顶空-气相色谱-质谱法分析花椒油中的挥发性成分

韩卓涛，王燕，王延云，廖化针，胡强*

(1.乐山师范学院竹类病虫防控与资源开发四川省重点实验室，四川 乐山 614000；2.乐山师范学院 生命科学学院，四川 乐山 614000)

花椒是芸香科(Rutaceae)花椒属(ZanthoxylumL.)植物花椒(ZanthoxylumbungeanumMaxim.)或青椒(ZanthoxylumschinifoliumSieb.et Zucc.)的成熟果皮。它是一种辛香料，含挥发性油，性热，味辛香，在《本草纲目》中被誉为“八大味”之一。花椒属植物的化学成分主要有生物碱、酰胺、木脂素、香豆素、挥发油和脂肪酸等，其中酰胺类物质是花椒的主要麻味成分，挥发油则主要是其香气成分，它们是反映花椒内在品质的主要指标[1,2]。花椒除了其果皮含有浓郁的香气和麻味，可作为食用和日用香料外，其果实、根、茎、叶均可入药，具有温中散寒、除湿、镇痛、麻醉、抗菌、杀虫止痛等药理功效，因而具有广泛的应用前景[3-5]。我国除东北、新疆和内蒙古等少数地区外，其他各地均有分布，特别是四川省汉源、西昌、冤宁等地区盛产花椒[6,7]。

花椒油是一种从花椒中提取出呈香、呈麻味物质于食用植物油中的调味品，然而不同的生产方法其香味、口感存在较大的差异。其主要由以下2种方法制取[8-10]：(1)通过油浸法、油淋法、油溶法等传统方法生产花椒油，油浸法在国内被大部分花椒油厂使用。(2)通过超临界CO2萃取法将花椒中的有效成分提取出来，得到花椒提取物，即花椒精油和花椒油树脂，然后与食用植物油调制成为花椒油(萃取法)。市场上反映，传统花椒油(油浸法)芳香浓郁、醇麻爽口，而花椒油(萃取法)气味和口感稍差，通常略带有苦涩味。目前已有不少文献对花椒精油或挥发油成分进行了分析研究[11-16]，但很少有对花椒油成分进行分析研究，本文采用顶空-气相色谱-质谱法(HS-GC-MS)对2种不同生产工艺(油浸法和萃取法)生产的花椒油的挥发性成分进行了分析，分别鉴定其主要化学成分，并对2种花椒油的挥发性成分进行了比较，旨在比较2种花椒油的挥发性成分差异，为花椒油的生产加工、质量评价及进一步的研究提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

帅麻婆花椒油(油浸法)、花椒油树脂：均由峨眉山市中王食品厂提供；金龙鱼菜籽油：益海嘉里食品营销有限公司市购。

7890B-5977A气相色谱-质谱联用仪(配有7696A顶空自动进样器、MussHunter数据处理系统)、20 mL顶空进样瓶及瓶盖、压盖器、启盖器 美国安捷伦科技有限公司；ML203/02分析天平 梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司；200～1000 μL移液枪 欧辰自动化科技有限公司。

1.2 实验条件

1.2.1 顶空进样器参数

定量环/阀：110 ℃；传输线：120 ℃；加热箱：100 ℃；平衡时间：10 min。

1.2.2 色谱条件参数

HP-5MS色谱柱(30 m×250 μm×0.25 μm)，进样口温度为250 ℃；色谱程序升温条件：起始温度40 ℃，保持1 min，以5 ℃/min的升温速率升至150 ℃，再以8 ℃/min的升温速率升至260 ℃，保持10 min；载气(He)流量1 mL/min；分流进样，分流比5∶1；进样量1 μL。

1.2.3 质谱条件参数

质量扫描范围(m/z)：50～500 amu；电子电离(electron ionization,EI)离子源：70 eV；离子源温度230 ℃；连接质谱结口温度280 ℃；溶剂切除时间3 min。

1.3 实验方法

1.3.1 样品前处理

花椒油(油浸法)：准确称取约10.00 g帅麻婆花椒油置于20 mL顶空进样瓶中，封口后，待测。

花椒油(萃取法)：将花椒油树脂和食用植物油按1∶29的比例(质量比)混合调制成花椒油(萃取法)，准确称取约10.00 g花椒油(萃取法)置于20 mL顶空进样瓶中，封口后，待测。

1.3.2 数据分析

将处理好的样品放入自动顶空进样器中，经GC-MS分析，分别得到2种不同生产工艺(油浸法和萃取法)的总离子流图5(见图1和图2)。将图中各个色谱峰的质谱图与NIST14.L谱库进行比对，并结合文献报道进行图谱解析。采用峰面积归一法计算各个成分的相对含量。

2 结果与分析

2.1 花椒油的GC-MS总离子流图

HP-5MS属于非极性毛细管柱，样品中挥发性成分按照沸点依次升高的顺序出峰，经HP-5MS毛细管柱分离、MS检测，2种不同生产工艺花椒油(油浸法和萃取法)的总离子流图分别见图1和图2。此色谱条件下，花椒油(油浸法和萃取法)样品的主要成分达到良好分离，峰形尖锐且对称性好，易于质谱定性。油浸法所生产的花椒油的GC-MS总离子流图见图1。组分出峰时间主要集中在8～18 min；花椒油树脂与菜籽油按比例调制成的花椒油的GC-MS总离子流图见图2，组分出峰时间主要集中在4～18 min。

图1 花椒油(油浸法)GC-MS总离子流图Fig.1 The total ions chromatogram of GC-MS of Zanthoxylumbungeanum oil(the oil-immersion method)

图2 花椒油(萃取法)GC-MS总离子流图Fig.2 The total ions chromatogram of GC-MS of Zanthoxylumbungeanum oil(the extraction method)

2.2 花椒油的挥发性成分组成

总离子流图中的色谱峰经质谱数据库检索、人工谱图解析，并参考相关文献资料[17-21]，从油浸法和萃取法的花椒油中分别分离鉴定出17种和25种挥发性化合物，然后采用峰面积归一化计算化合物的相对含量，见表1。

表1 2种花椒油挥发性成分分析Table 1 Analysis of volatile components in two kinds of Zanthoxylum bungeanum oils

续 表

注：“-”表示未检出或含量低于0.01%。

由表1可知，花椒油(油浸法)中共分离鉴定出17种挥发性成分，其中烯类化合物有10种，主要是右旋萜二烯65.27%、β-月桂烯18.35%、罗勒烯4.00%；醇类化合物有2种，主要是芳樟醇4.88%；酯类化合物有3种，主要是乙酸芳樟酯1.87%；另外，还存在少量的酮类、炔类化合物，即3,5-辛二烯-2-酮和1-十一炔0.04%。

花椒油(萃取法)中共分离出25种挥发性成分，其中烯类化合物有12种，主要是右旋萜二烯33.57%、桧烯12.26%、β-月桂烯5.77%；醇类化合物有6种，主要是芳樟醇26.43%；酯类化合物有1种，即乙酸芳樟酯6.91%；另外，还存在少量的酸类、醛类、腈类及苯类化合物，即2,5-二氢-1H-吡咯-2-羧酸0.29%、(E,E)-2,4-己二烯醛0.65%、辛醛0.17%、3-甲基巴豆腈0.73%、5-己烯腈0.22%和邻-异丙基苯0.33%。

2.3 花椒油挥发性成分的比较

由表1可知，油浸法和萃取法的花椒油分别鉴定出17种和25种挥发性成分，其中有13种挥发性成分相同，分别为α-蒎烯、桧烯、β-月桂烯、α-水芹烯、右旋萜二烯、反式-β-罗勒烯、罗勒烯、γ-松油烯、4-侧柏醇、萜品油烯、芳樟醇、别罗勒烯、乙酸芳樟酯，分别占总含量的99.92%和90.3%；其中有12种挥发性成分花椒油(萃取法)分离出，而花椒油(油浸法)未分离出，占9.7%；其中有4种挥发性成分花椒油(油浸法)分离出，而花椒油(萃取法)未分离出，占0.08%。

2种花椒油挥发性成分相对含量最高的均是右旋萜二烯，又称为(+)-柠檬烯，但所占含量相差近1倍，分别为65.27%和33.57%。花椒油(油浸法)≥4%的挥发性成分有4种，即右旋萜二烯65.27%、β-月桂烯18.35%、芳樟醇4.88%及罗勒烯4.00%，占总含量的92.5%；花椒油(萃取法)≥4%的挥发性成分有6种，即右旋萜二烯33.57%、芳樟醇26.43%、桧烯12.26%、乙酸芳樟酯6.91%、β-月桂烯5.77%及α-苧烯崖柏烯4.38%，占总含量的89.32%；花椒油(油浸法)中右旋萜二烯、β-月桂烯、罗勒烯、反式-β-罗勒烯的相对含量比花椒油(萃取法)的含量高；而桧烯、芳樟醇、乙酸芳樟酯等组分，花椒油(萃取法)比花椒油(油浸法)相对含量高；2种花椒油中α-蒎烯、α-水芹烯、γ-松油烯、4-侧柏醇、萜品油烯、别罗勒烯的含量都低于1%。

表2 2种花椒油挥发性成分比较Table 2 Comparison of volatile components in two kinds of Zanthoxylum bungeanum oils

注：“-”表示未检出或含量低于0.01%。

由表2可知，花椒油(油浸法)的挥发性成分是烯类、醇类、酯类、酮类及炔类，花椒油(萃取法)的挥发性成分是烯类、醇类、酸类、酯类、醛类、腈类及苯类；花椒油(油浸法)的主要挥发性成分是烯类93.15%、醇类4.9%及酯类1.89%，合计占总含量的99.94%，花椒油(萃取法)的主要挥发性成分同样是烯类60.47%、醇类30.23%及酯类6.91%，合计占总含量的97.61%；花椒油(萃取法)的挥发性成分中还存在少量酸类(0.29%)、醛类(0.82%)、腈类(0.95%)及苯类(0.33%)，合计占总含量的2.39%。

通过上述分析发现，传统油浸法和萃取法花椒油在气味和口感上的差异是由于2种不同生产工艺生产的花椒油中挥发性成分组成及相对含量有明显差异所导致的；油浸法工艺中植物油主要提取了花椒果皮中的呈香、呈麻味物质，有效成分虽不能充分溶解，仅有部分进入植物油中，造成浪费和产品成本偏高，但风味纯正；花椒油(萃取法)工艺由于溶剂萃取能力强，且将花椒果皮连同花椒籽一起粉碎、萃取，因此将花椒籽中部分影响风味的物质也萃取出来，花椒油中挥发性成分组成明显增多，特别是酸类、醛类、腈类及苯类，产生了苦涩味，导致风味有所改变。

3 结论

花椒油的挥发性成分会因花椒产地、生产工艺及生产条件的差异而不同[22,23]。本实验采用HS-GC-MS对2种不同生产工艺的花椒油进行了挥发性成分分析，结果显示挥发性成分组成及相对含量有明显的差异：花椒油(油浸法)和花椒油(萃取法)中分别分离鉴定出17种和25种挥发性化合物，其中有13种挥发性成分相同，分别占总含量的99.92%和90.3%；有12种挥发性成分花椒油(萃取法)分离出，而花椒油(油浸法)未分离出，占9.7%；有4种挥发性成分花椒油(油浸法)分离出，而花椒油(萃取法)未分离出，占0.08%；2种花椒油挥发性成分相对含量最高的均是右旋萜二烯，但所占含量相差近1倍，分别为65.27%和33.57%；花椒油(油浸法)≥4%的挥发性成分有4种，占总含量的92.5%；花椒油(萃取法)≥4%的挥发性成分有6种，占总含量的89.32%；油浸法和萃取法花椒油的主要挥发性成分都是由烯类、醇类及酯类组成，但比例有明显差异；花椒油(萃取法)的挥发性成分中还存在少量酸类(0.29%)、醛类(0.82%)、腈类(0.95%)及苯类(0.33%)。上述差异导致了传统花椒油(油浸法)芳香浓郁、醇麻爽口，而花椒油(萃取法)气味和口感稍差，通常略带有苦涩味，花椒油中挥发性成分组成及相对含量影响花椒油的品质，因此可将花椒油的组成成分和相对含量作为指导生产的依据，提高花椒油的感官品质。

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