頂空固相微萃取-氣質聯用分析香莢蘭浸膏風味組分的條件優化

徐飛 李俄艷 初眾 張彥軍

摘? 要? 為選擇適宜的香莢蘭浸膏萃取條件，采用頂空固相微萃取-氣相色譜-質譜聯用技術，以固相微萃取樣品處理量、萃取溫度和萃取時間三個條件分析各萃取條件對香莢蘭浸膏風味組分、面積及含量的影響。結果表明：在實驗范圍內香莢蘭浸膏最佳萃取條件為萃取樣品添加量2.0 g、萃取溫度80 ℃、萃取時間25 min。最佳條件下香莢蘭浸膏鑒定出匹配度90以上的化合物45種，此條件下總化合物面積（×1011）及香蘭素面積（×1010）最高分別為1.04±0.09、6.99±0.46，匹配度90以上化合物占總化合物相對百分含量的90.24%;香莢蘭中主要化合物醛類百分含量占總化合物相對百分含量的72.03%。

關鍵詞? 頂空固相微萃取;氣相色譜-質譜;香莢蘭浸膏;風味組分

中圖分類號? TQ654.2? ? ? 文獻標識碼? A

香莢蘭（Vanilla planifolia Andrews），又名香草蘭、香子蘭，典型的熱帶多年生攀緣藤本植物，素有“食品香料之王”的美譽[1]，是世界上使用最廣泛的調香原料之一[2]，其發酵后的豆莢形成的獨特香味是人工合成香料無法比擬的[3]。香莢蘭豆莢可直接使用，但其芳香成分無法較好的釋放到其他產品中[4]，所以經常利用的是香莢蘭浸膏、酊劑等提取物。香莢蘭浸膏是經有機溶劑浸提后，再次濃縮所得產物，既保留香莢蘭獨有風味又不含有植物組織。因此，工業上一般采用溶劑浸提制備香莢蘭浸膏，將其應用在高級食品、醫藥、化妝品、保健品等產品中[5]。

目前，浸膏提取主要采用水蒸氣[6-7]、溶劑提取[8-9]、超臨界萃取[10]、微波萃取[11]、超聲提取[12]等。國內外對浸膏研究較多，主要集中在浸膏提取工藝優化、浸膏揮發性成分分析、浸膏功能特性研究等方面。張玲等[13]以無水乙醇為浸提劑，采用Box-Behnken響應面優化浸提工藝，提取菠蘿蜜芳香浸膏并進行風味分析。孫銘憶等[14]選取化學指標結合藥效學指標，通過模糊層次分析法賦權，優選出復方黃芪水浸膏的提取工藝路線。徐飛等[5]采用有機溶劑法對香莢蘭浸膏進行精制，通過電子鼻、感官評定確定最佳溶劑，以主要化合物含量優化溶劑比例及萃取次數，利用氣相色譜-質譜法檢測浸膏精制前后揮發性成分相對含量。關體青等[15]采用在線裂解-氣相色譜-質譜（Py-GC- MS）聯用技術對天然香料秘魯浸膏的熱裂解行為及產物進行研究，分別在300、600、900 ℃對秘魯浸膏進行熱裂解，并對裂解產物進行定量和定性分析。但目前關于頂空固相微萃取-氣質聯用分析香莢蘭浸膏風味組分的研究鮮見報道。

香莢蘭浸膏是香莢蘭豆莢經過無水乙醇提取后濃縮產物，保留了香莢蘭豆莢的主要風味組分，但其風味組分及含量是否受到固相微萃取條件的影響仍尚未明確。為了明確香莢蘭浸膏中的主要風味組分及含量，本研究以無水乙醇常溫浸提后減壓濃縮制備的香莢蘭浸膏為原料，采用頂空固相微萃取-氣質聯用技術分析不同的萃取條件對香莢蘭浸膏的風味組分及含量的影響，明確香莢蘭浸膏風味組分及相對含量。

1? 材料與方法

1.1? 材料

香莢蘭浸膏，中國熱帶農業科學院香料飲料研究所自制。C7～C30 正構烷烴標準品，上海安譜實驗科技股份有限公司。

50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取頭，上海安譜實驗科技股份有限公司;電子分析天平，美國Ohaus公司;7890A-5975C氣相色譜-質譜聯用儀，美國安捷倫公司;DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，鞏義市予華儀器有限公司;手動固相微萃取裝置，美國Supeleo公司。

1.2? 方法

1.2.1? 香莢蘭浸膏的制備? 準確稱取450 g香莢蘭粉末（過20目篩）于多功能真空濃縮機中，加入10 L體積分數80%的乙醇溶液室溫[（26±1） ℃]浸提40 d，減壓回收乙醇至乙醇不再蒸出為止，即得香莢蘭浸膏。

1.2.2? 香莢蘭浸膏處理條件? 以香莢蘭浸膏中香蘭素及總化合物面積為優化條件，分別稱取不同質量的香莢蘭浸膏（0.1、0.5、1.0、1.5、2.0 g）于15 mL固相微萃取瓶中，50 ℃平衡20 min，DVB/CAR/PDMS萃取頭振蕩萃取20 min后于250 ℃進樣口解析附。優化得到香莢蘭浸膏添加量后分別進行溫度、時間條件處理，溫度梯度為（40、50、60、70、80 ℃）、時間梯度為（10、15、20、25、30 min），每組樣品3個平行。

1.2.3? 香莢蘭浸膏風味組分分析? 色譜條件為：DB-5MS毛細管柱（30 m×0.25 mm，0.25 mm）;進樣口溫度250 ℃，初始溫度40 ℃，以3 ℃/min的速率升溫至90 ℃，再以1.5 ℃/min的速率升溫至140 ℃，最后以4 ℃/min的速率升溫至220 ℃并保持0 min，最終溫度為250 ℃，后運行時間2 min;載氣為氦氣，流速1 mL/min，不分流進樣。

質譜條件：電離方式EI; 電子能量70 eV;離子源溫度250 ℃;傳輸線溫度280 ℃;連接口溫度250 ℃;電子倍增電壓1200 V;掃描方式：全掃描;質量掃描范圍m/z 30～300。

1.3? 數據處理

固相微萃取的樣品處理量、萃取溫度、萃取時間下風味組分及相對含量數據處理通過NIST 14譜庫結合保留指數定性，選擇與譜庫中化合物相似度高于90（最大值100）的組分鑒定結果，結果以峰面積百分比表示風味組分的相對含量。數據采用平均值±標準差表示，使用SPSS 19.0軟件進行數據標準差統計分析。

2? 結果與分析

2.1? 固相微萃取的樣品處理量對香莢蘭浸膏風味組分的影響

固相微萃取香莢蘭浸膏樣品各處理條件（0.1、0.5、1.0、1.5、2.0 g）下的風味組分見表1。匹配度90以上的化合物共鑒定出37種，固相微萃取樣品不同處理量條件下鑒定出香莢蘭浸膏風味組分含量分別為78.23%、77.02%、77.53%、77.02%、80.53%。香莢蘭浸膏中含有醛類化合物4種，種類不多，但百分含量較高，各處理量條件下醛類化合物峰面積百分比均為51.26%以上;酯類化合物25種，種類較多，占化合物種類的68%以上，其峰面積占總化合物峰面積的11.43%～18.81%;此結果與董智哲等[16]固相微萃取分析香莢蘭中的揮發性成分具有較大區別，董智哲等的研究表明香莢蘭豆莢中醛類化合物種類16種，酯類2種，而本研究的浸膏中匹配度90以上的醛類有4種，酯類達到25種，對應的百分含量也有增加。這可能是由于萃取頭及樣品形態不同，以致結果存在一定差異。酯類是芳香物質的主要載體，酯類物質種類的增多也進一步說明了提取后的香莢蘭浸膏香味更為濃郁、獨特。醇類化合物4種，醇類化合物占總化合物百分含量1.41%～1.64%;酚類化合物3種，酚類化合物占總化合物百分含量5.49%～6.80%;醚類化合物1種，醚類化合物占總化合物百分含量0.39%～ 0.47%。從固相微萃取的樣品處理量對香莢蘭浸膏風味組分分析得到，匹配度90以上化合物百分含量占到77.02%以上，有效地反應了香莢蘭浸膏中主要的風味物質組成。香莢蘭浸膏中醛類化合物種類不多，但百分含量較高，占據了總化合物百分含量的51.26%以上，與董智哲等[16]文獻中醛類化合物占總化合物百分含量結果一致。而酯類化合物種類較多，是香莢蘭浸膏中的主要化合物種類，酚類與醇類化合物百分含量不高，但對浸膏中香味也具有一定的貢獻。

由表1可知，鑒定出匹配度90以上的香莢蘭浸膏風味種類隨萃取量的增加而增加（分別為27、29、29、31、31種）。表1顯示固相微萃取樣品不同處理量條件下香蘭素的相對含量均占總含量的42.79%以上，可見香蘭素是香莢蘭浸膏中的主要風味組分。固相微萃取樣品不同處理量條件下化合物總面積、香蘭素總面積（×1010）最大分別為3.21±0.08、1.49±0.05，此時香莢蘭浸膏添加量為2.0 g。香蘭素百分含量表示香蘭素占所有化合物的百分比，而面積的大小表示化合物含量的多少，因此以香蘭素總面積及化合物總面積為標準優化最佳萃取添加量。綜上分析，香莢蘭浸膏添加量為2.0 g時萃取得到化合物最多，總面積最高，香蘭素含量最高。在實驗范圍內香莢蘭浸膏添加量為2.0 g時萃取效果最好。

2.2? 固相微萃取溫度對香莢蘭浸膏風味組分的影響

在固相微萃取香莢蘭浸膏樣品處理量為2.0 g，萃取時間為20 min，固相微萃取不同溫度條件下（40、50、60、70、80 ℃）的香莢蘭浸膏風味組分見表2。共鑒定出匹配度90以上的化合物60種，固相微萃取不同溫度條件下鑒定出的香莢蘭浸膏風味組分含量分別為74.24%、80.25%、80.68%、86.08%、89.65%。不同溫度處理條件下香莢蘭浸膏風味組分分析可見匹配度90以上化合物百分含量占74.24%以上，能有效地反應出香莢蘭浸膏中的主要風味組分。香莢蘭浸膏中含有醛類5種，固相微萃取不同處理溫度下醛類化合物峰面積占總化合物的45.50%～73.39%;酯類化合物40種，種類最多，占匹配度90以上化合物種類的67%，酯類化合物占總化合物百分含量10.75%～21.18%;醇類化合物4種，占總化合物百分含量0.49%～1.41%;酚類化合物4種，酚類化合物占總化合物百分含量2.21%～7.07%;醚類化合物1種，醚類化合物占總化合物百分含量0～0.85%;酸類化合物2種，酸類化合物占總化合物百分含量0～0.19%;酮類化合物1種，酮類化合物占總化合物百分含量0～0.09%;烯烴化合物1種，烯烴類化合物占總化合物百分含量0～0.03%;烷烴化合物2種，烷烴類化合物占總化合物百分含量0～0.06%。香莢蘭浸膏中醛類化合物占總化合物百分含量的45.50%以上。酯類化合物種類較多，其他化合物百分含量不高，但均參與了香莢蘭浸膏中香味貢獻。

由表2可見，固相微萃取溫度對香莢蘭浸膏風味組分分析得到，萃取不同溫度處理條件下種類逐漸增加分別為（25、32、39、44、49種），說明溫度對香莢蘭浸膏風味組分的影響比萃取樣品處理量的影響更為顯著。萃取溫度在60、70、80 ℃時，香蘭素的相對含量逐步增加，80 ℃香莢蘭浸膏相對百分含量最高為68.95%。此研究結果與董智哲[17]研究香莢蘭萃取溫度條件結果一致，但化合物差別較大，香莢蘭中芳香族化合物較多，而浸膏中酯類及醛類化合物較多。萃取不同溫度處理條件下總化合物面積、香蘭素面積（×1010）最高分別為9.24±0.48、6.38±0.46，此時萃取溫度為80 ℃。綜上所述，固相微萃取溫度為80 ℃時總化合物面積、香蘭素面積、百分含量及化合物種類均最高。因此，篩選得到最優萃取溫度為80 ℃。

2.3? 固相微萃取時間對香莢蘭浸膏風味組分含量的影響

在固相微萃取香莢蘭樣品處理量為2.0 g，萃取溫度為80 ℃條件下，萃取不同時間處理條件（10、15、20、25、30 min）的香莢蘭浸膏風味組分見表3。共鑒定出匹配度90以上的化合物62種，固相微萃取不同時間處理條件下鑒定出的香莢蘭浸膏風味組分含量分別為88.68%、87.17%、89.68%、90.24%、90.81%。萃取不同時間條件下香莢蘭浸膏風味組分分析可見匹配度90以上化合物百分含量占86.68%以上，說明萃取時間對香莢蘭浸膏的風味組分含量影響較大。

固相微萃取不同時間處理條件下香莢蘭浸膏中含有醛類6種，醛類化合物分別占總化合物含量為71.22%～73.39%;酯類化合物35種，種類較多，占匹配度90以上的化合物種類的56%;此研究結果與谷風林[18]研究的香莢蘭風味組分具有較大區別，香莢蘭中芳香族化合物較多，酯類化合物較少，而浸膏中酯類化合物最多，這可能是由于香莢蘭提取過程中醇跟羧酸或含氧無機酸生成酯，酯類物質具有濃郁的果香，這與浸膏中香味比原豆莢濃郁具有較大關系。酯類化合物占總化合物含量12.23%～14.43%;醇類化合物5種，醇類化合物占總化合物含量0.47%～ 0.94%;酚類化合物4種，酚類化合物占總化合物含量1.95%～ 2.28%;醚類化合物1種，占總化合物含量0～ 0.79%;酸類化合物6種，酸類化合物占總化合物含量0.10%～0.38%;酮類化合物1種，酮類化合物占總化合物含量0.08%～0.13%;烯烴類化合物1種，烯烴類化合物占總化合物化合物含量0.03%;烷烴類化合物3種，烷烴類化合物占總化合物含量0～0.06%;香莢蘭浸膏中醛類化合物占總化合物含量的71.22%以上。

以上結果說明固相微萃取樣品處理量、萃取溫度，萃取時間對香莢蘭浸膏的風味組分具有一定的影響，且香莢蘭浸膏中的主要化合物醛類達到了71.22%以上。說明此條件下已萃取出香莢蘭浸膏中的大部分主要風味物質。

由表3可見，隨著固相微萃取時間的增加化合物種類先增加后減少（分別為45、48、49、45、45種），固相微萃取不同時間條件下總化合物面積（×1011）、香蘭素面積（×1010）最高分別為1.04±0.09、6.99±0.46，此條件下萃取時間為25 min。雖然萃取浸膏20 min時化合物種類最多，但香莢蘭浸膏中主要化合物為香蘭素，其占總化合物含量為67%～69%，因此香蘭素的面積大小能直接反映香蘭素含量的多少，以香莢蘭浸膏中化合物總面積及香蘭素面積為判斷標準，香蘭素及總化合物面積均顯示25 min時面積最大，含量最多。綜上所述，在實驗范圍內篩選優化得到萃取時間在25 min為固相微萃取香莢蘭最佳萃取時間。

3? 討論

通過頂空固相微萃取-氣相色譜-質譜聯用技術分析不同萃取條件下香莢蘭浸膏的風味組分及含量的影響。結果表明，固相微萃取時間、萃取溫度、萃取處理量均對香莢蘭浸膏的風味組分及含量具有一定的影響，其中優化三者條件下鑒定出的匹配度90以上的化合物種類分別為62、60、37種，含量分別為87.17%～90.81%、74.24%～ 89.65%、77.02%～80.53%;醛類化合物含量三者分別為71.22%～73.39%、45.50%～73.39%、51.26%～58.33%;酯類及醛類種類分別為35、6種，40、5種，25、4種;以上分析說明固相微萃取時間對風味物質的組分及含量影響最大，其次是萃取溫度和萃取量。以各萃取處理條件下總化合物、香蘭素峰面積為優化標準，篩選得到香莢蘭浸膏萃取固相微樣品處理量為2.0 g，萃取溫度80 ℃，萃取時間25 min時，匹配度90以上的化合物種類相對較多（45種），此條件下萃取得到化合物面積（×1011）及香蘭素面積（×1010）最高（1.04±0.09、6.99±0.46）、香莢蘭中主要化合物醛類百分含量占總化合物相對百分含量的72.03%。綜上分析得到萃取香莢蘭浸膏的固相微最優條件為樣品添加量2.0 g、萃取溫度80 ℃、萃取時間25 min。

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