SPME-GC-MS分析荸荠皮及其乙醚提取物的挥发性成分

谷毅鹏，杨小梅

贺州学院食品科学与工程技术研究院（贺州 542899）

荸荠（Eleochairis tuberosa）又名马蹄，自古有地下雪梨之美誉，是广受欢迎的药食两用果蔬，富含各种营养成分，还含有黄酮类、多酚类、多糖类等活性成分[1-2]，具有抗菌、抗氧化、抗癌等功能作用[3-5]。中国有着丰富荸荠资源，年产量占全球产量95%以上。其中，贺州市和桂林市的荸荠种植面积就超过40万亩（1亩=0.067 hm2），年产量占全国70%以上，是广西的优势农产品资源[6-7]。荸荠皮属于马蹄加工生产过程中的副产物，其风味要浓于荸荠果肉，但常年作为废弃物，造成环境污染。此外，关于荸荠风味的研究仍鲜有报道，其特有的香味成分组成对风味的实际贡献也未区分。因而荸荠皮中香味相关的呈香化合物的化学本质值得进一步探讨。为此，试验采用顶空固相萃取技术（SPME）萃取荸荠皮中挥发性成分，再通过气相色谱串联质谱（GC-MS）联用检测呈香化合物的成分组成，为研发荸荠风味剂提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料和仪器

荸荠皮（新鲜荸荠购自贺州市中心市场）；无水乙醚、氯化钠（均为分析纯，广东光华科技股份有限公司）。

DHG-9140A型电热恒温鼓风干燥箱（上海齐欣科学仪器有限公司）；HH-6数显恒温水浴锅（常州天瑞仪器有限公司）；RE-3000型旋转蒸发仪（上海亚荣生化仪器厂）；DFY-600600g摇摆式高速万能粉碎机（温岭市林大机械有限公司）；GCMS-QP2010 Plus岛津气相色谱质谱联用仪（日本岛津公司）。

1.2 试验方法

1.2.1 荸荠皮预处理

将荸荠洗净干净，挑选无机械损伤、无腐烂变质的个体剥离果皮，收集荸荠皮置于60 ℃恒温干燥箱内烘干，并用粉碎机粉碎，过60目筛，备用。

1.2.2 索氏抽提法提取荸荠皮挥发性成分

精确称取10.0 g荸荠皮粉装入干燥至恒重的滤纸包内，用脱脂棉线包扎好放入索氏抽提器的抽提筒内，加入300 mL无水乙醚作为提取溶剂，65 ℃加热6 h后，回收乙醚，取下圆底烧瓶，置于65 ℃烘箱内将残余乙醚挥干，在室温下放置5～6 h至无明显醚味为止，重复试验3次，合并所有荸荠皮乙醚提取物。

1.2.3 SPME顶空固相萃取

将萃取头放在气相色谱进样口下，于250 ℃第1次使用老化2 h，充分去除萃取头残留吸附的挥发性成分，第2次使用时老化20 min。精确称取2.0 g荸荠皮粉或0.5 mL乙醚提取物置于棕色萃取瓶中，加入4 mL饱和氯化钠溶液，将萃取头插入萃取瓶上部顶空部分，萃取头涂层为DVB/CAR/PDMS，加热至65 ℃，萃取吸附1 h。在250 ℃解吸5 min，进行GC-MS检测分析。

1.2.4 挥发性成分的气相色谱-质谱（GC-MS）联用分析

GC分析条件：Rtx-1型熔融石英弹性柱（30 m× 0.25 mm×0.25 μm）；载气为高纯氮气（纯度≥ 99.999%）；程序升温：初温50 ℃，保持2.00 min，以5 ℃/min升温至180 ℃，以20 ℃/min升温至240 ℃，保持2.00 min；柱前压53.5 kPa，分流比50∶1，流速1 mL/min；进样口温度250 ℃。

MS分析条件：采用电子轰击方式进行离子化，接口温度250 ℃，EI电离源，电子能量70 eV，离子源温度230 ℃，电子倍增器电压1.32 kV，质量扫描范围30～500m/z，Scan全扫描方式，溶剂延迟1 min。

2 结果与分析

2.1 SPME-GC-MS结果分析

为研究荸荠皮中香味的组成，选取荸荠皮粉和荸荠皮乙醚提取物，经过SPME方法提取，对它们的挥发性化合物进行分析。荸荠皮粉和荸荠皮乙醚提取物挥发性成分的总离子流图如图1和图2所示，利用气相色谱-质谱（GC-MS）联用技术检测到荸荠皮粉含有93种挥发性化合物，其中烷类5种、芳烃类4种、烯类15种、卤烃类2种、醚类4种、酯类12种、醛类14种、酮类9种、醇类14种、酚类1种、脂肪酸类10种及其他类3种，每种挥发性化合物对应的保留时间及详细信息如表1所示。其中相对含量大于1%的分别为乙酸、（2R, 3R）-（-）-2, 3-丁二醇、4-萜烯醇、正壬酸、γ-丁内酯、（S）-（-）-柠檬烯、3-羟基-2-丁酮、2-氨基-4-甲基苯甲酸、壬醛；检测到乙醚提取物中含有57种挥发性化合物，其中烷类11种、醚类12种、酯类16种、醛类2种、酮类2种、醇类8种、脂肪酸类3种及其他类3种，每种挥发性化合物对应的保留时间及详细信息如表2所示。其中相对含量大于1%的分别为正丁醇、乙酸丁酯、1, 1’-[亚乙基双（氧基）]二丁烷、酞酸二乙酯、甲酸丁酯、缩醛、2-[（Z）-9-十八烷氧基]乙醇、乙酸乙酯、2-丁氧基戊烷、乙酸、2, 6, 10, 15-四甲基庚烷、云杉苷、植烷、正十八烷、丁二酸二丁酯、乙醛、3-甲基戊烷、1, 3-二甲基甘脲、乳酸丁酯、4-甲氧基羰基丁基-1-甲基-2-甲氧基羰基乙基醚。

图1 荸荠皮粉挥发性组分总离子流图

图2 荸荠皮乙醚提取物挥发性组分总离子流图

表1 荸荠皮粉挥发性成分组成

转下页

接表1

序号 保留时间/min 组分名称 CAS 分子式 相对含量/%5 28.125 正丁基环己烷 1678-93-9 C10H20 0.060芳烃类化合物 1 3.761 甲苯 108-88-3 C7H8 0.641 2 5.937 邻二甲苯 95-47-6 C8H10 0.109 3 10.440 3, 7, 7-三甲基-1, 3, 5-环庚烷 3479-89-8 C10H14 0.363 4 18.732 1-甲基萘 90-12-0 C11H10 0.169烯类化合物 1 6.565 1-乙炔基-1-环己烯 931-49-7 C8H10 0.085 2 9.393 月桂烯 123-35-3 C10H16 0.641 3 10.198 松油烯 99-86-5 C10H16 0.133 4 10.578 (S)-柠檬烯 5989-54-8 C10H16 2.514 5 10.669 桉叶油醇 470-82-6 C10H18O 0.556 6 11.519 γ-松油烯 99-85-4 C10H16 0.254 7 12.788 萜品油烯 586-62-9 C10H16 0.532 8 15.439 奥苷菊环 275-51-4 C10H8 0.121 9 22.350 β-石竹烯 87-44-5 C15H24 0.435 10 22.684 反式佛手酮 13474-59-4 C15H24 0.109 11 22.876 香树烯 25246-27-9 C15H24 0.302 12 23.825 巴伦西亚橘烯 4630/7/3 C15H24 0.085 13 24.350 (+)-喇叭烯 21747-46-6 C15H24 0.218 14 25.023 d-卡丁 483-76-1 C15H24 0.278 15 25.706 顺式-2, 4, 5-三甲氧基-1-丙烯基苯 5273-86-9 C12H16O3 0.882酯类化合物 1 2.485 乙酸烯丙酯 591-87-7 C5H8O2 0.628 2 7.076 γ-丁内酯 96-48-0 C4H6O2 3.493 3 7.543 乙酸乙酯 141-78-6 C4H8O2 0.060 4 7.739 丙二醇甲醚醋酸酯 108-65-6 C6H12O3 0.073 5 7.855 当归内酯 591-12-8 C5H6O2 0.024 6 12.645 苯酸甲酯 93-58-3 C8H8O2 0.073 7 14.347 醋酸-2-乙基己酯 103-09-3 C10H20O2 0.121 8 17.032 2-乙基-1-丙酸己酯 53800-08-1 C10H17F3O2 0.048 9 19.375 邻苯二甲酸单丁酯 131-70-4 C12H14O4 0.097 10 20.432 2-甲基-3-羟基丙酸 74367-34-3 C12H24O3 0.254 11 26.717 邻酞酸壬酯 84-76-4 C26H42O4 0.508 12 27.773 1, 6-二氧酰基十二烷-7, 12-二酮 777-95-7 C10H16O4 0.242脂肪酸化合物 1 1.797 甲酸 64-18-6 CH2O2 0.423 2 2.293 乙酸 64-19-7 C2H4O2 41.610 3 3.650 异丁酸 79-31-2 C4H8O2 0.375 4 5.482 异戊酸 503-74-2 C5H10O2 0.496 5 5.729 2-甲基丁酸 116-53-0 C5H10O2 0.375 6 6.425 正戊酸 109-52-4 C5H10O2 0.036 7 9.265 庚酸 111-14-8 C7H14O2 0.544 8 13.525 异辛酸 149-57-5 C8H16O2 0.012 9 18.284 正壬酸 112-05-0 C9H18O2 4.847 10 20.765 正癸酸 334-48-5 C10H20O2 0.363酚类化合物 1 24.673 抗氧剂264 128-37-0 C15H24O 0.181卤烃类化合物 1 20.076 氯代十八烷 3386-33-2 C18H37Cl 0.230 2 23.250 2-溴辛烷 557-35-7 C8H17Br 0.133醚类化合物 1 2.791 O-异丁基羟胺 5618-62-2 C4H11NO 0.580 2 8.361 异丙醛二甲基缩醛 67785-72-2 C13H20O3 0.471 3 9.831 二乙二醇乙醚 111-90-0 C6H14O3 0.338 4 10.008 9-恶唑环[3.3.1]壬-2, 6-二烯 10299-48-6 C8H10O 0.145醛类化合物 1 1.553 乙醛 75-07-0 C2H4O 0.254 2 1.871 丁醛 123-72-8 C4H8O 0.230 3 2.391 异戊醛 590-86-3 C5H10O 0.483 4 4.315 正己醛 66-25-1 C6H12O 0.399 5 5.050 糠醛 1998/1/1 C5H4O2 0.254 6 6.752 庚醛 111-71-7 C7H14O 0.085 7 8.475 苯甲醛 100-52-7 C7H6O 0.266

转下页

接表1

序号 保留时间/min 组分名称 CAS 分子式 相对含量/%8 9.741 正辛醛 124-13-0 C8H16O 0.278 9 12.462 4-丙-2-基环己-3-烯-1-乙醛 27841-22-1 C10H16O 0.266 10 12.904 壬醛 124-19-6 C9H18O 1.039 11 14.626 反式-2-壬醛 18829-56-6 C9H16O 0.073 12 14.774 4-乙基苯甲醛 4748-78-1 C9H10O 0.097 13 14.942 正癸醛 112-31-2 C10H20O 0.653 14 19.025 十一醛 112-44-7 C11H22O 0.109酮类化合物 1 2.918 3-羟基-2-丁酮 513-86-0 C4H8O2 2.006 2 10.765 N’-(3-甲基苯基)-N-(氧代-基甲基) 酰胺 332065-24-4 C14H18N2O3 0.387 3 11.018 2-苄基硫基-N2-苄基亚叉-丙酰肼 339241-51-9 C17H18N2OS 0.278 4 11.626 2-乙酰基吡咯 1072-83-9 C6H7NO 0.181 5 11.755 苯乙酮 98-86-2 C8H8O 0.169 6 14.169 2, 3-二氢-3, 5二羟基-6-甲基-4-吡喃-4-酮 28564-83-2 C6H8O4 0.653 7 21.225 5-壬烯-2-酮 27039-84-5 C9H16O 0.193 8 23.050 香叶基丙酮 689-67-8 C13H22O 0.109 9 30.875 法尼基丙酮 1117-52-8 C18H30O 0.133醇类化合物 1 1.620 乙醇 64-17-5 C2H6O 0.761 2 4.020 (2R, 3R)-(-)-2, 3-丁二醇 24347-58-8 C4H10O2 10.285 3 5.605 糠醇 98-00-0 C5H6O2 0.218 4 8.255 2, 3-二甲基-1-戊醇 10143-23-4 C7H16O 0.060 5 8.995 1-辛炔-3-醇 818-72-4 C8H14O 0.060 6 11.122 二丙二醇 25265-71-8 C6H14O3 0.278 7 11.945 4-甲基-1-庚醇 817-91-4 C8H18O 0.085 8 12.145 5-己烯-2-醇 626-94-8 C6H12O 0.048 9 14.035 4-丁氧基丁醇 4161-24-4 C8H18O2 0.024 10 15.153 α, α-4-三甲基环己基甲醇 21129-27-1 C10H20O 0.604 11 15.281 4-萜烯醇 562-74-3 C10H18O 7.796 12 15.666 α-松油醇 98-55-5 C10H18O 0.894 13 27.126 柏木脑 77-53-2 C15H26O 0.169 14 29.900 D-甘露贸易烷-1, 2, 3, 4, 5-戊醇 188436-15-9 C12H26O5 0.338其他化合物 1 1.475 四硝基甲烷 509-14-8 CH3NO2 0.749 2 1.765 二甲基硫 75-18-3 C2H6S 0.314 3 6.980 2-氨基-4-甲基苯甲酸 2305-36-4 C8H9NO2 1.632

表2 荸荠皮乙醚提取物挥发性成分组成

转下页

接表2

序号 保留时间/min 组分名称 CAS 分子式 相对含量/%10 17.328 丁二酸二丁酯 141-03-7 C12H22O4 2.043 11 20.790 酞酸二乙酯 84-66-2 C12H14O4 6.236 12 23.368 2-丁基-1, 3, 2-二氧杂硼杂环-4-酮 33823-94-8 C7H13BO3 0.663 13 23.745 DL-苹果酸二正丁酯 6280-99-5 C12H22O5 0.622 14 25.495 6, 10, 13-三甲基十四烷基-3-甲基丁酸酯 100508-44-9 C22H44O2 0.311 15 25.794 马来酸二乙基己酯 142-16-5 C20H36O4 0.893 16 31.420 棕榈酸甲酯 112-39-0 C17H34O2 0.081脂肪酸化合物 1 1.951 乙酸 64-19-7 C2H4O2 2.543 2 2.715 丙酸 1979/9/4 C3H6O2 0.014 3 9.447 己酸 142-62-1 C6H12O2 0.095醚类化合物 1 1.655 叔丁基过氧化氢 75-91-2 C4H10 0.189 2 2.772 乙烯基正丁醚 111-34-2 C6H12O 0.392 3 3.293 2-乙氧丙烷 625-54-7 C5H12O 0.054 4 3.502 2, 4, 5-三甲基-1, 3-二氧环烷 3299-32-9 C6H12O2 0.460 5 3.993 1, 3-丙二醇单乙醚 111-35-3 C5H12O2 0.081 6 4.137 4-甲基-1, 3-二氧六环 1120-97-4 C5H10O2 0.081 7 4.737 缩醛 105-57-7 C6H14O2 4.735 8 7.209 1-(1-乙氧基乙氧基)-丁烷 57006-87-8 C8H18O2 0.487 9 9.873 1, 1’-[亚乙基双 (氧基)]二丁烷 871-22-7 C10H22O2 7.021 10 15.040 2-正丁烷 61962-23-0 C7H16O 0.081 11 15.116 2-丁氧基戊烷 61962-23-1 C9H20O 2.597醇类化合物 1 18.906 4-甲氧基羰基丁基-1-甲基-2-甲氧基羰基乙基醚 61962-23-2 C11H20O5 1.163 2 1.563 乙醇 64-17-5 C2H6O 0.988 3 2.417 正丁醇 71-36-3 C4H10O 21.050 4 2.900 2, 3-丁二醇 5341-95-7 C4H10O2 0.014 5 4.226 (S)-(+)-2-庚醇 6033-23-4 C7H16O 0.054 6 5.586 1, 2-丁二醇 584-03-2 C4H10O2 0.054 7 6.282 1, 2, 3-丁三醇 4435-50-1 C4H10O3 0.406 8 7.482 1-(1-甲基丙氧基)-2-丙醇 53907-95-2 C7H16O2 0.271 9 22.856 2-[(Z)-9-十八烷氧基]乙醇 5353-25-3 C20H40O2 4.694酮类化合物 1 26.098 3-辛癸酮 18261-92-2 C18H36O 0.933 2 30.716 1, 3-二甲基甘脲 4523-63-1 C6H10N4O2 1.691醛类化合物 1 1.495 乙醛 75-07-0 C2H4O 1.975 2 4.320 正己醛 66-25-1 C6H12O 0.081其他化合物 1 7.395 二甲基砜 67-71-0 C2H6O2S 0.081 2 11.920 N-甲基二乙醇胺 105-59-9 C5H13NO2 0.068 3 30.871 云杉苷 530-14-3 C14H18O7 2.246

2.2 荸荠皮挥发性成分种类分布

荸荠皮及其乙醚提取物挥发性成分组成的响应雷达图如图3所示。两者在雷达图中主要涉及的烷类、芳烃、烯类、卤烃类、醚类、酯类、醛类、酮类、醇类、酚类、脂肪酸类及其他等12种挥发性化合物风味轮廓差别很大，响应值也存在明显差异。荸荠皮乙醚提取物雷达图的面积显著大于荸荠皮粉，各组分响应值只有醇类的影响值比较接近，其余各组分都具有明显的差异。其中，荸荠皮粉主要挥发性成分为脂肪酸和醇类，其他组分含量很低；而乙醚提取物中主要为酯类、醇类、醚类和烷类。

2.3 荸荠皮挥发性组分比较

为可视化荸荠皮粉和荸荠皮乙醚提取物之间挥发性化合物组成的异同，根据表1和表2中的挥发性组分进行维恩图（图4）和Scatter图分析（图5）。图4显示两者的挥发性化合物组成存在显著差异，在荸荠皮粉和其乙醚提取物中检测出5个相同的挥发性化合物，分别是乙醇、乙酸、乙酸乙酯、正己醛、乙醛、正十六烷，其中乙醇、乙醛和乙酸乙酯低浓度下呈现醇香及果香，而乙酸、正己醛、正十六烷均属于有一定刺激性气味。在挥发性组分的种类中，由图5所示，除去其他类，荸荠皮乙醚提取物的挥发性组分种类较少，为7类，而荸荠皮粉中共有11类挥发性化合物；从分布情况看，醇类、酮类和醛类最为接近，酯类和脂肪酸类相差最大。醇类和酯类在香料的应用上广泛，通常作为主香剂和辅助剂使用[8]。荸荠皮乙醚提取物中酯类和醇类含量最高，对香味贡献率高；而醚类和烷类次之，一般提供香气或刺激性气味；醛类主要提供脂肪香及柑橘香、杏仁香等果香，对挥发性气味也提供一定贡献。荸荠皮粉中脂肪酸含量最高，其次是醇类；但酸类中仅是乙酸含量达41.61%，其余脂肪酸仅7.47%，但乙酸所提供的明显酸性气味并不属于荸荠特征性香味，推测是荸荠去皮时的机械损伤及60 ℃烘干过程中产生的酸败所致，且由于一般酸类组分的挥发性较小，呈香性比较差，认为对香气贡献不如醇类和酯类。从整体上讲，荸荠皮粉和其乙醚提取物挥发性成分的种类和含量差别显著。

图3 荸荠皮挥发性组分分布雷达图

图4 荸荠皮挥发性组分维恩图

图5 荸荠皮挥发性组分Scatter图

3 结论

顶空固相萃取（SPME）是一种无溶剂且方便操作的新型样品前处理萃取技术，通过萃取头的吸附和解吸来完成香味成分的萃取和分离，是萃取样品中挥发性成分的有效技术手段，被广泛应用于水果、饮料、肉制品等香味分析中[9-11]。气相色谱-质谱联用（GC- MS）技术可直接对多种成分的挥发性样品进行分析，通过结合GC色谱的分离功能和MS定性功能，可快速对含量分布不均匀且基质复杂的挥发性物质进行定性和定量分析，是最重要的风味物质分析手段[12-13]。

试验采用SPME-GC-MS技术对荸荠皮及其乙醚萃取物的挥发性化合物进行分析鉴定。GC-MS检测结果显示，荸荠皮粉含有93种挥发性化合物，其中烷类5种、芳烃类4种、烯类15种、卤烃类2种、醚类4种、酯类12种、醛类14种、酮类9种、醇类14种、酚类1种、脂肪酸类10种及其他类3种；荸荠皮乙醚提取物中含有57种挥发性化合物，其中烷类11种、醚类12种、酯类16种、醛类2种、酮类2种、醇类8种、脂肪酸类3种及其他类3种。两者的挥发性化合物组成存在显著的差异，其中荸荠皮粉主要挥发性成分为脂肪酸类和醇类，其他组分含量很低；乙醚提取物中主要为酯类、醇类、醚类和烷类。有相同挥发性化合物5种，分别是乙醇、乙酸、乙酸乙酯、正己醛、乙醛、正十六烷。从类型分布看，两者的醇类、酮类和醛类最为接近，酯类和脂肪酸类相差最大；荸荠皮乙醚提取物中酯类和醇类含量最高，而醚类和烷类次之；荸荠皮粉中脂肪酸含量尤其是乙酸含量最高，其次是醇类，推测是由于原料经热加工失水后更易发生氧化酸败反应造成的。总之，乙醚对香味贡献率高的酯类和醇类提取有较好的效果，但荸荠皮粉和其乙醚提取物挥发性成分的种类和含量差别均十分显著，通过对两者挥发性化合物分析，明确其风味差异的原因，可为完善荸荠风味剂提取工艺提供理论依据。