高良姜揮發(fā)油熱穩(wěn)定性研究及其抗氧化劑篩選

邰佳，鄒俊波，史亞軍，張小飛，郭東艷

(陜西中醫(yī)藥大學(xué) 藥學(xué)院，陜西省中藥基礎(chǔ)與新藥研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 咸陽 712046)

自古以來，藥食兩用的生物資源在我國發(fā)揮了充饑、治病、保健的重要作用。在食品香料中，許多含揮發(fā)油的香料都具有抑菌、抗氧化等活性，如花椒、辣椒、生姜、高良姜等[1-4]。高良姜來源于姜科植物高良姜(AlpiniaofficinarumHance)的干燥根莖[5], 具有溫胃散寒、消食止痛等作用。高良姜揮發(fā)油作為天然調(diào)味香料已經(jīng)廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥等行業(yè)。由于其具有保鮮、防霉、抗菌、抗氧化和驅(qū)殺蚊蟲等功能, 使它在糧食儲藏和食品保鮮方面具有很好的應(yīng)用前景[6]。除此之外，高良姜常被研磨成粉大量用作調(diào)味品、香料、驅(qū)蟲劑、水果保鮮劑等[7]。為擴(kuò)大高良姜在食品、藥品中的使用范圍，保證其穩(wěn)定性，本實(shí)驗(yàn)以高良姜為研究對象，探索了其揮發(fā)油在高溫條件下的成分變化規(guī)律以及不同抗氧化劑的種類和濃度，為含揮發(fā)油的香料穩(wěn)定性研究提供了參考。

1 材料與儀器

1.1 試劑

生育酚、沒食子酸辛酯、丁香酚、沒食子酸丙酯、麝香草酚、香芹酚：批號分別為J11N8R47903、J19M7R14871、B19M9C56191、C26O8C46538、B20J9C53345、YY12680，含量分別為≥98%、≥98%、≥98.5%、≥98%、≥98%、≥92.5%，均購自上海源葉生物科技有限公司；2,6-二叔丁基對甲酚：批號20140918，含量≥98%，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

高良姜：購于陜西興盛德藥業(yè)有限責(zé)任公司。

1.2 儀器

7890B-5977B GC-MSD氣質(zhì)聯(lián)用儀 安捷倫科技(中國)有限公司。

2 實(shí)驗(yàn)方法

采用水蒸氣蒸餾法提取高良姜揮發(fā)油，每隔30 min記錄收集的油量，提取時間總計(jì)8 h，收集所提取的高良姜揮發(fā)油，采用GC-MS分析高良姜揮發(fā)油的化學(xué)成分。然后分別在不同的溫度梯度和時間梯度下，對高良姜揮發(fā)油進(jìn)行熱穩(wěn)定性考察，確定高良姜揮發(fā)油成分變化最顯著時的加熱溫度和加熱時間。再選擇BHT等7種抗氧化劑干預(yù)，測得抗氧化劑干預(yù)前后成分變化特征圖譜，根據(jù)主要特征成分的變化規(guī)律，確定最佳抗氧化劑。本研究所采用的實(shí)驗(yàn)方案流程見圖1。

圖1 實(shí)驗(yàn)總流程圖Fig.1 Experimental flow chart

2.1 高良姜揮發(fā)油的提取工藝

稱取200 g高良姜，加10倍量水，浸泡30 min，水蒸氣蒸餾法提取揮發(fā)油，提取8 h，收集揮發(fā)油，避光4 ℃保存?zhèn)溆谩?/p>

2.2 GC-MS條件[8]

GC條件：分流比為5∶1，流量為1 mL/min。載氣為99.999%的氦氣，加熱器溫度230 ℃，輔助加熱240 ℃，初始溫度50 ℃(保持3 min)，以3 ℃/min的升溫速率升至100 ℃，保持2 min；然后以4 ℃/min的升溫速率升至140 ℃，保持2 min；再以6 ℃/min的升溫速率升至185 ℃，保持3 min；最后以30 ℃/min的升溫速率升至230 ℃，保持2 min。

MS條件：溶劑延遲3 min，掃描范圍35～500 amu，離子源溫度230 ℃，四級桿溫度150 ℃。

頂空參數(shù)：加熱箱90 ℃，定量環(huán)100 ℃，傳輸線110 ℃，進(jìn)樣持續(xù)時間1 min，樣品瓶平衡時間20 min，GC循環(huán)時間50 min。

2.3 高良姜揮發(fā)油的穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)

2.3.1 不同加熱溫度供試品制備

分別取“2.1”項(xiàng)下?lián)]發(fā)油100 μL至樣品瓶中，密封，分別于20，40，60，80，100 ℃水浴加熱8 h，取出冷卻，用乙醇溶解并轉(zhuǎn)移至10 mL的量瓶中，定容至刻度線，振蕩，混合均勻后，取1 mL加至100 mL的量瓶中，加純凈水稀釋并定容至100 mL，充分混勻后，精密移取5 mL至20 mL的頂空進(jìn)樣瓶中，加蓋密封，備用，進(jìn)行GC-MS分析，篩選使高良姜揮發(fā)油變化最顯著的加熱溫度。

2.3.2 不同加熱時間供試品制備

分別取“2.1”項(xiàng)下?lián)]發(fā)油100 μL至樣品瓶中，密封，編號6～13，于100 ℃分別水浴加熱1，2，3，4，5，6，7，8 h，取出冷卻。按“2.3.1”項(xiàng)下方法制備供試品，進(jìn)行GC-MS分析，篩選使高良姜揮發(fā)油變化最顯著的加熱時間。

2.3.3 不同抗氧化劑的穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)[9]

分別取“2.1”項(xiàng)下?lián)]發(fā)油100 μL至樣品瓶中，密封，編號1～9(1號是空白組，2號是氧化組，3～9號是加不同種類抗氧化劑的氧化組)，2～7號樣品于100 ℃加熱7 h，3～7號樣品中分別加入0.04 mol/L抗壞血酸棕櫚酸酯、麝香草酚、沒食子酸丙酯、沒食子酸辛酯、2,6-二叔丁基對甲酚、香芹酚、維生素E。按“2.3.1”項(xiàng)下方法制備供試品，進(jìn)行GC-MS分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 高良姜揮發(fā)油化學(xué)成分分析

GC-MS分析高良姜揮發(fā)性成分，總離子流圖見圖2，并利用NIST14.LIB 標(biāo)準(zhǔn)庫進(jìn)行成分分析，結(jié)果見表1。

圖2 高良姜揮發(fā)油總離子流圖Fig.2 Total ion chromatogram of volatile oil from Alpinia officinarum Hance

編號名稱CAS號分子式分子量1Propanoic acid,2-methyl-,2-methylpropyl ester000097-85-8C8H16O2144.212Tricyclo[2.2.1.0(2,6)]heptane,1,7,7-trimethyl-000508-32-7C10H16136.2343(1R)-2,6,6-Trimethylbicyclo[3.1.1]hept-2-ene007785-70-8C10H16136.234Bicyclo[2.2.1]heptane,2,2-dimethyl-3-methylene-,(1S)-005794-04-7C10H16136.235.beta.-Pinene000127-91-3C10H16136.236.alpha.-Phellandrene000099-83-2C10H16136.237Butanoic acid,2-methyl-,2-methylpropyl ester002445-67-2C9H18O2158.2481,3-Cyclohexadiene,1-methyl-4-(1-methylethyl)-000099-86-5C10H16136.2349Benzene,1-methyl-3-(1-methylethyl)-000535-77-3C10H14134.2210Eucalyptol000470-82-6C10H18O154.2511.gamma.-Terpinene000099-85-4C10H16136.23412Cyclohexene,1-methyl-4-(1-methylethylidene)-000586-62-9C10H16136.2313Fenchol001632-73-1C10H18O154.2514(+)-2-Bornanone000464-49-3C10H16O152.2315Bicyclo[2.2.1]heptane,2-chloro-2,3,3-trimethyl-000465-30-516Cyclohexene,1-methyl-5-(1-methylethenyl)-,(R)-001461-27-4C10H16136.23417Bicyclo[2.2.1]heptan-2-ol,1,3,3-trimethyl-,acetate,(1S-exo)-076109-40-5C12H20O2196.28618Bicyclo[7.2.0]undec-4-ene,4,11,11-trimethyl-8-methylene-,[1R-(1R*,4Z,9S*)]-000118-65-0C15H24204.351119Caryophyllene000087-44-5C15H24204.351120trans-.alpha.-Bergamotene013474-59-4C15H24204.3510621Humulene006753-98-6C15H24204.3511

續(xù) 表

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3.2 溫度對高良姜揮發(fā)油的影響結(jié)果

繪制不同加熱溫度下高良姜揮發(fā)性成分特征圖譜，見圖3。用R3.5.0軟件由不同加熱溫度聚類結(jié)果可知，20 ℃很輕易地被單獨(dú)分為一類，表明在20 ℃接近室溫的溫度下，高良姜揮發(fā)油中的揮發(fā)性成分與加熱后有明顯的差別，其對熱有明顯的不耐受性。而100 ℃又被單獨(dú)地分為一類，表明100 ℃的高溫對高良姜揮發(fā)性成分的影響比其他加熱溫度更明顯。再對不同加熱溫度下高良姜揮發(fā)性成分峰面積作圖分析，見圖4?？梢郧宄乜吹剑S著溫度的升高，峰面積的變化明顯，尤其在100 ℃時，揮發(fā)性成分的峰面積形狀與其他溫度差異最大，說明在100 ℃對高良姜揮發(fā)性成分影響最大。所以在考察不同加熱時間對高良姜揮發(fā)性成分影響時，加熱溫度選擇100 ℃。

圖3 溫度對高良姜揮發(fā)油組成成分的影響Fig.3 Effect of temperature on the composition of volatile oil from Alpinia officinarum Hance

圖4 溫度對高良姜揮發(fā)油中化合物峰面積的影響Fig.4 Effect of temperature on the peak areas of compounds in volatile oil from Alpinia officinarum Hance

3.3 時間對高良姜揮發(fā)油的影響結(jié)果

繪制不同加熱時間下高良姜揮發(fā)性成分特征圖譜，見圖5。由不同加熱時間聚類結(jié)果可知7 h被聚為一類，與加熱1 h相比，在加熱7 h時，高良姜揮發(fā)性成分變化明顯，這與預(yù)測的加熱8 h成分變化最明顯有些出入，推測可能是某類成分結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。再對不同加熱時間下高良姜揮發(fā)性成分峰面積繪圖分析，見圖6。加熱7 h后，高良姜揮發(fā)性成分峰面積與圖4中20 ℃的峰面積相比變化最大，進(jìn)一步說明加熱時間為7 h對高良姜揮發(fā)性成分影響最大。

圖5 時間對高良姜揮發(fā)油組成成分的影響Fig.5 Effect of time on the composition of volatile oil from Alpinia officinarum Hance

圖6 時間對高良姜揮發(fā)油中化合物峰面積的影響Fig.6 Effect of time on the peak areas of compounds in volatile oil from Alpinia officinarum Hance

由圖5可知，7 h單獨(dú)為一類，1，2，3，4，5，6，8 h屬于另外一類。1 h下高良姜揮發(fā)油中的成分變化最小，則高良姜揮發(fā)油在1 h時是最穩(wěn)定的，故和1 h分屬一類的時間下都是相對穩(wěn)定的。而7 h是另外一類，所以7 h時高良姜揮發(fā)油穩(wěn)定性差。同時，由圖6可知，高良姜揮發(fā)油中的化合物峰面積在7 h的波動最明顯，故高良姜揮發(fā)油在加熱7 h后最不穩(wěn)定。進(jìn)一步就高良姜主要揮發(fā)性成分變化規(guī)律作圖分析(見圖7)，右旋α-蒎烯、桉樹醇、(-)-莰烯、間異丙基甲苯、β-蒎烯的峰面積隨著加熱時間的增加并沒有減少，表明加熱時間對這5種化合物沒有明顯的影響，這5種成分可能為耐熱性成分。隨著加熱時間的增加，高良姜揮發(fā)油成分之間可能相互影響并作用，使得不穩(wěn)定的成分向其他成分發(fā)生了轉(zhuǎn)換，也有可能產(chǎn)生新的化合物。這些耐高溫的成分是否在高溫烹制食品時散發(fā)了香味或發(fā)揮了某種作用還有待進(jìn)一步研究。

圖7 高良姜揮發(fā)油特征化合物峰面積圖Fig.7 Peak area figure of characteristic compounds of volatile oil from Alpinia officinarum Hance

3.4 抗氧化劑干預(yù)前后實(shí)驗(yàn)結(jié)果

繪制不同抗氧化劑干預(yù)后高良姜揮發(fā)性成分特征圖譜，見圖8。由干預(yù)因素聚類結(jié)果可知，20 ℃時，麝香草酚、香芹酚被聚為一類，BHT、維生素E、沒食子酸辛酯、沒食子酸丙酯、丁香酚為另一類。這表明經(jīng)過麝香草酚和香芹酚干預(yù)后的氧化組與空白油組有較高的相似度，提示麝香草酚和香芹酚相較于其他抗氧化劑對于揮發(fā)油的抗氧效果是比較理想的。再觀察不同抗氧化劑對揮發(fā)油主要成分含量的保留程度(見圖9)，可知香芹酚對揮發(fā)油主要成分含量的保留程度最高，這也進(jìn)一步說明香芹酚對揮發(fā)油穩(wěn)定性效果最好，但其最佳使用濃度以及具體作用機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。

圖8 抗氧化劑對高良姜揮發(fā)油組成成分的影響Fig.8 Effect of antioxidants on the composition of volatile oil from Alpinia officinarum Hance

圖9 抗氧化劑對揮發(fā)油主要成分影響示意圖Fig.9 The schematic diagram of effect of antioxidantson the main components of volatile oil fromAlpinia officinarum Hance

4 結(jié)論

高良姜揮發(fā)性成分對熱不穩(wěn)定，但其中某些成分可能在高溫條件下發(fā)生結(jié)構(gòu)互換，又有可能這些成分本身就具有較好的耐熱性。香芹酚對高良姜揮發(fā)性成分整體有較好的穩(wěn)定效果。