基于分子感官科學(xué)的香紫蘇精油特征香氣成分分析

吳繼忠，帖金鑫，李石頭，許高燕，劉崇盛，田雨農(nóng)，廖付，楊靖

(1.浙江中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，杭州 310002；2.鄭州輕工業(yè)大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，鄭州 450002)

香紫蘇(SalviasclareaL.)為唇形科鼠尾草屬2年生或多年生草本植物，花穗含有精油，常用于食品、日化、醫(yī)藥等行業(yè)，具有很高的使用價(jià)值[1]。劉博等[2]采用超臨界萃取技術(shù)提取香紫蘇殘?jiān)⒗肎C-MS對(duì)香氣成分進(jìn)行分析。王愛(ài)霞等[3]對(duì)香紫蘇中香氣成分的變化情況進(jìn)行了系統(tǒng)分析，發(fā)現(xiàn)提取物中乙酸芳樟酯含量最高，且香氣成分的數(shù)量和質(zhì)量隨著成熟度的增加而增加。白冰等[4]發(fā)現(xiàn)香紫蘇精油中芳樟醇和乙酸芳樟酯對(duì)香氣的貢獻(xiàn)最大。

目前，對(duì)芳香植物中精油主要香氣成分的確定主要是利用GC-MS進(jìn)行定量分析[5-7]，含量高的即為主要香氣成分，該方法雖然可以明確香氣成分的組成及含量差異，但無(wú)法確定對(duì)精油香氣起關(guān)鍵作用是哪些成分。人們僅以香氣成分的含量來(lái)確定其對(duì)整體香氣的貢獻(xiàn)度，但是對(duì)一些精油中主要成分含量差異大而香氣特征無(wú)明顯差異的現(xiàn)象無(wú)法合理地解釋。

GC-MS-O(氣相色譜-質(zhì)譜-嗅覺(jué))測(cè)定是將人的感官與現(xiàn)代儀器相結(jié)合的一種技術(shù)，利用該技術(shù)通過(guò)FD因子(香氣稀釋因子)的大小可以判斷復(fù)雜體系中的香氣活性成分，在國(guó)內(nèi)外已得到廣泛應(yīng)用[8-9]。研究發(fā)現(xiàn)，在復(fù)雜的香氣體系中，香氣成分的貢獻(xiàn)度大小不僅取決于含量，而且與其自身閾值有關(guān)，因此需從含量和閾值兩個(gè)方面進(jìn)行判定[10]。OAV(香氣活力值)是指香氣成分在香氣體系中的質(zhì)量濃度(ρ)與其香氣閾值(T)的比值，即OAV=ρ/T[11]，OAV概念的提出為解決上述問(wèn)題提供了新的方法和手段。一方面，由于各香氣成分之間閾值存在差異；另一方面，在同一體系中香氣成分的含量不同。因此，各成分的OAV存在一定的差異，OAV越大，貢獻(xiàn)越大，越說(shuō)明該成分是關(guān)鍵成分。當(dāng)前,國(guó)內(nèi)外進(jìn)行的關(guān)于OAV的研究大量集中在發(fā)酵制品[12-14]、水果[15-17]、酒類[18-20]、香精香料[21-23]、煙草[24-25]等領(lǐng)域，本研究首先采用GC-MS技術(shù)分析確定香紫蘇精油中香氣成分的種類和含量，在此基礎(chǔ)上利用GC-MS-O確定其中的香氣活性成分，再結(jié)合香氣閾值的數(shù)據(jù)[26]獲得各成分的OAV，進(jìn)而篩選出關(guān)鍵成分，為更好地開(kāi)發(fā)利用香紫蘇提供一定的研究基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

香紫蘇精油：市售；D-檸檬烯、芳樟醇、α-松油醇、橙花醇、檸檬醛、乙酸芳樟酯、乙酸橙花酯、乙酸香葉酯、石竹烯、乙酸葉醇酯、大茴香醛、香葉醇、桉葉醇、6-甲基-5-庚烯-2-酮、異丁酸苯乙酯、異胡薄荷醇、乙酸異龍腦酯、苯甲醇、無(wú)水乙醇、無(wú)水硫酸鈉：AR，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

7200/7890B型氣質(zhì)聯(lián)用儀 美國(guó)安捷倫科技公司；KQ2200B型超聲波提取裝置 昆山市超聲儀器有限公司；LA-230S型電子天平(感量0.001 g) 北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司；RE-52A型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀 上海亞榮生化儀器廠。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 香紫蘇精油成分分析

稱取一定量香紫蘇精油，用二氯甲烷溶液稀釋，對(duì)其進(jìn)行GC-MS成分分析。

色譜條件：HP-5MS 5% Phenyl Methyl Silox色譜柱(30 m×250 μm×0.25 μm)，載氣：氦氣，流量：1.0 mL/min，進(jìn)樣口溫度：280 ℃，進(jìn)樣量：1.0 μL，分流比：70∶1，溶劑延遲8 min。升溫程序：初始溫度40 ℃，以5 ℃/min的速率升溫至200 ℃，保持5 min。質(zhì)譜條件：離子源EI，電離能量70 eV；傳輸線溫度280 ℃；離子源溫度230 ℃；四級(jí)桿溫度150 ℃；質(zhì)譜檢索譜庫(kù)：NIST II譜庫(kù)和PBM譜庫(kù)。

1.3.2 香氣活性成分分析

將香紫蘇精油用無(wú)水乙醇按照2n(n=0,1,2,3，……)逐級(jí)進(jìn)行稀釋，稀釋后的樣品依次通過(guò)GC-MS-O進(jìn)行分析，3位評(píng)價(jià)人員在嗅聞端口記錄所聞到的香氣特征，嗅辨結(jié)果相同的人數(shù)≥2時(shí)，認(rèn)為結(jié)果可靠，記錄不同化合物最后能聞到香氣時(shí)的稀釋倍數(shù)即為該化合物的FD因子。當(dāng)FD≥2時(shí)，認(rèn)為該物質(zhì)是被分析樣品中的香氣活性成分。

1.3.3 香氣活力值計(jì)算

化合物的香氣活力值(OAV)的計(jì)算方法見(jiàn)式1。當(dāng)該物質(zhì)的OAV≥1時(shí)，該物質(zhì)被認(rèn)為對(duì)分析樣品的香氣有貢獻(xiàn)。

OAV=某體系中香氣化合物濃度/該香氣化合物的香氣閾值。

(1)

2 結(jié)果與分析

2.1 香氣活性成分分析

香紫蘇油的總離子流色譜圖見(jiàn)圖1，采用NIST II譜庫(kù)檢索，結(jié)合保留指數(shù)RI[27]，并和標(biāo)準(zhǔn)品比對(duì)進(jìn)行定性分析，同時(shí)按照1.3.2的方法分析香紫蘇精油中各化合物的FD因子，分析結(jié)果見(jiàn)表1。

圖1 香紫蘇油樣品溶液的總離子流色譜圖

表1 香紫蘇油中化學(xué)成分的分析結(jié)果

續(xù) 表

由表1可知，從香紫蘇油中共鑒定出34種成分，主要成分為乙酸芳樟酯、芳樟醇、α-松油醇、乙酸香葉酯、石竹烯、橙花醇、乙酸橙花酯、香葉醇等，占總含量的90.4%。其中有17種成分的FD因子≥2，在香紫蘇精油香氣成分定性分析基礎(chǔ)上，選擇這17種香氣活性成分開(kāi)展定量分析，17種目標(biāo)成分的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線見(jiàn)表2。

表2 主要致香成分的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線

續(xù) 表

由表2可知，17種化合物標(biāo)準(zhǔn)工作曲線的線性關(guān)系系數(shù)都在0.999以上，說(shuō)明標(biāo)準(zhǔn)工作曲線適用于17種香味成分的定量分析。

17種香味成分的檢出限、定量限、精密度和回收率見(jiàn)表3。

表3 方法的檢出限、定量限、精密度和回收率

由表3可知，在測(cè)定的17種目標(biāo)化合物中， RSD為4.3%～9.5%，說(shuō)明實(shí)驗(yàn)的重復(fù)性很好，加標(biāo)回收率都在80%以上，說(shuō)明結(jié)果比較準(zhǔn)確，適合進(jìn)行定量分析。

2.2 香紫蘇精油香氣特征分析

采用以上分析方法，分別對(duì)香紫蘇精油的主要香味成分進(jìn)行分析，每個(gè)樣品分別進(jìn)行6次平行測(cè)定，取平均值。根據(jù)香紫蘇精油17種香味成分的香氣閾值及其含量，計(jì)算各香味成分的香氣活力值，17種主要香味成分的定量結(jié)果和香氣活力值見(jiàn)表4。

表4 香紫蘇油主要香氣成分的香氣活力值

續(xù) 表

由表4可知，香紫蘇精油的主要致香成分是乙酸芳樟酯和芳樟醇，二者含量占總量的81.7%，其次是α-松油醇，含量達(dá)到11.3%，其余14種成分含量較低，僅占總量的7%。果香香韻的2種化合物中，D-檸檬烯的含量和檸檬醛相當(dāng)，但其香氣閾值要大于檸檬醛，所以其OAV比檸檬醛的低，說(shuō)明彰顯果香香韻的特征成分主要是檸檬醛；花香香韻的7種化合物中，芳樟醇的香氣閾值雖然最大，但其含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他6種化合物，因此它的OAV最大，乙酸葉醇酯的含量雖然很低，但它的香氣閾值最小，因此它的OAV與橙花醇、香葉醇、乙酸香葉酯相當(dāng)，彰顯花香香韻的特征成分主要是芳樟醇；木香香韻的2種化合物中，乙酸芳樟酯的含量比桉葉醇高4個(gè)數(shù)量級(jí)，且其香氣閾值只比后者高2個(gè)數(shù)量級(jí)，所以其OAV遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于桉葉醇，說(shuō)明彰顯木香香韻的特征成分主要是乙酸芳樟酯；青香香韻的4種化合物的香氣閾值差別不大，因此OAV主要由含量來(lái)決定，α-松油醇的含量遠(yuǎn)高于其他3種化合物，所以彰顯青香香韻的特征成分主要是α-松油醇；藥草香韻的2種化合物的香氣閾值很接近，但異胡薄荷醇的含量要高于乙酸異龍腦酯，所以其OAV要大于乙酸異龍腦酯，彰顯藥草香香韻的特征成分主要是異胡薄荷醇。

將相同香韻的香氣活力值進(jìn)行加和，分別獲得5種香韻的香氣活力值，取以10為底的對(duì)數(shù)，并做雷達(dá)圖進(jìn)行分析，結(jié)果分別見(jiàn)表5和圖2。

表5 香紫蘇精油5種香韻的香氣活力值及其對(duì)數(shù)值

圖2 香紫蘇精油香氣風(fēng)格特征圖

由表5和圖2可知，香紫蘇精油的主要香韻為藥草香、青香和木香香韻，其次為花香和果香。這與文獻(xiàn)[28]中對(duì)香紫蘇精油“具有藥草、青香、木香氣息和葡萄酒、琥珀香氣”的香氣描述相符，說(shuō)明基于香氣活力值的香紫蘇精油特征香氣成分分析結(jié)果是可靠的。

3 結(jié)論

本文利用GC-MS聯(lián)用技術(shù)對(duì)香紫蘇精油中的致香成分進(jìn)行了分析，定性了34種揮發(fā)性成分，隨后通過(guò)GC-MS-O技術(shù)確定了其中17種香氣活性成分，對(duì)這些香氣活性成分進(jìn)行了定量分析，并獲得其OAV，并基于OAV對(duì)其香氣特征進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，17種主要成分可以分為5個(gè)香韻，彰顯果香香韻的關(guān)鍵成分是檸檬醛，花香香韻的關(guān)鍵成分是芳樟醇，木香香韻的關(guān)鍵成分是乙酸芳樟酯，青香香韻的關(guān)鍵成分是α-松油醇，藥草香韻的關(guān)鍵成分是異胡薄荷醇；結(jié)合香紫蘇精油的香氣風(fēng)格特征雷達(dá)圖來(lái)看，其主要香韻為藥草香和青香香韻，其次為花香和木香，與感官評(píng)價(jià)結(jié)果一致。相對(duì)于傳統(tǒng)方法依據(jù)精油中成分含量高低來(lái)判定復(fù)雜體系中的關(guān)鍵香氣成分，本文采用基于香氣活力值的判定新方法，可以更加全面、客觀地反映精油的香氣特征與香氣成分之間的關(guān)系。