香椿挥发性成分提取及分析研究进展

刘倩倩，宋 楠，宋玉飞，郭卫芸

（1.许昌学院食品与生物工程学院，河南省博士后研发基地，河南许昌 461000；2.河南省九棵树农业发展有限公司，河南许昌 461000）

0 引言

香椿又名山椿、虎目树、春甜树、大眼桐、虎眼等，属楝科落叶乔木[1]。香椿的树皮为灰褐色，其上有不规则纵裂。香椿较耐湿，喜温、光，且抗寒能力随香椿树龄的增长而提高。香椿适宜生活在平均气温8～10℃的地区，广泛生长于我国辽宁南部、河北、浙江、江苏、河南、安徽等暖温带及亚热带地区。香椿的根、皮、芽、叶、种子均可作为中药[1-3]。例如，香椿叶及嫩枝主要治疗痢疾[2]；香椿种子主治胃和十二指肠溃疡、慢性胃炎等[3]；香椿的皮主要用来治疗肠炎、便血、风湿等疾病[4]。除此之外，香椿具有抗菌、抗癌、抗氧化、降血压等功效[6]，香椿活性物质则具有抗糖尿病[5-6]、提高人类精子质量的作用[7]。在我国，香椿芽作为一种风味独特、营养价值高的树生蔬菜受到消费者的广泛欢迎，其所含有的独特挥发性成分是区别于其他蔬菜的关键，直接影响食用价值和商业价值。本文主要对香椿挥发性成分的提取以及分析方法进行了综述。

1 香椿挥发性成分提取方法研究进展

1.1 水蒸气蒸馏法

水蒸气蒸馏法是指将含有挥发性成分的原料与水进行混合，通过加热产生混合蒸汽，再经冷凝、油水分离等步骤得到挥发性成分的提取方法。此方法萃取挥发的油品质较好、环境污染程度低、成本低廉，而且设备简单、操作容易，被广泛应用在枸骨叶[8]、白花蛇舌草[9]等挥发性成分的提取中。近年来，此法在香椿挥发性成分的提取中也被采用[10]。例如，卢燕等人[11]采用水蒸气蒸馏法对生长在江苏、河南、湖南、山东、陕西的香椿子中的挥发油进行了提取，通过鉴定，共发现了17种挥发性成分。陈丛瑾等人[12]将此方法运用在香椿叶中挥发物质的提取，分离并鉴定出了51种化合物。李贵军等人[13]在分析香椿嫩叶挥发油化学成分时利用此方法进行提取，共检出了68种化合物，占挥发油化学成分的90.23%。此方法还运用在萃取香椿鲜芽和嫩茎的挥发性成分的提取中[14]。

1.2 同时蒸馏法

同时蒸馏法由 19世纪 60年代 （1964） 的Likens和Nickerson最早发明，并被广泛应用在挥发性成分的提取中。此方法是同时加热样品液相与有机溶剂来实现萃取，即将蒸馏和萃取合二为一，只需要少量溶剂就可以提取大量样品，并使萃取成分得到浓缩。此方法具有操作简单、萃取完全、使用溶剂量少等优点。吴艳霞[15]采用此方法萃取香椿茎挥发油，经分析发现了30种化学成分，占总挥发油的60.32%，其中竹烯、3,7,11-三甲基-2,6,10-十二碳三烯-1-醇乙酸酯、柯巴烯、3,7,11-三甲基-2,6,10-十二碳三烯-1-醇等成分含量较高。有研究人员将此方法应用在南玉溪香椿果挥发油成分的分析中，也取得了较好的提取效果[16]。

1.3超临界CO2法

超临界CO2法（SPF-CO2）是通过改变压力和温度对超临界流体的溶解能力产生影响，使其有选择性地把极性、沸点、分子量不同的成分依次萃取出来，从而达到分离提纯的目的。该方法得到的挥发油的成分更加丰富，更能全面反映挥发油的化学成分，同时也克服了溶剂残留，具有萃取和分离二合一、安全环保、精确易控等优点[17]。此方法在黄连木嫩叶[18]、小叶女贞[19]等原料挥发油的提取研究中多有应用。在香椿研究方面，邱琴等人[20]用超临界CO2法萃取香椿子挥发油，共鉴定了63种成分。李聚英等人[21]利用本方法对不同贮藏条件下香椿特征挥发性成分进行提取并分析，发现了较适合的香椿贮藏条件。

1.4 微波辅助萃取法

根据所用萃取剂的不同，目前常采用的微波辅助萃取法包括微波水蒸气萃取法和乙醚微波萃取等。微波辅助萃取法相比传统溶剂萃取具有挥发油得率高、若干成分的相对质量分数更高、成分全面、溶剂用量少、简单、快速、能耗低等优点[22]。此方法在益母草挥发性成分的提取研究中得到应用[23]。陈丛瑾等人[17]用乙醚微波萃取法对香椿芽中挥发油进行了萃取，从萃取物中鉴定出39种化合物，占总数的68.452%。

1.5 超声波辅助提取法

超声波辅助提取法是利用超声波具有的空化效应、机械振动等多级效应，从而增大物质分子运动的频率和速度，增加溶剂穿透力，最终加速目标成分进入溶剂。此方法具有提取率高、提取时间短、提取温度低等优点[24]，在紫苏籽[25]挥发性成分提取中使用了此方法。罗静等人[24]用超声波辅助水蒸气法对桃果实中的挥发性物质进行了提取，从提取物中鉴别出了40种化合物。香椿研究方面，杨月云等人[26]采用超声波辅助萃取的香椿叶挥发性成分，经分析法分析后分离和鉴定出73种化合物，占总挥发油的66.95%，所鉴定出的主要化合物包括酯类、噻吩类、萜烯类和烷烃类化合物[27]等。

2 香椿挥发性成分分析方法研究进展

由于气相色谱仪具有操作简便、快速、成本低、精密度高、检出限低、适宜性强等优点，被应用在挥发性成分的分析当中，主要包括气相色谱-质谱联用法以及气相色谱-嗅辨仪分析法。

2.1 气相色谱-质谱联用法

自出现气相色谱-质谱联用仪后，人们更多地选择用此仪器，具有操作简便、分析全面等优点，被广泛应用在稻谷[28]、光辐射前后的柚木[29]、传统锦州虾酱[30]等物质中挥发性化合物的分析。在香椿挥发性成分分析方面，刘信平等人[14]用气相色谱-质谱联用仪鉴定出香椿挥发油中有53个组分，占总峰面积的92.34%。杨慧等人[31]在基于顶空固相微萃取技术（HS-SPME）的超声波辅助提取香椿挥发性成分工艺优化中也用到了此仪器对萃取成分进行分析，对超声波辅助联合顶空固相微萃取法萃取的物质进行了检测，测出风味物质69种，主要含芳香族、烃类物质（41.83%） 和萜烯类物质（22.10%）；HS-SPME有63种，主要含醛类物质（34.57%）、萜烯类物质（21.88%） 和噻吩类物质（12.75%）。此外，此仪器还运用在香椿芽[32]、花[33]、漂白后的芽叶[34]等物质中挥发化合物的分析。

2.2 气相色谱-嗅辨仪联用法

人们有时为了分析方便且更全面，还会在气相色谱仪和气相质谱仪中加入一个嗅辩仪，此方法已应用在黄曲麦酒中挥发性微量成分[35]分析中。张杰[36]在分析香椿挥发性成分及呈香性机理时用气相色谱-嗅闻仪结合气相色谱-质谱联用，发现导致香椿呈现特殊风味的关键物质是cis-2-2-巯基-2,3-二氢-3,4-二甲基噻吩和trans-2-巯基-2,3-二甲基噻吩，分别占总挥发性物质相对含量的9.484%，16.960%。李楠等人[37]用气相色谱-嗅闻-质谱法对香椿芽苗中含硫化合物对其风味物质的影响进行了研究，发现在香椿芽苗的生长过程中，反式-1-丙烯基双二硫化物一定基础上可以转化为1-丙烯基硫醇和3,4-二甲基噻吩。从含硫化合物的结构式看，香椿与大蒜拥有特征性风味的物质有所相似。

3 香椿挥发性成分研究进展

3.1 不同部位及产地香椿挥发性成分差异

首先，香椿的不同部位所含有的挥发性成分种类有很大差异。陈丛瑾[38]比较了香椿的叶片、叶轴和皮中挥发性成分的种类，发现其中分别含有64，50，45种挥发性成分，相同成分仅有9种。杨慧等人[39]通过试验发现，同一香椿枝条的不同空间部位（上部、中部、下部）香气成分依然存在较大的差别，枝条上部香气成分种类最复杂，而中、下部中2,4-二甲基噻吩、2-巯基-3,4-二甲基-2,3-二氢噻吩以及1-丙基咪唑-2-硫酮3种特征香气化合物的总含量高于上部。

其次，产自于不同地域的香椿，其中的挥发性成分的种类并不相同。刘常金等人通过气相色谱-质谱联用法对河南焦作、山东西牟、安徽太和这3个地方特产香椿的挥发性成分进行了研究，河南焦作红香椿和安徽太和黑油椿主要挥发性成分都为萜烯类化合物，分别占总组分的52.137%和74.880%；山东西牟红香椿挥发性成分中萜烯类化合物仅占总组分的19.179%，而噻吩类化合物占总组分的61.613%。王晓敏等人对河南安阳、原阳、洛阳和中牟香椿中的挥发性成分进行了对比，发现这4个地区香椿中挥发性成分的主要物质均为萜烯类成分，但挥发性成分的种类有微小差异。所分析出的75种挥发性成分中，4个地区香椿挥发性成分种类数分别为47，52，46，52种。

3.2 不同采收期香椿挥发性成分变化

李丹等人对不同采摘期（5月5日—5月29日）香椿的挥发性成分进行了分析，发现特征性香气A（蒸煮、香椿味）和B（清新、香椿味） 的含量随采摘期都是先增后减，且A的含量始终大于B的含量。开采前9 d（头茬香椿）中A和B的含量随采摘期缓慢升高，随后9 d（二茬香椿）中A和B的含量持续上升到最高，然后开始下降，直到最后采摘日仍在下降，其中二茬香椿中A和B的含量均是一茬香椿的340%，是最后采摘日的220%，350%。随后朱永清等人对“巴山红”香椿5个不同时期中挥发性成分及风味的变化进行了研究，发现在嫩芽期含23种挥发性化合物，其中萜烯类化合物占60%，以8,14-环氧柏木烷、α氧瑟林烯、杜松萜烯、表蓝桉醇等成分起主要影响；芽叶期含23种挥发性成分，以含硫化合物为主，起主要作用的是正己酸乙烯酯、（-）-含硫荜澄茄油烯、壬酸甲酯；新叶期含22种，以含硫化合物为主，以3,4-二甲基噻吩、2,4-二甲基噻吩为主；成熟叶期含44种，以萜烯类和含硫化合物为主，对风味起主要作用的包括戊烷-3-螺三环、己烷-6-螺环戊烷、甲酸异戊酯等；老叶期含25种，主要含有愈创奥、异甜菊醇和硫化丙烯。

4 展望

作为以香气品质为主要消费点的香椿产品来说，挥发性成分直接影响香椿的食用价值和商业价值。然而，当前对香椿香气成分的研究尚存在较大不足：首先，目前对香椿香气成分在不同程度加工之后的散失及结构变化规律依然不明确，由此所引发的香椿产品香味不突出，甚至出现味变情况尚无研究报道；其次，在香椿挥发性成分分析方面，目前所开发的分析方法仅可实现对物质的定性分析，所获得的定量结果也仅为相对含量，无法用以准确分析香气成分在加工过程中的变化。这2个部分研究内容的缺乏，制约了香椿产业的健康发展，也必将成为未来对香椿挥发性成分研究工作领域中亟待解决的问题。

[1] 陈玉丽，阮志鹏，林丽珊.香椿的化学成分及药理作用研究进展 [J].长治医学学报，2008，22（4）：315-316.

[2] 刑小艺，孙芳旭，郭轩佑.香椿的综合利用价值浅析 [J].现代园艺，2014（8）：222-224.

[3] 扶雄，张伟，朱思明，等.香椿叶多酚的提取分离及体外对糖尿病关键酶活性的抑制作用 [J].现代食品科技，2014，30（70：10-15，62.

[4] 谷月玲，胡耿源，傅水玉.香椿叶精油成分的研究（2）香椿叶精油的GC/MS定性分析 [J].质谱学报，1996，17 （4）：57-58.

[5] Liu H W，Huang W C，Yu W J.Toona sinensis ameliorates insulin resistance via AMPK and PPAR gamma pathways[J].Food&Function，2015，6（6）：1 855-1 864.

[6] Hu C Y，Shi H Y，Chi Y C.Rutin potentiates insulin receptor kinase to enhance insulin-dependent glucose transporter translocation[J].Molecular Nutrition&Food Research，2014，58（6）：1 168-1 176.

[7] Yu B C，Yu W J，Huang C Y.Toona sinensis leaf aqueous extract improves the functions of sperm and testes via regulating testicular proteins in rats under oxidative stress[J].Evidenece-based Complementary and Alter Native Medicine，2012 （1）：53-56.

[8] 王文娟，李瑞锋.超临界CO2萃取法与水蒸气蒸馏法提取枸骨叶挥发油的GC-MS分析 [J].贵州师范大学学报（自然科学版），2016，34（3）：89-93.

[9] 薛鹏，杨立新，曹英夕，等.水蒸气蒸馏及不同萃取纤维对白花蛇舌草挥发性成分分析 [J].中国实验方剂学杂志，2017，23（6）：85-90.

[10] 程桂英，程传格，王晓，等.香椿种子挥发油成分的GC/MS分析 [J].山东大学学报（自然科学版），2011，16（2）：238-240.

[11] 卢燕，孟超，张守军，等.GC-MS测定不同产地香椿子挥发油成分 [J].中药材，2016，39（11）：2 539-2 543.

[12] 陈丛瑾，黄克瀛.环己烷捕集水蒸气蒸馏香椿叶挥发油及其成分分析 [J].生物质化学工程，2008，42（2）：27-29.

[13] 李贵军，汪帆.香椿嫩叶挥发油化学成分的GC嫩叶挥分析 [J].安徽化工，2014，40（3）：85-88.

[14] 刘信平，张驰，余爱农，等.香椿挥发性化学成分的研究 [J].精细化工，2008，25（1）：41-44.

[15] 吴艳霞.香椿茎挥发油化学成分分析 [J].经济交流（农业科技通讯），2013（5）：147-258.

[16]董竞，杨婉秋，王曼，等.云南玉溪香椿果特征香气成分分析 [J].食品科学，2013，34（4）：217-220.

[17] 陈丛瑾，黄克瀛，李姣娟，等.不同方法提取香椿芽挥发油的比较研究 [J].分析实验室，2009，29（1）：30-35.

[18] 李云耀，陈林，孟英才，等.超临界CO2萃取法与水蒸气蒸馏法提取黄连木嫩叶挥发油及GC-MS分析 [J].湖南中医药大学学报（自然科学版），2016，36（3）：24-46.

[19] 王文娟，李瑞锋.超临界CO2流体萃取法与水蒸气蒸馏法提取小叶女贞挥发油的GC-MS分析 [J].安徽农业科学，2016，44（31）：116-119.

[20] 邱琴，刘静，陈婷婷，等.不同方法提取香椿子挥发油的气质联用成分分析 [J].药物分析杂志，2007，27（3）：200-205.

[21] 李聚英，王军，戴蕴青，等.香椿香气组成及其在贮藏中的变化的研究 [J].北京林业大学学报，2011，33（3）：127-131.

[22] 任雪，张浩，郑欣瑶，等.微波萃取法提取紫甘蓝中花色苷工艺参数的研究 [J].农产品加工，2017（7）：33-35.

[23] 孙玲，杨肖，李世民，等.微波辅助萃取益母草中挥发油含量研究 [J].中国药物警戒，2016，13（1）：13-15.

[24] 罗静，方金豹，谢汉忠，等.超声波辅助萃取桃果实挥发性物质的效果 [J].果树学报，2014，31（5）：823-835.

[25] 汪洪武，刘艳清，韦寿莲，等.微波、超声波和水蒸气蒸馏在紫苏籽挥发油分析中的对比研究 [J].精细化工，2011，28 （6）：244-275.

[26] 杨月云，王小光，郜蒙蒙.香椿叶提取物挥发性成分的GC－MS分析 [J].中国调味品，2016，41（5）：131-142.

[27] 杨月云，王小光，郜蒙蒙.超声波辅助提取香椿叶挥发成分的工艺优化 [J].食品工业科技，2015，36（23）：261-265.

[28] 曹俊，刘欣，陈文若，等.基于E-NOSE与PME-GC/MS技术分析温湿度动态变化过程中稻谷的挥发性成分 [J].中国农业科学，2017，50（1）：142-160.

[29] 文瑞芝，曾栋，黄自知，等.顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用分析柚木光辐射前后的挥发性成分 [J].林产化学与工业，2017，37（1）：135-140.

[30] 李莹，吕欣然，马欢欢，等.应用顶空固相微萃取结合气相色谱-质谱联用技术分析传统锦州虾酱中挥发性物质 [J].食品与发酵工业，2016，42（9）：210-214.

[31] 杨慧，王赵改，史冠莹，等.基于HS-SPME的超声波辅助提取香椿挥发性成分工艺优化 [J].天津农业科学，2015，21 （11）：54-62.

[32] 陈丛瑾，杨国恩，袁列江，等.HS-SPME/GC-MS法分析香椿芽、叶的挥发性化学成分 [J].精细化工，2009，26 （11）：1 080-1 084.

[33] 高鷃铭，李凤玉，肖祥希，等.香椿叶、花和种子的挥发性化学成分研究 [J].福建师范大学学报（自然科学版），2012，36（5）：59-64.

[34] 杨慧，王赵改，史冠莹，等.烫漂时间对香椿嫩芽颜色及挥发性风味成分的影响研究 [J].核能学报，2017，37 （7）：1 339-1 348.

[35] 俞剑燊，江伟，吴幼茹，等.气相色谱-嗅闻-质谱联用仪（GC-O-MS）对黄酒麦曲中挥发性微量成分的研究 [J].酿酒科技，2016（2）：32-36.

[36] 张杰.香椿挥发性成分的分析及其呈香机理的探究 [D].天津：天津科技大学，2013.

[37] 李楠，王浩宇，赵芳，等.香椿芽苗中含硫化合物对其风味物质的影响 [J].食品研究与开发，2017，38（13）：35-39.

[38] 陈丛瑾.香椿有效成分的提取纯化和生物活性研究 [D].长沙：中南林业科技大学，2010.

[39] 杨慧，王赵改，王晓敏，等.红油香椿嫩芽不同生长期和空间部位挥发性成分分析 [J].食品科学，2016，27（22）：142-148.◇