孫培培，黃明泉*，孫寶國，劉 丹

(北京工商大學 北京市食品風味化學重點實驗室，食品添加劑與配料北京高校工程研究中心，北京 100048)

茴香豆揮發(fā)性成分分析

孫培培，黃明泉*，孫寶國，劉 丹

(北京工商大學 北京市食品風味化學重點實驗室，食品添加劑與配料北京高校工程研究中心，北京 100048)

采用頂空固相微萃取(head space solid phase microextraction，HS-SPME)結合氣相色譜-質譜法(gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS)對茴香豆中揮發(fā)性成分進行提取與分析，通過單因素試驗考察萃取頭、萃取時間和萃取溫度對萃取分析結果的影響。結果表明，較優(yōu)的頂空固相微萃取條件為使用75μm Carboxen/PDMS萃取頭于55℃頂空吸附60min；通過GC-MS分析，共鑒定出38種成分，占色譜流出組分總量的86.87%，其中烴類15種、醛酮類13種、醇酚類3種、醚類3種、其他類4種，峰面積相對值較高的有大茴香腦(40.75%)、壬醛(4.16%)、順式茴香腦(3.77%)、檸檬烯(3.48%)、草蒿腦(2.9%)。

茴香豆；頂空固相微萃??；氣相色譜-質譜法；揮發(fā)性成分

蠶豆(Vicia fabaL.)又名為胡豆、羅漢豆，在我國已有兩千年栽培史，是我國重要的豆科作物之一[1]，它高蛋白(含量高達30%)、低脂肪、富含淀粉，且蛋白質中氨基酸種類齊全，具有健脾利濕、清熱消腫、降血脂等功效[2-3]。蠶豆在我國民間有多種食用方法[4]，并可深加工成蠶豆休閑食品[5]、蠶豆醬[6]等。茴香豆是紹興特產，是以干蠶豆作原料，與茴香、桂皮、食鹽等輔料煮至而成[7]。茴香豆酥軟清鮮，香味濃厚，咸而透鮮，回味微甘。如今茴香豆不僅是作為紹興特色的菜肴，還作為紹興特色食品加工包裝成休閑食品。它不僅具有獨特的滋味，而且具有特殊的香味。對茴香豆中揮發(fā)性香成分進行研究有助于進一步開發(fā)茴香豆新產品。

用于食品中揮發(fā)性香成分的提取技術主要有溶劑輔助蒸餾技術[8]、同時蒸餾萃取技術[9]、超臨界萃取技術、固相微萃取技術[10]等。其中固相微萃取(solid phase microextration，SPME)方法快速、簡便、無溶劑，可以與氣相色譜、液相色譜聯(lián)用進行分離，集采樣、萃取、濃縮、進樣于一體，是一種新型的、環(huán)境友好的樣品預處理技術，已廣泛應用于食品、環(huán)境、醫(yī)藥等領域的樣品分析測定；Yu等[11]對中國傳統(tǒng)型豆醬通過固相微萃取進行了GC-MS分析；陸占國等[12]通過固相微萃取對茴香籽香氣成分進行了研究；賈春曉等[13]利用頂空-固相微萃取法結合氣相色譜-質譜法測定了八角茴香揮發(fā)性成分；雷宏杰[14]在蠶豆醬質量的初步研究中應用HS-SPME-GC-MS對傳統(tǒng)發(fā)酵和高溫發(fā)酵兩種工藝的成熟醬醅中的揮發(fā)性風味物質進行了檢測。本實驗采用頂空固相微萃取和氣質聯(lián)用方法分析茴香豆中的揮發(fā)性成分，并對分析出的揮發(fā)性成分進行定量。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

茴香豆 市購。

普通化學試劑均為分析純；C6～C30正構烷烴(色譜純) 北京迪馬科技有限公司。

6890N/5973I氣相色譜-質譜聯(lián)用儀 美國Agilent公司；DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器 河南省予華儀器有限公司；萃取裝置[包括SPME手動進樣手柄、萃取頭(75μm Carboxen/PDMS、100μm PDMS、50/30μm DVB/CAR/PDMS、65μm PDMS/DVB]美國Supelco公司。

1.2 方法

1.2.1 頂空固相微萃取

1.2.1.1 萃取頭老化

在使用萃取頭之前按照Supelco公司推薦的條件在氣相色譜的進樣口老化至檢測無雜峰出現(xiàn)，所選4種纖維頭操作參數(shù)見表1。

萃取纖維類型 膜厚/μm老化溫度/℃ 老化時間/h 用途

Car box en/PDMS 75 30 0 1.0 痕量揮發(fā)性有機化合物

PD MS 100 50 0.5 小分子揮發(fā)性非極性物質DVB/CA R/PDMS 50/30 270 1.0 C3～C20大范圍分析

PD M S/DVB 65 250 0.5 極性揮發(fā)性物質，醇、胺類

1.2.1.2 萃取樣品

取新購買的60g茴香豆放入100mL錐形瓶中，密封，將錐形瓶放入一定溫度恒溫水浴鍋中平衡15min，再將老化好的萃取針頭插入樣品瓶中，用手柄將纖維頭推出置樣品瓶頂空距樣品約5mm，恒溫萃取一定時間；然后抽回纖維頭拔出萃取頭在GC-MS進樣口于250℃解析5min，進行GC-MS分析。

1.2.1.3 頂空固相微萃取條件的優(yōu)化

按照1.2.1.2節(jié)方法，采用單因素選優(yōu)方式對萃取纖維頭、萃取時間、萃取溫度3個影響因素進行考察，通過比較峰面積和峰個數(shù)優(yōu)化萃取條件。

1.2.2 GC-MS分析條件

色譜條件：色譜柱為AB-5MS(30.0m×0.25mm，0.25μm)；進樣口溫度250℃，不分流；載氣He，恒流模式，流速1.0mL/min；升溫程序為起始溫度35℃(保持3min)，以8℃/min的速度升至150℃(保持5min)，再以8℃/min速度升至230℃(保持2min)，再以25℃/min的速度升至280℃(保持2min)。

質譜條件：電子轟擊離子源(electron impact ion source，EI)，電子能量70eV；離子源溫度230℃；四極桿150℃；掃描模式Scan；無溶劑延遲；質量掃描范圍m/z33～300。

1.2.3 定性定量分析

分析結果由Nist 08譜庫檢索結果、保留指數(shù)與人工圖譜解析共同確定，且根據(jù)匹配度均大于70的原則進行鑒定確認，其中保留指數(shù)的計算方法參考文獻[15]。

恒溫時，保留指數(shù)為：

式中：t(a)′為待測組分的調整保留時間；t(n)′為具有n個碳原子的正構烷烴的調整保留時間；t(n＋1)′為具有(n＋1)個碳原子的正構烷烴的調整保留時間。

采用面積歸一化法對檢測出的成分進行簡單定量。

2 結果與分析

2.1 萃取纖維的選擇

按照聚合物的極性，萃取頭的固定相涂層可分為3大類：第1類為極性涂層；第2類為非極性涂層；第3類為中等極性混合型涂層。不同固定相和交聯(lián)鍵合方式所構成的萃取頭對物質的萃取吸附能力不同，根據(jù)美國Supelco公司提供的數(shù)據(jù)資料，本實驗采用75μm Carboxen/PDMS、100μm PDMS、50/30μm DVB/CAR/ PDMS、65μm PDMS/DVB 4種萃取頭在相同的吸附條件(55℃吸附60min)和解吸條件(250℃解吸5min)以及GCMS條件進行考察，各萃取頭萃取茴香豆中揮發(fā)性成分的總離子流圖見圖1。

從圖1可知，75μm Carboxen/PDMS的吸附萃取效果優(yōu)于其他3個，這主要是因為萃取頭涂層的極性不同所致。萃取頭對所分析的化合物有選擇性，對茴香豆樣品而言，75μm Carboxen/PDMS萃取頭更適合，不僅分離出的化合物比較全面，而且風味信號強度也很大，色譜分析響應值較高，因而選擇75μm Carboxen/ PDMS作為本實驗用萃取頭。

圖1 不同萃取頭萃取揮發(fā)性成分的總離子流色譜圖Fig.1 Total ion chromatograms of volatile components from fennel bean using different types of SPME fibers

2.2 萃取時間的選擇

頂空固相微萃取法是一種在平衡狀態(tài)下測定被分析物的方法，萃取頭在吸附時存在吸附-解析平衡，萃取達到平衡的時間受樣品基質、分配系數(shù)、物質的擴散速度等因素影響，故不同樣品達到萃取平衡的時間不同，而不同的萃取時間對萃取結果有一定影響。因此本實驗以75μm Carboxen/PDMS作為萃取頭，在55℃條件下考察萃取時間(20、40、60min)對萃取效果的影響，經(jīng)氣質聯(lián)機分析，不同時間內檢測出峰的個數(shù)、 鑒定出峰的個數(shù)、總峰面積見表2。

表2 不同萃取時間的萃取效果Table 2 Effect of extraction time on chromatographic peak data

從表2可知，20～60min內萃取效率(檢測峰個數(shù)、總峰面積)隨萃取時間延長而提高，所以將萃取時間確定為60min。

2.3 萃取溫度的選擇

溫度對萃取效果的影響具有兩面性：一方面，溫度升高加快樣品分子運動，有利于萃取吸附；另一方面，溫度高又會造成吸附物質的解吸，從而降低萃取頭吸附組分的能力。

本實驗采用75μm Carboxen/PDMS 萃取頭分別在40、55、70℃條件頂空萃取60min，考察溫度對萃取的影響，檢測分析結果見圖2。從圖2可見，55℃時檢測出峰的個數(shù)和萃取量(總峰面積)最大，所以確定較優(yōu)的萃取溫度為55℃。

圖2 不同萃取溫度的萃取效果Fig.2 Effect of extraction temperature on chromatographic peak data

2.4 茴香豆中揮發(fā)性成分的鑒定

表3 HS-SPME提取茴香豆中揮發(fā)性成分的GC-MS分析結果Table 3 Results of GC-MS analysis of volatile components from fennel bean

圖3 揮發(fā)性成分(A)和正構烷烴(B)的總離子流圖Fig.3 Total ion chromatograms of volatiles and normal paraffins from fennel bean

通過單因素試驗，可以確定HS-SPME較佳的萃取條件，即萃取頭為75μm Carboxen/ PDMS、萃取溫度55℃、萃取時間60min。采用上述優(yōu)化后的固相微萃取條件和GC-MS條件測定了茴香豆中的揮發(fā)性成分，并用正構烷烴進行了留指數(shù)定性，其中茴香豆揮發(fā)性成分和正構烷烴總離子流圖如圖3所示，分析鑒定結果如表3所示。

經(jīng)GC-MS分析，結果共檢測到118個峰，經(jīng)Nist 08譜庫檢索、人工圖譜解析結合保留指數(shù)，鑒定出38種揮發(fā)性成分，占色譜總流出峰相對含量的86.87%。由表3知，鑒定出的揮發(fā)性成分包括烴類15種、醛酮類1 3種、醇酚類3種、醚類3種、其他類4種；其中相對含量較高的主要有反式茴香腦(40.75%)、正十五烷(6.51%)、正十六烷(5.59%)、壬醛(4.16%)、順式茴香腦(3.77%)、檸檬烯(3.48%)、正十四烷(3.11%)、正十七烷(2.96%)、草蒿腦(2.9%)。

茴香豆揮發(fā)性香成分中，芳香醚類化合物總含量最高，達47.42%，其中反式茴香腦相對含量最高為40.75%、順式茴香腦3.77%、草蒿腦、2.9%，大多來自于茴香豆的輔料——茴香，同時也是茴香的主要香成分[12-13]。茴香腦具有茴香的特征香氣，草蒿腦具有大茴香醚樣甜味、薄荷、藥香的香氣[31]，它們賦予茴香豆茴香醚樣特征香氣，并且可以使整體香氣擴散性好。

醛酮類化合物鑒定出13種，總含量11.45%，其中含量較大的是壬醛4.16%、2-十一烯醛1.74%、癸醛1.23%、十一醛1.21%。這些產物可能為脂肪酸自動氧化、降解的產物。其中壬醛具有強烈的油脂氣味和甜橙氣息，2-十一烯醛具有醛香、蠟香、柑橘香、脂肪香和青香，癸醛具有蠟香、柑橘香、花香香氣，十一醛具有脂肪、花香、柑橘香[31]，這些揮發(fā)性成分對茴香豆的風味可能有重要貢獻，賦予了茴香豆特定的果香、脂肪香。由于醛酮類化合物閾值較低，其他類的醛酮對茴香豆的香氣可能也有一定的貢獻。

萜類化合物鑒定出8種，包括2種萜醇、6種萜烯，在文獻中均有報道[12-13]，其中含量較大的是檸檬烯3.48%、芳樟醇1.22%、萜烯醇0.64%。檸檬烯具有甜香、檸檬香；芳樟醇既有紫丁香、鈴蘭與玫瑰的花香，又有木香、果香氣息；萜烯醇具有青香和木香[31]，他們也是茴香揮發(fā)油的主要成分，雖然含量較低，但它們的存在對茴香豆的香氣可能也有一定貢獻。

3 結 論

3.1 本實驗采用HS-SPME-GC-MS聯(lián)用技術分析了茴香豆中的揮發(fā)性風味成分，優(yōu)化了HS-SPME的條件——萃取頭的選擇、萃取時間、萃取溫度，得到較佳的HSSPME條件為萃取頭75μm Carboxen/PDMS、萃取溫度55℃、萃取時間60min。

3.2 在較佳的萃取條件下對茴香豆中香氣成分進行分析，結果共鑒定出38種成分，其中烴類15種、醛酮類1 3種、醇酚類3種、醚類3種、其他類4種，相對含量較高的化合物有大茴香腦(40.75%)、正十五烷(6.51%)、正十六烷(5.59%)、壬醛(4.16%)、順式茴香腦(3.77%)、檸檬烯(3.48%)、正十四烷(3.11%)、正十七烷(2.96%)、草蒿腦(2.9%)等。

3.3 對茴香豆?jié)庥麸L味的形成有重要貢獻的揮發(fā)性成分可能主要來自芳香醚類化合物和醛酮類化合物。但是對于關鍵性香味物質的確定還需進行一系列探討和研究，如利用氣相色譜- 味覺測量技術(gas chromatographyolfactometry，GC-O)，通過香味提取物稀釋分析法(aroma extract dilution analysis，AEDA)進行風味稀釋(flavor dilution factor，F(xiàn)D)因子和香味活度值(odour activity values，OAVs)的測定等。

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Analysis of Volatile Components from Fennel Bean

SUN Pei-pei，HUANG Ming-quan*，SUN Bao-guo，LIU Dan
(Beijing Key Labaratory of Flavor Chemistry, Beijing Higher Institution Engineering Research Center of Food Additives and Ingredients, Beijing Technology and Business University, Beijing 100048, China)

The volatile components of fennel bean were extracted by head space solid phase microextraction (HS-SPME) and analyzed by gas chromatography mass spectrometry (GC-MS). The optimum operating conditions for SPME were determined as following: head space adsorption at 55 ℃ for 60 min using a 75 μm Carboxen/PDMS fiber. A total of 38 compounds were identified, representing 86.87% of the total peak area and consisted of 15 hydrocarbons, 13 aldehydes and ketones, 3 alcohols, 3 phenols, 3 ethers and 4 other compounds. The prevailing compounds were 1-methoxy-4-(1-propenyl) benzene (40.75%), nonanal (4.16%), cis-anethole (3.77%), limonene (3.48%), and estragole (2.9%).

fennel bean；head space solid phase microextraction (HS-SPME)；gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS)；volatiles

TS207.3

A

1002-6630(2011)20-0200-06

2011-06-30

“十二五”國家科技支撐計劃項目(2011BAD23B01)；北京市屬高等學校人才強教計劃項目(PHR20090504)

孫培培(1985—)，女，碩士研究生，研究方向為香料化學。E-mail：zixinsp@163.com

*通信作者：黃明泉(1977—)，男，講師，博士研究生，研究方向為香料化學。E-mail：hmqsir@163.com