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荠菜芳香成分的
固相微萃取条件优化与分析
薛妍君1，张 丽2，冯 莉1，姜 丽1，郁志芳1，*
( 1.南京农业大学，江苏南京 210095;
2.苏州市农科院，江苏苏州 215155)
摘 要:采用固相微萃取与气相色谱－质谱联用方法分析荠菜香气成分，并通过单因素对比实验优化萃取条件。结果
表明:选用 50 /30μm DVB /CAＲ /PDMS萃取头，萃取温度 50℃、时间 40min，解析温度 250℃、时间 3min萃取效果最佳;
实验共鉴定有效香气成分 64 种，以醇类、醛类、烃类及含硫杂氧化合物为主。荠菜的特征香气成分主要有二甲基二
硫、正己醛、叶醇、青叶醛、二甲三砜、2，6－二甲基环己醇、β－紫罗兰酮等。
关键词:荠菜，香气，固相微萃取( SPME) ，气相色谱－质谱联用( GC－MS)
Optimization and analysis of volatile components of
Capsella bursa－pastoris L by SPME－GC－MS
XUE Yan－jun1，ZHANG Li2，FENG Li1，JIANG Li1，YU Zhi－fang1，*
( 1.Nanjing Agricultural University，Nanjing 210095，China;
( 2.Suzhou Academy of Agricultural Sciences，Suzhou 215155，China)
Abstract: SPME－GC－MS was used to analysis volatile components of Capsella bursa－pastoris and the extraction
conditions were investigated.Experimental results showed that the optimal SPME extraction time and temperature
were 40min and 50℃，while the desorption time and temperature were 3min and 250℃ by using DVB /CAＲ/PDMS
fiber.A total of 64 volatile components were identified mainly of which were aldehydes，alcohols，hydrocarbons and
other compounds including sulfide and heterocycle.The characteristic volatile components of Capsella bursa－
pastoris were disulfide，dimethyl; Hexanal; 3－Hexen－1－ol; 2－Hexenal，( E) － ; Dimethyl trisulfide; Cyclohexanol，2，
6－dimethyl－ ; 3－Buten－2－one，4－ ( 2，6，6－ trimethyl－1－cyclohexen－1－yl) －and so on.
Key words: Capsella bursa－pastoris L; volatile components; SPME; GC－MS
中图分类号:TS255. 3 文献标识码:A 文 章 编 号:1002－0306(2015)01－0328－06
doi:10． 13386 / j． issn1002 － 0306． 2015． 01． 061
收稿日期:2014－03－10
作者简介:薛妍君 ( 1987－ ) ，女，硕士研究生，研究方向: 果蔬采后生
物学。
* 通讯作者:郁志芳( 1960－ ) ，男，博士，教授，研究方向: 农产品加工
与贮藏。
基金项目:江苏省农业科技自主创新资金( CX( 13) 5076) 。
香气是衡量果蔬品质的重要指标，固相微萃取
(solid phase microextraction，SPME)技术作为一种新
的样品中挥发性和半挥发性有机物的分析方法，可
与气相色谱(GC)、气相色谱－质谱(GC－MS)、液相
色谱－质谱(LC－MS)联用，因此，自 20 世纪 90 年代
出现以来受到广泛关注并大量应用于各类食品、环
境及生物样品的检测中［1－2］。目前，已通过 SPME 技
术鉴别出香气成分的蔬果主要有桃子［3］、草莓［4］、樱
桃［5］、哈密瓜［6］、龙眼［7］、冬瓜［8］、洋葱［9］、南瓜［10］等。
SPME 萃取过程受萃取纤维涂层种类、萃取温
度、平衡时间、解析温度及时间、无机盐添加量等很
多因素影响，萃取参数不同，结果存在很大差异［11］。
近年来，很多文献针对不同实验材料对 SPME操作参
数进行了优化介绍，但 SPME分析荠菜中香气物质的
研究鲜见报道。
荠菜为十字花科荠菜属，一、二年生草本植物，
作为食物常以嫩茎、叶供食用，气味清香甘甜。由于
富含谷氨酸等多种氨基酸，味道鲜美至极，被誉为
“野菜之上品”。就香气而言，荠菜多呈现馥郁的草
叶清香和蔬果香气，郭华等通过同时蒸馏萃取方法
提取荠菜挥发油并确定其主要呈香物质为叶醇、乙
酸叶醇酯及含硫化合物等［12］，这与刘宇等通过水蒸
气蒸馏法获得的荠菜挥发油成分略有差异。后者发
现，荠菜挥发油中长链烷烃和有机酸类化合物含量
较高，萜类及酯类化合物含量较低［13］。本文拟采用
SPME与 GC－MS 联用分析荠菜香气成分，并通过萃
取头的选择、萃取温度及时间、解析温度及时间等单
因素优化实验，建立 SPME萃取荠菜香气成分的最佳
体系并明确荠菜芳香成分的组成和特征。
329
1 材料与方法
1.1 材料与仪器
野生荠菜 2012 年 11 月采自南京郊外，成熟度一
致、无机械损伤、无病虫害，经分级→清洗→除杂→
去黄叶→剪除根部后沥干水分备用。
Trace GC－ MS 气相色谱－质谱联用仪 美国
Thermo公司;Tri－Plus 自动进样器 美国 Thermo 公
司;100μm PDMS、85μm PA、50 /30μm DVB /CAＲ /
PDMS萃取头 美国 Supelco公司;15mL萃取瓶 安
捷伦科技有限公司。
1.2 实验方法
1.2.1 原材料处理方法 选取大小相同、成熟度一
致的荠菜 500g，切成 1cm长的小段，随机取样于液氮
中研磨成细粉状［14］，冻藏备用。取样重复三次。
1.2.2 SPME技术参数优化设计 以萃取头种类、萃
取温度、萃取时间、解析温度及时间为单因素设计优
化实验。萃取头选用 100μm PDMS、85μm PA、50 /
30μm DVB /CAＲ /PDMS;萃取温度控制在 30～70℃之
间，设计 30、40、50、60、70℃五个水平;萃取时间以
20、30、40、50、60min为时间梯度。
解析温度及时间对比实验:设计 230～270℃五个
温度水平和 1～5min五个时间水平，分别探究解析温
度和时间对萃取结果的影响。
1.2.3 SPME 操作方法 准确称取研磨好的荠菜
2.0g于 15mL萃取瓶中，用聚四氟乙烯衬里的硅橡胶
垫密封后置于水浴锅中平衡 20min，将固相微萃取头
在气相色谱仪进样口老化，100μm PDMS 老化温度
250℃、时间 0.5h;85μm PA 280℃老化 1h;50 /30μm
DVB /CAＲ /PDMS老化温度 270℃、时间 1h。萃取吸
附结束后将萃取头插入 GC－MS进样口解析脱附。
1.2.4 GC－MS 分析条件 GC 条件:HP－5MS(30 ×
0.25 × 0.25)色谱柱，反复实验确认升温程序为初温
35℃，保留 2min，以 5℃ /min 的速度上升到 80℃，保
持 1min;再以 8℃ /min 上升至 180℃，保留 1min;最
后以 10℃ /min上升至 250℃，保留 2min;进样口温度
250℃，载气为 He气，柱流量 1mL /min，不分流进样。
MS条件:离子源温度 200℃，电离方式 EI，检测
温度 240℃，电子能 70ev，灯丝电流 150μA，扫描范围
33～540。
1.2.5 图谱解析 通过对总离子色谱图峰的分析，
经计算机与 NIST Library 和 Wiley Library 质谱库匹
配，挑选出匹配度和反匹配度大于 800(最大值
1000)的信号峰，根据相对分子质量、化学式及分子
结构确定峰物质名称。按峰面积归一化法计算百分
含量。
1.2.6 数据统计 采用 Excel 2007、SPSS18.0 软件对
数据结果进行统计处理及显著性分析。
2 结果与分析
2.1 萃取参数优化
2.1.1 萃取头的选择 萃取头极性和厚度是固相微
萃取技术的核心，对目标物萃取效果有直接影响，不
同极性萃取头针对的目标物极性不同。本实验选用
的三种不同类型萃取头，PA 主要吸附极性半挥发性
物质，PDMS 吸附非极性挥发性物质，DVB /CAＲ /
PDMS则对挥发性及半挥发性物质都有较好的吸附
效果［15］。三种萃取头对新鲜荠菜风味物质的GC－MS
总离子色谱图如图 1 所示。
由图 1 可知，DVB /CAＲ /PDMS 萃取头对荠菜风
味物质分离效果最好，捕集香气组分数最多，为 61
种，且涵盖了其它两种萃取头所检测到的大部分化
合物;PDMS萃取头次之，分离香气组分 23 种，多为
长链烷烃，对醇、醛等极性化合物分离效果不好;PA
萃取头萃取效果最差，仅分离出 19 种香气成分，以
脂肪酸等极性化合物为主，故而荠菜香气捕集时宜
选用 DVB /CAＲ /PDMS萃取头。
2.1.2 萃取温度的优化 萃取温度对香气物质的分
离效果具有双重性。低萃取温度下香气物质挥发速
度慢，达到动态平衡的时间长，且低沸点化合物比重
增加;反之温度升高，萃取头吸附能力降低，萃取效
率减小。另外，高温使部分香气组分发生异构化或
裂解，影响分析结果的真实性［16－17］。实验设 30～70℃
五个温度水平，以归一法计算得到的总峰面积及总
峰面积与峰数的比值为优化依据［18］，经 GC－MS 分
析，所得结果见图 2。
随着萃取温度的升高，总峰面积和总峰面积 /峰
数值呈现上升趋势，其中 30℃和 40℃条件下，上升趋
势缓慢，50℃出现吸附高峰，总峰面积和总峰面积 /
峰数值达到最大，且升高趋势极显著(p ＜ 0.01)。继
续升高温度，二者数值均有不同程度降低，60℃降低
趋势极显著(p ＜ 0.01)，70℃显著(p ＜ 0.05)。高温导
致峰面积下降的原因可能是分析物在萃取涂层与基
质中的分配系数降低，影响了 SPME 的灵敏度。另
外，高温条件下，低沸点化合物流失严重，并在与高
沸点物质的竞争吸附中处于弱势地位，使得部分低
沸点成分不能被吸附或吸附量减少［19］。综合以上结
果，最佳萃取温度设定为 50℃。
2.1.3 萃取时间的选择 萃取时间对萃取结果的影
响如图 3 所示。40min前随着萃取时间的延长，总峰
面积及其与峰数的比值均增加，说明香气物质的吸
附量不断增大，20～40min内，总峰面积由 3.2 × 109 增
加到 4.1 × 109，变化极显著(p ＜ 0.01)，峰面积 /峰数
值变化显著(p ＜ 0.05)，40min时二者达到最大。50～
60min，峰面积稍有降低，但降低趋势不明显(p ＞
0.05)，峰面积 /峰数值趋于平衡，说明萃取头在
40min即处于吸附饱和状态，继续延长时间不会改善
吸附效果，这可能与待分析物的分配系数、样品基质
及体积、萃取头涂层的物理化学性质有关［20］，因此，
选择 40min为最佳萃取时间。
相对于萃取温度，时间选择对香气物质总峰面
积的影响要小得多。
2.1.4 解析温度和时间对萃取结果的影响 解析作
为固相微萃取操作的关键步骤，其温度和时间对结
果有重要影响。解析温度过高，物质脱附速度快，解
析时间短，但高温会缩短萃取纤维的使用寿命，同时
造成一些香气物质发生氧化、裂解或异构化反应，影
响实验结果的准确性;解析时间短易造成解析不完
全，污染后续样品分析，而长时间解析则会导致峰形
330
图 1 不同萃取头分离效果比较
Fig.1 Total ion chromatogram comparison of volatile flavor compounds extracted by PA(a)、
PDMS(b)and DVB /CAＲ/PDMS(c)coated fibers
图 2 萃取温度对总峰面积(a)
和总峰面积与峰数比值(b)的影响
Fig.2 Effect of extraction temperature on total peak area(a)
and total peak area－to－peak number ratio(S /N)(b)
图 3 萃取时间对总峰面积(a)
和总峰面积与峰数比值(b)的影响
Fig.3 Effect of extraction time on total peak area(a)
and total peak area－to－peak number ratio(S /N)(b)
331
变宽，损害分离效果［21］。实验预设 230～270℃五个温
度水平和 1～5min五个时间水平，分别探究解析温度
和时间对总峰面积的影响，结果见图 4。总峰面积随
解析温度的升高和时间的延长不断增加，当温度达
到 250℃，时间为 3min 时，峰面积值基本稳定，继续
升高温度或延长时间峰面积值无明显变化(p ＞
0.05)，因此确定最佳解析条件为 250℃，3min。
表 1 荠菜香气成分的 GC－MS分析结果
Table 1 Volatile composition of Capsella bursa－pastoris L
化合物名称
保留时间
(min)
相对含量
(%) 特征香气
乙醇胺 2.50 0.52
3－甲基－丁醇 3.21 0.39 具有青草、植物香气
戊醛 4.16 0.26
巴豆醛 6.71 0.13 重要的有机合成中间体，用于食品防腐剂山梨酸等
1－戊烯－3－醇 7.56 0.74 有果香、蔬菜香及辣根的气味。存在于香蕉甜瓜绿茶中
3－氨基－2，3－二氢苯甲酸 7.82 1.18
2－乙基呋喃 8.71 0.93 强烈的焦香香气，略有甜味
二甲基二硫 9.95 4.09
(E)－2－戊烯醛 10.47 1.76 草莓酸味，为草莓味食品添加剂
顺－2－戊烯－1－醇 10.82 0.85
对二氯苯 11.28 1.01 樟脑气味
正己醛 11.65 5.28 生的油脂和青草气及苹果香味
2－甲基－4－戊烯酸 12.10 2.17 鲜果、草莓果酱和干酪样的香气
叶醇 12.91 6.84 强烈的新鲜草叶的青香，新茶叶和苹果青香
2－己烯醛，青叶醛 14.04 3.89 浓郁新鲜水果、绿叶清香气
反式－2－己烯－1－醇 14.50 4.91 强烈未成熟果实气味
1－己醇 14.60 0.93 食用香料，用于配制椰子和浆果类香精
对二甲苯 14.69 0.36
异硫氰酸烯丙酯 14.89 0.27
图 4 解析温度(a)和解析时间(b)对总峰面积的影响
Fig.4 Effect of desorption temperature(a)
and time(b)on total peak area
2.2 香气成分分析
在最优萃取条件下对荠菜进行 SPME萃取操作，
经 GC－MS检测并与 NIST Library和 Wiley Library 质
谱库匹配、筛选，最终确定荠菜中挥发性香气成分，
结果见表 1。
由表 1 可知，实验共检出荠菜有效香气成分 64
种，占出峰化合物总数的 92.9%，峰面积和为总峰面
积的 91.3%，其中醛类物质种类最丰富，共检出 18
种;其次为醇类物质 12 种;碳氢化合物作为荠菜香
气成分的重要组成部分，检出 11 种;另酯类信号峰 6
种，酸类 3 种，酮类 2 种。此外，含硫化合物，杂氧化
合物(统称其它化合物)对荠菜香气组分也有较大贡
献，共分离出 12 种，占种类总数的 18.75%。刘宇等
利用水蒸气蒸馏法提取荠菜挥发油，经 GC－MS 分
析，共捕集 45 种化合物，占挥发油总量的 70%［13］;郭
华等应用同时蒸馏－萃取法分析荠菜挥发性成分，只
分离得到化合物组分 17 种［12］。本研究结果表明，
SPME不仅能吸附荠菜中较多的挥发性物质成分，而
且可提高芳香物质的检出率，因而是一种更有效的
检测方法。
就含量而言，醇类物质和醛类物质的相对含量
最高，为荠菜的主要香气成分，分别占总含量的
26.65%和 27.03%;其次是含硫及杂氧化合物，相对
含量 21%;碳氢化合物的相对含量也较高，为
7.98%，分别是酯类、酸类、酮类物质的 2.46、2.17、
4.67 倍。
色谱图中，各香气组分出峰时间集中在 34min
前，尤其以 10～25min 内出峰数量最多，化合物相对
含量最高，主要出峰物多为醇类、醛类、酯类等低沸
332
续表
化合物名称
保留时间
(min)
相对含量
(%) 特征香气
2－乙基己醇 14.93 1.04
甲氧基苯基肟 15.07 0.60
顺－4－庚烯醛 15.42 1.99 呈青草和油脂香气，稀释后呈奶油似香味
苯乙烯 15.61 0.85 特殊香气
庚醛 15.88 0.73 辛辣的脂蜡气息，似果香之气
(E，E)－2，4 己二烯醛 16.21 1.06 醛类香料
烯丙基甲基二硫醚 16.65 1.10
乙基葫芦巴内酯 17.22 0.21 特殊药草香气
苯甲醛 17.54 5.64 苦杏仁气味
二甲三砜 18.13 6.26
2－正戊基呋喃 18.17 0.52
乙酸叶醇酯 18.62 1.47 强烈的香蕉香气息
正辛醛 18.71 0.19 用于配制玫瑰、香石竹等香精，食品上用以产生甜橙香气
(E，E)－2，4 庚二烯醛 18.95 0.27 陈茶气味，发酵茶特殊陈香的重要基础物质
溴代环庚烷 19.17 0.31
1－溴－4－甲基环己烷 19.36 0.26
(－)柠檬烯 19.44 0.48 类似柠檬的香味
桉叶油素 19.48 0.09 有像樟脑的气味
乙酰乙酸甲酯 19.62 0.34
2，2，6－三甲基环庚烷 19.63 1.88
苯乙醛 19.65 0.46 浓郁的玉簪花香气，杏仁樱桃香
戊酸酐 19.73 0.28
四氢吡喃－2－甲醇 19.91 0.71
1－辛醇 20.07 0.30
壬醛 20.87 0.92 玫瑰香气，用于配制人造玫瑰油和玫瑰型香精等
4－羟基－3－硝基苯甲酸甲酯 20.93 0.74
2，6－二甲基环己醇 21.28 8.42
苯乙醇 21.32 1.05 柔和、愉快而持久的玫瑰香气
2－(苯基亚甲基)庚醇 21.46 0.47 轻微脂蜡花香，气息较弱而持久，香气清甜柔和
N－乙酰谷氨酸 22.33 0.33
2－甲氧基－3－仲丁基吡嗪 22.49 1.86 具有青香、蔬菜香、坚果、胡椒、土豆样香气
癸醛 23.21 0.58 具有甜香、柑橘香、蜡香、花香
β－环柠檬醛 23.86 0.70 香气清鲜有力，柑桔样果香和马鞭草样香韵
二甲基四硫 23.89 4.25
柠檬醛 24.36 1.93 浓郁柠檬香味
2－甲基十一醛 24.71 0.58 特殊的脂蜡香，稍带龙涎香、橡苔和除萜甜
甲基壬基甲酮 24.76 0.19 橙油气息，有晚香玉样的底香
2－甲基萘 25.24 0.27
环十四烷 26.83 0.95
环十二烷 28.32 1.19
2，6－二叔丁基苯醌 28.43 0.42
谷酰胺 28.52 0.50
β－紫罗兰酮 28.75 1.52 室温下具有特征香气
6－溴吲哚－3－甲醛 30.77 0.66
邻苯二甲酸异－4－辛酯 33.80 0.22
总计 91.30
点化合物，其中含量较高的组分有正己醛、2－甲基－4
－戊烯酸、叶醇、青叶醛、反式－2－己烯－1－醇、顺－4－
庚烯醛、苯甲醛等，相对含量分别为 5.28%、2.17%、
6.84%、3.89%、4.91%、1.99%和 5.64%，这些多物质
大都呈现草叶清香和蔬果香，部分物质有鲜果、油脂
香气。萃取后期，烷烃类、杂氧化合物等高沸点物质
333
居多，大部分物质含量较低，但有些化合物如 2－正戊
基呋喃、桉叶油素、2－甲氧基－3－仲丁基吡嗪等香气
强度高且香气阈值低，因此对整体香气的贡献作用
不可忽视［22］。
值得注意的是，荠菜中含硫化合物含量相当丰
富，二甲基二硫、二甲三砜、二甲基四硫等硫化物含
量高达 14.6%，这与郭华等人的研究结果一致［12］。
3 结论
SPME萃取荠菜香气成分的最优萃取参数为:取
2g样品于 15mL萃取瓶中，选用 50 /30μmDVB /CAＲ /
PDMS纤维萃取头，50℃平衡 20min，萃取 40min，解
析温度 250℃，解析时间 3min。
优化条件下共分离出有效荠菜香气成分 64 种，
占化合物总数的 92.9%，峰面积和占到总峰面积的
91.3%，种类从多到少分别为醛类 18 种、醇类 12 种、
碳氢化合物 11 种、酯类 6 种、酸类 3 种、酮类 2 种、其
它化合物 12 种，相对含量分别为 27.03%、26.65%、
7.98%、3.25%、3.68%、1.71%和 21%。
荠菜香气组分主要由醛类、醇类、酯类及含硫化
合物等组成，特征化合物包括二甲基二硫、正己醛、
叶醇、青叶醛、二甲三砜、2，6－二甲基环己醇、柠檬
醛、β－紫罗兰酮等，这些物质共同作用形成了荠菜特
有的香气特征。
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