洋甘菊精油揮發(fā)性成分分析及在飲料中的應(yīng)用

郭向陽

（深圳大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，廣東深圳518060）

0 引言

洋甘菊(Matricaria recutita)為菊科母菊屬的一年生或多年生草本植物，是一種重要的香料植物和藥用植物，因產(chǎn)地及功效的不同，分為羅馬洋甘菊(Anthemisnobilis)和德國洋甘菊(Matricaria chamomilia)[1-2]。洋甘菊原產(chǎn)歐洲，中國新疆等地區(qū)也有種植。

洋甘菊精油是從洋甘菊花或植株全株中提煉出來的油脂狀液體，多以蒸餾法獲取。羅馬洋甘菊精油和德國洋甘菊精油因其中是否含有重要的抗感染成分——洋甘菊油烴（母菊薁），而存在性狀上的不同，且風(fēng)味各異[3]。洋甘菊精油藥用價值突出，可以緩解病人的發(fā)炎和疼痛癥狀，改善由神經(jīng)性皮膚瘙癢引起的失眠，同時具有抗炎、抗過敏、抗氧化、抗癌、降脂、緩解抑郁的功效，對小兒熱痱也有較好的療效，廣泛應(yīng)用于藥品、保健品、香精香料、化妝品、食品等領(lǐng)域[4-15]。

目前，對洋甘菊精油生理活性、藥學(xué)性能的研究較多[16-17]，關(guān)于洋甘菊精油香氣成分的報道相對較少，且多集中于羅馬洋甘菊精油揮發(fā)性成分組成分析[18-22]，并對植株不同部位[18]、不同產(chǎn)地[19]、不同提取方法[20]及不同檢測方法[21-22]的洋甘菊精油的揮發(fā)性成分進(jìn)行細(xì)致研究，而對于羅馬洋甘菊及德國洋甘菊精油揮發(fā)性成分的對比分析鮮少報道，也缺乏對洋甘菊精油香氣性能的分析與評價，極大地限制了洋甘菊資源的利用和開發(fā)。洋甘菊精油在飲料中的應(yīng)用研究鮮見報道。

筆者利用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)(gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS)解析經(jīng)水蒸氣蒸餾法提取的羅馬洋甘菊、德國洋甘菊精油的揮發(fā)性成分，結(jié)合感官評價方法對精油的香氣性能進(jìn)行分析，同時對其在飲料中的應(yīng)用性能進(jìn)行初步探索研究。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

羅馬洋甘菊及德國洋甘菊干制花蕾（水分＜5%）2018年購于新疆伊犁，無雜，無異味。食鹽（氯化鈉）、果葡糖漿、維生素C(Vc)、檸檬酸均為食用級。氯化鈉、無水硫酸鈉均為國產(chǎn)分析純，購于國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

揮發(fā)性物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)品（吡咯，甲苯，己醛，糠醛，葉醇，苯乙烯，苯甲醛，苯乙醛，反,反-2,4-己二烯醛，檸檬烯，苯甲醇，γ-萜品烯，芳樟醇氧化物(Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ)，芳樟醇，苯乙醇，水楊酸甲酯，α-萜品烯，吲哚，α-紫羅蘭酮，β-紫羅蘭酮，法呢烯，金合歡烯，杜松烯，氧化石竹烯，D-苧烯）購自美國Sigma公司；

飲料配制用水為純凈水。

1.2 儀器與設(shè)備

ME104E分析天平（瑞士梅特勒儀器有限公司）；Clevenger apparatus揮發(fā)油提取器（北京欣維爾玻璃儀器有限公司）；DRT-SX智能恒溫電熱套（鄭州長城科工貿(mào)有限公司）；Agilent 7890A-5975C氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀，Agilent 7697A頂空進(jìn)樣器（美國Agilent公司）。

1.3 試驗方法

1.3.1 洋甘菊精油提取 以料液比1:15(g:mL)稱取洋甘菊干花100 g，量取1500 mL純水置于2000 mL圓底燒瓶中 ，加入 1.5%(w/w)的 NaCl，浸泡 10 min，連接Clevenger apparatus裝置及球形冷凝管，以電熱套作為加熱源對樣品緩慢加熱蒸餾萃取1.5 h[23]。蒸餾完成、冷卻后，用玻璃吸管將Clevenger apparatus裝置中水相上端的油脂狀液體取出，加入無水硫酸鈉，靜置過夜(12 h)干燥，至完全無水后，稱重計算得率，裝入10 mL棕色香精瓶，4℃冷藏備用。

1.3.2 揮發(fā)性香氣成分GC-MS檢測 采用HP-5 MS毛細(xì)管色譜柱(30 m×250 μm×0.25 μm)進(jìn)行揮發(fā)性成分的分離，載氣為高純氦氣，柱流速1.0 mL/min，恒流模式。程序升溫條件為：起始溫度40℃，保持5 min，以速度8℃/min升到220℃，保持1 min，再以20℃/min升到250℃。進(jìn)樣口溫度250℃，分流進(jìn)樣（分流比10:1），進(jìn)樣量1 μL。

全掃描模式采集信號，EI電離源，電離能量70 eV；接口溫度、離子源溫度及四極桿溫度分別為250、250、150℃，質(zhì)量掃描范圍30～500 amu[24]。

1.3.3 感官評價 洋甘菊精油感官評價由前期經(jīng)過培訓(xùn)的感官審評人員（6位女性、4位男性，年齡24～45歲）作為評價主體。感官審評人員對洋甘菊精油的香氣特性進(jìn)行描述，選取香氣描述詞，并依描述詞數(shù)量多少選出具樣品特征性的香氣描述詞，再次審評并打分，取10人評分的平均值作為描述香氣的最終得分，制作雷達(dá)指紋圖譜，對其香氣性能進(jìn)行感官審評分析[25-26]。

以相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)品及實際物品（洋甘菊花等）的香氣特性定義香氣屬性，并以此對評價人員進(jìn)行感官培訓(xùn)，己醛為青草樣香氣；苯乙醇為花香；麥芽酚為甜香；乙酸異戊酯為果香，具香蕉樣香氣；戊酸乙酯為果香，具菠蘿樣香氣。感官評價采用10分制，分值越高，香氣嗅聞強度越大，未嗅聞到0分、香氣較弱3分、香氣適中5分、香氣較強7分、香氣強烈10分。

1.3.4 洋甘菊精油在飲料中的應(yīng)用 在對洋甘菊精油風(fēng)味特性進(jìn)行基礎(chǔ)評價和判斷的基礎(chǔ)上，確定飲料的基礎(chǔ)配方，經(jīng)過揮發(fā)性成分及香氣性能綜合評價后，選取香氣性能較優(yōu)的洋甘菊精油作為供試原料，添加一定比例精油于飲料基礎(chǔ)液中，分別從飲料澄清度、口感順滑度、香氣舒適度及風(fēng)味穩(wěn)定性等方面對洋甘菊精油飲料的適制性進(jìn)行初步評價[27]。

1.3.5 數(shù)據(jù)分析 所有試驗均重復(fù)了3次，并對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析(ANOVA analysis)。試驗結(jié)果的顯著性基于統(tǒng)計分析中P＜0.05，極顯著性基于統(tǒng)計分析中P＜0.01。

2 結(jié)果與分析

2.1 洋甘菊精油揮發(fā)性香氣成分的GC-MS分析

羅馬洋甘菊、德國洋甘菊精油的得率分別為1.68%、0.25%，2種精油均呈粘稠的油狀，前者呈黃色或淺黃色，后者呈現(xiàn)較深的藍(lán)色。羅馬洋甘菊及德國洋甘菊精油揮發(fā)性成分的總離子流圖如圖1，經(jīng)計算機質(zhì)譜數(shù)據(jù)系統(tǒng)檢索，采用NIST 2017數(shù)據(jù)庫檢索，峰面積歸一法定量，部分化合物依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)及自建數(shù)據(jù)庫定性[24,28]，并參考有關(guān)文獻(xiàn)對檢出成分進(jìn)行定性分析[29]，同時采用解卷積技術(shù)對共流峰進(jìn)行數(shù)據(jù)解析，以更準(zhǔn)確的匹配揮發(fā)性物質(zhì)的化學(xué)成分。洋甘菊精油揮發(fā)性成分組成見表1。

圖1 洋甘菊精油揮發(fā)性香氣成分的總離子流圖

表1 羅馬洋甘菊精油和德國洋甘菊精油的揮發(fā)性香氣組成及相對含量

續(xù)表1

2種精油中共鑒定49種揮發(fā)性成分。揮發(fā)性成分主要為萜烯類、醇類、酯類，還含有少量的酮類、酸類、雜環(huán)類、醛類及芳香族類化合物，洋甘菊精油揮發(fā)性成分分類及比例見圖2。酯類、醇類及萜烯類是2種洋甘菊精油揮發(fā)性成分的主要組成部分，3類物質(zhì)分別占2種精油揮發(fā)性成分總量的68.98%（羅馬洋甘菊）和64.53%（德國洋甘菊），其中酯類成分在2種精油中含量均超過了30%，分別占比30.99%和33.56%。羅馬洋甘菊精油中醇類成分較多，含量達(dá)到21.58%，德國洋甘菊清油中只有14.46%。萜烯類在2種精油中含量無顯著性差別，分別占比16.41%和16.51%。酮類、醛類及芳香族類成分在2種精油中的含量均較少，不足總量的0.5%。德國洋甘菊精油中酸類成分含量為0.32%，高于羅馬洋甘菊精油中的0.10%。直鏈烷烴類成分在德國洋甘菊中的含量為0.12%，羅馬洋甘菊中未檢出此類成分。

圖2 洋甘菊精油揮發(fā)性香氣成分類別及比例

2.1.1 羅馬洋甘菊精油揮發(fā)性成分 羅馬洋甘菊精油中共有43種揮發(fā)性成分得到有效鑒定，其中酯類成分?jǐn)?shù)量最多，有18種，有11種萜烯類成分得到鑒定，而鑒定得到的醇類成分?jǐn)?shù)量較少，只有4種，但含量占到揮發(fā)性成分總量的21.58%，酮類及酸類成分只有1個，醛類、雜環(huán)類及芳香族類化合物各有2種得到鑒定。

羅馬洋甘菊精油中含量最高的成分是反式-松香芹醇，具有樟腦、松木的氣息，伴有木香韻及清新的薄荷感的涼香[30]，其次為惕各酸烯丙酯、2-甲基環(huán)丙烷-1-甲酸乙酯及α-蒎烯，前兩者具柔和的果香氣，有生水果或生漿果的清香，而后者有樹脂樣及松節(jié)油的氣味[31]。異丁酸異丁酯、異丁酸異戊酯及莰烯的含量也較高，超過總量的2.00%。莰烯有類似樟腦的香氣；異丁酸異丁酯具菠蘿樣香氣，伴有醚香韻；異丁酸異戊酯呈杏子、菠蘿和桃子似的甜香，是水果類產(chǎn)品中常使用的食品添加劑[30]。具果香及清香的己醛，具生蘋果般果香的異丁酸丁酯，呈香蕉氣味的乙酸異戊酯，具松節(jié)油、木香及松脂氣味的β-蒎烯，具花香、土味或玫瑰香氣的芳樟醇，有松木、樟木樣香氣，伴清涼感的龍腦烯醛和乙酸龍腦酯，以及具花香、青香，或香脂樣香氣，或檸檬、柑橘樣或刺激感香氣的α-可巴烯、α-芹子烯、α-金合歡烯、氧化石竹烯及δ-杜松烯[31,32]，均在羅馬洋甘菊精油中得到鑒定，但含量較少。羅馬洋甘菊精油中未檢測到洋甘菊油烴。

2.1.2 德國洋甘菊精油揮發(fā)性成分 德國洋甘菊精油中鑒定出46種揮發(fā)性成分，與羅馬洋甘菊精油類似，酯類成分和萜烯類成分是數(shù)量最多的揮發(fā)性成分，分別有16和12種，同時有5種醇類成分、3種酸類成分得到鑒定，其余酮類、醛類、雜環(huán)類和芳香族類化合物數(shù)量均較少，不超過2個，有2種直鏈烷烴類成分得到鑒定。

與羅馬洋甘菊一樣，德國洋甘菊精油中含量最高的4種成分分別是反式-松香芹醇、α-蒎烯、惕各酸烯丙酯及2-甲基環(huán)丙烷-1-甲酸乙酯，但前兩者含量均比羅馬洋甘菊精油少，后兩者正好相反。德國洋甘菊精油中也能檢測到含量較高的異丁酸異丁酯、異丁酸異戊酯及莰烯，及含量較低的己醛、異丁酸丁酯、乙酸異戊酯、芳樟醇、龍腦烯醛、乙酸龍腦酯、α-可巴烯等揮發(fā)性成分。德國洋甘菊精油中鑒定到了具芹菜樣香氣的順-香芹醇及重要的生物活性物質(zhì)洋甘菊油烴，以及2種酸類（十六酸和亞油酸），但是未鑒定到在羅馬洋甘菊中存在的具果甜香或芳香氣味的2-甲基丁酸乙酯、異戊酸異丁酯及對-異丙基甲苯[30]。揮發(fā)性成分組成及比例的差異會反饋在香氣特征上，呈現(xiàn)精油不一樣的風(fēng)味特性。

2.2 感官評價

10位感官審評人員對羅馬洋甘菊、德國洋甘菊精油的香氣進(jìn)行描述，并審評打分，繪制雷達(dá)圖，如圖3。

圖3 洋甘菊精油的香氣指紋圖譜

羅馬洋甘菊、德國洋甘菊精油香氣均具有藥草香、花香、土味、辛香感、粉香、果甜香，同時有油感和水煮味，整體風(fēng)味輪廓較相似，在個別香氣屬性上有所差異。羅馬洋甘菊精油具有透發(fā)的藥草香，花香顯，伴有土味及辛辣的刺激感，中段具粉香，整體有淡淡的果香和甜香感，而德國洋甘菊精油在花香及粉香上稍弱，并具有強烈而刺激的土味和辛辣感，果香稍淡，但具有較強的甜香，兩者油感強度相似，由于2種精油通過蒸餾制備的緣故，均具有水煮味。

2種精油中藥草香的呈現(xiàn)，可能與揮發(fā)性成分中含量較高的反式-松香芹醇、莰烯、α-蒎烯、龍腦烯醛及乙酸龍腦酯的存在有關(guān)，均具有或清新的薄荷香氣，或似樟腦、松節(jié)油的風(fēng)味，而惕各酸烯丙酯、2-甲基環(huán)丙烷-1-甲酸乙酯及其他酯類成分的存在，對精油中果甜香的呈現(xiàn)有益。芳樟醇等萜烯類、醇類成分的存在有利于精油中花香的透、顯和釋放。

綜合2種精油揮發(fā)性成分分析，以及香氣性能評價的結(jié)果可知，羅馬洋甘菊精油具有更為透發(fā)的藥草香，優(yōu)雅而顯的花香，及豐富且靈動的果甜香，在土味、辛辣的刺激感上弱于德國洋甘菊精油，而且精油得率顯著高于德國洋甘菊精油，成本更具優(yōu)勢，因此選擇羅馬洋甘菊精油進(jìn)行相關(guān)飲料的探索制備研究。

2.3 洋甘菊精油飲料應(yīng)用

近年來，洋甘菊因卓越的藥學(xué)性能，被廣泛用于茶飲，但干花直接泡茶飲用的方式難以較好地浸溶出有效成分，洋甘菊精油精萃了洋甘菊的精華，且富集了洋甘菊濃郁且特征的花草香，可以采用飲料復(fù)配的方式加以利用，因此可考慮以花草茶飲料的基礎(chǔ)配方（28 g的果葡糖漿，0.22 g的檸檬酸，0.20 g的Vc，0.05 g的食鹽，用純凈水溶解完全，定容至1 L）進(jìn)行洋甘菊精油飲料的適配和調(diào)制。

分別添加0.1%、0.5%、1.0%的洋甘菊精油于花草茶飲料基礎(chǔ)液中，充分搖勻，常溫靜置5 min后進(jìn)行試味評價。同時將此試制飲料罐裝后鎖蓋密封，常溫靜置2 h后，從澄清度和香氣持久性方面評價其風(fēng)味穩(wěn)定性[33]。評價結(jié)果見表2。

表2 洋甘菊精油飲料的感官評價

經(jīng)過8位飲料研發(fā)人員的感官評價，綜合各評價指標(biāo)及2 h風(fēng)味穩(wěn)定性的快速評價結(jié)果，0.1%的洋甘菊精油飲料通體澄清透明，無浮油及沉淀，但香氣不夠透顯；1.0%的洋甘菊精油香氣較好，藥草香及花香顯透，伴果韻和甜香，且具洋甘菊的特征風(fēng)味，但2 h后液體上方有少許浮油，未能溶解完全；0.5%的洋甘菊精油添加到花草茶飲料基礎(chǔ)液中，液體通體澄清透明，無沉淀及浮油出現(xiàn)，且具洋甘菊特征風(fēng)味，有藥草香及淡淡花香，伴果甜香。0.5%的添加比例能夠制備出特征風(fēng)味透發(fā)，液體性能相對穩(wěn)定的洋甘菊精油飲料。

3 結(jié)論

筆者利用GC-MS技術(shù)對經(jīng)水蒸氣蒸餾提取的羅馬洋甘菊精油及德國洋甘菊精油的揮發(fā)性成分進(jìn)行對比分析，共鑒定出49種揮發(fā)性成分，酯類、醇類及萜烯類揮發(fā)性成分是洋甘菊精油的主要香氣組分，同時結(jié)合感官評價分析2種精油的香氣性能，羅馬洋甘菊精油花香優(yōu)，果甜香好，具透、顯的藥草香，香氣性能較優(yōu)，且精油的得率較高，原料成本較低，更適宜用于飲料的制作和研發(fā)。德國洋甘菊精油含有特異的高效抗過敏成分（洋甘菊油烴），可作為潛在的功能化妝品或藥品的重要原料。

羅馬洋甘菊、德國洋甘菊精油揮發(fā)性成分的比較分析及評價研究，為全面解析洋甘菊精油的風(fēng)味特性提供了理論依據(jù)和數(shù)據(jù)參考，對接和整合香氣性能的評價結(jié)果與理化成分分析數(shù)據(jù)，為洋甘菊的品種選育、活性研究以及應(yīng)用產(chǎn)品開發(fā)提供理論基礎(chǔ)，同時為洋甘菊精油的提取、制備，相關(guān)香精的生產(chǎn)、調(diào)配以及精油的工業(yè)化生產(chǎn)及在飲料、保健品方向上的應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支撐和參考。

4 討論

揮發(fā)性成分是樣品香氣及風(fēng)味呈現(xiàn)的物質(zhì)基礎(chǔ)，香氣成分的組成及比例不同，會導(dǎo)致樣品風(fēng)味特征的迥異。羅馬洋甘菊、德國洋甘菊精油揮發(fā)性成分組成類別相似，其中有共性揮發(fā)性成分40種，分屬于萜烯類（11種）、醇類（4種）、酮類（1種）、醛類（2種）、酯類（16種）、雜環(huán)類（1種）、芳香族類（1種）、酸類（1種）等，共性揮發(fā)性成分分別占精油揮發(fā)性成分總量的71.73%和67.74%，能夠代表2種精油的主要香氣組分，可能是其具有相似香氣輪廓的原因。一些特異揮發(fā)性成分（圖4），如羅馬洋甘菊精油中鑒定出2-甲基丁酸乙酯、異戊酸異丁酯，是其能夠呈現(xiàn)較優(yōu)果甜香的可能原因，而順-香芹醇在德國洋甘菊精油中的檢出，使其辛香透發(fā)[31]。洋甘菊花在高溫蒸煮逸出精油的過程中，不可避免地產(chǎn)生了水煮味，并在精油香氣的后段呈現(xiàn)，優(yōu)化和改進(jìn)洋甘菊精油的提取工藝，在最大化富集原材料特征風(fēng)味的基礎(chǔ)上，降低精油刺激感及水煮味，是一個亟待解決的問題。

圖4 羅馬洋甘菊精油及德國洋甘菊精油的特異揮發(fā)性成分

德國洋甘菊精油的花果香稍弱，辛香透顯，土味較強，整體香氣性能較羅馬洋甘菊精油差，但只在德國洋甘菊精油中鑒定到洋甘菊油烴，可能是導(dǎo)致精油呈現(xiàn)深藍(lán)色色澤的原因[20]。洋甘菊油烴是一種具有高效抗過敏功效[22]的關(guān)鍵因子，只在精油蒸餾過程中產(chǎn)生，后期可結(jié)合化學(xué)方法和生物技術(shù)手段探明洋甘菊油烴及其功效活性的產(chǎn)生原因、前體底物及在不同品種中基因表達(dá)的差異[34]，為洋甘菊油烴的富集、制備提供理論支撐。

洋甘菊精油中具重要抗炎作用的α-紅沒藥醇在2種精油中均未能檢測到，可能與精油提取方法、檢測方法、洋甘菊品種及產(chǎn)地的不同有關(guān)[18,21,35-36]。

洋甘菊精油揮發(fā)性成分的分析結(jié)果與感官評價的結(jié)果相吻合，在此基礎(chǔ)上對2種精油的香氣性能進(jìn)行綜合評價，理化分析結(jié)合感官評價，多維角度對其香氣特征進(jìn)行解析和評判，選擇出適宜添加的飲料制作原料。飲料研發(fā)中對原材料的篩選可嘗試此種方法，感官評價結(jié)合理化數(shù)據(jù)分析，方便、快捷、準(zhǔn)確。同時對洋甘菊精油在飲料中的應(yīng)用基礎(chǔ)進(jìn)行更加深入的探索和研究，制備特征風(fēng)味突顯兼具健康功效的功能飲品。

加強對洋甘菊資源的利用，及洋甘菊精油藥學(xué)活性的研究、功能整合及產(chǎn)品開發(fā)。在綜合解析香氣性能的基礎(chǔ)上，充分發(fā)揮洋甘菊精油突出的藥學(xué)性能與生理活性的優(yōu)勢，研發(fā)風(fēng)味更清新的具抗衰老、清除自由基功效的保健飲料或護(hù)膚品，增加洋甘菊精油的活性利用度。建立洋甘菊植株或精油中功能活性成分的快速檢測及制備方法，推進(jìn)植物源天然抗炎藥物的生產(chǎn)與工業(yè)化。