HS-SPME-GC-MS联用分析美国巴旦木香气成分

卢静茹，林向阳,*，张 如，吴 佳，戴巧玲，罗登来，李 丹，陈晓燕，黄光伟，Roger RUAN

（1.福州大学生物科学与工程学院，福建 福州 350116；2.美国加州杏仁商会，美国加利福尼亚州 莫德斯托 95354；3. 美国明尼苏达大学生态系统与农业工程系，美国明尼苏达州 圣保罗 55108）

HS-SPME-GC-MS联用分析美国巴旦木香气成分

卢静茹1，林向阳1,*，张 如1，吴 佳1，戴巧玲1，罗登来1，李 丹1，陈晓燕1，黄光伟2，Roger RUAN3

（1.福州大学生物科学与工程学院，福建 福州 350116；2.美国加州杏仁商会，美国加利福尼亚州 莫德斯托 95354；3. 美国明尼苏达大学生态系统与农业工程系，美国明尼苏达州 圣保罗 55108）

采用顶空固相微萃取和气相色谱-质谱联用方法分析美国巴旦木的挥发性成分，探讨不同萃取头、萃取时间、萃取温度和分流比对分析结果的影响。得到顶空固相微萃取的最优参数：DVB/CAR/PDMS萃取头、萃取温度80 ℃、萃取时间15 min、分流比5∶1。最佳萃取条件下分别对美国生巴旦木和烘烤巴旦木的挥发性成分进行分析，得到44 种生巴旦木挥发性成分和57 种烘烤巴旦木挥发性成分，生巴旦木的主要特征香气成分为正己醇、庚醇、正戊醇、壬醇、乙酸乙酯、乙酸丁酯、甲苯等。烘烤巴旦木的主要特征香气成分为正己醇、庚醇、正戊醇、壬醇、乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸、3-甲基-丁醛、正己醛、糠醛、苯甲醛、苯乙醛、壬醛、2,5-二甲基吡嗪和2-戊基呋喃等。本实验为美国巴旦木挥发性成分的分析建立了快速分析鉴定的方法。

美国巴旦木；顶空固相微萃取；气相色谱-质谱联用；香气成分；优化条件

美国巴旦木学名为扁桃仁[1]。美国巴旦木含有大量单不饱和脂肪酸和多不饱和脂肪酸（含量分别为35.27 g/100 g和10.58 g/100 g），亚油酸的含量达到总油脂含量的12%，不含胆固醇。含有12%的膳食纤维，丰富的钙、镁、磷和钾等微量元素以及VE和植物甾醇等。巴旦木皮中，含有一系列的类黄酮物质，如儿茶酚、黄酮醇及其衍生物。它具有良好的调节血脂、清除自由基和抗氧化性等保健功效，被称为“坚果之王”[2]。中国也已经连续三年成为美国巴旦木第一大出口国[3]。近年来，美国巴旦木因高营养价值及特殊的风味口感而备受食品加工企业的青睐，目前，美国巴旦木已成为全球最大的坚果类食品原料。巴旦木经过烘烤之后产生特殊的色泽、更加爽口的脆度和独特的风味。

1 材料与方法

1.1 材料

新鲜的盐焗美国巴旦木（生巴旦木和烘烤巴旦木）美国杏仁商会。

1.2 仪器与设备

7890A/5973I气相色谱-质谱联用仪 美国安捷伦公司；粉碎机（11.6 cm×9.5 cm×17.8 cm） 义乌市博恩咖啡器具有限公司；HH-2水浴锅 常州市凯航仪器有限公司；BSA224S电子天平 赛多利斯科学仪器有限公司；标准检验筛（30 目） 上虞市银河测试仪器厂；SPME手动进样手柄及萃取头 美国Supelco公司；顶空进样瓶（20 mL） 中国安普公司。本实验选取4种不同材质的萃取头，其相应的规格及参数见表1。

表 1 不同规格固相微萃取头参数表Table 1 Specifications of different SPME fibers

1.3 方法

1.3.1 样品处理

将巴旦木置于粉碎机中粉碎成粉末状，经过30 目检验筛筛选后，称取1.40 g（±0.01 g）于20 mL的顶空瓶中留用。

然而，越南战争却成了他一生的分水岭。当他看到“大批战斗机和轰炸机着陆、起飞，像山一般的巨大运输机卸下房子大小的重型武器”。他自信地想：这场战争怎么可能打不赢呢？后来才顿悟：“这不是一场战争，是一场疾病，是一场瘟疫。”美国在越战中注定是要失败的，应验了越南的一句老话：“铁砧的寿命比锤子长。”美国著名作家桑塔格在越南访问轰炸密集的乡村时，农民们有一个很普遍的做法是，每天去稻田时都扛上棺材，如果有人死去，他们就马上把他掩埋，其他人继续劳作，这样的国家，美国人要使之屈服，可能吗？[1]这是东西方历史文化差异的渊薮。

将萃取头在GC的进样口于250 ℃老化至无杂峰，将装有样品的顶空瓶放入一定温度的恒温水浴锅中，将SPME萃取头通过瓶盖插入到样品中的顶空部分，推出纤维，经过一段时间的顶空吸附之后抽回萃取头，并将其从顶空瓶中拔出。将萃取头插入GC-MS仪的GC进样口，推出萃取头于250 ℃，解吸4 min。

1.3.2 GC-MS操作条件

色谱条件：色谱柱为DB-5MS（30 m×250 μm，0.25 μm）；载气为高纯氦气；流速1.0 mL/min；进样口温度250 ℃；检测器温度270 ℃；解吸时间4 min；升温程序：柱箱初温35 ℃，保持4 min，以5 ℃/min升至100 ℃，再以15 ℃/min升至220 ℃，保持5 min。

质谱条件：电子电离源；电子能量70 eV；离子源温度230 ℃；接口温度280 ℃；四极杆温度150 ℃；全扫描模式；扫描质量范围10～500 u。

2 结果与分析

2.1 不同萃取头不同温度对萃取效果的影响

图 1 不同萃取头不同温度的萃取效果Fig.1 Extraction effi ciencies (in terms of effective peak number and total area) of different extraction SPME fi bers at different temperatures

本实验选取DVB/CAR/PDMS、DVB/PDMS、PA和PDMS 4 种萃取头[4,11]，以相同的萃取时间（15 min）、相同的分流比（5∶1），分别于35、50、65 ℃和80 ℃4 种不同的萃取温度条件下对美国巴旦木挥发性物质吸附效果进行分析。如图1所示，在4 种不同的萃取温度条件下，利用DVB/CAR/PDMS、DVB/PDMS萃取头吸附得到的挥发性物质数量明显大于PA、PDMS萃取头，PA萃取头对沸点较低的极 性物质的吸附效果较好，且萃取头的吸附作用为放热反应[12]，温度过高不利于其吸附，故随温度升高PA萃取头所吸附的挥发性物质总峰面积依次递减。PDMS萃取头吸附的挥发性物质总峰面积在不同温度条件下均较小。PA为极性萃取头，PDMS为非极性萃取头，都只对挥发性物质中某些物质有较强的吸附能力。实验结果也说明，美国巴旦木挥发性物质中具有的极性物质较多。随着温度的升高，DVB/CAR/PDMS、DVB/PDMS萃取头所能吸附的挥发性物质数量也依次递增。

萃取温度达80 ℃时，DVB/CAR/PDMS萃取头吸附烘烤巴旦木得到的有效峰数和总峰面积，明显大于其他3 种萃取头。而对于生巴旦木，萃取温度达80 ℃时，DVB/ PDMS萃取头吸附得到的有效峰数和总峰面积与DVB/ CAR/PDMS萃取头相似。同时，为便于对生巴旦木和烘烤巴旦木挥发性物质的对比分析，选取相同萃取头。温度的升高有助于加强挥发性物质的分子热运动，加大其扩散，从基体溢出，缩短平衡时间。随温度升高，萃取得到的有效峰数量和总峰面积依次递增。由于萃取头的吸附作用为放热反应，温度过高不利于其吸附，因此烘烤巴旦木和生巴旦木的最适萃取温度为80 ℃。因此选取DVB/CAR/PDMS萃取头，萃取温度80 ℃。

2.2 不同萃取时间对萃取效果的影响

利用DVB/CAR/PDMS萃取头，设置萃取温度为80℃，分流比为5∶1，比较在 5、10、15 min和20 min 4 种萃取时间条件下样品挥发性物质的吸附效果，结果如图2所示。在较短的时间内，低沸点的物质即逸出基体，随着时间延长，高沸点的物质也将逸出而被萃取头吸附。对比图2中的曲线可以发现，随着萃取时间的延长，挥发性物质总峰面积依次递增，而挥发性物质的有效峰数在15 min时基本不再上升。综合考虑，以15 min作为萃取时间。

图 2 不同萃取时间的萃取效果Fig.2 Effect of extraction duration on the extraction effi ciency

2.3 不同分流比对萃取效果的影响

图 3 不同分流比的分析效果Fig.3 Effect of split ratio on the extraction effi ciency

本研究曾采用不分流模式实验，所得GC色谱图峰之间叠加严重，物质分离效果较差。这主要是因为萃取头所吸附的物质量超过柱子的柱容量，故选择分流模式进行实验，如图3所示，随着分流比的增加，总峰面积依次递减。分流比从2∶1上升至5∶1过程中，有效峰数无明显变化。观察GC色谱图发现，在分流比2∶1时，前期部分峰叠加严重，分离效果较差，影响后续的质谱鉴定。在分流比5∶1时，该现象得以解决。分流比从5∶1上升至10∶1过程中，有效峰数明显递减。因解吸进入色谱柱的物质量太少，GC响应值小，无法检测。综合以上，选取分流比为5∶1。

2.4 美国巴旦木中香气成分的分析

2.4.1 美国生巴旦木香气成分分析

采用最佳的萃取条件（DVB/CAR/PDMS萃取头、萃取温度80 ℃、萃取时间15 min、分流比5∶1），对美国生巴旦木进行香气物质分析。结果表明，匹配度大于85%的挥发性成分共有44 种，其中醇类物质6 种，占19.40%，酯类物质4 种，占3.64%，芳香烃5 种，占10.77%，烯烃类物质7 种，占6.51%，烷烃类物质15 种，占55.12%。

油脂氧化产生丰富的醇、醛、酮及其他杂环类物质。美国巴旦木中含有丰富的不饱和脂肪酸，氧化过程中产生一系列的风味物质。其中正己醇、正戊醇、庚醇、正壬醇、乙酸乙酯和甲苯是美国生巴旦木的主要特征香气成分。正己醇天然存在于一些坚果类、水果和果酒当中，具有淡青嫩叶气息，略带酒香、果香和脂肪气息等风味特征[13]。本实验表明美国生巴旦木含有 较多的脂肪类低元醇，正己醇相对含量达12.91%。此结果与杨继红等[2]在研究美国巴旦木烘烤和贮藏过程中的香气成分研究结果相似，同时顾赛麒等[13]在研究花生油的香气成分和王文艳等[14]对板栗风味物质进行研究也发现正己醇的存在。正戊醇、庚醇和正壬醇含有果香，庚醇和正壬醇同时含有油脂气息，符合美国巴旦木的感官特性。

酯类物质一般具有令人愉快的水果香气或酒香味，可改善食品风味。乙酸乙酯其具有醚香、甜的果香和菠萝香、葡萄香和樱桃香[15]，赋予巴旦木果香气息。乙酸丙酯和乙酸丁酯含量较低，但能起到协调香气的作用。带芳香基的游离氨基酸氧化产生芳香烃类物质，其中甲苯带有特殊芳香（顾赛麒等[13]在花生油的香气成分研究中也发现该种物质，贾春利等[10]对杏仁月饼进行挥发性成分分析也得到类似结果）。对二甲苯含有油脂气息。烷烃类物质可能是由于脂质氧化而产生，其阈值较高，但能起到调节味道的作用[16-17]。美国生巴旦木挥发性成分分析结果及呈味分析见表2。

表 2 美国生巴旦木挥发性成分分析结果及呈味分析Table 2 GC-MS of volatile components and flavor analysis of raw almonds and roasted almonds

续表2

2.4.2 美国烘烤巴旦木香气成分分析

采用最佳的萃取条件（DVB/CAR/PDMS萃取头、萃取温度80 ℃、萃取时间15 min、分流比5∶1），对美国烘烤巴旦木进行香气物质分析。实验结果表明，烘烤巴旦木挥发性成分共有57 种，其中醇类物质12 种，相对含量占55.87%，醛类物质10 种，相对含量占21.59%，酮类物质5 种，相对含量占1.73%，酸类物质6 种，相对含量占5.17%，酯类3 种，相对含量占0.92%，杂环类9 种，相对含量占8.52%，芳香烃和烷烃共8种，相对含量占2.61%。

由于烘烤巴旦木经过熟制，其含有的风味物质更为丰富。正己醇、正戊醇、庚醇和辛醇等赋予烘烤巴旦木果香、醇香和甜香[18]；醛类物质是脂肪降解的产物[19]，同时赋予巴旦木烘烤香气，其中正己醛、糠醛、辛醛、苯乙醛含有丰富的坚果香气以及烘烤食品的气息[20-22]；2,3-丁二酮、3羟基-2-丁酮和二氢-5-乙基-2（3H）-呋喃酮酸类物质是脂肪分解之后的产物[23]；乙酸含有杏仁香；酯类物质中的乙酸乙酯和乙酸丁酯令巴旦木具有丰富的水果香气，蒎烯、松油烯具有香木气息[24]；杂环类中的吡咯、甲基吡嗪、2,5-二甲基吡嗪、戊基呋喃是天然存在于坚果当中的香气成分，共同赋予烘烤巴旦木坚果香气[25]，这与Walradt[26]和Kinlin[27]等的研究结果相同。

2.4.3 美国生巴旦木和烘烤巴旦木香气成分对比

表 3 生巴旦木和烘烤巴旦木的特征香气对比表Table 3 Comparison of characteristic aroma compounds of raw almonds and roasted almonds

对比生巴旦木和烘烤巴旦木的特征香气成分发现，醇类、酯类、甲苯构成生巴旦木的主要特征香气成分，包括正己醇、庚醇、正戊醇、壬醇、乙酸乙酯、乙酸丁酯、甲苯7 种物质。而由于烘烤巴旦木经过烘烤和盐制，帮助脂肪和氨基酸降解，释放更多香气成分。醇类、酯类、酸类、醛类和杂环类等物质构成熟巴旦木的特征香气成分，除含上述香气成分的前6种外，还含有3-甲基-丁醛、正己醛、糠醛、苯甲醛、苯乙醛、壬醛、2,5-二甲基吡嗪和2-戊基呋喃等，共14 种主要特征香气成分。这说明烘烤巴旦木不仅保留生巴旦木原有的风味，在烘烤过程中，由于脂肪氧化产生的醛类以及烘烤过程中产生的吡喃、吡嗪和呋喃等物质赋予其烘烤坚果的特殊香味。生巴旦木中的烷烃类挥发性物质含量为55.12%，酸类和杂环类物质含量极少，不含醛类和酮类。而烘烤巴旦木中烷烃类挥发性物质含量仅为2.61%，同时含有21.18%的醛类物质，2.14%的酮类物质、5.17%的酸类物质，8.52%的杂环类物质。可能因为直碳链的烷烃类物质在烘烤中发生美拉德反应和焦糖化反应，生成富含坚果香气的醛类挥发性物质和吡嗪、呋喃类挥发性物质。同时生巴旦木和烘烤巴旦木的特征香气成分对比见表3。

3 结 论

本实验采用HS-SPME-GC-MS联用仪对美国巴旦木挥发性成分进行分析，得到最优萃取条件为：萃取头DVB/ CAR/PDMS、萃取温度80 ℃、萃取时间15 min、分流比5∶1。利用最佳萃取条件分别对美国生巴旦木和烘烤巴旦木的挥发性成分进行鉴定，筛选匹配度大于85%的挥发性物质进行分析，得到生巴旦木挥发性成分44 种和烘烤巴旦木挥发性成分57 种。

美国巴旦木的独特风味由多种化合物构成，其中正己醇、庚醇、正戊醇、壬醇、乙酸乙酯、乙酸丁酯、甲苯7 种物质为生巴旦木的主要风味物质。烘烤巴旦木的不仅含有上述前6 种物质，还含有3-甲基-丁醛、正己醛、糠醛、苯甲醛、苯乙醛、壬醛、2,5-二甲基吡嗪和2-戊基呋喃14 种特征香气成分。

本实验为美国巴旦木在加工和贮藏中产品风味的分析提供了重要信息。在以后的研究中可针对不同品种的巴旦木进行挥发性成分研究，为筛选优良品质的巴旦木提供进一步的指导依据。

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Analysis of Volatile Aroma Components in American Almonds by SPME-GC-MS

LU Jingru1, LIN Xiangyang1,*, ZHANG Ru1, WU Jia1, DAI Qiaoling1, LUO Denglai1, LI Dan1, CHEN Xiaoyan1, HUANG Guangwei2, Roger RUAN3
(1. College of Biological Science and Engineering, Fuzhou University, Fuzhou 350116, China; 2. Almond Board of California, Modesto 95354, USA; 3. Department of Biosystems and Agricultural Engineering, Minnesota University, St. Paul MN 55108, USA)

Volatile aroma components in American almonds were extracted by headspace solid-phase microextraction (HSSPME) and were identifi ed by gas chromatography and mass spectrometry (GC-MS). SPME was carried out using a DVB/ CAR/PDMS fiber at 80 ℃ for 15 min, and the split ratio used was 5:1. Thes optimized method was applied to analyze almonds. The results indicated that 44 and 57 volatile compounds were identified in raw almonds and roasted almonds, respectively. The major volatile ar oma components in raw almonds were 1-hexanol, heptanol, 1-pentanol, 1-nonanol, ethyl acetate, acetic acid, butyl ester and toluene. As for roasted almonds, in addition to the six substances, other components such as acetic acid, butanal, 3-methyl-, hexanal, furfural, benzaldehyde, benzeneacetaldehyde, nonanal, 2,5-dimethyl-pyrazine, and 2-pentyl-furan were also detected.

American almond; headspace-solid-phase microextraction (HS-SPME); gas chromatog raphy-mass spectrometry (GC-MS); volatile aroma components; optimum conditions

TS207.3

A

1002-6630（2015）02-0120-06

10.7506/spkx1002-6630-201502023

2014-07-23

美国农业部委托加州杏仁商会项目（0900080-2）

卢静茹（1988—），女，硕士研究生，研究方向为农产品加工与功能食品。E-mail：ljrfzu_job@sina.com

*通信作者：林向阳（1969—），男，教授，博士，研究方向为食物资源开发与利用。E-mail：ibfulin@163.com