固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)分析榴蓮果肉揮發(fā)性香氣成分

優(yōu)良品種屬木棉科的多年生樹木，也被稱為邵子和麝香貓的果實(shí)。它被稱為“亞熱帶水果之王”。它來自馬來群島，在泰國(guó)流行。目前我國(guó)兩廣、海南、云南南部、湖南等地均有栽培。榴蓮具有很高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值,果肉中除含有大量的淀粉、糖、脂肪、碳水化合物和蛋白質(zhì),還含有多種維生素和豐富的礦物質(zhì),是一種營(yíng)養(yǎng)密度高且均衡的熱帶水果,民間就有“一只榴蓮三只雞”的說法;同時(shí)榴蓮也是藥食兼用的植物,對(duì)人體具有多種保健功能,經(jīng)常食用榴蓮可以令身體強(qiáng)健,健脾補(bǔ)氣,補(bǔ)腎壯陽?！侗静菥V目》中記載,“榴蓮可供藥用,味甘溫,無毒,主治暴痢和心腹冷氣”。現(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究結(jié)果也表明,從榴蓮汁和果皮中提取出的蛋白水解酶臨床上可用作抗水腫和消炎藥。榴蓮雖然營(yíng)養(yǎng)豐富,但它的氣味并不是所有人都能接受的。為了詳細(xì)了解榴蓮的香氣是由哪些成分決定的,對(duì)其揮發(fā)性成分進(jìn)行提取與分析顯得尤為必要。在文獻(xiàn)調(diào)研中發(fā)現(xiàn),近年來國(guó)內(nèi)外對(duì)榴蓮的研究報(bào)道多集中在營(yíng)養(yǎng)成分和保健價(jià)值方面,對(duì)榴蓮果肉中揮發(fā)性成分的報(bào)道較少,且這些文獻(xiàn)多是采用溶劑萃取的方法來提取榴蓮中的香成分,如劉倩等利用乙醚提取榴蓮果肉中的揮發(fā)性成分,經(jīng)分析共鑒定出31種物質(zhì),認(rèn)為主要的香氣成分為3-羥基-2-丁酮和酯類,未鑒定出含硫化物;張博等采用同時(shí)蒸餾萃取法用二氯甲烷提取榴蓮果肉中的揮發(fā)性成分,鑒定出20種化合物,其中含硫類化合物為主;Li等用二氯甲烷提取結(jié)合溶劑輔助蒸發(fā)對(duì)榴蓮中的揮發(fā)性成分進(jìn)行提取與分析,共鑒定出41種成分。與溶劑萃取相比,采用固相微萃取進(jìn)行提取的研究相對(duì)較少,如Zhang和Chin分別采用固相微萃取提取了榴蓮中的揮發(fā)性成分,經(jīng)分析共鑒定出26種和39種成分。在定性方面,這些文獻(xiàn)多數(shù)只采用質(zhì)譜一種方法進(jìn)行定性。本文利用固相微萃取技術(shù),采用兩種不同的萃取纖維來提取榴蓮果肉的揮發(fā)性成分,并結(jié)合氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)(GC-MS)進(jìn)行分析,利用質(zhì)譜和保留指數(shù)兩種方法進(jìn)行定性,為更準(zhǔn)確地了解榴蓮果肉中的揮發(fā)性香氣成分,進(jìn)一步開發(fā)利用榴蓮資源提供參考。1實(shí)驗(yàn)部分1.1氯-色譜法榴蓮(品種為金枕),市售;C7~C30正構(gòu)烷烴(GC),美國(guó)Supelco公司;氯化鈉(AR),北京匯?？苾x科技有限公司。7890N/5975C氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀,美國(guó)Agilent公司;75μmCarboxen/PDMS(黑色)萃取頭、100μmPDMS(紅色)萃取頭、手動(dòng)SPME進(jìn)樣器,美國(guó)Supleco公司。1.2方法1.2.1固相微萃取關(guān)鍵因素的制備將榴蓮果肉在榨汁機(jī)中勻漿處理2min,取8mL勻漿液和1g氯化鈉固體混合均勻置于15mL固相微萃取樣品瓶中,并加入磁力攪拌子在60℃恒溫水浴下平衡30min,使榴蓮果肉的揮發(fā)性成分能在頂空與果肉間達(dá)到平衡。將固相微萃取頭置于GC-MS儀的氣相色譜進(jìn)樣口中,在250℃下老化至無雜峰;然后,將其插入已經(jīng)平衡好的樣品瓶的頂空部分,在60℃下吸附30min,之后取出,置于氣相色譜進(jìn)樣口,解吸附4min。實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次。1.2.2速率和載氣he色譜條件:色譜柱為DB-WAX(30.0m×250μm,0.25μm);色譜柱起始溫度40℃,保持2min,以4℃/min的速率升至120℃,保持2min,以8℃/min的速率升至230℃,保持3min;載氣He,載氣流量1.0mL/min。質(zhì)譜條件:電子電離(EI)源,電子能量70eV,離子源溫度230℃,四極桿溫度150℃,掃描模式為Scan,掃描質(zhì)量范圍50~450aum,無溶劑延遲。1.2.3不同c7c30正構(gòu)烷烴保留時(shí)間取0.2μLC7~C30正構(gòu)烷烴的正己烷溶液,在1.2.2節(jié)所示的條件下進(jìn)行分析,得到C7~C30正構(gòu)烷烴的保留時(shí)間,用于計(jì)算保留指數(shù)。1.2.4確定庫(kù)、計(jì)算文獻(xiàn)值定性分析:揮發(fā)性成分的定性以檢索NIST11L譜庫(kù)、計(jì)算其保留指數(shù)并與其文獻(xiàn)值進(jìn)行比對(duì)為主,同時(shí)結(jié)合人工解析質(zhì)譜圖進(jìn)行確定。定量分析:采用峰面積歸一化法進(jìn)行簡(jiǎn)單定量,求得各揮發(fā)性成分的相對(duì)含量。2萃取纖維的組成采用固相微萃取得到的榴蓮果肉中的揮發(fā)性成分,經(jīng)氣質(zhì)聯(lián)機(jī)分析,得到的總離子流圖,其中圖1、2分別為使用兩種萃取頭萃取榴蓮果肉的揮發(fā)性成分的總離子流圖,表1為鑒定出的揮發(fā)性成分。由表1可以看出,利用兩種不同的SPME萃取纖維對(duì)金枕榴蓮果肉的揮發(fā)性成分進(jìn)行提取,經(jīng)GC-MS分析,通過計(jì)算保留指數(shù)和檢索NIST11L譜庫(kù)共鑒定出60種物質(zhì),其中酯類26種,含硫化合物12種,醇類7種,烴類7種,醛類3種,酸類2種、含氮化合物2種和酚類1種;兩種萃取纖維都萃取到的成分有19種,分別是乙酸乙酯、丙酸乙酯、2-甲基丁酸甲酯、丁酸乙酯、2-甲基丁酸乙酯、2-甲基丁酸丙酯、辛酸乙酯、3-羥基丁酸乙酯、2-辛烯酸乙酯、癸酸乙酯、十二酸乙酯、乙硫醇、二乙基二硫醚、3,5-二硫雜庚烷、3,5-二甲基-1,2,4-三硫環(huán)戊烷、乙醛縮二乙硫醇、1,2-二甲氧基乙烯、十四烷、3-苯氧基丙酸。從黑色萃取纖維中得到的萃取物中,鑒定出46種成分,占色譜流出組分的93.23%,酯類和含硫化合物為主,且鑒定出的含量較高(相對(duì)峰面積大于1%)的化合物共有12種,分別是2-甲基丁酸乙酯(31.48%)、丙酸乙酯(22.27%)、乙酸乙酯(7.22%)、丁酸乙酯(5.61%)、反式-2-丁烯酸乙酯(5.19%)、3,5-二硫雜庚烷(4.41%)、二乙基二硫醚(3.09%)、2-甲基丁酸丙酯(2.03%)、反-2-甲基-2-丁烯酸乙酯(1.80%)、2-甲基丁酸甲酯(1.51%)、3,5-二甲基-1,2,4-三硫環(huán)戊烷(1.41%)、乙硫醇(1.16%)。而從紅色萃取纖維得到的萃取物中鑒定出33種成分,占色譜流出組分的92.3%,鑒定出的含量較高的化合物主要有13種,分別是2-甲基丁酸乙酯(32.03%),1-十四醇(16.93%),丙酸乙酯(11.95%)、乙酸乙酯(4.56%)、2-甲基十七烷(2.89%)、十四醛(2.73%)、3,5-二硫雜庚烷(2.46%)、二乙基二硫醚(1.56%)、2-甲基丁酸甲酯(1.57%)、丁酸乙酯(1.53%)、3,5-二甲基-1,2,4-三硫環(huán)戊烷(1.40%)、1,2-二甲氧基乙烯(1.18%)和十四酸(1.14%)。從兩種萃取纖維的分析結(jié)果可知,黑色萃取纖維的分析結(jié)果較好,鑒定出的揮發(fā)性成分?jǐn)?shù)量多;而紅色萃取纖維在萃取極性相對(duì)較弱、相對(duì)分子質(zhì)量較大的揮發(fā)性成分(如高級(jí)脂肪酸的低級(jí)醇酯、高級(jí)脂肪醛、高級(jí)脂肪酸等)效果較好。對(duì)比兩者相對(duì)含量較高的成分可知,兩種萃取纖維得到的相對(duì)含量較高的成分多數(shù)是相同的,這些相同的成分都屬于酯類和含硫化合物;酯類具有果香,含硫化合物具有難聞的氣味,這與榴蓮的整體香氣相符,它們應(yīng)該是榴蓮的特征揮發(fā)性成分。鑒定出的酯類化合物中,以乙酯居多,乙酸乙酯有強(qiáng)烈的醚似的氣味以及微帶果香的酒香;丙酸乙酯具有果香、朗姆酒香氣、醚香;丁酸乙酯具有強(qiáng)烈的果香,并帶有菠蘿、香蕉、蘋果氣息;3-羥基丁酸乙酯呈果香、葡萄香、青香和白酒的香氣;2-甲基丁酸甲酯具有醚香、果香、青香,在極低濃度下有甜的蘋果樣味道;2-甲基丁酸乙酯具有果香和青香,呈強(qiáng)烈蘋果皮、菠蘿皮和未成熟李子皮香氣;3-甲基丁酸乙酯具有類似蘋果、香蕉的香氣和酸甜氣味;反-2-甲基-2-丁烯酸乙酯具有焦糖以及覆盆子類的果香;反式-2-甲基-2-丁烯酸丙酯有青蘋果的香氣;丁酸丙酯具有似菠蘿和杏仁的香氣以及甜的香蕉和菠蘿的水果風(fēng)味;己酸丙酯具有菠蘿、黑莓香氣以及醚香;庚酸乙酯具有菠蘿的香氣;辛酸乙酯有類似白蘭地的香氣,并有甜味;反-2-辛烯酸乙酯具有類似菠蘿的果香以及蠟質(zhì)氣息;癸酸乙酯具有椰子香和油脂氣息;反-2-癸烯酸乙酯有青香,類似蘋果、梨的果香以及蠟香。十二酸乙酯帶有花生的香氣;十四酸乙酯呈椰子和鳶尾似香氣和蜂蠟樣氣息;棕櫚酸乙酯呈微弱蠟香和奶油香氣。這些酯類在揮發(fā)性組分中占的相對(duì)含量很高,構(gòu)成了榴蓮果肉整體的果香香氣。鑒定出的含硫化合物中,以硫醇和硫醚的相對(duì)含量較高;其中乙硫醇具有強(qiáng)烈、持久且具刺激性的蒜臭味;二乙基二硫醚具有洋蔥、大蒜、油脂氣息;3,5-二甲基-1,2,4-三硫環(huán)戊烷具有強(qiáng)烈的硫磺氣息,稀釋后具有肉香;2-異丙基-4-甲基噻唑具有霉香、大蒜、壤香、咖啡和熱帶水果風(fēng)味,帶硫磺氣息;乙醛縮二甲硫醇、乙醛縮二乙硫醇、3,5-二硫雜庚烷等其他含硫化合物也都具有硫磺、蔥、蒜氣息。由于這些含硫化合物閾值低,且在榴蓮中含量相對(duì)較高,使榴蓮具有令人不愉快的氣息。醇類可以使榴蓮的香氣協(xié)調(diào),醛類使榴蓮的香氣更透發(fā);其中1-辛醇具有干甜而尖銳的脂蠟香氣,又帶有柑橘、橙皮和玫瑰樣的氣息,香氣甜美且微帶藥草的味道;1-辛烯-3-醇具有蘑菇的香氣;1-庚醇有油脂氣息和辛辣香氣,近似柑橘香氣;2-乙基-1-己醇有甜味和淡淡的花香;1-十四醇具有蠟質(zhì)氣息;十四醛具有脂肪香、蠟香、果香。烴類一般閾值較高,且在榴蓮中含量不高,對(duì)榴蓮的香氣貢獻(xiàn)相對(duì)較小。根據(jù)鑒定出來的揮發(fā)性成分的香氣閾值和相對(duì)含量可知,對(duì)榴蓮香氣貢獻(xiàn)比較大的應(yīng)該是酯類化合物和含硫化合物;其中酯類物質(zhì)一般具有果香,這種香氣大多數(shù)消費(fèi)者能夠接受;而含硫化合物具有硫磺氣息,大多數(shù)消費(fèi)者難以接受。為了去除榴蓮果肉的難聞氣味,可以采用生物技術(shù)將硫化物去掉或?qū)⑺鼈冝D(zhuǎn)變成令人愉悅的香氣。而采用臭氧對(duì)其進(jìn)行氧化可能不是較好的辦法,因?yàn)樵谘趸^程中會(huì)破壞榴蓮中的營(yíng)養(yǎng)成分。此外,本實(shí)驗(yàn)并未鑒定出采用乙醚進(jìn)行提取時(shí)分析出的3-羥基-2-丁酮,這與同時(shí)蒸餾萃取以及熱脫附法也未檢測(cè)到該物質(zhì)的結(jié)果相似,可能與以下因素有關(guān):(1)與所采用的固相微萃取纖維有關(guān),因?yàn)椴煌妮腿±w維對(duì)不同的揮發(fā)性成分的萃取能力不同;(2)可能該物質(zhì)在榴蓮中含量較低,在頂空中含量更低,萃取困難;(3)該物質(zhì)可能是在榴蓮儲(chǔ)存過程中產(chǎn)生的,其形成機(jī)理尚需進(jìn)一步研究。3-羥基-2-丁酮具有奶香、酸香、甜香,與含硫化合物相比,其閾值較大,應(yīng)該不是榴蓮的主要香氣成分。鑒定出來的60種揮發(fā)性成分,有一半以上列在美國(guó)食用香料與提取物制造者協(xié)會(huì)(FEMA)對(duì)外公布的一般公認(rèn)安全(GRAS)的食用香料名單中;有34種也被列入我國(guó)食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)(GB2760—2011)中允許使用的食品香料名單中。在模擬榴蓮香氣時(shí),可以從這些成分中選擇香料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。3揮發(fā)性成分檢測(cè)(1)采用兩種不同的固相微萃取纖維分別提取了榴蓮果肉中的揮發(fā)性成分,經(jīng)GC-MS分析共鑒定出60種揮發(fā)性化合物,其中酯類26種,含硫