不同萃取头对橘子皮挥发性化合物的研究

◎ 张赫宇，徐 瑞，李 勇

（宁夏职业技术学院 生命科技学院，宁夏 银川 750021）

橘子皮作为一种生活中常见的水果皮，其一般作为生活废物被扔弃。如何变废为宝，实现资源再生利用至关重要。研究发现橘子皮中含有丰富的纤维素和木质素等成分，因为这些成分的分子结构式中含有大量的羧基、羟基等官能团，它们可以与一些化学试剂发生交联反应，制备出有效的吸附剂材料，进而对水有净化作用[1]。例如，通过使用磁性纳米颗粒改性后的废橘皮氧化吸附水中As3+，对橘子皮进行皂化交联改性后，用于吸附水中的Cu2+、Pb2+、Cd2+等重金属离子[2-3]。

在生活中，橘子皮因其特殊的香味，经常被用于替代空气清新剂。鉴于此，本研究以普通废橘子皮作为研究材料，采用顶空固相微萃取（Headspace Solid Phase Microextraction，HS-SPME）结合气相色谱-质谱（Gas Chromatography-Mass Spectrometry，GC-MS） 对 3种不同萃取头萃取的橘子皮挥发性物质进行分析，以期为对废橘子皮进行改性加工制得环保型空气清新剂奠定基础。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

橘子皮，来源于宁夏银川市西夏区宁大新百超市普通橘子；正构烷烃购自美国Sigma-Aldrich公司。

1.2 仪器与设备

GCMS-QP2010 Ultra气相色谱质谱联用仪，日本 Shimadzu公 司；DB-WAX （30 m×0.25 mm，0.25 μm)型超高惰性气相色谱柱，美国Agilent公司；50/30 μm DVB/CAR/PDMS、65 μm DVB/PDMS 以及100 μm PDMS纤维萃取头，美国Supelco公司；PK157330-U型SPME手动进样器，美国Supelco公司；电子鼻PEN 3.5型嗅辨仪，德国Airsence公司；WNB22型美而特电热恒温水浴槽，上海树立仪器仪表有限公司；LT202E型电子天平，常熟市天量仪器有限责任公司。

1.3 试验方法

1.3.1 电子鼻检测

将废橘皮内部白色组织物质剔除后，切成0.3 mm×0.3 mm×0.2 mm左右的颗粒，准确称取2.00 g作为样品，置于50 mL电子鼻进样瓶内，密封。于40 ℃水浴锅中放置20 min后，冷却至室温。然后进行样品电子鼻检测，重复3次。

电子鼻。初始准备时间：5 s；电子鼻测样时间：100 s；计数时间间隔：1 s；自动调零时间：10 s；空气清洗时间：300 s；电子鼻内部流量：400 mL·min-1；进样流量：400 mL·min-1。

1.3.2 橘子皮挥发性成分的萃取与分析

（1）风味物质的萃取。在试验之前，先将3种萃取头进行老化。称取橘子皮碎粒样品（2±0.01） g，置于15 mL顶空瓶中，用聚四氟乙烯隔膜将顶空瓶口密封。将其置于40 ℃水浴中20 min。然后将老化后的萃取头插入密封的萃取瓶中进行吸附，保持30 min，然后立即将其转移到GC进样口250 ℃下解吸5 min。

（2）GC-MS条件。GC：DB-WAX（30 m×0.25 mm，0.25 μm)气相色谱柱；程序升温：初始温度设置为40 ℃，保持3 min。然后以5 ℃·min-1的升温速度升温到 90 ℃，再以8 ℃·min-1的升温速度升温到230 ℃，保持10 min；载气：氦气；恒定流速：1.8 mL·min-1；进样口温度：250 ℃；MS：EI离子源；电子能量70 eV；离子源温度：230 ℃；四极杆温度：150 ℃；质量扫描范围：20～350m/z；扫描方式：全扫描；溶剂延迟3 min。

1.4 数据处理

采用Excel对样品GC-MS数据进行处理，绘制表格。采用SIMCA14.1软件对GC-MS数据进行制图；其他图均采用Origin 8.0软件绘制。

2 结果与分析

2.1 电子鼻数据分析

电子鼻是利用气体传感器阵列的响应图案来识别气味的电子系统，PEN3.5电子鼻内部含有10个金属传感器。电子鼻的10个传感器在进样后开始响应，当样品中某类化合物的含量较高时，所对应的感应器的响应值越偏离基线。随着进入电子鼻的挥发性物质浓度趋于稳定时，响应值逐渐趋于平稳，一般情况下传感器会在85 s后达到平稳状态，因而选取88～90 s这3 s的平均响应值作为特征值。

由图1可知，W2W、W1W、W5C、W1C和W3C这5种传感器对橘子皮挥发性物质的响应不明显，这表明部分烷烃类化合物、大部分芳香类化合物、有机硫化物以及萜烯类化合物含量较低。而传感器W3S、W2S、W5S和W1S对橘子皮样品的挥发性物质的响应值较为明显。传感器W5S对氮氧化合物较为敏感，表明在橘子皮样品的挥发性物质中含N和O原子的杂环类化合物含量较高，传感器W3S对烷烃物质敏感，表明橘子皮样品中烷烃类化合物含量较高。传感器W1S和W2S的强烈响应表明在橘子皮样品的挥发性物质中，醇类化合物、部分芳香类化合物占有很大比重。

图1 电子鼻对橘子皮样品响应雷达图

2.2 样品中挥发性化合物的顶空固相微萃取结合气相色谱-质谱分析

SPME萃取头是利用石英纤维头表面涂渍高分子化学材料层的吸附性，对样品的挥发性物质进行富集，然后在气相色谱进样器中进行热解吸、分析，进而得出样品中的各挥发性成分。3种不同萃取头（50/30 μm DVB/CAR/PDMS、65 μm DVB/PDMS、100 μm PDMS）对橘子皮样品挥发性风味物质萃取结果，如表1所示。①3种萃取头在橘子皮样品共检测出64种挥发性成分，其中检测出醛类3种，醇类20种，烯烃类30种，酸类1种，酯类7种，烷烃类2种以及其他类1种。50/30 μm DVB/CAR/PDMS型号萃取头在橘子皮样品中检测出挥发性化合物46种，其中醛类3种，醇类20种，烯烃类21种，酸类1种，酯类1种，烷烃类0种，其他类0种。65 μm DVB/PDMS型号萃取头在橘子皮样品中检测出挥发性化合物34种，其中醛类1种，醇类13种，烯烃类15种，酸类1种，酯类3种，烷烃类1种，其他类0种。采用100 μm PDMS型号萃取头在橘子皮样品中检测出挥发性化合物38种，其中醛类1种，醇类12种，烯烃类19种，酸类1种，酯类3种，烷烃类1种以及其他类1种。从萃取挥发性物质的数量和相对含量来看，萃取头50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取到的挥发性物质种类较多、含量较高。在3种萃取头萃取的挥发性化合物中，烯烃类物质以及醇类物质的相对含量普遍较高。②烯烃类物质在3种萃取头萃取的物质中的含量分别为40.11%、27.08%、23.03%，醇类物质在3种萃取头萃取的物质中的含量分别为20.80%、8.76%、8.12%。③紫苏醛、L-紫苏醇、2-（4-亚甲基环己基）-2-丙烯-1-醇、己醇、芳樟醇、辛醇、榄香醇、十二醇、α-松油醇、（E）-2-己烯-1-醇、（Z）-3-己烯-1-醇、月桂烯、α-荜澄茄油烯、（3E,7E）-4,8,12-三甲基十三、壬酸、δ-榄香烯、对薄荷-1,3,8-三烯、（1S）-（-）-β-蒎烯、橙花醇、桧烯和2-甲基-1-苯基丙烯等20种化合物同时被3个萃取头吸附上，说明这20种挥发性物质可以初步被认为是橘子皮样品中的共有物质[4]。

表1 橘子皮样品中挥发性风味化合物表（n=3）

续表1

续表1

2.3 GC-MS数据PCA分析

对样品GC-MS数据进行主成分分析，结果如图2所示。主成分贡献率越高，对原始多指标信息的反映越好。前两个主成分的累积方差贡献率＞90%，PC1代表总方差的61.70%，PC2代表总方差的33.60%，说明前两个主成分涵盖了橘子皮样品中绝大多数气味信息[5]。

由图2（a）分析比较发现，3种萃取头的GC-MS数据在PCA分析的二维（PC1-PC2)空间的投影分布在3个不同的象限，表明3种萃取头萃取的挥发性成分存在明显的差异。从图2（b）中可以看出，十一醛、紫苏醛、2-异烯丙基-5-甲基-4-己烯醛等挥发性物质与萃取头50/30 μm DVB/CAR/PDMS相关。十二醇、β-蒎烯、乙酸月桂酯、β-可巴烯、壬酸等挥发性物质与萃取头 65 μm DVB/PDMS、100 μm PDMS 相关。榄香醇、月桂酸甲酯、2,6-二甲基-2,6-辛二烯等挥发性化合物与萃取头100 μm PDMS相关。

图2 GC-MS数据PCA分析二维得分图和载荷图

3 结论

对橘子皮样品进行电子鼻分析发现传感器W3S、W2S、W5S和W1S对橘子皮样品的响应值较为明显。表明含N、O的杂环类化合物、烷烃类化合物、醇类化合物和部分芳香类化合物是橘子皮样品的主要挥发性物质。3种萃取头共检测出64种挥发性成分，其中50/30 μm DVB/CAR/PDMS、65 μm DVB/PDMS 以 及100 μm PDMS萃取头分别检测出挥发性化合物46种、34种以及38种。在这些挥发性化合物中，烯烃类物质以及醇类物质的相对含量普遍较高。3种萃取头的GC-MS数据在PCA分析的二维（PC1-PC2)空间投影中分别分布在3个不同的象限，表明样品存在明显的差异。