白果挥发性物质的顶空固相微萃取条件筛选及成分分析

王 蓉，徐志杨，毕 阳，* ，寇宗红

(1.甘肃农业大学食品科学与工程学院，甘肃兰州730070;2.泰州市集泰农产品有限公司，江苏泰州225300)

银杏属于银杏科(Ginkgo biloba L.)落叶高大乔木，在我国广泛栽培，是我国主要的经济树种之一。其果实白果具有营养和功能双重功效，不仅富含淀粉、蛋白质和脂肪，还含有多糖、黄酮、银杏内酯、银杏酸等多种功能成分，具有润肺、定喘、涩精、止带，调节免疫、抗肿瘤、抗衰老、降压降脂等作用［1］。国内外关于白果仁品质的报道不多，现有文献除报道其营养成分和功能因子外［2］，还对其有毒成分进行了分析［3］，但尚未见白果仁香气方面的研究报道。由于香气是反映果实感官品质的重要指标，在评价其品质及控制贮藏和加工过程具有十分重要的影响。因此，有必要对白果仁的香气开展研究。本文拟对影响白果仁挥发性物质的固相微萃取条件进行筛选，并采用气相色谱-质谱联用(GC-MS)分析各类挥发性组分，以丰富白果的品质内容，为白果贮藏和加工过程的风味控制提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

白果(Ginkgo biloba L.，品种大佛指)于2011 年9月采自江苏泰州。

气相色谱- 质谱联用仪(Agilent 6890 GC -5973MSD);色谱柱(OV1701 60m ×0.25mm(i.d)×0.5μm，兰州化物所);固相微萃取器(SPME，50/30μm DVB/CAR/PDMS，美国SUPELCO 公司)。

1.2 样品制备

参考杨继红等［4］方法，选择无霉变、无硬心的银杏为原料，去除变质果并用清水漂洗，除去白果壳及外衣，置于-80℃低温冰箱中冷冻6h 后取5～6 颗切片于研钵中。加液氮后迅速研磨成粉末，准确称取5g 于顶空瓶中迅速密封，置于-4℃冷冻备用。

1.3 顶空固相微萃取

参照蒋玉梅方法［5］，将装有样品的顶空瓶在室温解冻后，置于60℃水浴中恒温10min。将经老化处理的萃取头插入顶空瓶中，于一定温度条件下恒温吸附一定时间，抽回纤维头并拔出萃取头，迅速将萃取头插入气相色谱仪进样口，推出纤维头，于250℃解析10min，抽回纤维头后拔出萃取头，同时启动仪器采集数据。

1.4 萃取条件的筛选

1.4.1 温度 根据预实验结果，设置温度在50、60、70℃四个水平条件下萃取45min，通过测定挥发性成分的萃取效果，确定最佳萃取温度。

1.4.2 时间 根据预实验结果，萃取头在60℃条件下分别萃取30、45、60min，通过测定挥发性成分的萃取效果，确定最佳萃取时间。

1.4.3 样品量 根据预实验结果，分别将3、5、7g 样品加入顶空瓶中，萃取头在60℃下萃取45min，通过测定挥发性成分的萃取效果，确定最佳样品量。

1.5 GC-MS 测定条件

色谱条件:进样口温度250℃，载气(He)流速1.0mL/min，升温程序起始温度100℃保持2min，以3℃/min 升温至220℃，保留2min，再以5℃/min 升至终温250℃，保留10min。

质谱条件:电子轰击(EI)离子源，电子能量70eV，传输线温度270℃，离子源温度230℃，四级杆温度150℃，倍增管电压1752.9V，质量扫描范围m/z 20～500amu。

1.6 数据处理

样品中各挥发性成分的定性由计算机检索与NIST 标准质谱库匹配求得;挥发性成分的定量由计算机数据处理系统，按照峰面积的归一化方法进行定量分析，计算相对含量。

2 结果与讨论

2.1 固相微萃取条件的筛选

2.1.1 萃取温度的筛选 随着萃取温度的升高挥发性醛类化合物的总峰面积逐渐增大，70℃时达到最大，分别高出50℃和60℃的89.51%和59.4%，挥发性醇类和萜类随萃取温度的升高变化不大(图1A)，总峰面积随温度的升高而增加，是因为温度升高加快分子运动，有利于萃取吸附，使吸附到萃取头的物质含量增加［6］。这与Eva 在葡萄中研究结果一致［7］。随着温度升高挥发性化合物的种类也随之增加，在60℃时达到最大，高出50℃的9.09%，但当温度升高至70℃时化合物种类有所减少(图1B)，低于60℃的4.55%。由于温度升高会引起涂层中某些挥发性成分的脱附［8］。因此，为了更好的萃取白果挥发性组分选择60℃为最佳温度。

2.1.2 萃取时间的筛选 随着萃取时间的延长挥发性醛类的总峰面积逐渐增大，45min 时达到最大，高出30min 的85.72%，但当时间延长至60min 时，总峰面积反而减少;随着萃取时间的延长挥发性醇类的总峰面积也逐渐增大，同样的45min 时达到最大，高出30min 的61.11%，当时间延长至60min 时，挥发性醇类总峰面积反而减少;挥发性萜类随萃取时间的延长变化不大(图2A)。同样，萃取45min 时的物质种类也最多，分别高出30 和60min 的22.73% 和25%(图2B)。萃取45min 在总峰面积和物质种类方面表现最佳的原因是随着萃取时间的延长萃取头所吸附的挥发性化合物不断增加，在45min 时达到最大，随着时间的延长部分挥发性成分会从萃取头上解析出来，从而造成总峰面积和物质种类的降低［9］。此外，萃取时间过长还会使一些性质不稳定挥发性成分发生热分解和氧化等副反应［10］。因此，选择45min 为最佳白果挥发性化合物萃取时间。

图1 不同萃取温度对主要挥发性物质总峰面积(A)和物质种类(B)的影响Fig.1 Effect of extraction temperature on main GC peak area(A)and number of volatile compounds(B)

2.1.3 样品量的筛选 随着样品量的增加萃取出的挥发性醛类化合物的总峰面积呈先下降再升高的趋势，5g 时达到最小，分别低于3、7g 的16.24% 和4.16%(图3A)，这与Riu 等的研究结果一致［11］。随着样品量增加挥发性化合物的种类增加，在5g 时达到最大，分别高出3g 和7g 的4.55%和18.18%(图3B)，这可能是由于样品量过大，可能导致含量高的挥发性化合物吸附较多而其他一些挥发性化合物未被吸附［12］，为了更好的萃取鲜白果仁的挥发性组分以选择5g 样品为最佳样品量。

2.2 挥发性成分分析

采用上述优化条件萃取白果仁挥发性物质，热解析后GC-MS 分离鉴定，得到总离子流色谱图(图4)。

通过计算机检索和人工解谱，共检出挥发性化合物44 种(表1)。其中醛类14 种、醇类10 种、烷烃8 种、萜类5 种、酯类3 种、芳烃类2 种，其他类2 种(表1)。挥发性成分主要集中在色谱图后半段(图4)，且主要是一些长链的不饱和醛类(表1)，应该属于沸点较高成分。

图2 不同萃取时间对主要挥发性物质总峰面积(A)和物质种类(B)的影响Fig.2 Effect of extraction time on main GC peak area(A)and number of volatile compounds(B)

图3 不同样品量对主要挥发性物质总峰面积(A)和物质种类(B)的影响Fig.3 Effect of extraction sample weights on mian GC peak area(A)and number of volatile compounds(B)

本研究结果表明50/30μmDVB/CAR/PDMS 纤维头对白果的香气具有良好的萃取效果，该萃取头具有DVB 涂层孔径大和CAR 涂层小孔多的优点，它对香气成分的选择性好、萃取容量大，萃取效果最好。因此被选用做分析C3-C20 大范围挥发性成分，特别是对醛类、醇类、萜烯类和酮类物质的吸附明显高于其它纤维头［13］。

图4 鲜白果仁挥发性成分的总离子流图Fig.4 Total ion chromatogram of volatiles compounds of fresh Ginkgo biloba seeds

醛类是白果仁挥发性成分的主体，总含量高达71.46%，其中不饱和醛比例较高，为39.73%，由于不饱和醛具有醛香、蜡香、脂肪香、草香以及清香等气味，它们的阈值较低［14］，可能对白果的特征风味具有较大的贡献。但其中含量较高的(7Z，10Z)-十六二烯醛、(13Z)-十八烯醛、(9Z)-十六烯醛尚未见有相关特征风味的报到。含量相对较少的饱和醛主要由不饱和脂肪酸降解产生，表现草本味［15］，其中肉豆蔻醛的含量最高，该物质主要表现出蜡味和果味［16］。

醇类是鉴定出的第二大类物质，总含量16.81%，它们的阈值较低，可能对白果风味有一定的贡献。其中含量较高的是2，3-丁二醇5.98%，存在于山核桃［17］、美 国 大 杏 仁［4］中，其 次 是1 - 庚 烯-3 - 醇2.18%，表现出青草味和刺激味，在荔枝［18］和香竹竹叶［19］中均检测到。

白果中检测到了5 种萜烯类，总含量1.57%，多为呈香物质，阈值低，且相互增效，是重要的食用香精原料［20］主要是一些倍半萜类。萜烯类含量较高的δ-杜松烯略带木头香气，存在于红象牙晚熟芒果［21］和生姜［22］中;α-古芸烯具有古芸香脂香气，在紫花芒果果肉中［23］检测到。

检测到的3-羟基-2-丁酮含量相对较高，为4.95%，具有令人愉快的奶油香气，烤花生［24］和速冻甜玉米［25］中均检测到。

3 结论

采用顶空固相微萃取技术(HS-SPME)可有效萃取白果中的挥发性成分，萃取的最佳条件为:温度60℃，时间45min，样品量5g。通过结合气相色谱-质谱法(GC-MS)对萃取的挥发性成分进行分离、定性，共检出挥发性化合物44 种，分别鉴定出醛类14种、醇类10 种、烷烃8 种、萜类5 种、酯类3 种、芳烃类2 种、其他类2 种。醛类是白果仁挥发性成分的主体，其中含量较高的不饱和醛可能对白果仁的特征风味具有贡献。

［1］王良信，深德凤.银杏的食疗与保健［M］.北京:科学技术文献出版社，2001:28-30.

［2］耿敬章.银杏中营养成分和功能因子的研究进展［J］.氨基酸和生物资源，2011，33(1):63-66.

［3］Kobayashi D，Yoshimura T，Johno A，et al.Toxicity of 4'-Omethylpyridoxine-5'-glucoside in Ginkgo biloba seeds［J］.Food Chemistry，2011，126(3):1198-1202.

表1 鲜白果仁挥发性成分的GC-MS 分析结果Table 1 GC-MS analytical results of volatiles compounds of fresh Ginkgo biloba seeds

［4］杨继红，王华.美国大杏仁烘烤和贮存过程中的香气成分分析［J］.西北农林科技大学学报，2010，38(12):210-214.

［5］蒋玉梅，李轩，毕阳，等.采前苯丙噻重氮处理抑制厚皮甜瓜采后挥发性物质的释放［J］.农业工程学报，2007，23(2):243-247.

［6］周珊，赵立文，马腾蛟.固相微萃取(SPME)技术基本理论及应用进展［J］.现代科学仪器，2006(2):86-91.

［7］Sánchez-Palomo E，Díaz-Maroto M C，Pérez-Coello M S.Rapid determination of volatile compounds in grapes by HSSPME coupled with GC - MS［J］. Talanta，2005，66 (5):1152-1157.

［8］王锡昌，陈俊卿.固相微萃取技术及其应用［J］.上海水产大学学报，2004，13(4):348-352.

［9］Perestrelo R，Barros S，Rocha M，et al.Optimisation of solidphase microextraction combined with gas chromatography-mass spectrometry based methodology to establish the global volatile signature in pulp and skin of Vitis vinifera L.grape varieties［J］.Talanta，2011，85(3):1483-1493.

［10］王昊阳，郭寅龙，张正行，等.自动化静态顶空-气相色谱-质谱对天然香精中挥发性化学成分的快速分析［J］.分析测试学报，2004，23(1):9-13.

［11］Riu-Aumatell，Vargas L，Vichi S，et al.Characterisation of volatile composition of white salsify(Tragopogon porrifolius L.)by headspace solid - phase microextraction (HS - SPME)and simultaneous distillation-extraction(SDE)coupled to GC-MS［J］.Food Chemistry，2011，129(2):557-564.

［12］李倩，蒲彪.响应面法优化花椒香气成分的HS-SPME 萃取条件的研究［J］.食品工业科技，2012，33(2):334-341.

［13］付蕾，刘正生，孙鑫洋，等.4 种纤维头对草莓香气成分的萃取效果［J］.中国农业科学，2010，43(21):4473-4481.

［14］刘登勇，周光宏，徐幸莲.确定食品关键风味化合物的一种新方法:“ROAV”法［J］.食品科学，2008，29(7):370-374.

［15］Canuti V，Conversano M，Calzi L，et al.Headspace solidphase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry for profiling free volatile compounds in Cabernet Sauvignon grapes and wines［J］.Journal of Chromatography A，2009，1216(15):3012-3022.

［16］Salinas M，Zalacain A，Pardo F，et al.Stir bar sorptive extraction applied to volatile constituents evolution during Vitis vinifera ripening［J］.Jounral Science Food Agricultural，2004，52(15):4821-4827.

［17］胡玉霞，王方，王昭君，等.顶空固相微萃取与气质联用分析山核桃香气成分［J］.农业机械，2011(29):135-138.

［18］郝菊芳，徐玉娟，李春美，等.不同品种荔枝香气成分的SPME/GC-MS 分析［J］.食品科学，2001，28(12):404-408.

［19］杨超，张海静，杨旭，等.GC-O 与GC-MS 联用法鉴定香竹竹叶中关键气味活性物质［J］.竹子研究汇刊，2009，28(4):40-44.

［20］Guichard E，South M.Comparison of the relative quantities of aroma compounds found in fresh apricot(Prunus armeniaca)from six different varieties［J］.Jounral Science Food Agricultural，1988，186(4):301-307.

［21］魏长宾，孙光明，马蔚红，等.顶空固相微萃取-气象色谱/质谱对红象牙芒果香气成分的分析［J］.热带农业科学，2008，24(1):449-453.

［22］刘源，徐幸莲，周光宏.顶空固相微萃取气质联用检测生姜挥发性成分［J］.中国调味品，2004(1):42-44.

［23］魏长宾，邢姗姗，刘胜辉.紫花芒果实香气成分的GC-MS分析［J］.食品科学，2010，31(2):220-223.

［24］李淑荣，王丽，张春红，等.烘烤花生中关键香味化合物的研究［J］.中国农业科学，2010，43(15):3199-3203.

［25］刘玉花，宋江峰，李大婧，等.速冻甜玉米风味物质HS-SPME/GC-MS 分析［J］.食品工业科技，2010，31(7):95-98.