈酸乙酯（12.79）。两种方法分析结果中有6种共有含硫化合物，这些共有化合物在HS提取的挥发性成分中占89.27%，在SPME提取的挥发性成分中占77.76%。

从糖醋蒜的分析结果可以看出，HS取样较SPME取样检出挥发性成分种类和相对含量、含硫化合物相对含量明显高；在不含硫挥发性成分中SPME取样检出的长链酯类相对含量较高，因此，对于以测定生物活性成分含硫化合物为主要目标，HS比SPME更适合糖醋蒜的测定。

3 讨论

综合以上大蒜及其加工品糖醋蒜分析结果可以看出，与SPME相比，HS取样检测的大蒜及糖醋蒜挥发性成分种类和相对含量以及含硫化合物相对含量都较高，对于低沸点、挥发性强的大蒜主要挥发性成分来说，由于HS进样分析可以直接得到样品所释放的气体的化学组成，并且具有高通量，高分辨率，高灵敏度，和快速的特点[7]，无需萃取过程，避免了萃取头选择富集的干扰，可用于大蒜及其加工品挥发性成分的测定。

至于SPME，虽然在新鲜大蒜中检出的含硫化合物种类与HS相同，但检出的环状含硫化合物种类和含量显著较高，在糖醋蒜中检出的长链酯类相对含量也较高，这可能与萃取头选择性吸附有关。虽SPME是目前大蒜挥发性成分测定使用最广泛的方法，但其缺点是萃取头种类多，测定结果各异，O.Calvo-Gómez[8]认为polyacrylate 85 μm（PA）测定主要成分效果最好，其次是100 μm PDMS；Sun-Neo Lee[9]则认为50/30 μm DVB/CAR/PDMS最好，其次是100 μm PDMS；周江菊[10]和Na Young Kim[11]则选用75 μm CAR-PDMS测定大蒜挥发性成分。因此本试验采用Sun-Neo Lee的方法与HS取样比较。

此外，与新鲜大蒜相比，糖醋蒜不仅酯类化合物含量高，而且二烯丙基二硫醚含量下降，二烯丙基硫醚含量增加，这可能是糖醋蒜辣味不显著的原因。二烯丙基二硫醚是天然大蒜的主要成分，被称作大蒜辣素[12]，常作为大蒜油质量控制指标[13]和大蒜药用价值的衡量指标[14-15]。说明大蒜加工成糖醋蒜，其活性成分含量下降。

[1]谢建春.现代香味分析技术及应用[M].北京:中国标准出版社2008:76-77

[2]王茜茜,李军明,王亚琴,等.静态顶空与顶空固相微萃取法测定云南野生干巴菌香气成分比较[J].食品工业科技,2011,32(11): 174-177

[3]于生,杨莉,谷巍,等.不同提取方法比较荆芥穗中挥发性成分[J].南京中医药大学学报,2009,25(5):380-381

[4]邱丽丽,容蓉,张莹,等.水蒸气蒸馏与顶空进样GC-MS分析白胡椒挥发性成分[J].食品科学,2010,31(14):161-164

[5]孙印石,杨赛飞,王建华,等.静态顶空进样气质联用法测定虎杖花的头香成分[J].中药材,2012,35(2):241-243

[6]闫淼淼,许真,许蝉,等.大蒜功能成分研究进展[J].食品科学, 2010,31(5):312-318

[7] 王昊阳,郭寅龙,张正行,等.顶空-气相色谱法进展[J].分析测试技术与仪器,2003,99(3):129-135

[8]O Calvo-Gómez,J Morales-López,López,M.G.Solid-phase microextraction-gas chromatographic-mass spectrometric analysis of garlic oil obtained by hydrodistillation[J].Journal of Chromatography A,2004,1036(2004):91-93

[9]Sun-Neo Lee,Kim,Nam-Sun,Lee,Dong-Sun.Comparative study of extraction techniques for determination of garlic flavor components by gas chromatography-mass spectrometry[J].Anal Bioanal Chem,2003,377:749-756

[10]周江菊.顶空固相微萃取气质联用分析大蒜挥发性成分[J].中国调味品,2010,35(9):95-99

[11]Na Young Kim,Min Hee Park,Eun Yeong Jang.Volatile distribution in garlic(Allium sativum L.)by solid phase microextraction (SPME)with different processing conditions[J].Food Sci Biotechnol, 2011,20(3):775-782

[12]宋卫国,李宝聚,刘开启.大蒜化学成分及其抗菌活性机理研究进展[J].园艺学报,2004,31(2):263-2

[13]吕慧,马永建,孙桂菊,等.大蒜挥发油提取工艺的优化研究[J].食品科学,2009,30(18):88-91

[14]王瑞海,刘丽梅,陈琳.不同产地大蒜的质量评价[J].中国中医基础医学杂志,2007,13(10):797-798

[15]关明,陈利新,佟小强,等.不同地理居群大蒜中潜在大蒜辣素的含量测定及聚类分析[J].食品科学,2011,32(8):186-189

Comparison of Sampling Methods Headspace and SPME GC-MS for Analysis of Volatile Components in Garlic

GAO Jing-cao，ZHOU Cun-tian，CHENG Zhi-hui*，ZHANG Jing，TANG Ai-jun
（College of Horticulture，Northwest A&F University，Yangling 712100，Shaanxi，China）

In order to explore the pre-treatment methods for analyzing the volatile components of garlic，in this research，fresh garlic and the market sweet and sour pickled garlic were used as materials，Headspace（HS）sampling and solid phase micro extraction（SPME）to extract the volatile components respectively and analyzed by GC-MS.The results showed that the volatile components derived from HS sampling and SPME differs.The kinds of volatile components and it's relative content，relative content of sulfur compounds identified derived from Headspace sampling were more than from SPME.Totally 11 and 6 sulfur compounds were detected in fresh garlic and sweet and sour pickled garlic in both methods respectively，but it's relative content is higher from HS sampling also.Compared with SPME，Headspace sampling operation is simple，fast，can be used for the determination of volatile components of garlic and its processed products.

garlic；volatile components；headspace sampling；SPME；GC-MS

10.3969/j.issn.1005-6521.2014.19.025

2013-04-09

西北农业科技大学大型仪器设备新功能开发项目（Dysb110106）；国家自然科学基金项目（31171949）；国家公益性行业（农业）科研专项（200903018-7）

高京草（1963—），女（汉），高级实验师，硕士，主要从事实验室管理。

*通信作者