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姜油树脂中主要活性成分的GC/MS检测条件研究

2021-05-14 来源:乌哈旅游
2012年第10期 总第37卷 中国调味品 CHINA CONDIMENT 分析检测 姜油树脂中主要活性成分的GC/MS检测条件研究 李霞,杜爱玲 ,王艳,杜爱琴 (山东大学化学与化工学院,济南250061) 摘要:针对姜油树脂中烯类和酚类物质的特点,调整气相色谱一质谱联用方法的测试条件,获得了适于超 临界CO2萃取的姜油树脂成分分析的GC/MS测试方法。在选定的检测条件下,可分析姜油树脂中主 要的活性成分,检出物30多种。其中烯类主要成分or-姜黄烯(3.69 )、姜烯(17.11 )、口一法尼烯 (2.28 )、f}-没药烯(5.12 )和f}-倍半水芹烯(7.77 )等倍半萜类化合物的分离效果好。姜辣素类的 主要物质姜酚(7.70 )在检测过程中受热部分分解形成姜酮(30.36 )等热解产物,因此须同时计量分 解和未分解部分。 关键词:姜油树脂;GC/MS;烯类成分;姜辣素 中图分类号:TS264.3 文献标识码:A 文章编号:1000--9973(2012)1O—OO88—05 A Conditional Study of Analyzing the Main Active Compositions in Ginger Oleoresin with Gas Chromatography—Mass Spectrometry LI Xia,DU Ai-ling ,WANG Yan,DU Ai—qin (School of Chemistry and Chemical Engineering,Shandong University,ji nan 250061,China) Abstract:In light of the characteristics of the olefins and pungent compounds in ginger oleoresin,the adj usted gas chromatography and mass spectrometry technique was employed to analyze the ginger 0一 leoresin products extracted by supercritical CO2 from ginger.More than 30 components were detected under the optimization conditions.a—curcumene(3.69 ),zingiberene(17.11 ),a—farnesene (2.28 ), ̄-bisabolene(5.12 ),and sesquiphellandrene(7.77 )the mainly sesquiterpene hydro— carbons active components of the olefins were precisely separated.The pungent compounds were mainly gingerol(7.70 A)and 0zingerone(30.36 A)produced by the thermal0 degradation of gingerols in the analysis.Consequently,the thermal degradation parts and undecomposed were taken into account simultaneously. Key words:ginger oleoresin;GC-MS;olefins compounds;pungent compounds 生姜既是历史悠久的根茎类香辛调味料,又是传 统的中医药材。生姜精油和姜油树脂是可以作为现代 分主要是具有芳香气味的挥发油成分和代表生姜特征 辛辣风味的姜辣素类化合物,即烯类和酚类物质 卜引。 调味料的生姜提取物,特别是超临界流体萃取所获得 的姜油树脂中含有生姜的全部风味和香气,其活性成 人们对这些活性成分的药用价值 引、风味品质 、营 养价值已有一定认识,国外也陆续有从生姜提取物中 收稿日期:2012—04—12 *通讯作者 基金项目:科技部农业科技成果转化项目(2008GB2C600178) 作者简介:李霞(1986一),女,山东莱芜人,硕士研究生,主要研究方向为天然产物有效成分的分离; 杜爱玲(1956一),女,山东烟台人,硕士,教授,主要研究方向为天然产物有效成分的提取分离,以及材料腐蚀与防护。 一88— 2012年第1O期 CHINA CoNDlMENT 中国调味品 分析检测 总第37卷 分离鉴定出多个活性成分的报道 ¨ ,这些研究主要 局限于含较多挥发性成分的姜精油的成分检出口‘ 。 姜油树脂成分复杂啪],适于采用GC-MS进行全面分 析,但分析条件会对结果产生各种影响,例如,热敏性 物质分解或转化,挥发性物质流失等,影响检测的准确 性。超临界CO 萃取所得姜油树脂的成分受原料和 萃取条件影响很大,为了全面评价姜油树脂的风味特 色并保证其品质的稳定,本文将在前期研究的基础上, 考察测试条件对分析结果的影响,获得适用于超临界 CO 萃取所得姜油树脂的GC-MS分析条件。 1 材料与方法 1.1主要实验仪器 气质联用仪HP6890N一5972NMSD美国安捷伦 公司。 1.2主要试剂 乙醇、甲醇均为色谱级;纯净水经抽滤机过滤制备。 1.3样品来源 超临界二氧化碳流体萃取的食用级姜油树脂。 1.4试验方法 1.4.1样品的处理 取5O L姜油树脂于1O mL容量瓶中,用乙醇定 容至刻度。 1.4.2 GC/MS测试条件 GC/MS技术是以气体作为流动相的一种色谱分 析方法,色谱柱是色谱仪的核心部件,柱温、载气流速、 分流比等直接影响分离效果和分析时问,前期的研究 中我们确定了柱温为60 ̄270℃、载气为氦气,流速为 1 mL/min、分流比为20:1、离子源温度为250℃。 本试验中,主要改变升温速率、进样口温度、传输 线温度,用同一样品进样,考察其保留时间、峰面积和 分离度等,对比不同条件下的分离效果以及姜酚的稳 定性等,确定较好的检测条件。对于具有芳香气味的 烯类物质重点考察相对含量和分离度,对于姜油树脂 的辣味组分酚类物质重点关注受热转化的状态。 分离度Rw是评价色谱柱分离总效能的指标,色 谱峰峰宽分离度可以通过下式进行计算: Rw--— 一一 。 式中:d表示峰间距,t 表示保留时间,Yw表示峰 宽。 2 结果与讨论 2.I 实验条件对测试结果的影响 2.1.1升温速率的影响 调整升温速率分别为10,l5,20℃/rain,其他条 件为:柱温为6O~270℃、载气为氦气,流速为 1 mL/min、分流比为2O:1、进样口温度270℃、传输 线温度270℃、离子源温度为250℃。考察不同升温 速率对主要物质含量、保留时间和分离度的影响。实 验结果见图1和表1、表2。表中选择具有代表性的酚 类和烯类物质进行了含量归一化处理。 目PE_ f 鼍— R个!fl0 l4 7 ∞ ∞为∞ 帅 ∞m O 7.13 虬… , O l 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1l l2 l3 l4 时间(min) 嚣 l0 12 b(15 T_Jmin) ,03 14.42 萋罨1o l &噬 。蜘 唧 , 姗 卜 0】 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ll 12】3 14】5 16 时问(rain) 0 2 4 6 8】0 12 14】6】8 2o 22 24 26 28 3o 32 时间(mil1) 圈1 不同升温速率时的GC-MS总离子流明 Fig.1 GC-MS total ion chromatogram of ginger oleoresin with different heating rate 一89一 2012年第1O期 中国调味品 分析检测 CHINA c0NDIMENT 总第37卷 裹1 不同升温速率检测时主要燔类物质问的分离度 Table 1 The resolution between the main olefins of GC-MS with different heating rate 序号 升温速率(℃/min) Rcl z】 Rz1 c2 Rc2m Rms a 2O 2.13 1.88 1.5O 1.25 b 15 3.16 2.36 1.60 2.O0 c 10 4.07 2.44 1.65 3.81 注:表中Cl为姜黄烯(Curcumene),e2为没药烯(Cyclohex— ene)}zl为姜烯(Zingiberene)lm为中间物,s为倍半水芹烯 (Sesquiphellandrene),下同。 裹2不同升温速率检 时各主要活性物质的相对含量 Table 2 The relative content of the main chemical compositions with different heating rate 结果表明:测试越快,各物质出峰越快,但是峰距 小,分离度低(计算结果见表1);同时当升温速率较高 时姜酚大量的转化为姜酮,升温速率为2O℃/rain时, 姜酮含量为35.10 ,见表2。而在升温速率为 10℃/rain时,样品的分离度较高,此时只有少部分姜 酚转化为姜酮,姜酚的量为8.23 ,姜酮的量为 22.25 ,烯类物质的含量达到70 9,6左右,此时对于姜 油树脂中各物质的检测与分离都较有利,测试时间也 比较合理,因此确定升温速率为1O℃/min。 2.1.2进样口温度的影响 控制进样口温度分别为270,280,300℃,升温速 率1O℃/min,其他条件与2.1.1节相同。考察样品 在此条件下的主要物质含量、保留时间和分离度的变 化。实验结果和分析见图2、表3和表4。 100 d(270℃) 皇喜蠡50  ln12 40 ∞I 薹 【 - &65 0 f L , 。 。 伍 .醅抛 0 —9O i0o 90 c ̄2tlU ) =i 56o0 l 40 30 【 I 20 \ & 1 14A5 1O O 。05 ’螂J l“÷ }l7l l 嗍8 口,2o∞ 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 2o 22 时问(arin) l∞ 10.12 f(290℃) £柏 萋 0 . m , 。。 慨 一t 0 1 2 3 4 S 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 时问(ndn) 圈2不同进样口温度时的GC.MS总离子流圈 Fig.2(X、-MS total ion chromatogram of ginger oleoresin with different injector temperature 表3不同进样口温度时主要爝类物质问的分离度 Table 3 The resolution between the main olefins of GC-MS with different injector temperature 表4不同进样口温度检测时各主要活性物质的相对含量 Table 4 The relative content of the main chemical compositions with different injector temperature 数据表明进样口温度对各物质出峰时间的影响较 小,同时样品的分离度也无显著差别(见表3),但是当 温度为270℃时姜酚出峰有延迟而且此时姜酚的含量 较少仅为2.71 ,而在3.00℃下烯类物质等轻组分大 量挥发,基本未被检测出,同时大量姜酚被转化,姜酮 的含量较高,达到62.97%。考虑各物质检测的灵敏 2012年第1O期 CHINA CoNDIMENT 中国调味品 分析检测 总第37卷 度,最终选择280℃为进样温度。 2.1.3传输线温度的影响 分别调整传输线温度为220,270,290℃,进样口 温度280℃,其他条件与2.1.2节相同。然后考察样 品在此条件下的主要物质含量、保留时间和分离度的 变化。实验结果和分析见图1中C、图2中e、图3、表 5和表6。 数据表明:传输线温度的变化对于各物质的检测 影响较小,姜酮和姜烯的含量都相对平稳。但在 290℃下姜酚含量低。在270℃下样品的分离度较 高,此时各物质均能被检测出,烯类物质的总含量较 高,姜酮与姜酚的含量也处于一个相对合理的水平。 所以最终确定传输线温度为270℃。 l0o 羹 8目PqiI∞ ∞∞∞卯∞ 萋嚣 1 啦 O 量 。型! .鸯j .印一 o 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1o 11 l2 l3 l4 l5 时间(min) 圈3传输线温度为290℃时的GC-MS总离子流圈 Fig.3 GC-MS total ion chromatogram of ginger oleoresin with different transmission 290℃ 表5不同传输线温度时主要燔类物质间的分离度 Table 5 The resolution between the main olefins of∞MS with different transmission temperature 表6 不同传输线温度检测时各主要活性物质的相对含量 Table 6 The relative content of the main chemical compositions with different transmission temperature 2.2确定的实验条件及测试结果 根据以上实验及分析,所确定的检测条件如下:色 谱条件:起始温度6O℃,不停留,以1O℃/min速率升 温至270℃、进样口温度为280℃,分流比20:1;载 气为氦气,流速1 mL/min,传输线温度270℃。质谱 条件:电离方式为电喷雾电离(EI)电子能量7O eV,离 子源温度为250℃,扫描范围50~400 amu。在此检 测条件下进行姜油树脂样品的检测,最终所得的 GC/MS总离子流图见图4,分离度和主要物质归一化 含量见表7、表8,检出物成分见表9。 v£口FI ∞m 0 5 1O l5 2o 25 30 35 4o Time(rain) 圈4薹油树脂GC-MS总离子色谱圈 Fig.4 GC-MS total ion chromatogram of ginger oleoresin 表7 GC/MS检测中各主要烯类物质问的分离度 Table 7 The resolution between the main olefins compounds of GCI-MS 表8姜油树脂中各主要活性物质的相对含量 Table 8 The relative content of the main chemical compositions of ginger oleoresin with GC—MS 3 结论 姜油树脂中主要含有芳香味的烯类和具有辛辣气 味的酚类两大类有效成分,采用GC/MS方法可以比 较系统地分析这两类物质,本文的研究证明,测试条件 对姜油树脂风味品质的结果影响很大。 通过实验可知,进样口温度过高,会使芳香味的烯 类物质大量损失,调整色谱和质谱条件可对相似度较 高而不易分离的烯类物质获得较高的分离度,可检出 ~9】一 2012年第1O期 中国调味品 CHINA C0NDIMENT 分析检测 总第37卷 的烯类物质也比较多。对易受热转化的辛辣组分姜酚 类物质,在GC/MS方法中无法完全控制其转化,应当 按照姜酚与姜酮的总量估算酚类物质含量 检测出了 己醛(4.89%)和辛醛(1.80 ),它们是姜酚转化为姜 酮时的热解产物。 选定的检测条件为:以1O℃/min速率升温至 270℃、进样口温度为280℃,分流比20:1;载气为氦 气,流速1 mL/min,传输线温度270℃。质谱条件:电 离方式为电喷雾电离(ED电子能量7O eV,离子源温 度为250℃,扫描范围50,--,400 amu。在此条件下,检 出主要物质3O种,重现性良好。 表9姜油树脂样品中主要化学成分及相对含量 Table 9 The main chemical compositions of ginger oleoresin and their relative content 3.19 己醛 c6H12O 4.89 5.11 辛醛 C8Hl60 1.80 7.7O 2一莰醇 C1oHl80 0.6O 8.13 癸醛 CloH20O 5.89 11.50雪松烯 C15H24 O.30 l1.75 榄香烯 ClsH2t O.32 12.6O柏木烷一8S,14_二:醇 C15H26 O2 O.35 13.07雪松烯 Cl5H24 0.41 13.61 ;,H4一a苯,5并,环6,庚7,烯8-六氢化。3’5’5’9一四甲基一 ClsH24 2.02 13.72 口一姜黄烯 Cl5H22 3.69 13.99 姜烯 C15Hz4 17.11 14.11 a一金合欢烯 C15H“ 2.28 14.27 没药烯 C15H“ 5.12 14.67 倍半水芹烯 C15H“ 7.77 15.28 柏木烷一8s,14一二醇 Cl5H26O2 0.36 l5.40 3,7,11一三甲基一1,6,10一十二烷三烯一3一醇 乙酸酯 Cl7H2sO2 0.34 15.96 4一(3一羟基一1一丙烯基)一2一甲氧基一苯酚 Cl0H12O3 0.42 17.O5 革澄茄油烯醇 Cl5H26O 0.34 17.53 姜酮 CllH“()3 30.36 —92一 续 表 参考文献: [1]王颖,李东伟.生姜的研究进展[J3.中国药业,2006,15(9): 62—63. [23熊华.生姜的应用研究进展I-J].中国调味品,2009,34 (11):38—54. [3]王林,阎东海,陈建玉.姜提取技术及其研究进展[J].中 国中医药信息杂志,2006,13(11):96—98. [4]SHUKLA Y,SINGH M.Cancer preventive properties of ginger[J].Food and Chemical Toxicology,2007,45(5): 683-690. F5]HIROE K.Antioxidant effects of some ginger components EJ].Food Science,1993,58(6):1407—1410。 [6]朱路,王贵林.姜的药理作用研究进展[J-I.长江大学学报 (自然版),2006,3(1):321—324. [7]陈燕,倪元颖,蔡同一.生姜提取物的综合利用与深加工 研究[J].食品工业科技,2000,21(4):76—78. [8]NIGAM M C,NIGAM I C,LEVI L.Canadian Journal of Chemistry,1964,42:2610 [9]TERIS A,VAN B,GERRIT P,et a1.Isolation and Identi— fication of the Five Major Sesqwiterpene Hydrocarbons of Ginger[J].Phytochemical Analysis,1991(2):26—34. (下转第97页) 2012年第10期 总第37卷 CHINA C0NDIMENT 中国调味品 分析检测 铁(1I)标准溶液的pH值一致,定容,即为待测样品溶 液。吸取1.00 mL样品溶液于10 mL比色管中,按实 3 结论 本文建立了铁(Ⅱ)一邻菲J罗啉一亮黄体系分光光度 验方法测定铁含量,并与国标法一原子吸收分光光度 法对照 引,结果见表3。同时进行加标回收试验,结果 见表4。 表3样品中铁的测定结果 Table 2 Results for the determination of iron in samples 一5 法测定酱油中铁,方法快速、准确、重现性好,试剂价廉 易得,灵敏度和选择性优于传统的邻菲哕啉比色法,适 于低铁含量样品的快速测定。 参考文献: [13孔祥瑞.必需微量元素的营养、生理及临床意义[M].合 肥:安徽科学技术出版社,1982. [23迟锡增.微量元素与人体健康[M].北京:化学工业出版 社,1997. [3]黄伟坤.食品检验与分析[M].北京:中国轻工业出版社, 1995. [4]魏琴,杜斌,王云.Fe(Ⅱ)一BPT-Tween-20体系测定食品 中的微量铁[J].食品与发酵工业,1990(6):69-71. [5]马卫兴,张颖,罗珊珊,等.发酵调味品中铁的测定新方法 研究及应用[J].中国酿造,2009(11):127-129. [6]GB/T 5009.90--2003,食品中铁、镁、锰的测定[s]. (上接第92页) [15]战琨友,王超,徐坤,等.气相色谱一质谱技术分析姜油树脂 中的挥发性及非挥发性成分[J].色谱,2008,26(6):692— 696. [10]KOKUZAKI H,NAKATANI N.Cyclic diarylheptanoids from Rhizomes of Zingiber officinale[J].Phytochemistry, 1991,57(30):3647—3651. [16]郭晓菲.SC-COz萃取姜油树脂及与其他提取方法的对比 [D].济南:山东大学,2005:5. 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