5种不同种属经济海藻挥发性成分的比较分析

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(1.苏州市产品质量监督检验院,江苏苏州 225104;2.常熟理工学院生物与食品工程学院,江苏常熟 215500)

海藻是生长于海洋的低等生物,是海洋中有机物质的主要生产者。据调查,全世界可供食用的海藻有100多种,我国沿岸可供食用的海藻有50多种,其中利用价值高的主要为褐藻、绿藻以及红藻[1-2]。海藻营养价值高,含有丰富的糖类和蛋白质,此外还含有多种挥发性生理活性物质[1-3]。而大型经济海藻由于具有产量高、易于养殖和采集等优点,更是优先开发利用的对象[2]。

海藻的风味主要由挥发性成分和非挥发性滋味成分组成,而挥发性成分对海藻整体风味起重要作用。目前,海藻中已经鉴定的挥发性物质(VOCs)主要为烃类、醛、醇、酯和含氮化合物等,值得注意的是,部分海藻的挥发性成分和半挥发性成分具有抗菌和抗氧化等生理活性,可用于开发保健品和药品[4-7],因此海藻的挥发性成分研究对经济海藻的开发应用具有非常重要的意义。挥发性成分的提取方法主要有溶剂提取法、水蒸气蒸馏法、固相微萃取、超临界流体萃取法等。固相微萃取法(HP-SPME)是一种样品前处理新技术,具有无有机溶剂参与、所需样品量少、灵敏度高等特点,与气相色谱-质谱(GC-MS)联用,大大提高了分析速度和灵敏度[6-8]。目前,国内外利用固相微萃取-气相色谱-质谱联用技术对多种海藻挥发性成分进行了分析。针对海藻气味的研究报道多限于螺旋藻(Spirulina)、紫菜(Porphyra)、龙须菜(Gracilarialemaneiformis)、海带(Laminariajaponica)、裙带菜(Undariapinnatifida)以及石莼(Ulvaceae)等[9-14]。

鼠尾藻(Sargassumthunbergii)属于褐藻门，是我国常见的经济海藻,在我国浙江省成功人工养殖,为主要的海水养殖经济褐藻。浒苔(Enteromorphaprolifra)属于绿藻门经济海藻,我国浒苔资源十分丰富,多被食用。紫菜和红毛菜(Bangiaatropurpurea)属于红藻门原始红藻，是重要的栽培海藻,其中,紫菜经济价值约占世界海藻产业的2/3。龙须菜属于江蓠属真红藻大型经济海藻,是国际上重要的经济养殖海藻[16-17]。对5种分别属褐藻门、绿藻门以及红藻门的原始红藻和真红藻代表性经济海藻的挥发性成分比较研究国内外尚未见报道。

本研究利用顶空-固相微萃取-气相色谱质谱[15],对不同种属经济海藻挥发性成分进行分离鉴定比较,以期通过挥发性成分分析探索研究比较不同种属海藻风味挥发性成分组成特征,为进一步开发利用大型经济海藻资源提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

鼠尾藻、龙须菜 采自山东青岛海区的自然生长藻体;浒苔、红毛菜 采自黄海南部海区紫菜栽培伐架;条斑紫菜 采自黄海南部海区的栽培品种。

QP2010气相色谱-质谱分析仪 日本SHIMADZU公司;SPME萃取装置系统和萃取头(65 μm PDMS/DVB) 美国Supelco公司;Rxi-5ms色谱柱 美国Supelco公司;15 mL SPME顶空瓶 上海安谱科学仪器公司;HH-1恒温水浴锅 常州金坛精达仪器制造有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 样品前处理 采收上述5种新鲜藻体,采后即刻-20 ℃冷冻保存带回实验室,洁净海水清洗,剔除杂藻杂物,蒸馏水漂洗3次,低温自然风干,研磨粉碎,100目过筛,-20 ℃保存备用。

1.2.2 海藻挥发性成分的提取 采用固相微萃取(SPME)法,称取1.2.1中所得样品0.3 g,置于15 mL SPME顶空瓶中,60 ℃水浴10 min,将经老化处理过的65 μm PDMS/DVB萃取头插入顶空瓶中萃取30 min,室温下,静置平衡10 min,迅速将萃取头置于进样口解吸附2 min,进行GC-MS分析[6-8]。

1.2.3 气相色谱质谱(GC-MS)条件

1.2.3.1 GC条件 气相色谱柱为Rxi-5 ms弹性石英毛细管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm),载气为高纯氦气(99.999%),恒流模式,载气流量为1 mL/min,柱起始温度为50 ℃,保持3 min,以10 ℃/min升至90 ℃,保持5 min,再以10 ℃/min升至230 ℃,保持10 min,不分流进样,进样口温度为250 ℃。

1.2.3.2 MS条件 质谱离子源温度200 ℃,电离方式EI,电子能量70 eV,离子源温度230 ℃,接口温度250 ℃,溶剂延迟2 min,选取全程离子碎片扫描(Scan)模式,质量扫描范围(质核比)为40～500 amu。

1.3 数据处理及质谱检索

质谱扫描化合物经NIST 05与WILEY 7谱库检索及人工解析确定其化学结构及成分,用峰面积归一化法确定其相对含量。

2 结果与分析

2.1 5种海藻挥发性成分的GC-MS图谱

5种经济海藻挥发性成分的GC-MS色谱图如图1所示,总离子流对比NIST 05、WILEY 7标准谱库检索结合参考文献选取相似度超过85%的色谱峰,在五种样品分别分离鉴定出29、22、29、32和28种成分,可见HS-SPME法可以良好地吸附海藻样品中的挥发性成分,得到分离度较好的总离子流图。

图1 5种海藻挥发性成分总离子流图Fig.1 Total ion chromatograms of volatilecompounds in five kind of algaes注:a.鼠尾藻;b.浒苔;c.龙须菜;d.红毛菜;e.条斑紫菜。

2.2 挥发性物质的鉴定结果

五种海藻挥发性成分组成及相对含量见表1。由表1可知,在五种经济海藻中共鉴定出53种挥发性成分,其中包含12种醇类物质、醛类11种、烃类23种、酮类4种、酯类2种以及1种酚类成分。鼠尾藻中共鉴定出29种挥发性成分,其中烃类14种、醇类5种、醛类8种、酯类1、酮类1种;在浒苔中分离鉴定出22种成分其中烃类10种、醇类1种、醛类6种、酯类2种、酮类3种;龙须菜中分离出鉴定出29种,其中烃类14种、醇类8种、醛类5种、酯类1种、酮类1种;从红毛菜中分离鉴定出32种成分,其中烃类15种、醇类6种、醛类8种、酯类1种、酮类1种、酚类1种;在条斑紫菜中分离鉴定出28种,其中烃类13种、醇类7种、醛类5种、酯类1种、酮类1种、酚类各1种。

表1 五种海藻挥发性成分组成及相对含量Table 1 The composition and relative contents of volatile coponents in five kinds of algaes

续表

注:“-”表示未检出该化合物。

2.3 共同挥发性成分及其分析

5种经济海藻分离鉴定出的共同性挥发性成分共有7种,分别为十四烷、十六烷、8-十七碳烯、十七烷、2,6,10,14-四甲基十六烷、壬醛和十一醛。红毛菜和条斑紫菜共同性挥发性成分为22种,以8-十七碳烯和十七烷为主要挥发物,红毛菜和条斑紫菜同属红藻门原始红藻,挥发性成分组成相似。五种经济海藻挥发性成分含量组成在一定程度上代表了不同种属特征风味组成。

2.4 挥发性成分组成分析

鼠尾藻挥发性组成主要以醇类(13.62%)、醛类(37.27%)和烃类(47.41%)为主,以正癸醛、壬醛、十五烯含量较高。浒苔挥发性组成主要为酮类(21.82%)、醛类(20.76%)和烃类(52.46%),其中,紫罗酮、8-十七碳烯、壬醛相对含量较高。龙须菜挥发性组成主要为醇类(15.55%)、醛类(12.52%)和烃类(48.68%),十五烯、十五烷和十七烷相对含量较高,鼠尾藻、浒苔以及龙须菜均未鉴定出酚类物质。红毛菜和条斑紫菜中挥发性成分以烃类成分为主体,含量分别占总挥发性成分的71.8%和80.4%,二者均含有少量二叔丁基对甲酚,8-十七碳烯和十七碳烷为主要组成成分,对红毛菜和条斑紫菜的风味贡献最大,它们是淡水褐藻和一些海藻的已知特征挥发性物质[9,17]。

鼠尾藻属于褐藻类,浒苔属于绿藻类,龙须菜、红毛菜和条斑紫菜均属于红藻类,而龙须菜属于真红藻亚纲(Florideae),而红毛菜和条斑紫菜均属于原红藻亚纲(Bangiaceae),在分类地位上要低于龙须菜[16-17],种属的不同异是造成鼠尾藻、浒苔、龙须菜、红毛菜和条斑紫菜特征挥发性成分含量与组成较大差异性的原因。

3 结论

本实验通过顶空-固相微萃取-气相色谱质谱法对5种不同种属经济海藻挥发性比较分析,共分离鉴定出53种挥发性组分,其中包含醇类12种、醛类11种、烃类23种、酮类4种、酯类2种以及酚类1种。在鼠尾藻、浒苔、龙须菜、红毛菜和条斑紫菜依次分离鉴定出29、22、29、32和28种成分。5种经济海藻分离鉴定出的共同挥发性成分为十四烷、十六烷、8-十七碳烯、十七烷、2,6,10,14-四甲基十六烷、壬醛和十一醛7种。其中,鼠尾藻、浒苔和龙须菜在烃类、醇类和醛类组成上差异较大,而红毛菜和条斑紫菜挥发性成分组成相似性较高,均以8-十七碳烯和十七碳烷为主要挥发性成分。总体上,醛类、醇类和烃类化合物是构成5种海藻挥发性风味的主体物质,差异性较大的物质主要有正癸醛、壬醛、紫罗酮、十五烯、十五烷、8-十七碳烯和十七烷,它们决定了不同种属经济海藻各自不同的风味,其中8-十七碳烯和十七烷是原始红藻红毛菜和条斑紫菜特征挥发性物质。本研究有助于进一步开发应用经济海藻风味物质,为海藻种属差异性研究提供更多资料。