山楂核干餾油的全二維氣相色譜-飛行時(shí)間質(zhì)譜分析

張梁明慧，高 哲

（河北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院，河北保定 071000）

山楂（CrataeguspinnatifidaBge.var.major N.E.Br.）為薔薇科山楂屬植物，主要分布于北溫帶，全世界有該屬植物1 000 余種，山楂在我國有著悠久的食用和藥用歷史[1]，是一種重要的植物資源。山楂的種子稱為山楂核，采用干餾工藝，將山楂核直火干燥，收集一定溫度的揮發(fā)餾分冷卻而得到的棕褐色黏稠液即山楂核干餾油[2]。由山楂核干餾油制成的食品煙熏劑，不僅具有強(qiáng)烈煙熏氣兼果醬樣的酸甜感和鮮咸味特色，更可以極大地降低有毒化合物的含量[3]，被譽(yù)為“一種新型優(yōu)質(zhì)煙熏液”，是一種國家認(rèn)可的食品添加劑[4-6]?，F(xiàn)代藥理研究表明，山楂核干餾油中含有山楂黃酮類化合物和脂肪酸等，用于配制軟膏、霜?jiǎng)?，治療濕疹、神?jīng)性皮炎、燒傷等。此外，對(duì)多種細(xì)菌、真菌、病毒和黑色枯草芽孢等均有明顯的殺滅功效，制成的“紅核婦潔洗液”可以用于產(chǎn)科術(shù)前的常規(guī)灌洗，還有抗瘡瘍、止痛、止癢和消腫的藥理活性，臨床常用于治療霉菌性陰道炎和非特異性陰道炎。據(jù)報(bào)道，山楂核干餾油還有防癌、軟化血管、調(diào)節(jié)血脂的作用[7-13]。

目前，關(guān)于山楂核干餾油成分的研究僅有少量報(bào)道，主要是采用氣相色譜-質(zhì)譜（GC-MS） 對(duì)山楂核干餾油成分進(jìn)行了分析。楊崢等人[14]以山楂核為原料，采用干餾、精餾等技術(shù)制得了沸點(diǎn)范圍為85～100 ℃的餾分，共鑒定出73 種化合物。其中，酚類17 種，酸類17 種，羰基化合物14 種，呋喃類8 種，醇類8 種，醚類4 種，其他化合物5 種。黃榮清等人[15]用GC-MS 對(duì)山楂核干餾油成分進(jìn)行了測(cè)定，鑒定了11 個(gè)化合物，主要成分為愈創(chuàng)木酚、呋喃甲醛、2 -甲氧基- 4 -甲基苯酚、苯酚、鄰-甲苯酚和5 - 甲基- 2 - 糠醛。侯文欣等人[16]采用GC-MS對(duì)薔薇紅液中的主要成分進(jìn)行定性分析，鑒定出了20 種物質(zhì)，并分離出6 種目前尚未見報(bào)道的有機(jī)化合物。姜紹通等人[5]采用頂空固相微萃取（HS-SPME）聯(lián)合GC-MS 測(cè)定山楂核煙熏液揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，共檢測(cè)出79 種揮發(fā)性成分，其中酚類占55.526%，酯類占18.710%，醛類占16.162%，酮類占3.252%，呋喃類占2.108%，酸類占1.019%。對(duì)于山楂核干餾油這類成分復(fù)雜的基質(zhì)，一維GC-MS 的分辨能力和靈敏度無法滿足更細(xì)致的分析要求。

全二維氣相色譜- 飛行時(shí)間質(zhì)譜（Comprehensive two-dimensional gas chromatography-time-of-flight mass spectrometry，GC×GC-TOFMS） 是在傳統(tǒng)二維GC 技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新技術(shù)，具有峰容量大、分辨率高、族分離和瓦片效應(yīng)及能夠揭示復(fù)雜體系中不同類別化合物的在圖上的族分布等優(yōu)點(diǎn)[17]。原理是將兩根分離機(jī)理不同的互相獨(dú)立的色譜柱進(jìn)行串聯(lián)，以提高色譜的分離能力，再配備檢測(cè)速度較快的飛行時(shí)間質(zhì)譜，提高其定性分析能力[18-19]。由于全二維色譜-質(zhì)譜技術(shù)（GC×GC-MS） 的強(qiáng)大分離能力和準(zhǔn)確的定性能力，使得該技術(shù)在復(fù)雜體系的分析方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)[20-21]，廣泛用于石油、煙草、制藥等復(fù)雜體系的分離分析[22]。首次采用GC×GC-TOFMS 對(duì)山楂核干餾油成分進(jìn)行全面的檢測(cè)分析，旨在進(jìn)一步揭示山楂核干餾油的組成及其相對(duì)含量水平，為闡明山楂核干餾油的化學(xué)物質(zhì)基礎(chǔ)、優(yōu)化質(zhì)量控制、促進(jìn)產(chǎn)業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展提供必要的科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

山楂核干餾油，承德本多寶生物科技有限公司提供。

1.2 儀器與設(shè)備

全二維氣相色譜-飛行時(shí)間質(zhì)譜聯(lián)用儀，美國LECO 公司產(chǎn)品；7890B 型氣相色譜，美國Agilent公司產(chǎn)品；Pegasus 4D 型飛行時(shí)間質(zhì)譜，美國LECO公司產(chǎn)品；KT-2001 型冷噴調(diào)制解調(diào)器，美國Zoex公司產(chǎn)品。

1.3 GC×GC-TOFMS 分析條件

（1） 色譜條件。配用美國瑞斯泰克公司色譜柱，一維色譜柱為Rxi-5SIL（15 m×0.25 mm×0.25 μm），二維色譜柱為Rxi-17（1.79 m×0.18 mm×0.18 μm）。進(jìn)樣量1 μL，進(jìn)樣口分流比20∶1，進(jìn)樣口溫度240 ℃，載氣為He，純度99.999%，流速1.0 mL/min，壓力30 psi。升溫程序：從50 ℃開始，保持5 min，以3 ℃/min 升到200 ℃，保持5 min。調(diào)制周期8 s。

（2） TOFMS 條件。電子電力離子源（EI），電子能量70 eV，離子源溫度230 ℃，傳輸線溫度250 ℃，質(zhì)量掃描范圍33～500 amu，TOFMS 采集頻率100 Hz，溶劑延遲2 min。

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)處理軟件采用LECO 公司的Chroma TOF 軟件。數(shù)據(jù)處理流程：數(shù)據(jù)預(yù)處理（Processing data）具體參數(shù)如下：最低信噪比（Minimum S/N） 100，數(shù)據(jù)處理起始時(shí)間2.0～55.0 min，質(zhì)量掃描范圍33～500 u；化合物檢索譜庫：mainlib 譜庫、nist_ri 譜庫；檢索參數(shù)：化合物名稱、一維色譜保留時(shí)間、二維色譜保留時(shí)間、正向相似度、反向相似度、CAS 號(hào)及峰面積比，所有定性結(jié)果自動(dòng)生成“峰表”。

2 結(jié)果與分析

2.1 GC×GC/TOFMS 方法的建立

全二維氣相色譜（Comprehensive Two-Dimensional Gas Chromatography，GC×GC） 是通過一個(gè)特有的調(diào)制器將含有不同固定相的2 根色譜柱聯(lián)結(jié)，這2 根色譜柱處于同一柱溫箱內(nèi)，并通過毛細(xì)管柱連接器以串聯(lián)方式連接的。調(diào)制器把從第1 根色譜柱中流出的餾分進(jìn)行聚焦，然后以脈沖的方式送到第2 根色譜柱進(jìn)行再分離，這里調(diào)制器起到了捕集再傳送的作用，這樣使其具有了分辨率高、峰容量大的特點(diǎn)。GC×GC 的峰容量是其兩根色譜柱峰容量的乘積（n1×n2），分辨率為二根色譜柱的各自分辨率平方和的平方根。飛行時(shí)間質(zhì)譜（Time of flight mass spectrometry，TOFMS） 的高采集頻率可以很好地匹配和檢測(cè)全二維氣相色譜流出的信號(hào)[23]。二者結(jié)合對(duì)組分復(fù)雜試樣的分析具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，廣泛用于復(fù)雜體系的分離分析[22]。試驗(yàn)選擇第一維柱為Rxi-5SIL、第二維柱為Rxi-17，結(jié)合1.3 節(jié)的分析條件，可實(shí)現(xiàn)樣品組分的高效分離。

山楂核干餾油GC×GC-TOFMS 的圖譜見圖1。

圖1 山楂核干餾油GC×GC-TOFMS的圖譜

2.2 山楂核干餾油成分的分析鑒定

按照1.4 方法進(jìn)行分析，從山楂核干餾油中共分離出1 000 多個(gè)組分的色譜峰。去除了相似度偏低的組分后，歸納出相似度大于850 的組分共計(jì)182 種，按化合物名稱、分子式、一維保留時(shí)間、二維保留時(shí)間、相似度、反相似度、CAS 號(hào)和相對(duì)含量的順序列于表1。

山楂核干餾油揮發(fā)性成分GC×GC-TOFMS 的鑒定結(jié)果見表1。

從表1 可知，山楂核干餾油中酮類42 種，酚類29 種，酸類25 種，醛類10 種，酯類30 種，呋喃類8 種，烴類4 種，醇類8 種及其他組分25 種。其中，酮類和酚類成分的相對(duì)含量較高，分別占182 種成分總含量的16.623%和8.572%，其次分別是5.459%的酯類物質(zhì)，4.925%的呋喃類物質(zhì)，3.962%的酸類物質(zhì)，3.772%的醛類物質(zhì)，0.580%的醇類物質(zhì)，0.129%的烴類物質(zhì)，0.055%的醚類物質(zhì)及1.5358%的其他類物質(zhì)。相對(duì)含量較高（>1.0%） 的成分有16 種：2-乙?；秽?.8576%），1-羥基-2-丁酮（3.1028%），2,5-己二酮（2.8833%），愈創(chuàng)木酚（2.2390%），苯酚（2.2087%），糠醛（1.6745%），5 - 甲基呋喃醛（1.6089%），2,3-二甲基-2 -環(huán)戊烯酮（1.4114%），3-（甲基氨基）丙酸乙酯（1.3999%），丙酸（1.3955%），羥基丙酮（1.3734%），丁酸（1.2426%），丙酮酸乙酯（1.1975%），環(huán)戊酮（1.1321%），2,3-丁二酮（1.1536%）和甲基環(huán)戊烯醇酮（1.0089%）。

表1 山楂核干餾油揮發(fā)性成分GC×GC-TOFMS 的鑒定結(jié)果

煙熏香味料的質(zhì)量與酚類、羰基類和有機(jī)酸的含量密切相關(guān)。木材干餾中纖維素?zé)峤鉃榱u醛、呋喃、二醛、丙烯醛、羥基丙酮醛等相對(duì)分子質(zhì)量較低的醛類化合物，半纖維素?zé)峤庑纬蛇秽捌溲苌铩⒅咀弭人?，形成煙霧的氣味，木質(zhì)素?zé)峤庵饕獮槎∠惴樱?,6 -二甲氧基苯酚）、丁子香酚、異丁子香酚、愈創(chuàng)木酚、苯酚、甲酚等形成煙熏肉制品的熏制風(fēng)味[24]。

續(xù)表1（1）

續(xù)表1（2）

續(xù)表1（3）

酚類物質(zhì)是山楂核干餾油的主要物質(zhì)[25]，也是抗氧化的最有效來源[26]，具有一定的防腐除臭作用，可用于食品的抗菌防腐和抗氧化酸敗，愈創(chuàng)木酚（鄰-甲氧基苯酚）、對(duì)- 甲基愈創(chuàng)木酚和丁香酚（2,6 -二甲氧基苯酚） 是3 種最重要的酚類物質(zhì)，具有明顯的煙熏味[6]。研究共鑒定出29 種酚類成分，其中愈創(chuàng)木酚和苯酚的相對(duì)含量較高，分別為2.2390%和2.2087%。

楊崢等人[14]的感官試驗(yàn)表明，僅有酚類組分煙熏味似乎單調(diào)，不夠醇厚。加入中性及堿性組分后，味道更柔和。由于醛類閾值較低，對(duì)山楂核干餾油的整體香味貢獻(xiàn)很大，如具有苦杏仁氣味的糠醛是美拉德反應(yīng)的特征產(chǎn)物[27]，糠醛有似焦糖、谷物烘烤氣息，果香和面包香，乙酰呋喃能提供甜香和花香氣味，使強(qiáng)烈的酚的氣味變得較為緩和，令人愉快能接受[28]。研究中測(cè)定山楂核餾油的糠醛相對(duì)含量為1.6475%，另一個(gè)比較高的為5 -甲基呋喃醛，相對(duì)含量為1.6089%。酚類與醛的氧化聚合反應(yīng)及同肉蛋白的褐變反應(yīng)可形成加工肉食中煙熏色澤[29]。

有機(jī)酸具有抗菌、調(diào)味等功效，在加工肉食中與羧酸反應(yīng)促使肉蛋白和脂肪凝結(jié)，使肉的表面形成一層薄膜，有助于煙熏色澤的保持，甲酸、苯甲酸（安息香酸） 可能是木醋液煙熏味的貢獻(xiàn)成分[24，30]，試驗(yàn)檢測(cè)到了甲酸，且丙酸和丁酸含量較高，分別為1.3955%和1.2426%。

3 結(jié)論

（1） 全二維氣相色譜飛行時(shí)間質(zhì)譜適合于復(fù)雜體系的分析，試驗(yàn)將其用于對(duì)山楂核干餾油的分析，確定了較優(yōu)的色譜條件：一維色譜柱為Rxi-5SIL（15 m×0.25 mm×0.25 μm），二維色譜柱為Rxi-17（1.79 m×0.18 mm×0.18 μm）。進(jìn)樣口溫度為240 ℃，載氣為He，純度99.999%，流速1.0 mL/min，壓力30 psi。升溫程序：從50 ℃開始，保持5 min，以3 ℃/min升到200 ℃，保持5 min。調(diào)制周期8 s。TOFMS 條件：電子電力離子源（EI），電子能量70 eV，離子源溫度230 ℃，傳輸線溫度250 ℃，質(zhì)量掃描范圍33～500 amu，TOFMS 采集頻率100 Hz，溶劑延遲2 min。

（2） 研究首次采用GC × GC-TOFMS 技術(shù)全面分析了山楂核干餾油的成分，鑒定出包括酮類、酚類、酸類、醛類、酯類、呋喃類物質(zhì)等182 種成分，其中酮類和酚類含量較高。