基于HS-SPME-GC-MS法分析大麦幼苗中的挥发性成分

李静，张述伟，周龙华，徐红卫，陆瑞菊*，刘成洪*

（1.上海市农业科学院生物技术研究所，上海 201106；2.上海市农业遗传育种重点实验室，上海 201106）

大麦（Hordeum vulgare L.）为禾本科大麦属植物，是世界第四大谷类作物，主要用作啤酒工业原料、畜牧业饲料和食品加工原料[1]。另外，大麦作为我国传统的药食同源植物，还有很好的保健功能，大麦幼苗的功效在《本草纲目》中就曾有记载[2]，现代研究表明大麦幼苗中富含多种营养与功能性成分，具有促进睡眠、降糖降脂、抗肿瘤、抗炎、抗氧化等多种生理功能[3-5]。以大麦幼苗为原料开发的功能型产品，如麦绿素、麦草饮料、青麦酶等也越来越多，麦绿素等大麦幼苗产品的成功开发提升了大麦幼苗的经济价值[6-8]。

但是，目前大麦幼苗产品还缺乏专用品种，生产上所使用的仍然是啤酒大麦或饲料大麦品种。国内已有一些麦绿素专用品种筛选的相关研究报道，这些研究主要对大麦幼苗的生物活性成分进行了分析比较。其中大麦“花30”和“苏啤3号”是文献中报道的大麦幼苗品质较优的两个大麦品种[6，8-11]。大麦幼苗的品质除了取决于大麦幼苗的生物活性成分含量，还受到挥发性风味物质的影响[12]。

大麦属于低芳香性植物，对其幼苗挥发成分的测定相对较为困难。目前关于大麦幼苗挥发性成分的分析未见报道。顶空固相微萃取集采样、萃取、浓缩与进样为一体，操作简单，灵敏度高，无二次污染等优点[13-14]。本研究以长三角地区主栽大麦品种“花30”和“苏啤3号”为试验材料，采用顶空固相微萃取—气相色谱—质谱（headspace solid phase micro-extraction-gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS-HS-SPME）联用技术对大麦幼苗挥发性成分进行分析检测，揭示其主要挥发性成分，并比较两个品种的差异，以期为大麦幼苗产品的开发利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 主要材料与试剂

供试材料为“花30”和“苏啤3号”两个品种的大麦幼苗，由上海市农业科学院植物细胞工程研究室提供。2019年11月播种，越冬大麦幼苗长到20 cm～25 cm（6叶期～7叶期）进行取样。

1.2 主要仪器与设备

Agilent7890B-5977B气相色谱-质谱联用仪、20mL钳口顶空样品瓶：美国Agilent公司；萃取头（50/30 μm，DVB/Carboxen/PDMS涂层）：美国Supelco公司；SCIENTZ-30ND冷冻干燥机：宁波新芝生物科技股份有限公司。

1.3 试验条件

1.3.1 样品处理

采收的大麦幼苗，蒸馏水洗净，吸干水分，在室温（25℃）条件下5 000 r/min匀浆备用。新鲜大麦幼苗经过-50℃真空冷冻干燥（后续加温至35℃）后粉粹备用。各取5 g样品于顶空瓶中，封口，待测。将老化好的纤维头插入样品瓶中顶空部分120℃萃取5 min，然后将纤维头插入气相色谱-质谱联用仪进样口，250℃解吸15 min，进行GC-MS检测。

1.3.2 色谱条件

色谱柱型号为 HP-5（60 m×0.25 μm ×0.25 mm）；载气He；进样口温度270℃；升温程序：初始40℃，保持5 min，然后以15℃/min升到280℃，保持5 min，再以15℃/min升到305℃，保持5 min；色谱柱流量2 mL/min；分流比 10 ∶1。

1.3.3 质谱条件

电子轰击（electron impact，EI）离子源，离子源温度230℃，四极杆温度150℃，质量扫描范围m/z 29～550，溶剂延迟0.5 min。

1.4 数据处理

经GC-MS分析得到样品的总离子流图，采用Aglient数据分析软件，各组分经NIST Library标准谱库进行检索分析，确定各峰组分，以各组分峰面积占总峰面积的百分比来表示各种挥发性成分的相对含量。

2 结果与分析

2.1 大麦鲜苗中的挥发性成分分析

两种大麦鲜苗中挥发性成分的总离子流色谱图见图1。

图1 “花30”和“苏啤3号”鲜苗中挥发性成分的总离子流图Fig.1 Total ion chromatogram of volatile components in fresh barely grass of"Hua 30"and"Supi 3"

经NIST Library谱图库联机搜索，然后经过挑选所得到的挥发性成分名称和相对含量如表1所示。

表1 “花30”和“苏啤3号”鲜苗中的挥发性成分Table 1 The volatile components of fresh barley grass in"Hua 30"and"Supi 3"

续表1 “花30”和“苏啤3号”鲜苗中的挥发性成分Continue table 1 The volatile components of fresh barley grass in"Hua 30"and"Supi 3"

对结果进行分析可知，从“花30”大麦鲜苗中鉴定出36种成分。包括15种醛类化合物（67.375%）、6种酮类化合物（14.221%）、4种醇类化合物（4.638%）、4种杂环化合物（呋喃、萘）（4.204%）、2种烃类化合物（1.018%）、2种酚类化合物（2.981%）、2种酸类化合物（1.32%）和1种酯类化合物（0.428%）。在鉴定出的化合物中，醛类成分的含量最高。醛类化合物中含量较高的有十五醛（36.651%），具有清香味[15]；2-己烯醛（5.197%），又称青叶醛，具有新鲜的绿叶清香；苯乙醛（3.040%），具有浓郁的玉簪花香气[16]。酮类化合物中β-紫罗兰酮（11.835%）含量最高，具有甜花香味[17]。呋喃类化合物中的2-乙基呋喃（2.780%）含量较高，呈强烈焦香香气，低浓度时呈浓厚的甜香香气和咖啡似芳香风味。酚类化合物4-乙烯基-2-甲氧基苯酚（1.638%），具有发酵香、炒花生香[15]。醇类、烃类等其它类型化合物含量较少，对大麦幼苗的气味贡献较小。

“苏啤3号”大麦幼苗中鉴定出52种成分，包括21种醛类化合物（37.757%）、10种烃类化合物（6.38%）、7种醇类化合物（12.442%）、4种酮类化合物（10.847%）、4种杂环化合物（呋喃、萘）（9.885%）、2种酚类化合物（15.391%）、2种含氮化合物（胺、吲哚）（1.441%）、1种酯类化合物（0.188%）、1种酸类化合物（0.398%）。在鉴定出的化合物中，醛类化合物的总含量最高。醛类化合物中含量较高的为2-已烯醛（11.518%）、十五醛（6.745%）、苯甲醛（4.061%）和苯乙醛（3.401%）。其中苯甲醛（4.061%）具有强烈的香甜气味[18]。酮类化合物中相对含量最高的成分与“花30”相同，为β-紫罗兰酮（9.599%）。酚类化合物中含量最高的为2，6-二叔丁基对甲酚（14.594%）。醇类成分中含量最高的为顺-2-已烯-1-醇（7.717%）。

由结果分析可知，两种大麦鲜苗中含量最高的挥发性成分类型均为醛类物质。“花30”鲜苗中挥发性成分含量排名前三的是：十五醛（36.651%）、顺，顺，顺-7，10，13-十六碳二烯醛（14.636%）和β-紫罗兰酮（11.835%）。“苏啤3号”鲜苗中含量排名前三的是：2，6-二叔丁基对甲酚（14.594%）、2-已烯醛（11.518%）和β-紫罗兰酮（9.599%）。β-紫罗兰酮是两种新鲜大麦幼苗中共有的主要挥发性成分。酮类成分普遍有花香和果香风味[19-20]，对大麦幼苗的香味贡献较大。另外，醛类化合物在两种新鲜大麦幼苗中整体含量均较高，醛类化合物具有花香气味，可与许多其它物质产生很强的风味协同作用。

2.2 真空干燥后大麦幼苗挥发性物质分析

两种大麦幼苗经真空干燥处理后测定其挥发性成分，总离子流图见图2，分析结果见表2。

图2 “花30”和“苏啤3号”干苗中挥发性成分的总离子流图Fig.2 Total ion chromatograms of volatile components of dried barley grass in"Hua 30"and"Supi 3"

表2 “花30”和“苏啤3号”干苗中的挥发性成分Table 2 The volatile components of dried barley grass in"Hua 30"and"Supi 3"

续表2 “花30”和“苏啤3号”干苗中的挥发性成分Continue table 2 The volatile components of dried barley grass in"Hua 30"and"Supi 3"

由结果分析可知，“花30”干苗中鉴定出35种成分，包括9种醛类化合物（2.245%）、7种含氮化合物（吡嗪、吡咯）（2.897%）、6种酮类化合物（1.319%）、3种烃类化合物（1.025%）、3种醇类化合物（18.000%）、2种酚类化合物（3.741%）、2种酯类化合物（2.260%）、1种酸类化合物（0.890%）、1种杂环化合物（0.233%）和1种醚类化合物（0.939%）。在鉴定出的化合物中，原鲜苗中的醛类和酮类成分明显降低。醇类化合物含量增加，醇类成分具有植物香的气味[21]，其中含量最高的叶绿醇（17.360%）具有弱的花香和香脂香气，并且文献报道中叶绿醇对脂肪细胞分化及糖脂代谢有调节作用[22]。干燥后新产生了吡嗪类化合物，其中，2，5-二甲基吡嗪（1.318%）呈刺鼻的炒花生香气和巧克力、奶油风味。

“苏啤3号”干燥的大麦幼苗中鉴定出34种成分，包括8种酮类化合物（14.226%）、7种含氮化合物（吡嗪、吡咯、胺）（20.120%）、6种醛类化合物（6.800%）、4种醇类化合物（1.413%）、3种烃类化合物（1.297%）、2种酚类化合物（3.083%）、2种酯类化合物（0.658%）、1种酸类化合物（0.261%）和1种含硫化合物（0.753%）。同样，原有新鲜大麦幼苗中主要的醛类成分减少，酮类成分略有升高，但是原有主要酮类成分β-紫罗兰酮含量下降，4，7，9-巨豆三烯-3-酮（5.478%）和丙酮（1.887%）的含量升高，从而引起气味的改变。吡嗪类成分的种类和含量增加，其中，2-乙基-6-甲基吡嗪（9.226%）具有坚果、焙烤和甜香香气。

“花30”大麦干苗中挥发性成分含量排名前三是：叶绿醇（17.360%）、4-乙烯基-2-甲氧基苯酚（2.661%）和磷酸三辛酯（1.984%）。“苏啤3号”大麦干苗中含量排名前三是：2-乙基-6-甲基吡嗪（9.226%）、N-乙基苯胺（8.208%）和4，7，9-巨豆三烯-3-酮（5.478%）。由分析结果可知，大麦幼苗经过干燥后挥发性成分变化较大，“花30”大麦干苗中特征挥发性成分为叶绿醇，“苏啤3号”大麦干苗中的特征挥发性成分为含氮化合物（吡嗪和胺类）。

2.3 4种样品中的挥发性成分比较

4种大麦样本中的挥发性成分进行分析，结果见图3。

图3 4种大麦幼苗样本中的挥发性成分比较Fig.3 The concentration of volatile compounds identified in 4 different barley grass samples

从4种样本中共鉴定出11种挥发性成分。两种大麦鲜苗中的挥发性成分种类基本一致，但其含量存在显著不同。醛类和酮类化合物含量均较高，“花30”鲜苗中的醛类成分含量高于“苏啤3号”。“苏啤3号”鲜苗中的醇类、烃类、杂环化合物、酚类、酸类含量明显高于“花30”。经过真空干燥后，“花30”干苗中的醇类成分明显高于“苏啤3号”；“苏啤3号”干苗中含有更多的酮类和含氮化合物。两种大麦幼苗经干燥后，与新鲜的大麦幼苗相比，醛类成分均大量减少，含氮化合物（吡嗪、吡咯、胺）、酯类成分增多，另外新产生了醚和含硫化合物。吡嗪类化合物，具有烤香和坚果味香气[23]，酯类具有果香或花香气味，挥发性成分的变化使干燥后的大麦幼苗产生不同的气味。

3 结论

本试验采用HS-SPME-GC-MS对“花30”和“苏啤3号”两种大麦幼苗干燥前后的挥发性成分进行了分析。结果分析发现大麦幼苗中的挥发成分包括醛、酮、醇、酸、酯、烃、酚、醚、呋喃、吲哚等多类物质，两种大麦幼苗中的挥发性成分种类基本一致，但其特征挥发性成分和含量存在差异。经过真空干燥后大麦幼苗中的挥发性成分种类种类和含量变化较大，原有的醛类成分含量下降，吡嗪类、醇类和酯类成分增加，大麦幼苗增加了烤香和坚果香气。本研究初步明确了两种大麦幼苗的主要挥发性成分，可为大麦幼苗产品专用品种的筛选和大麦幼苗的进一步开发利用提供理论参考，两种大麦幼苗化学组成的特征性成分差异亦可用于两个不同品种大麦幼苗的鉴别。