SPME/GC/MS法检测蒜薹中的挥发性成分

2016-09-13张伯男阎瑞香赵龙车宋茂树

食品工业科技 2016年13期

张　娜,张伯男,阎瑞香,*,赵龙车,宋茂树

(1.国家农产品保鲜工程技术研究中心(天津),天津市采后生理与贮藏保鲜重点实验室,天津 300384;2.天津农学院食品科学与生物工程学院,天津 300384;3.寿光市鹏朔食品食品进出口有限公司,山东寿光 262702)

张娜1,张伯男2,阎瑞香1,*,赵龙车3,宋茂树1

采用两种萃取头(50/30 μm DVB/CAR/PDMS和100 μm PDMS),利用顶空固相微萃取(SPME)-气质联用(GC/MS)分析四个大蒜主产地蒜薹中的挥发性成分。研究结果表明,100 μm PDMS萃取头适合分析蒜薹中的挥发性成分,永年、惠民、商河、广饶四个产地的蒜薹共有的含硫化合物为二烯丙基二硫醚、甲基烯丙基三硫醚、二烯丙基三硫醚、二烯丙基硫醚、3-乙烯基-1,2-二硫杂-4-环己烯、 1,3-二硫酸-2-硫酮、3,4-二甲基噻吩、1,3-二噻烷，其中二烯丙基二硫醚的含量最高。进一步分析表明,蒜薹不同部位的含硫化合物含量有一定差异,蒜薹含硫化合物含量:根部>茎中部>茎上部。本研究对于促进蒜薹加工利用,拓宽蒜薹产业链具有重要意义。

蒜薹,挥发性成分,含硫化合物,固相微萃取,气-质联用

蒜薹即大蒜的花苔,脆嫩鲜美,风味独特,具有很高的营养价值,富含碳水化合物、维生素、氨基酸、蛋白质,是一种集调味品、食品加工原料和药用原料为一体的多用途蔬菜[1-2],蒜薹与大蒜一样含有丰富的含硫化合物(二烯基丙烯基二硫化物、烯丙基二硫化物、硫青酸、蒜氨酸、丙氨酸等),这些含硫化合物具有抗菌、消炎、抗病毒、抗癌等药用价值[3],因此被广泛应用于保健食品中以及农业生产中,也开始被更多的人所熟知、关注,而到目前为止农业生产上所用含硫化合物一般都是人工合成的,安全风险性高,保健食品一般都是从大蒜中加工提取出来的,但是蒜薹作为大蒜的副产物也含有丰富的含硫化合物[4-6],因此如何对蒜薹中含硫化合物进行分析测定显得尤为重要。

含硫化合物是蒜薹挥发性成分的重要组成部分,通过对蒜薹挥发性成分分析,就可以明确蒜薹中含硫化合物的组成及含量。近年来蒜薹的挥发性成分的分析和提取研究开始增多,费菁等采用水蒸气蒸馏法分析了蒜薹的挥发性成分,但水蒸气蒸馏法操作繁琐、费时,灵敏度低,准确性差[4];王长柱采用顶空法分析蒜薹的挥发性成分,虽然操作简便但是检测出的化合物种类少,尤其是蒜薹中重要的三硫和四硫化合物基本上未检出[5]。顶空固相微萃取通过对挥发性成分进行富集或浓缩,集采样、萃取、浓集、进样于一体,避免过多的操作误差,具有操作时间短,无萃取溶剂,对环境危害小重现性好,选择性高,适合于样品前处理[6]。但是关于采用顶空固相微萃取法萃取(SPME)-气质联用(GC/MS)分析蒜薹挥发性成分的研究尚未见报道。我国栽培大蒜的历史悠久,在长期的栽培驯化和选择过程中,形成了众多的地方品种,因此也形成了不少的名优蒜薹品种。本课题组在前期研究发现,不同蒜薹品种品质差异很大,而且由于蒜薹薹茎较长,从薹梢到薹基各部位质地与组分差异较大,所耐低温也各不相同[7-8]。对于蒜薹不同产区、不同部位所含挥发性成分是否也有一定差异,目前还没有相关报道。

本文分别采用50/30 μm DVB/CAR/PDMS和100 μm PDMS的萃取头对四个产地广饶、惠民、永年、商河蒜薹的挥发性成分进行富集萃取,并通过气质联用仪进行分析,明确不同产地蒜薹及蒜薹不同部位挥发性成分的差异,以期为促进蒜薹加工利用,延长蒜薹产业链提供理论依据和技术支持。

1　材料与方法

1.1材料与仪器

2015年5月23日分别在广饶、惠民、永年、商河等四个大蒜主产地采收蒜薹,每个产地分别选取3个种植地(种植面积5亩以上)进行采收。采收后立即运回国家农产品保鲜工程技术研究中心(天津)0 ℃实验库中贮藏,待用。

榨汁机、移液枪、样品瓶、水浴锅、秒表、手动固相微萃取装置、美国Supelco公司的萃取头50/30 μm DVB/CAR/PDMS的灰色萃取头(以下标记为G-fibers)和100 μm PDMS的红色萃取头(以下标记为R-fibers),Finnigan TRACE DSQ气质联用仪。

1.2实验方法

1.2.1萃取方法初次使用的萃取头需在气相色谱进样口老化2 h(250 ℃)。选取8～10根蒜薹进行榨汁,并用四层纱布过滤。取6 mL滤液于样品瓶中,加盖封口。将萃取瓶40 ℃恒温水浴10 min。取出后,置于磁力搅拌萃取装置上,温度设定为40 ℃,转速1100 r/min,将老化好的萃取头插入样品瓶顶空部分,萃取40 min。

1.2.2色谱条件采用DB-5毛细管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm),程序升温,40 ℃保持2 min,以10 ℃/min升温到220 ℃保持20 min;进样口温度240 ℃,采用不分流,载气He,流量1.0 mL/min,萃取头在进样口脱附3 min。

1.2.3质谱条件电子轰击(EI)离子源,检测器电压350 V,离子源温度200 ℃,传输线温度250 ℃,电子能量70 eV,扫描质量范围35～650 m/z。

1.3数据统计分析

实验数据采用SPSS统计软件进行显著性分析,差异显著性水平为0.05。

2　结果与讨论

2.1两种规格萃取头的比较

含硫化合物是蒜薹发挥药理功能非常重要的化合物,主要包括1,3-二噻烷、二烯丙基硫醚、二烯丙基二硫醚、二烯丙基三硫醚、二甲基三硫醚和烯丙基甲基三硫醚等6种[9]。

本文采用G-fibers和R-fibers两种萃取头对永年、惠民、商河、广饶四个产地的蒜薹中的挥发性成分进行顶空萃取,通过计算不同产地蒜薹中6种含硫化合物的峰面积之和来确定适合分析蒜薹挥发性成分的萃取头,结果见表1。

由表1可以看出两种萃取头对6种含硫化合物的测定结果具有一定的差异,G-fibers分析四个产地蒜薹的6种含硫化合物峰面积之和分别为38.78%、39.64%、37.20%、40.96%,R-fibers分析四个产地蒜薹的6种含硫化合物峰面积之和分别为50.81%、52.53%、44.13%、53.99%,R-fibers萃取的四个产地蒜薹含硫化合物的峰面积之和均高于G-fibers,方差分析结果表明,R-fibers萃取的四个产地蒜薹含硫化合物与G-fibers萃取的具有显著性差异(p<0.05),因此R-fibers更适合于分析蒜薹含硫化合物。造成这种差异的原因可能是蒜薹中的含硫化合物大部分是弱极性的醚类化合物,而R-fibers的涂层为聚二甲基硅氧烷(PDMS),该涂层对于小分子量、挥发性及极性化合物具有很好的吸附性[10]。四个产地含硫化合物含量:广饶>惠民>永年>商河,其中二烯丙基硫醚是蒜薹中含量最高的含硫化合物。

2.2四个产地的蒜薹中主要挥发性物质的比较

表1　两种萃取头对四种产地的蒜薹主要含硫化合物的测定比较

注:表中同行数值后不同小写字母表示差异显著(p<0.05),表2、表3同。

由于R-fibers更适合分析蒜薹的挥发性物质,因此采用其对四个产地的蒜薹中的挥发性成分进行测定,比较四个产地蒜薹的营养成分差异。四个产地蒜薹的总离子流图见图1～图4,广饶、惠民、永年的总离子流大于商河,并且前三者的谱图中可以看出最高峰峰值(二烯丙基二硫醚)明显高于其他时间段的峰,而商河最高峰峰值(二烯丙基二硫醚)与其它时间段的峰值相近,这说明广饶、惠民、永年蒜薹中的挥发性成分含量以及二烯丙基二硫醚含量均高于商河蒜薹。具体不同挥发性化合物的峰面积见表2。

图1　广饶产地蒜薹总离子流色谱图Fig.1　Total ion chromatogram of garlic scapes from Guangrao origin

图2　惠民产地蒜薹总离子流色谱图Fig.2　Total ion chromatogram of garlic scapes from Huimin origin

图3　永年产地蒜薹总离子流色谱图Fig.3　Total ion chromatogram of garlic scapes from Yongnian origin

图4　商河产地蒜薹总离子流色谱图Fig.4　Total ion chromatogram of garlic scapes from Shanghe origin

从表2中可以看出,四个产地蒜薹共检测出33种挥发性化合物,其中含硫化合物高达26种,说明蒜薹中挥发性物质主要是含硫化合物,这些含硫化合物大致可分为3类:硫醚类、噻烷类和硫代环己烯类。四个产地蒜薹共检测出相应的化合物6种硫醚类、9种噻烷类和11种硫代化合物,其中永年、惠民、商河、广饶蒜薹的硫醚类化合物含量分别为47.29%、52.07%、45.78%、58.54%,硫代类化合物含量分别为17.06%、14.80%、15.94%、15.36%,噻烷类化合物含量分别为11.19%、12.05%、4.11%、6.17%,即蒜薹中含硫化合物含量:硫醚类>硫代类>噻烷类。方差分析表明,蒜薹硫醚类化合物含量广饶与永年、商河具有显著性差异(p<0.05),与惠民没有显著性差异,硫代化合物含量四个产地没有显著性差异,噻烷类化合物含量永年、惠民与商河、广饶具有显著性差异(p<0.05)。实验中,四个产地蒜薹均检测出的物质包括二烯丙基二硫醚、甲基烯丙基三硫醚、二烯丙基三硫醚、二烯丙基硫醚、3-乙烯基-1，2-二硫杂-4-环己烯、1,3-二硫酸-2-硫酮、3,4-二甲基噻吩、1,3-二噻烷、环丙烷等9种化合物,除环丙烷不是含硫化合物外，其余均为含硫化合物，蒜薹含硫化合物及挥发性化合物的代表性成分二烯丙基二硫醚含量最高,广饶、惠民与永年、商河具有显著性差异(p<0.05)。3-乙烯基-1,2-二硫杂-4-环己烯在蒜薹中含量也很高,峰面积分别为10.38%、9.56%、4.33%、10.6%,即广饶、永年、惠民与商河具有显著性差异(p<0.05)。

表2　四种产地的蒜薹挥发性成分的测定比较

表3　蒜薹各个部位主要含硫化合物的测定比较

永年、惠民、商河、广饶蒜薹中挥发性化合物峰面积之和分别为98.99%、92.43%、74.22%、99.81%,即广饶蒜薹挥发性化合物峰面积之和最高,商河最低,广饶、惠民、永年三个产地之间差异不显著,但与商河具有显著性差异(p<0.05)。四个产地检测出的化合物数量相差不多,分别为20种、18种、20种和18种。通常蒜薹品质越好其挥发性成分及含硫化合物含量越高,也就是说,广饶、惠民、永年的蒜薹品质好于商河,事实上,我们通过测量广饶、惠民、永年、商河蒜薹的其它指标如可溶性固形物含量、容重比、横径、冰点、腐烂率等,也发现2015年广饶蒜薹的品质最好、商河蒜薹品质最差。造成这种原因一方面是由于近年来推广蒜薹种植覆盖双膜技术,越冬期间大蒜死苗率降低了,但是商河产地的种植户在播种时仍然采用原来的播种密度,造成大蒜种植密度相对较大,最终导致弱苗偏多,后期抽薹迟缓,蒜薹细弱,因此品质较差;而广饶、惠民、永年三个种植基地所采的蒜薹由于种植间距合理,蒜薹质量较好。

2.3蒜薹不同部位主要含硫化合物的比较

取广饶产地蒜薹,除去薹苞部分,只留蒜薹茎部(即可食用部分),分为茎上部、茎中部、根部三部分,对三个部位分别进行测定,分析蒜薹各个部位主要含硫化合物(峰面积>1%)的含量,结果见表3。

由表3可见,广饶蒜薹中峰面积>1%的含硫化合物共有10种,其中醚类化合物5种,二烯丙基二硫醚含量最高,含量分别为41.06%、46.35%、45.14%,其次是3-乙烯基-1,2-二硫杂-4-环己烯,含量分别为9.59%、11.54%、10.51%。郑屏等[11]认为3-乙烯基-1,2-二硫杂-4-环己烯是大蒜素的一级分解产物,而后,进一步分解转化形成了二烯丙基二硫醚及其它化合物。蒜薹根部的含硫化合物含量为87.54%,茎上部的含量最低为78.31%,二者差异显著(p<0.05),这可能是由于蒜薹根部更接近蒜头,营养成分及挥发性成分含量更高。

3　结论

本实验采用顶空固相微萃取技术与气相-质谱联用的方法,通过比较两种萃取头(50/30 μm,DVB/CAR/PDMS和100 μm PDMS萃取头)发现100 μm PDMS红色萃取头更适合于对蒜薹中挥发性成分的萃取。通过对广饶、惠民、永年、商河四个产地的蒜薹进行比较,广饶产地的蒜薹挥发性成分含量尤其是含硫化合物的含量要高于其他三个产地;同一产地不同部位蒜薹中含硫化合物也有一定差异,经过对广饶蒜薹各个部分含硫化合物进行分析,发现蒜薹的根部含硫化合物含量高于茎上部和茎中部。本实验采用顶空固相微萃取对蒜薹进行前处理,处理方法简单,测试准确方便,适用于蒜薹挥发性风味成分的分析测定,以期为蒜薹采后加工利用,产品开发提供理论依据,进而为延长蒜薹产业链提供技术支持。

[1]王向鹤,裴占江,王粟,等.CO2气肥对北方棚室蒜薹生长发育及品质的影响[J].湖北农业科学,2015,12:2919-2923，2953.

[2]刘丽影.影响蒜薹物流质量安全的病害诊断及致病性研究[D].上海：华东师范大学,2013.

[3]王善广.蒜薹/蒜头/洋葱贮运保鲜[M].中国农业科技出版社,2006.

[4]费菁,李重九,刘建波,等.蒜薹挥发油化学成分的研究[J].华南农业大学学报,1994,15(1):139-144.

[5]王长柱,高京草,孟焕文.蒜薹挥发性风味成分顶空取样GC-MS分析[J].中国蔬菜,2013(10):80-83.

[6]薛妍君,张丽,冯莉,等.荠菜芳香成分的固相微萃取条件优化与分析[J].食品工业科技,2015,01:328-333.

[7]阎瑞香,贾凝,宋茂树,等.蒜薹冰点温度、可溶性固形物含量与含水量相关性的研究[J].食品科学,2007,28(10):554-557.

[8]李宁,关文强,阎瑞香.不同品种蒜薹贮藏效果的研究[J]. 北方园艺,2009(4):221-222.

[9]付松,谢碧俊.GC/MS法检测保健食品-大蒜油中大蒜素[J].中国卫生检验杂志,2006,16(12):1461-1462.

[10]刘妍,杨富巍,田锐,等.固相微萃取涂层的研究进展[J]. 资源开发与市场,2011,27(11):981-983.

[11]郑屏,盛旋,丁袁生,等.冷柱头程序升温进样-气相色谱/质谱法研究新鲜大蒜中的有机硫化合物[J].色谱,2006,24(4):351-353.

[12]周桦,袁雪芬,张晓伟,等.气相色谱法测定保健品中大蒜素含量[J].中国公共卫生,2004,20(11):1369.

[13]郑屏,盛旋,张祥,等.天然大蒜油及合成大蒜素的气相色谱-质谱分析[J].分析化学,2005,33(9):1321-1323.

[14]李叙勇,史玉宝,明江波.高效液相色谱法测定大蒜及其制品中的大蒜素[J].分析测试学报,1997,16(6):50-51.

Research of the volatile composition in garlic sprouts by SPME/GC/MS method

ZHANG Na1,ZHANG Bo-nan2,YAN Rui-xiang1,*,ZHAO Long-ju3,SONG Mao-shu1

(1.Tianjin Key Laboratory of Postharvest Physiology and Storage of Agricultural Products,National Engineering and Technology Research Center for Preservation of Agriculture Products,Tianjin 300384,China;2.College of Food Science and Biotechnology,Tianjin Agricultural University,Tianjin 300384,China;3.Shouguang pengshuo food import and export co.,LTD,Shouguang 262702,China)

The volatile components of garlic sprouts from four producing area were analyzed by SPME/GC/MS method. The research results showed that 100 μm PDMS extraction column was suitable for analysis of the volatile components in garlic sprouts. The sum of peak area of volatile composition in garlic sprouts from Yongnian,Huimin,Shanghe,Guangrao was separately 98.99%,92.43%,74.22% and 99.8%,among them,the volatile components.in garlic sprouts from Guangrao were the most.The common sulfocompound in garlic sprouts from four area were Diallyl disulphide,Trisulfide methyl 2-propenyl,Trisulfide di-2-propenyl,1-Propene 3,3′-thiobis,Disulfide methyl 2-propenyl,3-Vinyl-1,2-dithiacyclohex-4-ene, 1,3-Dithiole-2-thione,3,4-Dimethylthiophene,1,3-Dithiane,Diallyl disulphide content were the highest among them. Further analysis showed that the sulfocompounds content from different parts of garlic sprouts had some differences,sulfocompounds content order was root>central stem>upper stem. This research had great significance to promote garlic sprouts processing and broaden garlic sprouts industry chain.

Garlic sprouts;volatile components;sulfocompound;solid phase micro-extraction(SPME);GC/MS

2015-12-08

张娜(1982-)，女，硕士研究生，研究方向：果蔬采后生理及生物保鲜新技术，E-mail：wuaidehua@163.com。

阎瑞香(1973-)，女，博士，研究员，研究方向：果蔬保鲜新技术与分子生物学，E-mail：yrxan@163.com。

国家科技支撑计划项目(2015BAD16B00)；天津市科技计划项目(13ZCZDNC01500、15YFNZNC00080)。

TS255.5

1002-0306(2016)13-0282-06

10.13386/j.issn1002-0306.2016.13.049