利用顶空固相微萃取-气质联用分析朝鲜蓟不同干燥温度下的挥发性成分

禹淞文,陈志军,王 厅,鲁方华,文奕峰,丰金玉,赵大兴,张平喜

(常德市农林科学研究院,常德415000)

朝鲜蓟,又称洋蓟、法国百合,被誉为“蔬菜之皇”,富含倍半萜内酯、酚类、黄酮类、木脂素等成分[1],具有抗氧化、降血糖、降血脂、抑菌等[2-5]功效,是天然的、具有高营养价值的保健蔬菜。目前,朝鲜蓟在我国常德地区拥有中国最大规模的种植加工区,其作为特色农业产业重点发展对象,种植面积达1 333.33 hm2,主要加工成罐头产品出口国外。为打开国内市场,满足消费者需求,除将朝鲜蓟进行鲜销外,还可将朝鲜蓟代用茶作为主要推广产品,其相关的基础研究对产品质量的控制具有重要意义。

目前国内关于朝鲜蓟的研究多为以液相色谱检测分析其功能成分以及功效鉴定[6-8],对挥发性成分进行分析的报道较少,白雪等[9]通过SPME-GC-MS测定了朝鲜蓟三个部分(可食中、可食边、不可食)的挥发性成分,主要挥发性成分为烃类化合物,其中β-瑟林烯相对含量最高,分别达到47.62%、70.03%、57.44%。但朝鲜蓟通过干燥处理后的挥发性成分分析还未见报道,不同温度干燥的朝鲜蓟,其香味存在很大差异,对使用朝鲜蓟干物质作为半成品原料进行加工的产品将产生一定的影响,因此本研究通过顶空固相微萃取-气质联用对朝鲜蓟不同干燥温度下挥发性成分进行比较分析,以期为朝鲜蓟产品的开发以及综合应用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

朝鲜蓟鲜果于2019年4月采自常德西洞庭管理区;GCMS-QP 2010 Ultra气相色谱-质谱联用仪日本岛津;SPME;磁力加热搅拌器;恒温鼓风干燥箱。

1.2 试验方法

1.2.1 原料预处理

选择无腐烂、无病害的朝鲜蓟鲜果放入蒸锅内进行蒸汽杀青18 min,将处理好的原料分瓣平铺后按不同温度条件下放入恒温鼓风干燥机中进行干燥,使原料水分含量控制在约12%;将干燥好的原料利用粉碎机进行粉粹并过100目(孔径150μm)筛,然后置于棕色样品瓶内待测。

1.2.2 样品制备

取预处理好的原料2.0 g倒入装有搅拌子的20 mL顶空瓶内,用注射器注入5 mL超纯水并迅速密封,将老化后的装有萃取头的固相微萃取手柄小心插入密封的顶空瓶中,推出萃取头后将顶空瓶放入恒温水浴装置中,于50℃中边搅拌边顶空萃取1 h,然后移出萃取头并立即插入气质联用仪进样口,热解析2 min。

1.2.3 色谱条件

进样口温度240℃,载气为高纯氦气,总流量为11.8 mL∕min,分流进样,分流比为10.0;色谱柱为Rtx-5MS(30.0 m×0.25μm×0.25μm);升温程序:柱温起始40℃保持3 min,然后以3℃∕min升到90℃,保持5 min,再以4℃∕min升到160℃,最后以10℃∕min上升到250℃,保持5 min。

1.2.4 质谱条件

离子源为EI,电子能量70 eV,离子源温度为230℃,接口温度为280℃,电子倍增器电压1.68 kV,扫描质量为35—350(m∕z),全扫描离子采集方式。

1.2.5 数据处理

定性定量分析:计算机检索NIST11谱库比对生成图谱检索报告,按匹配度最大且大于80%的原则进行筛选完成挥发性成分的定性;按峰面积归一法进行定量分析,得到各组分的相对含量。

利用SPSS软件主成分分析(PCA)方法完成统计分析。

图1 朝鲜蓟不同温度干燥下挥发性成分总离子流色谱Fig.1 Total ion current charomatogram of volatile compoents in Artichoke at Different Drying Temperatures

2 结果与分析

2.1 朝鲜蓟挥发性成分GC-MS图谱

通过上述试验条件,对朝鲜蓟不同样品进行GC-MS分析,通过Origin软件综合制图,其挥发性成分总离子流色谱图见图1。

2.2 不同温度干燥下朝鲜蓟挥发性成分的比较

利用HS-SPME GC-MS气质联用技术对朝鲜蓟55℃、65℃、75℃、85℃、95℃条件下干燥后的挥发性成分进行分析,经峰面积归一化法得到各组分相对含量,以相对含量大于0.1%的物质进行统计,分别鉴定出19种、23种、30种、21种和21种挥发性成分,各占总成分的77.69%、74.5%、79.87%、74.27%和82.11%,各组分的结果如表1。

表1 不同温度干燥朝鲜蓟挥发性成分相对含量Table 1 Comparative of the volatile components from artichoke at different drying temperatures

(续表1)

根据表1看出,5个温度条件下干燥的朝鲜蓟样品共鉴定出47种挥发性成分,包括烯类18种、醛类10种、烃类7种、醇类5种、酯类4种、酸类2种、酮类1种,其中萜烯烃类占主要部分,相对含量分别为48.32%、46.43%、49.3%、51.93%和49.7%。55℃条件下含量高的为β-瑟林烯30.53%、香木兰烷21.49%、石竹素8.0%、反式石竹烯7.5%和芴3.33%;65℃条件下主要成分有β-瑟林烯27.37%、全顺式-5,11,14,17-二十碳六烯酸甲酯18.52%、石竹素10.15%、反式石竹烯5.41%和芴3.09%;75℃条件下高含量的有β-瑟林烯30.16%、香木兰烷22.88%、反式石竹烯6.67%、石竹素6.18%和芴1.73%;85℃条件下佛术烯23.74%、香木兰烷16.47%、反式石竹烯11.51%、石竹素10.51%和9-重氮芴1.91%为主要成分;95℃条件下含量最高为β-瑟林烯31.27%、其次为全顺式-5,11,14,17-二十碳六烯酸甲酯20.27%、反式石竹烯7.9%、石竹素7.71%、芴2.85%。

对比5个温度条件下的结果发现,占主要部分的萜烯类化合物的总含量变化不大,主要表现在同分异构体之间的转化;烃类和酯类物质相对含量变化较大。据查资料[10-11],各成分中相对含量较高的物质β-瑟林烯香型为辛香、药香;石竹素具有辛香、木香、花香;反式石竹烯具有淡丁香似香味;佛术烯具有檀香;香木兰烷,全顺式-5,11,14,17-二十碳六烯酸甲酯未找到相关信息。

图2 所有成分主成分分析Fig.2 PCA diagram of all components

为了更直观发现5个温度干燥下朝鲜蓟挥发性成分的差异,通过SPSS软件,以所有成分为变量进行主成分分析(图2),第一主成分占67.79%,第二主成分占22.15%,两者之和大于80%;55℃与75℃、65℃与95℃条件下处理的朝鲜蓟挥发性成分差异很小,可能是因为处理温度高,样品干燥时间相对短,导致挥发性成分转化不彻底,但两组温度在成分上差异较大,主要由酯类物质和烃类物质引起的;85℃条件下的朝鲜蓟挥发性成分与其他温度均存在差异,主要表现在β-榄香烯向同分异构体佛术烯的转化以及其他主要贡献成分的变化。

3 结论与讨论

本研究通过HS-SPME GC-MS技术从55℃、65℃、75℃、85℃、95℃条件下干燥的朝鲜蓟中分别鉴定出19种、23种、30种、21种和21种挥发性成分,各占总成分的77.69%、74.5%、79.87%、74.27%和82.11%。

5个温度条件下朝鲜蓟共检测出47种挥发性成分,包括烯类18种、醛类10种、烃类7种、醇类5种、酯类4种、酸类2种、酮类1种,其中烯类占主要部分。

55℃与75℃、65℃与95℃条件下处理的朝鲜蓟挥发性成分差异很小,但两组温度在成分上差异较大,主要由酯类物质和烃类物质引起的;85℃条件下的朝鲜蓟挥发性成分与其他温度均存在差异,主要表现在β-榄香烯向同分异构体佛术烯的转化以及其他主要贡献成分的变化。

通过对不同温度干燥下朝鲜蓟挥发性成分的对比,了解各条件下成分的差异,不仅可为朝鲜蓟产品的开发提供思路,而且还可为进一步研究阈值确定其特征性挥发性成分打下基础,为朝鲜蓟加工工艺的改进及产品品质提升提供理论指导。