高良姜挥发油热稳定性研究及其抗氧化剂筛选

2019-09-16邰佳邹俊波史亚军张小飞郭东艳

中国调味品 2019年9期

邰佳，邹俊波，史亚军，张小飞，郭东艳

(陕西中医药大学药学院，陕西省中药基础与新药研究重点实验室，陕西咸阳 712046)

自古以来，药食两用的生物资源在我国发挥了充饥、治病、保健的重要作用。在食品香料中，许多含挥发油的香料都具有抑菌、抗氧化等活性，如花椒、辣椒、生姜、高良姜等[1-4]。高良姜来源于姜科植物高良姜(AlpiniaofficinarumHance)的干燥根茎[5], 具有温胃散寒、消食止痛等作用。高良姜挥发油作为天然调味香料已经广泛应用于食品、医药等行业。由于其具有保鲜、防霉、抗菌、抗氧化和驱杀蚊虫等功能, 使它在粮食储藏和食品保鲜方面具有很好的应用前景[6]。除此之外，高良姜常被研磨成粉大量用作调味品、香料、驱虫剂、水果保鲜剂等[7]。为扩大高良姜在食品、药品中的使用范围，保证其稳定性，本实验以高良姜为研究对象，探索了其挥发油在高温条件下的成分变化规律以及不同抗氧化剂的种类和浓度，为含挥发油的香料稳定性研究提供了参考。

1 材料与仪器

1.1 试剂

生育酚、没食子酸辛酯、丁香酚、没食子酸丙酯、麝香草酚、香芹酚：批号分别为J11N8R47903、J19M7R14871、B19M9C56191、C26O8C46538、B20J9C53345、YY12680，含量分别为≥98%、≥98%、≥98.5%、≥98%、≥98%、≥92.5%，均购自上海源叶生物科技有限公司；2,6-二叔丁基对甲酚：批号20140918，含量≥98%，国药集团化学试剂有限公司。

高良姜：购于陕西兴盛德药业有限责任公司。

1.2 仪器

7890B-5977B GC-MSD气质联用仪安捷伦科技(中国)有限公司。

2 实验方法

采用水蒸气蒸馏法提取高良姜挥发油，每隔30 min记录收集的油量，提取时间总计8 h，收集所提取的高良姜挥发油，采用GC-MS分析高良姜挥发油的化学成分。然后分别在不同的温度梯度和时间梯度下，对高良姜挥发油进行热稳定性考察，确定高良姜挥发油成分变化最显著时的加热温度和加热时间。再选择BHT等7种抗氧化剂干预，测得抗氧化剂干预前后成分变化特征图谱，根据主要特征成分的变化规律，确定最佳抗氧化剂。本研究所采用的实验方案流程见图1。

图1 实验总流程图Fig.1 Experimental flow chart

2.1 高良姜挥发油的提取工艺

称取200 g高良姜，加10倍量水，浸泡30 min，水蒸气蒸馏法提取挥发油，提取8 h，收集挥发油，避光4 ℃保存备用。

2.2 GC-MS条件[8]

GC条件：分流比为5∶1，流量为1 mL/min。载气为99.999%的氦气，加热器温度230 ℃，辅助加热240 ℃，初始温度50 ℃(保持3 min)，以3 ℃/min的升温速率升至100 ℃，保持2 min；然后以4 ℃/min的升温速率升至140 ℃，保持2 min；再以6 ℃/min的升温速率升至185 ℃，保持3 min；最后以30 ℃/min的升温速率升至230 ℃，保持2 min。

MS条件：溶剂延迟3 min，扫描范围35～500 amu，离子源温度230 ℃，四级杆温度150 ℃。

顶空参数：加热箱90 ℃，定量环100 ℃，传输线110 ℃，进样持续时间1 min，样品瓶平衡时间20 min，GC循环时间50 min。

2.3 高良姜挥发油的稳定性实验

2.3.1 不同加热温度供试品制备

分别取“2.1”项下挥发油100 μL至样品瓶中，密封，分别于20，40，60，80，100 ℃水浴加热8 h，取出冷却，用乙醇溶解并转移至10 mL的量瓶中，定容至刻度线，振荡，混合均匀后，取1 mL加至100 mL的量瓶中，加纯净水稀释并定容至100 mL，充分混匀后，精密移取5 mL至20 mL的顶空进样瓶中，加盖密封，备用，进行GC-MS分析，筛选使高良姜挥发油变化最显著的加热温度。

2.3.2 不同加热时间供试品制备

分别取“2.1”项下挥发油100 μL至样品瓶中，密封，编号6～13，于100 ℃分别水浴加热1，2，3，4，5，6，7，8 h，取出冷却。按“2.3.1”项下方法制备供试品，进行GC-MS分析，筛选使高良姜挥发油变化最显著的加热时间。

2.3.3 不同抗氧化剂的稳定性实验[9]

分别取“2.1”项下挥发油100 μL至样品瓶中，密封，编号1～9(1号是空白组，2号是氧化组，3～9号是加不同种类抗氧化剂的氧化组)，2～7号样品于100 ℃加热7 h，3～7号样品中分别加入0.04 mol/L抗坏血酸棕榈酸酯、麝香草酚、没食子酸丙酯、没食子酸辛酯、2,6-二叔丁基对甲酚、香芹酚、维生素E。按“2.3.1”项下方法制备供试品，进行GC-MS分析。

3 结果与分析

3.1 高良姜挥发油化学成分分析

GC-MS分析高良姜挥发性成分，总离子流图见图2，并利用NIST14.LIB 标准库进行成分分析，结果见表1。

图2 高良姜挥发油总离子流图Fig.2 Total ion chromatogram of volatile oil from Alpinia officinarum Hance

编号名称CAS号分子式分子量1Propanoic acid,2-methyl-,2-methylpropyl ester000097-85-8C8H16O2144.212Tricyclo[2.2.1.0(2,6)]heptane,1,7,7-trimethyl-000508-32-7C10H16136.2343(1R)-2,6,6-Trimethylbicyclo[3.1.1]hept-2-ene007785-70-8C10H16136.234Bicyclo[2.2.1]heptane,2,2-dimethyl-3-methylene-,(1S)-005794-04-7C10H16136.235.beta.-Pinene000127-91-3C10H16136.236.alpha.-Phellandrene000099-83-2C10H16136.237Butanoic acid,2-methyl-,2-methylpropyl ester002445-67-2C9H18O2158.2481,3-Cyclohexadiene,1-methyl-4-(1-methylethyl)-000099-86-5C10H16136.2349Benzene,1-methyl-3-(1-methylethyl)-000535-77-3C10H14134.2210Eucalyptol000470-82-6C10H18O154.2511.gamma.-Terpinene000099-85-4C10H16136.23412Cyclohexene,1-methyl-4-(1-methylethylidene)-000586-62-9C10H16136.2313Fenchol001632-73-1C10H18O154.2514(+)-2-Bornanone000464-49-3C10H16O152.2315Bicyclo[2.2.1]heptane,2-chloro-2,3,3-trimethyl-000465-30-516Cyclohexene,1-methyl-5-(1-methylethenyl)-,(R)-001461-27-4C10H16136.23417Bicyclo[2.2.1]heptan-2-ol,1,3,3-trimethyl-,acetate,(1S-exo)-076109-40-5C12H20O2196.28618Bicyclo[7.2.0]undec-4-ene,4,11,11-trimethyl-8-methylene-,[1R-(1R*,4Z,9S*)]-000118-65-0C15H24204.351119Caryophyllene000087-44-5C15H24204.351120trans-.alpha.-Bergamotene013474-59-4C15H24204.3510621Humulene006753-98-6C15H24204.3511

续表

3.2 温度对高良姜挥发油的影响结果

绘制不同加热温度下高良姜挥发性成分特征图谱，见图3。用R3.5.0软件由不同加热温度聚类结果可知，20 ℃很轻易地被单独分为一类，表明在20 ℃接近室温的温度下，高良姜挥发油中的挥发性成分与加热后有明显的差别，其对热有明显的不耐受性。而100 ℃又被单独地分为一类，表明100 ℃的高温对高良姜挥发性成分的影响比其他加热温度更明显。再对不同加热温度下高良姜挥发性成分峰面积作图分析，见图4。可以清楚地看到，随着温度的升高，峰面积的变化明显，尤其在100 ℃时，挥发性成分的峰面积形状与其他温度差异最大，说明在100 ℃对高良姜挥发性成分影响最大。所以在考察不同加热时间对高良姜挥发性成分影响时，加热温度选择100 ℃。

图3 温度对高良姜挥发油组成成分的影响Fig.3 Effect of temperature on the composition of volatile oil from Alpinia officinarum Hance

图4 温度对高良姜挥发油中化合物峰面积的影响Fig.4 Effect of temperature on the peak areas of compounds in volatile oil from Alpinia officinarum Hance

3.3 时间对高良姜挥发油的影响结果

绘制不同加热时间下高良姜挥发性成分特征图谱，见图5。由不同加热时间聚类结果可知7 h被聚为一类，与加热1 h相比，在加热7 h时，高良姜挥发性成分变化明显，这与预测的加热8 h成分变化最明显有些出入，推测可能是某类成分结构转变。再对不同加热时间下高良姜挥发性成分峰面积绘图分析，见图6。加热7 h后，高良姜挥发性成分峰面积与图4中20 ℃的峰面积相比变化最大，进一步说明加热时间为7 h对高良姜挥发性成分影响最大。

图5 时间对高良姜挥发油组成成分的影响Fig.5 Effect of time on the composition of volatile oil from Alpinia officinarum Hance

图6 时间对高良姜挥发油中化合物峰面积的影响Fig.6 Effect of time on the peak areas of compounds in volatile oil from Alpinia officinarum Hance

由图5可知，7 h单独为一类，1，2，3，4，5，6，8 h属于另外一类。1 h下高良姜挥发油中的成分变化最小，则高良姜挥发油在1 h时是最稳定的，故和1 h分属一类的时间下都是相对稳定的。而7 h是另外一类，所以7 h时高良姜挥发油稳定性差。同时，由图6可知，高良姜挥发油中的化合物峰面积在7 h的波动最明显，故高良姜挥发油在加热7 h后最不稳定。进一步就高良姜主要挥发性成分变化规律作图分析(见图7)，右旋α-蒎烯、桉树醇、(-)-莰烯、间异丙基甲苯、β-蒎烯的峰面积随着加热时间的增加并没有减少，表明加热时间对这5种化合物没有明显的影响，这5种成分可能为耐热性成分。随着加热时间的增加，高良姜挥发油成分之间可能相互影响并作用，使得不稳定的成分向其他成分发生了转换，也有可能产生新的化合物。这些耐高温的成分是否在高温烹制食品时散发了香味或发挥了某种作用还有待进一步研究。

图7 高良姜挥发油特征化合物峰面积图Fig.7 Peak area figure of characteristic compounds of volatile oil from Alpinia officinarum Hance

3.4 抗氧化剂干预前后实验结果

绘制不同抗氧化剂干预后高良姜挥发性成分特征图谱，见图8。由干预因素聚类结果可知，20 ℃时，麝香草酚、香芹酚被聚为一类，BHT、维生素E、没食子酸辛酯、没食子酸丙酯、丁香酚为另一类。这表明经过麝香草酚和香芹酚干预后的氧化组与空白油组有较高的相似度，提示麝香草酚和香芹酚相较于其他抗氧化剂对于挥发油的抗氧效果是比较理想的。再观察不同抗氧化剂对挥发油主要成分含量的保留程度(见图9)，可知香芹酚对挥发油主要成分含量的保留程度最高，这也进一步说明香芹酚对挥发油稳定性效果最好，但其最佳使用浓度以及具体作用机制还有待进一步研究。