發酵桂葉渣揮發性芳香氣體成分固相微萃取氣相色譜—質譜聯用分析研究

李軍集 周麗珠 梁忠云 谷瑤 孟中磊 陳海燕

摘 要 采用頂空固相微萃取氣質聯用的方法分析發酵桂葉渣的揮發性香味成分，固相微萃取的條件為：萃取時間10 min，萃取溫度90℃，色譜分離得到106種揮發性成分，66種可被鑒定，其主成分為乙酸乙酯（8.375%）、己酸丁酯（6.337%）、丁酸丁酯（4.866%）、δ蓽澄茄烯（4.612%）、 r衣蘭油烯（4.405%）、α衣蘭油烯（3.416%）、古巴烯（3.313%）等。

關鍵詞 固相微萃取 ；氣質聯用 ；發酵 ；桂葉渣

中圖分類號 TQ28 ；O657.61 Doi：10.12008/j.issn.1009-2196.2016.04.019

Analysis of Aroma Components of Fermentation Cinnamon Residue

by Solid Phase Micro-extraction Combined with Gas

Chromatography-Mass Spectrometry

LI Junji1，2） ZHOU Lizhu1，3） LIANG Zhongyun1，3）

GU Yao1，3） MENG Zhonglei4） CHEN Haiyan2，3）

（1 Guangxi Academy of Forestry， Nanning， Guangxi 530002；

2 Research Center of Anise & Cinnamon Technology， SFA， Nanning， Guangxi 530002；

3 Guangxi Key Laboratory of Special Nonwood Forest Cultivation & Utilization，

Nanning， Guangxi 530002；

4 Beijing Forestry University， Beijing 100083）

Abstact Using headspace solid phase microextraction GC-MS to analysis the fermentation cassia leaf residue of volatile aroma components. Solid phase microextraction conditions as follows： 10 min extraction time， extraction temperature 90℃， Chromatographic separation for 106 kinds of volatile components， 66 can be identified， its main component is Hexanoic acid， ethyl ester（8.375%）， Hexanoic acid， butyl（6.337%）， Butanoic acid， butyl ester （4.866）， δ-cadinene （4.612%）， r-Muurolene（4.405%）， α-muurolene（3.416%）， Copaene（3.313%）etc.

Keyword solid phase micro-extraction ； GC-MS ； cinnamon leaf residue ； fermentation

肉桂（Cinnamomum cassia presl）又名玉桂，系樟科樟屬，常綠喬木，是一種珍貴的藥材，也是我國特產的香辛料食及日用化工產品的香料藥材[1-2]。目前市場上肉桂皮主要作為香料食材、藥材使用，肉桂葉主要用于肉桂油的提取。肉桂油的提取一般利用水蒸氣蒸餾、超臨界萃取等技術從肉桂皮、肉桂枝葉中提取肉桂油，肉桂油已被廣泛應用于各類食品及日化行業中。提取精油后的桂皮渣及桂葉渣基本當作燃料或直接遺棄，目前對桂皮渣的利用和研究有少量相關報道，如張笮晦等[3]對桂皮渣進行生物降解制備肉桂酰胺，庫詠峰[4]對桂皮渣中的黃酮類物質進行相關研究，但未見有以桂葉渣為原料進行生物發酵的相關研究。

本文通過固相微萃取氣質聯用技術研究桂葉渣發酵后揮發性香氣成分，通過指紋圖譜和文獻資料對比確定香氣中每個化學成分，通過香氣成分的變化來研究發酵過程中桂葉渣化學成分的變化。直接分析發酵后發酵產物化學成份非常困難和復雜，通過本方法可快速簡便的判斷發酵產物中部分化學成分的變化和發酵的深度，為進一步開發利用桂葉渣提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 實驗材料

發酵原料桂葉渣：肉桂葉經水蒸氣蒸餾提取桂油后所得殘渣，本實驗所用桂葉渣取至廣西防城港市那梭香料廠；微生物菌種：EM菌（北京康源綠洲生物科技有限公司），酵母菌（市場購買）。

1.1.2 主要儀器

電熱恒溫干燥箱（天津泰斯特儀器有限公司 WGLL-230BE），數顯電熱培養箱（上海儀純實業有限公司DH250A），TQ456氣質聯用儀（美國BRUKER公司），色譜柱[彈性石英毛細管柱BR-5（30 m×0.25 mm×0.25 μm）] ，SPME手動進樣器（50/30 μm），微萃取探頭[DVB/CAR/PDMS萃取纖維（北京康林科技有限公司）]。

1.2 方法

1.2.1 桂葉渣發酵

1.2.1.1 菌種活化及制備

酵母菌：以菌水質量比1∶80混合均勻，水域控溫35℃，攪拌15 min后，備用；EM菌：將質量百分比15%紅糖水和EM菌按l∶50質量之比混合，攪拌均勻，密封發酵，30℃恒溫培養箱中培養 3 d，測得pH 4左右，備用；混合菌劑：將活化好的酵母菌與EM菌按1∶1混合后作為本次試驗所用發酵菌劑。

1.2.1.2 發酵原料處理

原料經粉碎機粉碎，過16目篩（d=1 mm），放置于烘箱120℃滅菌15 min.

1.2.1.3 發酵條件

原料與混合菌液質量比10∶1、料水比1∶1，溫度30℃接種后密封發酵10 d。

1.2.2 頂空固相微萃取（HS-SPME）[5-7]

稱取發酵桂葉渣樣品3.0 g置于15 mL帶有聚四氟乙烯隔墊的專用樣品瓶內，加蓋封口密封，把樣品瓶移到恒溫加熱部件上預熱到90℃，通過隔墊插入已活化好的DVB/CAR/PDMS涂層SPME萃取頭（270℃活化30 min），并推出纖維頭，頂空吸附10 min，纖維頭進入GC-MS的進樣口在230℃解析120 s。

1.2.3 GC-MS分析

定性分析：樣品用氣相色譜質譜計算機聯用儀分析鑒定，通過 NIST02 譜圖庫自動檢索獲得初步鑒定結果，根據所得質譜圖，與EPA/NIH 質樸圖集的標注譜圖對照，結合相關文獻作人工譜圖解析，最終確定揮發油中各化學成份的相對質量分數；定量分析：通過 Xcalibur 化學工作站數據處理系統，按照峰面積歸一法進行定量分析，求出揮發油中各化學成分的相對質量分數；色譜條件：載氣為高純氦氣；程序升溫：40℃（1 min），以3℃/min升至100℃，以10℃/min升至200℃，再以5℃/min升至230℃，停留3 min；進樣口230℃；接口250℃。分流比1∶1；質譜條件：EI離子源；電離電壓70 ev；掃描范圍45～350 amu；全掃描方式。

2 結果與分析

2.1 發酵后肉桂渣

顏色：成黃褐色、無霉爛、無黑色結塊。氣味：帶有酸香、醇香味，無腐臭味、無強酸味、無霉味。質地：蓬松、柔軟，無手感發粘及結塊現象。

2.2 頂空固相微萃取氣質聯用香氣組分分析

2.2.1 發酵肉桂葉渣SPME-GC-MS總離子流圖

從表1可知，見圖1。

2.2.2 香氣揮發成分組成

SPME-GC-MS分離鑒定出的發酵桂葉渣揮發性芳香氣體成分及其相對質量分數見表1。

其主要成分為酯類，有28個化合物，占總峰面積37.77%，其次為烯烴類，有24個化合物，占總峰面積的35.54%，醇類有6個化合物占5.58%，酸類有3個化合物占1.08%，其他成分占2.29%（圖2）。

主要揮發性芳香氣體成分為乙酸乙酯8.375%、己酸丁酯6.337%、丁酸丁酯4.866%、δ蓽澄茄烯4.612%、 r-衣蘭油烯4.405%、α-衣蘭油烯3.416%、古巴烯3.313%等。

3 討論與結論

本研究中發酵桂葉渣固相微萃取成分中幾乎未發現有反式-肉桂醛、苯甲醛、順式-肉桂醛、苯乙烯、香豆素、乙酸肉桂酯、水楊醛等桂葉揮發性成分[8]。說明本研究所用桂葉經過水蒸氣蒸餾提取肉桂油工藝后，肉桂葉中的揮發成份幾乎沒有殘留。肉桂葉經過水蒸氣蒸餾后所剩桂葉渣幾乎沒有芳香氣味，而經過發酵工藝后發酵桂葉渣氣味芳香。

本研究利用固相微萃取氣質聯用技術分析出的芳香味主要成分為：乙酸乙酯8.375%、己酸丁酯6.337%、丁酸丁酯4.866%、δ-蓽澄茄烯4.612%、 r-衣蘭油烯4.405%、α-衣蘭油烯3.416%、古巴烯3.313%等酯類、烯烴類、醇類、酸類。

研究說明，發酵后化學成份發生了較大的變化，揮發性芳香氣味的成份是肉桂葉及桂葉渣中未檢測出的物質，一方面，說明本研究所配制的發酵菌酶及發酵工藝對桂葉渣也能產生了非常有效的作用，通過菌酶的作用降解了桂葉渣中的粗纖維，同時生成了酯、烯、酸、醇、醛等各種有機化合物，從而使原本無味的桂葉渣具備了芳香氣味。另一方面，如果將發酵桂葉渣作為發酵飼料進行開發利用，通過生物發酵[9-10]能大大的改善原料的適口性，是一種有效的方法，也有廣闊的發展空間。

研究發現，菌種和發酵工藝的選擇對桂葉渣發酵的效果有很大的影響，有待進一步進行深入研究；另外在檢測到的成分中出現峰面積較大的涂層峰，因微萃取纖維頭吸附揮發性成分的量非常微小，以至于檢測到從色譜柱和纖維頭涂層中攜帶出的一些微量化學成份所形成的峰的面積相對較大，對檢測結果造成了不小的影響，在研究中應注意規避和排除其對結果的影響。本研究將為進一步開發利用桂葉渣，為更好的利用肉桂特色資源提供理論基礎。

參考文獻

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