5種不同種屬經(jīng)濟海藻揮發(fā)性成分的比較分析

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(1.蘇州市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗院,江蘇蘇州 225104;2.常熟理工學院生物與食品工程學院,江蘇常熟 215500)

海藻是生長于海洋的低等生物,是海洋中有機物質(zhì)的主要生產(chǎn)者。據(jù)調(diào)查,全世界可供食用的海藻有100多種,我國沿岸可供食用的海藻有50多種,其中利用價值高的主要為褐藻、綠藻以及紅藻[1-2]。海藻營養(yǎng)價值高,含有豐富的糖類和蛋白質(zhì),此外還含有多種揮發(fā)性生理活性物質(zhì)[1-3]。而大型經(jīng)濟海藻由于具有產(chǎn)量高、易于養(yǎng)殖和采集等優(yōu)點,更是優(yōu)先開發(fā)利用的對象[2]。

海藻的風味主要由揮發(fā)性成分和非揮發(fā)性滋味成分組成,而揮發(fā)性成分對海藻整體風味起重要作用。目前,海藻中已經(jīng)鑒定的揮發(fā)性物質(zhì)(VOCs)主要為烴類、醛、醇、酯和含氮化合物等,值得注意的是,部分海藻的揮發(fā)性成分和半揮發(fā)性成分具有抗菌和抗氧化等生理活性,可用于開發(fā)保健品和藥品[4-7],因此海藻的揮發(fā)性成分研究對經(jīng)濟海藻的開發(fā)應用具有非常重要的意義。揮發(fā)性成分的提取方法主要有溶劑提取法、水蒸氣蒸餾法、固相微萃取、超臨界流體萃取法等。固相微萃取法(HP-SPME)是一種樣品前處理新技術,具有無有機溶劑參與、所需樣品量少、靈敏度高等特點,與氣相色譜-質(zhì)譜(GC-MS)聯(lián)用,大大提高了分析速度和靈敏度[6-8]。目前,國內(nèi)外利用固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術對多種海藻揮發(fā)性成分進行了分析。針對海藻氣味的研究報道多限于螺旋藻(Spirulina)、紫菜(Porphyra)、龍須菜(Gracilarialemaneiformis)、海帶(Laminariajaponica)、裙帶菜(Undariapinnatifida)以及石莼(Ulvaceae)等[9-14]。

鼠尾藻(Sargassumthunbergii)屬于褐藻門，是我國常見的經(jīng)濟海藻,在我國浙江省成功人工養(yǎng)殖,為主要的海水養(yǎng)殖經(jīng)濟褐藻。滸苔(Enteromorphaprolifra)屬于綠藻門經(jīng)濟海藻,我國滸苔資源十分豐富,多被食用。紫菜和紅毛菜(Bangiaatropurpurea)屬于紅藻門原始紅藻，是重要的栽培海藻,其中,紫菜經(jīng)濟價值約占世界海藻產(chǎn)業(yè)的2/3。龍須菜屬于江蘺屬真紅藻大型經(jīng)濟海藻,是國際上重要的經(jīng)濟養(yǎng)殖海藻[16-17]。對5種分別屬褐藻門、綠藻門以及紅藻門的原始紅藻和真紅藻代表性經(jīng)濟海藻的揮發(fā)性成分比較研究國內(nèi)外尚未見報道。

本研究利用頂空-固相微萃取-氣相色譜質(zhì)譜[15],對不同種屬經(jīng)濟海藻揮發(fā)性成分進行分離鑒定比較,以期通過揮發(fā)性成分分析探索研究比較不同種屬海藻風味揮發(fā)性成分組成特征,為進一步開發(fā)利用大型經(jīng)濟海藻資源提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

鼠尾藻、龍須菜 采自山東青島海區(qū)的自然生長藻體;滸苔、紅毛菜 采自黃海南部海區(qū)紫菜栽培伐架;條斑紫菜 采自黃海南部海區(qū)的栽培品種。

QP2010氣相色譜-質(zhì)譜分析儀 日本SHIMADZU公司;SPME萃取裝置系統(tǒng)和萃取頭(65 μm PDMS/DVB) 美國Supelco公司;Rxi-5ms色譜柱 美國Supelco公司;15 mL SPME頂空瓶 上海安譜科學儀器公司;HH-1恒溫水浴鍋 常州金壇精達儀器制造有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品前處理 采收上述5種新鮮藻體,采后即刻-20 ℃冷凍保存帶回實驗室,潔凈海水清洗,剔除雜藻雜物,蒸餾水漂洗3次,低溫自然風干,研磨粉碎,100目過篩,-20 ℃保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.2 海藻揮發(fā)性成分的提取 采用固相微萃取(SPME)法,稱取1.2.1中所得樣品0.3 g,置于15 mL SPME頂空瓶中,60 ℃水浴10 min,將經(jīng)老化處理過的65 μm PDMS/DVB萃取頭插入頂空瓶中萃取30 min,室溫下,靜置平衡10 min,迅速將萃取頭置于進樣口解吸附2 min,進行GC-MS分析[6-8]。

1.2.3 氣相色譜質(zhì)譜(GC-MS)條件

1.2.3.1 GC條件 氣相色譜柱為Rxi-5 ms彈性石英毛細管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm),載氣為高純氦氣(99.999%),恒流模式,載氣流量為1 mL/min,柱起始溫度為50 ℃,保持3 min,以10 ℃/min升至90 ℃,保持5 min,再以10 ℃/min升至230 ℃,保持10 min,不分流進樣,進樣口溫度為250 ℃。

1.2.3.2 MS條件 質(zhì)譜離子源溫度200 ℃,電離方式EI,電子能量70 eV,離子源溫度230 ℃,接口溫度250 ℃,溶劑延遲2 min,選取全程離子碎片掃描(Scan)模式,質(zhì)量掃描范圍(質(zhì)核比)為40～500 amu。

1.3 數(shù)據(jù)處理及質(zhì)譜檢索

質(zhì)譜掃描化合物經(jīng)NIST 05與WILEY 7譜庫檢索及人工解析確定其化學結(jié)構(gòu)及成分,用峰面積歸一化法確定其相對含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 5種海藻揮發(fā)性成分的GC-MS圖譜

5種經(jīng)濟海藻揮發(fā)性成分的GC-MS色譜圖如圖1所示,總離子流對比NIST 05、WILEY 7標準譜庫檢索結(jié)合參考文獻選取相似度超過85%的色譜峰,在五種樣品分別分離鑒定出29、22、29、32和28種成分,可見HS-SPME法可以良好地吸附海藻樣品中的揮發(fā)性成分,得到分離度較好的總離子流圖。

圖1 5種海藻揮發(fā)性成分總離子流圖Fig.1 Total ion chromatograms of volatilecompounds in five kind of algaes注:a.鼠尾藻;b.滸苔;c.龍須菜;d.紅毛菜;e.條斑紫菜。

2.2 揮發(fā)性物質(zhì)的鑒定結(jié)果

五種海藻揮發(fā)性成分組成及相對含量見表1。由表1可知,在五種經(jīng)濟海藻中共鑒定出53種揮發(fā)性成分,其中包含12種醇類物質(zhì)、醛類11種、烴類23種、酮類4種、酯類2種以及1種酚類成分。鼠尾藻中共鑒定出29種揮發(fā)性成分,其中烴類14種、醇類5種、醛類8種、酯類1、酮類1種;在滸苔中分離鑒定出22種成分其中烴類10種、醇類1種、醛類6種、酯類2種、酮類3種;龍須菜中分離出鑒定出29種,其中烴類14種、醇類8種、醛類5種、酯類1種、酮類1種;從紅毛菜中分離鑒定出32種成分,其中烴類15種、醇類6種、醛類8種、酯類1種、酮類1種、酚類1種;在條斑紫菜中分離鑒定出28種,其中烴類13種、醇類7種、醛類5種、酯類1種、酮類1種、酚類各1種。

表1 五種海藻揮發(fā)性成分組成及相對含量Table 1 The composition and relative contents of volatile coponents in five kinds of algaes

續(xù)表

注:“-”表示未檢出該化合物。

2.3 共同揮發(fā)性成分及其分析

5種經(jīng)濟海藻分離鑒定出的共同性揮發(fā)性成分共有7種,分別為十四烷、十六烷、8-十七碳烯、十七烷、2,6,10,14-四甲基十六烷、壬醛和十一醛。紅毛菜和條斑紫菜共同性揮發(fā)性成分為22種,以8-十七碳烯和十七烷為主要揮發(fā)物,紅毛菜和條斑紫菜同屬紅藻門原始紅藻,揮發(fā)性成分組成相似。五種經(jīng)濟海藻揮發(fā)性成分含量組成在一定程度上代表了不同種屬特征風味組成。

2.4 揮發(fā)性成分組成分析

鼠尾藻揮發(fā)性組成主要以醇類(13.62%)、醛類(37.27%)和烴類(47.41%)為主,以正癸醛、壬醛、十五烯含量較高。滸苔揮發(fā)性組成主要為酮類(21.82%)、醛類(20.76%)和烴類(52.46%),其中,紫羅酮、8-十七碳烯、壬醛相對含量較高。龍須菜揮發(fā)性組成主要為醇類(15.55%)、醛類(12.52%)和烴類(48.68%),十五烯、十五烷和十七烷相對含量較高,鼠尾藻、滸苔以及龍須菜均未鑒定出酚類物質(zhì)。紅毛菜和條斑紫菜中揮發(fā)性成分以烴類成分為主體,含量分別占總揮發(fā)性成分的71.8%和80.4%,二者均含有少量二叔丁基對甲酚,8-十七碳烯和十七碳烷為主要組成成分,對紅毛菜和條斑紫菜的風味貢獻最大,它們是淡水褐藻和一些海藻的已知特征揮發(fā)性物質(zhì)[9,17]。

鼠尾藻屬于褐藻類,滸苔屬于綠藻類,龍須菜、紅毛菜和條斑紫菜均屬于紅藻類,而龍須菜屬于真紅藻亞綱(Florideae),而紅毛菜和條斑紫菜均屬于原紅藻亞綱(Bangiaceae),在分類地位上要低于龍須菜[16-17],種屬的不同異是造成鼠尾藻、滸苔、龍須菜、紅毛菜和條斑紫菜特征揮發(fā)性成分含量與組成較大差異性的原因。

3 結(jié)論

本實驗通過頂空-固相微萃取-氣相色譜質(zhì)譜法對5種不同種屬經(jīng)濟海藻揮發(fā)性比較分析,共分離鑒定出53種揮發(fā)性組分,其中包含醇類12種、醛類11種、烴類23種、酮類4種、酯類2種以及酚類1種。在鼠尾藻、滸苔、龍須菜、紅毛菜和條斑紫菜依次分離鑒定出29、22、29、32和28種成分。5種經(jīng)濟海藻分離鑒定出的共同揮發(fā)性成分為十四烷、十六烷、8-十七碳烯、十七烷、2,6,10,14-四甲基十六烷、壬醛和十一醛7種。其中,鼠尾藻、滸苔和龍須菜在烴類、醇類和醛類組成上差異較大,而紅毛菜和條斑紫菜揮發(fā)性成分組成相似性較高,均以8-十七碳烯和十七碳烷為主要揮發(fā)性成分。總體上,醛類、醇類和烴類化合物是構(gòu)成5種海藻揮發(fā)性風味的主體物質(zhì),差異性較大的物質(zhì)主要有正癸醛、壬醛、紫羅酮、十五烯、十五烷、8-十七碳烯和十七烷,它們決定了不同種屬經(jīng)濟海藻各自不同的風味,其中8-十七碳烯和十七烷是原始紅藻紅毛菜和條斑紫菜特征揮發(fā)性物質(zhì)。本研究有助于進一步開發(fā)應用經(jīng)濟海藻風味物質(zhì),為海藻種屬差異性研究提供更多資料。