发酵黑荸荠中挥发性物质的GC-MS分析

魏连会，刘宇峰*，姬妍茹，董艳，杨庆丽，宋淑敏，石杰，孙兴荣

(1.黑龙江省科学院 大庆分院，黑龙江 大庆 163319；2.黑龙江省农业科学院大庆分院，黑龙江 大庆 163319)

荸荠，俗称马蹄，又名地栗、乌茶，是一种药食同源食材，肉质细嫩、汁多味甜、清脆爽口，有“地下雪梨”之美誉，在北方被视为“江南人参”[1]。荸荠含有水分、碳水化合物、蛋白质、脂肪、粗纤维、矿物质等多种营养物质[2]。中医认为：荸荠性寒味甘，具有清热化痰、生津开胃、明目清音、消食醒酒等保健功效[3]。

荸荠中含的磷是根茎类蔬菜中较高的，能促进人体生长发育和维持生理功能的需要，对牙齿、骨骼的发育有很大好处，同时可促进体内的糖、脂肪、蛋白质三大物质的代谢，调节酸碱平衡，因此荸荠适于儿童食用[4]。同时荸荠富含多酚类、黄酮类、甾醇类、多糖类等功能活性因子，使其具有抗氧化、抗菌、免疫调节与抗肿瘤等多种保健功能[5-9]。

黑荸荠是以新鲜的荸荠为原料采用变温发酵技术熟化而成，不添加任何的食品添加剂，在保留原有营养成分的同时，多酚类物质明显增加，同时新增功能成分类黑精，大大提升了产品的抗氧化、抗肿瘤、抗菌等保健功效。

目前，以荸荠为原料进行黑荸荠产品的生产研发国内外未见报道，本试验采用同时蒸馏萃取法萃取黑荸荠中的挥发性物质，并进行气质色谱仪(GC-MS)分析，确定了黑荸荠中挥发性物质的基本信息，并与鲜荸荠中挥发性成分进行了比较，旨在探讨荸荠加工前后挥发性成分的变化情况，为黑荸荠系列新产品的研制和开发奠定重要的理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 原料与试剂

荸荠：购于湖北宜昌市；二氯甲烷(分析纯)：天津市光复精细化工研究所；氯化钠(分析纯)：天津市大茂化学试剂厂；无水硫酸钠(分析纯)：天津市永大化学试剂厂。

1.1.2 仪器与设备

黑荸荠生产设备 黑龙江省科学院大庆分院机电研究所自制；分析天平(ME204E型) 梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司；同时蒸馏萃取装置 郑州兴华玻璃仪器厂；恒温水浴锅(HH-1型) 金坛市盛蓝仪器制造有限公司；电热套 山东鄄城华鲁电热仪器有限公司；旋转蒸发仪(R201型) 上海申胜生物技术有限公司；气相色谱-质谱联用仪(Agilent7890A GC-70000BMS) 美国Agilent公司。

1.2 方法

1.2.1 黑荸荠的制作

将鲜荸荠洗净吹干后，装入耐高温密封塑料袋，放入加工设备中，按照设定程序运行15天后，变为黑荸荠。

1.2.2 黑荸荠挥发物的萃取

采用同时蒸馏萃取法萃取鲜荸荠和黑荸荠中的挥发性成分。在萃取有效成分之前，先进行装置的预清洁，在萃取装置的两端分别加入400 mL蒸馏水和60 mL二氯甲烷，蒸馏3 h，保证仪器清洁。将真空冷冻干燥好的荸荠与黑荸荠样品用粉碎机打碎成粉。分别称取荸荠和黑荸荠样品50 g(精确至0.1 mg)，置于小烧杯中，同时加入适量的氯化钠和蒸馏水溶解，倒入同时蒸馏萃取装置的500 mL圆底烧瓶中，并加入适量蒸馏水和沸石，用可控温的电热套加热。在100 mL圆底烧瓶中加入50 mL二氯甲烷，连接到装置的另一端，浸泡在 45 ℃恒温水浴中，连续蒸馏萃取2 h。合并“U”型管和100 mL圆底烧瓶中的二氯甲烷萃取液，于-40 ℃低温冷冻过夜，用无水硫酸钠除去溶剂中残存的水，用旋转蒸发仪挥发溶剂，浓缩提取物至2 mL，过0.22 μm滤膜后，转至色谱瓶进行GC-MS分析。

1.2.3 GC-MS分析条件

1.2.3.1 色谱条件

色谱柱：HP-5MS(30 m×250 μm×0.25 μm)；载气为氦气，1.0 mL/min；柱初温50 ℃，保温2 min，以4 ℃/min的升温速率升至220 ℃，用时30 min；进样口温度250 ℃；分流比10∶1；进样量1 μL。

1.2.3.2 质谱条件

EI离子源，电子能量70 eV；电子倍增器电压1635 V；质量扫描范围30～450 amu，离子源温度230 ℃；传输线温度240 ℃；四极杆温度150 ℃。GC-MS检测结果：经人工解析并与标准质谱图对照和检索，确定各组分的化学结构。

1.2.4 GC-MS数据处理

通过计算机检索，同时利用Agilent7000B质谱库相互匹配进行定性分析。各组分相对含量按照峰面积归一化法计算[10]。通过GC-MS联用仪测定的质谱信息与标准谱图对照，得到相应化合物的名称、结构等信息。最终确定黑荸荠与荸荠中化合物的种类及其含量。

2 结果与分析

2.1 黑荸荠挥发性物质的测定结果

发酵黑荸荠样品挥发性物质的萃取液GC-MS总离子流，见图1。

图1 黑荸荠挥发性成分的总离子流Fig.1 The total ion chromatogram of Eleocharis geniculata volatile substances

峰号英文名称中文名称分子式相对分子质量保留时间(min)相对含量(%)13⁃Furaldehyde3⁃呋喃甲醛C5H4O2964．81671．592Pyridine，1，2，5，6⁃tetrahydro⁃1，2⁃dimethyl⁃1，2⁃二甲基⁃1，2，5，6⁃四氢吡啶C7H13N96．086．1430．713(+)⁃Borneol[2，2，1]庚⁃2⁃醇(冰片)C10H18O154．256．9181．10

续 表

由表1可知，通过对黑荸荠的挥发性物质化学成分进行GC-MS分析，共鉴定出了7种化合物，主要由3-呋喃甲醛组成(71.59%)。其中含量较高的成分为3-呋喃甲醛、软脂酸、苯乙醛、冰片。

2.2 荸荠挥发性物质的测定结果

荸荠鲜样品挥发性物质的萃取液GC-MS总离子流，见图2。

图2 荸荠挥发性成分的总离子流Fig.2 The total ion chromatogram of Eleocharis dulcis volatile substances

峰号英文名称中文名称分子式相对分子质量保留时间(min)相对含量(%)1Silane，tetramethyl⁃四甲基硅烷C4H12Si88．235．1780．3122⁃Butanol，3⁃methoxy⁃3⁃甲氧基⁃2⁃丁醇C5H12O21045．4324．803Formamide，N⁃(1，1⁃dimethylethyl)⁃N⁃叔丁基甲胺C5H11NO101．157．2640．104Benzylalcohol苯甲醇C7H8O108．1410．940．315Benzene，[(2⁃propenyloxy)methyl]⁃烯丙基苄基醚C10H12O148．2011．1790．566Pentadecanoicacid正十五烷酸C15H30O2242．4036．3560．487n⁃Hexadecanoicacid软脂酸C16H32O2256．4238．8875．6789，12⁃Octadecadienoicacid(Z，Z)⁃亚油酸C18H32O2280．4542．8117．77

由表2可知，通过对荸荠的挥发性物质化学成分进行GC-MS分析，共鉴定出了8种化合物，主要由软脂酸构成(71.59%)。其中含量较高的成分为软脂酸、亚油酸、3-甲氧基-2-丁醇。

3 结论

研究表明：荸荠经过高温熟化后，挥发性风味物质变化较大。新增成分3-呋喃甲醛具有杏仁样气味，3-呋喃甲醛应该是荸荠中多糖水解后在有机酸的催化作用下经高温产生的[11]，具有杏仁气味，苯乙醛具有浓郁的玉簪花香气，稀释后具有水果的甜香气。两种风味物质的形成，赋予黑荸荠特殊的口感，使其香甜可口，更符合大众的口味。新增成分冰片为药典收录的中药材，具有开窍醒神、清热止痛的功效，用于热病神昏、惊厥、中风痰厥、气郁暴厥、中恶昏迷、胸痹心痛、目赤、口疮、咽喉肿痛、耳道流脓等。

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