寒葱精油挥发性成分及抗氧化活性研究

邓威，孙晓楠，张润泽，吕佳怡，张先*，李范洙，

(1.延边大学 融合学院，吉林 延吉 133000；2.延边大学 农学院，吉林 延吉 133000)

寒葱, 又名茖葱 (AlliumvictorialisL., AVL)，为百合科葱属多年生草本植物[1]，有着悠久的历史渊源，最早见于《尔雅》，其性微温、味辛、无毒，归肺经, 具有辛散温通、芳香辟秽的作用，在中医上用于风寒感冒、呕恶胀满之症。寒葱生于阴湿山坡、林下、草地沟边，嫩叶可供食用，在我国的东北、华北、西北及西南地区均有分布[2-3]，其集葱属植物特有的风味和气味于一身。纵观古今，葱、蒜一直是人们喜爱的调味品，而寒葱的特性使寒葱及其加工产品在食品、调味品方面表现出独特的优势。研究发现寒葱具有丰富的营养成分与活性成分[4]，目前国内外学者对寒葱的生理活性进行了较为深入的研究，发现寒葱具有抗炎、抗氧化、抑菌等作用[5-8]，但是对寒葱精油的研究未见文献报道。

植物精油包含各种硫化物、酚类、烯类、萜类和醛类等生物活性物质[9-10]，具有抑菌[11]和抗氧化性能[12]。与化学合成的添加剂相比，植物精油从天然植物中提取，并具有广谱的抑菌和抗氧化特性，所以植物精油可以作为化学合成抗氧化剂的替代品[13]。因此，为促进寒葱的深加工以及寒葱精油在食品保鲜中的应用提供了基础依据，本文以寒葱为原料提取了精油，对精油的挥发性成分及抗氧化活性进行了研究。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

1.1.1 实验材料

寒葱精油：利用寒葱粉(2020年5月采自黑龙江林口的野生寒葱，于55 ℃烘干，过80目筛)，采用共水蒸馏-超声波辅助法提取[14]；洋葱精油：武汉远城集团远城科技发展有限公司；压榨花生油：金龙鱼牌，丰益贸易(中国)私人有限公司。

1.1.2 化学试剂

2,2′-联氮-双-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸(ABTS)、1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)、2,6-二叔丁基对甲基苯酚(BHT)、维生素E：美国Sigma公司；乙醇、过硫酸钾等：均为分析纯。

1.1.3 仪器与设备

SY-1000多用途恒温超声提取机 北京弘祥隆生物技术开发有限公司；7890b-5977b气相色谱-质谱联用仪 美国Agilent公司；PEN3型电子鼻 德国AIRSENSE公司；M5型酶标仪 美国Molecular Devices公司。

1.2 方法

1.2.1 寒葱精油挥发性成分分析

利用GC-MS分析挥发性成分，检测结果通过CAS谱库检索处理，结合匹配度(≥80%)确定挥发性成分的名称，同时以2-甲基-3-庚酮为内标物进行半定量分析，挥发性成分的质量浓度根据下式计算：

X=AC/A0。

式中：X为香气物质的质量浓度，mg/mL；A为测得香气物质的峰面积；C为内标物的质量浓度，mg/mL；A0为测得内标物的峰面积。

色谱条件：色谱柱为DB-5MS超惰性30 m×250 μm×0.25 μm；进样温度50 ℃，以速率10 ℃/min升温至100 ℃，保持0 min，以速率2 ℃/min升温至160 ℃，保持0 min，以速率10 ℃/min升温至300 ℃，保持5 min。载气：氦气；流量：1 mL/min，不分流模式进样。

质谱条件：接口温度：280 ℃；离子源温度：230 ℃；四级杆温度：150 ℃；电离方式：EI，电子能量70 eV；扫描方式：正常扫描；质量范围：33～500 amu。

1.2.2 电子鼻检测寒葱精油气味

顶空样品的制备：自动进样器加热箱温度40 ℃，搅拌速度500 r/min，加热10 min。

分析条件：载气为干燥空气，流速150 mL/min，顶空气体注射体积400 μL，注射温度45 ℃，采集时间120 s，延滞时间300 s。

PEN3型电子鼻10个传感器阵列的检测范围见表1。

表1 PEN3型电子鼻传感器阵列Table 1 The sensor array of PEN3 electronic nose

1.2.3 寒葱精油抗氧化活性的测定

1.2.3.1 ABTS自由基清除率的测定

准确称取0.192 g ABTS，用2.45 mg/mL过硫酸钾溶液溶解，定容至50 mL棕色容量瓶中，室温避光保存12 h后，将ABTS溶液稀释至吸光值为0.70。准备3个96孔板，准确吸取50 mL寒葱精油样液(0.05～1.4 mg/mL)于96孔板中，并加入ABTS溶液150 mL混合均匀，标记为s；用蒸馏水代替ABTS，标记为s0；吸取50 mL蒸馏水和150 mL ABTS溶液混合均匀，标记为对照c；吸取200 mL蒸馏水，标记为c0，室温避光反应6 min后立即测其在734 nm处的吸光值，分别记为As1、As01、Ac、Ac0。同理分别吸取与寒葱试样质量浓度相同的洋葱精油和质量浓度梯度为2.5～100 mg/mL的VE分别于剩下两个96孔板中，测定吸光度，分别记为As2、As02和As3、As03，实验进行3次重复，根据下列公式计算ABTS自由基的清除率[15]。

ABTS自由基清除率：Ar/%=[1-(Asx-As0x)/(Ac-Ac0)]×100%。

1.2.3.2 DPPH自由基清除率的测定

用无水乙醇配制成浓度为0.04 mg/mL的DPPH溶液，避光4 ℃保存。准备3个96孔板，准确吸取100 mL寒葱精油样液(0.05～3 mg/mL)于96孔板中，并加入DPPH溶液100 mL混合均匀，标记为s；用无水乙醇代替DPPH，标记为s0；吸取100 mL无水乙醇、100 mL DPPH溶液混合均匀，标记为c；吸取200 mL无水乙醇，标记为c0，室温避光反应30 min后，测定517 nm处的吸光值，分别记为As1、As01、Ac、Ac0。同理分别吸取与寒葱试样质量浓度相同的洋葱精油和质量浓度梯度为2.5～120 mg/mL的VE分别于剩下两个96孔板中，测定吸光度，分别记为As2、As02和As3、As03，实验重复3次，按照下式计算DPPH自由基的清除率。

人们的口味往往随季节变化而有所差异，这也与机体代谢状况有关。例如在冬季，由于气候寒冷，因而喜用浓厚肥美的菜肴；炎热的夏季则嗜好清淡爽口的食物。

DPPH自由基清除率：Dr/%=[1-(Asx-As0x)/(Ac-Ac0)]×100%。

1.2.3.3 油脂氧化抑制活性的测定

准备12个250 mL锥形瓶备用，将准备好的锥形瓶分成4组，同时将每组的锥形瓶分别标记为空白组、寒葱精油组、洋葱精油组、BHT组，每个锥形瓶吸取200 g的花生油，并且寒葱精油组和洋葱精油组分别按照0.1%的比例加入精油，BHT组按照0.05%的比例加入BHT。将4组试样都放在70 ℃下加热搅拌0.5 h，使添加物充分混合，混合均匀后于70 ℃恒温箱中保存，每组每隔2 d摇匀2 min并分别吸取20 g和1 g试样进行花生油的AV和POV值测定。酸价(acid value，AV)和过氧化值(peroxide value，POV)分别按照GB 5009.229-2016《食品安全国家标准 食品中酸价的测定》中的热乙醇滴定法[16]和GB/T 5009.37-2003 《食用植物油卫生标准的分析方法》中的比色法[17]测定。

1.3 数据分析

本实验所得数据利用Excel 2010、Origin 2018进行整理，用SPSS 18.0软件进行IC50值的计算，采用Duncan多重比较法对数据进行显著性差异分析(P<0.05)。

2 结果与分析

2.1 寒葱精油挥发性成分

由表2和图1可知，寒葱精油中共鉴定出70种挥发性成分，包含酯类、酸类、酮类、醛类、烯烃类、苯环类和硫化物7种，其中，酯类物质的种类数最多，为26种，其次是硫化物，为18种，酮类和苯环类各有8种和7种，其余酸类、醛类和烯烃类分别有2种、4种和5种。硫化物共含有394.34 mg/mL，占总量的55.58%，其中，甲基烯丙基三硫醚含量高达114.14 mg/mL，其次三硫嘧啶、甲基四噻烷、烯丙基甲基二硫醚含量分别为68.17，42.19，41.68 mg/mL。酯类物质含量为217.66 mg/mL，占总量的30.67%，其中，棕榈酸乙酯含量最高，达到86.17 mg/mL，其次是硬脂酸乙酯、亚油酸乙酯，分别达到41.90，36.61 mg/mL。酮类物质含有70.42 mg/mL，其中三甲基环己酮占76.17%，苯环类和烯烃类物质含量分别为10.64，10.21 mg/mL，酸类和醛类仅含有2.66，3.62 mg/mL。综上可以看出，寒葱精油的主要挥发性成分是硫化物和酯类物质。

表2 寒葱精油的挥发性成分及含量Table 2 The volatile components and content of Allium victorialis L. essential oil

续 表

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图1 寒葱精油挥发性成分的种类分布Fig.1 Classification and distribution of volatile components in Allium victorialis L. essential oil

2.2 寒葱精油气味物质分析

电子鼻传感器响应值在雷达图分布的顶点距离雷达图的中心越远，说明影响越大。由图2可知，电子鼻10种传感器的响应信号有差异，R7的响应信号最大，R6次之，响应值达到75.633和36.616，两者分别对硫化物和含硫有机化合物及甲烷敏感；R2和R9传感器的响应信号基本一致，响应值在12附近，即对氮氧化合物及芳香族和有机硫化物有较敏感的反应，这说明硫化物对寒葱精油的气味影响最大，其次是甲烷。

图2 寒葱精油电子鼻气味雷达图 Fig.2 Electronic nose odor radar map of Allium victorialis L. essential oil

2.3 寒葱精油对自由基的清除作用

2.3.1 对ABTS自由基的清除率

由图3可知，寒葱精油对ABTS自由基的清除率趋势与洋葱精油基本一致，浓度低于0.8 mg/mL时，随着浓度的增加，自由基清除率呈急剧上升的趋势，之后缓慢上升并趋于稳定，最高清除率接近75%。由对ABTS自由基的IC50值可看出，寒葱精油和洋葱精油的IC50值分别为0.521 mg/mL和0.522 mg/mL，相当于VE48.103 mg/mL的效果。说明寒葱精油对ABTS自由基的清除效果类似于洋葱精油，且显著优于VE。

图3 寒葱精油对ABTS自由基的清除率Fig.3 ABTS radical scavenging rate of essential oil from Allium victorialis L.

由图4可知，精油的浓度在1 mg/mL以下时，随着浓度的增加，DPPH自由基的清除率急剧上升，之后缓慢上升并趋于稳定，精油浓度为2 mg/mL时，寒葱精油对DPPH自由基的清除率高达82.50%，高于同浓度下洋葱精油的清除率80.15%，同时也高于VE的最高清除率80.07%。寒葱精油的IC50值为0.635 mg/mL，略低于洋葱精油的0.704 mg/mL，但显著低于VE的IC50值39.176 mg/mL，可知寒葱精油对DPPH自由基的清除效果略优于洋葱精油，显著好于VE。

图4 寒葱精油对DPPH自由基的清除率 Fig.4 DPPH radical scavenging rate of essential oil from Allium victorialis L.

2.4 寒葱精油对油脂氧化抑制作用

2.4.1 对花生油AV值的影响

油脂中酸价越高，说明脂肪酸的游离程度越高。由图5可知，花生油在贮藏过程中随着时间的延长其酸价逐渐增加，但是寒葱精油和洋葱精油以及BHT的添加处理可明显地控制酸价的增加，尤其是贮藏4 d后其效果显著，处理组的花生油酸价显著低于空白组，且处理组第14天的酸价相当于空白组第8天的酸价0.91 mgKOH/g。除了第10天的酸价以外，寒葱精油和洋葱精油以及BHT处理组的花生油在贮藏过程中的酸价没有显著差异，这说明寒葱精油可以有效地抑制油脂游离脂肪酸含量的增加，且效果相当于洋葱精油。

图5 寒葱精油对花生油贮藏过程中酸价的影响Fig.5 Effect of essential oil of Allium victorialis L. on acid value of peanut oil during storage

2.4.2 对花生油POV值的影响

由表3可知，花生油在贮藏过程中POV值逐渐上升，但是精油和BHT处理组的POV值上升速度显著低于空白组，从贮藏第2天起处理组的POV值显著低于空白组，处理组花生油贮藏12 d后POV值类似于空白组贮藏第6天的POV值20.19 meq/kg；贮藏14 d后各处理组之间的POV值差异较大，寒葱精油组的POV值为60.87 meq/kg，显著低于洋葱精油组，但显著高于BHT组的23.18 meq/kg，说明寒葱精油可有效抑制花生油的氧化，且其效果在一定时间内与洋葱精油基本一致，接近BHT 1/2的效果。

表3 寒葱精油对花生油贮藏过程中POV值的影响 Table 3 Effect of essential oil of Allium victorialis L. on POV value of peanut oil during storage meq/kg

3 讨论

GC-MS检测结果：寒葱精油中主要的挥发性成分为硫化物，这与电子鼻检测寒葱精油的气味结果相吻合，同时也与鲁亚星等[18]研究的寒葱中挥发性成分的分析结果一致。寒葱精油中主要的硫化物为甲基烯丙基三硫醚、三硫嘧啶、甲基四噻烷、烯丙基甲基二硫醚、二甲基三硫醚、二烯丙基二硫醚和二硫醚；而寒葱中主要挥发性成分是二烯丙基二硫醚、烯丙基甲基二硫醚、二甲基三硫醚，没有检出甲基烯丙基三硫醚、三硫嘧啶、甲基四噻烷和二硫醚，这可能是首先与实验材料的采集地区和年份不同有关，其次与精油加工过程中挥发性物质的提取效果及检测过程中前处理方法有关。

寒葱精油挥发性成分中含量最高的是硫化物，这与其他葱属植物精油，如大葱精油[19]、洋葱精油[20]、大蒜精油[21]、韭菜精油[22]和红葱精油[23]一致，但寒葱精油挥发性成分中种类最多的是酯类，而大蒜精油和红葱精油中种类最多的仍然是硫化物，其次才是酯类，这可能是原料的差异所导致的。

经实验发现寒葱精油具有很好的自由基清除和油脂氧化抑制作用，这种作用可能来源于挥发性成分中的硫醚类[24]，因为这些硫化物本身处于还原态，具有很强的还原性，具有清除自由基作用，能够与引起油脂自动氧化的活泼自由基发生反应，形成新的、稳定的自由基，从而终止自由基的连锁反应，延缓多不饱和脂肪酸的自动氧化；另一方面，这些硫醚类能将多不饱和脂肪酸自动氧化时所形成的过氧化物还原，从而表现出氧化抑制的特性[25]。寒葱精油中具有丰富的硫醚类物质，其中甲基烯丙基二硫醚的含量就达到了114.14 mg/mL，因此，寒葱精油可能表现出了良好的抗氧化活性。除了这些硫化物外，寒葱精油中可能还存在其他抗氧化物质，这需要进一步的探究。

4 结论

采用GC-MS和PEN3型电子鼻分别对寒葱精油的挥发性成分和气味进行分析，得出寒葱精油中共检测出70种挥发性化合物，包括酯类、酸类、酮类、醛类、烯烃类、芳香烃类和硫化物等，其中硫化物和酯类物质是主要的成分，分别占总量的55.58%和30.67%；寒葱精油中的硫化物和甲烷对气味的贡献率最大。

寒葱精油对ABTS、DPPH自由基具有良好的清除率，其活性类似于洋葱精油，但优于VE；同时对油脂的氧化也有较强的抑制作用，其作用在一定时间内与洋葱精油基本一致，相当于BHT 1/2的效果。

因此，寒葱精油有望开发成天然抗氧化剂应用到食品保鲜中，寒葱精油其他活性成分及在食品保鲜中的应用研究需要进一步的探讨。