發酵黑荸薺中揮發性物質的GC-MS分析

魏連會，劉宇峰*，姬妍茹，董艷，楊慶麗，宋淑敏，石杰，孫興榮

(1.黑龍江省科學院 大慶分院，黑龍江 大慶 163319；2.黑龍江省農業科學院大慶分院，黑龍江 大慶 163319)

荸薺，俗稱馬蹄，又名地栗、烏茶，是一種藥食同源食材，肉質細嫩、汁多味甜、清脆爽口，有“地下雪梨”之美譽，在北方被視為“江南人參”[1]。荸薺含有水分、碳水化合物、蛋白質、脂肪、粗纖維、礦物質等多種營養物質[2]。中醫認為：荸薺性寒味甘，具有清熱化痰、生津開胃、明目清音、消食醒酒等保健功效[3]。

荸薺中含的磷是根莖類蔬菜中較高的，能促進人體生長發育和維持生理功能的需要，對牙齒、骨骼的發育有很大好處，同時可促進體內的糖、脂肪、蛋白質三大物質的代謝，調節酸堿平衡，因此荸薺適于兒童食用[4]。同時荸薺富含多酚類、黃酮類、甾醇類、多糖類等功能活性因子，使其具有抗氧化、抗菌、免疫調節與抗腫瘤等多種保健功能[5-9]。

黑荸薺是以新鮮的荸薺為原料采用變溫發酵技術熟化而成，不添加任何的食品添加劑，在保留原有營養成分的同時，多酚類物質明顯增加，同時新增功能成分類黑精，大大提升了產品的抗氧化、抗腫瘤、抗菌等保健功效。

目前，以荸薺為原料進行黑荸薺產品的生產研發國內外未見報道，本試驗采用同時蒸餾萃取法萃取黑荸薺中的揮發性物質，并進行氣質色譜儀(GC-MS)分析，確定了黑荸薺中揮發性物質的基本信息，并與鮮荸薺中揮發性成分進行了比較，旨在探討荸薺加工前后揮發性成分的變化情況，為黑荸薺系列新產品的研制和開發奠定重要的理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 原料與試劑

荸薺：購于湖北宜昌市；二氯甲烷(分析純)：天津市光復精細化工研究所；氯化鈉(分析純)：天津市大茂化學試劑廠；無水硫酸鈉(分析純)：天津市永大化學試劑廠。

1.1.2 儀器與設備

黑荸薺生產設備 黑龍江省科學院大慶分院機電研究所自制；分析天平(ME204E型) 梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司；同時蒸餾萃取裝置 鄭州興華玻璃儀器廠；恒溫水浴鍋(HH-1型) 金壇市盛藍儀器制造有限公司；電熱套 山東鄄城華魯電熱儀器有限公司；旋轉蒸發儀(R201型) 上海申勝生物技術有限公司；氣相色譜-質譜聯用儀(Agilent7890A GC-70000BMS) 美國Agilent公司。

1.2 方法

1.2.1 黑荸薺的制作

將鮮荸薺洗凈吹干后，裝入耐高溫密封塑料袋，放入加工設備中，按照設定程序運行15天后，變為黑荸薺。

1.2.2 黑荸薺揮發物的萃取

采用同時蒸餾萃取法萃取鮮荸薺和黑荸薺中的揮發性成分。在萃取有效成分之前，先進行裝置的預清潔，在萃取裝置的兩端分別加入400 mL蒸餾水和60 mL二氯甲烷，蒸餾3 h，保證儀器清潔。將真空冷凍干燥好的荸薺與黑荸薺樣品用粉碎機打碎成粉。分別稱取荸薺和黑荸薺樣品50 g(精確至0.1 mg)，置于小燒杯中，同時加入適量的氯化鈉和蒸餾水溶解，倒入同時蒸餾萃取裝置的500 mL圓底燒瓶中，并加入適量蒸餾水和沸石，用可控溫的電熱套加熱。在100 mL圓底燒瓶中加入50 mL二氯甲烷，連接到裝置的另一端，浸泡在 45 ℃恒溫水浴中，連續蒸餾萃取2 h。合并“U”型管和100 mL圓底燒瓶中的二氯甲烷萃取液，于-40 ℃低溫冷凍過夜，用無水硫酸鈉除去溶劑中殘存的水，用旋轉蒸發儀揮發溶劑，濃縮提取物至2 mL，過0.22 μm濾膜后，轉至色譜瓶進行GC-MS分析。

1.2.3 GC-MS分析條件

1.2.3.1 色譜條件

色譜柱：HP-5MS(30 m×250 μm×0.25 μm)；載氣為氦氣，1.0 mL/min；柱初溫50 ℃，保溫2 min，以4 ℃/min的升溫速率升至220 ℃，用時30 min；進樣口溫度250 ℃；分流比10∶1；進樣量1 μL。

1.2.3.2 質譜條件

EI離子源，電子能量70 eV；電子倍增器電壓1635 V；質量掃描范圍30～450 amu，離子源溫度230 ℃；傳輸線溫度240 ℃；四極桿溫度150 ℃。GC-MS檢測結果：經人工解析并與標準質譜圖對照和檢索，確定各組分的化學結構。

1.2.4 GC-MS數據處理

通過計算機檢索，同時利用Agilent7000B質譜庫相互匹配進行定性分析。各組分相對含量按照峰面積歸一化法計算[10]。通過GC-MS聯用儀測定的質譜信息與標準譜圖對照，得到相應化合物的名稱、結構等信息。最終確定黑荸薺與荸薺中化合物的種類及其含量。

2 結果與分析

2.1 黑荸薺揮發性物質的測定結果

發酵黑荸薺樣品揮發性物質的萃取液GC-MS總離子流，見圖1。

圖1 黑荸薺揮發性成分的總離子流Fig.1 The total ion chromatogram of Eleocharis geniculata volatile substances

峰號英文名稱中文名稱分子式相對分子質量保留時間(min)相對含量(%)13?Furaldehyde3?呋喃甲醛C5H4O2964．81671．592Pyridine，1，2，5，6?tetrahydro?1，2?dimethyl?1，2?二甲基?1，2，5，6?四氫吡啶C7H13N96．086．1430．713(+)?Borneol[2，2，1]庚?2?醇(冰片)C10H18O154．256．9181．10

續 表

由表1可知，通過對黑荸薺的揮發性物質化學成分進行GC-MS分析，共鑒定出了7種化合物，主要由3-呋喃甲醛組成(71.59%)。其中含量較高的成分為3-呋喃甲醛、軟脂酸、苯乙醛、冰片。

2.2 荸薺揮發性物質的測定結果

荸薺鮮樣品揮發性物質的萃取液GC-MS總離子流，見圖2。

圖2 荸薺揮發性成分的總離子流Fig.2 The total ion chromatogram of Eleocharis dulcis volatile substances

峰號英文名稱中文名稱分子式相對分子質量保留時間(min)相對含量(%)1Silane，tetramethyl?四甲基硅烷C4H12Si88．235．1780．3122?Butanol，3?methoxy?3?甲氧基?2?丁醇C5H12O21045．4324．803Formamide，N?(1，1?dimethylethyl)?N?叔丁基甲胺C5H11NO101．157．2640．104Benzylalcohol苯甲醇C7H8O108．1410．940．315Benzene，[(2?propenyloxy)methyl]?烯丙基芐基醚C10H12O148．2011．1790．566Pentadecanoicacid正十五烷酸C15H30O2242．4036．3560．487n?Hexadecanoicacid軟脂酸C16H32O2256．4238．8875．6789，12?Octadecadienoicacid(Z，Z)?亞油酸C18H32O2280．4542．8117．77

由表2可知，通過對荸薺的揮發性物質化學成分進行GC-MS分析，共鑒定出了8種化合物，主要由軟脂酸構成(71.59%)。其中含量較高的成分為軟脂酸、亞油酸、3-甲氧基-2-丁醇。

3 結論

研究表明：荸薺經過高溫熟化后，揮發性風味物質變化較大。新增成分3-呋喃甲醛具有杏仁樣氣味，3-呋喃甲醛應該是荸薺中多糖水解后在有機酸的催化作用下經高溫產生的[11]，具有杏仁氣味，苯乙醛具有濃郁的玉簪花香氣，稀釋后具有水果的甜香氣。兩種風味物質的形成，賦予黑荸薺特殊的口感，使其香甜可口，更符合大眾的口味。新增成分冰片為藥典收錄的中藥材，具有開竅醒神、清熱止痛的功效，用于熱病神昏、驚厥、中風痰厥、氣郁暴厥、中惡昏迷、胸痹心痛、目赤、口瘡、咽喉腫痛、耳道流膿等。

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