5种不同品种苦荞的易挥发性成分比较分析
2020-05-24李云龙何永吉吕慧卿李红梅
李云龙 赵 琳 何永吉 程 哲 吕慧卿 李红梅
(山西省农业科学院农产品加工研究所；特色农产品加工山西省重点实验室1，太原 030031)(山西省农业科学院高粱研究所2，晋中 030600)
苦荞麦(FagopyrumtataricumL.Gaertn.)，学名鞑靼荞麦，俗称苦荞，与人们所熟悉的“何首乌、大黄”等同属蓼科(Polygonaceae)，是荞麦属(Fagopy-rumMil1)双子叶植物[1]，为药食同源植物[2]，富含多种营养成分，蛋白质，脂肪酸，多种维生素，19种氨基酸，以及钾、铜、镁、铬等矿物质[4]，除此之外，苦荞中含有大量的黄酮类物质，具有抗氧化、防癌、抗癌等生理功能[5]。
目前，对苦荞的研究侧重在苦荞营养成分的提取、保健功能以及苦荞加工产品的相关特性等方面；苦荞制品的特殊风味主要由其本身的挥发性成分起作用，对于苦荞挥发性成分的研究主要集中在苦荞产品以及储藏过程中的成分分析，如张素云等[6]分析了4种苦荞醋的挥发性成分；余丽等[7]研究了用不同方法萃取苦荞样品的挥发性物质的差异以及苦荞茶和苦荞糊中的挥发性香气成分；仝令君等[8]对黑苦荞奶茶的风味物质进行分离、鉴定；许青莲等[9]对不同产地苦荞茶的茶汤和茶底样品进行鉴别分析。这些研究都是以苦荞产品为研究对象，然而苦荞产品的香气是原料本身还是生产工艺过程中产生的鲜有明确定论。也有对荞麦原料不同部位的挥发性物质成分进行研究，如Janeš等[10]对甜荞壳、粉及麸皮，王灼琛等[11]对苦荞粉、苦荞壳及苦荞麸皮中的挥发性物质进行了分析，但对苦荞品种之间的挥发性成分异同的研究鲜见报道。
顶空固相微萃取目前广泛引用于食品、生物医学等领域中，可以直接从样品中收集挥发性物质，具有分析时间短、操作方便、无需复杂装置等优点[12-14]。本研究以同一产地5种不同品种的苦荞作为研究对象，用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用法(Headspace Solid Phase Micro Extraction-Gas Chromatography-Mass Spectrometry，HS-SPME-GC-MS)对其挥发性成分进行分析，获取其化学组成的重要信息；系统比较不同品种苦荞之间挥发性成分的差异，为以苦荞为原料的制品的挥发性物质的研究提供参考。
1 材料与方法
1.1 材料
西农9909、川荞1号、黔苦5号、晋荞麦5号、九江苦荞：山西省农业科学院高粱研究所试验基地。
1.2 仪器与设备
100 μm PDMS萃取纤维头；安捷伦DB-5MS毛细管色谱柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；安捷伦 6890N -5975B型气相色谱-质谱联用仪。
1.3 方法
1.3.1 样品前处理方法
取5 g样品置于20 mL顶空瓶中，用带有橡胶隔垫的瓶盖密封，待分析。
1.3.2 仪器分析条件
顶空进样参数：于100 ℃下顶空萃取40 min后，用固相微萃取针萃取20 min(手动进样，萃取针在进样口停留5 min)。
GC条件：DB-5MS毛细管柱子(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；程序升温：初始温度50 ℃，保持2 min，以4 ℃/min的速率升至250 ℃，保持5 min；进样口温度250 ℃；载气He，流速1.0 mL/min；不分流。
MS条件：电子电离源；电子能量70 eV；倍增电压1400 V；离子源温度250 ℃，接口温度250 ℃，扫描范围40～450 m/z，间隔0.3 s。
1.3.3 结构鉴定及相对含量分析方法
样品按1.3.2分析条件对其易挥发性成分进行测定，并对所得总离子流色谱图中各组分的质谱图进行解析，其结果再与NIST 11标准谱库中相应化合物标准谱图对照确定化合物结构。各化合物的相对含量采用峰面积归一化法计算。
2 结果与分析
2.1 5种品种苦荞的易挥发性成分结果分析
5种苦荞易挥发性成分的总离子流色谱图见图1，解析结果见表1，易挥发性成分比较见表2。由表2可以看出，5种苦荞的成分类型基本相似，苦荞的挥发性物质主要是烷烃类的物质，质量分数约为70%；西农9909的烯烃类物质高于其余4种苦荞，而川荞1号的烷烃类物质含量最高，黔苦5号的酯类、醛类和苯环类化合物高于其他4种，九江苦荞的醇类化合物明显高于其他4种。
图1 5种苦荞的易挥发性成分总离子流图
表1 HS-SPME-GC-MS分析5种苦荞的易挥发性成分结果/%
续表1
续表1
表2 5种不同品种苦荞易挥发性成分比较/%
注：标*为含量最高的该类型化合物。
2.2 5种苦荞的易挥发性成分结果比较分析
2.2.1 5种苦荞的相同的易挥发性成分的比较
注：1：十二烷；2：十三烷；3：十四烷；4：十一烷，5：2,9-二甲基十一烷；6：壬基环戊烷；7：2E-十四烯；8：壬醛；9：亚硫酸十一烷基戊酯，10：正壬醇，11：邻苯二甲酸二丁酯。图2 5种苦荞的易挥发性成分
5种品种的苦荞共同组分共有14种，其中烷烃类化合物9种，烯烃类化合物5种。
由图2可以看出，烷烃类的共同组分有：2,2,4,6,6-五甲基庚烷、十一烷、十二烷、十三烷、2,9-二甲基十一烷、3-亚甲基十三烷、十四烷、壬基环戊烷、正十五烷；十二烷和十三烷在5种苦荞中含量都非常高，这2种化合物的相对含量在5种苦荞中均占总峰面积的30%以上；而十五烷含量都是最低的，大约占5种苦荞总峰面积1%，在不同品种的苦荞中，这些共同组分也有一定的差异，说明苦荞的成分差异与品种存在一定的关系。
由图3可以看出，烯烃类的共同组分有：乙基苯、萘、1-十二烯、1-十三烯、2E-十四烯；5种苦荞中的烯烃化合物差异比较明显，黔苦5号中的乙基苯含量远高于其余4种苦荞；在西农9909、晋荞麦5号以及九江苦荞中2E-十四烯的含量高于1-十三烯，而川荞1号和黔苦5号中1-十三烯较高，烯烃类化合物有较强的生物活性，可能它们之间的明显差异会造成不同苦荞的生物活性有所差异。
图3 5种苦荞烯烃类化合物共同组分
2.2.2 5种不同苦荞的易挥发性成分分类比较
2.2.2.1 烷烃类化合物
对比5种不同苦荞可以发现，烷烃类化合物是易挥发性物质的主要成分，其中川荞1号中的烷烃化合物质量分数最高为80.26%，而黔苦5号中的烷烃类化合物质量分数最低为68.10%；5种苦荞种都是十二烷的含量最高，在西农9909、川荞1号、黔苦5号、晋荞麦5号、九江苦荞中的质量分数依次为20.10%、23.57%、25.29%、22.31%、21.38%；其次为十三烷、十四烷、十一烷等直链烷烃，这些烷烃类化合物可以赋予苦荞清甜的香味[7]，烷烃类化合物的阈值较高，对风味成分贡献较少；此外，有研究表明随着苦荞储存时间的延长，其烷烃的碳链会增加。
2.2.2.2 烯烃类
烯烃类化合物在西农9909、川荞1号、黔苦5号、晋荞麦5号、九江苦荞中的质量分数依次为8.65%、10.15%、8.88%、9.245、8.75%；川荞1号的烯烃质量分数最高为10.15%，其余4种的烯烃质量分数都在8%左右；在5种苦荞中含量最高的均为2E-十四烯。萘是樟脑丸中的主要成分，具有香樟木气味，此外，烯烃类化合物是不饱和烃，对苦荞的风味有一定贡献，不同品种中的烯烃化合物的差异可能会造成不同品种苦荞风味的差异，例如环辛四烯[9]只在九江苦荞中检测出，具有柠檬清香。
2.2.2.3 酯类
酯类化合物在西农9909、川荞1号、黔苦5号、晋荞麦5号、九江苦荞中的质量分数依次为3.30%、1.05%、9.09%、1.87%、1.28%；黔苦5号中的酯类化合物质量分数最高为9.09%，川荞1号中的酯类化合物质量分数最低为1.05%；5种苦荞中的酯类化合物没有共同组分；酯类化合物可以赋予苦荞清香、果香味[15]。
2.2.2.4 醛类
醛类化合物在西农9909、川荞1号、黔苦5号、晋荞麦5号、九江苦荞中的质量分数依次为1.00%、3.48%、5.88%、2.78%、4.96%；5种苦荞中共检测出正己醛、苯甲醛和壬醛3种，其中苯甲醛是黔苦5号中的特有成分；壬醛具有板油气息，川荞1号种未检测出壬醛，其余4种苦荞中壬醛的含量都较高；此外，醛类物质具有脂肪香味，醛类化合物可以解释脂质的氧化程度，并与苦荞的储藏品质有一定的关系。
2.2.2.5 醇类
醇类化合物在西农9909、川荞1号、黔苦5号、晋荞麦5号、九江苦荞中的质量分数依次为4.90%、1.75%、1.58%、3.77%、9.95%；九江苦荞中的醇类化合物质量分数最高为9.95%，黔苦5号中的醇类质量分数最低为1.58%；醇类化合物通常具有特殊的花香和果香[16]，在储藏过程中可能与其他物质发生反应转化为酯类化合物。
2.2.2.6 含N类化合物
含N类化合物在西农9909、川荞1号、黔苦5号、九江苦荞中的质量分数依次为3.21%、0.75%、1.74%、0.65%，在晋荞麦5号中没有该类物质；2-二甲基胺-3-甲基-1-丁烯是西农9909中的特有物质，质量分数为3.21%，正十七胺仅在川荞1号和九江苦荞检测出，质量分数为0.75%、0.65%；含N类的化合物有焙烤香和坚果香，5种不同的苦荞中的含N化合物的含量差异为其风味物质做出了不同的贡献。
2.2.2.7 其他
在5种苦荞中还有一些卤代烃，酮类化合物以及含O的化合物，其含量均有一定的差异，2-正戊基呋喃仅在西农9909和黔苦5号中检测出，质量分数为0.53%、0.63%；呋喃类的化合物通常具果香味[16]。
3 结论
采用HS-SPME-GC-MS联用技术对同一产地的5种苦荞籽粒易挥发性成分分析，建立了一种苦荞易挥发性成分的分析方法：DB-5MS色谱柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)、样品用5 g/20 mL顶空瓶、平衡温度100 ℃、平衡时间40 min。在此条件下经气-质联用分析，得到5种不同产地苦荞的易挥发性成分，表明苦荞的主要挥发性化合物是烷烃类，质量分数约为70%，烷烃类中十二烷的含量最高；5种不同品种苦荞共有14种共同组分，分别为9种烷烃化合物(2,2,4,6,6-五甲基庚烷、十一烷、十二烷、十三烷、2,9-二甲基十一烷、3-亚甲基十三烷、十四烷、壬基环戊烷、正十五烷)和5种烯烃类化合物(乙基苯、萘、1-十二烯、1-十三烯、2E-十四烯)；不同品种的挥发性成分的差异主要体现在醇类、醛类以及酯类化合物，这些物质相互作用产生综合气味，从而使不同品种的苦荞呈现不同的特点。本研究为以苦荞为原料的相关产品特征风味呈现提供了参考。
