气质联用技术在桂皮挥发性成分检测分析过程中的应用

周 亚

(晋中职业技术学院，山西 晋中 030600)

桂皮是日常生活中常见的食品烹饪调料，桂皮香气是桂皮品质的关键代表特性，因此对于桂皮香气的研究具有十分重要的意义[1]。目前常用的桂皮提取物挥发性成分分析方法主要有气相色谱-质谱(GC-MS)联用法、气相色谱闻香法和电子鼻测试法。本文采用气相色谱-质谱联用技术对桂皮提取物中的挥发性成分进行系统分析研究，对桂皮的质量控制及开发提供了理论指导[2,3]。

1 桂皮挥发性成分

桂皮挥发性成分包含众多的挥发性物质，并且性质不同，各种物质含量较少，是反映桂皮品质的核心要素。桂皮中的挥发性芳香物质主要包含碳氢化合物、醇类物质、醛类物质和酯类物质，该类物质按照不同的比例进行混合，构成具有独特香气特征的桂皮[4]。

桂皮挥发性成分的提取方法主要包含蒸馏萃取法、固相微萃取法、液液萃取法和顶空分析法。蒸馏萃取法将萃取液进行浓缩，得到桂皮挥发性化合物，蒸馏萃取法常用的萃取溶剂为二氯甲烷。固相萃取法对于中高沸点的成分萃取具有较高的回收率，萃取液中无遗留的挥发性成分，在萃取过程中能够对挥发性香气成分进行浓缩，最大限度地进行挥发性成分的分离[5]。固相微萃取过程通过对被检测物质进行相似相溶处理，完成萃取前的吸附过程，使分析物在吸附层上扩散，浓缩于吸附层上后，进行化合物脱附萃取[6]。液液萃取是利用溶剂进行萃取分离的过程，利用两个互不相溶的成分特性进行化合物的提取，液液萃取法在提取过程中会导致一些关键挥发性成分损失，需要较长的萃取时间[7]。顶空分析法是对桂皮挥发性成分进行直接测定的过程，可有效地进行挥发性化合物的提取，主要包含静态分析提取和动态挥发提取[8]。

2 桂皮挥发性成分提取检测

本文采用固相微萃取方法对4种不同产地的桂皮进行挥发性成分提取。在提取过程中，将萃取物在气相色谱仪进样口进行老化处理，保持进样口温度250 ℃，老化时间60 min。分别将4种桂皮进行粉碎，称取2 g装入20 mL容器中，并加入5 mL蒸馏水。对样品进行60 min吸附后，进行吸附分解。

气相色谱分析条件：初始毛细管柱温度保持在50 ℃，保温5 min后以3 ℃/min的升温速率升温至210 ℃，保温3 min后升温至230 ℃。

质谱条件：质谱离子源温度设定为230 ℃，延迟3 min后加入溶剂，质量扫描范围保持在100～400 amu，流速1 mL/min。按照随机样本顺序进行检测。

提取检测完成后，计算桂皮提取物中挥发性成分的保留指数，并在标准谱库中进行对比检索，按照计算值与谱库数据的相似度和匹配度来进行相对含量测定。碳氢化合物、醇类物质、醛类物质和酯类物质质谱图见图1。4种检测样品中提取物挥发性成分含量见表1。采用全自动GC-MS检测技术对桂皮提取物挥发性成分进行检测分析，鉴定出的挥发性成分含量存在不同程度的差异。

(a)碳氢化合物

(b)醇类物质

(c)醛类物质

(d)酯类物质

表1 桂皮提取物挥发性成分及含量Table 1 Volatile components and content of cinnamon extract

续 表

在4种不同产地的桂皮中，鉴定出4种不同含量的碳氢化合物，主要包含十六烷、十七烷、十八烷和甲基十六烷。碳氢化合物的含量存在较大的差异，呈现出桂皮的不同香味。由表1可知，4种不同产地的桂皮，4#桂皮样品的十六烷、十七烷和十八烷含量最高；2#桂皮样品的十六烷、十七烷和十八烷含量基本相当；4种桂皮样品中甲基十六烷的含量均低于其他碳氢化合物的含量。数据表明桂皮中的不饱和碳氢化合物含量明显高于饱和碳氢化合物。

在桂皮提取物中，醇类物质的含量最低，醇类物质是桂皮花香和木香的主要成分，同时也是叶绿素的降解产物。醇类物质对桂皮香气的贡献还需要通过其他的检测分析方法来进一步确定。

醛类及酯类化合物对桂皮的香味形成具有非常关键的作用，是桂皮提取物进行生物化学转换的物质基础。挥发性成分在桂皮香气的形成过程中主要借助其他微生物的作用，使各种醛类及酯类化合物按照不同的比例进行综合，从而形成独特的多种香气物质。

3 气相色谱与质谱联用分析

对4种桂皮的提取物挥发性成分分析是通过与标准谱库中的数据进行对比，并确定二者之间的相似度。通过对挥发性成分的测量值进行分析，计算出色谱之间的相关系数和相合系数。

表2 相关系数与相合系数分析结果Table 2 Analysis results of correlation coefficients and consistency coefficients

由表2可知，1#样品和4#样品的碳氢化合物相关系数基本相同，而碳氢化合物为物质的基本组成基体，由此表明1#样品和4#样品在密度、质地和手感等外观基本形式上存在较大的相似度。2#样品和4#样品的醛类物质相关系数接近，而醛类物质是桂皮中酮类物质在酶的促进作用下，经过氧化后生成的一种具有独特芳香气味的物质，由此说明2#样品和4#样品的芳香程度基本相同。

利用气质联用方法对桂皮提取物挥发性成分分析完成后，对分析过程所用方法的检出范围和回收率等参数进行确定，从而优化气质联用分析法在分析过程中的应用特性[9]。

由表2可知，在进行不同物质种类检测分析时，各种物质呈现出不同的相关系数。对同一种物质的4种不同样品相关系数进行拟合，可得出该种物质在桂皮提取物挥发性成分分析中的相关系数，从而得出该种物质的检出限。不同物质相关系数拟合值、物质检出限及回收率见表3。

桂皮提取物挥发性物质的主成分分析是一种利用降维度的思想进行主分量分析的过程，将复杂的提取物成分转化为不同维度的少数指标，低维度的成分分量可以对数据进行有效性保留。为对桂皮提取物挥发性成分进行主分量分析，建立的4(桂皮样品)×4(物质种类)二维矩阵表，并进行分析，得出4种不同产地的桂皮提取物差异性，主分量分析结果见表4。分析结果表明，在不同桂皮样品之间的挥发性成分含量差异，与实验检测结果基本相符。

表4 桂皮提取物主分量分析结果Table 4 Results of principal component analysis of cinnamon extract

由表4可知，碳氢化合物、醛类物质、酯类物质构成了桂皮的主要香气成分，不同产地桂皮样品之间的挥发性成分含量之间存在差异。1#样品、2#样品、3#样品的碳氢化合物主分量明显高于4#样品；1#样品与3#样品的醛类物质主分量基本相当，但均高于2#样品和4#样品；1#样品与2#样品的酯类物质主分量基本相当，但均高于3#样品和4#样品。4#样品的醇类物质及酯类物质主分量不大于0.1，表明4#样品的主要香气成分来自于碳氢化合物和醛类物质。

4 结论

通过利用固相萃取的方法进行桂皮提取物挥发性成分的提取，并采用气相色谱-质谱联用的技术进行4种不同桂皮的挥发性成分测定。对测定数据进行多变量统计分析，获取桂皮提取物挥发性成分的差异性，并进行定量分析。利用该方法进行挥发性成分分析，操作简便快捷，测定过程可通过自动化方式实现，并具有较高的稳定性和准确性，为桂皮提取物的挥发性成分检测及分析提供了有效的方法。