SPME和SDE結(jié)合GCMS分析荷葉中揮發(fā)性成分

付欽寶,蔡為榮,謝亮亮,潘 匯,曹 雪，曾 恒

(安徽工程大學 生物與化學工程學院,安徽蕪湖 241000)

付欽寶,蔡為榮*,謝亮亮,潘 匯,曹 雪，曾 恒

(安徽工程大學 生物與化學工程學院,安徽蕪湖 241000)

分別采用同時蒸餾萃取(SDE)法和固相微萃取(SPME)法并結(jié)合氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(GC-MS)技術(shù)分析荷葉的揮發(fā)性風味成分。SPME法選用3種萃取頭(CAR/PDMS、DVB/CAR/PDMS、PDMS/DVB)與SDE法對定性結(jié)果進行比較分析。結(jié)果表明,SDE法所鑒定出的揮發(fā)性成分有97種,相對含量為94.86%,且以烴類物質(zhì)為主;SPME(CAR/PDMS)法所鑒定出的揮發(fā)性成分有29種,相對含量為89.26%,以醇類為主;SPME(DVB/CAR/PDMS)法所鑒定出的揮發(fā)性成分有62種,相對含量為85.97%,以醛類為主;SPME(PDMS/DVB)法所鑒定出的揮發(fā)性成分有59種,相對含量為86.96%,以醛類為主。由此可見,在荷葉揮發(fā)性成分分析中,四種方法萃取到的揮發(fā)性成份種類數(shù)從多到少依次是,SDE、SPME(DVB/CAR/PDMS)、SPME(PDMS/DVB)、SPME(CAR/PDMS)。

荷葉,揮發(fā)性成分,SPME,SDE,GC-MS

荷葉又名蓮花莖、蓮莖,為睡蓮科蓮屬植物的葉片,藥食兩用的材料[1]。荷葉味苦,具有清暑化濕,升發(fā)清陽,涼血止血等功效,經(jīng)常飲用可在一定程度上緩解高血壓、高血脂等[2-3]。目前,常用的揮發(fā)性成分提取技術(shù)主要有:頂空萃取(Headspace extraction)[4-5]、同時蒸餾萃取(Simultaneous distillation extraction,SDE)[6]、超臨界流體萃取(Supercritical fluid extraction,SCFE)[7]結(jié)合氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS)的方法。

荷葉揮發(fā)性成份報道目前主要集中在利用水蒸氣蒸餾法[8]和超臨界CO2萃取法[7],而利用同時蒸餾萃取法較少,頂空固相微萃取法(SPME)提取荷葉揮發(fā)性成分報道更少。近年來,荷葉相關(guān)產(chǎn)品,如如荷葉丸、荷葉口服液等在人們生活中起著越來越重要的作用,也吸引了很多學者對荷葉的應(yīng)用價值進行探索。為了綜合分析荷葉的揮發(fā)性風味成分,本實驗采用固相微萃取法SPME(CAR/PDMS、DVB/CAR/PDMS、PDMS/DVB)與同時蒸餾萃取法(SDE)對荷葉揮發(fā)性成分進行對比分析。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

荷葉:2016年8月份采于安徽工程大學池塘,烘干后用粉碎機粉碎,過80目篩,于干燥箱內(nèi)密封保存。二氯甲烷、無水硫酸鈉均為分析純 國藥集團化學試劑有限公司。

固相微萃取:手動SPME進樣器及3種不同纖維涂層的固相微萃取頭(65 μm PDMS/DVB;75 μm CAR/PDMS;50/30 DVB/CAR/PDMS) 美國Supelco公司;QP 2010 PlusS氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀 日本島津公司;同時蒸餾萃取裝置 北京玻璃儀器廠;FW-100高速萬能粉碎機 上海勝啟儀器儀表有限公司;DCB181冰箱 美菱股份有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 SDE法 稱取20 g荷葉粉末,置于500 mL圓底燒瓶中,加入250 mL蒸餾水,放入適量沸石顆粒,利用磁力攪拌器,攪拌均勻后,放置于同時蒸餾萃取儀一端,用電爐加熱并且保持瓶內(nèi)溶液沸騰狀態(tài)。取50 mL新蒸的二氯甲烷溶液于500 mL圓底燒瓶,放入適量沸石顆粒,接于同時蒸餾萃取儀另一端,用恒溫水浴鍋50 ℃水浴加熱3 h。將萃取液冷卻后加入適量干燥的無水硫酸鈉,置于4 ℃的冰箱中過夜處理,過濾,濾液進行旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮處理,用氮氣吹至1 mL左右,用于氣質(zhì)聯(lián)用進行分析。

1.2.2 SPME法 首先對固相微萃取的萃取頭進行老化處理,老化溫度為250 ℃,老化時間0.5 h。取5 g荷葉粉末放入50 mL頂空瓶中,60 ℃在水浴鍋中預(yù)熱20 min。其次,將固相微萃取裝置的萃取頭插入到頂空瓶中,不能使萃取頭直接接觸到樣品,吸附30 min后,在250 ℃條件下解吸5 min,啟動儀器收集數(shù)據(jù)。3種萃取頭采用相同的操作方法。

1.3 氣質(zhì)分析條件

色譜條件:島津GC-MS-QP 2010 Plus,不分流進樣,載氣He,流速為1 mL/min;進樣口溫度250 ℃;升溫程序:初始溫度35 ℃,保持5 min,以10 ℃/min升溫至60 ℃,保持5 min;以5 ℃/min升溫至110 ℃,保持3 min;以7 ℃/min升溫至250 ℃保持7 min。

質(zhì)譜條件:電子轟擊離子源(EI),離子源溫度230 ℃,接口溫度250 ℃,電離電壓70 eV,全掃描模式采集數(shù)據(jù),掃描范圍為30～550 u。

定性方法:利用計算機數(shù)據(jù)工作站NIST標準質(zhì)譜圖庫,對被分析樣品組分的質(zhì)譜進行檢索,以匹配度大于80%作為鑒定依據(jù),再結(jié)合相關(guān)參考資料對譜圖進行人工解析,從而確定各個被分析組分化學成分。通過采用面積歸一化法對荷葉樣品中的揮發(fā)性成分進行定性分析,即通過被檢測出的各個組分的峰面積與待測樣品總的峰面積做比較,從而得出各個檢出組分的相對百分含量。

2 結(jié)果與討論

SDE法提取到的揮發(fā)性物質(zhì)經(jīng)過GC-MS分析后,鑒定出97種物質(zhì)。含量最高是烴類、其次是酮類、醇類、醛類、酯類、酸類和其他類,分別占揮發(fā)性成分總量的35.16%、22.38%、11.40%、8.86%、8.73%、5.03%、3.30%。由此可見,SDE法為含烴類和醇類成分較多的樣品分析提供了參考依據(jù)。SPME(DVB/CAR/PDMS)法提取到的揮發(fā)性物質(zhì)經(jīng)過GC-MS分析后,鑒定出62種物質(zhì)。其中,含量最高的是醇類,其次是醛類、烴類、酮類、酯類、其他,分別占揮發(fā)性成分總量的31.33%、22.66%、15.11%、12.74%、3.62%、0.5%。由此可見,SPME(DVB/CAR/PDMS)法為含醇類和醛類成分較多的樣品分析提供了參考依據(jù)。SPME(PDMS/DVB)法提取到的揮發(fā)性物質(zhì)經(jīng)過GC-MS分析后,鑒定出59種物質(zhì)。其中,含量最高的是醛類,其次是醇類、酮類、烴類、酸類、酯類,分別占揮發(fā)性成份總量的24.27%、18.76%、17.36%、14.51%、7.69%、4.37%。由此可見,SPME(PDMS/DVB)法為含醛類和醇類成分較多的樣品分析提供了參考依據(jù)。SPME(CAR/PDMS)法提取到的揮發(fā)性物質(zhì)經(jīng)過GC-MS分析后,鑒定出29種物質(zhì)。其中,含量最高的是醇類,其次是醛類、酮類、酸類、烴類、酯類,分別占揮發(fā)性成份總量的51.65%、13.31%、8.93%、7.29%、6.74%、1.34%。由此可見,SPME(CAR/PDMS)法為含醇類和醛類成分較多的樣品分析提供了參考依據(jù)。

由表1可知,四種方式共鑒定出荷葉粉末中156種揮發(fā)性成分。其中,環(huán)己醇、2,6-二甲基環(huán)己醇、1,4-己二烯、辛酸、庚酸、己酸只在SPME(CAR/PDMS)法所得的揮發(fā)性成分中出現(xiàn);十四醛、正庚醛、2,3,5,8-四甲基葵烷、2,3-二甲基己烷、2,3,3-三甲基己烷、十九烷、2,6,10-三甲基十二烷、3-甲氧基芐基醇、(2Z)-2-(3,3-二甲基環(huán)己亞基)-乙醇、十五烷醇、十一醇、十九烷醇、2-辛炔-1-醇、α-松油醇、十三烷酸乙酯、3-乙基-1,4-己二烯、1-十一烯、4-(2,6,6-三甲基-3-環(huán)己烯-1-基)2-丁烯-1-酮、4-十四烷氧基苯酚只在SPME(CAR/PDMS/DVB)中出現(xiàn);3-羥基-4-甲氧基苯甲醛、正十二醛、十三醛、十六醛、1,2-環(huán)氧十六烷、2-甲基-3-丁烯-1-醇、(Z)-2,6-二甲基-2,6-辛二烯、1-十四烯、3,5-辛二烯-2-酮、2-十七烷酮、正十八酸、2-甲基丁酸、反式-3-己烯酸只在SPME(PDMS/DVB)中出現(xiàn);SDE法提前到的揮發(fā)性成分中鑒定出的物質(zhì)最多,且有60種成分只在SDE法中出現(xiàn),多為烷烴類。

三種混合纖維萃取頭提取到的共同物質(zhì)有11種,分別為(Z)2-己烯醛、癸醛、4-甲氧基苯甲醛、4-己烯-1-醇、1-己醇、1-辛烯-3-醇、苯甲醇、苯乙醇、2,6,6-三甲基-6-乙烯基四氫-2H-呋喃-3-醇、2,6,6-三甲基-2-環(huán)己烯-1,4-二酮、5,6,7-四氫-4,4,7a-三甲基-2(4H)-苯并呋喃酮。SPME法和SDE法共同提取到的揮發(fā)性物質(zhì)有(Z)2-己烯醛、4-甲氧基苯甲醛、4-己烯-1-醇、苯甲醇、苯乙醇、2,6,6-三甲基-2-環(huán)己烯-1,4-二酮、5,6,7-四氫-4,4,7a-三甲基-2(4H)-苯并呋喃酮。

表1 SDE法和SPME法萃取荷葉的揮發(fā)性成份分析結(jié)果Table 1 Volatile compounds of Lotus leaves by HS-SPME and SDE

續(xù)表

續(xù)表

注：表中“-”表示未檢測到。

3 討論

SDE法是目前使用最為廣泛的一種揮發(fā)性成分分析的方法,SDE法的提取過程是在常壓下保持樣品溶液沸騰的條件下進行的,由于長時間處于高溫加熱狀態(tài),在提取過程中樣品中所含化學成分可能會發(fā)生不同程度的熱變化,從而產(chǎn)生一些非樣品中原有的化學成分(包括揮發(fā)性成分)[6,9],因此SDE法只能反映荷葉部分揮發(fā)性成份。SPME法直接在頂空瓶中萃取荷葉樣品中揮發(fā)性成分,所需樣品量少、溫度低、萃取程度高、較短時間內(nèi)即可萃取到荷葉中的揮發(fā)性成分[5]。SPME法的三種混合纖維萃取頭萃取到的共同物質(zhì)僅有11種,這與萃取頭對揮發(fā)性成分吸附性能有關(guān)。Achouri等[10]認為萃取頭吸附揮發(fā)性成份是根據(jù)相似相溶的原理進行的。PDMS/DVB萃取頭為極性,易吸附烷烴類化合物;DVB/CAR/PDMS萃取頭為中性,適合吸附酮類、醇類化合物;CAR/PDMS萃取頭為中性,適合吸附小分子化合物[11-12]。DVB/CAR/PDMS萃取頭從荷葉樣品中萃取到的揮發(fā)性成分,經(jīng)分析鑒定出的揮發(fā)性成分種類數(shù)最多,其次是PDMS/DVB萃取頭,CAR/PDMS萃取頭鑒定出的揮發(fā)性成分種類數(shù)最少。實驗結(jié)果表明,DVB/CAR/PDMS萃取頭對荷葉樣品中揮發(fā)性成分的吸附效果最佳。

4 結(jié)論

SDE法提取到的揮發(fā)性成分經(jīng)GC-MS分析后,鑒定出97種物質(zhì);SPME(DVB/CAR/PDMS)法提取到的揮發(fā)性成分經(jīng)過GC-MS分析后,鑒定出62種物質(zhì)。SPME(PDMS/DVB)法提取到的揮發(fā)性成分經(jīng)過GC-MS分析后,鑒定出59種物質(zhì)。SPME(CAR/PDMS)法提取到的揮發(fā)性成分經(jīng)過GC-MS分析后,鑒定出29種物質(zhì)。就提取到的揮發(fā)性成分種類而言,SDE法效最好,其余依次是SPME(DVB/CAR/PDMS)、SPME(PDMS/DVB)法和SPME(CAR/PDMS)法,四種方法共鑒定出156種揮發(fā)性成分,每種提取方法所得揮發(fā)性成分種類和含量有所不同,說明四種提取方法能相互補充驗證,能最大限度的進行分析荷葉揮發(fā)性成份,為鑒別荷葉質(zhì)量、荷葉的藥理作用、綜合利用提供科學的參考數(shù)據(jù)。

[1]王福剛,曹娟,劉斌,等. 荷葉的化學成分及其藥理作用研究進展[J]. 時珍國醫(yī)國藥,2010,21(9):2339-2340.

[2]周永剛,劉暢,毛飛,等. 荷葉化學成分的 HPLC-TOF/MS 分析[J]. 藥學實踐雜志,2011,29(5):342-346.

[3]孔文琦,李嚴巍. 荷葉活性化學成分及藥理研究進展[J]. 中藥研究與信息,2005,7(6):22-24.

[4]Lv H P,Zhong Q S,Lin Z,et al. Aroma characterisation of Pu-erh tea using headspace-solid phase microextraction combined with GC/MS and GC-olfactometry[J]. Food Chemistry,2012,130(4):1074-1081.

[5]Jane? D,Kantar D,Kreft S,et al. Identification of buckwheat(Fagopyrum esculentum Moench)aroma compounds with GC-MS[J]. Food Chemistry,2009,112(1):120-124.

[6]陳悅嬌,王冬梅,鄧煒強,等. SDRP和SDE法提取烏龍茶香氣成分的比較研究[J].中山大學學報:自然科學版,2005,44(B06):275-278.

[7]尹慧晶,錢一帆,濮存海. 均勻設(shè)計法優(yōu)化荷葉超臨界 CO2 萃取工藝及萃取物 GC-MS 分析[J]. 中藥材,2007,30(4):464-466.

[8]傅水玉,黃愛今,劉虎威,等. 荷葉香氣成分的研究(I)—荷葉天然香氣成分的分析[J]. 北京大學學報：自然科學版,1992,28(6):699-705.

[9]Yano M,Okada K,Kubota K,et al. Study on the precursors of monoterpene alcohols in tea leaves [J].Agric Biol Chem,1990,54(4):1023-1028.

[10]Achouri A,Boye J I,Zamani Y. Identification of volatile compounds in soymilk using solid-phase microextraction-gas chromatography [J].Food Chemistry,2006,99(4):759-766.

[11]KataokAH,Lord H L,Pawliszyn J.Application of solid-phase microextraction in food analysis[J]. Food and Bioprocess Technology,2010,4(1):1-26.

[12]Lee J H,Diono R,Kim G Y,et al. Optimization of solid phase microextraction analysis for the headspace volatile compounds of parmrsan cheese[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry,2003,51(5):1136-1140.

[13]廉明,呂世懂,吳遠雙,等. 頂空固相微萃取氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)分析兩種黃茶的香氣成分研究[J]. 食品工業(yè)科技,2015,36(11):281-286.

[14]付蕾,劉正生,孫鑫洋,等. 4 種纖維頭對草莓香氣成分的萃取效果 [J]. 中國農(nóng)業(yè)科學,2010,43(21):4473-4481.

[15]姜文廣,李記明,徐巖,等. 4 種釀酒紅葡萄果實的揮發(fā)性香氣成分分析 [J]. 食品科學,2011,32(6):225-229.

[16]劉曉博,龐曉莉,孔維婷,等. 信陽毛尖特征賦香成分的研究[J]. 食品工業(yè)科技,2013,34(1):108-113.

Characterisation of volatile components of Lotus leaves by HS-SPME and SDE coupled to GC-MS

FUN Qin-bao,CAI Wei-rong*,XIE Liang-liang,PAN Hui,CAO Xue,ZENG Heng

(College of Biological and Chemical Engineering,Anhui Polytechnic University,Wuhu 241000,China)

The volatile flavor components of lotus leaves were extracted by solid phase microextraction(SPME),simultaneous distillation extraction(SDE),which was analyzed by gas chromatography-mass spectrometry(GC-MS).Solid phase microextraction(SPME)of three extraction heads(CAR/PDMS,DVB/CAR/PDMS,PDMS/DVB)and simultaneous distillation extraction(SDE)were used to compare qualitative results. The results showed that there were 97 kinds of volatile components identified by SDE and the percent of total peak area was 94.86% and the major compound was alkane,there were 29 kinds of volatile components identified by SPME(CAR/PDMS)and the percent of total peak area was 89.26% and the major compound was ketone,there were 62 kinds of volatile components identified by SPME(DVB/CAR/PDMS)and the percent of total peak area was 85.97% and the major compound was aldehyde,there were 59 kinds of volatile components identified by SPME(PDMS/DVB)and the percent of total peak area was 86.96% and the major compound was aldehyde. This showed that the most kind of Volatile components can be obtained by SDE,followed by SPME(DVB/CAR/PDMS)、SPME(PDMS/DVB)、SPME(CAR/PDMS).

Lotus leaves;Volatile components;SPME;SDE;GC-MS

2017-01-13

付欽寶(1991-)，男，在讀碩士研究生，研究方向：天然產(chǎn)物功能因子，E-mail：tdfqb412@163.com。

*通訊作者:蔡為榮(1963-)，男，博士，教授，研究方向：天然產(chǎn)物功能因子，E-mail:caiweirong0781@163.com。

安徽省科技攻關(guān)計劃項目(1604a0702013)；蕪湖市科技計劃項目(2015hm25)；安徽工程大學研究生實踐與創(chuàng)新項目(Y040116012)。

TS207.3

A

1002-0306(2017)15-0253-07

10.13386/j.issn1002-0306.2017.15.047