GC-MS结合保留指数分析白柠檬油挥发性成分

李源栋，刘秀明，夏建军，李惠天，蒋举兴，王红霞

（1. 云南中烟工业有限责任公司技术中心，云南 昆明 650202；2. 红云红河烟草(集团)有限责任公司，云南 昆明 650202；3. 河南中烟工业有限责任公司技术中心，河南 郑州 450000）

白柠檬油是由白柠檬的果皮或果实经水蒸气蒸馏或冷榨而得。其中蒸馏油为无色至浅黄色液体，具有白柠檬干果的特征香气；冷榨油为黄色至绿黄色液体，具有强烈的柠蒙特征香气。白柠檬主产于墨西哥、巴西、美国、秘鲁、古巴、牙买加、多米尼亚、海地、危地马拉和中国南方地区[1]，常用于调配白柠檬型、可乐型等食用香精、烟草及酒用香精，在化妆品、香皂等日用香精产品中也可应用[2]。

保留时间指数法是目前使用较为广泛的分析定性方法，由于白柠檬油中萜类化合物及其衍生物存在一些同分异构体，仅用质谱库检索和匹配度定性会出现多种可能性，使化合物定性不准确，借助保留指数定性法可提高其定性准确性[3]。

目前，国内外对柠檬油研究主要集中在精油提取方法、检测方法、医药功能等方面[4-6]，而针对不同提取方法的白柠檬油挥发性成分分析未见相关报道。

本文采用气相色谱-质谱（GC-MS）结合保留时间指数法，对不同提取方法的白柠檬油挥发性成分进行了分析研究，提高了天然香料中化合物定性的准确性，对白柠檬油中主要挥发性成分进行了分析，为产品开发和调香提供了理论指导。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 材料与试剂

蒸馏及冷榨白柠檬油，西格玛奥德里奇公司产品；二氯甲烷、甲醇、正己烷，GR级，均由百灵威科技有限公司提供；正构烷烃C7～C30，由Sigma-Aidrich公司提供。

1.1.2 仪器与设备

Agilent 7890A/5975C型气相色谱-质谱联用仪+自动进样器（美国安捷伦科技有限公司）；XA204型电子天平（梅特勒-托利多公司）；10 mL移液器。

1.2 方法

1.2.1 白柠檬油挥发性成分分析

准确称取白柠檬油0.20 g，用甲醇∶二氯甲烷=1∶4（V∶V）混合溶液稀释至 10 mL，进样前将样品用0.45滋m有机相滤膜过滤，然后直接进GC-MS分析。

1.2.1.1 色谱条件

RXi-5silMS石英毛细管柱（60m×0.25mm，0.25滋m）；载气：氦气；流速：1.0 mL/min。升温程序：初始温度50℃，保持2 min；以3℃/min的速率升温至180℃；再以10℃/min的速率升温至230℃，保持10 min。进样口温度：250 ℃，进样量：1.0 滋L，分流比：20∶1，溶剂延迟6 min。

1.2.1.2 质谱条件

离子源：电轰击电离（EI）源；离子源温度：230℃；四极杆温度：150℃；电离能量：70 eV；传输线温度：280 ℃；扫描范围：40～450（m/z），质谱检索图库：NIST谱库。

1.2.2 定性方法

移取正构烷烃C7～C30标准品，用正己烷溶液将其稀释成质量分数为5%的溶液，按照仪器操作条件进样，求出正构烷烃C7～C30的保留时间，为下一步计算白柠檬油中各成分保留指数作准备。

根据VandenDool和Kratz的线性程序升温的保留指数原理，利用自编软件求得保留指数值，计算公式如下：

式中：tx为被分析组分；tn为碳原子数；tn+1为n和n+1的正构烷烃流出峰的保留时间。

样品白柠檬油经过GC-MS分析后，利用仪器自带的NIST质谱库对白柠檬油中化学成分进行自动检索，然后通过自我开发的保留指数软件求出各成分保留指数，将软件计算的保留指数与ESO精油数据库中保留指数进行比对，对其进行定性。

1.2.3 香气评价

“Flavor-Base 10”作为全球最全的香精香料数据库，收录了4 324个香味化合物，本文利用“Flavor-Base 10”数据库对白柠檬油中成分进行香气评价。

1.2.4 数据处理

样品白柠檬油经过GC-MS分析后，采用色谱峰面积归一化法计算得出各化学成分相对百分含量。

2 结果与分析

2.1 白柠檬油挥发性成分分析

白柠檬油中成分经GC-MS检测所得到总离子流色谱图如图1、2所示，其结果采用Nist11进行检索后结合ESO香精保留指数进行对比对其定性，利用面积归一化法[7]计算得出白柠檬油中各成分相对百分含量，结果见表1所示。

表1 GC-MS法对白柠檬油挥发性成分的定性分析结果Table 1 Qualitative analysis results of the volatile components of lime oil by GC-MS

续表1 GC-MS法对白柠檬油挥发性成分的定性分析结果Continue table 1 Qualitative analysis results of the volatile components of lime oil by GC-MS

续表1 GC-MS法对白柠檬油挥发性成分的定性分析结果Continue table 1 Qualitative analysis results of the volatile components of lime oil by GC-MS

图1 蒸馏白柠檬油气相色谱-质谱总离子流色谱图Fig.1 Total ion flow chromatogram of GC-MS of lime oil(distilled)

图2 冷榨白柠檬油气相色谱-质谱总离子流色谱图Fig.2 Total ion flow chromatogram of GC-MS of lime oil(cold pressed)

通过质谱库检索和人工图谱解析，结合保留指数比对，蒸馏白柠檬油中共鉴定85个化合物，占蒸馏白柠檬油中挥发性成分94.272%，主要成分包括：柠檬烯（30.628%）、γ-松油烯（11.414%）、α-松油醇（7.939%）、萜品油烯（7.540%）、对伞花烃（4.543%）、α-松油烯（3.140%）、1,4-桉叶素（3.123%）、β-蒎烯（2.598%）、β-没药烯（2.286%）、γ-松油醇（1.559%）、1,8-桉叶素（1.541%）等化合物，其中天然烷烯类化合物共49个，占蒸馏白柠檬油中挥发性成分66.931%。冷榨白柠檬油中共鉴定79个化合物，占冷榨白柠檬油中挥发性成分94.188%，主要化学成分包括柠檬烯（34.469%）、β-蒎烯（15.423%）、γ-松油烯（10.847%）、α-蒎烯（3.676%）、β-没药烯（3.457%）、桧烯（3.418%）、(E)-α-香柠檬烯（2.400%）、(E,E)-α-金合欢烯 （1.973%）、β-石竹烯 （1.623%）、 月桂烯（1.546%）、对伞花烃（1.541%)、白柠檬素（1.035%）等化合物，其中，天然烷烯类化合物共45个，占冷榨白柠檬油挥发性成分86.293%。通过对2种白柠檬油挥发性成分的比较分析可知：蒸馏和冷榨白柠檬油中挥发性成分数量相差不大，2种柠檬油共有组分41个，但主要成分及含量存在一定差异。研究结果为准确定性蒸馏及冷榨白柠檬油中挥发性成分提供了借鉴。

2.2 香气成分分析

蒸馏白柠檬油是一种无色至浅黄色挥发性精油。商品中可含适量抗氧化剂，用作白柠檬型、可乐型等食用香精以及烟草、酒用香料，在化妆品、香皂等日用香精产品中也可应用，主要用于碳酸饮料、饮料粉、糖果、焙烤食品等领域。对蒸馏白柠檬油进行香气评价得到：①醇类化合物主要有α-松油醇、γ-松油醇、萜品烯-1-醇、(Z)-β-松油醇、4-松油醇等。松油醇有甜香、铃兰花香、白柠檬香，稀释后甜味很强；萜品烯-1-醇有干木香、松香、微有霉味。②酯类化合物主要有乙酸橙花酯、乙酸香叶酯等。乙酸橙花酯有强烈的果甜香味和花香味；乙酸香叶酯有果香、花甜香、玫瑰香。③醛类化合物主要有柠檬醛、橙花醛等。柠檬醛有强烈的似柠檬香味；橙花醛有强烈的柑橘香和柠檬香，微有药草香和脂肪香。④烷烯类化合物主要有柠檬烯、γ-松油烯、萜品油烯、α-松油烯、1,4-桉叶素、β-蒎烯、β-没药烯、1,8-桉叶素等。柠檬烯有烷烃气息，柑橘香和松香；松油烯具有柠檬香、柑橘香和萜烯香；萜品油烯有甜香、松香，微有茴香，有悦人的气息；桉叶素有清新的松树和樟脑气息；蒎烯有干木香、树脂香、松香，似松脂的味道；没药烯有膏甜香、柑橘香、木香、没药香、花香等。

冷榨白柠檬油是一种黄色至浅棕绿或深绿色挥发性精油，常有蜡质物析出，呈柑橘香气，微有苦味。主要用于可乐饮料、姜汁、啤酒、冷饮、焙烤食品、糖果等制品中，也可用做饮料头香。对冷榨白柠檬油进行香气评价得到：①醇类化合物主要有4-松油醇、α-松油醇、芳樟醇等。松油醇有甜香、铃兰花香、白柠檬香，稀释后甜味很强；芳樟醇有花香、木香、微弱的柑橘香、花甜香味。②酯类化合物主要有乙酸橙花酯、乙酸香叶酯等。乙酸橙花酯有强烈的果甜香味和花香味；乙酸香叶酯有果香、花甜香、玫瑰香，稀释后，似苹果香。③醛类化合物主要有柠檬醛、橙花醛、十二醛、十六醛等。十二醛有柑橘、橘子和蜜柑样的香气；十六醛有柔和的花香、鸢尾香、蜡香。④烷烯类化合物主要有柠檬烯、β-石竹烯、月桂烯、萜品油烯、(E,E)-α-金合欢烯、(E)-α- 香柠檬烯、松油烯、桧烯、蒎烯、β-没药烯等。月桂烯有树脂香、萜烯香，膏香味、药草味和柑橘味；(E,E)-α-金合欢烯有柑橘香、药草香、青香；桧烯有辛香、萜烯香和柑橘香[9]。

通过对蒸馏及冷榨白柠檬油中挥发性成分进行香气评价研究发现：蒸馏白柠檬油中致香成分主要是松油醇、柠檬醛、橙花醛、柠檬烯、松油烯等化合物；冷榨白柠檬油中致香成分主要为松油醇、柠檬醛、橙花醛、柠檬烯、松油烯、金合欢烯、桧烯等化合物。本研究结果为其产品质量控制提供了科学依据，也为广大调香工作者提供了理论指导。

2.3 保留指数在定性鉴定中的应用

通过质谱库检索，结合ESO精油数据库辅助定性，提高了天然化合物定性的准确性，减少了误判和错判。对检索出的100多种化合物进行定性分析时发现，许多醇类、烷烯类等化合物若仅用质谱库检索定性会难以判定甚至误判，尤其是同系物与同分异构体的确定[10]。

如表1所示，需确认化合物为α-松油烯，根据质谱相似度定性结果显示，几种同分异构体的匹配度都很高，无法准确区分，经比对保留指数库可知上述α-松油烯、γ-松油烯、δ-杜松烯保留指数分别为1 014、1 063、1 524，根据实测保留指数1 019，可判断化合物应为 α-松油烯。此外，β-侧柏烯、α-蒎烯、β-没药烯、α-水芹烯、(E)-α-香柠檬烯、α-依兰油烯等化合物定性同样需经保留指数法辅助方可确认。通过质谱库检索结合保留指数法，可准确判定白柠檬油的挥发性成分。

3 结论

利用气相色谱-质谱法，对蒸馏及冷榨汁白柠檬油的挥发性成分进行了分析，通过质谱库检索及保留指数法验证，从蒸馏白柠檬油和冷榨白柠檬油中分别鉴定出85和79个挥发性成分，分别占总峰面积的94.272%和94.188%。蒸馏白柠檬油主要成分为柠檬烯、γ-松油烯、α-松油醇、萜品油烯、对伞花烃、α-松油烯、1,4-桉叶素、β-蒎烯、β-没药烯、γ-松油醇、1,8-桉叶素等；冷榨白柠檬油主要成为为柠檬烯、β-蒎烯、γ-松油烯、α-蒎烯、β-没药烯、桧烯、(E)-α-香柠檬烯、(E,E)-α-金合欢烯、β-石竹烯、月桂烯、对伞花烃、白柠檬素等。在定性过程中，使用了保留指数法进行定性，提高了化合物定性的准确性。本研究结果为白柠檬油成分分析及开发应用提供了理论依据。