欧李香气成分研究进展

2017-04-10李晓颍曹翠玲武军凯刘建珍张立彬

河北果树 2017年2期

关键词：欧李水蒸气挥发性

李晓颍，曹翠玲，武军凯，刘建珍，张立彬

(1河北科技师范学院园艺科技学院河北秦皇岛066600；2秦皇岛出入境检验检疫局)

欧李香气成分研究进展

李晓颍1，曹翠玲2，武军凯1，刘建珍1，张立彬1

(1河北科技师范学院园艺科技学院河北秦皇岛066600；2秦皇岛出入境检验检疫局)

综述欧李香气成分研究常见的前处理技术及其应用，总结欧李主要香气成分组成，对不同方法所测得的香气成分进行对比，并对今后高值欧李产品的发展趋势提出展望。

欧李；香气成分；前处理技术；研究进展

欧李果实中维生素、矿物质、蛋白质等营养成分丰富，其中含VC的量为590.1 mg/kg，远远高于苹果、草莓、葡萄、柑橘、西红柿等水果的VC含量；含Ca量在果肉中达428.1 mg/kg，是其它水果含Ca量的2～10倍，为各类水果中最高，因此被誉为“钙果”[2,3]；果肉中含有的氨基酸种类齐全，总含量较高，必需氨基酸占总氨基酸含量的32.04%，显著高于苹果、葡萄、柑橘等水果中含量。钾、磷、铁、锌、硒的含量均高于常见果树品种；鲜果仁中蛋白质的质量分数高达26.7%，远远高于杏仁、扁桃仁、核桃中蛋白的含量，必需氨基酸总质量分数占总氨基酸质量分数的24.0%，高于杏仁中必需氨基酸的含量[4]。果仁可以入药，其性味功能在《神农本草》和《本草纲目》中均有明确记载，具有清热利水之功效，中药上叫做“郁李仁”。与沙棘相比，欧李无刺、果大、有柄、高产，而且保鲜期长。果呈圆形，粒质量4～16 g，颜色多样，口感独特。欧李果实不仅可以鲜食，也是酿造果酒、果醋等深加工产品的适宜原料[5]。一般而言，人们将果实的挥发性物质看作芳香物质。就广义而言，那些决定着果实口味的成分也属于芳香物质，况且在许多情况下还有些物质也具有类似的化学成分和结构。它们的区别在于物理状态不同。呈气态者对人们的嗅觉发生作用，呈易溶态或结合态者则对味觉器官发生作用。

欧李具有浓郁的特殊香味，可以加工成香料，作为食品的高级添加剂。果仁和根皮作为传统中药，欧李果实香气浓郁、愉悦，近来研究表明，植物的挥发油成分具有多种生物学作用[6,7]，可以消除人体疲劳、增强免疫力和促进身心健康，具有抗多种微生物的作用，是很好的抑菌、杀虫、防腐植物材料，抗氧化、有效清除体内自由基，减轻自由基对生物机体的损伤，抑制多种突变，减轻细胞毒性；保护肝脏，预防糖尿病、降血脂等多种生物活性，被广泛应用于医学研究、食品工业和化工产业。欧李香气成分的研究还刚刚起步，随着欧李香气成分研究的不断深入，可为欧李这一特种果树资源的综合开发和利用提供重要的科学依据。

1 常见的欧李香气提取方法

有关香气提取的报道有水蒸气蒸馏法、溶剂萃取法、索氏提取法、固相萃取法和顶空固相微萃取法，由于欧李果实香气成分较为复杂，各种提取方法的原理不同，所得到的香味物质存在一定差异[8]。

1.1 水蒸气蒸馏法水蒸气蒸馏法（Steam Distillation）是指将含有挥发性成分的药材与水共蒸馏，使挥发性成分随水蒸气一并馏出，经冷凝分取挥发性成分的浸提方法。该法适用于具有挥发性、能随水蒸气蒸馏而不被破坏、在水中稳定且难溶或不溶于水的药材成分的浸提。

1.1.1 基本原理水蒸气蒸馏法的基本原理是根据道尔顿定律，相互不溶也不起化学作用的液体混合物的蒸汽总压，等于该温度下各组分饱和蒸气压（即分压）之和。因此尽管各组分本身的沸点高于混合液的沸点，但当分压总和等于大气压时，液体混合物即开始沸腾并被蒸馏出来。

1.1.2 常用水蒸气蒸馏方法水中蒸馏，原料置于筛板或直接放入蒸馏锅，锅内加水浸过料层，锅底加热。

水上蒸馏（隔水蒸馏），原料置于筛板，锅内加入水量要满足蒸馏要求，但水面不得高于筛板，并能保证水沸腾至蒸发时不溅湿料层，一般采用回流水，保持锅内水量恒定以满足蒸气操作所需的足够饱和整齐，因此可在锅底安装窥镜，观察水面高度。

直接蒸气蒸馏，在筛板下安装一条带孔环行管，由外来蒸气通过小孔直接喷出，进入筛孔对原料进行加热，但水散作用不充分，应预先在锅外进行水散，锅内蒸馏快且易于改为加压蒸馏。

水扩散蒸气蒸馏，这是近年国外应用的一种新颖的蒸馏技术。水蒸气由锅顶进入，蒸气至上而下逐渐向料层渗透，同时将料层内的空气推出，其水散和传质出的精油无须全部气化即可进入锅底冷凝器。蒸气为渗滤型，蒸馏均匀、一致、完全，而且水油冷凝液较快进入冷凝器，因此所得精油质量较好、得率较高、能耗较低、蒸馏时间短、设备简单。

1.1.3 适用范围水蒸气蒸馏法只适用于具有挥发性，能随水蒸气蒸馏而不被破坏，与水不发生反应，且难溶或不溶于水的成分的提取。此类成分的沸点多在100℃以上，与水不相混溶或仅微溶，并在100℃左右有一定的蒸气压。当与水在一起加热时，其蒸气压和水的蒸气压总和为一个大气压时，液体就开始沸腾，水蒸气将挥发性物质一并带出。例如中草药中的挥发油，某些小分子生物碱麻黄碱、萧碱、槟榔碱，以及某些小分子的酚性物质。牡丹酚（paeonol）等，都可应用本法提取。有些挥发性成分在水中的溶解度稍大些，常将蒸馏液重新蒸馏，在最先蒸馏出的部分，分出挥发油层，或在蒸馏液水层经盐析法并用低沸点溶剂将成分提取出来。例如玫瑰油、原白头翁素（protoanemonin）等的制备多采用此法。

1.1.4 水蒸气蒸馏法用于欧李香气检测2006年，程霜等[9]应用水蒸气蒸馏方法提取欧李挥发性油脂并利用气相色谱及色谱-质谱联用（GC-MS）技术进行了定性和定量分析，该方法以乙醚为提取溶剂，浓缩后加入蒸馏水进行水蒸气蒸馏，收集蒸馏液干燥后得欧李挥发油成分。实验确认了97种欧李果挥发油的种成分，占芳香油总量的97.76%，其中香气成分主要由2,2′-丙基联二[2-甲基-5-甲氧基-4-氢-4-吡喃酮]、环丁基二羧酸二乙酯、2,2-二甲基-丙酸-庚酯、己烯二酸二乙酯、2[硝基-2[四氢吡喃基-2-氧]-环己醇、3,7,7-三甲基-1,3,5-环庚三烯、2,4-二甲氧基-苯酚组成，另外其它重要成分有邻甲基-苯乙酮，环丁基二羧酸二乙酯等。其中，酮类占总量的53.89%，酯类占总量的15.49%，醇类占总量的7.21%，烯烃类占总量的4.53%，酚类占总量的2.05%。2011年，关蕊等[8]研究了不同提取方法提取欧李香气成分的差别，其中采用水蒸气蒸馏法共提取鉴定出18种香气成分，其中主要成分为酯类、醇类、醛酮类、烯烃类、酸类和酚类物质。

水蒸气蒸馏是一种经典提取技术，其特点是设备简单容易操作、成本低、产量大。但是该方法需长时间加热，其中一些热敏物质易发生氧化、聚合等反应导致变性，得到的香气成分种类会受到影响，且得到的是含有大量水分的香气溶液，提取的香气浓度较低。1.2溶剂萃取法溶剂萃取法（SolventExtraction）是利用化合物在两种互不相溶（或微溶）的溶剂中溶解度或分配系数的不同，使化合物从一种溶剂内转移到另外一种溶剂中。经过反复多次萃取，可将绝大部分的化合物提取出来。

常用的提取溶剂有乙醚、正戊烷、二氯甲烷等。但是，根据蒙特利尔公约，在分析化学实验中要逐步取消含氯溶剂的使用，如二氯甲烷等用其它溶剂替代。

2013年，陈臣等[10]对比研究了利用溶剂液液萃取和顶空固相微萃取，结合GC-FID法检测欧李果酒中的香气成分。其中液液萃取过程以二氯甲烷为萃取溶剂，经反复萃取、浓缩后测定。实验表明，溶剂萃取到欧李果酒中较大比例的醇类物质，特别是酒中重要的香气成分异戊醇和苯乙醇，但对挥发性较强的成分萃取效果较差，可以作为研究欧李酒高级醇的主要处理方法。

1.3 索氏提取法索氏提取法（Soxhlet extractor method），又名连续提取法、索氏抽提法，是从固体物质中萃取化合物的一种方法。可用于天然产物等干性材料中挥发性或半挥发性化合物的提取。常用于粗脂肪含量的测定。常见溶剂有乙醚、石油醚等。

2013年，李秀珍等[11]探讨了采用微波辅助索氏提取法提取欧李仁油的最佳工艺参数，该实验以欧李种仁为材料，粗脂肪提取率为评价指标，采用随机试验设计和L9（34）正交试验设计，测定了不同提取剂、浸提时间、浸提温度、料液比、辐射功率、辐射时间对欧李仁油提取率的影响。结果表明：以三氯甲烷为提取剂，微波辅助索氏提取法提取欧李仁油最佳工艺参数为：辐射功率462 W，辐射时间3 min，提取时间7 h，提取温度80℃，料液比1∶35，欧李仁油提取率为47.37%，比常规索氏提取法提高了18.63%。

1.4 固相萃取法固相萃取（Solid-Phase Extraction，简称SPE）是近年发展起来一种样品预处理技术，由液固萃取和柱液相色谱技术相结合发展而来，主要用于样品的分离、纯化和浓缩，与传统的液液萃取法相比较可以提高分析物的回收率，更有效地将分析物与干扰组分分离，减少样品预处理过程，操作简单、省时、省力。广泛的应用在医药、食品、环境、商检、化工等领域。

采用固相萃取时，目标物的最佳保留（即最佳吸附）取决于目标物极性与吸附剂极性的相似程度，两者极性越相似，则保留越好（即吸附越好）[12]。因此，选择固相萃取中要考虑目标物的特点以及提取溶剂的性质选择合适的吸附剂，常见的吸附剂有C18、C8、NH2、石墨化碳、佛罗兰硅土等。

关蕊等[8]在比较不同方法提取欧李香气成分差别的实验中，同样对固相萃取法提取欧李香气进行了实验，该方法以C18柱为固相萃取柱，经C18柱处理后的欧李汁提取到的成分种类和含量都明显高于其它方法，得到的香气成分主要为酸类30.73%、酯类16.50%、醇类14.20%、醛类13.01%、烷烃类8.16%、烯烃类1.48%、酮类0.44%、酚类0.41%、醚类0.13%，共占总量的85.06%。

1.5 固相微萃取法固相微萃取法（Solid Phase Microextraction，简称SPME），是上世纪90年代新发展起来的简单、无溶剂的固相微萃取（SPME）技术，主要用于分析检测食品风味物质，正越来越受到食品研究工作者及其它分析从业人员的普遍关注并正在推广应用[13]。

1.5.1 SPME装置及萃取方法该装置使用一根细的熔融石英纤维丝或在细的熔融石英纤维丝上涂上一层具有选择性的聚合物薄膜（可以是固相或液相）来从分析基质中萃取待测物，然后将固相微萃取针管插入气相色谱的进样器内经热解吸或将取样后的固相微萃取装置与气质联用仪连接后使用。固相微萃取法有手动和自动进样两种操作方式，SPME由手柄（Holder）和萃取头（Fiber）两部分构成，状似一支色谱注射器，萃取头是一根涂不同色谱固定相或吸附剂的熔融石英纤维，接不锈钢丝，外套细的不锈钢针管（保护石英纤维不被折断及进样），纤维头可在针管内伸缩，手柄用于安装萃取头，可永久使用。在样品萃取过程中首先将SPME针管穿透样品瓶隔垫，插入瓶中，推手柄杆使纤维头伸出针管，纤维头可以浸入水溶液中（浸入方式）或置于样品上部空间（顶空方式），萃取一定时间后缩回纤维头，再将针管退出样品瓶，迅速将SPME针管插入GC仪进样口。推手柄杆，伸出纤维头，热脱附样品进色谱柱或用溶液洗脱目标分析物，缩回纤维头再移去针管[14]。

SPME吸附涂层主要分为均相的聚合物涂层和多孔颗粒聚合物涂层。均相的聚合物涂层如聚二甲基硅氧烷和聚丙烯酸醋。多孔颗粒聚合物涂层如聚二甲基硅氧烷/二乙烯基苯（PDMS/DVB）、聚乙二醇/模板树脂（CW/TPR）、CW/DVB和碳分子筛/二乙烯基苯（CAR/DVB）。不同涂层极性不同，应该根据目标物特点选择合适吸附涂层，但是目前石英纤维表面固定相的涂层种类有限、涂渍工艺复杂、推荐使用温度低（20～250℃）、使用寿命短（一般40～10次）、价格昂贵（国内市场约1 000元/支）等原因，使其应用受到限制。

1.5.2 SPME在欧李香气分析中应用2006年，薛洁等[15]利用固相微萃取和气质联用技术分析欧李汁和欧李酒中的挥发性香气成分，实验发现欧李汁中含有77种风味物质，占色谱流出总量的96.18%；而欧李酒中的风味物质主要有57种，占色谱流出总量的97.47%。欧李汁中主要香气物质有2-己烯醇、2-己烯醛、苯甲醛、3-己烯醇、乙酸乙酯、己醛、沉香醇等，而欧李酒中主要包括苯乙醇、异丁醇、己酸乙酯、己醇、乙酸乙酯、苯甲酸乙酯等物质。

2008年，薛洁等[16]采用顶空-固相微萃取和气-质联用技术，使用PDMS固相微萃取纤维头对其进行分离、测定野生欧李鲜果香气的化学成分，共鉴定出77个香气化学成分，占色谱流出组分总量的99.76%。

2013年，陈臣等[10]对比研究了利用溶剂液液萃取和顶空固相微萃取，结合GC-FID法检测欧李果酒中的香气成分。结果表明，两种萃取方式对香气物质的分离效果存在较大差异，液液萃取可以萃取欧李果酒中较大比例的醇类物质，特别是酒中重要的香气成分异戊醇和苯乙醇，但对挥发性较强的物质萃取效果较差；顶空固相微萃取可检测欧李酒中挥发性较强且含量较低的香气成分，如丁二酸二乙酯等；两种方法对欧李酒中香气物质分析有一定的互补性。该小组提出如何根据检测目的选择合理的样品萃取方法，为客观合理的测定欧李果酒中痕量的香气成分提供参考。

2014年，陈臣等[18]优化了采用顶空固相微萃取（HS-SPME）测定欧李果酒中香气物质的最佳萃取条件，结果表明，当HS-SPME萃取欧李发酵酒中香气成分的适宜条件：加盐量0.226 g/mL、萃取温度29℃、萃取时间36 min，结合GC-FID，测得欧李发酵酒中32种香气成分，其中含量较高的有异戊醇110.734 mg/L、己酸乙酯11.568 mg/L、异丁醇8.772 5 mg/L、苯乙醇含量为47.178 mg/L、乙酸异戊酯为15.655 mg/L、丙醇为1.703 2 mg/L。

2 欧李的主要香气成分

植物挥发油是一类有多种成分组成的纯天然芳香产物，香气柔和，可以消除人体疲劳，增强免疫力，促进身心健康[6]。欧李香气浓郁，具有使人愉悦的特点，香气成分直接影响果实的口感，是评价果实品质的重要指标。表1是对相关文献报道的欧李香气成分的简要总结。

从已发表文献看，欧李香气成分主要为醇、酸、酯、醛、酮等成分，以及少量的烯烃和部分杂环化合物，前几类物质也是食品中香气成分的主要物质。目前固相微萃取技术是主要的香气提取方法，该方法可以最大程度屏蔽其它难挥发性有机共提物对实验结果的影响。不同提取方法获得的香气物质差别较大。因此选择更加合适的样品前处理方法与可靠的数据分析仍旧是香气成分分析的工作重点。

欧李风味独特，是集营养与保健一身的多功能食品，其香味物质正在受到人们所关注。开展香气成分研究，可指导欧李品种的培育，产品加工与品质控制，在欧李果及其新产品研究领域具有重要意义。

表1 文献中提到的主要欧李香气成分

[1]张立彬，肖啸，高海生，等．燕山野生欧李研究进展[C]．全国首届野生果树资源与开发利用学术研讨会论文汇编，2004．

[2]刘志国，郝芳．欧李及其发展前景[J]．林业实用技术，2005 (3)：44～44．

[3]林凤起，刘惠涛，张冰冰，等．野生果树—欧李[J]．北方园艺，1987，38(4)：37～37．

[4]张美莉，邓秋才，杨海霞，等．内蒙古欧李果肉和果仁中营养成分分析[J]．氨基酸和生物资源，2007，29(4):18～20．

[5]杨虎林，王有信．欧李的开发利用[J]．山西农业，2004，4: 20～21．

[6]Cooke B，Ernst E．Aromatherapy：a systematic review[J]．Br J Gen Pract，2000，50(455)：493～496．

[7]Dorman H J D，Deans S G．Antimicrobial agents from plan ts：antibacterial activity of plant volatile oils[J]．Journal of applied microbiology，2000，88(2)：308～316．

[8]关蕊，王红霞，赵书岗，等．不同方法提取欧李香气成分的比较[J]，湖北农业科学，2011，50(20):4260～4265．

[9]程霜，陈玮，崔庆新．欧李芳香油的成分分析[J]．食品研究与开发，2006，27(2):26～29．

[10]陈臣，牟德华，张哲琦，等．溶剂萃取与顶空固相微萃取检测欧李果酒中香气成分的研究[J]．酿酒科技，2013，12: 89～93．

[11]李秀珍，李学强，卢素丽．微波辅助索氏提取法提取欧李仁油的工艺参数优化[J]．生物学通报，2013，48(6):47～49．

[12]李存法，何金环．固相萃取技术及其应用[J]．天中学刊，2005，20(5):13～16．

[13]赵大云，高明清．一种分析检测食品风味物质的新方法—固相微萃取法(SPME)[J]．中国调味品，1999，7:24～29．

[14]王锡昌，陈俊卿．固相微萃取技术及其应用[J]．上海水产大学学报，2004，13(4):348～352．

[15]薛洁，常伟，贾士儒，等．酒精发酵对欧李汁香气成分的影响[J]．酿酒科技，2006，12:106～109．

[16]薛洁，涂正顺，常伟，等．中国特有野生水果欧李(CerasusHumilis)香气成分的GC-MS分析[J]．中国食品学报，2008，8(1):125～129．

[17]陈臣，李艳，牟德华．优化GC检测欧李酒香气成分的萃取条件[J]．食品工业科技，2014，35(6):81～86．

[18]Cooke B，Ernst E．Aromatherapy：a systematic review[J]．Br J Gen Pract，2000，50(455)：493～496．

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