醪糟挥发性成分的顶空固相微萃取条件优化

龚燕川，郑 丽，符 东*

（1.四川文理学院 化学化工学院，四川达州 635000；2.特色植物开发研究四川省高校重点实验室，四川达州 635000）

醪糟是我国的一种传统发酵食品，是以糯米或其他谷物为主要原料，经浸泡、蒸煮、拌曲、发酵等工艺制成的类似酒酿的半流质食品，富含碳水化合物、脂肪、氨基酸、矿物质和维生素等[1]。醪糟作为传统发酵产品，其风味是吸引消费者购买的主要因素[2]。目前，关于酒酿产品挥发性成分的研究大多采用顶空固相微萃取（Headspace Solid Phase Microextraction，HS-SPME）技术进行前处理工作，该技术具有成本低、操作简单及自动化等优点[3]。气相色谱质谱联用技术（Gas Chromatography-Mass Spectrometry，GC-MS）以其高效的定性、定量分析特性，已成为酒类挥发性成分分析的最佳方法[4]。

近年来，关于醪糟的研究主要集中在发酵工艺的优化、风味物质的添加，而关于挥发性成分萃取条件的优化较少[5]。本文采用HS-SPME-GC-MS 研究醪糟中挥发性成分，确定最佳HS-SPME 条件，为进一步检测醪糟风味物质提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

醪糟，孝感麻糖米酒有限责任公司。

1.2 仪器与设备

Intuvo 9000-5977B 气相色谱-质谱联用仪，美国安捷伦公司；65 μm PDMS /DVB 萃取头，美国Supelco 公司。

1.3 试验方法

1.3.1 挥发性成分萃取

称取醪糟样品（4.00±0.05） g 于20 mL 顶空瓶中，密封后置于60 ℃水浴中平衡10 min，插入经老化后的萃取头吸附30 min，于进样口250 ℃解析10 min。

1.3.2 仪器条件

（1）色谱条件。升温程序：初始温度40 ℃，保持3 min，以4 ℃·min-1升至170 ℃，以8 ℃·min-1升至230 ℃，保持5 min；进样口：250 ℃；流速：1.0 mL·min-1；不分流进样。

（2）质谱条件。离子源温度：230 ℃；四极杆温度：150 ℃；电子能量：70 eV；全扫描，质量扫描范围m/z：30 ～550 amu。

1.3.3 单因素试验设计

以总峰面积为指标，研究萃取时间（20 min、30 min、40 min、50 min、60 min 和70 min）、萃取温度（30 ℃、40 ℃、50 ℃、60 ℃、70 ℃和80 ℃）、样品质量（2 g、3 g、4 g、5 g、6 g 和7 g）对萃取效果的影响。

1.3.4 响应面试验设计

在单因素试验基础上，选取萃取时间（A）、萃取温度（B）、样品质量（C）进行3 因素3 水平的响应面试验，试验设计如表1 所示。

表1 响应面试验设计

1.3.5 数据处理

采用NIST 17 谱库，选择匹配度大于800 的物质（最大值为999）。采用SPSS 26.0 进行显著性分析，Design Expert 12.3 进行响应面数据分析。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 萃取时间的选择

萃取时间即为样品的挥发性成分与萃取头涂层之间达到动态平衡所需的时间，只有平衡时才具有最大吸附量[6]。由图1 可知，当萃取时间为50 min 时，总峰面积最大为6.45×108，表明此时即达到动态平衡。随着萃取时间的延长，总峰面积开始下降（P＜0.05）。因此，最佳萃取时间为50 min。

图1 萃取时间对醪糟挥发性成分的影响

2.1.2 萃取温度的选择

萃取温度对萃取效果具有双重影响，不仅会影响样品的扩散系数，而且温度继续升高会降低在涂层纤维上的分配系数。由图2 可知，随着萃取温度的升高，醪糟挥发性成分的扩散速率增加，当萃取温度为70 ℃时，醪糟挥发性成分的总峰面积最大为6.24×108，且与其他温度有显著性差异（P＜0.05），超过70 ℃后吸附能力明显下降。因此，将70 ℃确定为最佳萃取温度。

图2 萃取温度对醪糟挥发性成分的影响

2.1.3 样品质量的选择

顶空瓶中的样品质量对挥发性成分的结果影响较大，样品质量太少则挥发性成分较少，较多反而会造成样品受热不均匀，降低挥发性成分的萃取效果[7]。由图3 可知，样品质量逐渐增加时，总峰面积呈现上升趋势，当样品质量为4.0 g 时，总峰面积最高为4.9×108，随后显著下降（P＜0.05）。因此，选择4.0 g 为最佳样品质量。

图3 样品质量对醪糟挥发性成分的影响

2.2 响应面试验优化分析

对表2 结果进行二元多次回归统计分析，建立回归模型，此模型得出醪糟挥发性化合物总峰面积与各变量因素之间的拟合方程为Y=-178.967 50+2.738 25A+2.729B+8.542 5C-0.010 475AB-0.037 75AC+0.078 25BC-0.017 562A2-0.017 062B2-1.431 25C2。

表2 响应面试验结果

由表3 可知，模型（P＜0.01）显著，失拟项（P＞0.05）不显著，总决定系数R2=0.983 2，表示该回归模型拟合度良好。响应值Y的变异系数CV=5.09%＜10%，说明试验误差较小。一次项A、B、C的P值均小于0.01，说明3 个因素对醪糟挥发性成分萃取影响较大，主次排序为萃取温度＞萃取时间＞样品质量。

表3 响应面试验方差分析

响应曲面中曲线越弯曲，表明响应值受因素的影响越大。由图4 可知，萃取时间和萃取温度、萃取温度和样品质量响应曲面较陡，交互作用极显著（P＜0.01）；萃取时间与样品质量的交互作用不显著（P＞0.05）。

图4 因素交互作用对萃取效果的影响

通过软件分析得到HS-SPME 法分析醪糟挥发性成分的最佳条件为萃取时间52.39 min、萃取温度73.15 ℃、样品质量4.67 g，预测挥发性成分峰面积为10.65×108。

根据模型，调整最佳萃取时间52 min、萃取温度73 ℃、样品质量4.7 g 进行模型验证。此条件下，醪糟挥发性成分总峰面积为10.37×108，与预测值的相对误差为2.7%，说明此数学模型具有良好的预测性和准确性。

3 结论

本文采用顶空固相微萃取-气质联用技术结合响应面试验优化了醪糟挥发性风味物质的萃取条件，最佳萃取条件为萃取时间52 min、萃取温度73 ℃、样品质量4.7 g，此时挥发性成分的总峰面积为10.37×108，与预测值的相对误差为2.7%，说明该模型可行，表明利用响应面法优化得到的HS-SPMEGC-MS 技术萃取醪糟挥发性风味物质的方法可靠性高、具有应用价值。