基于分子感官科学的香紫苏精油特征香气成分分析

吴继忠，帖金鑫，李石头，许高燕，刘崇盛，田雨农，廖付，杨靖

(1.浙江中烟工业有限责任公司技术中心，杭州 310002；2.郑州轻工业大学食品与生物工程学院，郑州 450002)

香紫苏(SalviasclareaL.)为唇形科鼠尾草属2年生或多年生草本植物，花穗含有精油，常用于食品、日化、医药等行业，具有很高的使用价值[1]。刘博等[2]采用超临界萃取技术提取香紫苏残渣并利用GC-MS对香气成分进行分析。王爱霞等[3]对香紫苏中香气成分的变化情况进行了系统分析，发现提取物中乙酸芳樟酯含量最高，且香气成分的数量和质量随着成熟度的增加而增加。白冰等[4]发现香紫苏精油中芳樟醇和乙酸芳樟酯对香气的贡献最大。

目前，对芳香植物中精油主要香气成分的确定主要是利用GC-MS进行定量分析[5-7]，含量高的即为主要香气成分，该方法虽然可以明确香气成分的组成及含量差异，但无法确定对精油香气起关键作用是哪些成分。人们仅以香气成分的含量来确定其对整体香气的贡献度，但是对一些精油中主要成分含量差异大而香气特征无明显差异的现象无法合理地解释。

GC-MS-O(气相色谱-质谱-嗅觉)测定是将人的感官与现代仪器相结合的一种技术，利用该技术通过FD因子(香气稀释因子)的大小可以判断复杂体系中的香气活性成分，在国内外已得到广泛应用[8-9]。研究发现，在复杂的香气体系中，香气成分的贡献度大小不仅取决于含量，而且与其自身阈值有关，因此需从含量和阈值两个方面进行判定[10]。OAV(香气活力值)是指香气成分在香气体系中的质量浓度(ρ)与其香气阈值(T)的比值，即OAV=ρ/T[11]，OAV概念的提出为解决上述问题提供了新的方法和手段。一方面，由于各香气成分之间阈值存在差异；另一方面，在同一体系中香气成分的含量不同。因此，各成分的OAV存在一定的差异，OAV越大，贡献越大，越说明该成分是关键成分。当前,国内外进行的关于OAV的研究大量集中在发酵制品[12-14]、水果[15-17]、酒类[18-20]、香精香料[21-23]、烟草[24-25]等领域，本研究首先采用GC-MS技术分析确定香紫苏精油中香气成分的种类和含量，在此基础上利用GC-MS-O确定其中的香气活性成分，再结合香气阈值的数据[26]获得各成分的OAV，进而筛选出关键成分，为更好地开发利用香紫苏提供一定的研究基础。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

香紫苏精油：市售；D-柠檬烯、芳樟醇、α-松油醇、橙花醇、柠檬醛、乙酸芳樟酯、乙酸橙花酯、乙酸香叶酯、石竹烯、乙酸叶醇酯、大茴香醛、香叶醇、桉叶醇、6-甲基-5-庚烯-2-酮、异丁酸苯乙酯、异胡薄荷醇、乙酸异龙脑酯、苯甲醇、无水乙醇、无水硫酸钠：AR，国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

7200/7890B型气质联用仪 美国安捷伦科技公司；KQ2200B型超声波提取装置 昆山市超声仪器有限公司；LA-230S型电子天平(感量0.001 g) 北京赛多利斯仪器系统有限公司；RE-52A型旋转蒸发仪 上海亚荣生化仪器厂。

1.3 实验方法

1.3.1 香紫苏精油成分分析

称取一定量香紫苏精油，用二氯甲烷溶液稀释，对其进行GC-MS成分分析。

色谱条件：HP-5MS 5% Phenyl Methyl Silox色谱柱(30 m×250 μm×0.25 μm)，载气：氦气，流量：1.0 mL/min，进样口温度：280 ℃，进样量：1.0 μL，分流比：70∶1，溶剂延迟8 min。升温程序：初始温度40 ℃，以5 ℃/min的速率升温至200 ℃，保持5 min。质谱条件：离子源EI，电离能量70 eV；传输线温度280 ℃；离子源温度230 ℃；四级杆温度150 ℃；质谱检索谱库：NIST II谱库和PBM谱库。

1.3.2 香气活性成分分析

将香紫苏精油用无水乙醇按照2n(n=0,1,2,3，……)逐级进行稀释，稀释后的样品依次通过GC-MS-O进行分析，3位评价人员在嗅闻端口记录所闻到的香气特征，嗅辨结果相同的人数≥2时，认为结果可靠，记录不同化合物最后能闻到香气时的稀释倍数即为该化合物的FD因子。当FD≥2时，认为该物质是被分析样品中的香气活性成分。

1.3.3 香气活力值计算

化合物的香气活力值(OAV)的计算方法见式1。当该物质的OAV≥1时，该物质被认为对分析样品的香气有贡献。

OAV=某体系中香气化合物浓度/该香气化合物的香气阈值。

(1)

2 结果与分析

2.1 香气活性成分分析

香紫苏油的总离子流色谱图见图1，采用NIST II谱库检索，结合保留指数RI[27]，并和标准品比对进行定性分析，同时按照1.3.2的方法分析香紫苏精油中各化合物的FD因子，分析结果见表1。

图1 香紫苏油样品溶液的总离子流色谱图

表1 香紫苏油中化学成分的分析结果

续 表

由表1可知，从香紫苏油中共鉴定出34种成分，主要成分为乙酸芳樟酯、芳樟醇、α-松油醇、乙酸香叶酯、石竹烯、橙花醇、乙酸橙花酯、香叶醇等，占总含量的90.4%。其中有17种成分的FD因子≥2，在香紫苏精油香气成分定性分析基础上，选择这17种香气活性成分开展定量分析，17种目标成分的标准工作曲线见表2。

表2 主要致香成分的标准工作曲线

续 表

由表2可知，17种化合物标准工作曲线的线性关系系数都在0.999以上，说明标准工作曲线适用于17种香味成分的定量分析。

17种香味成分的检出限、定量限、精密度和回收率见表3。

表3 方法的检出限、定量限、精密度和回收率

由表3可知，在测定的17种目标化合物中， RSD为4.3%～9.5%，说明实验的重复性很好，加标回收率都在80%以上，说明结果比较准确，适合进行定量分析。

2.2 香紫苏精油香气特征分析

采用以上分析方法，分别对香紫苏精油的主要香味成分进行分析，每个样品分别进行6次平行测定，取平均值。根据香紫苏精油17种香味成分的香气阈值及其含量，计算各香味成分的香气活力值，17种主要香味成分的定量结果和香气活力值见表4。

表4 香紫苏油主要香气成分的香气活力值

续 表

由表4可知，香紫苏精油的主要致香成分是乙酸芳樟酯和芳樟醇，二者含量占总量的81.7%，其次是α-松油醇，含量达到11.3%，其余14种成分含量较低，仅占总量的7%。果香香韵的2种化合物中，D-柠檬烯的含量和柠檬醛相当，但其香气阈值要大于柠檬醛，所以其OAV比柠檬醛的低，说明彰显果香香韵的特征成分主要是柠檬醛；花香香韵的7种化合物中，芳樟醇的香气阈值虽然最大，但其含量远远高于其他6种化合物，因此它的OAV最大，乙酸叶醇酯的含量虽然很低，但它的香气阈值最小，因此它的OAV与橙花醇、香叶醇、乙酸香叶酯相当，彰显花香香韵的特征成分主要是芳樟醇；木香香韵的2种化合物中，乙酸芳樟酯的含量比桉叶醇高4个数量级，且其香气阈值只比后者高2个数量级，所以其OAV远远大于桉叶醇，说明彰显木香香韵的特征成分主要是乙酸芳樟酯；青香香韵的4种化合物的香气阈值差别不大，因此OAV主要由含量来决定，α-松油醇的含量远高于其他3种化合物，所以彰显青香香韵的特征成分主要是α-松油醇；药草香韵的2种化合物的香气阈值很接近，但异胡薄荷醇的含量要高于乙酸异龙脑酯，所以其OAV要大于乙酸异龙脑酯，彰显药草香香韵的特征成分主要是异胡薄荷醇。

将相同香韵的香气活力值进行加和，分别获得5种香韵的香气活力值，取以10为底的对数，并做雷达图进行分析，结果分别见表5和图2。

表5 香紫苏精油5种香韵的香气活力值及其对数值

图2 香紫苏精油香气风格特征图

由表5和图2可知，香紫苏精油的主要香韵为药草香、青香和木香香韵，其次为花香和果香。这与文献[28]中对香紫苏精油“具有药草、青香、木香气息和葡萄酒、琥珀香气”的香气描述相符，说明基于香气活力值的香紫苏精油特征香气成分分析结果是可靠的。

3 结论

本文利用GC-MS联用技术对香紫苏精油中的致香成分进行了分析，定性了34种挥发性成分，随后通过GC-MS-O技术确定了其中17种香气活性成分，对这些香气活性成分进行了定量分析，并获得其OAV，并基于OAV对其香气特征进行了分析。结果表明，17种主要成分可以分为5个香韵，彰显果香香韵的关键成分是柠檬醛，花香香韵的关键成分是芳樟醇，木香香韵的关键成分是乙酸芳樟酯，青香香韵的关键成分是α-松油醇，药草香韵的关键成分是异胡薄荷醇；结合香紫苏精油的香气风格特征雷达图来看，其主要香韵为药草香和青香香韵，其次为花香和木香，与感官评价结果一致。相对于传统方法依据精油中成分含量高低来判定复杂体系中的关键香气成分，本文采用基于香气活力值的判定新方法，可以更加全面、客观地反映精油的香气特征与香气成分之间的关系。