SDE-GC-MS分析鲜山楂果肉中的挥发性成分

高婷婷，孙洁雯，杨克玉，刘玉平，孙宝国

（北京工商大学食品学院/北京市食品风味化学重点实验室，北京 100048）

SDE-GC-MS分析鲜山楂果肉中的挥发性成分

高婷婷，孙洁雯，杨克玉，刘玉平*，孙宝国

（北京工商大学食品学院/北京市食品风味化学重点实验室，北京 100048）

采用同时蒸馏萃取结合气相色谱-质谱联用技术对鲜山楂果肉中的挥发性成分进行提取、分离及鉴定，通过质谱、保留指数、标准品定性，共鉴定出61种挥发性成分，包括烃类16种、醇类16种、醛类10种、酯类9种、酚类4种、醚类3种、酮类2种以及酸类1种；其中含量较高（相对峰面积大于2%）的化合物主要是乙酸叶醇酯（16.08%）、糠醛（10.97%）、α-松油醇（7.02%）、1，4-丁二醇（5.92%）、乙酸己酯（3.55%）、丁香酚（3.55%）以及1-甲基-4-（2-丙烯基）（2.53%）。分析鉴定出的挥发性成分的香气特征可知，对新鲜山楂果肉香气贡献较大的是酯类、醇类和醛类。

鲜山楂；挥发性成分；同时蒸馏萃取；气相色谱-质谱联用

山楂（Crataegus pinnatifida Bunge）为被子植物门（Angiospermae）木兰纲（Magnoliopsida）蔷薇科（Rosaceae）苹果亚科（SubFam.Maloideae）山楂属（Crataegus）植物的成熟果实，又称山里红、红果、映山红果、胭脂果，主要种植在北方地区，是我国特有的果树，栽培历史已经有3 000多年，其食用和药用历史悠久［1］。在我国，山楂一直被当作为“药食同源”的上等佳品。山楂具有很高的营养价值，富含丰富的维生素、黄酮类物质、有机酸类以及多种微量元素；其果实酸甜可口，能生津止渴，还具有消食化积、活血散瘀的功效［2-3］。此外，国内外大量研究表明，山楂还具有很好的改善心肌功能、调节血压、降低血脂、抵抗心律失常，以及抗癌、镇静、抗氧化等功效［4-6］。

目前对于将山楂果加工成食品和药品、其功能成分的提取、药理作用（特别是临床和药剂的制备方面）的研究较为集中［7-9］，但是对山楂挥发性成分的提取与鉴定已报道的文献还很有限。谢笔钧等［10］用蒸馏萃取法在成熟山楂果实中共鉴定出32种沸点较低的挥发性化合物，认为乙酸顺-3-己醇酯是山楂清香味的代表化合物。张峻松等［11］采用同时蒸馏萃取（simultaneous distillation extraction，SDE）法对生物技术制备的山楂香料和传统山楂香料的挥发性香味成分进行了提取，鉴定出31种香味成分；得出利用生物技术加工制备的山楂香料不仅具有山楂的基本香韵，还兼有优美的果香和酿甜香韵。

SDE法对中等至高沸点的挥发性成分回收率高，且在连续萃取过程中，可以把物料中痕量挥发性成分提取出来［12-13］。由此本实验将采用SDE法结合气相色谱-质谱联用技术对鲜山楂果肉的挥发性成分进行提取、分离及鉴定，希望能够全面了解山楂果肉的挥发性成分，为制备山楂香料、质量评估、加工生产等提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

鲜山楂，市售，产地河北。

C7～C30正构烷烃混合物（色谱纯，溶剂为正己烷），美国Supelco公司；无水硫酸钠和二氯甲烷，均为分析纯，北京化工厂；标准品，百灵威科技有限公司。

1.2 仪器与设备

7890 N/5975C型气相色谱-质谱联用仪，美国安捷伦公司；DB-WAX（30 m×250 μm×0.25 μm）型色谱柱，美国安捷伦公司；SDE装置，肯堡博美（北京）实验器皿有限公司；DF-lO1S型集热式恒温加热磁力搅拌器，河南巩义市予华仪器责任有限公司；韦氏（Vigreux）分馏柱，肯堡博美（北京）实验器皿有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 SDE提取鲜山楂中的挥发性成分

将二氯甲烷进行重蒸处理，取中间馏分待用。

将鲜山楂果肉切块，取50 g放入盛有200 mL去离子水和适量沸石的500 mL的圆底烧瓶中，置于同时蒸馏装置的轻相端，油浴加热，温度控制在（120 ±1）℃。另取50 mL重蒸的二氯甲烷置于100 mL圆底烧瓶中，加入适量沸石，置于同时蒸馏装置的重相端，恒温水浴加热，温度控制在（52±1）℃，连续蒸馏萃取4 h。萃取结束后，将萃取液用无水硫酸钠干燥，置于冰箱中冷冻脱水、过滤，滤液在50℃水浴条件下用Vigreux柱浓缩至约1.5 mL。

1.3.2 色谱条件

色谱柱为DB-WAX，起始温度40℃，保持2 min，以3℃/min的速率升至120℃，保持5 min，以9℃/min的速率升至230℃，保持1 min；载气He，载气流速1.0 mL/min；分流比为5∶1，进样量1 μL。

1.3.3 质谱条件

电子轰击（EI）离子源；电子能量70 eV；离子源温度230℃；四级杆温度150℃；扫描质量范围m/z 50～550 u；扫描模式为Scan；溶剂延迟5.0 min。

1.3.4 正构烷烃保留时间的确定

取0.2 μL C7～C30正构烷烃混合物在上述所示的GC-MS条件下进行分析，得到C7～C30正构烷烃的保留时间，用于保留指数的计算。

1.4 定性定量分析方法

1.4.1 定性分析

挥发性成分的鉴定［12］以质谱（MS）、保留指数（RI）、标准品定性（S）为主，同时结合人工解析质谱图进行确定。本实验是采用质谱、保留指数以及标准品定性的三种方法对挥发性成分进行定性分析。其中质谱定性是使用计算机检索标准质谱库NIST11进行匹配对照，取匹配度为70%以上的匹配度数据。当有多个高于70%匹配度时选择匹配度最高值对应的物质。保留指数定性是将化合物计算得到的RI值，与文献值RI值进行比对，二者越接近准确度就越高。标准品定性是取已有的32种标准品进行稀释，与样品在同样条件下进行GC-MS分析，分别记录其保留时间，然后与未知峰进行对照，保留时间相同则为同一种物质。

1.4.2 定量分析

采用峰面积归一化法进行简单定量，得出各挥发性成分的相对含量。

2 结果与讨论

利用SDE法对鲜山楂果肉中的挥发性成分进行提取，得到的二氯甲烷提取物经GC-MS分析，得到的总离子流图见图1，鉴定出的挥发性成分见表1。

图1 鲜山楂果肉SDE提取物的挥发性成分总离子流图Fig.1 Total ion chromatogram of volatile components extracted by SDE from fresh hawthorn

由表1可知，通过SDE法得到的鲜山楂果肉萃取物经GC-MS分析，通过质谱、保留指数以及标准品定性共鉴定出61种物质，包括烃类16种、醇类16种、醛类10种、酯类9种、酚类4种、醚类3种、酮类2种以及酸类1种，占色谱流出组分的83.70%，其中醇类（23.99%）、酯类（23.51%）、醛类（17.18%）和烃类（12.48%）含量相对较高，其次是酚类（4.27%）、酮类（0.95%）、杂环类化合物（0.96%）以及酸类（0.36%）。

从鉴定出的挥发性成分的香气特征来看［15-17］，烃类化合物中的烷烃一般阈值较高，对香气贡献

不大；而鉴定出的烯烃类，尤其是萜烯类化合物对山楂的香气具有一定贡献，如萜品油烯有柠檬气味，D-柠檬烯有新鲜橙子香气及柠檬样香气，α-萜品烯具有柑橘和柠檬似香气，γ-萜品烯具有柑橘、柠檬、热带水果的香气，这些烯烃类化合物赋予了山楂一定的果香。

表1 鲜山楂果肉的挥发性成分及相对含量Tab.1 Volatile components and their relative contents in fresh hawthorn determined by SDE-GC-MS

续表1

鉴定出的醇类中的2-甲基-3-丁烯-2-醇有药草、油脂以及泥土气息，顺-3-己烯醇具有青香、甜瓜香气，α-松油醇具有木香、青香及丁香香气，己醇具有脂肪、水果、青香香气，芳樟醇具有甜的、花香、辛香和木香香气，β-松油醇具有丁香香气，紫苏醇有温暖的草香、稍有木香和花香，3-甲基-2-丁烯-1-醇具有甜香、浓郁的果香，2-甲基-1-丁醇具有烤香、果香。这些醇类赋予了山楂青香和果香香气，并且使得山楂的香气醇厚。

酯类中乙酸叶醇酯具有强烈的青香气息、浓郁的水果气息，推测是山楂的特征香味物质，与文献报道是一致的［18-20］；乙酸己酯具有甜香、青香、苹果、梨的香气，乙酸丁酯具有愉快水果香味，己酸甲酯具有水果、菠萝香气，当归内酯具有甜的、椰子、坚果以及药草香气，2-甲基丁酸己酯具有强烈的水果青香、蜡香、辛香、木香以及热带水果香气。这些酯类赋予了山楂特征的果香。

醛类中的2-甲基-2-丁烯醛具有青香、坚果香，并带有水果的味道；反-2-己烯醛具有青香、醛香、果香、辛香、脂肪香，己醛有强烈的青香、木香、草香及水果香气，壬醛具有脂肪、花香、蜡香及柑橘香气，柠檬醛呈浓郁柠檬香味，糠醛有烤香、木香、谷香及辛香香气，5-甲基糠醛有谷类、肉、辛香香气。这些醛类物质除了能够赋予山楂青香和果香外，由于它们阈值较低，可以使得山楂的香气透发。

酚类化合物丁香酚有强烈的丁香香气和温和的辛香香气，4-乙烯基愈疮木酚呈强烈香辛料、丁香和发酵似香气，有炒花生气息；其中丁香酚、2，4-二叔丁基苯酚均具有防腐、杀菌作用，常用作抗氧剂及抑菌剂，它们对延长山楂的保质期具有一定作用。

另外，实验中仅鉴定出一种有机酸2-甲基丁酸，有关文献报道［21］已从山楂中鉴定出多种酸，如枸橼酸、苹果酸、熊果酸及齐墩果酸等，主要原因是因为这些有机酸沸点较高，实验所用温度没有达到它们气化的温度，而文献采用的是高效液相色谱仪进行分析。

与采用固相微萃取（solid phase micro extraction，SPME）结合GC-MS［20］来提取与分析鲜山楂果肉中的挥发性成分所得结果相比可以发现：1）采用SDE方法鉴定出的酯类物质的种类和含量都远低于利用SPME得出的，而醇类物质的种类和含量都比SPME方法的多；其中利用SPME分析鉴定出酯类23种和醇类5种，分别占色谱馏出组分的78.41% 和0.62%；而SDE则鉴定出9种酯类和16种醇类，含量均在20%以上。这可能是由于SDE的加热温度较高（大于100℃）且萃取时间长（约4 h），酯类物质在连续萃取过程中分解。利用SPME方法鉴定出的酯类化合物中多数是含有六个碳的己醇和叶醇的酯（如乙酸己酯、甲酸叶醇酯、乙酸叶醇酯、异戊酸叶醇酯、异丁酸叶醇酯、丁酸己酯、2-甲基丁酸己酯等），但采用SPME方法没有鉴定出来己醇和顺-3-己烯醇；然而采用SDE方法恰好鉴定出己醇和叶醇，它们应该是由己醇和叶醇的酯受热分解产生的。2）采用SDE方法鉴定出的醛类物质有10种，高于SPME方法鉴定出的数量，其中的主要原因有两点，一是SDE方法温度高，可以使一些沸点较高的醛，如糠醛、5-甲基糠醛等被萃取出来；二是采用SDE方法萃取时没有采用惰性气体保护，使得一些醇类物质被氧化，生成了醛类物质。3）两种方法中虽然均鉴定出了酚类物质，但是含量差距极大，SPME中仅有0.28%，而SDE中有4.39%，这是由于有的酚类（如4-乙烯基愈疮木酚）被认为是木质素分解产生的，SDE方法萃取温度高，有利于酚类物质的产生.

通过对比两种方法的鉴定结果可知，在提取一些鲜花和新鲜的水果中的挥发性成分时，SPME的方法更好，鉴定出的挥发性成分与实际样品中的挥发性成分更接近；而萃取一些经过加热处理后的食品中的挥发性成分时，SDE的方法更好，采用该方法可以把一些沸点较高，不易挥发的成分提取出来。

3 结论

采用SDE法提取了鲜山楂果肉中的挥发性成分，经GC-MS分析共鉴定出61种挥发性化合物，其中烯烃类16种、醇类16种、醛类10种、酯类9种、酚类4种、醚类3种、酮类2种以及酸类1种，其中含量较高（相对峰面积大于1%）的化合物主要是乙酸叶醇酯（16.08%）、糠醛（10.97%）、α-松油醇（7.02%）、1，4-丁二醇（5.92%）、乙酸己酯（3.55%）、丁香酚（3.55%）、1-甲基-4-（2-丙烯基）苯（2.53%）、2-甲基-3-丁烯-2-醇（1.96%）、柠檬醛（1.71%）、壬醛（1.59%）、紫苏醇（1.48%）、顺-3-己烯醇（1.37%）、萜品油烯（1.21%）和D-柠檬烯（1.04%）等。

在鲜山楂果肉中醇类、酯类和醛类化合物种类和含量较多，其中乙酸叶醇酯是山楂的特征香气。

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Analysis of Volatile Components in Fresh Hawthorn by SDE-GC-MS

GAO Tingting，SUN Jiewen，YANG Keyu，LIU Yuping*，SUN Baoguo
（School of Food and Chemical Engineering/Beijing Key Laboratory of Flavor Chemistry，Beijing Technology and Business University，Beijing 100048，China）

The organic volatile components in fresh hawthorn were studied using simultaneous distillation extraction and gas chromatography-mass spectrometry（SDE-GC-MS）.A total of sixty-one volatile components were identified，including 16 hydrocarbons，16 alcohols，10 aldehydes，9 esters，4 phenols，3 ethers，2 ketones，and 1 acid.These components were determined by MS and conformed by comparison of the retention times of the separated constituents with those of authentic samples and by comparison of retention indexes of separated constituents with the RIs reported in the literature.The predominant volatile component（over 2%）in fresh hawthorn was cis-3-hexenyl acetate（16.08%），followed by furfural（10.97%），α-terpineol（7.02%），1，4-butanediol（5.92%），hexyl acetate（3.55%），eugenol（3.55%），and 1-methyl-4-（1-methylethenyl）-benzene（2.53%）.From the odor characteristics of identified components，it can be known that the ester compounds，alcohol compounds，and aldehyde compounds were the characteristic volatile components of fresh hawthorn.

fresh hawthorn；volatile components；simultaneous distillation extraction；gas chromatography-mass spectrometry

李 宁）

TS255.2

A

10.3969/j.issn.2095-6002.2015.03.005

2095-6002（2015）03-0022-06

高婷婷，孙洁雯，杨克玉，等.SDE-GC-MS分析鲜山楂果肉中的挥发性成分［J］.食品科学技术学报，2015，33（3）：22-27.

GAO Tingting，SUN Jiewen，YANG Keyu，et al.Analysis of volatile components in fresh hawthorn by SDE-GC-MS［J］.Journal of Food Science and Technology，2015，33（3）：22-27.

2014-08-29

国家“十二五”科技支撑计划项目（2011BAD23B01）。

高婷婷，女，硕士研究生，研究方向为香料化学；

*刘玉平，男，教授，博士，主要从事香料化学方面的研究。

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