利用HS-SPME联动GC-MS对仙人掌果挥发性香气成分分析①

陈恺嘉 陈金明 石灿焕

(广州联丰香料科技有限公司 广东广州510663)

仙人掌果（Opuntia ficus-indica）为仙人掌属（Opuntia）植物的果实［1］，原产地为南美洲，在我国海南等沿海亚热带地区也有部分种植，其果皮毛刺多，果肉可食用，肉色多为红色或紫色，酸甜可口［2］。据记载，仙人掌果可祛湿退热、行气活血，有清热解毒、健胃止痛、镇咳的功效［3］。研究表明，仙人掌果属于高蛋白、低脂肪、低糖、高膳食纤维水果，含有丰富的维生素、矿物元素和黄酮类化合物。仙人掌果还可改善血管脆性、有效降低血脂和胆固醇，可用于预防冠心病、心绞痛、支气管哮喘等疾病［4］。目前对于仙人掌果的研究主要集中对其中多糖［5］、色素［6］、黄酮类［7］等成分的提取研究上，也有对仙人掌果开发产品应用方面的报道研究，如利用鲜仙人掌果制作仙人掌果果醋［8］、单独利用仙人掌果制作仙人掌果果酒［9］、功能性仙人掌果果汁乳饮料［10］或配合黑枸杞研制仙人掌果黑枸杞复合果酒饮料［11］等。而对于仙人掌果的香气成分构成，却鲜见报道。

顶空-固相微萃取技术（head space-solid phase microextraction， HS-SPME），是近年来使用广泛的一种前处理方法，具有用样少、操作简便、成本低廉、无有机溶剂污染风险的特点，是一个集萃取、浓缩、进样于一身的样品前处理技术［12］。HSSPME联动GC-MS检测技术，是一个鉴定挥发性成分的有力工具，食品风味组分分析的有效手段［13］。据报道，Pontes等［14］采用顶空固相微萃取—气相色谱—四级质谱联用技术从西番莲果中提取出71种风味组分。赵峰等［15］用HS-SPME与GC-MS联用在红富士苹果中检测出55种芳香成分。韩素芳等［16］建立采用固相微萃取-气相色谱-质谱联用测定杨梅香气组分的实验方法。HS-SPME联动GC-MS逐渐成为分析食品风味组分最有发展前景技术之一［17］。

本试验将采用HS-SPME联动GC-MS检测方法对仙人掌果进行香气提取分析，为仙人掌果的深加工和利用提供基础。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 试材

仙人掌果购自海南三亚益优果果园；氯化钠：分析纯，广州化学试剂厂。

1.1.2 设备

手动SPME进样器（Supelco，美国），75 μm CAR/PDMS萃取头（Supelco，美国），15 mL SPME专用样品采集瓶（Supelco，美国），安捷伦气相色谱（7890A）-质谱联用仪（5975C）（Agilent，美国），恒温磁力加热搅拌器（上海科升ZNCL-DLS，中国），电子天平（A&D公司，日本），移液枪（Eppendorf，德国）。

1.2 方法

1.2.1 萃取头活化

将萃取头插入进样温度设定为250℃的气质联用仪进样口中进行活化，目的是对可能残留在萃取头中的物质尽可能除去，避免干扰之后试验效果，活化时间为30 min。

1.2.2 样品顶空吸附

取仙人掌果鲜果去皮取肉，切碎打浆，取8.0mL样品和2 g氯化钠置于15 mL采集瓶中，于30℃的恒温磁力搅拌器内水浴平衡15 min，将老化好的萃取头通过带孔隔垫插入采集瓶，推出纤维头，30℃条件下顶空吸附45 min后取出，立即插入气质联用仪进样口，于250℃下解吸3 min后进行色谱分析。

1.2.3 仪器工作条件

（1）色谱条件：Agilent 19091S-433毛细管色谱柱（30 m×250 μm×0.25 μm）；进样口温度250℃，载气为高纯氦气（纯度＞99.999%），流速为0.8 mL/min，恒压31.1 kPa；升温程序：初始温度50℃，保持3 min，以3℃/min升温至180℃，保持2 min，最后以5℃/min升温至250℃，保持18 min。不分流进样［18］。

（2）质谱条件：电离方式EI，采集模式为全扫描，质量扫描范围50.00～550 amu，溶剂延迟0.00 min，EMV模式为增益模式，增益系数1.00，MS离子源温度230℃，四级杆温度150℃［18］。

1.2.4 数据分析

将采集到的质谱图与NIST 08标准谱库对照，结合相关文献［19-20］进行人工谱图解析，对样品进行定性分析；采用峰面积归一化法计算各化学成分的相对含量。

2 结果与分析

按照试验方法提取并分析样品，确定了仙人掌果肉中24种挥发性化合物。表1为利用峰面积归一法所测得的各化合物在总挥发性化合物成分中的相对含量：

通过SPME-GC-MS鉴定仙人掌果果肉中的挥发性化合物，得出仙人掌果果肉的挥发性化合物共24种，包括6种酯类化合物，5种醇类化合物，5种烯烃类化合物，4种醛类化合物，2种醚类化合物，1种酮类化合物和1种杂环类化合物。其中酯类化合物的相对含量为16.922%，醇类化合物的相对含量为18.929%，烯烃类化合物的相对含量为4.634%，醛类化合物的相对含量为49.378%，醚类化合物的相对含量为1.721%，酮类化合物和杂环类化合物的相对含量分别为7.280%和1.136%。由此看出，仙人掌果的挥发性香气物质主要类别为醛类、醇类和酯类化合物。

仙人掌果中相对含量高于5%的挥发性香气化合物成分有6种，分别为正己醛（32.301%）、反-2-己烯醛（叶醛）（15.028%）、正辛醇（10.056%）、乙酸异戊酯（9.251%）、α-鸢尾酮（7.280%）、顺-3-己烯醇（叶醇）（5.709%），共占挥发性香气物质总量的79.625%。占挥发性香气物质总量在1%～5%的香气成分有10种，2-甲基丁基乙酸酯（2.281%）、乙酸叶醇酯（1.727%）、己酯（1.695%）、顺-2-乙酸己酯（1.558%）、β-蒎 烯（1.541%）、 乙 酸 己 酯（1.528%）、 苯 甲 醛（1.198%）、 2-戊 基 呋 喃（1.136%）、二苯醚（1.037%）、苧烯（1.019%），共占挥发性香气物质总量的14.72%。

在鉴定出的醛类挥发物里，正己醛在低浓度时有水果样的特有香气和味道；反-2-己烯醛，又称叶醛，具有靑香、醛香和果香；反-2-庚烯醛具有果香和油脂香，也带青香气息；苯甲醛具有特殊的气味，类似苦杏仁的芳香气息。

酯类则多以乙酸酯为主，乙酸异戊酯具有强烈的水果香气，并带有梨的酸甜味道；乙酸己酯同样具有类似梨的酸甜风味；乙酸叶醇酯，具有令人愉快的水果气味、新鲜叶子的靑香及苹果香韵；乙酸苄酯，在稀释到40 mg/kg时具有香甜水果气息，是一种在食品和化妆品工业中被广泛应用的合成香料。

醇类化合物中以辛醇占比的相对含量最高，辛醇具有甜且稍带药草味的香气；正己醇则具有水果香气及芬芳风味；顺-3-己烯醇，又称叶醇，具有青香、药草香和绿叶香气；芳樟醇是典型的花香香气，且没有萜烯和樟脑的气味，加上工业合成出的芳樟醇比天然芳樟醇香气更为纯净和清鲜，是香水、香精配方中使用频率最高的香料。

除了3个相对含量占比大的类别外，其余类别中的挥发性香气物质亦有具特色的香气物质，如：β-蒎烯特有松节油香气、干的木香或树脂芳香；苧烯具有令人愉快的柠檬样香气、无樟脑和松脂类气味；对-伞花烃具强烈的、特有的、胡萝卜样气味，当其陈化后气味则渐变模糊；二苯醚具有香叶、天竺葵样香气；2-戊基呋喃具有豆香、果香、泥土、青香及类似蔬菜的香韵；α-鸢尾酮特有鸢尾样和紫罗兰样香气［20-24］。

香气值是香气组分含量与其香气阈值的比值，样品中香气值大于1的香气组分，我们视其为该样品的特征香气成分［25］。通过文献［26］查找挥发性物质的香气阈值，结合表1计算得出对应挥发性香气物质的香气值，从而确定仙人掌果的特征香气成分。将香气值大于1的仙人掌果挥发性香气物质提取配以对应的香气描述归纳成表2。

从表2可获悉，仙人掌果的特征香气成分物质有7种，其中带有靑香、叶香成分有4种，带果香的2种，还有一种香气成分描述未能找出。其中带靑香的4种香气成分中，辛醇较为特殊，因为它的靑香中带有油润的感觉，是其余3种成分中所没有的。特征香气成分中呈靑香的香气成分数量上多于果香，意味着仙人掌果的香气呈现是以靑香为主，果香为辅的香气特征，这也与我们试验前的感官香气评估结论相一致。

表2 仙人掌果中部分挥发性香气物质的香气值

3 讨论与结论

本试验利用了HS-SPME-GC-MS检测高效准确的特点，对仙人掌果的挥发性香气成分进行检测鉴定，共检测出有效香气成分24种，相对含量占比高于5%的挥发性香气成分分别为正己醛（32.301%）、反-2-己烯醛（15.028%）、正辛醇（10.056%）、乙酸异戊酯（9.251%）、α-鸢尾酮（7.280%）、顺-3-己烯醇（5.709%），共占挥发性香气物质总量的79.625%，主要为醛类、醇类和部分酮类和萜烯类化合物质。通过成分可量化香气值比较，确认7种主要香气贡献成分，分别为己醛，乙酸异戊酯，反-2-已烯醛，2-戊基呋喃，2-甲基丁基乙酸酯，乙酸叶醇酯和辛醇，确认仙人掌果以靑香为主，果香为辅的香气特征，符合试验前仙人掌果的感官特征风味。

在当前仙人掌果研究报道主要集中对其功能物，如多糖、色素、黄酮类的提取；少量对仙人掌果果品的应用开发，如果酒、果汁乳饮料，而缺乏深入剖析仙人掌果自身香气特性的研究背景下，本文利用HS-SPME-GC-MS针对性开展对仙人掌果挥发性香气成分的研究，为仙人掌的工业食品开发和利用提供基础数据支撑。