顶空固相微萃取-气质联用法分析麒麟菜中的挥发性成分

杨少玲，杨贤庆，陈胜军，邓建朝，郝淑贤，王锦旭，戚　勃（中国水产科学研究院南海水产研究所，农业部水产品加工重点实验室，国家水产品加工技术研发中心，广东广州510300）

顶空固相微萃取-气质联用法分析麒麟菜中的挥发性成分

杨少玲，杨贤庆，陈胜军，邓建朝，郝淑贤，王锦旭，戚勃*
（中国水产科学研究院南海水产研究所，农业部水产品加工重点实验室，国家水产品加工技术研发中心，广东广州510300）

以麒麟菜为研究对象，采用顶空固相微萃取（HS-SPME）技术对其挥发性成分进行了萃取，用气相色谱-质谱联用仪（GC-MS）进行了成分鉴定分析。结果显示，麒麟菜挥发性成分中共检出58种物质，其中醛类化合物17种，含量最高为54.10%；烃类化合物27种（其中芳香烃类8种），含量为23.19%（其中芳香烃类物质含量为10.66%）；酯类化合物4种，占总量的11.68%；酮类化合物5种，占11.03%；醇类2种，含量为0.68%；其他物质共3种，占总量的0.77%。含量较高的单一化合物主要有：壬醛（18.45%）、异佛尔酮（7.75%）、邻苯二甲酸二乙酯（7.50%）、庚醛（7.13%）、己醛（6.33%）、辛醛（6.31%）、乙酸正丁酯（3.65%）、甲苯（3.29%）、癸醛（2.81%）、十二烷（2.21%）等。总体上，醛类化合物对麒麟菜的风味影响较大，其他如酯类、烃类等化合物对麒麟菜的风味有一定影响。

顶空固相微萃取，气相色谱-质谱联用，麒麟菜，挥发性成分

麒麟菜（Eucheuma）系红藻门、红翎菜科，是我国海南、广东等沿海地区普遍种植的一种大型经济海藻，主要用于工业生产卡拉胶［1-2］。许多研究表明，麒麟菜不仅富含膳食纤维、维生素和矿物质等常规营养成分外，更重要的是还含有麒麟菜多糖［3］、厥藻红素［4］、海藻色素糖蛋白［5］，具有抗病毒［6］、抗肿瘤［4］、抗氧化和降血脂、降血压等［7］功能活性，具有较高的食用和药用价值。但麒麟菜藻体具有强烈令人不愉快的藻腥味等挥发性物质，在加工过程很难脱除，让消费者难以接受，严重影响了麒麟菜精深产品的开发和推广。因此，在麒麟菜深加工过程中，对风味物质保留和腥味物质脱除技术提出了更高要求。但是，到目前为止还未有相关麒麟菜腥味和呈味物质等的分析报道。本文以麒麟菜为研究对象，采用顶空固相微萃取法-气质联用（HS-SPME-GC-MS）技术提取并鉴定其挥发性成分，希望通过气味成分分析，为开发麒麟菜海洋药物、风味食品等加工过程脱腥技术提供理论基础。

1　材料与方法

1.1材料与仪器

麒麟菜干品购自广州市周边水产市场；NaCl分析纯，广州化学试剂厂。

GCMS-QP2010 Plus型气相色谱-质谱联用仪日本Shimadzu公司；手动SPME进样手柄、手动萃取头［65 μm PDMS（聚二甲基硅氧烷）/DVB（聚二乙烯基苯）、75 μm CAR（碳分子筛）/PDMS、100 μm PDMS、50/30 μm DVB/CAR/PDMS］美国Supelco公司；CNW CD-5MS毛细管柱（30.0 m×0.25 mm×0.25 μm）上海安谱科学仪器有限公司；T25均质机德国IKA公司；15 mL密封螺纹口顶空萃取瓶上海安谱科学仪器有限公司；Milli-Q超纯水系统美国Millipore公司。

1.2实验方法

1.2.1样品处理新鲜麒麟菜干品，用超纯水反复清洗至无明显杂质，再用滤纸吸去表面水分，剪碎，称取1 g藻体置于50 mL离心管，加入饱和食盐水5 mL，密封后浸泡过夜至藻体变软，用均质机均质后，迅速转入15 mL顶空萃取瓶中，密封待测。

1.2.2顶空固相微萃取将顶空萃取瓶置于室温（25℃）下平衡30 min，然后插入已老化（使用前在250℃下老化30 min）的不同萃取头，在指定温度下萃取一定时间，通过评估萃取能力大小和萃取物质种类的多少来选择合适的萃取头和萃取条件。本实验采用单因素实验法依次对萃取头的种类、萃取温度和萃取时间等条件进行优化。

萃取头的选择：选用65 μm PDMS/DVB、75 μm CAR/PDMS、100 μm PDMS和50/30 μm DVB/CAR/ PDMS 4种萃取头，在60℃萃取30 min后比较萃取结果。

萃取温度的选择：采用最优萃取头分别在40、50、60、70℃4个温度下萃取20 min后比较萃取结果。

萃取时间的优化：采用最优萃取头在最优萃取温度下分别萃取20、30、40、50 min后比较萃取结果。其中，平衡与萃取过程中均进行磁力搅拌，搅拌速度为100 r/min。

1.2.3色谱条件柱初温40℃，保持2 min，以6℃/min的速率升温到200℃，保持3 min，再以10℃/min的速率升温到250℃，保持3 min；载气为氦气（He，纯度99.99%），流速为1.0 mL/min；不分流进样方式；进样口温度250℃。

1.2.4质谱条件电子轰击电离（EI）离子源；电子能量70 eV；离子源温度230℃；传输线温度270℃；全扫描模式，质量扫描范围35～350 m/z；溶剂延迟时间2 min。

1.2.5数据处理定性分析：将样品中所得挥发性成分的质谱谱图与随机配制的NIST数据库（NIST05和NIST05s）进行对比，同时根据保留时间，参考相关文献对机检结果进行核对和确认，最终仅报道匹配度大于80%的物质。相对含量定量分析：按峰面积归一化法计算化合物相对百分含量。

2　结果与分析

2.1萃取条件优化

2.1.1萃取头的选择不同材质的萃取头对不同化合物的萃取率不同，因此萃取头的选择对挥发性化合物的分析结果有重要影响。萃取头的萃取效果主要受萃取头涂层极性与表面积的影响。非极性涂层可有效萃取非极性化合物，极性涂层可有效萃取极性化合物。PDMS对非极性化合物萃取效果较好；在PDMS基础上加入其他适用于萃取极性化合物的涂层，如高分子材料Carboxen和DVB，不仅可以增加表面积，还可以增强对极性分子的萃取能力，从而提高萃取效率。比较分析选用不同萃取头时麒麟菜挥发性风味物质的萃取结果（见表1），结果显示，4种萃取头中，65 μm PDMS/DVB萃取头的萃取量较大，且有效峰较多，其次是50/30 μm DVB/CAR/PDMS、100 μm PDMS和75 μm CAR/PDMS。因此选取65 μm PDMS/DVB萃取头作为此次麒麟菜挥发性成分萃取实验的萃取头。

表1　四种萃取头的萃取效果比较Table 1　Extraction efficiencies of four SPME fibers

2.1.2萃取温度的选择温度对萃取头的萃取效果有双重影响，温度升高时，有利于分析物在基质中的扩散，缩短萃取时间，但升高温度也会使分析物在涂层中的分配系数降低，导致吸附量减小，影响萃取头的灵敏度。比较分析不同萃取温度条件下麒麟菜挥发性风味物质的分析结果（见表2），结果显示，50℃条件下的萃取峰面积最大，且得到的有效峰最多，说明麒麟菜的挥发性成分在50℃条件下的萃取效果最佳。温度较低时，萃取量和有效峰个数均低于50℃时的萃取结果，这可能与温度较低导致麒麟菜中挥发性成分挥发的速度较慢或不完全挥发所致；而温度较高时，随着温度升高，萃取结果的总峰面积没有增加反而有所下降，有效峰个数也略低于50℃条件下的有效峰个数，这可能是温度过高导致挥发性物质在萃取头涂层中吸附量下降所致。综合以上结果，实验选择将50℃作为此次麒麟菜挥发性成分萃取实验的萃取温度。

表2　萃取温度筛选结果Table 2　Effect of extraction temperature on the detection results

2.1.3萃取时间的选择比较分析不同萃取时间条件下麒麟菜中挥发性成分的分析结果（见表3），结果显示，就总峰面积而言，随着萃取时间的延长，总峰面积明显增加，当萃取时间超过40 min后，总峰面积变化不再显著。从有效峰个数上看，萃取时间超过30 min后，有效峰个数变化不大，说明超过一定时间后萃取时间的延长对有效峰个数的影响不大。综合以上结果，选择40 min作为此次麒麟菜挥发性成分萃取实验的萃取时间。

表3　萃取时间筛选结果Table 3　Effect of extraction time on the detection results

2.2麒麟菜挥发性成分分析

根据上述所得的最佳萃取实验条件（65 μm PDMS/ DVB萃取头，50℃下萃取40 min），以麒麟菜干品为研究对象，采用顶空固相微萃取技术-气相色谱-质谱联用技术，分析得到麒麟菜干品中挥发性物质的总离子色谱图，如图1所示。从图1中可以看出，麒麟菜的挥发性成分出峰时间集中在24 min前，尤以10～15 min内出峰数量最多。经鉴定，麒麟菜干品中的各挥发性成分及相对百分含量见表4。

图1　麒麟菜挥发性成分的总离子流色谱图Fig.1　TIC chromatograms of the volatile compounds in Eucheuma

表4　麒麟菜中挥发性成分的GC-MS分析结果Table 4　GC-MS results of the volatile compounds in Eucheuma

续表

从表4可以看出，采用HS-SPME-GC-MS方法从麒麟菜中共鉴定出58种挥发性物质，包括烃类化合物27种（其中烷烃类19种、芳香烃类8种），醛类化合物17种，酯类化合物4种，酮类化合物5种，醇类化合物2种，其他化合物3种。按照面积归一化法来计算各种化合物的相对百分含量，发现醛类化合物含量最高，为54.10%，其次是烃类化合物23.19%（其中芳香烃种类虽少，但含量较高为10.66%），以后顺次为酯类11.68%、酮类11.03%，其他化合物0.77%，醇类0.68%。就单一化合物而言，壬醛的含量最高，为18.45%，其次是异佛尔酮（7.75%）、邻苯二甲酸二乙酯（7.50%）、庚醛（7.13%）、己醛（6.33%）、辛醛（6.31%）、乙酸正丁酯（3.65%）、甲苯（3.29%）、癸醛（2.81%）、十二烷（2.21%）等。

在麒麟菜的挥发性物质中，醛类化合物占所检测到挥发性物质含量的一半，含量最高，主要成分除了两种芳香醛外均为直链饱和醛和直链烯醛。据报道，醛类化合物主要来源于不饱和脂肪的氧化和氨基酸降解，一般阈值较低，对食品的风味贡献较大，可能构成食品的特征风味［17］。通常认为，碳数少的饱和醛类化合物（C3～C4）一般具有刺激性气味，随着碳数增多刺激性逐渐减弱，并呈现不同特征的香气，如C5～C9的醛具有清香、油香、脂香气味，C10～C12的醛则具有橘子皮似的气味，而C13以上的长链醛类阈值较高，对食品的风味贡献不大。此外，不饱和醛类大多具有愉快的气味。本次实验测到的麒麟菜中醛类其含量从高到低依次为：壬醛、庚醛、己醛、辛醛、癸醛、E-2-辛烯醛、E-2-癸烯醛、E-2-壬烯醛、苯甲醛、2-十一碳烯醛、Z-2-庚烯醛、十一醛、E-2-己烯醛、十二醛、肉豆蔻醛、2，4-二甲基苯甲醛、十三醛。其中壬醛和辛醛均为油酸的氧化产物［18］，具有一定的水果香气，但也是鱼腥味的重要组成物质［19］，因此对麒麟菜的特征风味形成具有重要意义。庚醛、己醛具有鱼腥味和脂肪酸腐味，是水产品腥味的主要物质，对麒麟菜的腥味形成具有重要贡献。此外，癸醛具有青草味和甜香味；E-2-辛烯醛具有水果香和甜香；E-2-癸烯醛具有青草香和松香味；E-2-壬烯醛具有油脂香和甜香味，同时也是黄瓜香的主要成分之一；苯甲醛具有苦杏仁香，对麒麟菜的风味有加和作用［8］。饱和醛类和烯醛类物质混合在一起，共同对麒麟菜海藻的风味发挥作用。

麒麟菜挥发性成分中含量较高的烷烃主要有十二烷（2.21%）、4，6-二甲基十二烷（2.11%）、2-甲基-5-丙基壬烷（1.04%）、3，5-二甲基十一烷（0.97%）、十六烷（0.96%）、6-甲基十三烷（0.95%）等。据报道，烷烃广泛存在于水产品的挥发性成分中，主要来源于脂肪氧化和类胡萝卜素的分解，其阈值较高，对风味的作用不大，但它们可能有助于提高产品的整体风味；而含支链的烷烃拥有一定的香气特征，可对麒麟菜的风味有一定的影响。此外，柠檬烯是烷烃中阈值较低的一种“活性气味物质”，具有清新的柠檬香和柑橘香，此次在麒麟菜中被检出，对麒麟菜的风味有一定的贡献［20］。

本次实验麒麟菜中共检出8种芳香烃类化合物，其中含量较高的有甲苯（3.29%）、乙苯（1.87%）、邻二甲基苯（2.02%）以及萘（1.59%）等。芳香类化合物除了少数阈值较低外，其他普遍阈值较高，对风味贡献不大。芳香烃类物质来源较广，部分由带苯环的氨基酸降解产生，如甲苯，也有些物质可能来自麒麟菜生长环境中的水质污染，如萘［8，21］。

此次检出的麒麟菜挥发性成分中酯类和酮类化合物种类均不多，但含量均较高。其中乙酸正丁酯和邻苯二甲酸二乙酯这两种酯类含量较高。乙酸正丁酯具有类似于菠萝味的水果香，而邻苯二甲酸二乙酯具有微弱的芳香味。酮类化合物中异佛尔酮含量较高，这种化合物具有类似于薄荷和樟脑的味道，对麒麟菜的风味有不良影响［15］，但异佛尔酮可能来自麒麟菜生存和贮运环境的污染。

此外，此次在麒麟菜的挥发性物质中检测到了一种酚类化合物，2，6-二叔丁基对甲基苯酚（BHT）。BHT是一种人工合成的抗氧化剂，被广泛应用于食品保鲜、贮藏和加工中，因此，麒麟菜中的BHT可能来自原料干制或贮藏过程中出于保鲜、抗氧化等目的的人为添加。

3　结论

采用HS-SPME-GC-MS方法对麒麟菜的挥发性成分进行了分析，共鉴定出58种化合物，其中醛类化合物有17种，含量最高（54.10%）；烃类化合物27种，占总量的23.19%；酮类化合物5种，总量为11.03%；酯类4种，含量为11.68%；醇类2种占总量0.68%；含氯含硅等其他化合物3种，占总量的0.77%。在58种化合物中，含量较高的有壬醛（18.45%）、异佛尔酮（7.75%）、邻苯二甲酸二乙酯（7.50%）、庚醛（7.13%）、己醛（6.33%）、辛醛（6.31%）、乙酸正丁酯（3.65%）、甲苯（3.29%）、癸醛（2.81%）、十二烷（2.21%）等。总体上，醛类化合物对麒麟菜的风味影响较大，既是麒麟菜腥味形成的重要原因，同时也是赋予麒麟菜区别于其他藻类的特征气味的重要物质；其他如酯类、烃类等化合物对麒麟菜的风味有一定影响。麒麟菜的气味组成与螺旋藻［22］的气味成分构成有所不同，但与海带［23］、坛紫菜［24］、硅藻［25］等的气味组成相似。藻腥味是制约麒麟菜被深加工利用的重要因素，因此，研究麒麟菜腥味脱除技术，同时保留麒麟菜特有的海藻风味成分，将是拓宽麒麟菜利用渠道的重要途径。此外，有研究报道多种红藻的挥发性物质都具有抗氧化、抑菌等作用［22，26］，那么麒麟菜的挥发性成分是否也具有抗氧化作用，也是值得今后关注的一项重要内容。

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Analysis of volatile compounds of dried Eucheuma by HS-SPME methods combined with GC-MS

YANG Shao-ling，YANG Xian-qing，CHEN Sheng-jun，DENG Jian-chao，HAO Shu-xian，WANG Jing-Xu，QI Bo*
（South China Sea Fisheries Research Institute，Chinese Academy of Fishery Sciences，Key Laboratory of Aquatic Product Processing，Ministry of Agriculture，National R&D Center for Aquatic Product Processing，Guangzhou 510300，China）

The volatile compounds of Eucheuma were analyzed using headspace solid phase micro-extraction （HS-SPME）method combined with gas chromatography-mass spectrometry（GC-MS）.A total of 58 volatile compounds were isolated and identified by GC-MS，including 17 aldehydes，27 hydrocarbons（including 8 aromatic hydrocarbon），4 ester，5 ketones，2 alcohols and 3 others.Among these volatile compounds，aldehydes content was the highest，54.10%，followed by aldehydes（23.19%，including 10.66%aromatic hydrocarbon），ester（11.68%），ketones（11.03%），alcohols（0.68%）and others（0.77%）.The high-ranking compounds included nonanal（18.45%），isoacetophorone（7.75%），diethyl phthalate（7.50%），heptanal（7.13%），hexanal（6.33%），octanal（6.31%），butyl ethanoate（3.65%），toluene（3.29%），decanal（2.81%），dodecane（2.21%）.On the whole，aldehydes made significant impact on the flavor of Eucheuma，esters，hydrocarbons and other compounds had a certain influence.

HS-SPME；GC-MS；Eucheuma；volatile compounds

TS254.1

A

1002-0306（2016）04-0097-06

10.13386/j.issn1002-0306.2016.04.010

2015－08－19

杨少玲（1979-），女，硕士，助理研究员，研究方向：水产品加工与质量安全，E-mail：shaoling278@163.com。

戚勃（1978-），男，硕士，副研究员，研究方向：水产品加工与质量安全，E-mail：157600607@qq.com。

中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金项目（2014YD05）；广东省科技计划（2013B021100013）；国家自然科学基金（21205138）；广东省海洋渔业科技与产业发展专项（A201501C13）。