同时蒸馏萃取-气相色谱-质谱联用提取分析芥末籽挥发性组分

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2019/07/01
分析者端木花之队

私聊

食品安全/营养与健康

前言
芥末籽是十字花科一年生草本植物芥菜的种子。芥末籽经过粉碎，加水水解，蒸馏后得到芥末籽油。其主要成分是异硫氰酸烯丙酯，有强烈的刺激辣味，可刺激唾液和胃液的分泌，有开胃、杀菌消炎等作用，还能增强食欲，另外还有解毒、美容养颜等功效。
本文利用同时蒸馏萃取提取芥末籽油，并用气相色谱质谱法分析鉴定其成分。并用Amdis质谱数据解卷积处理质谱数据，并结合保留指数校正使质谱检索结果更为准确。使用动态范围宽的FID来定量。
1试验部分
1.1 仪器与装置
安捷伦6890N/5973I气相色谱-质谱联用仪，带FID检测器，双进样口分别接两根毛细管柱及MS和FID。
1.2样品
样品：黄芥末籽由某供应商提供。
所有香气化合物标准品均来自Sigma-Aldrich等主要试剂公司，少数为原料精制标样。C6-C30正构烷混合标准物来自AccuStandard。
1.3 gc/MS条件

1.3.1 色谱条件:
色谱柱（质谱鉴定）：安捷伦HP-Innowax(60m×0. 25 mm ( i.d.)×0.25μm)毛细管柱，连接MS定性；
升温程序： 60℃，以3 ℃/min升至250℃，保持28 min；
色谱柱（FID定量）：安捷伦HP-Innowax (60m×0. 25 mm ( i.d.)×0.25μm)毛细管柱，连接FID定量；
升温程序： 60℃，以3℃/min升至250℃，保持28 min；
载气：gcMS, He,纯度99.999%以上，流速1.8 mL/min;
gc-FID, N2,纯度99.999%以，流速1.8mL/min；
进样口温度250℃，分流进样，分流比100:1; 进样量：1μl。
检测器：FID，氢气：30ml/min, 空气：350ml/min, 尾吹：N2，30ml/min, 温度：270℃。
1.3.2质谱条件:
电子轰击（EI）离子源；电子能量70eV；传输线温度250℃；离子源温度230℃；四级杆温度150℃。SCAN扫描范围：29-400。EMV：1560V。
1.4 同时蒸馏萃取装置：上海某玻璃仪器公司。
1.4样品处理及分析方法
称取50g黄芥末籽，加入350g温水浸泡24小时以上。研磨浸泡好的芥末籽成糊状。用稀冰乙酸调节pH值为6。恒温2小时进行水解。
把上述水解好的样品转移到同时蒸馏萃取装置的样品瓶中，在溶剂瓶中加入40ml乙醚戊烷（1：1）混合液，蒸馏回流2小时，取下有机溶剂，加入少许无水硫酸钠干燥。在微型浓缩装置中浓缩至1ml左右。进样1微升进行gc-MS/FID分析。
在分析样品前，和样品分析完全相同的条件下，用0.05%的C6-C30的正构烷标样注射到gcMS，获得正构烷的保留时间，用于计算保留指数。分析样品后，用软件计算样品各个组分的保留指数，并和标样的保留指数对比来，结合质谱来定性。事先也用同样方法测定标样的保留指数备用。
2 结果与讨论
2.1 实验结果
待测芥末籽油的总离子色谱图（TIC）如下：

图 1待测芥末籽油的总离子色谱图（TIC）

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2.2数据处理：
2.2.1先用Amdis质谱数据解卷积处理质谱数据，减少本底干扰，对共流出峰拆分，提取出大峰下面的峰或隐藏在里面的色谱峰。同时用Amdis的MSL质谱数据库和工作站的PBM（L）质谱数据库检索，并结合保留指数来鉴定峰。所有保留指数均由标准样品测定。极少数没有保留指数的化合物，参照其它资料和以往的经验，在保证良好匹配度的情况下确认。由于FID的动态线性范围很宽，定量结果稳定，复杂的多挥发性组分一般用气相色谱FID来定量，而不用质谱总离子(TIC)来定量。本篇用FID检测器的面积归一化法来计算芥末籽油挥发性组分的含量。
2.2.2 Amdis处理举例
Amdis质谱数据解卷积处理近基线的2-戊基呋喃等组分。这在一般的检索情况下是无法发现到的。
2.2.3 特殊峰形积分
由于芥末籽油的主成分异硫氰酸烯丙酯和硫氰酸烯丙酯的峰形比较特殊，积分采用面积加合，撇线处理和扣除结合的方法。
2.3芥末籽油挥发性成分

表芥末籽油挥发性成分表

RT(min)	Name 化合物名称	gc%	Remark
4.584	ETHYLFURAN, 2- 2-乙基呋喃	0.001	热分解
6.221	ALDEHYDE C 6 正己醛	0.048
6.324	BUTYLCYANIDE, 2- 正戊腈	0.002
7.97	2-Butenenitrile 2 -丁烯腈	1.987
8.244	Isopropyl isothiocyanate 异硫氰酸异丙酯	0.016
8.635	ISOAMYL ALCOHOL 异戊醇	0.008
9.368	PENTYL FURAN-2 2-戊基呋喃	0.019
9.807	ALCOHOL C 5 正戊醇	0.006
9.888	BUTYL CYANIDE, 3-METHYL- 3-甲基丁氰	0.007
10.548	BUTYL ISOTHIO CYANATE, 2- 异硫氰酸2-丁酯	0.514
10.985	ACETYL METHYL CARBINOL 醋嗡	0.008	热分解
12.122	BUTYL ISOTHIOCYANATE, ISO- 异硫氰酸异丁酯	0.020
14.855	ALLYL ISOTHIOCYANATE 异硫氰酸烯丙酯	91.069
16.63	ALLYL THIOCYANATE 硫氰酸烯丙酯	4.707
17.125	BUTENYL ISOTHIOCYANATE, 3- 异硫氰酸3-甲基丁酯	0.730
36.018	METHYLTHIOPROPYL ISOTHIOCYANATE 异硫氰酸甲基硫代丙酯	0.156
37.848	PHENYLETHYL CYANIDE, 2- 2-苯乙氰	0.080
39.784	BENZYL ISOTHIOCYANATE 异硫氰酸苄酯	0.013
43.364	PHENYLETHYL ISOTHIOCYANATE, 2- 异硫氰酸苯乙酯	0.568
sum	合计	99.96

从上述结果来看，从芥末籽油里面一共鉴定测定了19个挥发性组分。主要成分是异硫氰酸烯丙酯，其次是硫氰酸烯丙酯。其它丁烯腈，异硫氰酸的丁酯异构体，异硫氰酸戊酯异构体，异硫氰酸甲基硫代丙酯，异硫氰酸苯乙酯等也是芥末籽油的特征成分。呋喃类和醋翁是热分解而来。
2.4 单纯的芥末籽几乎无什么味道，必须经过浸泡，调整酸度，水解才能得到其特殊的香味。
异硫氰酸烯丙酯（分子式C4H5NS，结构式：CH2=CH-CH2-N=C=S）是芥末油的特殊味道的来源。但芥末籽并不含其化合物。而是以芥子苷的形式存在。在芥末籽破碎后，芥子酶催化下，水解才能产生异硫氰酸烯丙酯等特殊辛辣物质。反应式如下：
CH=CH-CH2-N=C(S-C6H11O5)(O-SO3K)(芥子苷) + H2O 水
-----à CH2=CH-CH2-N=C=S(硫氰酸烯丙酯) + KHSO4 + C5H12O6 (葡萄糖)
2.5同时蒸馏萃取（SDE）属于水蒸气蒸馏，温度温和。并且可以同时不断从水相提出来芥末籽的挥发性香气物质，效率比较高，是实验室一种良好的蒸馏提取工具。