杨琴，张国栋

(江西农业工程职业学院，江西 宜春 331200)

姜(ZingiberofficinaleRoscoe)是姜科姜属多年生草本植物，在我国分布广泛，主要集中在我国中部、东南部至西南部，是一种重要的调味品和中药材[1]。姜的食用价值较高，富含蛋白质、多糖、维生素和多种微量元素，中医学认为姜味辛，具有祛寒、祛湿、暖胃、加速血液循环等多种功效[2]。现代研究表明姜的健胃、抗溃疡、肝损伤保护作用及强心、抗氧化、消炎、抑制血栓形成、中枢抑制等功能与其含有的挥发性成分密切相关[3]，因此生姜中挥发性物质的差异决定了其品质的差异。气相色谱-质谱(GC-MS)联用技术是一种简便、快速测定挥发性成分的方法，其样品制备简单，分析时间小于20 min[4-6]。本文采用气相色谱-质谱(GC-MS)联用技术对生姜中的挥发性成分进行了分析，探究了SPME的样品平衡时间、萃取温度和萃取时间对生姜中总挥发性成分的影响，并利用NIST谱库检索和面积归一化法对挥发性物质进行定性和定量，来探究生姜中挥发性物质的种类和含量，为其开发和研究提供了基础性实验依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

新鲜生姜：购于广西省南宁市农贸市场。

Finnigan Voyager型GC-MS仪 美国Thermo Scientific公司；SPME萃取装置和涂有聚二甲基硅氧烷(PDMS,100 μm)的聚丙烯酸酯(PA，85 μm)萃取头 美国Supelco公司；DSHZ-300多用途水浴恒温振荡器 江苏太仓市实验设备厂。

1.2 实验方法

1.2.1 生姜样品处理

取4.0 g新鲜生姜样品在20 ℃下磨碎，然后立即转移到顶空小瓶中，立即用硅酮隔膜密封顶空小瓶，并在-10 ℃下保存，直至使用[7]。

1.2.2 顶空固相微萃取生姜挥发性成分

选择涂有100 μm的聚二甲基硅氧烷纤维头萃取生姜的挥发性成分，在60 ℃水浴振荡器中振荡45 min，将固相微萃取纤维头穿过密封塞插入顶空瓶中，推出萃取头顶空萃取 45 min(萃取头距样品表层约1 cm)，之后将固相微萃取装置迅速插入气相进样口中，在 250 ℃下解吸3 min，用气相色谱-质谱联用仪进行检测[8，9]。

1.2.3 GC-MS分析条件

1.2.3.1 色谱条件

HP-INNOWax-10毛细管柱(30 m×0.25 mm，膜厚度0.25 μm)，载气为氦气，流速1.0 mL/min，进样分流比15∶1，初始柱温50 ℃(保持 2 min)，以10 ℃/min的速率升温至250 ℃，保持5 min。

1.2.3.2 质谱条件

采用电子轰击离子源(EI)，全扫描模式采集，电子能量70 eV，扫描范围为40～450 amu，固相微萃取的解吸时间为 5 min，温度为250 ℃，溶剂延迟时间为 4 min[10]。

1.3 数据处理

样品中未知挥发性成分的定性由计算机检索与NIST标准质谱库和WEILY标准质谱库匹配求得，挥发性成分的定量分析采用峰面积归一化法求得[11]。

2 结果与分析

2.1 萃取温度

本实验以购置的新鲜生姜为研究对象，分别在30，35，40，45，50，55，60，65 ℃条件下进行顶空固相微萃取，萃取时间为60 min，对生姜挥发性成分进行萃取，探究萃取温度对生姜总挥发性成分的影响，以确定最佳的萃取温度，结果见图1。

由图1可知，在30～65 ℃的温度范围内，随着萃取温度的不断升高，生姜中萃取出的总挥发性成分的含量先不断增加后逐渐稳定。当萃取温度为60 ℃时，生姜中萃取出的总挥发性成分达到最高值，增加萃取温度至65 ℃，生姜中总挥发性成分基本不变，且为了避免在过高温度下生姜中有效成分的分解，本文仅选择在65 ℃以下的温度下对生姜中的挥发性成分进行萃取。这与Pawliszyn等的研究结果相一致，在处理固体样品时，适当提高温度，可以提高挥发性化合物的回收率[12]。因此，选择60 ℃为本实验的最佳萃取温度。

图1 萃取温度对生姜中挥发性成分的影响Fig.1 The effect of extraction temperature on the volatile compounds in ginger

2.2 萃取时间

在萃取温度为60 ℃的条件下，研究顶空固相微萃取时间25，30，35，40，45，50，55 min对生姜中总挥发性成分的影响，结果见图2。

图2 萃取时间对生姜中挥发性成分的影响Fig.2 The effect of extraction time on the volatile compounds in ginger

由图2可知，在25～45 min的时间范围内，随着萃取时间的不断延长，萃取出的生姜中的总挥发性成分的含量不断提高。在萃取时间为45 min时生姜中挥发性成分的萃取达到了吸收平衡，此时萃取出的总挥发性成分的含量基本达到最高值。随着萃取时间的不断延长，在45～55 min的时间范围内，萃取出的生姜中的总挥发性成分的含量基本不变。因此，选择萃取时间为45 min作为最佳萃取时间。

2.3 样品平衡时间

保持其他条件不变，改变样品的平衡时间从1.5 min延长至4.5 min，探究平衡时间对生姜中总挥发性成分的影响，结果见图3。

图3 平衡时间对生姜中挥发性成分的影响Fig.3 The effect of equilibrium time on the volatile compounds in ginger

由图3可知，萃取出的生姜总挥发性成分的含量随着平衡时间的延长而增加，当样品的平衡时间达到3 min时，样品的总峰面积基本不变，说明3 min样品已经达到了动态的平衡[13]，因此选择3 min为样品的平衡时间。

2.4 生姜中的挥发性成分分析

采用SPME在60 ℃条件下萃取45 min，来充分提取生姜中的挥发性成分，然后用GC-MS对250 ℃解吸3 min后的挥发性化合物进行分析，其总离子色谱图见图4，利用NIST对各色谱峰进行谱库检索及人工解析质谱图定性，以面积归一化法测定其相对含量，结果见表1。

图4 GC-MS法测定生姜挥发性成分的总离子色谱图Fig.4 Total ion chromatogram of the volatile compounds in ginger by GC-MS

表1 HS-SPME 法测得的生姜中的挥发性成分Table 1 Identification of volatile compounds in ginger by HS-SPME

续 表

续 表

由表1可知，通过 GC-MS法测定生姜挥发性成分的总离子色谱图中，可以解析出33种挥发性成分。33种挥发性成分的总峰面积占总色谱面积的98.04%。由表1可知，生姜的主要挥发性成分有姜烯、芳樟醇、樟脑萜、α-红没药醇、α-姜黄烯、倍半水芹烯、橙花醛等，另外还含有低浓度的萜类、酯类和酮类，这与牟志春等的研究结果相一致[14]。这类生姜中挥发性成分对治疗感冒、霍乱和麻痹症有很好的效果[15]。

3 结论

本实验采用GC-MS联用技术对生姜中的挥发性成分进行分析，探究了 SPME的样品平衡时间、萃取温度和萃取时间对生姜中总挥发性成分的影响，并利用NIST谱库检索和面积归一化法对萃取的生姜挥发性物质进行定性和定量，来分析生姜中挥发性物质的种类和含量。结果发现：在萃取温度60 ℃、萃取时间45 min、平衡时间3 min的条件下萃取的生姜中的挥发性成分含量最高。此时生姜中的挥发性物质种类有33种，占总色谱面积的98.04%，主要为姜烯、芳樟醇、樟脑萜、α-红没药醇、α-姜黄烯、倍半水芹烯、橙花醛等。