香椿中特征性香氣成分定量分析及其在熱風干燥過程中的變化規律

（許昌學院食品與藥學院，河南省食品安全生物標識快檢技術重點實驗室，河南 許昌 461000）

香椿（Toona sinensis Roem），楝科香椿屬植物，主產于我國，樹皮可造紙，椿芽可食用，果和皮可入藥，具有清熱解毒、健胃理氣、潤膚明目的作用。香椿中的香氣成分包括噻吩類、脂類、醛類、烴類等，這些成分的含量不同，香椿的香氣也有所不同[1]；香椿的特征性香氣成分主要為反-2-己烯醛（trans-2-hexenal）、2，5-二甲基噻吩（2，5-dimethylthiophene）和 3，4-二甲基噻吩（3，4-dimethylthiophene），關于香椿的特征性香氣成分的合成途徑、功效作用等已有研究[2-5]。目前，對香椿中特征香氣成分的分析方法主要采用的是峰面積歸一法：先經過固相微萃取（solid phase micro-extraction，SPME）法對香氣成分進行萃取，再通過儀器分析進行定性定量分析[6-8]；然而，這種方法僅可實現香氣成分的半定量分析，并不能測得這些特征香氣成分的實際含量，致使其在加工過程中的量變情況無法被準確分析。因此，建立香椿中特征香氣成分的定量分析方法有利于促進香椿香氣品質的過程監控。

加工過程對食品原料中香氣成分有較大影響。靳巧麗[9]研究了干燥過程對烏龍茶粉中揮發性成分的影響，發現經過噴霧干燥以后，烏龍茶粉香味強度值明顯降低。張麗霞等[10]研究了微波干燥芝麻前后揮發性成分的變化，發現干燥溫度越高，所獲得芝麻產品中香氣成分的種類越少，烷烴類、萘類等成分的含量顯著降低。作為一種以香氣作為其核心品質的果蔬類食物原料，香椿在加工過程中香氣的變化受到研究人員的重視。楊慧等[7]研究了燙漂對香椿香氣成分的影響，發現燙漂后香椿嫩芽揮發性成分種類增多，含硫類等呈刺激性氣味的化合物相對含量減少，烯類等呈柔和氣味有所增加。熱風干燥工藝作為常見的果蔬加工方式，其對香椿香氣特征性品質的影響規律尚未報道。因此，本研究建立了香椿中反-2-己烯醛、2，5-二甲基噻吩及3，4-二甲基噻吩3種特征香氣成分的氣質聯用定量分析方法，并分析這些成分在熱風干燥過程中的變化趨勢，從而了解熱風干燥工藝過程對香椿香氣品質的影響規律，為香椿應用研究提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

香椿芽：河南九棵樹農業發展有限公司；3，4-二甲基噻吩、2，5-二甲基噻吩標準品：百靈威科技有限公司；反-2-己烯醛標準品：TCI公司；石墨化炭（pesticarb，PC）、鍵合十八烷基硅膠（octadecysilyl，ODS）、N丙基乙二胺：美國安捷倫公司；乙醇、乙腈、乙酸乙酯、正己烷（色譜純）：西隴科學股份有限公司。

1.2 儀器與設備

氣相色譜儀（7890B）、質譜分析儀（7000D/7010B）、JA-1701 毛細血管柱（30 m×250 μm×0.25 μm）：美國安捷倫公司；移液槍（20 μL～200 μL、100 μL～1 000 μL）：Finnpipette公司；離心機（H2050R）：湘儀集團；冰箱（BCD-301DHN）：上海雙鹿集團；熱風干燥箱（DHG-9203A）：上海精宏公司。

1.3 香椿特征性香氣定量檢測方法

1.3.1 分析條件

1.3.1.1 氣相色譜條件（gas chromatography，GC）

載氣為He、進樣口250℃、樣品體積1 μL。經試驗，通過比較峰形和響應值確定最適升溫條件為：初溫50℃、恒溫2 min、4℃/min升至170℃、5℃/min升至210℃。最佳分流比5∶1。

1.3.1.2 質譜條件（mass spectrum，MS）

電離方式為電子電離；掃描方式為全掃描，掃描范圍（m/z）：40～400。檢索圖：NIST14。

1.3.2 多反應監測方法 （multiple reaction monitoring，MRM）

在全掃描色譜圖中找到目標物質的特征離子。根據得到的特征離子，采用MRM模式進行掃描，挑選最優離子對，優化產物離子的電壓，用最優電壓進行梯度濃度的MRM模式掃描，檢測離子對的準確性，測定標準曲線R2值。

1.3.3 分析前處理

1.3.3.1 分析前處理步驟

取4 g香椿芽進行研磨，用萃取劑進行萃取，振搖 20 min后，離心（6 000 r/min、4 min）；取上清液5 mL，放入冷凍室10 min，加入1 g氯化鈉和2 g硫酸鎂[11]，同時加入一定量的凈化劑進行凈化，振搖5 min后，6 000 r/min，離心4 min，用有機相濾膜（0.22 μm）過濾后上機進樣。

1.3.3.2 確定最佳萃取劑

取4個離心管，分別裝入4 g研磨后的香椿芽，分別用10 mL的乙醇、乙腈、乙酸乙酯、正己烷進行萃取，凈化劑為PC，其余步驟同1.3.3.1。

1.3.3.3 確定最佳凈化劑

取3個離心管，分別裝入4 g研磨后的香椿芽，萃取劑為乙腈，分別用0.2 g的PC、ODS和PSA進行凈化，其余步驟同1.3.3.1。

1.4 熱風干燥過程中香椿芽香氣變化研究

1.4.1 熱風干燥處理

分別稱量m0g預處理的香椿芽4份，平鋪，在一定溫度條件下進行熱風干燥，分別在熱風干燥1、2、3 h和4 h后取出。

1.4.2 香氣成分分析

1）熱風干燥1 h后，香椿芽的質量為m1g，研磨備用。

3）根據 1.4.2 中 1）和 2）的操作，依次取干燥 2、3、4 h后的香椿芽進行測定。

1.5 香椿芽感官評定

評定人員10名，評定過程獨立完成。共包括色澤、外觀和香氣3個指標，各占比例為：30%、40%、30%，其中，色澤指標以香椿芽的綠色呈現狀態為標準，外觀指標以香椿芽表面狀態及干燥程度為標準，香氣指標以香椿芽用沸水沖調時所散發的香味為標準，香椿芽感官評定標準見表1。每個指標均分為優、良、中、差4個級別，結果取其平均值。

表1 香椿芽感官評定標準Table 1 Sensory evaluation standard of Toona sinensis

1.6 數據處理

目標物分析方法研究中儀器條件研究部分做兩次重復試驗，在無明顯差異的前提下選擇其中一次試驗數據；分析方法研究中前處理及回收率研究部分、目標物在干燥過程中的變化均以3次重復試驗的平均值進行結果分析。

2 結果與分析

2.1 特征香氣成分分析方法確定

2.1.1 儀器條件的確定

2.1.1.1 特征離子的確定

研究表明，香椿的特征性香氣成分主要為反-2-己烯醛、2，5-二甲基噻吩和3，4-二甲基噻吩[2-5]。根據全掃描結果，確定各個目標物質的保留時間和特征離子。設定電壓為20 eV，進行MRM模式掃描，得到的各個目標物質的離子對見表2。

2.1.1.2 電壓的優化

不同電壓下目標物的響應值見圖1。

由圖1可知，2，5-二甲基噻吩的離子對111＞67和111＞77的最優電壓分別為20、15 eV；反-2-己烯醛的離子對 69＞41、69＞39 的最優電壓分別為 25、5 eV；3，4-二甲基噻吩的離子對 111＞45和 111＞77的最優電壓分別為25、25 eV。

表2 目標物質的保留時間和特征離子對Table 2 Retention time and characteristic ion pairs of target materials

圖1 不同電壓下目標物的響應值Fig.1 Response value of targets under different voltage

2.1.2 標準線形圖的繪制

取一定量的標準品配制混合標準品，結合各個物質的定量限，設置2，5-二甲基噻吩濃度范圍為0.049 9 μg/mL～19.9420μg/mL，反-2-己烯醛濃度范圍為0.0851 μg/mL～34.022 0 μg/mL，3，4-二甲基噻吩濃度范圍為0.0498μg/mL～19.900 0 μg/mL。在最優電壓下，用 MRM方法進行掃描，以濃度為橫坐標，峰面積為縱坐標，得線性方程如表3所示。

表3 3種目標物質的線性方程Table 3 Linear equation of three targets

結果表明，在濃度為 0.049 9 μg/mL～19.942 0 μg/mL的線性范圍內，2，5-二甲基噻吩的標準曲線R2值為0.999 0，線性良好；在濃度為0.085 1 μg/mL～34.0220μg/mL的線性范圍內，反-2-己烯醛的標準曲線R2值為0.9979，線性基本良好；在濃度為0.0498μg/mL～19.900 0 μg/mL的線性范圍內，3，4-二甲基噻吩的標準曲線R2值為0.999 8，線性良好。

2.1.3 前處理條件的確定

2.1.3.1 確定最佳萃取劑

4種萃取劑的萃取效果對比見圖2。

圖2 4種萃取劑的萃取效果對比Fig.2 Comparison of extraction effects of four extractants

由圖2可知，乙醇對2，5-二甲基噻吩的萃取能力最低，但對反-2-己烯醛和3，4-二甲基噻吩的萃取能力都高于正己烷；乙腈對3種目標物質的萃取效果都極佳；乙酸乙酯對反-2-己烯醛和3，4-二甲基噻吩的萃取能力較好，但是對2，5-二甲基噻吩的萃取能力較弱；正己烷只對2，5-二甲基噻吩的萃取效果較好。綜上所述，確定響應值整體較高的乙腈為此次試驗的最佳萃取劑。

2.1.3.2 確定最佳凈化劑

3種凈化劑的凈化效果對比見圖3。

由圖3可知，PC對2，5-二甲基噻吩的凈化效果略低于ODS，但對反-2-己烯醛和3，4-二甲基噻吩的凈化效果顯著；ODS對2，5-二甲基噻吩的凈化效果雖然略高于PC，但是對其它兩種香氣成分的凈化效果都比PC差；PSA對3種香氣成分的凈化效果都欠佳。綜上所述，確定整體效果較好的PC為此次試驗的最佳凈化劑。

圖3 3種凈化劑的凈化效果對比Fig.3 Comparison of purification effect of three kinds of purifying agents

2.1.4 加標回收率

按照上述確定的試驗條件進行測定，并根據計算公式計算樣品不同加標濃度下的加標回收率（2，5-二甲基噻吩、反-2-己烯醛以及3，4-二甲基噻吩的加標濃 度 分 別 為 C1：0.396 6、0.341 2、0.413 2 μg/mL，C2：3.874 5、4.583 2、3.257 1 μg/mL，C3：20.579 4、36.874 6、35.594 8 μg/mL）。回收率結果見表 4。

表4 不同加標濃度下的加標回收率Table 4 Recovery of standards in different addition levels

由表4可知，3種物質的3個水平的加標回收率均在合格范圍以內，說明該方法可以被用于定量分析香椿的香氣成分。

2.2 熱風干燥過程中特征香氣成分變化

2.2.1 不同干燥溫度下3，4-二甲基噻吩含量的變化規律

不同干燥溫度下3，4-二甲基噻吩的含量變化見圖4。

圖4 不同干燥溫度下3，4-二甲基噻吩的含量變化Fig.4 Change variation of 3，4-dimethylthiophene at different drying temperatures

由圖4可知，不同熱風干燥溫度下香椿香氣成分的變化幅度不同。干燥溫度分別為50、60、70℃時，3，4-二甲基噻吩含量在4 h內下降的最大幅度分別為10.33%、6.78%、15.08%。當干燥溫度分別為50、60℃時，該目標物質的含量呈先下降后緩慢上升的趨勢，其中60℃時上升的幅度較為明顯；而當熱風干燥溫度為70℃時，該成分的含量值呈現先緩慢上升，3 h后快速下降的趨勢。通過上述試驗現象可以得出，香椿中存在3，4-二甲基噻吩的前體成分，較高溫度可促進向3，4-二甲基噻吩的轉化；其次，熱風干燥對于3，4-二甲基噻吩的散失具有明顯影響，干燥時間越長，散失程度越明顯。

2.2.2 不同干燥溫度下反-2-己烯醛含量的變化規律不同干燥溫度下反-2-己烯醛的含量變化見圖5。

圖5 不同干燥溫度下反-2-己烯醛的含量變化Fig.5 Change variation of trans-2-hexenal at different drying temperatures

由圖5可知，熱風干燥對反-2-己烯醛的含量的影響較大，50、60℃和70℃下最大下降幅度分別達到為75.28%、67.87%、67.59%。在干燥溫度分別為50℃和60℃時，其含量呈先下降后上升再下降的趨勢，干燥時間為2 h時均達到極低值，3 h時達到極大值。而當干燥溫度為70℃時，其含量變化呈先上升后下降趨勢，3 h后在較低含量水平下趨于平緩。從3種不同溫度下的變化趨勢可以看出，反-2-己烯醛隨熱風干燥時間的延長呈現明顯散失現象，且散失幅度較大，最高達到75.28%；而且，香椿中也可能存在反-2-己烯醛的前體物質，較高溫度（高于70℃）轉化較快，而當溫度較低時轉化較慢。

2.2.3 不同干燥溫度下2，5-二甲基噻吩含量的變化規律

不同干燥溫度下2，5-二甲基噻吩的含量變化見圖6。

圖6 不同干燥溫度下2，5-二甲基噻吩的含量變化Fig.6 Change variation of 2，5-dimethylthiophene at different drying temperatures

從圖6可知，熱風干燥對香椿中2，5-二甲基噻吩的含量有明顯影響。當干燥溫度為50℃時，香椿中2，5-二甲基噻吩的含量呈現明顯下降的趨勢，當干燥時間大于3 h時下降幅度達到最大值89.75%，之后其含量在較低水平并略有回升。當干燥溫度為60℃和70℃時，在4 h的干燥時間內，香椿中2，5-二甲基噻吩含量呈現明顯的先下降后上升再下降趨勢，當溫度為70℃時上升較快，幅度較大，熱風干燥時間為2 h時，2，5-二甲基噻吩的含量達到極大值0.266 3 μg/mL。從以上結果可以看出，較高干燥溫度，較短的干燥時間有利于香椿特征香氣成分的保持。

2.3 感官評定

不同干燥溫度及時間對香椿感官評定的影響見圖7。

圖7 不同干燥溫度及時間對香椿感官評定的影響Fig.7 Effects of different drying temperature and time on sensory evaluation of Toona sinensis

由圖7可知，從香椿的色澤、外觀狀態和干燥程度3個方面來看，熱風干燥溫度為50℃、熱風干燥時間為2 h時，香椿的感官評定分值最高，為80分；而當熱風干燥時間為4 h、熱風干燥溫度分別為50、60℃和70℃時，感官評定分值均最低，為50分。對香椿進行干燥加工處理后，人們往往會關注香椿的色澤和干燥狀態，顏色鮮亮更會得到消費者的青睞。因此，從香椿的感官評定結果來看，熱風干燥溫度為50℃、熱風干燥時間為2 h的香椿為最佳的處理條件。

3 結論

香椿中3種特征香氣成分的最佳檢測條件為：2，5-二甲基噻吩的離子對 111＞67 和 111＞77，最優電壓分別為 20、15 eV；反-2-己烯醛的離子對 69＞41、69＞39，最優電壓分別為 25、5 eV；3，4-二甲基噻吩的離子對111＞45和111＞77的最優電壓分別為25、25 eV。最佳前處理條件為乙腈為萃取劑、PC為凈化劑，在此條件下，所獲標準曲線與加標回收率均符合分析要求。

熱風干燥過程中，3，4-二甲基噻吩、反-2-己烯醛和2，5-二甲基噻吩3種特征性香氣成分的含量總體均呈下降趨勢，但趨勢和幅度并不相同。3，4-二甲基噻吩含量下降幅度較小，為15.08%；2，5-二甲基噻吩的含量變化幅度較大，達到89.75%。從3種目標物質變化趨勢可以看出，香椿中存在其前體物質，熱力作用會促進這些前體物質向目標物質的分解轉化，但干燥時間的延長會促使目標物質持續散失。由感官評定試驗可以看出，當熱風干燥溫度為50℃、熱風干燥時間為2 h時，香椿干制品感官品質較好。