山楂核干餾油的全二維氣相色譜-飛行時間質譜分析

張梁明慧，高 哲

（河北農業大學食品科技學院，河北保定 071000）

山楂（CrataeguspinnatifidaBge.var.major N.E.Br.）為薔薇科山楂屬植物，主要分布于北溫帶，全世界有該屬植物1 000 余種，山楂在我國有著悠久的食用和藥用歷史[1]，是一種重要的植物資源。山楂的種子稱為山楂核，采用干餾工藝，將山楂核直火干燥，收集一定溫度的揮發餾分冷卻而得到的棕褐色黏稠液即山楂核干餾油[2]。由山楂核干餾油制成的食品煙熏劑，不僅具有強烈煙熏氣兼果醬樣的酸甜感和鮮咸味特色，更可以極大地降低有毒化合物的含量[3]，被譽為“一種新型優質煙熏液”，是一種國家認可的食品添加劑[4-6]。現代藥理研究表明，山楂核干餾油中含有山楂黃酮類化合物和脂肪酸等，用于配制軟膏、霜劑，治療濕疹、神經性皮炎、燒傷等。此外，對多種細菌、真菌、病毒和黑色枯草芽孢等均有明顯的殺滅功效，制成的“紅核婦潔洗液”可以用于產科術前的常規灌洗，還有抗瘡瘍、止痛、止癢和消腫的藥理活性，臨床常用于治療霉菌性陰道炎和非特異性陰道炎。據報道，山楂核干餾油還有防癌、軟化血管、調節血脂的作用[7-13]。

目前，關于山楂核干餾油成分的研究僅有少量報道，主要是采用氣相色譜-質譜（GC-MS） 對山楂核干餾油成分進行了分析。楊崢等人[14]以山楂核為原料，采用干餾、精餾等技術制得了沸點范圍為85～100 ℃的餾分，共鑒定出73 種化合物。其中，酚類17 種，酸類17 種，羰基化合物14 種，呋喃類8 種，醇類8 種，醚類4 種，其他化合物5 種。黃榮清等人[15]用GC-MS 對山楂核干餾油成分進行了測定，鑒定了11 個化合物，主要成分為愈創木酚、呋喃甲醛、2 -甲氧基- 4 -甲基苯酚、苯酚、鄰-甲苯酚和5 - 甲基- 2 - 糠醛。侯文欣等人[16]采用GC-MS對薔薇紅液中的主要成分進行定性分析，鑒定出了20 種物質，并分離出6 種目前尚未見報道的有機化合物。姜紹通等人[5]采用頂空固相微萃取（HS-SPME）聯合GC-MS 測定山楂核煙熏液揮發性風味物質，共檢測出79 種揮發性成分，其中酚類占55.526%，酯類占18.710%，醛類占16.162%，酮類占3.252%，呋喃類占2.108%，酸類占1.019%。對于山楂核干餾油這類成分復雜的基質，一維GC-MS 的分辨能力和靈敏度無法滿足更細致的分析要求。

全二維氣相色譜- 飛行時間質譜（Comprehensive two-dimensional gas chromatography-time-of-flight mass spectrometry，GC×GC-TOFMS） 是在傳統二維GC 技術的基礎上發展起來的新技術，具有峰容量大、分辨率高、族分離和瓦片效應及能夠揭示復雜體系中不同類別化合物的在圖上的族分布等優點[17]。原理是將兩根分離機理不同的互相獨立的色譜柱進行串聯，以提高色譜的分離能力，再配備檢測速度較快的飛行時間質譜，提高其定性分析能力[18-19]。由于全二維色譜-質譜技術（GC×GC-MS） 的強大分離能力和準確的定性能力，使得該技術在復雜體系的分析方面具有明顯的優勢[20-21]，廣泛用于石油、煙草、制藥等復雜體系的分離分析[22]。首次采用GC×GC-TOFMS 對山楂核干餾油成分進行全面的檢測分析，旨在進一步揭示山楂核干餾油的組成及其相對含量水平，為闡明山楂核干餾油的化學物質基礎、優化質量控制、促進產業的健康可持續發展提供必要的科學依據。

1 材料與方法

1.1 材料

山楂核干餾油，承德本多寶生物科技有限公司提供。

1.2 儀器與設備

全二維氣相色譜-飛行時間質譜聯用儀，美國LECO 公司產品；7890B 型氣相色譜，美國Agilent公司產品；Pegasus 4D 型飛行時間質譜，美國LECO公司產品；KT-2001 型冷噴調制解調器，美國Zoex公司產品。

1.3 GC×GC-TOFMS 分析條件

（1） 色譜條件。配用美國瑞斯泰克公司色譜柱，一維色譜柱為Rxi-5SIL（15 m×0.25 mm×0.25 μm），二維色譜柱為Rxi-17（1.79 m×0.18 mm×0.18 μm）。進樣量1 μL，進樣口分流比20∶1，進樣口溫度240 ℃，載氣為He，純度99.999%，流速1.0 mL/min，壓力30 psi。升溫程序：從50 ℃開始，保持5 min，以3 ℃/min 升到200 ℃，保持5 min。調制周期8 s。

（2） TOFMS 條件。電子電力離子源（EI），電子能量70 eV，離子源溫度230 ℃，傳輸線溫度250 ℃，質量掃描范圍33～500 amu，TOFMS 采集頻率100 Hz，溶劑延遲2 min。

1.4 數據分析

數據處理軟件采用LECO 公司的Chroma TOF 軟件。數據處理流程：數據預處理（Processing data）具體參數如下：最低信噪比（Minimum S/N） 100，數據處理起始時間2.0～55.0 min，質量掃描范圍33～500 u；化合物檢索譜庫：mainlib 譜庫、nist_ri 譜庫；檢索參數：化合物名稱、一維色譜保留時間、二維色譜保留時間、正向相似度、反向相似度、CAS 號及峰面積比，所有定性結果自動生成“峰表”。

2 結果與分析

2.1 GC×GC/TOFMS 方法的建立

全二維氣相色譜（Comprehensive Two-Dimensional Gas Chromatography，GC×GC） 是通過一個特有的調制器將含有不同固定相的2 根色譜柱聯結，這2 根色譜柱處于同一柱溫箱內，并通過毛細管柱連接器以串聯方式連接的。調制器把從第1 根色譜柱中流出的餾分進行聚焦，然后以脈沖的方式送到第2 根色譜柱進行再分離，這里調制器起到了捕集再傳送的作用，這樣使其具有了分辨率高、峰容量大的特點。GC×GC 的峰容量是其兩根色譜柱峰容量的乘積（n1×n2），分辨率為二根色譜柱的各自分辨率平方和的平方根。飛行時間質譜（Time of flight mass spectrometry，TOFMS） 的高采集頻率可以很好地匹配和檢測全二維氣相色譜流出的信號[23]。二者結合對組分復雜試樣的分析具有獨特的優勢，廣泛用于復雜體系的分離分析[22]。試驗選擇第一維柱為Rxi-5SIL、第二維柱為Rxi-17，結合1.3 節的分析條件，可實現樣品組分的高效分離。

山楂核干餾油GC×GC-TOFMS 的圖譜見圖1。

圖1 山楂核干餾油GC×GC-TOFMS的圖譜

2.2 山楂核干餾油成分的分析鑒定

按照1.4 方法進行分析，從山楂核干餾油中共分離出1 000 多個組分的色譜峰。去除了相似度偏低的組分后，歸納出相似度大于850 的組分共計182 種，按化合物名稱、分子式、一維保留時間、二維保留時間、相似度、反相似度、CAS 號和相對含量的順序列于表1。

山楂核干餾油揮發性成分GC×GC-TOFMS 的鑒定結果見表1。

從表1 可知，山楂核干餾油中酮類42 種，酚類29 種，酸類25 種，醛類10 種，酯類30 種，呋喃類8 種，烴類4 種，醇類8 種及其他組分25 種。其中，酮類和酚類成分的相對含量較高，分別占182 種成分總含量的16.623%和8.572%，其次分別是5.459%的酯類物質，4.925%的呋喃類物質，3.962%的酸類物質，3.772%的醛類物質，0.580%的醇類物質，0.129%的烴類物質，0.055%的醚類物質及1.5358%的其他類物質。相對含量較高（>1.0%） 的成分有16 種：2-乙酰基呋喃（3.8576%），1-羥基-2-丁酮（3.1028%），2,5-己二酮（2.8833%），愈創木酚（2.2390%），苯酚（2.2087%），糠醛（1.6745%），5 - 甲基呋喃醛（1.6089%），2,3-二甲基-2 -環戊烯酮（1.4114%），3-（甲基氨基）丙酸乙酯（1.3999%），丙酸（1.3955%），羥基丙酮（1.3734%），丁酸（1.2426%），丙酮酸乙酯（1.1975%），環戊酮（1.1321%），2,3-丁二酮（1.1536%）和甲基環戊烯醇酮（1.0089%）。

表1 山楂核干餾油揮發性成分GC×GC-TOFMS 的鑒定結果

煙熏香味料的質量與酚類、羰基類和有機酸的含量密切相關。木材干餾中纖維素熱解為羥醛、呋喃、二醛、丙烯醛、羥基丙酮醛等相對分子質量較低的醛類化合物，半纖維素熱解形成呋喃及其衍生物、脂肪族羧酸，形成煙霧的氣味，木質素熱解主要為丁香酚（2,6 -二甲氧基苯酚）、丁子香酚、異丁子香酚、愈創木酚、苯酚、甲酚等形成煙熏肉制品的熏制風味[24]。

續表1（1）

續表1（2）

續表1（3）

酚類物質是山楂核干餾油的主要物質[25]，也是抗氧化的最有效來源[26]，具有一定的防腐除臭作用，可用于食品的抗菌防腐和抗氧化酸敗，愈創木酚（鄰-甲氧基苯酚）、對- 甲基愈創木酚和丁香酚（2,6 -二甲氧基苯酚） 是3 種最重要的酚類物質，具有明顯的煙熏味[6]。研究共鑒定出29 種酚類成分，其中愈創木酚和苯酚的相對含量較高，分別為2.2390%和2.2087%。

楊崢等人[14]的感官試驗表明，僅有酚類組分煙熏味似乎單調，不夠醇厚。加入中性及堿性組分后，味道更柔和。由于醛類閾值較低，對山楂核干餾油的整體香味貢獻很大，如具有苦杏仁氣味的糠醛是美拉德反應的特征產物[27]，糠醛有似焦糖、谷物烘烤氣息，果香和面包香，乙酰呋喃能提供甜香和花香氣味，使強烈的酚的氣味變得較為緩和，令人愉快能接受[28]。研究中測定山楂核餾油的糠醛相對含量為1.6475%，另一個比較高的為5 -甲基呋喃醛，相對含量為1.6089%。酚類與醛的氧化聚合反應及同肉蛋白的褐變反應可形成加工肉食中煙熏色澤[29]。

有機酸具有抗菌、調味等功效，在加工肉食中與羧酸反應促使肉蛋白和脂肪凝結，使肉的表面形成一層薄膜，有助于煙熏色澤的保持，甲酸、苯甲酸（安息香酸） 可能是木醋液煙熏味的貢獻成分[24，30]，試驗檢測到了甲酸，且丙酸和丁酸含量較高，分別為1.3955%和1.2426%。

3 結論

（1） 全二維氣相色譜飛行時間質譜適合于復雜體系的分析，試驗將其用于對山楂核干餾油的分析，確定了較優的色譜條件：一維色譜柱為Rxi-5SIL（15 m×0.25 mm×0.25 μm），二維色譜柱為Rxi-17（1.79 m×0.18 mm×0.18 μm）。進樣口溫度為240 ℃，載氣為He，純度99.999%，流速1.0 mL/min，壓力30 psi。升溫程序：從50 ℃開始，保持5 min，以3 ℃/min升到200 ℃，保持5 min。調制周期8 s。TOFMS 條件：電子電力離子源（EI），電子能量70 eV，離子源溫度230 ℃，傳輸線溫度250 ℃，質量掃描范圍33～500 amu，TOFMS 采集頻率100 Hz，溶劑延遲2 min。

（2） 研究首次采用GC × GC-TOFMS 技術全面分析了山楂核干餾油的成分，鑒定出包括酮類、酚類、酸類、醛類、酯類、呋喃類物質等182 種成分，其中酮類和酚類含量較高。