固相微萃取-氣質(zhì)聯(lián)用分析山藥的揮發(fā)性成分

韓 偉，張 芳，楊晨曄，陳光哲

(江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 中心實驗室，江蘇 南京 210014)

山藥，別名懷山藥，擁有著悠久的食用和栽培歷史，在我國大部分地區(qū)有所分布，以河南焦作地區(qū)的溫縣、濟(jì)源等地所產(chǎn)的山藥為最佳，不僅含有淀粉、蛋白質(zhì)、脂肪酸及礦物質(zhì)元素，還富含多糖、皂苷、尿囊素、脫氫表雄酮等活性成分，具有抗氧化、抗衰老、免疫調(diào)節(jié)等功效，對脾虛胃寒、糖尿病、心腦血管疾病具有獨特療效。其中山藥多糖是目前國內(nèi)外普遍認(rèn)為的最重要的活性成分，具有降血糖、降血脂[1-2]、抗腫瘤、抗突變[3]、提高免疫力[4-6]、抗氧化[7]等作用；尿囊素具有麻醉鎮(zhèn)痛和消炎抑菌作用，常用于治療手足皸裂和多種角化性皮膚病[8]；皂苷具有改善心腦血液循環(huán)、防止心率失常和抑制神經(jīng)遞質(zhì)釋放等功效[9]；脫氫表雄酮對腫瘤和心血管疾病等均具有一定的預(yù)防和治療效果[10-11]。目前，山藥活性成分的提取方法主要有微堿法、浸提法、索氏提取法、自然發(fā)酵法等[12-13]。

揮發(fā)性成分的提取方法主要有蒸餾萃取(SDE)、超臨界流體萃取、靜態(tài)頂空、動態(tài)頂空、吹掃捕集和固相微萃取(SPME)等。其中SPME作為一項新型樣品處理技術(shù)，克服了傳統(tǒng)的樣品預(yù)處理技術(shù)的缺陷，它選擇性好且靈敏度高，無需溶劑和復(fù)雜裝置，能直接從液體或固體樣品中采集揮發(fā)性的化合物，然后直接進(jìn)入氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀上分析，因集采樣、萃取、濃縮、進(jìn)樣于一體，極大地加快了檢測分析的效率[14]。近年來，SPME方法已被廣泛應(yīng)用于果酒[15]、燒肉[16]、鵝肉[17]、花卉[18]、果蔬[19-20]中風(fēng)味成分的分析。目前，山藥已經(jīng)成為中醫(yī)藥學(xué)及食品科學(xué)等領(lǐng)域的研究熱點，而國內(nèi)外有關(guān)山藥活性成分的研究主要涉及多糖、皂苷、脂肪酸、蛋白質(zhì)等，但對于山藥揮發(fā)性成分的提取技術(shù)以及對揮發(fā)性成分的分析研究都未見報道。因此，本試驗以代表性的溫縣山藥為研究對象，采用固相微萃取-氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)對其揮發(fā)性成分進(jìn)行了分離鑒定，為全面了解山藥的化學(xué)成分組成，以揭示其作為保健食品的功效基礎(chǔ)，更好地為開發(fā)山藥類保健食品或藥品提供一些理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料及儀器

山藥樣品采自河南溫縣，樣品粉碎經(jīng)過100目篩，70 ℃下烘干至恒重，儲于干燥器中備用。HH-4數(shù)顯恒溫水浴鍋購自國華電器有限公司；電熱鼓風(fēng)干燥箱購自上海精宏實驗設(shè)備有限公司；手動SPME進(jìn)樣器，萃取纖維頭為70 μm PDMS/DVB(聚二甲氧基硅烷/二乙烯基苯)，購自美國Supelco公司；TSQ8000EVO氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀，購自美國Thermo Fisher公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 樣品制備 將干燥的山藥樣品粉碎，取2.0 g置于20 mL頂空瓶中，迅速密封，將頂空瓶放入恒溫水浴裝置中，將老化過的固相微萃取進(jìn)樣針插入密封的頂空瓶中，推出萃取頭，于50 ℃水浴中萃取1 h后取出，快速移出萃取頭并立即插入氣質(zhì)聯(lián)用儀進(jìn)樣口中，熱解析2 min。萃取頭每次萃取樣品前于250 ℃下老化5 min，以降低記憶效應(yīng)。

1.2.2 GC-MS分析條件 氣相色譜條件：色譜柱為TG-5MS(30 m×0.25 mm×0.25 μm)彈性石英毛細(xì)管柱；載氣為高純氦氣(純度99.999%)；載氣流速為1.2 mL/min；采用不分流進(jìn)樣；進(jìn)樣口溫度為250 ℃；程序升溫：初始溫度40 ℃保持2 min；然后以3 ℃/min升到100 ℃，保持1 min；再以5 ℃/min升到160 ℃，保持1 min；再以10 ℃/min升到280 ℃，保持1 min。

質(zhì)譜條件：離子源為EI源，傳輸線溫度：280 ℃；離子源溫度：300 ℃；電子能量：70 eV；掃描范圍(m/z)：33～800 amu，采用全掃描采集模式。

1.3 數(shù)據(jù)處理

定性分析：通過計算機(jī)檢索并與NIST 105和Wiley 7.0質(zhì)譜庫提供的標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜圖對照，對GC-MS分析鑒定山藥揮發(fā)性成分進(jìn)行解析，確定其化學(xué)成分。

定量分析：利用NIST譜圖庫工作站數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)按峰面積歸一化法進(jìn)行定量分析，求得各化學(xué)成分在山藥揮發(fā)性成分中的百分含量。

2 結(jié)果與分析

按上述試驗條件，對山藥樣品進(jìn)行GC-MS分析，其揮發(fā)性成分總離子流色譜圖見圖1。

圖1 山藥揮發(fā)性成分總離子流色譜圖

通過譜庫檢索鑒定出30種揮發(fā)性化合物，占整個揮發(fā)性化合物的98.44%。其中烷烴類8種、醇類8種、酸類1種、酯類7種、酮類2種、酚類2種、醌類1種、醛類1種。山藥中各類揮發(fā)性化學(xué)成分及其相對含量見表1。

表1 山藥中各類揮發(fā)性成分及相對含量

注：揮發(fā)性物質(zhì)相對含量=揮發(fā)性物質(zhì)的峰面積/總揮發(fā)性物質(zhì)的峰面積；測試樣品重復(fù)試驗一次，取平均值作為各揮發(fā)性物質(zhì)的含量。

對各類化合物分析得到，其中醇類化合物占整個揮發(fā)性化合物比例最大，達(dá)到45.56%；其次是酸類化合物占25.62%；醛類和烷烴類分別占8.69%和13.67%；酯類(2.31%)、酚類(1.36%)、醌類(0.79%)和酮類(0.44%)所占的比例較小(圖2)。與索氏提取法提取的山藥脂肪酸成分相比較[21]，采用SPME萃取的酸類成分種類僅有一種，且含量達(dá)到25.62%，說明4-羥基丁酸是山藥的主要揮發(fā)性酸類物質(zhì)。4-羥基丁酸作為一種天然物質(zhì)，廣泛存在于植物中，是一種神經(jīng)藥物，曾被用作鎮(zhèn)靜劑與麻醉劑，與山藥皂苷、尿囊素有類似的活性機(jī)理[22]。醇類是山藥揮發(fā)性成分中又一類重要化合物，由表1可知，鑒定出的醇類化合物達(dá)到8種，其總含量也較高，達(dá)到45.56%；山藥中含量較高的醇有：乙基卡必醇(32.52%)、苯甲醇(7.26%)、2-乙基-1-己醇(3.89%)。另外分析表明，苯甲醛是山藥揮發(fā)性醛類的主要成分，是與酯類共同構(gòu)成山藥氣味的重要因素。此外，采用SPME萃取的山藥成分含有較高比例的烷烴類和酯類，這些獨特的成分可為山藥的進(jìn)一步綜合開發(fā)利用提供依據(jù)。

3 結(jié)論

本試驗采用固相微萃取-氣質(zhì)聯(lián)用方法對山藥中揮發(fā)性成分進(jìn)行研究，該方法具有操作簡便、樣品用量少、耗時短、重復(fù)性好等優(yōu)點，而且萃取的化合物種類多，共鑒定出30種揮發(fā)性成分，其中醇類化合物占整個揮發(fā)性化合物比例最大，達(dá)到45.56%，其余依次為酸類化合物、烷烴類、醛類、酯類、酚類、醌類、酮類。研究表明，4-羥基丁酸(25.62%)和乙基卡必醇(32.52%)是構(gòu)成山藥揮發(fā)性物質(zhì)的主要成分。本試驗方法能較好地反映出山藥揮發(fā)性成分的組成情況，適用于山藥揮發(fā)性成分的快速檢測，可作為評估山藥質(zhì)量的方法之一。

圖2 山藥揮發(fā)性成分比例圖