香茅精油风味指纹图谱的构建

黄梅桂，张文静，刘平*

(1.南京林业大学 轻工科学与工程学院，南京 210037；2.西华大学 食品与生物工程学院，成都 610039)

香茅精油风味指纹图谱的构建

黄梅桂1，张文静2，刘平2*

(1.南京林业大学 轻工科学与工程学院，南京 210037；2.西华大学 食品与生物工程学院，成都 610039)

通过水蒸气蒸馏法提取了7个不同品种及产地的香茅精油，提取率为1.32%～2.75%。利用GC-MS联用仪分析出精油样品的30种挥发性风味成分，并使用中药色谱指纹图谱相似度评价系统建立了香茅精油的香气指纹图谱，得到了11个共有峰，样品之间相似度极高，均达0.82以上，可见该指纹图谱有效地反映了香茅精油的主要特征成分，对香茅精油的识别和质量判断提供了一定依据。

香茅精油；气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)；指纹图谱

香茅(Cymbopogoncitratus)，也称为香茅草，禾本科香茅属植物，是常见的香草之一，因其具有清新的柠檬香气，所以又被称为柠檬草。香茅草味辛、甘，性温，归肺、胃、脾经，具有祛风通络、温中止痛、利湿止泻的功效[1]。除此之外，香茅具有广泛的用途，茎叶可直接作调味香料使用，干叶可作为茶叶泡水饮用，也可提取其精油，香茅精油是芳香疗法及医疗方法中用途最广的精油。因其具有止痛、抗感染、改善消化、促进睡眠等功能；能收敛肌肤，调理油腻不洁皮肤；赋予清新感，恢复身心平衡，目前已在香精香料、日用化学、医药等产业中广泛应用。

目前对香茅精油的分析仅停留在挥发性成分分析[2,3]，而产品风味受很多因素影响，不同产地的原料对产品风味可能有较大的影响，指纹谱图与化学计量学相结合可以完整地反映一类物质的共有属性[4,5]，因此本文对7种不同品种及产地的香茅精油进行GC-MS检测，定性定量地分析香茅精油所包含的复杂风味成分，并建立对照指纹图谱，进行相似度计算，简单分析7种精油间的差异和相似性，而共有峰信息能反映香茅精油的特征成分，所确定的共有峰可作为香茅精油的判别及其质量评价的辅助依据，从而对7种香茅精油的风味及差异进行比较分析，利于其清新独特的风味在食品、化妆品行业中加以应用。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

香茅草(标记为N1～N7)：分别由广西壮族自治区、安徽省亳州市、北京市大兴区、河北省衡水市、广西玉林、云南、四川的公司提供；C8～C20正构烷烃：Sigma-Aldrich公司；无水乙醇、过硫酸钾、磷酸二氢钾、氢氧化钠等常用试剂均为分析纯试剂。

1.2 实验仪器

GC-MS-QP2010 Plus气相色谱-质谱联用仪 日本岛津公司；UV2800紫外可见分光光度计 上海舜宇恒平科学仪器有限公司；DHG-9075A型电热恒温鼓风干燥箱 上海益恒实验仪器有限公司；BSA224S电子天平 赛多利斯科学仪器有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 香茅草精油的提取

香茅精油的提取参照文献[6]方法略有改动，将香茅干草样品剪成3～5 cm长的碎段，粉碎成末，称取30 g粉末于500 mL圆底烧瓶中，并加入240 mL蒸馏水(料液比为1∶8)溶解加热，从第1滴油出现开始计时，到关闭加热电源计时结束，加热3 h，油水分离，再继续蒸馏3 h，将所得精油合并，用无水硫酸钠干燥，即得精油成品，称取并计算提取率，置于4 ℃条件下避光密封保存。

1.3.2 精油中挥发性风味物质分析

1.3.2.1 气相色谱条件

色谱柱：DB-5MS石英毛细管柱(长度30.0 m，内径0.25 mm，膜厚0.25 μm)；进样口温度250.0 ℃；分流进样(分流比为20.0)；进样量1.0 μL；载气He；流量控制方式为压力(100.0 kPa)；总流量35.2 mL/min；柱流量1.53 mL/min；线速度45.4 cm/s；吹扫流量3.0 mL/min；柱温70.0 ℃，5 ℃/min程序升温到250 ℃，保持4 min。

1.3.2.2 质谱条件

接口温度250 ℃；EI离子源，电子能量为70 eV，离子源温度为230 ℃；溶剂延迟时间为2 min。

1.3.2.3 挥发性风味物质的定性分析

GC-MS检测所得化合物质谱图经质谱库检索，按检索结果相似性高低进行定性，结合保留指数法对化合物辅助定性，即使用C8～C20正构烷烃标准品在相同条件下测试，得到一系列正构烷烃的保留时间，并按照计算公式得到保留指数：

RI=100N+100n(tRa-tRN)/(tR(N+n)-tRN)。

式中：N为与风味物质相邻的较小烷烃的碳原子数；n为风味物质插入到的两个系列烷烃碳原子数差值；tRa，tR(N+n)，tRN分别为风味物质的保留时间、相邻较小烷烃的保留时间和相邻较大烷烃的保留时间。

1.3.3 香茅精油挥发性物质指纹图谱的建立

本实验采用中药色谱指纹图谱相似度评价系统(国家药典委员会2004A版)建立指纹图谱，并做相似度计算，该版软件所采用的相似度评价方法为向量夹角余弦法[7]。

式中：Xi，Yi表示两组色谱数据的对应点，求得的相关系数S1。

2 结果与分析

2.1 香茅草精油的提取率

本实验采用的水蒸气蒸馏法，设备简易，操作简单，生产成本低，适于一般植物精油的提取，提取的香茅精油具有浓郁的柠檬清香，颜色呈淡黄色，为透明液体，提取率见图1。

图1 香茅精油提取率Fig.1 Extraction rate of citronella oil

由图1可知，实验采用的7种香茅样品，其精油提取率在一定范围内(1.32%～2.75%)波动，平均提取率为2.11%，其中样品N4的提取率较高，N6和N7样品的提取率相较于其他样品偏低。这可能与样品的产地、品种以及提取样品的茎叶比例、采收时期、原始含水量有着较大的关系。

2.2 精油的GC-MS成分分析

采用GC-MS技术对7种香茅精油经数据库对照检索和人工解析，分别确定出各样品的主要风味物质成分，并采用峰面积归一化法确定相对含量，其中N1香茅精油的总离子流图见图2(其他未列出)，共分离出74个色谱峰。

图2 N1香茅精油的GC-MS总离子流图(TIC)Fig.2 Total ion chromatography of GC-MS of N1 citronella oil

综合比较7种精油样品的成分构成，整合分析鉴定了30种主成分，其相对含量占挥发油总成分的84.82%，具体成分见表1。

表1 香茅精油N1挥发性风味成分分析Table 1 Volatile flavor compounds analysis of N1 citronella oil

续 表

由表1可知，按成分的相对含量，鉴定出的精油含量最高的成分是香茅醛(20.64%)，紧接着依次为香叶醇(16.91%)、榄香醇(14.16%)、(-)-β-香茅醇(10.43%)，其次的少量成分为δ-杜松烯(3.79%)、β-榄香烯(3.34%)、α-毕橙茄醇(2.89%)、β-桉叶油醇β(2.62%)、乙酸香茅酯(2.12%)、乙酸香叶酯(2.04%)等。由此可以看出，香茅精油中的成分物质大多为萜类，包括萜烯类、醇类、酯类、醛酮类物质。

香茅醛为微黄色液体，具有香茅、柠檬香气；香叶醇为无色至黄色液体，具有温和的玫瑰花香味，略带苦味；榄香醇为黄色至棕红色粘稠液体，带有愉悦的花香，略带辛香；香茅醇为无色液体，具有甜玫瑰香。这些物质构成了香茅的清香风味[8-11]。

2.3 精油的挥发性风味物质指纹图谱建立

将7个香茅精油样品的GC-MS色谱图数据进行中药色谱指纹图谱相似度评价，S1为参照图谱，采用均值法生成对照指纹图谱，见图3。

图3 7种香茅精油的GC-MS总离子流图叠加图Fig.3 Total ion chromatography of GC-MS of seven citronella oils

根据匹配结果和解析，得11个共有峰，具体数据见表2，相似度结果见表3。

表2 7种精油的共有峰分析结果Table 2 Analysis results of common peaks of seven essential oils

由图3和表2可知，香茅精油在保留时间上有着极高的相似性，特征峰的相对保留时间的标准偏差值RSD小于1%，说明对应峰为同一物质。共有峰物质信息能反映香茅精油的特征成分，以此建立香茅精油主要成分的共有模式，所确定的共有峰可作为香茅精油的判别及其质量评价的重要辅助依据。

表3 相似度计算结果Table 3 Result of similarity calculation

由表3可知，各组间的相似度介于0.82～1.0之间，评价结果说明几种挥发油间有较好的一致性，其中，N2和N3的相似度最高为0.991，N5和N7的相似度最低为0.827。而N5与其他样品间的相似度较小，可能与香茅品种、产地、气候、土壤、日照、采收成熟度等有关，这些因素会影响各样品化学成分和含量的差异。

3 结论

本研究利用GC-MS对不同来源的香茅精油进行分析测定，其风味成分各有异同，主要成分为香茅醛、香叶醇、榄香醇、(-)-β-香茅醇，其次的少量成分为δ-杜松烯、β-榄香烯、α-毕橙茄醇、β-桉叶油醇、乙酸香茅酯、乙酸香叶酯等。通过共有峰分析和夹角余法建立了一套香茅精油挥发性香气指纹图谱，分离出的特征峰可反映香茅精油的主要特征成分，对香茅精油的识别和质量判断提供一定依据。

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Flavor Fingerprint Establishment of Citronella Oil

HUANG Mei-gui1, ZHANG Wen-jing2, LIU Ping2*

(1.School of Light Science and Engineering, Nanjing Forestry University,Nanjing 210037,China;2.School of Food and Biological Engineering,Xihua University, Chengdu 610039,China)

Seven kinds of citronella from different origins are extracted through distillation extraction to obtain the essential oil,and the extraction rate is in the range of 1.32%～2.75%.Thirty kinds of volatile flavor compounds of essential oil are analyzed by GC-MS.Similarity evaluation system of chromatographic fingerprint is used to establish fingerprint of citronella oil.Eleven common peaks are obtained and their similarity reaches above 0.82.The result shows that the fingerprint establishment can reflect the main component characteristics of citronella oil effectively. It provides a certain reference for identification and quality judgment of citronella oil.

citronella oil；gas chromatography-mass spectrometry(GC-MS)；fingerprint

2017-02-22 *通讯作者

国家自然科学基金(31401679)；大学生创新创业训练计划项目(2015sjcx182)；南京林业大学高学历人才基金项目(GXL2014047)

黄梅桂(1983-)，女，四川自贡人，副教授，博士，研究方向：食品风味化学。

TS225.19

A

10.3969/j.issn.1000-9973.2017.08.005

1000-9973(2017)08-0021-04