静态顶空与固相微萃取法分析婴幼儿辅食营养包中哈喇味的主要成分

周宸丞,陈熠敏,陈振桂,杜金林,王远兴,*

(1.南昌大学食品科学与技术国家重点实验室,江西南昌 330047;2.赣州市全标生物科技有限公司,江西赣州 341100)



静态顶空与固相微萃取法分析婴幼儿辅食营养包中哈喇味的主要成分

周宸丞1,陈熠敏1,陈振桂2,杜金林2,王远兴1,*

(1.南昌大学食品科学与技术国家重点实验室,江西南昌 330047;2.赣州市全标生物科技有限公司,江西赣州 341100)

为研究婴幼儿辅食营养包中哈喇味的主要成分,采用静态顶空与顶空固相微萃取技术提取婴幼儿辅食营养包中的气味成分,通过气相色谱-质谱联用技术进行定性分析,对两种方法所得的气味成分进行比较分析。结果表明:加速氧化实验后,样品中醛类含量变化最明显,两种检测方法中严重组和中度组挥发性成分都以醛类化合物为主。推测己醛、2-戊基呋喃、(E,E)-2,4-壬二烯醛、(Z)-14-甲基-8-十六碳烯-1-缩醛可能是婴幼儿辅食营养包中产生哈喇味的主要因素,而哈喇味可能是由其中几种物质相互作用而产生的。

静态顶空,顶空固相微萃取,婴幼儿辅食营养包,哈喇味气味成分

婴幼儿辅食营养包(以下简称“营养包”)是一种用于6～36月龄婴幼儿辅食中添加的含高密度多种微量营养素(维生素和矿物质)的补充品,多以豆粉为基料[1]。营养包营养丰富,脂肪含量较高,而多不饱和脂肪酸(PUFA)在婴幼儿食品中易发生氧化反应引起变质[2]。首先是生成氢过氧化物,氢过氧化物是脂类自动氧化的初产物,由于不稳定,发生一系列复杂的反应,产生大量的小分子物质,如酮、醛、酸等[3]。其中醛类和酮类化合物被广泛认为与脂肪氧化酸败气味的产生密切相关[4],而这种油脂酸败产生的特征气味就是人们常说的“哈喇味”。

静态顶空法是在平衡的密闭容器中抽取顶部空间气态(或蒸气)样品,并与气相色谱结合对气态(或蒸气)样品进行分析的一种特殊的分析技术[5],具有操作简便,无有机溶剂残留的特点,是常用于分析挥发性物质的萃取技术[6]。固相微萃取技术是近年来发展起来的一种样品萃取分离技术[7],具有简便、快捷、灵敏度高等特点[8],被广泛应用于许多领域的样品处理和分析[9]。目前有关婴幼儿食品哈喇味成分分析的报道较少。本文分别采用静态顶空(SHS)和顶空固相微萃取技术(HS-SPME)提取营养包中的气味成分,通过气相色谱-质谱联用技术(SPME-GC-MS)进行定性分析。对比固相微萃取法和静态顶空法的所得结果,可增加数据的可靠性,找出哈喇味的主要成分,以期为今后营养包的产品质量控制和检测提供科学的实验数据和技术手段。

1　材料与方法

1.1材料与仪器

婴幼儿辅食营养包赣州市全标生物科技有限公司。

GC-QQQ 7890/7000A三重串联四级杆气质联用仪、Agilent G1888A顶空分析自动进样器、HP-5MS石英弹性毛细管柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm)美国Agilent公司;萃取手柄、50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取头美国Supelco公司。

图1　婴幼儿营养包样品中挥发性成分静态顶空法的总离子流图Fig. 1　Total ion current chromatograms of volatile components in infant nutrition pack by static headspace technology注:A.严重组;B.中度组;C.对照组;D.严重组、中度组、对照组叠加图;图2同。

1.2实验方法

1.2.1样品制备对照组:充氮(残氧量1%～1.5%),感官检测有轻微豆粉清香的营养包;中度组:半充氮(残氧量4%～6%),40 ℃下存放10 d感官检测有中度哈喇味的营养包;严重组:完全不充氮(残氧量21%),40 ℃下存放5 d感官检测有明显哈喇味的营养包。冷藏储存,待测。

1.2.2前处理法

1.2.2.1静态顶空法取样品各5.0 g,分别放置于20 mL的顶空瓶中80 ℃预热20 min。抽取顶空气体1 mL,进行GC/MS分析。

1.2.2.2固相微萃取法取样品各1.0 g,先分别放置于20 mL的顶空瓶中60 ℃水浴预热30 min,50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取头萃取30 min,进行GC/MS分析,在230 ℃条件解析6 min。

1.2.3色谱质谱条件

1.2.3.1气相色谱条件毛细管色谱柱(HP-5MS);柱温:起始温度40 ℃,保持4 min,以10 ℃/min的速率升温至80 ℃,然后以2 ℃/min的速率升温至110 ℃,再以8 ℃/min的速率升温至170 ℃,最后以18 ℃/min的速率升温至250 ℃,保持5 min;进样口温度:230 ℃;载气为高纯氦气(体积分数 99.999%),柱流速为0.8 mL/min;不分流进样。

1.2.3.2质谱条件EI电离源,电子能量70 eV,离子源温度200 ℃,发射电流250 A,溶剂延迟时间:3 min,全扫描模式,时间扫描范围:1～60 min,质量扫描范围:50～550 m/z。

1.3化合物成分定性和定量

化合物成分定性方法:化合物由NIST数据库检索定性,匹配度>85%作为鉴定结果;化合物定量方法:静态顶空法是以中度组中检测到的1-戊烯-3-醇的相对含量作为1,计算出其他化合物的相对含量。固相微萃取法是以严重组中检测到的2-甲基十六醇的相对含量作为1,计算出其他化合物的相对含量。

2　结果与讨论

2.1萃取条件的选择

静态顶空是通过对样品预热,达到气态平衡后抽取样品气体(蒸汽)的进样方式,所以温度和时间是尤为重要的因素。预热温度分别选取60、70、80、90 ℃,萃取时间分别选取10、20、30 min。随着预热温度的升高,总离子图中峰总面积增大,但90 ℃预热时,样品分离效果变差,故选取80 ℃为预热温度。20 min和30 min为萃取时间时,总离子图中峰总面积明显大于10 min,但20 min和30 min相比,峰总面积并无明显变化,故选取20 min作为萃取时间。

图2　婴幼儿营养包样品中挥发性成分固相微萃取法的总离子流图Fig.2　Total ion current chromatograms of volatile components in infant nutrition pack by solid phase microextraction technology

顶空固相微萃取结果受萃取头吸附剂种类、萃取时间、萃取温度三个因素的影响。实验选用DVB/CAR/PDMS萃取头,主要用于挥发性物质的检测。萃取时间分别选取30、40、50、60 min,比较色谱总离子图中峰总面积无明显差异,故选取30 min为萃取时间。在萃取时间30 min下,分别选取萃取温度50、60、70、80 ℃,比较色谱总离子图峰总面积,50 ℃萃取温度的出峰数明显少于60、70、80 ℃。随温度的升高出峰总面积逐渐增大,峰的分离程度下降,同时考虑高温对样品的影响,故选择60 ℃作为萃取温度。

表1　婴幼儿营养包样品中挥发性成分静态顶空法检测结果

续表

注:“-”表示未检出;表2同。

2.2采用静态顶空和固相微萃取法提取挥发性成分的比较

由表1、表2可知,静态顶空法共检测出54种挥发性成分,严重组27种,中度组28种,对照组14种;固相微萃取法共检测出71种挥发性成分,严重组39种,中度组42种,对照组28种。静态顶空法检测结果为对照组中挥发性成分以酮类和醇类为主，固相微萃取法检测结果中对照组中挥发性成分以醛类、萜烃类和醇类化合物为主，两种检测方法严重组和中度组中挥发性成分以醛类、烷烃类、醇类、萜烯烃类和酮类化合物为主。严重组挥发性成分中醛类总含量最高,且严重组和中度组中醛类化合物的种类和总含量与对照组相比都有大幅的增加。

对比表1中严重组、中度组和对照组的挥发性成分,2-正戊基呋喃、1-戊醇、戊醛、反式-2-己烯醛、庚醛、正辛醛、反-2-辛烯醛、壬醛是静态顶空法严重组和中度组中新产生的挥发性成分,且这些新产生的挥发性成分在严重组中的峰面积都大于中度组,表明这些挥发性成分的含量随哈喇味的加重而变化。由表2可以看出,异戊醛、庚醛、(E,E)-2,4-壬二烯醛、(Z)-14-甲基-8-十六碳烯-1-缩醛、2,3,5,6-四甲基苯酚、环十一酮、咖啡因、1,2-环氧十八烷、1-甲氧基-4-甲基双环[2.2.2]辛烷是固相微萃取法严重组和中度组中新产生的挥发性成分,且峰面积随哈喇味的加重而增加。两种提取方法的对照组、中度组、严重组都检测到己醛,且己醛峰面积随哈喇味的加重而逐渐增大。

表2　婴幼儿营养包样品中挥发性成分固相微萃取法检测结果

续表

3　讨论

哈喇味是由特殊的几种物质相互作用而产生的[10],哈喇味的气味成分随样品的氧化而不断积累[11],由此推测,样品氧化后新产生的挥发性成分,且随样品哈喇味的增重而含量逐渐增加的就有可能是哈喇味的主要成分。由于两种提取方法原理不同,固相微萃取是萃取头的吸附作用,选择性提取样品,静态顶空是抽取样品顶部的气体进行进样,所以两种方法所得成分会有所不同。对比两种提取方法检测结果,新产生的挥发性成分均以醛类占多数。醛类化合物主要来自脂肪的氧化降解[12],其风味阈值比碳氢化合物、呋喃和醇类都低[13],对气味的贡献大[14],推测醛类化合物可能是哈喇味的重要成分之一。但在香气研究中,许多醛类化合物在低浓度时都有香味,如庚醛有豆奶香味[15],戊醛在低浓度时有果香、面包香,已醛在低浓度时有清香味[16],反-2-己烯醛有辛香和脂香,反-2-辛烯醛有青瓜味[17],辛醛和壬醛是大豆中存在的香气成分,但同一风味物质在不同浓度或不同环境体系时风味也可能不同[18],超过一定的阈值就可能对人体产生不良反应。静态顶空法和固相微萃取法都检测出己醛是样品中相对峰面积最大的挥发性成分,且氧化前后样品中己醛的峰面积明显增大。己醛是脂肪酸氧化产物之一[19],己醛的含量与样品的氧化程度密切相关,所以推测己醛可能是营养包产生哈喇味的主要因素之一。在固相微萃取法中的对照组也检查到少量的己醛,可能是对照组样品中少量脂肪酸发生氧化生成,但样品并无质量问题。

1,2-环氧十八烷、1-甲氧基-4-甲基双环[2.2.2]辛烷是严重组和中度组中新产生的碳氢类化合物,可能是烷基自由基的自氧化过程产生的,烷烃类通常阈值较高,对气味贡献很小[20],醇类化合物的阈值也通常较高,故都不是引起物质哈喇味的主要原因。酮类化合物阈值较低[21],通常对香气贡献较大[22],其中新产生的咖啡因具有苦香味[23],且在样品氧化过程中峰面积变化很小,故排除是哈喇味主要成分的可能性。环十一酮气味贡献方面的研究较少,在非发酵臭豆腐研究中曾被检测出,但未被认为有大的气味贡献,故不能确定[24]。2,3,5,6-四甲基苯酚与4-甲基苯酚结构相似,4-甲基苯酚香气活性值高,有药味,分析认为2,3,5,6-四甲基苯酚在固相微萃取法中相对峰面积偏小,氧化过程中峰面积有增加,但变化不显著,故排除是哈喇味物质主要成分的可能性。营养包主要成分是大豆粉,豆粉脂肪中亚油酸含量高,所以新产生的亚油酸裂解物的含量较高[25],壬醛是油酸氧化产生的,2,4-壬二烯醛有脂肪酸败味,是亚麻酸氧化分解产生的[26],2,4-癸二烯醛、戊醛、庚醛、反-2-庚烯醛、2-戊基呋喃都是亚油酸的氧化裂解产物[27]。新产生的2-戊基呋喃是由亚油酸9-羟基自由基裂解产生的共轭二烯自由基和氧反应生成的乙二烯氢过氧化合物再经自由基环化所生成的[28]。2-戊基呋喃阈值较低,对气味有很大的贡献,在低浓度时有金属味、青豆味[29]。考虑到2-戊基呋喃是在氧化过程中新产生,且在静态顶空法中相对峰面积偏大,氧化过程中峰面积增大一倍,故认为可能是产生哈喇味的主要因素之一。在许多油脂氧化研究中都认为醛类和不饱和醛类是油脂氧化味的重要成分之一[30-32],(Z)-14-甲基-8-十六碳烯-1-缩醛是样品氧化过程中新产生,相对峰面积较大,且随样品的逐渐氧化峰面积增大明显,故推测可能是营养包产生哈喇味的主要因素之一。综合上述分析,进而推断己醛、2-戊基呋喃、(E,E)-2,4-壬二烯醛、(Z)-14-甲基-8-十六碳烯-1-缩醛可能是营养包中产生哈喇味的主要因素。

4　结论

研究分别采用静态顶空和固相微萃取法提取营养包中的气味成分,通过气相色谱-质谱联用技术进行定性分析,对两种方法所得结果进行比较分析。结果表明,己醛、2-戊基呋喃、(E,E)-2,4-壬二烯醛、(Z)-14-甲基-8-十六碳烯-1-缩醛可能是营养包中产生哈喇味的主要因素。哈喇味主要成分的研究可为日后建立婴幼儿营养包质量的快速检验方法提供数据基础,帮助企业在生产、储存过程中通过检测产品中变质后的特征挥发性成分的含量而对产品质量进行快速评定。

[1]李文豪,朱冰泉,邵洁,等. 辅食营养补充品改善婴幼儿贫血的效果评价[J]. 现代预防医学,2013,40(23):4312-4314.

[2]李红艳. 多不饱和脂肪酸在婴儿配方奶粉中稳态化的研究[D]. 南昌:南昌大学,2009.

[3]马长伟,张松山,刘欢,等. 对反映腌腊肉制品脂肪氧化酸败程度指标的探讨[J]. 肉类研究,2007(6):4-6.

[4]Love J D,Pearson A M. Lipid oxidation in meat and meat products—A review[J]. Journal of the American Oil Chemists’ Society,1971,48(10):547-549.

[5]张军,车海先. 浅议顶空气相色谱[J]. 食品安全导刊,2012(5):48.

[6]白露露,胡文忠,姜波,等. 静态顶空-气相色谱-质谱联用技术测定辣椒食品中挥发性物质成分[J]. 食品工业科技,2014,35(18):49-53.

[7]肖丹. 顶空固相微萃取技术的应用与展望[J]. 中国卫生工程学,2015,14(1):88-92.

[8]胡国栋. 固相微萃取技术的进展及其在食品分析中应用的现状[J]. 色谱,2009,27(1):1-8.

[9]孙婕,张华,尹国友,等. 固相微萃取技术在食品分析领域中的应用[J]. 东北农业大学学报,2011,42(8):154-158.

[10]李莹莹,宋永青,李贺楠,等. 固相微萃取-气质联用技术分析湖南腊肉中哈喇味的主要成分[J]. 肉类研究,2014，28(7):11-14.

[11]Spitzer J,Doucet S,Buettner A. The influence of storage conditions on flavour changes in human milk[J]. Food Quality and Preference,2010,21(8):998-1007.

[13]Sonia E,GianFrancesco M,Roberto S,et al. Monitoring of virgin olive oil volatile compounds evolution during olive malaxation by an array of metal oxide sensors[J]. Food Chemistry,2009,113(1):345-350.

[14]许鹏丽,肖凯军,郭祀远. 广式腊肠风味物质成分的 HS-GC-MS 分析[J]. 现代食品科技,2009,25(6):699-703.

[15]张文灿,邹焱,朱辰,等. 豆奶风味物质的研究[J]. 大豆科技,2014(4):32-38.

[16]徐星. 植物油氧化过程中脂肪酸和挥发性成分变化的研究[D]. 杭州:浙江工商大学,2012.[17]Lv Y C,Song H L,Li X,et al. Influence of Blanching and Grinding Process with Hot Water on Beany and Non-Beany Flavor in Soymilk[J]. Journal of Food Science,2011,76(1):S20-S25.

[18]施小迪,郭顺堂. 豆乳风味物质的研究进展[J]. 食品安全质量检测学报,2014,10(5):3080-3084.

[19]胡静,张凤枰,刘耀敏,等. 顶空固相微萃取-气质联用法测定鳜鱼肌肉中的挥发性风味成分[J]. 食品工业科技,2013,34(17):313-316.

[20]沈晓玲,李诚. 脂类物质与肉的风味[J]. 肉类研究,2008(3):25-28.

[21]施文正,王锡昌,刘源,等. 养殖草鱼不同生长期挥发性成分的比较[J]. 食品科学,2010,31(20):342-347.

[22]张丰,董文江,王凯丽,等. 云南不同地区烘焙咖啡豆挥发性成分的 HS-SPME/GC-MS 分析[J]. 食品工业科技,2015,36(11):273-280.

[23]何余勤,胡荣锁,张海德,等. 基于电子鼻技术检测不同焙烤程度咖啡的特征性香气[J]. 农业工程学报,2015,31(18):247-255.

[24]亓顺平,翁新楚. 非发酵臭豆腐挥发性风味物质的研究[J]. 食品科学,2008,28(12):400-404.

[25]Iida H,Itoh D,Minowa S,et al. Hydrogenation of soybean oil over various platinum catalysts:Effects of support materials on trans fatty acid levels[J]. Catalysis Communications,2015,62:1-5.

[26]Mounchili A,Wichtel J J,Bosset J O,et al. HS-SPME gas chromatographic characterization of volatile compounds in milk tainted with off-flavour[J]. International Dairy Journal,2005,15(12):1203-1215.

[27]徐生庚,裘爱泳,贝蕾. 油脂化学与工艺学[J]. 北京:中国轻工业出版社,2001,4(27):1-272.

[28]滕迪克,许洪高,袁芳,等. 脂质降解产物在肉类香气形成中的作用[J]. 中国调味品,2008(6):71-76.

[29]许慧卿,汪志君,于海,等. 几种微生物发酵剂对风鸭挥发性风味化合物的影响[J]. 中国农业科学,2008,41(11):3746-3753.

[30]杨蕊莲,蒋和体. SDE-GC-MS 结合保留指数分析不同预处理的豆浆风味[J]. 食品科学,2015,36(20):185-189.

[31]徐永霞. 脂肪控制氧化—热反应法制备猪肉风味基料的研究[D]. 武汉:华中农业大学,2011.

[32]刘笑生,杨政茂,杜闪,等. 金华火腿皮下脂肪中气味活性化合物研究[J]. 中国食品学报,2014,14(9):239-246.

Analysis the main ingredients of rancid flavor in infant nutrition package by static headspace(SHS)and solid rhase microextraction(SPME)

ZHOU Chen-cheng1,CHEN Yi-min1,CHEN Zhen-gui2,DU Jin-lin2,WANG Yuan-xing1,*

(1.State Key Laboratory of Food Science and Technology,Nanchang University,Nanchang 330047,China;2.Ganzhou Quanbiao Biological Technology Co.,Ltd.,Ganzhou 341100,China)

Static headspace(SHS)and solid phase microextraction(SPME)technology were used to extract odor components in infant nutrition package. Their odor components were analyzed qualitatively and quantitatively by the gas chromatography/mass spectrometry(GC-MS)and then compared the results. The results showed that the most obvious changes in the samples were aldehydes after the accelerated oxidation test. The main components of the nutritional package’s rancid flavor may be Hexanal,2-pentyl furan,(E,E)-2,4-nonadienal,(Z)-14-methyl-8-hexadecene-1-acetal. Rancid flavor may be generated by the interaction of several substances.

static headspace;HS-SPME;infant nutrition package;rancid flavor ingredients

2015-11-09

周宸丞(1991-)，女，硕士研究生，研究方向:营养与食品卫生,E-mail：13247911729@163.com。

王远兴(1964-)，男，博士，教授，研究方向:食品化学、食品营养与安全、色谱质谱分析,E-mail：yuanxingwang@ncu.edu.cn。

国家自然科学基金项目(31160321，31560478)；南昌大学食品科学与技术国家重点实验室自由探索课题(SKLF-ZZB-201513)。

TS207.3

A

1002-0306(2016)16-0049-08

10.13386/j.issn1002-0306.2016.16.001