發(fā)酵黑荸薺中揮發(fā)性物質(zhì)的GC-MS分析

魏連會(huì)，劉宇峰*，姬妍茹，董艷，楊慶麗，宋淑敏，石杰，孫興榮

(1.黑龍江省科學(xué)院 大慶分院，黑龍江 大慶 163319；2.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院大慶分院，黑龍江 大慶 163319)

荸薺，俗稱馬蹄，又名地栗、烏茶，是一種藥食同源食材，肉質(zhì)細(xì)嫩、汁多味甜、清脆爽口，有“地下雪梨”之美譽(yù)，在北方被視為“江南人參”[1]。荸薺含有水分、碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪、粗纖維、礦物質(zhì)等多種營養(yǎng)物質(zhì)[2]。中醫(yī)認(rèn)為：荸薺性寒味甘，具有清熱化痰、生津開胃、明目清音、消食醒酒等保健功效[3]。

荸薺中含的磷是根莖類蔬菜中較高的，能促進(jìn)人體生長(zhǎng)發(fā)育和維持生理功能的需要，對(duì)牙齒、骨骼的發(fā)育有很大好處，同時(shí)可促進(jìn)體內(nèi)的糖、脂肪、蛋白質(zhì)三大物質(zhì)的代謝，調(diào)節(jié)酸堿平衡，因此荸薺適于兒童食用[4]。同時(shí)荸薺富含多酚類、黃酮類、甾醇類、多糖類等功能活性因子，使其具有抗氧化、抗菌、免疫調(diào)節(jié)與抗腫瘤等多種保健功能[5-9]。

黑荸薺是以新鮮的荸薺為原料采用變溫發(fā)酵技術(shù)熟化而成，不添加任何的食品添加劑，在保留原有營養(yǎng)成分的同時(shí)，多酚類物質(zhì)明顯增加，同時(shí)新增功能成分類黑精，大大提升了產(chǎn)品的抗氧化、抗腫瘤、抗菌等保健功效。

目前，以荸薺為原料進(jìn)行黑荸薺產(chǎn)品的生產(chǎn)研發(fā)國內(nèi)外未見報(bào)道，本試驗(yàn)采用同時(shí)蒸餾萃取法萃取黑荸薺中的揮發(fā)性物質(zhì)，并進(jìn)行氣質(zhì)色譜儀(GC-MS)分析，確定了黑荸薺中揮發(fā)性物質(zhì)的基本信息，并與鮮荸薺中揮發(fā)性成分進(jìn)行了比較，旨在探討荸薺加工前后揮發(fā)性成分的變化情況，為黑荸薺系列新產(chǎn)品的研制和開發(fā)奠定重要的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 原料與試劑

荸薺：購于湖北宜昌市；二氯甲烷(分析純)：天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所；氯化鈉(分析純)：天津市大茂化學(xué)試劑廠；無水硫酸鈉(分析純)：天津市永大化學(xué)試劑廠。

1.1.2 儀器與設(shè)備

黑荸薺生產(chǎn)設(shè)備 黑龍江省科學(xué)院大慶分院機(jī)電研究所自制；分析天平(ME204E型) 梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司；同時(shí)蒸餾萃取裝置 鄭州興華玻璃儀器廠；恒溫水浴鍋(HH-1型) 金壇市盛藍(lán)儀器制造有限公司；電熱套 山東鄄城華魯電熱儀器有限公司；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀(R201型) 上海申勝生物技術(shù)有限公司；氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(Agilent7890A GC-70000BMS) 美國Agilent公司。

1.2 方法

1.2.1 黑荸薺的制作

將鮮荸薺洗凈吹干后，裝入耐高溫密封塑料袋，放入加工設(shè)備中，按照設(shè)定程序運(yùn)行15天后，變?yōu)楹谳┧j。

1.2.2 黑荸薺揮發(fā)物的萃取

采用同時(shí)蒸餾萃取法萃取鮮荸薺和黑荸薺中的揮發(fā)性成分。在萃取有效成分之前，先進(jìn)行裝置的預(yù)清潔，在萃取裝置的兩端分別加入400 mL蒸餾水和60 mL二氯甲烷，蒸餾3 h，保證儀器清潔。將真空冷凍干燥好的荸薺與黑荸薺樣品用粉碎機(jī)打碎成粉。分別稱取荸薺和黑荸薺樣品50 g(精確至0.1 mg)，置于小燒杯中，同時(shí)加入適量的氯化鈉和蒸餾水溶解，倒入同時(shí)蒸餾萃取裝置的500 mL圓底燒瓶中，并加入適量蒸餾水和沸石，用可控溫的電熱套加熱。在100 mL圓底燒瓶中加入50 mL二氯甲烷，連接到裝置的另一端，浸泡在 45 ℃恒溫水浴中，連續(xù)蒸餾萃取2 h。合并“U”型管和100 mL圓底燒瓶中的二氯甲烷萃取液，于-40 ℃低溫冷凍過夜，用無水硫酸鈉除去溶劑中殘存的水，用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀揮發(fā)溶劑，濃縮提取物至2 mL，過0.22 μm濾膜后，轉(zhuǎn)至色譜瓶進(jìn)行GC-MS分析。

1.2.3 GC-MS分析條件

1.2.3.1 色譜條件

色譜柱：HP-5MS(30 m×250 μm×0.25 μm)；載氣為氦氣，1.0 mL/min；柱初溫50 ℃，保溫2 min，以4 ℃/min的升溫速率升至220 ℃，用時(shí)30 min；進(jìn)樣口溫度250 ℃；分流比10∶1；進(jìn)樣量1 μL。

1.2.3.2 質(zhì)譜條件

EI離子源，電子能量70 eV；電子倍增器電壓1635 V；質(zhì)量掃描范圍30～450 amu，離子源溫度230 ℃；傳輸線溫度240 ℃；四極桿溫度150 ℃。GC-MS檢測(cè)結(jié)果：經(jīng)人工解析并與標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜圖對(duì)照和檢索，確定各組分的化學(xué)結(jié)構(gòu)。

1.2.4 GC-MS數(shù)據(jù)處理

通過計(jì)算機(jī)檢索，同時(shí)利用Agilent7000B質(zhì)譜庫相互匹配進(jìn)行定性分析。各組分相對(duì)含量按照峰面積歸一化法計(jì)算[10]。通過GC-MS聯(lián)用儀測(cè)定的質(zhì)譜信息與標(biāo)準(zhǔn)譜圖對(duì)照，得到相應(yīng)化合物的名稱、結(jié)構(gòu)等信息。最終確定黑荸薺與荸薺中化合物的種類及其含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 黑荸薺揮發(fā)性物質(zhì)的測(cè)定結(jié)果

發(fā)酵黑荸薺樣品揮發(fā)性物質(zhì)的萃取液GC-MS總離子流，見圖1。

圖1 黑荸薺揮發(fā)性成分的總離子流Fig.1 The total ion chromatogram of Eleocharis geniculata volatile substances

峰號(hào)英文名稱中文名稱分子式相對(duì)分子質(zhì)量保留時(shí)間(min)相對(duì)含量(%)13?Furaldehyde3?呋喃甲醛C5H4O2964．81671．592Pyridine，1，2，5，6?tetrahydro?1，2?dimethyl?1，2?二甲基?1，2，5，6?四氫吡啶C7H13N96．086．1430．713(+)?Borneol[2，2，1]庚?2?醇(冰片)C10H18O154．256．9181．10

續(xù) 表

由表1可知，通過對(duì)黑荸薺的揮發(fā)性物質(zhì)化學(xué)成分進(jìn)行GC-MS分析，共鑒定出了7種化合物，主要由3-呋喃甲醛組成(71.59%)。其中含量較高的成分為3-呋喃甲醛、軟脂酸、苯乙醛、冰片。

2.2 荸薺揮發(fā)性物質(zhì)的測(cè)定結(jié)果

荸薺鮮樣品揮發(fā)性物質(zhì)的萃取液GC-MS總離子流，見圖2。

圖2 荸薺揮發(fā)性成分的總離子流Fig.2 The total ion chromatogram of Eleocharis dulcis volatile substances

峰號(hào)英文名稱中文名稱分子式相對(duì)分子質(zhì)量保留時(shí)間(min)相對(duì)含量(%)1Silane，tetramethyl?四甲基硅烷C4H12Si88．235．1780．3122?Butanol，3?methoxy?3?甲氧基?2?丁醇C5H12O21045．4324．803Formamide，N?(1，1?dimethylethyl)?N?叔丁基甲胺C5H11NO101．157．2640．104Benzylalcohol苯甲醇C7H8O108．1410．940．315Benzene，[(2?propenyloxy)methyl]?烯丙基芐基醚C10H12O148．2011．1790．566Pentadecanoicacid正十五烷酸C15H30O2242．4036．3560．487n?Hexadecanoicacid軟脂酸C16H32O2256．4238．8875．6789，12?Octadecadienoicacid(Z，Z)?亞油酸C18H32O2280．4542．8117．77

由表2可知，通過對(duì)荸薺的揮發(fā)性物質(zhì)化學(xué)成分進(jìn)行GC-MS分析，共鑒定出了8種化合物，主要由軟脂酸構(gòu)成(71.59%)。其中含量較高的成分為軟脂酸、亞油酸、3-甲氧基-2-丁醇。

3 結(jié)論

研究表明：荸薺經(jīng)過高溫熟化后，揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)變化較大。新增成分3-呋喃甲醛具有杏仁樣氣味，3-呋喃甲醛應(yīng)該是荸薺中多糖水解后在有機(jī)酸的催化作用下經(jīng)高溫產(chǎn)生的[11]，具有杏仁氣味，苯乙醛具有濃郁的玉簪花香氣，稀釋后具有水果的甜香氣。兩種風(fēng)味物質(zhì)的形成，賦予黑荸薺特殊的口感，使其香甜可口，更符合大眾的口味。新增成分冰片為藥典收錄的中藥材，具有開竅醒神、清熱止痛的功效，用于熱病神昏、驚厥、中風(fēng)痰厥、氣郁暴厥、中惡昏迷、胸痹心痛、目赤、口瘡、咽喉腫痛、耳道流膿等。

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