大蒜揮發(fā)性成分頂空取樣與固相微萃取GC-MS分析

高京草，周存田，程智慧，張靜，唐愛均

（西北農(nóng)林科技大學園藝學院，陜西楊凌712100）

大蒜揮發(fā)性成分頂空取樣與固相微萃取GC-MS分析

高京草，周存田，程智慧*，張靜，唐愛均

（西北農(nóng)林科技大學園藝學院，陜西楊凌712100）

為了探索大蒜揮發(fā)性成分分析前處理方法，以新鮮大蒜和市售的糖醋蒜為材料，分別采用頂空取樣和固相微萃取提取其揮發(fā)性成分，并進行GC-MS分析，結果表明：不同采集方法檢出的揮發(fā)性成分和含量有所不同，頂空取樣檢測出新鮮大蒜和糖醋蒜的揮發(fā)性成分種類和相對含量以及含硫化合物相對含量都較高；兩種方法分別檢出新鮮大蒜和糖醋蒜的共有含硫化合物分別為11種和6種。相對固相微萃取，頂空取樣操作簡單，快速，可用于大蒜及其加工品揮發(fā)性成分的測定。

大蒜；揮發(fā)性成分；頂空取樣；固相微萃取；氣質聯(lián)用分析

大蒜（Allium sativum L.）是重要保健蔬菜和調味品，其深加工品也廣泛用于醫(yī)藥和食品工業(yè)。其中揮發(fā)性含硫化合物是它的主要生物活性成分。固相微萃取法（solid-phase microextraction，SPME）是目前大蒜揮發(fā)性成分測定使用最為廣泛的方法，具有集采樣、萃取、濃縮、進樣于一體的優(yōu)點，但其缺點是萃取頭種類繁多，不同萃取頭的固定相/吸附劑和膜厚度不同，對樣品的萃取吸附具有選擇性，且進樣針較粗，容易使進樣隔墊形成穿孔，導致漏氣和隔墊流失，萃取頭流失干擾和需要老化處理等，操作繁瑣。頂空（Headspace，HS）取樣是將樣品放在一個密封的小瓶中，常溫或加熱下，攪拌（或振蕩）一定時間，使達到氣液平衡，抽取頂空氣體進樣分析，操作簡單、快速，適于分析容易揮發(fā)的成分[1]，其優(yōu)點是能直接得到所提取的揮發(fā)性物質，對揮發(fā)性成分不需要富集或濃縮，可以免除冗長煩瑣的樣品前處理過程，既可避免在除去溶劑時引起揮發(fā)物的損失，又可降低共提物引起的噪音，具有更高靈敏度和分析速度，對分析人員和環(huán)境危害小，操作簡便，是一種符合“綠色分析化學”要求的分析手段。在云南野生干巴菌[2]、荊芥穗[3]、白胡椒[4]、虎杖花[5]的揮發(fā)性成分測定中都取得很好的效果。但至今未見用頂空取樣測定大蒜揮發(fā)性成分的報道。本研究以大蒜和市售的糖醋蒜為材料，分別采用HS和SPME采集其揮發(fā)性成分，并進行GC-MS分析，通過對檢出的揮發(fā)性成分種類、含硫化合物種類和含硫化合物相對含量的比較，探索HS取樣用于大蒜揮發(fā)性成分測定的可行性，為大蒜及其加工品的揮發(fā)性成分研究和開發(fā)利用提供方法依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 儀器

試驗在西北農(nóng)林科技大學園藝學院中心實驗室進行，采用TRACE ISQ氣質聯(lián)用儀：Thermofisher科技有限公司，配有頂空自動進樣器；20 mL頂空樣品瓶；SPME手動進樣器：美國Supelco公司；15 mL樣品瓶。

1.2 材料及處理方法

1.2.1 材料

以新鮮大蒜和加工品糖醋（糖醋液腌制，從超市購買）為試材，選10個蒜頭，切塊混勻，勻漿粉碎，稱取5 g裝入樣品瓶，立即封口，試驗重復3次。

1.2.2 樣品處理方法

HS方法：采用本研究前期對頂空取樣3、5、7、9 g樣品量，20、30、40、50℃平衡溫度和20、30、40 min平衡時間等篩選的分析條件：取5 g樣品，在40℃下平衡30 min。

SPME方法：采用Sun-Neo Lee（Sun-Neo Lee，2003）使用的方法：選用50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取頭，萃取前在進樣口250℃老化1 h后進空樣去除干擾，然后40℃水浴萃取40 min，在進樣口解吸3 min。

1.2.3 GC-MS分析條件

GC條件：GS-Tek-5MS（0.25 mm×30 m×0.25μm）石英毛細管柱，程序升溫40℃（2 mim）—6℃/min 170℃（5 min）—10℃/min 250℃（1 min）；進樣口溫度230℃；載氣He流速1 mL/min，分流進樣，分流比50∶1；進樣量2 mL。

MS條件：EI源，70 eV，離子源溫度250℃，傳輸線250℃，質量掃描范圍40 amu～450 amu。

1.2.4 揮發(fā)性成分定性定量

利用隨機Xcalibar工作站NIST2008標準譜庫檢索各組分，參考文獻及標準譜圖對機檢結果進行核對和確認，僅報道匹配度大于800的鑒定結果，按面積歸一化法計算各組分相對含量。

2 結果與分析

2.1 大蒜揮發(fā)性成分分析比較

對大蒜揮發(fā)性成分進行GC-MS分析結果見表1。

表1 大蒜揮發(fā)性成分及相對含量比較Table 1 Comparison of volatile components and relative contents ingarlic

從表1可以看出，采用HS取樣鑒定出18種化合物，其峰面積之和占總色譜峰面積的98.85%，其中含硫化合物15種，都是大蒜的主要功能成分[6]，含硫化合物峰面積之和占總色譜峰面積的98.6%；含量較高的組分為二烯丙基二硫醚（66.29%）、二烯丙基三硫醚（8.87%）、1，3-二噻烷（15.05%）；含硫化合物中環(huán)狀化合物4種，峰面積之和為17.28%。采用SPME取樣從大蒜中檢出17種化合物，其峰面積之和占總色譜峰面積的95.90%，其中含硫化合物也是15種，含硫化合物峰面積之和占總色譜峰面積的94.93%；含量較高的組分為二烯丙基二硫醚（34.87%）、二烯丙基三硫醚（23.36%）、3-乙烯基-5-烯-1，2-環(huán)己硫醚（20.17%）；含硫化合物中環(huán)狀化合物為8種，峰面積之和為31.12%。兩種方法分析結果中有11種共有含硫化合物，這些共有化合物在HS提取的揮發(fā)性成分中占96.29%，在SPME提取的揮發(fā)性成分中占93.72%，其余4種峰面積之和不足1%。

由此可見，與SPME取樣相比，HS取樣檢測出的揮發(fā)性成分種類和相對含量以及含硫化合物相對含量都較高，尤其二烯丙基二硫醚含量高出31.42%，而SPME檢出的環(huán)狀含硫化合物種類和含量顯著較高，這可能是由于SPME萃取頭選擇性吸附所致，因此，測定大蒜揮發(fā)性成分，HS較SPME取樣效果好。

2.2 糖醋蒜揮發(fā)性成分分析比較

對糖醋蒜揮發(fā)性成分進行GC-MS分析結果見表2。

由表2可看出，采用HS取樣鑒定出17種揮發(fā)性成分，其峰面積之和占總色譜峰面積的99.90%；其中含硫化合物10種，含硫化合物峰面積之和分別占總色譜峰面積的94.3%，含量較高的組分為二烯丙基硫醚（63.32%），二烯丙基二硫醚（18.75%）、烯丙基甲基硫醚（6.41%）；采用SPME取樣從糖醋蒜中檢出14種揮發(fā)性成分，其峰面積之和占總色譜峰面積的96.46%，其中含硫化合物也是10種，含硫化合物峰面積之和分別占總色譜峰面積的80.30%，含量較高的組分為二烯丙基硫醚（56.90%），二烯丙基二硫醚（17.53%）、棕櫚酸乙酯（12.79）。兩種方法分析結果中有6種共有含硫化合物，這些共有化合物在HS提取的揮發(fā)性成分中占89.27%，在SPME提取的揮發(fā)性成分中占77.76%。

從糖醋蒜的分析結果可以看出，HS取樣較SPME取樣檢出揮發(fā)性成分種類和相對含量、含硫化合物相對含量明顯高；在不含硫揮發(fā)性成分中SPME取樣檢出的長鏈酯類相對含量較高，因此，對于以測定生物活性成分含硫化合物為主要目標，HS比SPME更適合糖醋蒜的測定。

3 討論

綜合以上大蒜及其加工品糖醋蒜分析結果可以看出，與SPME相比，HS取樣檢測的大蒜及糖醋蒜揮發(fā)性成分種類和相對含量以及含硫化合物相對含量都較高，對于低沸點、揮發(fā)性強的大蒜主要揮發(fā)性成分來說，由于HS進樣分析可以直接得到樣品所釋放的氣體的化學組成，并且具有高通量，高分辨率，高靈敏度，和快速的特點[7]，無需萃取過程，避免了萃取頭選擇富集的干擾，可用于大蒜及其加工品揮發(fā)性成分的測定。

至于SPME，雖然在新鮮大蒜中檢出的含硫化合物種類與HS相同，但檢出的環(huán)狀含硫化合物種類和含量顯著較高，在糖醋蒜中檢出的長鏈酯類相對含量也較高，這可能與萃取頭選擇性吸附有關。雖SPME是目前大蒜揮發(fā)性成分測定使用最廣泛的方法，但其缺點是萃取頭種類多，測定結果各異，O.Calvo-Gómez[8]認為polyacrylate 85 μm（PA）測定主要成分效果最好，其次是100 μm PDMS；Sun-Neo Lee[9]則認為50/30 μm DVB/CAR/PDMS最好，其次是100 μm PDMS；周江菊[10]和Na Young Kim[11]則選用75 μm CAR-PDMS測定大蒜揮發(fā)性成分。因此本試驗采用Sun-Neo Lee的方法與HS取樣比較。

此外，與新鮮大蒜相比，糖醋蒜不僅酯類化合物含量高，而且二烯丙基二硫醚含量下降，二烯丙基硫醚含量增加，這可能是糖醋蒜辣味不顯著的原因。二烯丙基二硫醚是天然大蒜的主要成分，被稱作大蒜辣素[12]，常作為大蒜油質量控制指標[13]和大蒜藥用價值的衡量指標[14-15]。說明大蒜加工成糖醋蒜，其活性成分含量下降。

[1]謝建春.現(xiàn)代香味分析技術及應用[M].北京:中國標準出版社2008:76-77

[2]王茜茜,李軍明,王亞琴,等.靜態(tài)頂空與頂空固相微萃取法測定云南野生干巴菌香氣成分比較[J].食品工業(yè)科技,2011,32(11): 174-177

[3]于生,楊莉,谷巍,等.不同提取方法比較荊芥穗中揮發(fā)性成分[J].南京中醫(yī)藥大學學報,2009,25(5):380-381

[4]邱麗麗,容蓉,張瑩,等.水蒸氣蒸餾與頂空進樣GC-MS分析白胡椒揮發(fā)性成分[J].食品科學,2010,31(14):161-164

[5]孫印石,楊賽飛,王建華,等.靜態(tài)頂空進樣氣質聯(lián)用法測定虎杖花的頭香成分[J].中藥材,2012,35(2):241-243

[6]閆淼淼,許真,許蟬,等.大蒜功能成分研究進展[J].食品科學, 2010,31(5):312-318

[7] 王昊陽,郭寅龍,張正行,等.頂空-氣相色譜法進展[J].分析測試技術與儀器,2003,99(3):129-135

[8]O Calvo-Gómez,J Morales-López,López,M.G.Solid-phase microextraction-gas chromatographic-mass spectrometric analysis of garlic oil obtained by hydrodistillation[J].Journal of Chromatography A,2004,1036(2004):91-93

[9]Sun-Neo Lee,Kim,Nam-Sun,Lee,Dong-Sun.Comparative study of extraction techniques for determination of garlic flavor components by gas chromatography-mass spectrometry[J].Anal Bioanal Chem,2003,377:749-756

[10]周江菊.頂空固相微萃取氣質聯(lián)用分析大蒜揮發(fā)性成分[J].中國調味品,2010,35(9):95-99

[11]Na Young Kim,Min Hee Park,Eun Yeong Jang.Volatile distribution in garlic(Allium sativum L.)by solid phase microextraction (SPME)with different processing conditions[J].Food Sci Biotechnol, 2011,20(3):775-782

[12]宋衛(wèi)國,李寶聚,劉開啟.大蒜化學成分及其抗菌活性機理研究進展[J].園藝學報,2004,31(2):263-2

[13]呂慧,馬永建,孫桂菊,等.大蒜揮發(fā)油提取工藝的優(yōu)化研究[J].食品科學,2009,30(18):88-91

[14]王瑞海,劉麗梅,陳琳.不同產(chǎn)地大蒜的質量評價[J].中國中醫(yī)基礎醫(yī)學雜志,2007,13(10):797-798

[15]關明,陳利新,佟小強,等.不同地理居群大蒜中潛在大蒜辣素的含量測定及聚類分析[J].食品科學,2011,32(8):186-189

Comparison of Sampling Methods Headspace and SPME GC-MS for Analysis of Volatile Components in Garlic

GAO Jing-cao，ZHOU Cun-tian，CHENG Zhi-hui*，ZHANG Jing，TANG Ai-jun
（College of Horticulture，Northwest A&F University，Yangling 712100，Shaanxi，China）

In order to explore the pre-treatment methods for analyzing the volatile components of garlic，in this research，fresh garlic and the market sweet and sour pickled garlic were used as materials，Headspace（HS）sampling and solid phase micro extraction（SPME）to extract the volatile components respectively and analyzed by GC-MS.The results showed that the volatile components derived from HS sampling and SPME differs.The kinds of volatile components and it's relative content，relative content of sulfur compounds identified derived from Headspace sampling were more than from SPME.Totally 11 and 6 sulfur compounds were detected in fresh garlic and sweet and sour pickled garlic in both methods respectively，but it's relative content is higher from HS sampling also.Compared with SPME，Headspace sampling operation is simple，fast，can be used for the determination of volatile components of garlic and its processed products.

garlic；volatile components；headspace sampling；SPME；GC-MS

10.3969/j.issn.1005-6521.2014.19.025

2013-04-09

西北農(nóng)業(yè)科技大學大型儀器設備新功能開發(fā)項目（Dysb110106）；國家自然科學基金項目（31171949）；國家公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項（200903018-7）

高京草（1963—），女（漢），高級實驗師，碩士，主要從事實驗室管理。

*通信作者