固相微萃取-气质联用分析山药的挥发性成分

韩 伟，张 芳，杨晨晔，陈光哲

(江苏省农业科学院 中心实验室，江苏 南京 210014)

山药，别名怀山药，拥有着悠久的食用和栽培历史，在我国大部分地区有所分布，以河南焦作地区的温县、济源等地所产的山药为最佳，不仅含有淀粉、蛋白质、脂肪酸及矿物质元素，还富含多糖、皂苷、尿囊素、脱氢表雄酮等活性成分，具有抗氧化、抗衰老、免疫调节等功效，对脾虚胃寒、糖尿病、心脑血管疾病具有独特疗效。其中山药多糖是目前国内外普遍认为的最重要的活性成分，具有降血糖、降血脂[1-2]、抗肿瘤、抗突变[3]、提高免疫力[4-6]、抗氧化[7]等作用；尿囊素具有麻醉镇痛和消炎抑菌作用，常用于治疗手足皲裂和多种角化性皮肤病[8]；皂苷具有改善心脑血液循环、防止心率失常和抑制神经递质释放等功效[9]；脱氢表雄酮对肿瘤和心血管疾病等均具有一定的预防和治疗效果[10-11]。目前，山药活性成分的提取方法主要有微碱法、浸提法、索氏提取法、自然发酵法等[12-13]。

挥发性成分的提取方法主要有蒸馏萃取(SDE)、超临界流体萃取、静态顶空、动态顶空、吹扫捕集和固相微萃取(SPME)等。其中SPME作为一项新型样品处理技术，克服了传统的样品预处理技术的缺陷，它选择性好且灵敏度高，无需溶剂和复杂装置，能直接从液体或固体样品中采集挥发性的化合物，然后直接进入气相色谱质谱联用仪上分析，因集采样、萃取、浓缩、进样于一体，极大地加快了检测分析的效率[14]。近年来，SPME方法已被广泛应用于果酒[15]、烧肉[16]、鹅肉[17]、花卉[18]、果蔬[19-20]中风味成分的分析。目前，山药已经成为中医药学及食品科学等领域的研究热点，而国内外有关山药活性成分的研究主要涉及多糖、皂苷、脂肪酸、蛋白质等，但对于山药挥发性成分的提取技术以及对挥发性成分的分析研究都未见报道。因此，本试验以代表性的温县山药为研究对象，采用固相微萃取-气相色谱质谱联用技术对其挥发性成分进行了分离鉴定，为全面了解山药的化学成分组成，以揭示其作为保健食品的功效基础，更好地为开发山药类保健食品或药品提供一些理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料及仪器

山药样品采自河南温县，样品粉碎经过100目筛，70 ℃下烘干至恒重，储于干燥器中备用。HH-4数显恒温水浴锅购自国华电器有限公司；电热鼓风干燥箱购自上海精宏实验设备有限公司；手动SPME进样器，萃取纤维头为70 μm PDMS/DVB(聚二甲氧基硅烷/二乙烯基苯)，购自美国Supelco公司；TSQ8000EVO气相色谱-质谱联用仪，购自美国Thermo Fisher公司。

1.2 试验方法

1.2.1 样品制备 将干燥的山药样品粉碎，取2.0 g置于20 mL顶空瓶中，迅速密封，将顶空瓶放入恒温水浴装置中，将老化过的固相微萃取进样针插入密封的顶空瓶中，推出萃取头，于50 ℃水浴中萃取1 h后取出，快速移出萃取头并立即插入气质联用仪进样口中，热解析2 min。萃取头每次萃取样品前于250 ℃下老化5 min，以降低记忆效应。

1.2.2 GC-MS分析条件 气相色谱条件：色谱柱为TG-5MS(30 m×0.25 mm×0.25 μm)弹性石英毛细管柱；载气为高纯氦气(纯度99.999%)；载气流速为1.2 mL/min；采用不分流进样；进样口温度为250 ℃；程序升温：初始温度40 ℃保持2 min；然后以3 ℃/min升到100 ℃，保持1 min；再以5 ℃/min升到160 ℃，保持1 min；再以10 ℃/min升到280 ℃，保持1 min。

质谱条件：离子源为EI源，传输线温度：280 ℃；离子源温度：300 ℃；电子能量：70 eV；扫描范围(m/z)：33～800 amu，采用全扫描采集模式。

1.3 数据处理

定性分析：通过计算机检索并与NIST 105和Wiley 7.0质谱库提供的标准质谱图对照，对GC-MS分析鉴定山药挥发性成分进行解析，确定其化学成分。

定量分析：利用NIST谱图库工作站数据处理系统按峰面积归一化法进行定量分析，求得各化学成分在山药挥发性成分中的百分含量。

2 结果与分析

按上述试验条件，对山药样品进行GC-MS分析，其挥发性成分总离子流色谱图见图1。

图1 山药挥发性成分总离子流色谱图

通过谱库检索鉴定出30种挥发性化合物，占整个挥发性化合物的98.44%。其中烷烃类8种、醇类8种、酸类1种、酯类7种、酮类2种、酚类2种、醌类1种、醛类1种。山药中各类挥发性化学成分及其相对含量见表1。

表1 山药中各类挥发性成分及相对含量

注：挥发性物质相对含量=挥发性物质的峰面积/总挥发性物质的峰面积；测试样品重复试验一次，取平均值作为各挥发性物质的含量。

对各类化合物分析得到，其中醇类化合物占整个挥发性化合物比例最大，达到45.56%；其次是酸类化合物占25.62%；醛类和烷烃类分别占8.69%和13.67%；酯类(2.31%)、酚类(1.36%)、醌类(0.79%)和酮类(0.44%)所占的比例较小(图2)。与索氏提取法提取的山药脂肪酸成分相比较[21]，采用SPME萃取的酸类成分种类仅有一种，且含量达到25.62%，说明4-羟基丁酸是山药的主要挥发性酸类物质。4-羟基丁酸作为一种天然物质，广泛存在于植物中，是一种神经药物，曾被用作镇静剂与麻醉剂，与山药皂苷、尿囊素有类似的活性机理[22]。醇类是山药挥发性成分中又一类重要化合物，由表1可知，鉴定出的醇类化合物达到8种，其总含量也较高，达到45.56%；山药中含量较高的醇有：乙基卡必醇(32.52%)、苯甲醇(7.26%)、2-乙基-1-己醇(3.89%)。另外分析表明，苯甲醛是山药挥发性醛类的主要成分，是与酯类共同构成山药气味的重要因素。此外，采用SPME萃取的山药成分含有较高比例的烷烃类和酯类，这些独特的成分可为山药的进一步综合开发利用提供依据。

3 结论

本试验采用固相微萃取-气质联用方法对山药中挥发性成分进行研究，该方法具有操作简便、样品用量少、耗时短、重复性好等优点，而且萃取的化合物种类多，共鉴定出30种挥发性成分，其中醇类化合物占整个挥发性化合物比例最大，达到45.56%，其余依次为酸类化合物、烷烃类、醛类、酯类、酚类、醌类、酮类。研究表明，4-羟基丁酸(25.62%)和乙基卡必醇(32.52%)是构成山药挥发性物质的主要成分。本试验方法能较好地反映出山药挥发性成分的组成情况，适用于山药挥发性成分的快速检测，可作为评估山药质量的方法之一。

图2 山药挥发性成分比例图