HS-SPME-GC-MS 分析室溫及液氮低溫預處理魚腥草的香氣揮發性成分

陳金明，陳愷嘉

（廣州聯豐香料科技有限公司，廣東 廣州 510663）

魚腥草（Houttuynia cordata Thunb.）是三白草科蕺菜屬植物蕺菜的帶根全草[1]，別名折耳根、豬鼻孔，我國西南地區的云南、貴州、四川等地居民將其作為一種保健常用食品食用[2]。在《中華人民共和國藥典》中記載，魚腥草具有清熱解毒、消癰排膿、利尿通淋等功效，在臨床上可用于治療肺癰吐膿、痰熱喘咳、熱痢、熱淋、癰腫瘡毒[3]等，被譽為中藥中的廣譜抗生素[4]。國家衛生部將魚腥草納入“既是藥品，又是食品”的藥食兩用植物[5]。但是因為魚腥草有怪異的腥氣，喜食的人喜之，不喜之人卻認為其腥氣難以接受[6]，這有礙對魚腥草的深度加工應用。為了使魚腥草被更多的人們所接受，發揮其食用保健作用，有人從揮發性油提取及其成分出發研究，如曾虹燕等[7-8]利用醚和超臨界CO2萃取技術對揮發油成分進行提取，或是復合其他材料對魚腥草做初加工處理，如與葛粉復合做成保健飲料[9]，與苦丁茶葉混合做成魚腥草苦丁茶保健茶飲[10]，與蜂蜜混合做成保健液[11]，或是直接做成魚腥草含片[12]和魚腥草保健酒[13]。但是對魚腥草揮發性香氣成分的分析報道較少，張道英等[14]通過酶解法輔以GC-MS 對魚腥草揮發性香氣成分進行了分析。

本文基于液氮溫度極低[15]且可減緩物品氧化過程的特性[16]，利用液氮超低溫對魚腥草進行處理，同時輔以HS-SPME 進行揮發性香氣吸附，再利用GCMS 分析，對比其與常溫處理下魚腥草香氣成分的含量變化，從香氣分析角度了解魚腥草的特殊氣味來源，以期為后續對魚腥草的深加工提供理論依據，為食品工業提供新的思路和工藝思考。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

1.1.1 材料與試劑

魚腥草，選取貴州當地當季新上市的魚腥草。氯化鈉為分析純試劑；液氮，廣州市粵港氣體工業有限公司。

1.1.2 儀器與設備

75 μm CAR/PDMS 萃取頭，手動SPME 進樣器，15 mL SPME 專用樣品采集瓶，美國Supelco 公司；7890A/5975C 氣相色譜-質譜聯用儀，美國Agilent 公司；ZNCL-DLS 恒溫磁力加熱攪拌器，上?？粕?；GX-300 電子天平，日本A&D 公司；Research plus 10～100 μL 移液槍，德國Eppendorf 公司。

1.2 方法

1.2.1 樣品處理

將魚腥草表面泥土雜物洗凈，擦干表面水分，切段，隨機分成兩等份。取其中一部分在室溫（25 ℃）條件下用粉碎機打碎后作為待測樣品；另一部分分3 次倒入等體積液氮，使樣品冷凍徹底后再用粉碎機打碎后作為待測樣品。

1.2.2 HS-SPME 條件

將固相微萃取頭在氣相色譜進樣口以250 ℃老化30 min。稱取5 g 待測樣品放入SPME 專用樣品采集瓶中，加入1.5 g 氯化鈉和轉子，在恒溫水浴鍋里50 ℃預熱保溫20 min。將老化后的固相微萃取頭通過隔墊插入采集瓶中，推出纖維頭，在50 ℃溫度條件下頂空吸附30 min。隨后插入GC-MS 進樣口，于250 ℃解析2 min，進行數據采集。所有樣品重復3 次。

1.2.3 GC-MS 條件

氣相色譜條件：Agilent 色譜柱19091S-433（30 m×250 μm, 0.25 μm）毛細柱；柱流速0.8 mL/min，初始柱溫40 ℃，保持2.5 min，以5 ℃/min 升溫至160 ℃，保持2 min，再以10 ℃/min 升溫至230 ℃，保持3 min 后結束；載氣為高純氦氣（純度＞99.999%），進樣口溫度250 ℃，恒壓31.1 kPa；進樣模式為不分流模式。

質譜條件：EI 電離方式；離子源溫度230 ℃，四級桿溫度150 ℃；采集模式為全掃描，質量掃描范圍50.00～550 amu；溶劑延遲0 min；增益EMV 模式，增益系數1.00。

1.2.4 定性定量分析

定性分析：在“1.2.1”和“1.2.2”條件下對待測樣品進行測定，通過NIST 標準質譜庫匹配和人工解析，得到定性結果（取相似度＞800 的化合物鑒定結果）。定量分析: 根據峰面積，采用峰面積歸一化法計算各組分的相對百分含量。

1.2.5 數據處理

利用Microsoft Excel 軟件對試驗結果進行統計分析、數據處理。

2 結果與分析

2.1 不同預處理魚腥草揮發性香氣成分分析

由表1 可見，魚腥草在兩種預處理條件下獲得揮發性香氣化合物成分包括烯烴類、酯類、醛類、醇類、酮類、其他類共6 類。用常溫預處理的魚腥草共鑒定出揮發性香氣成分22 種，其中烯烴類7 種、酯類5種、醛類3 種、醇類4 種、酮類2 種、其他類1 種，總相對含量分別為39.79%、27.13%、2.24%、4.59%、9.74%、16.50%；利用液氮低溫預處理共鑒定出揮發性香氣成分29 種，其中烯烴類11 種，酯類8 種、醛類6 種、醇類2 種、酮類1 種、其他類1 種，總相對含量分別為56.05%、23.46%、3.88%、1.26%、14.34%和1.01%。

表1 不同預處理方法魚腥草香氣成分組成及相對含量變化Table 1 Changes of aroma compositions and relative contents of Houttuynia cordata under different pretreatment methods

在常溫預處理下魚腥草分析得到22 種有效揮發性香氣成分，其中烯烴類、酯類含量較高，占總成分含量的66.92%，是魚腥草的主要香氣組分構成。烯烴類（7 種）占總組分的39.79%，β-蒎烯、檸烯、石竹烯的含量較高，分別占總烯烴類化合物含量的43.65%、22.44%和18.01%，是常溫預處理魚腥草中烯烴類的主要成分組成；酯類（5 種）占總組分的27.13%，其中乙酸龍腦酯、乙酸松油酯和乙酸香葉酯的含量較高，分別占總酯含量的47.73%、21.93%、21.37%，是常溫預處理魚腥草中酯類的主要成分組成。另外石竹烯氧化物——石竹素（歸入其他類）在常溫預處理魚腥草中含量顯著（16.50%）。該檢測結果與張延智等[17]對魚腥草揮發油檢測的結果相近。

2.2 常溫預處理和液氮低溫預處理魚腥草揮發性香氣成分對比

結合表1 和圖1 可知，魚腥草在常溫預處理下所檢測出的揮發性有效成分數量（22 種）比液氮低溫預處理后所檢出的揮發性有效成分數量（29 種）要少。其中液氮低溫預處理后檢出的烯烴類（11 種）、酯類（8 種）、醛類（6 種）均多于常溫預處理（7 種、5種、3種），而常溫預處理后檢出的醇類（4 種）和酮類（2種）卻比液氮低溫預處理后檢出的多（2 種、1種）。另外，兩種預處理均檢出石竹素（歸入其他類）?？傮w來看，烯烴類和酯類的檢出數量較多，可能對魚腥草的香氣風味有重要作用。

圖1 不同預處理對魚腥草香氣成分數量的影響Fig.1 Effects of different pretreatments on the quantities of aroma compounds

從檢測出的各種有效揮發性香氣成分相對含量（圖2）來看，烯烴類：常溫預處理（39.79%）＜液氮低溫預處理（56.05%）；酯類：常溫預處理（27.13%）＞液氮低溫預處理（23.46%）；醛類：常溫預處理（2.24%）＜液氮低溫預處理（3.88%）；醇類：常溫預處理（4.59%）＞液氮低溫預處理（1.26%）；酮類：常溫預處理（9.74%）＜液氮低溫預處理（14.34%）；其他類化合物：常溫預處理（16.50%）＞液氮低溫預處理（1.01%）。魚腥草在經過液氮低溫預處理后所檢測出的烯烴類、醛類和酮類化合物含量較常溫預處理后檢測出的含量高，而常溫預處理的魚腥草在檢測出酯類、醇類、其他類化合物的效果比液氮低溫預處理好一些。兩種方式中烯烴類和酯類的相對含量總和均高于65%，說明烯烴類和酯類可能對魚腥草的風味有很大影響。

圖2 不同預處理對香氣成分相對含量的影響Fig.2 Effects of different pretreatments on the relative contents of aroma compounds

常溫預處理和液氮低溫預處理的魚腥草共有的揮發性香氣成分有19 種，分別占各自總含量的98.24%和91.31%，說明常溫預處理（揮發性香氣成分共22種）和液氮低溫預處理（揮發性香氣成分共29 種）的魚腥草在主要揮發性香氣成分的種類和含量上差異不大，液氮低溫預處理只是能提取出更多魚腥草中的微量揮發性香氣成分。在共同擁有的揮發性香氣成分中，烯烴類化合物有7 種，分別為α-蒎烯、莰烯、β-蒎烯、檸烯、羅勒烯、松油烯和石竹烯，其中β-蒎烯、檸烯、石竹烯在兩種處理方法中含量占比排在前三位，β-蒎烯在常溫預處理和液氮低溫預處理的相對含量分別為17.37%和18.27%；檸烯的相對含量分別為8.93%和9.40%；石竹烯的相對含量分別為7.17%和15.82%。液氮低溫預處理對3 種成分的吸附影響均略高于常溫預處理組，特別是對石竹烯的吸附解析效果更為明顯，推測是低溫能有效減緩石竹烯在預處理過程中的消散，從而在后續吸附過程中被更多地收集獲得。

常溫預處理和液氮低溫預處理的魚腥草共有的揮發性酯類香氣成分有5 種，分別為乙酸龍腦酯、乙酸松油酯、乙酸橙花酯、乙酸香葉酯和癸酸乙酯，其中乙酸龍腦酯在兩種處理方法中相對含量均為第一（常溫預處理12.95%，液氮低溫預處理11.96%），其次為乙酸松油酯（常溫預處理5.95%，液氮低溫預處理3.45%）和乙酸香葉酯（常溫預處理5.80%，液氮低溫預處理5.46%）?？偟膩碚f，在揮發性酯類香氣成分的吸附上，常溫預處理的方法略優于液氮低溫預處理，但差異相對較小。

常溫預處理和液氮低溫預處理的魚腥草共有香氣成分如下：揮發性醛類香氣成分有3 種，分別為壬醛（常溫預處理0.51%，液氮低溫預處理0.62%）、癸醛（常溫預處理0.73%，液氮低溫預處理1.61%），β-環檸檬醛（常溫預處理1.0%，液氮低溫預處理0.45%），液氮低溫預處理魚腥草中醛類含量較高；醇類2 種，為壬醇和松油烯-4-醇，常溫預處理下的壬醇和松油烯-4-醇相對含量較高，分別為1.22%和2.33%，液氮低溫預處理吸附效果略弱，僅有0.74%和0.52%；酮類1種，為甲基正壬酮，液氮低溫預處理下的相對含量較高為14.34%，常溫預處理僅有9.74%；其他化合物1種，為石竹素，在常溫預處理下相對含量高達16.50%，而液氮低溫預處理僅1.01%。

2.3 香氣分析

選取各香氣類別中常溫預處理和液氮低溫預處理所共有的揮發性香氣成分含量靠前的成分進行香氣描述分析，參見表2。

表2 部分揮發性香氣成分的香氣描述Table 2 Aroma descriptions of some volatile aroma components

從香氣含量、種類分布和香氣描述上可以歸納得出，魚腥草是以乙酸龍腦酯、乙酸松油酯為代表的木香和以檸烯、蒎烯為代表的新鮮辛木香為主構成的主體香氣特征，佐以甲基正壬酮的特征蠟香和柑橘果香所構成的香氣特征。

3 討論與結論

HS-SPME 技術是目前行業中常被使用且較為先進的檢測揮發性香氣成分的前處理技術手段[19]，集采樣、萃取、濃縮、進樣于一體[20]，具有裝置簡單、操作簡便、測試快、重現性好、費用低等優點[21]，氮氣作為氧氣制備的副產物，隨著工業技術的提升，成本進一步降低，現在已普遍應用于食品行業中[22]。本試驗利用液氮的極冷和抗氧特性，采用HS-SPME-GC-MS 對魚腥草的揮發性香氣成分進行常溫和低溫前處理的對比分析。結果表明，低溫處理后的魚腥草揮發性成分較常溫預處理下的揮發性香氣成分檢出數量多，烯烴類物質多于常溫檢出的數量，烯烴類物質多存在于新鮮的植物中，液氮處理可以有效保持植物的鮮度。酯類和醛類的數量亦較常溫下檢出的數量多，低溫處理下的醛類物質相對含量高于常溫處理，酯類物質略低于常溫處理。醛類和酯類是香料行業中常使用到的兩大種類物質，它們共同構成魚腥草的主體香氣種類，其中檢測出的乙酸龍腦酯、乙酸松油酯、壬醛等物質更是構成魚腥草的主體香氣成分。另外曾虹燕等[7]檢測出魚腥草的特征香氣物質甲基正壬酮在本次試驗中也被檢測出，液氮低溫處理后的魚腥草檢出的甲基正壬酮相對含量更高。從檢測出的揮發性香氣成分種類數量、各自的相對含量和特征香氣物質的相對含量來看，初步認為液氮低溫預處理后的效果比常溫預處理的效果更為有效，可為后續對魚腥草香氣深加工提供有效的理論依據。