張　娜,張伯男,閻瑞香,*,趙龍車,宋茂樹

(1.國家農產品保鮮工程技術研究中心(天津),天津市采后生理與貯藏保鮮重點實驗室,天津 300384;2.天津農學院食品科學與生物工程學院,天津 300384;3.壽光市鵬朔食品食品進出口有限公司,山東壽光 262702)

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SPME/GC/MS法檢測蒜薹中的揮發(fā)性成分

張娜1,張伯男2,閻瑞香1,*,趙龍車3,宋茂樹1

(1.國家農產品保鮮工程技術研究中心(天津),天津市采后生理與貯藏保鮮重點實驗室,天津 300384;2.天津農學院食品科學與生物工程學院,天津 300384;3.壽光市鵬朔食品食品進出口有限公司,山東壽光 262702)

采用兩種萃取頭(50/30 μm DVB/CAR/PDMS和100 μm PDMS),利用頂空固相微萃取(SPME)-氣質聯(lián)用(GC/MS)分析四個大蒜主產地蒜薹中的揮發(fā)性成分。研究結果表明,100 μm PDMS萃取頭適合分析蒜薹中的揮發(fā)性成分,永年、惠民、商河、廣饒四個產地的蒜薹共有的含硫化合物為二烯丙基二硫醚、甲基烯丙基三硫醚、二烯丙基三硫醚、二烯丙基硫醚、3-乙烯基-1,2-二硫雜-4-環(huán)己烯、 1,3-二硫酸-2-硫酮、3,4-二甲基噻吩、1,3-二噻烷，其中二烯丙基二硫醚的含量最高。進一步分析表明,蒜薹不同部位的含硫化合物含量有一定差異,蒜薹含硫化合物含量:根部>莖中部>莖上部。本研究對于促進蒜薹加工利用,拓寬蒜薹產業(yè)鏈具有重要意義。

蒜薹,揮發(fā)性成分,含硫化合物,固相微萃取,氣-質聯(lián)用

蒜薹即大蒜的花苔,脆嫩鮮美,風味獨特,具有很高的營養(yǎng)價值,富含碳水化合物、維生素、氨基酸、蛋白質,是一種集調味品、食品加工原料和藥用原料為一體的多用途蔬菜[1-2],蒜薹與大蒜一樣含有豐富的含硫化合物(二烯基丙烯基二硫化物、烯丙基二硫化物、硫青酸、蒜氨酸、丙氨酸等),這些含硫化合物具有抗菌、消炎、抗病毒、抗癌等藥用價值[3],因此被廣泛應用于保健食品中以及農業(yè)生產中,也開始被更多的人所熟知、關注,而到目前為止農業(yè)生產上所用含硫化合物一般都是人工合成的,安全風險性高,保健食品一般都是從大蒜中加工提取出來的,但是蒜薹作為大蒜的副產物也含有豐富的含硫化合物[4-6],因此如何對蒜薹中含硫化合物進行分析測定顯得尤為重要。

含硫化合物是蒜薹揮發(fā)性成分的重要組成部分,通過對蒜薹揮發(fā)性成分分析,就可以明確蒜薹中含硫化合物的組成及含量。近年來蒜薹的揮發(fā)性成分的分析和提取研究開始增多,費菁等采用水蒸氣蒸餾法分析了蒜薹的揮發(fā)性成分,但水蒸氣蒸餾法操作繁瑣、費時,靈敏度低,準確性差[4];王長柱采用頂空法分析蒜薹的揮發(fā)性成分,雖然操作簡便但是檢測出的化合物種類少,尤其是蒜薹中重要的三硫和四硫化合物基本上未檢出[5]。頂空固相微萃取通過對揮發(fā)性成分進行富集或濃縮,集采樣、萃取、濃集、進樣于一體,避免過多的操作誤差,具有操作時間短,無萃取溶劑,對環(huán)境危害小重現(xiàn)性好,選擇性高,適合于樣品前處理[6]。但是關于采用頂空固相微萃取法萃取(SPME)-氣質聯(lián)用(GC/MS)分析蒜薹揮發(fā)性成分的研究尚未見報道。我國栽培大蒜的歷史悠久,在長期的栽培馴化和選擇過程中,形成了眾多的地方品種,因此也形成了不少的名優(yōu)蒜薹品種。本課題組在前期研究發(fā)現(xiàn),不同蒜薹品種品質差異很大,而且由于蒜薹薹莖較長,從薹梢到薹基各部位質地與組分差異較大,所耐低溫也各不相同[7-8]。對于蒜薹不同產區(qū)、不同部位所含揮發(fā)性成分是否也有一定差異,目前還沒有相關報道。

本文分別采用50/30 μm DVB/CAR/PDMS和100 μm PDMS的萃取頭對四個產地廣饒、惠民、永年、商河蒜薹的揮發(fā)性成分進行富集萃取,并通過氣質聯(lián)用儀進行分析,明確不同產地蒜薹及蒜薹不同部位揮發(fā)性成分的差異,以期為促進蒜薹加工利用,延長蒜薹產業(yè)鏈提供理論依據(jù)和技術支持。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

2015年5月23日分別在廣饒、惠民、永年、商河等四個大蒜主產地采收蒜薹,每個產地分別選取3個種植地(種植面積5畝以上)進行采收。采收后立即運回國家農產品保鮮工程技術研究中心(天津)0 ℃實驗庫中貯藏,待用。

榨汁機、移液槍、樣品瓶、水浴鍋、秒表、手動固相微萃取裝置、美國Supelco公司的萃取頭50/30 μm DVB/CAR/PDMS的灰色萃取頭(以下標記為G-fibers)和100 μm PDMS的紅色萃取頭(以下標記為R-fibers),Finnigan TRACE DSQ氣質聯(lián)用儀。

1.2實驗方法

1.2.1萃取方法初次使用的萃取頭需在氣相色譜進樣口老化2 h(250 ℃)。選取8～10根蒜薹進行榨汁,并用四層紗布過濾。取6 mL濾液于樣品瓶中,加蓋封口。將萃取瓶40 ℃恒溫水浴10 min。取出后,置于磁力攪拌萃取裝置上,溫度設定為40 ℃,轉速1100 r/min,將老化好的萃取頭插入樣品瓶頂空部分,萃取40 min。

1.2.2色譜條件采用DB-5毛細管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm),程序升溫,40 ℃保持2 min,以10 ℃/min升溫到220 ℃保持20 min;進樣口溫度240 ℃,采用不分流,載氣He,流量1.0 mL/min,萃取頭在進樣口脫附3 min。

1.2.3質譜條件電子轟擊(EI)離子源,檢測器電壓350 V,離子源溫度200 ℃,傳輸線溫度250 ℃,電子能量70 eV,掃描質量范圍35～650 m/z。

1.3數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

實驗數(shù)據(jù)采用SPSS統(tǒng)計軟件進行顯著性分析,差異顯著性水平為0.05。

2　結果與討論

2.1兩種規(guī)格萃取頭的比較

含硫化合物是蒜薹發(fā)揮藥理功能非常重要的化合物,主要包括1,3-二噻烷、二烯丙基硫醚、二烯丙基二硫醚、二烯丙基三硫醚、二甲基三硫醚和烯丙基甲基三硫醚等6種[9]。

本文采用G-fibers和R-fibers兩種萃取頭對永年、惠民、商河、廣饒四個產地的蒜薹中的揮發(fā)性成分進行頂空萃取,通過計算不同產地蒜薹中6種含硫化合物的峰面積之和來確定適合分析蒜薹揮發(fā)性成分的萃取頭,結果見表1。

由表1可以看出兩種萃取頭對6種含硫化合物的測定結果具有一定的差異,G-fibers分析四個產地蒜薹的6種含硫化合物峰面積之和分別為38.78%、39.64%、37.20%、40.96%,R-fibers分析四個產地蒜薹的6種含硫化合物峰面積之和分別為50.81%、52.53%、44.13%、53.99%,R-fibers萃取的四個產地蒜薹含硫化合物的峰面積之和均高于G-fibers,方差分析結果表明,R-fibers萃取的四個產地蒜薹含硫化合物與G-fibers萃取的具有顯著性差異(p<0.05),因此R-fibers更適合于分析蒜薹含硫化合物。造成這種差異的原因可能是蒜薹中的含硫化合物大部分是弱極性的醚類化合物,而R-fibers的涂層為聚二甲基硅氧烷(PDMS),該涂層對于小分子量、揮發(fā)性及極性化合物具有很好的吸附性[10]。四個產地含硫化合物含量:廣饒>惠民>永年>商河,其中二烯丙基硫醚是蒜薹中含量最高的含硫化合物。

2.2四個產地的蒜薹中主要揮發(fā)性物質的比較

表1　兩種萃取頭對四種產地的蒜薹主要含硫化合物的測定比較

注:表中同行數(shù)值后不同小寫字母表示差異顯著(p<0.05),表2、表3同。

由于R-fibers更適合分析蒜薹的揮發(fā)性物質,因此采用其對四個產地的蒜薹中的揮發(fā)性成分進行測定,比較四個產地蒜薹的營養(yǎng)成分差異。四個產地蒜薹的總離子流圖見圖1～圖4,廣饒、惠民、永年的總離子流大于商河,并且前三者的譜圖中可以看出最高峰峰值(二烯丙基二硫醚)明顯高于其他時間段的峰,而商河最高峰峰值(二烯丙基二硫醚)與其它時間段的峰值相近,這說明廣饒、惠民、永年蒜薹中的揮發(fā)性成分含量以及二烯丙基二硫醚含量均高于商河蒜薹。具體不同揮發(fā)性化合物的峰面積見表2。

圖1　廣饒產地蒜薹總離子流色譜圖Fig.1　Total ion chromatogram of garlic scapes from Guangrao origin

圖2　惠民產地蒜薹總離子流色譜圖Fig.2　Total ion chromatogram of garlic scapes from Huimin origin

圖3　永年產地蒜薹總離子流色譜圖Fig.3　Total ion chromatogram of garlic scapes from Yongnian origin

圖4　商河產地蒜薹總離子流色譜圖Fig.4　Total ion chromatogram of garlic scapes from Shanghe origin

從表2中可以看出,四個產地蒜薹共檢測出33種揮發(fā)性化合物,其中含硫化合物高達26種,說明蒜薹中揮發(fā)性物質主要是含硫化合物,這些含硫化合物大致可分為3類:硫醚類、噻烷類和硫代環(huán)己烯類。四個產地蒜薹共檢測出相應的化合物6種硫醚類、9種噻烷類和11種硫代化合物,其中永年、惠民、商河、廣饒蒜薹的硫醚類化合物含量分別為47.29%、52.07%、45.78%、58.54%,硫代類化合物含量分別為17.06%、14.80%、15.94%、15.36%,噻烷類化合物含量分別為11.19%、12.05%、4.11%、6.17%,即蒜薹中含硫化合物含量:硫醚類>硫代類>噻烷類。方差分析表明,蒜薹硫醚類化合物含量廣饒與永年、商河具有顯著性差異(p<0.05),與惠民沒有顯著性差異,硫代化合物含量四個產地沒有顯著性差異,噻烷類化合物含量永年、惠民與商河、廣饒具有顯著性差異(p<0.05)。實驗中,四個產地蒜薹均檢測出的物質包括二烯丙基二硫醚、甲基烯丙基三硫醚、二烯丙基三硫醚、二烯丙基硫醚、3-乙烯基-1，2-二硫雜-4-環(huán)己烯、1,3-二硫酸-2-硫酮、3,4-二甲基噻吩、1,3-二噻烷、環(huán)丙烷等9種化合物,除環(huán)丙烷不是含硫化合物外，其余均為含硫化合物，蒜薹含硫化合物及揮發(fā)性化合物的代表性成分二烯丙基二硫醚含量最高,廣饒、惠民與永年、商河具有顯著性差異(p<0.05)。3-乙烯基-1,2-二硫雜-4-環(huán)己烯在蒜薹中含量也很高,峰面積分別為10.38%、9.56%、4.33%、10.6%,即廣饒、永年、惠民與商河具有顯著性差異(p<0.05)。

表2　四種產地的蒜薹揮發(fā)性成分的測定比較

表3　蒜薹各個部位主要含硫化合物的測定比較

永年、惠民、商河、廣饒蒜薹中揮發(fā)性化合物峰面積之和分別為98.99%、92.43%、74.22%、99.81%,即廣饒蒜薹揮發(fā)性化合物峰面積之和最高,商河最低,廣饒、惠民、永年三個產地之間差異不顯著,但與商河具有顯著性差異(p<0.05)。四個產地檢測出的化合物數(shù)量相差不多,分別為20種、18種、20種和18種。通常蒜薹品質越好其揮發(fā)性成分及含硫化合物含量越高,也就是說,廣饒、惠民、永年的蒜薹品質好于商河,事實上,我們通過測量廣饒、惠民、永年、商河蒜薹的其它指標如可溶性固形物含量、容重比、橫徑、冰點、腐爛率等,也發(fā)現(xiàn)2015年廣饒蒜薹的品質最好、商河蒜薹品質最差。造成這種原因一方面是由于近年來推廣蒜薹種植覆蓋雙膜技術,越冬期間大蒜死苗率降低了,但是商河產地的種植戶在播種時仍然采用原來的播種密度,造成大蒜種植密度相對較大,最終導致弱苗偏多,后期抽薹遲緩,蒜薹細弱,因此品質較差;而廣饒、惠民、永年三個種植基地所采的蒜薹由于種植間距合理,蒜薹質量較好。

2.3蒜薹不同部位主要含硫化合物的比較

取廣饒產地蒜薹,除去薹苞部分,只留蒜薹莖部(即可食用部分),分為莖上部、莖中部、根部三部分,對三個部位分別進行測定,分析蒜薹各個部位主要含硫化合物(峰面積>1%)的含量,結果見表3。

由表3可見,廣饒蒜薹中峰面積>1%的含硫化合物共有10種,其中醚類化合物5種,二烯丙基二硫醚含量最高,含量分別為41.06%、46.35%、45.14%,其次是3-乙烯基-1,2-二硫雜-4-環(huán)己烯,含量分別為9.59%、11.54%、10.51%。鄭屏等[11]認為3-乙烯基-1,2-二硫雜-4-環(huán)己烯是大蒜素的一級分解產物,而后,進一步分解轉化形成了二烯丙基二硫醚及其它化合物。蒜薹根部的含硫化合物含量為87.54%,莖上部的含量最低為78.31%,二者差異顯著(p<0.05),這可能是由于蒜薹根部更接近蒜頭,營養(yǎng)成分及揮發(fā)性成分含量更高。

3　結論

本實驗采用頂空固相微萃取技術與氣相-質譜聯(lián)用的方法,通過比較兩種萃取頭(50/30 μm,DVB/CAR/PDMS和100 μm PDMS萃取頭)發(fā)現(xiàn)100 μm PDMS紅色萃取頭更適合于對蒜薹中揮發(fā)性成分的萃取。通過對廣饒、惠民、永年、商河四個產地的蒜薹進行比較,廣饒產地的蒜薹揮發(fā)性成分含量尤其是含硫化合物的含量要高于其他三個產地;同一產地不同部位蒜薹中含硫化合物也有一定差異,經過對廣饒蒜薹各個部分含硫化合物進行分析,發(fā)現(xiàn)蒜薹的根部含硫化合物含量高于莖上部和莖中部。本實驗采用頂空固相微萃取對蒜薹進行前處理,處理方法簡單,測試準確方便,適用于蒜薹揮發(fā)性風味成分的分析測定,以期為蒜薹采后加工利用,產品開發(fā)提供理論依據(jù),進而為延長蒜薹產業(yè)鏈提供技術支持。

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Research of the volatile composition in garlic sprouts by SPME/GC/MS method

ZHANG Na1,ZHANG Bo-nan2,YAN Rui-xiang1,*,ZHAO Long-ju3,SONG Mao-shu1

(1.Tianjin Key Laboratory of Postharvest Physiology and Storage of Agricultural Products,National Engineering and Technology Research Center for Preservation of Agriculture Products,Tianjin 300384,China;2.College of Food Science and Biotechnology,Tianjin Agricultural University,Tianjin 300384,China;3.Shouguang pengshuo food import and export co.,LTD,Shouguang 262702,China)

The volatile components of garlic sprouts from four producing area were analyzed by SPME/GC/MS method. The research results showed that 100 μm PDMS extraction column was suitable for analysis of the volatile components in garlic sprouts. The sum of peak area of volatile composition in garlic sprouts from Yongnian,Huimin,Shanghe,Guangrao was separately 98.99%,92.43%,74.22% and 99.8%,among them,the volatile components.in garlic sprouts from Guangrao were the most.The common sulfocompound in garlic sprouts from four area were Diallyl disulphide,Trisulfide methyl 2-propenyl,Trisulfide di-2-propenyl,1-Propene 3,3′-thiobis,Disulfide methyl 2-propenyl,3-Vinyl-1,2-dithiacyclohex-4-ene, 1,3-Dithiole-2-thione,3,4-Dimethylthiophene,1,3-Dithiane,Diallyl disulphide content were the highest among them. Further analysis showed that the sulfocompounds content from different parts of garlic sprouts had some differences,sulfocompounds content order was root>central stem>upper stem. This research had great significance to promote garlic sprouts processing and broaden garlic sprouts industry chain.

Garlic sprouts;volatile components;sulfocompound;solid phase micro-extraction(SPME);GC/MS

2015-12-08

張娜(1982-)，女，碩士研究生，研究方向：果蔬采后生理及生物保鮮新技術，E-mail：wuaidehua@163.com。

閻瑞香(1973-)，女，博士，研究員，研究方向：果蔬保鮮新技術與分子生物學，E-mail：yrxan@163.com。

國家科技支撐計劃項目(2015BAD16B00)；天津市科技計劃項目(13ZCZDNC01500、15YFNZNC00080)。

TS255.5

A

1002-0306(2016)13-0282-06

10.13386/j.issn1002-0306.2016.13.049