红糖的挥发性香气成分分析

黄苏婷，杭方学＊，韦春波，谢彩锋，李凯

（1.广西大学 轻工与食品工程学院，南宁 530004；2.广西凤糖生化股份有限公司，广西 柳州 545208）

红糖是甘蔗经压榨、提汁、澄清、熬煮、结晶后形成的非分蜜糖［1，2］。传统红糖又称古法红糖，由于是经物理方法沉降、熬制而成，不添加化学试剂，绿色、健康，而且保留了甘蔗中糖类、蛋白质、酚类等大部分营养物质［3，4］。红糖中糖含量丰富，能提高人体所需能量［5，6］，还具有补血、护脾胃、延缓衰老等功效［7，8］。红糖已经成为人们日常生活的必需品，消费者对红糖品质的要求越来越高。

红糖中香气是评价红糖质量的一个重要指标，近年来，国外研究学者逐渐开展对红糖中香气成分的研究。日本有学者检测了日本3种干燥方式生产的红糖中的挥发性香气物质［9］，Asikin等［10］研究了红糖挥发性香气成分在存储期间的变化。目前国内缺乏这方面的研究，而且不同产地和工艺均会对红糖的香气产生影响。本研究对固相微萃取（SPME）结合气相色谱-质谱联用技术（GC-MS）［11，12］进行优化，并对实验室自制红糖以及市面上在售的古方红糖和太古红糖这3种红糖进行检测，分析其挥发性香气成分，以期为红糖芳香气味研究提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料和试剂

实验室自制红糖，古方红糖、太古红糖从南宁市场购得，置于干燥器内在室温下保存。正构烷烃混标（C8-C40）：购于美国Sigma公司；NaCl：购于天津市光复科技发展有限公司。

1.2 仪器和设备

TLE20E／02分析天平 梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；MR-Hei-Standard磁力搅拌器 美国Heidolph公司；57328-U 固相微萃取纤维头、57330-U固相微萃取手动进样手柄 美国Supelco公司；GC-6820气相色谱仪、GC-7890B／5977A 气相色谱-质谱联用仪 美国Agilent公司。

1.3 实验方法

1.3.1 样品制备

称取一定质量的自制红糖加适量蒸馏水溶解至一定浓度。移取相应质量糖溶液于顶空瓶中，加入磁力搅拌转子，称取电解质NaCl，在恒温水浴中预热3min。

1.3.2 SPME-GC-MS对红糖中香气成分的测定

GC条件：色谱柱：DB-WAX毛细管柱（60m×0.25mm×0.25μm）；载气：He；进样模式：不分流；恒定流量：1.5mL／min；进样口温度：250℃；升温程序：初始温度40℃保持1min，以3℃／min的速率升温至200℃，保持27min。

MS条件［13］：离子源温度：230 ℃；传输线温度：250℃；电离方式：EI；四级杆温度：150℃；质量扫描范围：29～450amu。

1.3.3 SPME萃取工艺优化

本实验在样品制备过程中，选取4种样品浓度：50%，60%，70%，80%，4 种 样 品 质 量：4.00，6.00，8.00，10.00g和 4种 NaCl添加量0，0.60，1.20，1.80g进行比较实验，在萃取过程中对不同萃取温度30，40，50，60℃和不同萃取时间30，40，50，60min进行比较，共选取上述5个因素进行优化实验，选择最佳萃取参数。以GC-MS分析出物质的总峰面积作为评判萃取效果的指标。

1.3.4 数据处理

GC-MS实验数据由Xcalibur软件处理，通过电脑检索和NIST 14谱库进行比对。以总峰面积作为评价萃取效果的指标，每次实验做3组平行。将C8-C40的混标按照同样SPME-GC-MS条件进行分析，并根据公式（1）和 （2）计算待测组分的相对含量（%）和保留指数（Retention Idex，RI）。

相对含量＝（各组分峰面积／总峰面积）×100%。 （1）

保留指数：RI＝100z＋10［TR（x）－TR（z）］／［TR（z＋1）－TR（z）］。 （2）

式中：TR（x）为待测组分的保留时间；TR（z）为碳原子数为z的正构烷烃的保留时间；TR（z＋1）为碳原子数为z＋1的正构烷烃的保留时间。

2 结果与讨论

2.1 样品浓度对SPME萃取效果的影响

图1 样品浓度对SPME萃取效果的影响Fig.1 Effect of sample concentration on the extraction efficiency of SPME

由图1可知随着样品浓度的增加，总峰面积的变化趋势。当糖液的浓度从50%增加到60%时，总峰面积明显上升，再增加糖液的浓度，总峰面积却开始下降。图1中曲线显示，在本次实验所选取的50%，60%，70%，80%4个样品浓度中，SPME对60%浓度的样品萃取效果最好，在4个试验点中具有最高的总峰面积。

2.2 样品质量对SPME萃取效果的影响

图2 样品质量对SPME萃取效果的影响Fig.2 Effect of sample quality on the extraction efficiency of SPME

由图2可知，总峰面积先随着样品质量的增加而上升，增加到一定程度后随着样品量的再增加反而开始下降。图2中显示在4.00，6.00，8.00，10.00g这4个样品质量的比较实验中，当样品添加量为6.00g时，具有最高的总峰面积，即SPME在糖液的质量为6.00g时具有更好的萃取效果。

2.3 NaCl添加量对SPME萃取效果的影响

图3 NaCl添加量对SPME萃取效果的影响Fig.3 Effect of additive amount of NaCl on the extraction efficiency of SPME

由图3可知，在糖液中添加适量的NaCl会提高SPME的萃取效率，获得更高的总峰面积，当NaCl在糖液中达到一定浓度时，再添加NaCl，反而会使萃取效果减弱，总峰面积出现下降的趋势。根据本次实验的结果，在0，0.60，1.20，1.80g这4个添加量中，在糖液中添加0.60g NaCl时具有最高的总峰面积，即SPME在此时有最好的萃取效果。

2.4 萃取温度对SPME萃取效果的影响

图4 萃取温度对SPME萃取效果的影响Fig.4 Effect of extraction temperature on the extraction efficiency of SPME

由图4可知，萃取温度分别在30，40，50，60℃时SPME的萃取效果。随着温度的升高，总峰面积先持续增加，然后出现下降。根据图4中数据显示，在萃取温度为50℃时挥发性香气物质的总峰面积最高，萃取效果最好。

2.5 萃取时间对SPME萃取效果的影响

图5 萃取时间对SPME萃取效果的影响Fig.5 Effect of extraction time on the extraction efficiency of SPME

由图5可知SPME在30，40，50，60min 4个不同萃取时间下的萃取效果。当萃取时间少于50min时，逐渐延长萃取时间，挥发性香气物质的总面积随之增加，但是当萃取时间超过50min时萃取效率开始降低。根据图5中的实验结果，在对糖液进行30，40，50，60min 4个不同时间的萃取后发现，SPME对糖液萃取50min时具有最好的效果。

2.6 SPME萃取红糖挥发性香气成分工艺的确定

根据以上5组单因素试验结果，在5个影响因素中，NaCl的添加量（A）、萃取时间（B）和萃取温度（C）三者对SPME的萃取效果影响较大。因此，基于上述单因素试验，本次研究以总峰面积作为评判标准，对以上 A，B，C 3个因素采用 L9（33）正交设计［14］，考察SPME萃取红糖中挥发性香气物质的最佳条件，其因素水平编码见表1。

表1 L9（33）正交试验因素水平编码表Table1 Factors and levels coding table of orthogonal experiment

3个因素的正交试验结果见表2，通过对极差的比较可知影响因素的主次顺序为B＞C＞A，即可以确定在对红糖中挥发性香气物质的萃取过程中，萃取时间对萃取效果的影响最大，其次分别为萃取温度和NaCl的添加量。根据试验结果，最佳试验组合为A2B2C3，因此最终确定出SPME萃取红糖中挥发性香气物质的最佳条件：萃取时间50min，萃取温度50℃，添加0.60g NaCl。

表2 正交试验结果Table2 Results of orthogonal test

综合单因素试验和正交试验，确定出SPME萃取红糖挥发性香气物质的最佳条件：样品浓度60%，样品添加量6.00g，NaCl添加量0.60g，萃取时间50min，萃取温度50℃。

2.7 3种红糖中挥发性香气物质的GC-MS分析

红糖的香气是经过甘蔗生长、加工、红糖的生产和储存等一系列过程逐步反应而形成的，各个环节的差异性都会导致红糖香气成分的变化。市售的红糖产品众多，从原料到工艺都存在差异，各自的香气成分也不尽相同。因此，本实验统一采用优化后的SPMEGC-MS分析方法对自制红糖，市售古方和太古红糖的香气物质进行检测，实验所得GC-MS分析结果见表3。

表3 SPME萃取3种红糖挥发性成分GC-MS分析结果Table3 Major volatile compounds extracted from 3kinds of brown sugar by SPME-GC-MS

续 表

续 表

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由表3可知，不同样品红糖的挥发性香气物质也不尽相同，有共同存在的香气成分，每个样品也具有自己独特的呈香物质。

本研究从自制红糖中共检测出70种香气物质，包括13种醛类、7种酸类、12种酮类、4种呋喃类、5种酚类、14种吡嗪类、4种醇以及11种含氧杂环化合物、含氮杂环化合物等其他类别物质。太古红糖本次共检测出76种香气化合物，包括14种醛类、8种酸类、13种酮类、5种呋喃类、4种酚类、2种酯类、13种吡嗪类、7种醇类以及10种含氮杂环化合物、芳香族等其他类别化合物。古方红糖共有74种香气物质被检测出，包括11种醛类、6种酸类、13种酮类、3种呋喃类、5种酚类、2种酯类、14种吡嗪类、4种醇类以及16种烷烃类、杂环化合物等其他物质。其中乙醛、2-甲基丁醛、3-甲基丁醛、2，6-二甲基吡嗪、壬醛、2，6-二乙基-吡嗪、2，3，5-三甲基吡嗪、糠醛、2，3-二甲基吡嗪、癸醛和2-乙酰基吡咯在自制红糖、太古红糖和古方红糖中均具有较高的相对含量。在3种红糖中，上述物质的总含量分别占检测出的总挥发性香气物质的44.21%、40.56%和45.67%，因此初步判定其为红糖香气的主要呈香物质。

3 结论

对固相微萃取（SPME）提取红糖中香气成分的单因素进行优化实验，结果表明：在本次实验中，当萃取参数确定为样品浓度60%，样品添加量6.00g，NaCl添加量0.60g，萃取时间50min，萃取温度50℃时具有最佳的萃取效果。利用优化后的参数对自制红糖和2种市售红糖古方红糖和太古红糖进行萃取，并结合气相色谱-质谱（GC-MS）检测，分析红糖的挥发性香气成分，确定其组成与相对含量，初步判定其中乙醛、2-甲基丁醛、3-甲基丁醛、2，6-二甲基吡嗪、壬醛、2，6-二乙基-吡嗪、2，3，5-三甲基吡嗪、糠醛、2，3-二甲基吡嗪、癸醛和2-乙酰基吡咯是主要的挥发性香气成分。