热脱附、固相微萃取、同时蒸馏萃取对牛肉香精呈香组分提取效果的比较研究

邓 莉

香精香料是以改善、增加和模仿食品的香气和香味为主要目的的食品添加剂.研究香气的化学物质组成和结构,是开发香精香料的钥匙[1].20世纪80年代发展起来的气相色谱 质谱联用技术、气相色谱 嗅觉计联用技术开创了香气物质研究分析的新领域.然而香气组分具有构成复杂、含量低、沸点范围宽,大量挥发性非芳香化合物存在等特点,这无疑给香气分析带来一定困难,特别是前处理方法的选择将直接影响香气分析的结果.本研究采用3种前处理方法对牛肉香精呈香组分进行提取,并配合GC/MS检测,比较其异同点,从而深入了解3种前处理方法的选择性及优势.

1　实验材料与方法

1.1　实验材料

牛肉热反应膏状香精,天津春发食品配料有限公司;固相微萃取纤维(2 cm～50/30μm DVB/Carboxen/PDMS),Supelco公司;顶空瓶(20 mL),Agilent公司;乙醚,天津风帆化学试剂科技有限公司;He、N2(均＞99.999%),北京氦普北分气体工业有限公司;无水Na2SO4,天津风帆化学试剂科技有限公司.

1.2　实验仪器

5975-6890N-型气相色谱-质谱联用仪,Agilent公司;热脱附仪(UNITY带有U Inlet装置),MARKES公司;固相微萃取装置,Supelco公司;同时蒸馏萃取装置,天津玻璃仪器厂;DLSB 20/30型低温冷却液循环泵,郑州长城工贸有限公司;RE-2000型旋转蒸发器,上海亚荣生化仪器厂 ;MH-2800E干浴,天津奥特赛思仪器有限公司;电子天平(METTLER TOLEDO 0.000 01 g);调温电热套(1 000 mL);HP 5 ms色谱柱(30 m×0.25 mm×0.25μm),Agilent公司.

1.3　实验方法

1.3.1热脱附法(TD)

取牛肉香精10 g置于20 mL顶空瓶中,使用热脱附仪的U-Inlet装置顶空吹扫捕集5 min.冷阱捕集温度-10℃,脱附温度200℃,脱附时间2 min.传输线温度200℃,加热阀温度200℃.

1.3.2固相微萃取法(SPME)

SPME纤维于气相色谱进样口内260℃老化0.5 h;取香精5 g装入20 mL顶空瓶中,置于50℃干浴中,用2 cm～50/30μm纤维头萃取0.5 h,插入气相色谱进样口内230℃解吸2 min后进样分析.

民国 《潼关县新志》。该志成书于民国二十年（1931），是赵鹏超于民国二十年回故乡避暑时主持编写的。是志记事始于上古，迄于民国十九年。全书分两卷，正文分八门（《地理志》《建置志》《田赋志》《官师志》《人物志》《选举志》《兵事志》 和 《艺文志》），约七万字。据《凡例》记载：“篇内资料，多取旧志”[3]，但赵鹏超在采用旧志史料的同时简要地补入了嘉庆二十二年（1817）至民国十九年间（1930）的人事史料。其体例无创新之处，内容太简。如人物、官师等门，对旧志删十之七、八，新增亦常以“无事可记”省略。

1.3.3同时蒸馏萃取法(SDE)

取香精100 g,加水250 g,置于500 mL圆底烧瓶中,放入沸石,连接同时蒸馏萃取装置,使用加热套加热保持微沸.溶剂瓶中放入30 mL乙醚,水浴保持微沸,冷凝管与低温冷却液循环泵连接使用,同时蒸馏萃取4 h.取下溶剂瓶,旋转蒸发浓缩至2 mL左右,加入适量无水硫酸钠,过滤,供GC -MS分析鉴定[2].

1.3.4气质联用仪参数设置

进样口温度:230℃.柱流速:1.0 mL/min.

电离电压:70 eV.离子源温度:230℃.四极杆温度:150℃.

辅助温度:230℃.质量扫描范围:40～400 u.

检索谱库:NIST05、自建谱库.

程序升温条件:40℃保持3 min,以3℃/min升至150℃,保持1 min,再以10℃/min升至250℃,保持10 min.

2　分析结果与讨论

2.1　结 果

TD、SPME、SDE三种前处理方法得到的样品GC--MS总离子流图分别见图1、图2、图3.

图1　TD处理牛肉香精的GC--MS总离子流图Fig.1 Total ion chromatogram of beef flavor aroma components extracted by TD

图2　SPME处理牛肉香精的GC-MS总离子流图Fig.2 Total ion chromatogram of beef flavor aroma components extracted by SPME

图3　SDE处理牛肉香精的GC-MS总离子流图Fig.3 Total ion chromatogram of beef flavor aroma components extracted by SDE

TD、SPME、SDE三种前处理方法制得的样品经GC-MS分析、计算机标准质谱库NIST05及自建库检索、对各组分的质谱图进行分析,并通过面积归一化法定量,得到相对含量.其中配比度小于80%的物质被舍弃.结果分别见表1、表2、表3.

2.2　讨 论

鉴定出的物质主要包括呋喃、呋喃酮等含氧化合物,噻吩等含硫化合物,吡咯类等含氮化合物,醛类、酮类、酸类、酯类与烃类等脂肪族化合物测定结果见图4至图6.

表1至表3、图4至图6结果显示:利用SDE法处理得到的物质种类最多,包括醛类、酮类、醇类、醚类、烃类、酸类、酯类和一些杂环类化合物.鉴定出的2-乙酰基吡咯和对乙烯基愈创木酚是已报道的对酱油香气贡献显著的两个化合物,带有焦香.吡咯类化合物和呋喃类化合物主要特征是甜香与玉米香,3-甲基-2-噻吩醛是一种具有肉香,坚果香与烤谷物风味的物质[3-5],这些物质可能对牛肉香精风味贡献较大.

表1　牛肉香精TD分离的挥发性风味成分的GC-MS分析结果Tab.1　Qualitative results of beef flavor aroma compounds extracted by TD

表2　牛肉香精SPME分离的挥发性风味成分的GC- MS分析结果Tabl.2 Qualitative results of beef flavor aroma compounds extracted by SPME

图4　牛肉香精TD测定每种物质的数量Fig.4　Numbers of every substance in beef flavor aroma compound extracted by TD

图5　牛肉香精SPME测定每种物质的数量Fig.5　Numbers of every substance in beef flavor aroma compound extracted by SPME

图6　牛肉香精SDE测定每种物质的数量Fig.6　Numbers of every substance in beef flavor aroma compound extracted by SDE

利用SPME分析鉴定到的物质3-甲硫基丙醇和2-乙酰基吡咯,前者在低浓度时具有强烈的肉和肉汤样香气,后者具有与呋喃酮类似的焦香[6-9].同时检测到的杂环类化合物,虽然种类相对较少,但对香精呈香起到不可忽视的作用.

表3　牛肉香精SDE分离的挥发性风味成分的GC-MS分析结果Tab.3 Qualitative results of beef flavor aroma compounds extracted by SDE

用TD分析检测到的主要是酸、醛、酮、烯烃类的物质,其中数量最多的是酸类和醛类,检测到的杂环类化合物,虽然种类相对较少,但对香精呈香起到不可忽视的作用.

3　结 论

实验表明,SPME法适合处理挥发性较强的物质,对于杂环类化合物具有较好的分析效果,而杂环类化合物对香精呈香的作用至关重要.同时,SPME以其处理容易,无溶剂等优点成为呈香分析必不可少的方法之一.

用TD法富集检测数量最多的是酸类和醛类,与静态的SPME相比,由于TD属于动态分析,两者检测结果上具有一定的互补性.此外,TD技术可以不需要任何样品前处理即可对固体样品中的挥发性成分进行分析,方便快捷、重现性好,灵敏度高且不会引入其他干扰物质[10-12].

综合分析3种前处理方法得到的样品分析结果,其化合物种类和数量各不相同.其中SDE由于提取时间较长,得到的化合物种类最多,因此能更加全面地反映出热反应肉味香精的风味轮廓,但由于提取过程需要长时间加热,容易令组分间发生复杂的化学反应,不能真实的反映出香气的原始组成;SPME操作简便,无需溶剂,对于易挥发组分特别是杂环化合物的提取效果较好,可作为此类香精分析的首选方法;动态顶空的TD相对于静态的SPME检出限更低,更适合对痕量物质的捕集.同时由于热脱附所用吸附剂(Tenax)与固相微萃取纤维(DVB/Carboxen/PDMS)材质不同,选择性存在差别,因此结果可与SPME互补.

肉味香精构成组分种类繁多,分析复杂,建议根据实际情况,将多种前处理方法结合使用,以便全面了解其风味构成,对香精的研发提供一定的指导作用.