白豆蔻香氣成分研究

馮佳祺，李 偉，陸占國

(哈爾濱商業(yè)大學(xué) 食品工程學(xué)院省高校食品科學(xué)與工程重點實驗室，哈爾濱150076)

白豆蔻為姜科豆蔻屬多年生草本植物，學(xué)名Amomum kravanh Pirre ex Grgnep，英文名Round Cardamom[1]或者whitefruit Amomum[2].原產(chǎn)于印度尼西亞爪哇島、越南、泰國等地.20世紀70年代初期，我國云南、海南等地引種栽培成功[3].果實(Amomum cardamomum[4])也稱豆蔻，圓豆蔻，波蔻等[3]，藥食兩用，即可作為治療腹脹、吐逆反胃、消化不良等疾病的中草藥，也是常用香辛料[3].

CHUAN等[5]研究了超聲波輔助法提取獲得的白豆蔻乙醇提取物對SMMC-7721 細胞增殖的抑制活性，發(fā)現(xiàn)在100 μg/mL 時能夠抑制近80%的細胞增殖.商學(xué)兵等[6]發(fā)現(xiàn)白豆蔻揮發(fā)油的抗大豆油氧化效果較好.趙偉等[7]報道了豆蔻浸膏可抑制胃癌原位移植瘤生長.還有一些關(guān)于采用超臨界CO2流體[8]，微波輔助萃取法[9]以及超聲波協(xié)同微波輔助萃取法[10]萃取白豆蔻揮發(fā)性物質(zhì)獲得精油，并且分析了精油成分以及優(yōu)化白豆蔻揮發(fā)油提取工藝[11-13]等的報道.

芳香植物精油可通過呼吸，皮膚，經(jīng)口途徑作用于體內(nèi)，具有保持身體穩(wěn)定和正常的新陳代謝，改善精神和生理紊亂的功能，因此，研究植物揮發(fā)性成分對正確利用植物香氣治療疾病和健康保健都非常重要[14].本研究采用頂空固相微萃取(HS-SPME：Head Space-Solid Phase-Microextraction)，使用CAR/PDMS和PDMS兩種萃取頭，對粉碎的干燥白豆蔻釋放出來的香氣進行萃取，并采用GC-MS聯(lián)機進行分析，明確白豆蔻香氣成分構(gòu)成，為芳香療法提供理論依據(jù)，以此達到提高白豆蔻附加價值和有效利用白豆蔻資源的目的.

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

白豆蔻于2013年8月22日購自哈爾濱南極調(diào)料城(產(chǎn)地中國廣西).

DFY-500型搖擺式中藥粉碎機(浙江省溫嶺市林大機械有限公司).

GC6890N/MS5973型氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用儀(美國Agilent公司).

氣質(zhì)用色譜柱：彈性石英毛細管柱HP-30ms(30 m×250 μm×0.25 μm)(美國Agilent公司).

SPME萃取裝置：手動SPME進樣器和SPME萃取頭(美國Supelco公司).萃取頭型號：CAR/PDMS (Carboxen/Polydimethylsiloxane) (柱長1 cm，75 μm)；PDMS(Polydimethylsiloxane) (柱長1 cm，100 μm).

1.2 實驗方法

1.2.1 HS-SPME

將CAR/PDMS萃取柱安裝到手動SPME進樣器中后，將其插入GC儀進樣口，將萃取頭推出在250 ℃下活化30 min.室溫下，將活化后的萃取柱置于密閉容器中10 g白豆蔻粉末的上空，將萃取頭推出，使其吸附白豆蔻香氣成分30 min.然后將萃取頭插入GC-MS進樣口，在250 ℃下解吸3 min.即熱解吸纖維頭上吸附的分析物進入氣相毛細管色譜柱進行分離解析.

1.2.2 GC-MS測定條件

GC分析條件：He載氣流量：1 mL/min. 進樣口溫度250 ℃，進樣分流比為30∶1.程序升溫：柱溫60 ℃保持1 min，然后以6 ℃/min升至150 ℃，再以8 ℃/min升至240 ℃，保持15 min.

MS分析條件：電離方式：EI離子源.離子源溫度(source)：230 ℃.質(zhì)量掃描范圍：45～550 amu.四級桿(Quad)溫度：150 ℃.電離電壓(EleEnergy)：70 eV.

成分解析：用標準質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫NIST98進行匹配度(或稱相似度)對照解析，取正反匹配度85%以上數(shù)據(jù)；匹配度相同時，選取可能性數(shù)據(jù)最大者；采用峰面積歸一化法計算相對質(zhì)量分數(shù).

2 結(jié)果與討論

植物的香氣成分紛繁復(fù)雜，種類多樣，極性不盡相同，而使用的萃取頭的吸附原理和能力也常有不同，為了更全面的了解白豆蔻香氣成分，本文選擇了CAR/PDMS和PDMS兩種不同極性的萃取頭對粉碎的白豆蔻進行萃取.

按照實驗方法測定3個V-4Cr-4Ti合金樣品中Al、As、Co、Cu、Fe、Mg、Mn、Ni、P、K、Na，然后分別與電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)的測定結(jié)果進行對照，結(jié)果見表5。

粉碎后的白豆蔻釋放出濃郁的，與薄荷香氣稍有相似香氣，有令人頭腦清醒的感覺.使用CAR/PDMS萃取頭和PDMS萃取頭分別對該香氣進行HS-SPME，然后用GC-MS聯(lián)用分析，得到了總離子流色譜圖1、2.

圖1、2的解析結(jié)果顯示，使用兩種不同萃取頭萃取得到的白豆蔻香氣成分的GC-MS總離子流譜圖的物質(zhì)組成大體規(guī)律相同，但是組分數(shù)目和一些成分在含量上也有一些差異.

使用CAR/PDMS萃取柱時，共檢出27種揮發(fā)性成分，鑒定出占總揮發(fā)性成分99.659%的25種成分；使用PDMS萃取柱時，共檢測出25種揮發(fā)性成分，解析出占總揮發(fā)性成分98.615%的21種成分，解析結(jié)果列于表1.

圖1 白豆蔻香氣成分HS-SPME的GC-MS總離子流譜圖(CAR/PDMS萃取柱)

圖2 白豆蔻香氣成分HS-SPME的GC-MS總離子流譜圖(PDMS萃取柱)

由表1可知，在解析出的所有成分中，絕大部分成分為萜類化合物.使用CAR/PDMS萃取柱時，萜類化合物相對百分含量99.655%，其中單萜類化合物97.285%，倍半萜類2.370%.使用PDMS萃取柱時，萜類化合物相對百分含量98.293%，其中單萜類化合物97.415%，倍半萜類0.878%.

表1 白豆蔻香氣成分解析結(jié)果

注：“-”為無此成分檢出；“未知”為相似度低于85%的成分；*代表單萜化合物；**代表倍半萜化合物.

當萃取頭為極性的CAR/PDMS時，吸附的最多的單一成分是1,8-桉樹腦、β-蒎烯和α-蒎烯，相對百分含量分別為63.649%、15.479%和5.569%；其次是β-月桂烯和α-松油醇，相對百分含量分別為3.106%、2.588%和2.243%.這五種成分占總香氣成分的90.391%.

當萃取頭為非極性的PDMS時，吸附的最多的單一成分也是1,8-桉樹腦、β-蒎烯和α-蒎烯，相對百分含量分別為56.859%、20.874%和8.610%；其次是β-月桂烯和α-松油醇，相對百分含量分別為2.778%、2.442%和1.998%.這五種成分占總香氣成分的91.363%.

由此可知，粉碎白豆蔻發(fā)出的香氣主要是有上述五種成分貢獻，也是兩種萃取柱萃取的主要共有香氣成分.

從上述結(jié)果的各個成分的相對百分含量還證明了即使是同一成分，吸附量也是有差異的.例如，對于1,8-桉樹腦、β-月桂烯和α-松油醇，CAR/PDMS萃取頭的吸附能力強于PDMS萃取頭.除了上述主要成分之外，微量成分也呈現(xiàn)出這種差異，例如，檀香烯相對百分含量分別為：CAR/PDMS 0.629%，PDMS 0.409%；(Z)-羅勒烯的相對百分含量分別為：CAR/PDMS 0.589%，PDMS 0.342%；蓽澄茄油烯的相對百分含量為：CAR/PDMS 0.272%，PDMS 0.147%.

相反，PDMS萃取頭對β-蒎烯、α-蒎烯、β-松油烯組分的吸附能力強于CAR/PDMS萃取頭.

另外，兩種萃取頭對下述各成分具有明顯的選擇性，即非共有成分.

例如，用CAR/PDMS萃取頭檢測到檜烯、α-松油烯、欖香烯和香檸檬烯，而用PDMS萃取頭就沒有被檢測到；而用PDMS萃取頭檢測到的樟腦在用CAR/PDMS萃取頭時沒有被檢測到.

3 結(jié) 語

本文采用兩種不同極性萃取柱的HS-SPME和GC-MS相結(jié)合的方法研究白豆蔻香氣成分結(jié)果得知：

CAR/PDMS和PDMS兩種萃取頭分別萃取和檢測出27和25種揮發(fā)性成分，分別鑒定出了各占總揮發(fā)性成分的99.659%和98.615%的25和21種成分.共同的主要香氣成分是1,8-桉樹腦(63.649%和56.859%)，β-蒎烯(15.479%和20.874%)，α-蒎烯(5.569%和8.610%)，β-月桂烯(3.106%和2.778%)和α-松油醇(2.588%和2.243%)等.白豆蔻香氣成分主要有上述成分貢獻.

兩種萃取柱共檢測出14種共有成分，16種非共有成分，意味著不同極性萃取頭對香氣成分具有明顯的吸附選擇性，也就是有的成分可以被CAR/PDMS吸附，而不被PDMS吸附.另外，還發(fā)現(xiàn)，即使是同一種成分，兩個萃取柱的吸附的相對百分含量不同，這些與萃取柱極性，吸附能力，化合物結(jié)構(gòu)及其濃度有關(guān).

因此得出結(jié)論，為全面地了解植物香氣成分，選擇兩種或兩種以上不同的萃取柱分別進行萃取，然后進行綜合對比分析的方法是十分必要的.該結(jié)果為全面解明白豆蔻香氣成分，合理有效利用白豆蔻香氣提供了重要的理論依據(jù).

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