带捕集阱的自动化静态顶空测定苹果酯类香气物质

史作安， 王 超， 颜卫东， 杨 超

(山东农业大学农业生物学国家重点实验室，农业生物学国家级实验教学示范中心，山东泰安 271018)

0 引言

香气是评价苹果果实品质的重要特征之一。香气成分的研究不仅能获得有关果实天然成分的最基本的化学信息，而且通过对香气成分在果实体内的研究，为人们在水果品种的选育、贮藏、加工，以及合理调控方面提供科学依据［1-3］。苹果作为我国少数具有国际竞争优势的产品，在国际市场上具有重要作用［4-6］。苹果及其制品的香气物质成分非常复杂，主要包括酯、醇、醛、萜类物质等，其中酯类是构成苹果特征香味最重要的组分［7-9］。

苹果香气物质的测定一直是我院本科生“园艺植物产品质量检测实验”的重要内容之一，随着分析仪器和样品前处理技术的发展，传统的液-液萃取等前处理实验方法，因为需样量大、耗时长、花费高，且需要制造大量有机溶剂废液［10-11］，已经被摒弃，并陆续购置了一台自动化静态顶空气相色谱质谱联用仪(HS-GCMS)和两台气相色谱(GC2014)，自动化静态顶空是一种新型的样品前处理方法，无需溶剂，简便、快速，自动化程度高，能够尽可能减少被分析的香气成分的损失，简化了传统风味物质测定方法的样品前处理环节，使所测挥发性风味成分更接近于天然。

本文以烟台富士苹果为材料，采用HS-GC-MS技术对苹果中酯类香气成分进行了测定。通过对前处理条件的优化，构建一种快速、准确测定苹果酯类香气成分的方法，为本科实验教学提供指导，为园艺产品品质分析提供参考。

1 材料与方法

1.1 样 品

实验样品为商熟期的富士苹果，采于烟台龙口黄城精品实验基地。

1.2 主要仪器和试剂

日本岛津公司GC-MS QP2010 Plus气相色谱-质谱联用仪;美国PE公司的TurboMatrix 40HS顶空进样器;毛细管色谱柱为Rtx-1MS(30 m ×0.25 mm×0.25 mm);Rtx-5(30 m × 0.32 mm × 0.25 μm);Stabilwax(R)-DA(30 m ×0.32 mm ×0.25 μm);25 mL 顶空进样瓶，铝制瓶盖和硅橡胶垫。3-壬酮标准品(Sigma公司提供)。

1.3 实验方法

(1)样品前处理。新鲜水果去皮准确称量5 g样品于25 mL顶空进样瓶中，用硅胶隔垫密封，铝盖封口，放入自动顶空进样仪中，待进样。

(2)萃取条件单因素试验。选取对静态顶空影响较大的3个因素(顶空时间、顶空温度和色谱柱)，控制单因素变量，分别进行萃取实验，依次考察其对苹果酯类香气物质总峰面积的影响。

(3)GCMS分析条件。进样口温度200℃;柱温起始温度35℃，保持2 min，以8℃/min升至180℃，保持1 min;再以15℃/min上升至230℃，保持4 min;载气 He(99.999%)，柱流量 1.0 mL/min。

电离方式 EI，电子能量70 eV，离子源温度200℃，接口温度230℃。扫描质量范围45～450 u。

2 结果与分析

2.1 单因素实验分析

(1)顶空温度对香气成分的影响。选取30、35、40、45和50℃ 5个顶空温度梯度，研究不同温度对苹果香味成分提取效果的影响，结果如图1所示。

图1 温度对香气成分总峰面积的影响

实验结果表明:在一定的范围内，温度越高，萃取效率越高，且在温度30～45℃，香气成分总峰面积都明显增加，当温度达到45℃时，香气成分总峰面积达到最大，随温度的升高，达到45～50℃时，其香气成分总峰面积逐渐减低，且苹果褐变严重，因此本实验选择顶空温度为45℃。

(2)顶空时间对香气成分的影响。在顶空温度为45℃条件下，设置20、30、40和50 min 4个平衡时间梯度进行顶空分析。

图2 时间对香气成分总峰面积的影响

实验结果显示，随着温度的升高，其香气成分总的峰面积升高，到40 min时，其香气成分总峰面积达最大值，50 min时，其挥发成分总的峰面积不再增加，因此本实验选择顶空平衡时间为40℃。

综上所述，带捕集阱的自动化静态顶空和气相色谱质谱联用法测定苹果香气成分最佳前处理条件为:顶空温度45℃，时间40 min。

2.2 色谱柱对香气成分的影响

分别选取3种毛细管色谱柱:Stabilwax(R)-DA(30 m ×0.32 mm ×0.25 μm);Rtx-5 MS(30 m ×0.32 mm × 0.25 μm);Rtx-1 MS(30 m ×0.25 mm × 0.25 μm)。其中，Stabilwax(R)-DA是一种极性柱;Rtx-5 MS是中性柱;Rtx-1 MS是非极性柱。

3种毛细管色谱柱分离供试样品得到的GC-MS总离子流图经计算机谱库(NIST08)检索分析。结果表明，Stabilwax(R)-DA色谱柱分离得到的苹果中主要酯类香气成分7种;Rtx-5 MS柱分离得到主要酯类香气成分17种;Rtx-1 MS柱分离得到主要酯类香气成分35种。由此可见，Rtx-1 MS柱分离得到酯类香气成分最多，因此我们选用Rtx-1 MS色谱柱。

图3 Rtx-1 MS色谱柱分离得到的GC-MS总离子流图

从表1可以看出，酯类是烟台富士苹果的主要化合物，也是其特征香气的主要贡献成分［12-13］，其中相对含量较多的化合物包括丁酸乙酯(0.47%)、2-甲基-丁酸乙酯(0.22%)、乙酸丁酯(5.85%)、2-甲基乙酸丁酯(27.21%)、丁酸丙酯 (1.81%)、丙酸丁酯(2.32%)、乙酸戊酯(1.80%)、2-甲基-1-丁酸异丙酯(3.00%)、丁酸丁酯(2.92%)、己酸乙酯(2.00%)、乙酸己酯(17.21%)、2-己烯-1-醇乙酸酯(3.85%)、2-甲基丁酸甲酯(5.23%)、丁酸己酯(4.00%)和2-甲基-丁酸己酯(8.10%)，占总峰面积的85.99%。与王孝娣等［14-15］的研究相比较，本实验所检测到的脂类物质种类更多，其中2-甲基丁酸甲酯(5.23%)是本实验中首次检测到，且相对含量较高。

3 结语

本文采用带捕集阱的自动化静态顶空和气相色谱质谱联用技术，在顶空温度45℃，顶空时间40 min，毛细管色谱柱 Rtx-1 MS(30 m ×0.25 mm ×0.25 μm)条件下，从富士苹果中分离鉴定出35种酯类香气成分，丁酸乙酯等15种物质相对含量较高，占总香气物质含量的85.99%，实验数据表明该方法准确、迅速、节约、环保。通过对前处理条件的优化，构建一种快速、准确测定苹果酯类香气成分的方法，为本科实验教学提供了理论指导，为园艺产品品质分析提供了参考，对其他水果成分的分析也有一定的借鉴作用。

表1 苹果中主要酯类香气成分优化分析

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