HS-SPME-GC-MS 分析室温及液氮低温预处理鱼腥草的香气挥发性成分

陈金明，陈恺嘉

（广州联丰香料科技有限公司，广东 广州 510663）

鱼腥草（Houttuynia cordata Thunb.）是三白草科蕺菜属植物蕺菜的带根全草[1]，别名折耳根、猪鼻孔，我国西南地区的云南、贵州、四川等地居民将其作为一种保健常用食品食用[2]。在《中华人民共和国药典》中记载，鱼腥草具有清热解毒、消痈排脓、利尿通淋等功效，在临床上可用于治疗肺痈吐脓、痰热喘咳、热痢、热淋、痈肿疮毒[3]等，被誉为中药中的广谱抗生素[4]。国家卫生部将鱼腥草纳入“既是药品，又是食品”的药食两用植物[5]。但是因为鱼腥草有怪异的腥气，喜食的人喜之，不喜之人却认为其腥气难以接受[6]，这有碍对鱼腥草的深度加工应用。为了使鱼腥草被更多的人们所接受，发挥其食用保健作用，有人从挥发性油提取及其成分出发研究，如曾虹燕等[7-8]利用醚和超临界CO2萃取技术对挥发油成分进行提取，或是复合其他材料对鱼腥草做初加工处理，如与葛粉复合做成保健饮料[9]，与苦丁茶叶混合做成鱼腥草苦丁茶保健茶饮[10]，与蜂蜜混合做成保健液[11]，或是直接做成鱼腥草含片[12]和鱼腥草保健酒[13]。但是对鱼腥草挥发性香气成分的分析报道较少，张道英等[14]通过酶解法辅以GC-MS 对鱼腥草挥发性香气成分进行了分析。

本文基于液氮温度极低[15]且可减缓物品氧化过程的特性[16]，利用液氮超低温对鱼腥草进行处理，同时辅以HS-SPME 进行挥发性香气吸附，再利用GCMS 分析，对比其与常温处理下鱼腥草香气成分的含量变化，从香气分析角度了解鱼腥草的特殊气味来源，以期为后续对鱼腥草的深加工提供理论依据，为食品工业提供新的思路和工艺思考。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 材料与试剂

鱼腥草，选取贵州当地当季新上市的鱼腥草。氯化钠为分析纯试剂；液氮，广州市粤港气体工业有限公司。

1.1.2 仪器与设备

75 μm CAR/PDMS 萃取头，手动SPME 进样器，15 mL SPME 专用样品采集瓶，美国Supelco 公司；7890A/5975C 气相色谱-质谱联用仪，美国Agilent 公司；ZNCL-DLS 恒温磁力加热搅拌器，上海科升公司；GX-300 电子天平，日本A&D 公司；Research plus 10～100 μL 移液枪，德国Eppendorf 公司。

1.2 方法

1.2.1 样品处理

将鱼腥草表面泥土杂物洗净，擦干表面水分，切段，随机分成两等份。取其中一部分在室温（25 ℃）条件下用粉碎机打碎后作为待测样品；另一部分分3 次倒入等体积液氮，使样品冷冻彻底后再用粉碎机打碎后作为待测样品。

1.2.2 HS-SPME 条件

将固相微萃取头在气相色谱进样口以250 ℃老化30 min。称取5 g 待测样品放入SPME 专用样品采集瓶中，加入1.5 g 氯化钠和转子，在恒温水浴锅里50 ℃预热保温20 min。将老化后的固相微萃取头通过隔垫插入采集瓶中，推出纤维头，在50 ℃温度条件下顶空吸附30 min。随后插入GC-MS 进样口，于250 ℃解析2 min，进行数据采集。所有样品重复3 次。

1.2.3 GC-MS 条件

气相色谱条件：Agilent 色谱柱19091S-433（30 m×250 μm, 0.25 μm）毛细柱；柱流速0.8 mL/min，初始柱温40 ℃，保持2.5 min，以5 ℃/min 升温至160 ℃，保持2 min，再以10 ℃/min 升温至230 ℃，保持3 min 后结束；载气为高纯氦气（纯度＞99.999%），进样口温度250 ℃，恒压31.1 kPa；进样模式为不分流模式。

质谱条件：EI 电离方式；离子源温度230 ℃，四级杆温度150 ℃；采集模式为全扫描，质量扫描范围50.00～550 amu；溶剂延迟0 min；增益EMV 模式，增益系数1.00。

1.2.4 定性定量分析

定性分析：在“1.2.1”和“1.2.2”条件下对待测样品进行测定，通过NIST 标准质谱库匹配和人工解析，得到定性结果（取相似度＞800 的化合物鉴定结果）。定量分析: 根据峰面积，采用峰面积归一化法计算各组分的相对百分含量。

1.2.5 数据处理

利用Microsoft Excel 软件对试验结果进行统计分析、数据处理。

2 结果与分析

2.1 不同预处理鱼腥草挥发性香气成分分析

由表1 可见，鱼腥草在两种预处理条件下获得挥发性香气化合物成分包括烯烃类、酯类、醛类、醇类、酮类、其他类共6 类。用常温预处理的鱼腥草共鉴定出挥发性香气成分22 种，其中烯烃类7 种、酯类5种、醛类3 种、醇类4 种、酮类2 种、其他类1 种，总相对含量分别为39.79%、27.13%、2.24%、4.59%、9.74%、16.50%；利用液氮低温预处理共鉴定出挥发性香气成分29 种，其中烯烃类11 种，酯类8 种、醛类6 种、醇类2 种、酮类1 种、其他类1 种，总相对含量分别为56.05%、23.46%、3.88%、1.26%、14.34%和1.01%。

表1 不同预处理方法鱼腥草香气成分组成及相对含量变化Table 1 Changes of aroma compositions and relative contents of Houttuynia cordata under different pretreatment methods

在常温预处理下鱼腥草分析得到22 种有效挥发性香气成分，其中烯烃类、酯类含量较高，占总成分含量的66.92%，是鱼腥草的主要香气组分构成。烯烃类（7 种）占总组分的39.79%，β-蒎烯、柠烯、石竹烯的含量较高，分别占总烯烃类化合物含量的43.65%、22.44%和18.01%，是常温预处理鱼腥草中烯烃类的主要成分组成；酯类（5 种）占总组分的27.13%，其中乙酸龙脑酯、乙酸松油酯和乙酸香叶酯的含量较高，分别占总酯含量的47.73%、21.93%、21.37%，是常温预处理鱼腥草中酯类的主要成分组成。另外石竹烯氧化物——石竹素（归入其他类）在常温预处理鱼腥草中含量显著（16.50%）。该检测结果与张延智等[17]对鱼腥草挥发油检测的结果相近。

2.2 常温预处理和液氮低温预处理鱼腥草挥发性香气成分对比

结合表1 和图1 可知，鱼腥草在常温预处理下所检测出的挥发性有效成分数量（22 种）比液氮低温预处理后所检出的挥发性有效成分数量（29 种）要少。其中液氮低温预处理后检出的烯烃类（11 种）、酯类（8 种）、醛类（6 种）均多于常温预处理（7 种、5种、3种），而常温预处理后检出的醇类（4 种）和酮类（2种）却比液氮低温预处理后检出的多（2 种、1种）。另外，两种预处理均检出石竹素（归入其他类）。总体来看，烯烃类和酯类的检出数量较多，可能对鱼腥草的香气风味有重要作用。

图1 不同预处理对鱼腥草香气成分数量的影响Fig.1 Effects of different pretreatments on the quantities of aroma compounds

从检测出的各种有效挥发性香气成分相对含量（图2）来看，烯烃类：常温预处理（39.79%）＜液氮低温预处理（56.05%）；酯类：常温预处理（27.13%）＞液氮低温预处理（23.46%）；醛类：常温预处理（2.24%）＜液氮低温预处理（3.88%）；醇类：常温预处理（4.59%）＞液氮低温预处理（1.26%）；酮类：常温预处理（9.74%）＜液氮低温预处理（14.34%）；其他类化合物：常温预处理（16.50%）＞液氮低温预处理（1.01%）。鱼腥草在经过液氮低温预处理后所检测出的烯烃类、醛类和酮类化合物含量较常温预处理后检测出的含量高，而常温预处理的鱼腥草在检测出酯类、醇类、其他类化合物的效果比液氮低温预处理好一些。两种方式中烯烃类和酯类的相对含量总和均高于65%，说明烯烃类和酯类可能对鱼腥草的风味有很大影响。

图2 不同预处理对香气成分相对含量的影响Fig.2 Effects of different pretreatments on the relative contents of aroma compounds

常温预处理和液氮低温预处理的鱼腥草共有的挥发性香气成分有19 种，分别占各自总含量的98.24%和91.31%，说明常温预处理（挥发性香气成分共22种）和液氮低温预处理（挥发性香气成分共29 种）的鱼腥草在主要挥发性香气成分的种类和含量上差异不大，液氮低温预处理只是能提取出更多鱼腥草中的微量挥发性香气成分。在共同拥有的挥发性香气成分中，烯烃类化合物有7 种，分别为α-蒎烯、莰烯、β-蒎烯、柠烯、罗勒烯、松油烯和石竹烯，其中β-蒎烯、柠烯、石竹烯在两种处理方法中含量占比排在前三位，β-蒎烯在常温预处理和液氮低温预处理的相对含量分别为17.37%和18.27%；柠烯的相对含量分别为8.93%和9.40%；石竹烯的相对含量分别为7.17%和15.82%。液氮低温预处理对3 种成分的吸附影响均略高于常温预处理组，特别是对石竹烯的吸附解析效果更为明显，推测是低温能有效减缓石竹烯在预处理过程中的消散，从而在后续吸附过程中被更多地收集获得。

常温预处理和液氮低温预处理的鱼腥草共有的挥发性酯类香气成分有5 种，分别为乙酸龙脑酯、乙酸松油酯、乙酸橙花酯、乙酸香叶酯和癸酸乙酯，其中乙酸龙脑酯在两种处理方法中相对含量均为第一（常温预处理12.95%，液氮低温预处理11.96%），其次为乙酸松油酯（常温预处理5.95%，液氮低温预处理3.45%）和乙酸香叶酯（常温预处理5.80%，液氮低温预处理5.46%）。总的来说，在挥发性酯类香气成分的吸附上，常温预处理的方法略优于液氮低温预处理，但差异相对较小。

常温预处理和液氮低温预处理的鱼腥草共有香气成分如下：挥发性醛类香气成分有3 种，分别为壬醛（常温预处理0.51%，液氮低温预处理0.62%）、癸醛（常温预处理0.73%，液氮低温预处理1.61%），β-环柠檬醛（常温预处理1.0%，液氮低温预处理0.45%），液氮低温预处理鱼腥草中醛类含量较高；醇类2 种，为壬醇和松油烯-4-醇，常温预处理下的壬醇和松油烯-4-醇相对含量较高，分别为1.22%和2.33%，液氮低温预处理吸附效果略弱，仅有0.74%和0.52%；酮类1种，为甲基正壬酮，液氮低温预处理下的相对含量较高为14.34%，常温预处理仅有9.74%；其他化合物1种，为石竹素，在常温预处理下相对含量高达16.50%，而液氮低温预处理仅1.01%。

2.3 香气分析

选取各香气类别中常温预处理和液氮低温预处理所共有的挥发性香气成分含量靠前的成分进行香气描述分析，参见表2。

表2 部分挥发性香气成分的香气描述Table 2 Aroma descriptions of some volatile aroma components

从香气含量、种类分布和香气描述上可以归纳得出，鱼腥草是以乙酸龙脑酯、乙酸松油酯为代表的木香和以柠烯、蒎烯为代表的新鲜辛木香为主构成的主体香气特征，佐以甲基正壬酮的特征蜡香和柑橘果香所构成的香气特征。

3 讨论与结论

HS-SPME 技术是目前行业中常被使用且较为先进的检测挥发性香气成分的前处理技术手段[19]，集采样、萃取、浓缩、进样于一体[20]，具有装置简单、操作简便、测试快、重现性好、费用低等优点[21]，氮气作为氧气制备的副产物，随着工业技术的提升，成本进一步降低，现在已普遍应用于食品行业中[22]。本试验利用液氮的极冷和抗氧特性，采用HS-SPME-GC-MS 对鱼腥草的挥发性香气成分进行常温和低温前处理的对比分析。结果表明，低温处理后的鱼腥草挥发性成分较常温预处理下的挥发性香气成分检出数量多，烯烃类物质多于常温检出的数量，烯烃类物质多存在于新鲜的植物中，液氮处理可以有效保持植物的鲜度。酯类和醛类的数量亦较常温下检出的数量多，低温处理下的醛类物质相对含量高于常温处理，酯类物质略低于常温处理。醛类和酯类是香料行业中常使用到的两大种类物质，它们共同构成鱼腥草的主体香气种类，其中检测出的乙酸龙脑酯、乙酸松油酯、壬醛等物质更是构成鱼腥草的主体香气成分。另外曾虹燕等[7]检测出鱼腥草的特征香气物质甲基正壬酮在本次试验中也被检测出，液氮低温处理后的鱼腥草检出的甲基正壬酮相对含量更高。从检测出的挥发性香气成分种类数量、各自的相对含量和特征香气物质的相对含量来看，初步认为液氮低温预处理后的效果比常温预处理的效果更为有效，可为后续对鱼腥草香气深加工提供有效的理论依据。