水蒸气蒸馏与乙醇提取荸荠挥发油成分的GC—MS分析

胡西洲+彭西甜+夏虹

摘 要：通过水蒸气蒸馏和乙醇提取荸荠中的挥发油成分，运用气相色谱-质谱联用技术进行分离鉴定，峰面积归一化法进行定量分析，分析并比较了水蒸气蒸馏法与乙醇提取法荸荠挥发油成分的差异，为其功能成分研究和加工利用提供理论依据。试验结果表明，水蒸气蒸馏法共分离鉴定出103种成分（占总峰面积的90.32%），其中羧酸类物质占主导地位（62.18%），主要成分为亚油酸（32.52%）、棕榈酸（21.53%）、油酸（5.62%）和棕榈油酸（0.93%）等。乙醇提取法共分离鉴定出49种成分（占总峰面积的79.46%），其中也是羧酸类物质占主导地位（52.36%），主要成分为亚油酸（19.42%）、棕榈酸（14.82%）、油酸（11.08%）和硬脂酸（6.72%），同时还鉴定出香兰素、月桂酸和角鲨烯等活性组分。2种不同的提取方法共同鉴定出了25种化学成分，但提取的挥发油种类和含量存在明显差异。

关键词：GC-MS；荸荠；水蒸气蒸馏；乙醇提取法；挥发油成分

中图分类号：S645.3 文献标识码：A 文章编号：1001-3547（2017）16-0054-07

荸荠[Heleocharis dulcis （Burm. f.） Trin.]别名马蹄、地栗、乌芋、凫茈等，是莎草科多年生浅水草本植物，其地下球茎作为食用部分，在我国已有

2 000 余a的栽培历史[1]。荸荠球茎扁圆形，皮薄、赤褐色，肉脆嫩而多汁、清香爽口，是一种优良的药食兼用的水生植物[2]。荸荠汁多味甜、营养丰富，自古有“地下雪梨”之美誉[3]。其营养丰富，有很高的食用及药用价值，能清热润肺、生津消滞、利气通化[4]。现代科学研究还发现，荸荠含有抗癌、降血压的有效成分——荸荠英[5]，这更凸显了荸荠作为健康食品的地位。挥发油是一类具有挥发性、可蒸馏出来的油状液体的总称，多数具有香气，广泛分布于植物界，含有丰富的具不同功效的化学成分，是由不同组成和含量的化合物及其相互间作用共同体现[6，7]。通常采用水蒸气蒸馏法、蒸馏萃取法、溶剂提取法[8]和超临界CO2 萃取法[9]等提取挥发油。目前，针对荸荠的研究很少，关于其挥发性成分的研究鲜见报道。本试验采用水蒸气蒸馏法和乙醇提取法对荸荠挥发油成分进行提取， 运用 GC-MS 法对其成分进行分离鉴定，并比较了2种方法提取的成分和含量之间的差异，为荸荠挥发油的开发利用和科学研究提供试验依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

荸荠球茎材料在2016年11月采自湖北孝昌县丰山镇井也村4组，植株品种经确认为孝感荠。采用五点取样法，样品经人工挖取后清洗干净，自然晾干，全果磨成匀浆状，混匀，称取适当试样于80℃条件下烘干5 h，再用研钵研磨成粉末作提取使用。

7890-5975A型气相色谱-质谱联用仪（美国Agilent公司）；LABORTA4010真空旋转蒸发仪（德国Heidolph公司）；MS3涡旋振荡器（IKA公司）；调温电热套（北京市永光明医疗仪器厂）；HH-8数显恒温水浴锅（国华电器有限公司）；ME2002E/02电子天平（梅特勒-托利多（上海）有限公司）；无水乙醇、石油醚、正己烷等均为分析纯（国药集团试剂有限公司）。

1.2 试验方法

①水蒸气蒸馏法 准确称取10.00 g荸荠样品粉末，置于1 000 mL圆底烧瓶中，按2010年版《中国药典》一部附录XD挥发油测定法项下甲法操作[10]，提取5 h，得到乳白色具有浓郁香气透明液体200 mL，待其完全冷却后置于分液漏斗中，用石油醚（1∶1，V∶V）萃取2次，使用真空旋转蒸发仪蒸干溶剂，再加入2 mL正己烷充分振荡溶解后供测试用。

②乙醇提取法 准确称量10.00 g（精确到

0.01 g）荸荠样品粉末，用滤纸包好，放入索氏提取器提取筒中，取100 mL无水乙醇从提取筒中倒入烧瓶，装上回流冷凝管，静置浸泡0.5 h后加热回流5 h，滤渣重复上述操作处理2次（后2次提取乙醇用量和浸泡时间减半），合并所得滤液，用真空旋转蒸发仪蒸干溶剂，再加2 mL正己烷充分振荡溶解后供测试用。

③气相色谱-质谱条件 GC条件：进样口温度为230℃；温度程序：首先以50℃保持5 min，以3℃/min的速率升温至125℃，保持3 min，再以2℃/min的速率升温至180℃，保持3 min，再以15℃/min的速率升温至250℃，保持8 min。载气为高纯氦气（纯度99.999%）：柱流量为1.0 mL/min；不分流进样。MS条件：电子电离源（EI）；离子化电压为70 eV；离子源温度為200℃；四级杆温度为150℃；接口温度为280℃；质谱扫描范围为35～450 amu。

④挥发性组分的定性和定量方法 对样品进行GC-MS分析后得到总离子图，组分峰利用NIST14.L质谱库检索，结合相对保留时间和相关参考文献确认化学组分。依据面积归一法进行定量。

2 结果与分析

2.1 不同方法提取的挥发性成分的比较

在上述GC-MS色谱-质谱分析条件下，测得荸荠提取成分GC-MS总离子流色谱图见图1、2。

分析范围在6.0～73.3 min。从气相色谱-质谱总离子流色谱图中，水蒸气蒸馏法提取的物质中共分离鉴定出103种化合物，占总峰面积的90.32%；从乙醇提取法提取的物质中分离鉴定出49种化合物，占总量的79.46%。从图1、2中可以看出，2种提取方法的化学成分具有一定的差异，具体成分和相对含量分析结果见表1。

2.2 不同方法提取的挥发性成分中特征成分比较

由表1可以得到，水蒸气蒸馏法共鉴定出103种组分，其中包括8种醛类、6种醇类、12种酯类、5种酮类、10种羧酸类、37种烷类、12种烯类、2种杂环类和11种其他化合物；乙醇提取法共鉴定出49种组分，其中包括3种醛类、1种醇类、14种酯类、2种酮类、7种羧酸类、11种烷类、6种烯类、2种杂环类和3种其他化合物。2种方法提取的成分种类有部分差异，因此对其样品组分的种类和相对含量进行统计对比，以便于之后的分析研究。endprint

由表2可以得到，水蒸氣蒸馏法提取的成分中羧酸类、烷类和烯类化合物含量占主导地位，组分中主要物质为亚油酸（32.52%）、棕榈酸（21.53%）、油酸（5.62%）、油酸酰胺（5.42%）。乙醇提取法提取的成分中羧酸类、酯类和烷类化合物含量占主导地位，组分中主要物质为亚油酸（19.42%）、棕榈酸（14.82%）、油酸（11.08%）、硬脂酸（6.72%）、亚油酸乙酯（2.82%）。其中共有组分含量最高的是亚油酸、棕榈酸和油酸，亚油酸是人体不能合成但又是必需的不饱和脂肪酸（EFA），它是合成前列腺素的主要原料，并有降低胆固醇和血脂、改善血液流变性及其预防冠心病等特殊功能[11]。油酸为单不饱和脂肪酸，是植物油的重要组分，其性质稳定，有降低高血脂症患者血脂水平及预防心血管疾病的作用，可降低血清总胆固醇、低密度脂蛋白胆固醇，并保持高密度脂蛋白胆固醇不降低[12]。虽然2种方法提取的组分含量最多的化合物相似，但其中一些组分存在差异，含量少的物质并不一定对其贡献小，其物质种类也有较大的差异。

3 小结与讨论

本次试验以湖北地区的荸荠为研究对象，利用GC-MS快速准确地分析2种试验方法提取的成分，分析结果具有较高的准确性和重现性。比较了2种试验方法所提取组分的差异，虽然2种方法提取的组分含量最多的化合物相似，但是提取的组分种类还是存在一定的差异，比如水蒸气蒸馏法提取出棕榈油酸、苯乙酮等香味物质，均可作为食用香料使用；乙醇提取法提取出香兰素、角鲨烯等，香兰素作为增香剂广泛应用于冰淇淋、饮料、巧克力、糖果、布丁、焙烤食品以及酒类、香烟中[13]，除作为增香剂外，还可作为含有多不饱和组分的食品中的抗氧化剂[14～18]和抑菌剂[19]等；角鲨烯是一种高度不饱和烃类化合物，具有提高体内超氧化物歧化酶（SOD）活性[20]，抗疲劳、强化内脏的作用，还具有极强的供氧能力，可抑制癌细胞生成，能有效地防止细胞的老化，提高肌体免疫力[21]。这说明不同的提取方法所获得的研究结果具有一定的差异，要根据自身的试验条件选择合适的方法以得到研究内容所需的试验数据。本研究也为荸荠资源的开发利用提供试验依据。

参考文献

[1] 中国农业百科全书编委会.中国农业百科全书蔬菜（蔬菜卷）[M].北京：农业出版社，1990.

[2] 赵力超，刘欣，陈永泉.荸荠功能组分在荸荠糕防腐保鲜中的应用初探[J].食品科学，2005，26（8）：422-424.

[3] 麻成金，黄群，余佶，等.荸荠保健醋酿造工艺研究[J].食品科学，2007，28（8）：178-181.

[4] 高易.春季佳果荸荠[J].饮食科学，2004（3）：24.

[5] 蔡健.荸荠的营养保健和加工利用[J].中国食物与营养，2005（2）：40-42.

[6] 黄罗生，顾燕飞，李红.中药挥发油及芳香性药物的研究进展[J].中国中药杂志，2009，34（12）：1 605-1 611.

[7] 温悦.挥发油提取方法研究概况[J].中国药业，2010，19（12）：84-85.

[8] 吴立军.天然药物化学.4版[M].北京：人民卫生出版社，2003：258.

[9] 刘淼.中草药成分提取分离与制剂加工新技术新工艺新标准实用手册[M].北京：中国教育出版社，2004：73.

[10] 国家药典委员会.中华人民共和国药典一部[M].北京：中国医药科技出版社，2010：181.

[11] 邵群，边际.功能性油脂——共扼亚油酸研究进展[J].食品科学，2002，23（2）：164-166.

[12] 苏宜香，郭艳.膳食脂肪酸构成及适宜推荐比值的研究概况[J].中国油脂，2003，28（1）：31-34.

[13] 凌关庭.食品添加剂手册[M].北京：化学工业出版社，1997.

[14] 徐婷，吴时敏，梅俊.天然香味化合物在食品中的抗氧化研究进展[J].中国调味品，2010，35（4）：5-8.

[15] Ioannis M， Spyros K， Nick K， et al. Thermal oxidation of vanillin affects its antioxidant and antimicrobial properties[J]. Food Chemistry， 2009， 114（3）： 791-797.

[16] 时忠烈.香兰素在含油食品中抗氧化性研究[J].食品工业科技，2000，21（6）：36-37.

[17] 杨庆明，丁兰，杨红，等.食用香料——香兰素的抗氧化活性研究[J].食品研究与开发，2007，28（1）：85-88.

[18] Tai A， Sawano T， Yazama F， et al. Evaluation of antioxidant activity of vanillin by using multiple antioxidant assays[J]. Biochimica et Biophysica Acta， 2011（1 810）： 170-177.

[19] Moon K D， Delaquis P， Toivonen P， et al. Effect of vanillin on the fate of Listeria monocytogenes and Escherichia coli O157：H7 in a model apple juice medium and in apple juice[J]. Food Microbiology， 2006， 23（2）： 169-174.endprint