基于HS-SPME-GC-MS技术的香葱油挥发性成分解析

张德莉，田洪磊，詹萍，耿秋月，张芳，席嘉佩，牛文婧

（1.石河子大学食品学院，新疆石河子832000；2.陕西师范大学食品工程与营养科学学院，陕西西安710119）

香葱是百合科葱属多年生草本园艺作物，能起到抗癌[1]、预防感染和心血管疾病[2-3]的作用。香葱葱油具有独特的葱香味和浓郁的脂香味，备受消费者青睐。随着人民生活水平日益提高，人们追求风味多样化已成为一种必然趋势。香葱油品质的优劣与其特征香气组成及含量密切相关。因此，快速准确地分析检测香葱油的挥发性风味物质对于香葱油品质控制和生产加工至关重要。目前，国内外对于香葱的研究主要集中在新鲜香葱挥发性物质分析及香葱油提取工艺参数优化等方面。潘东丽[4]采用微波-低温溶剂法提取新鲜香葱中的呈香物质，进而确定了新鲜香葱油制备的最佳条件。吴清梅[5]以新鲜香葱为原料，采用大豆油浸提方式制备了香葱调味油。Napatsorn Lawthienchai[6]基于不同溶剂萃取条件研究了干燥、新鲜和冷冻香葱样品中化学成分，并对其生物活性差异性进行了对比分析。然而，基于不同香葱油产品进行关键挥发性风味物质解析鲜见报道。

本试验以香葱油为研究对象，采用顶空固相微萃取气质联用技术确定并分析香葱油的挥发性成分。通过主成分分析法建立香葱油样本间挥发性物质相关性分析模型，结合聚类分析初步明确导致香葱油风味差异的主要挥发性物质，旨在为香葱油产品标准化生产提供理论参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂与仪器

百味斋香葱油S1：四川省成都市百味斋食品有限公司；蜀味坊香葱油S2：绵阳市邦太食品有限责任公司；乡韵磨王香葱油S3：商丘市乡味浓食品有限公司；乡王香葱油S4：成都乡王食品有限公司；厨巍牌香葱油S5：郫县全能思乡源食品酿造厂。

正构烷烃混合标准品（C7-C20）、1，2-二氯苯（色谱纯）：美国Sigma-Aldrich公司。

5977A-7890B气相色谱质谱联用仪（gas chromatography-mass spectrometry ，GC-MS）：美国 Agilent公司；顶空固相微萃取（headspace solid phase microextraction，HS-SPME）手动进样装置、50/30 μm 二乙烯基苯/碳分子筛/聚二甲基硅氧烷（divinylbenzene/carboxen/polydimethylsiloxane，DVB/CAR/PDMS） 萃取头：美国Supelco公司；HP-5毛细管柱（柱长30 m，内径0.25 mm，膜厚 0.25 μm）：美国 Agilent公司。

1.2 方法

1.2.1 香葱油挥发性物质顶空固相微萃取

分别称取5 g香葱油样品加入15 mL顶空瓶中，并加入6 μL的1，2-二氯苯作为内标化合物，将老化好的50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取头插入样品顶空部分，于50℃下平衡吸附40 min，将吸附后的萃取纤维头收回并迅速插入GC-MS进样口中，于250℃热解吸5 min，同时启动仪器采集数据。

1.2.2 GC-MS分析条件

色谱条件：HP-5毛细管柱（30m×0.25mm，0.25μm）；进样口温度250℃；色谱柱采用程序升温：起始柱温60℃，以3℃/min升温至80℃，保持3 min，以3℃/min升温至100℃，保持3 min，以10℃/min升温至150℃，保持3 min；再以10℃/min升温至220℃，保持3 min。载气为氦气；流速1.2 mL/min。

质谱条件：离子源温度230℃；EI电离源；电子能量70 eV；传输线温度280℃；四极杆温度150℃；接口温度250℃；质量扫描范围30u～450u，溶剂延迟3min。

定性定量方法：定性采用各分离组分与Wiley library和NIST library相匹配（仅报道匹配度大于800的鉴定结果），并与文献资料相关化合物保留指数RI进行比对分析，按如下公式计算化合物RI：

式中：tRx为待测化合物x的调整保留时间，min；tRn为碳原子数为n的正构烷烃调整保留时间，min；tR(n+1)为碳原子数为n＋1的正构烷烃调整保留时间，min；n为碳原子数。

采用内标法定量，通过内标物的峰面积和香葱油中各组分的峰面积比值，按如下公式计算各个组分的相对含量：

本次会议由中国腐植酸工业协会和山东省土壤肥料工作总站联合主办、山东农大肥业科技有限公司协办。国务院国资委行业办宋光兰处长、山东省土壤肥料工作总站高瑞杰站长等嘉宾应邀出席，会议吸引了来自全国各地腐植酸同仁以及腐植酸肥料基层推广代表500余人参加。

式中：Ci为待测组分 i的含量，mg/g；Ws为加入内标s的质量，mg；Ai和As分别为待测组分i和内标化合物s的峰面积；m为待测样品的质量，g；fi′为待测组分i对内标s的相对质量校正因子；本试验中各待测组分i的相对校正因子均为1。

1.3 数据处理

主成分分析（principal component analysis，PCA）和聚类分析 （hierarchical cluster analysis，HCA） 采用SPSS23.0软件进行数据分析，采用Origin2016软件绘图，所有样品均进行3次平行试验。

2 结果与分析

2.1 香葱油样品GC-MS检测分析

通过所确定的顶空固相微萃取条件结合气质联用仪检测技术，对5种香葱油样本挥发性物质鉴定分析，所得结果详见表1。

表1 香葱油样品中挥发性风味成分GC-MS分析结果Table 1 Analytical results of volatile flavor components in chive oil

共检测出挥发性风味物质53种，主要包括醛类14种、酮类4种、萜烯类12种、硫醚类7种、醇类3种、酯类4种、烷烃类4种和5种杂环类化合物。5种香葱油产品（S1、S2、S3、S4、S5）所含挥发性物质种类依次为 27种、31种、27种、33种、29种，其中S1和S3所含挥发性物质种类相对较少。香葱油样本挥发性成分含量对比如图1所示。其中萜烯类含量（3.436 μg/mg～13.054 μg/mg）最高，其次为醛类（2.736 μg/mg～6.125 μg/mg）和硫醚类（0.803 μg/mg～8.871 μg/mg），酯类含量（0 μg/mg～0.146 μg/mg）最低。

图1 香葱油样本挥发性成分含量对比Fig.1 Comparison of volatile components in chive oil samples

从图1可以直观地看出5种香葱油产品萜烯类物质含量最高，包括α-蒎烯、α-水芹烯、柠檬烯和月桂烯等。相关研究表明香葱中不含有这些萜烯类物质[7-8]，而在香葱油中检测到萜烯类物质，这与使用植物油如葵花籽油制作香葱油有关。徐晔[9]以葵花籽油和香葱为原料，在油煸葱油中检测到柠檬烯、α-水芹烯、月桂烯和松油烯。洪振童[10]的研究表明萜烯类物质是葵花籽油的主要挥发性物质。松香是α-蒎烯的主要香气特征，蒎烯类物质不稳定，很容易异构化转化成莰烯、月桂烯等物质[11-12]。α-水芹烯具有辛香香气，柠檬烯能够提供令人愉悦的柠檬香气。

检出的醛类物质包括：糠醛、庚醛、5-甲基呋喃醛、乙醛、2-己烯醛、2，4-癸二烯醛和柠檬醛等。醛类物质是葱属植物中一类重要的挥发性成分，部分饱和直链醛如庚醛会产生不愉快的辛辣、刺激性气味[13]。（E）-2-庚烯醛和乙醛是葱白中特有的含量较高的物质[14]，具有青味和坚果味。王俊魁[15]在沙葱中检测到了2-己烯醛，2-己烯醛又名青叶醛，呈水果香和绿叶清香气，在甜樱桃中有发现。仅在S2中检测出0.029μg/mg 2-己烯醛，这可能与香葱油加工过程加入少量沙葱有关。2，4-癸二烯醛在S4中含量达2.532 μg/mg，它是由葵花籽油中的亚油酸氧化断裂生成[16]。陈洁等[17]的研究表明醛类物质也是葵花籽油的重要组成物质。植物油中的大多数C5-C9的醛呈现出脂肪味和青草味[18]。酮类物质主要是由于葵花籽油中的不饱和脂肪酸氧化裂解形成[19]。

检测到的醇类物质包括：香叶醇、桉树醇和芳樟醇。香叶醇和桉树醇来源于葵花籽油中不饱和脂肪酸的降解，其是酯类物质生成的前体物质[22]。不饱和醇阈值低，对风味形成有重要贡献[23]。徐晔[9]在油煸葱油中未检测到芳樟醇。孙丰义等[24]在炸花椒油中检测到芳樟醇，且不饱和醇芳樟醇是炸花椒油中含量最高的醇类化合物，其具有玫瑰的花香和辛香气息。在葱油样本S2和S4中检测出芳樟醇，可能是因为在加工过程中或者后期引入香精风味优化剂所致。

酯类物质来源于原料本身或者由原料固有的醇和酸反应生成，大多具有芳香气味[25]。烃类物质一般阈值比较高，风味贡献小，其主要由烷基自由基氧化、类胡萝卜素等分解作用形成[26]。检出的杂环类化合物有2-乙酰基吡咯、2-乙酰基呋喃、3，4-二甲基噻吩等。2-乙酰基吡咯和2-乙酰基呋喃是由香葱中氨基酸热解和硫胺素降解生成，其阈值一般较低，可提供硫样香气[27]。3，4-二甲基噻吩在香葱植物体内存在[8]。

2.2 香葱油样本挥发性成分聚类分析

为了明确导致香葱油样本存在差异的风味物质种类，对5种香葱油样品各类挥发性物质进行了聚类分析，结果见图2。

图2 香葱油样本挥发性成分聚类分析Fig.2 Cluster pedigree diagram of volatiles of chive oil

由图2可知，通过聚类分析可以较好地将5种葱油产品区分开。欧氏距离的大小可表征样本的相似程度，相似度越大的样本即欧氏距离越小可归为一类[28]。当类间距离为9时，葱油样本共聚为两大类，S4为一类，S1、S2、S3和S5可归为一类，表明这4组样本相似度较高，其中S1和S3在类间距离为1时聚为一类。当类间距离为25时所有葱油样本可归为一类。由此表明，可通过HCA分析将不同葱油产品的挥发性成分明显区分。

结合表1发现，2，4-庚二烯醛（2.532 μg/mg）、月桂烯（4.813 μg/mg）和二丙基二硫醚（7.077 μg/mg）在S4中含量明显高于其他4组样本，将葱油样本分为2组，这与HCA中样本聚类较为一致。据此可推断出2，4-庚二烯醛、月桂烯和二丙基二硫醚对香葱油特征风味的形成贡献较为突出。糠醛（1.452、1.345、1.263、1.379 μg/mg）、5-甲 基呋 喃 醛（0.243、0.214、0.286、0.287 μg/mg）和桉树醇（0.770、0.580、0.476、0.368 μg/mg）在S1、S2、S3和S5中含量接近，和S4建立差异，这些香气物质提高了4个样本间的相似度，使样本在最短距离内归为一类。

2.3 香葱油样本主成分分析

以香葱油样本中各个物质的含量为数据源进行主成分（PCA）分析，结果如图3所示。

图3 香葱油样本的PCA得分图Fig.3 The PCA scores graph of chive oil samples

PCA分析中两个主成分的累计方差贡献率为84.738%，能够较好地反应样本所携带的大部分信息。其中PC1=69.817%，PC2=14.921%。由图3可以看出，香葱油样本聚集在PCA得分图右侧较小范围内，表明5种香葱油样本整体存在相似性，不同的香葱油样本分布在PCA得分图的不同区域，其中S1、S2、S3、S5距离较近，表明这4个样本相似度较高。S4距离S1、S2、S3和S5较远，表明样本S4物质组成和含量较其他样本差异明显。这一结果与聚类分析结果一致。

3 结论

基于顶空固相微萃取气质联用技术对香葱油的挥发性成分进行鉴定分析，共检测出挥发性风味物质53种，包括醛类14种、酮类4种、萜烯类12种、硫醚类7种、醇类3种、酯类4种、烷烃类4种和5种杂环类化合物等。萜烯类含量最高，其次为醛类和硫醚类，酯类含量最低。聚类分析将香葱油样本分为两类，2，4-庚二烯醛、糠醛、5-甲基呋喃醛、月桂烯、二丙基二硫醚和桉树醇是导致香葱油风味差异的主要物质。这些挥发性物质对香葱油整体香气的构建起重要作用。主成分分析建立了香葱油样本的相关性模型，对聚类分析结果进行了有效验证。本研究为香葱油标准化生产提供理论参考依据。