HS-SPME-GC-MS 条件优化及北京鸭挥发性风味物质分析*

张丽燕，刘万军，朱绍辉，王洪玲，肖发沂**

[1.青岛菲优特检测有限公司，山东 青岛 266100；2.巴迪泰（青岛）生物科技有限公司，山东 青岛 266100；3.山东畜牧兽医职业学院，山东 潍坊 261061；4.孟村县畜牧局，河北 沧州 061000]

我国是鸭肉生产和消费的大国，肉鸭的年出栏量占全球总出栏量80%以上[1]。北京鸭作为肉鸭品种的杰出代表，是我国优良的快大型肉鸭品种，肉质鲜嫩，皮脂丰厚，是北京烤鸭的主要原料[2]，市场占有率很高。目前，鸭肉挥发性风味的研究报道主要集中在板鸭[3]、盐水鸭[4]、酱鸭[5]等加工后熟食制品，对生鲜鸭肉中挥发性物质的研究较少。挥发性风味物质是影响生鲜鸭肉风味的重要因素之一，由于香气物质具有痕量、易挥发且组成复杂的特点，通常采用固相微萃—气相色谱—质谱联用法进行分析[6-8]。

固相微萃取 ( Solid phase micro-extraction，SPME) 是20 世纪90 年代兴起的一种样品前处理与富集技术，是一种集萃取、浓缩、进样于一体的分析方法[9]，该方法具有操作简便快捷、样品用量少、无溶剂残留、对待测物选择性高、灵敏度高、变异系数小等优点[10]。SPME 通过使用一根细的熔融石英纤维丝或在细的熔融石英纤维丝上涂上一层具有选择性的聚合物薄膜，从分析基质中萃取待测物，待萃取结束以后，直接将萃取头插入进样口进行检测，可明显提高检测效率。

固相微萃取法有三种基本的萃取模式，即直接萃取、顶空萃取、膜保护萃取。顶空萃取的原理：被测组分受热从固相或液相扩散至气相，之后被萃取头的石英纤维固定相萃取、富集。顶空固相微萃取模式（HS-SPME）可以有效避免固定相被样品基质中的高分子物质和不挥发性物质污染[11]，减轻杂质干扰，提高萃取效率，适合所有基质的试样中挥发性及半挥发性物质的测定[12]。

影响HS-SPME 结果的因素有很多，如萃取头类型、萃取温度、萃取时间、样品取样量等均会对结果产生不同程度的影响。本研究采用顶空固相微萃取技术结合气相质谱分析法，以北京鸭胸肉为研究材料，以萃取头类型、样品取样量、萃取温度和萃取时间为试验变量，对HS-SPME 模式进行优化，并用优化后的方法探究北京鸭胸肉的挥发性风味物质组成。

1 材料与方法

1.1 试验材料

北京鸭购于某农贸市场，现杀处理后，取鸭胸肉为试验材料，-20 ℃冷冻保存。

1.2 仪器设备

手动固相微萃取（SPME）进样器和萃取纤维头：美国Supelco 公司；TQ8040 三重四极杆气相色谱质谱联用仪：日本岛津公司；DB-5MS 弹性石英毛细管柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm)：美国安捷伦公司。

1.3 试验方法

1.3.1 单因素试验 以单因素变量为原则，分别测试不同类型萃取头（75 μm CAR/PDMS、85 μm Polyacrylate、100 μm PDMS）、不同取样量（2、4、6 g）、不同萃取温度（40、50、60、70℃)、不同萃取时间（3、35、40、45 min）下的质谱检测结果，通过比较峰面积和物质峰数量，选择最合适的HS-SPME 条件。

1.3.2 样品处理 将样品室温解冻，匀质后准确称取适量样品于洁净的20 mL 顶空萃取瓶中，封盖，置于恒温水浴锅中。将老化处理后的固相微萃取进样器萃取头插入瓶中，推出纤维头并保证纤维头不直接接触样品及瓶壁，用顶空吸附萃取的方式对挥发性物质进行吸附。吸附结束后缩回纤维头，迅速将萃取头插入气相色谱质谱联用仪进样口端，再次推出纤维头，250℃解析8 min 并启动气相色谱质谱联用仪进行色谱分离和质谱数据采集。

1.3.3 色谱、质谱条件 色谱柱：DB-5MS 毛细管柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）；柱温箱温度35 ℃；汽化室250 ℃；进样口温度：250 ℃；程序升温：初始温度35 ℃，保持2 min，以4 ℃/min升温至180℃，保持2 min，以10 ℃/min 升温至250 ℃，保持5 min。载气：高纯氦气（He），纯度99.999%；载气流量1 mL/min；流量控制方式：恒线速度模式；进样方式：不分流进样。

离子源：EI 源；电子能量70 ev；离子源温度200℃；接口温度250 ℃；检测器电压：1.00 KV；质量分析器：单四极杆；采集方式：scan；质量扫描范围：35~500 amu。

2 数据分析方法

将GC-MS 采集到的物质峰逐一进行人工解析，将物质峰质谱图与NIST17 标准谱库中的标准质谱图进行相似度比对以定性，并用面积归一化法计算出样品中各组分的相对含量以定量。

单因素试验中，试验所得数据用Microsoft office Excel 2016 进行统计分析和数据汇总。

3 结果分析

3.1 不同类型萃取头的比较

固相微萃取进样器的核心部分是萃取头，不同类型萃取头内的纤维材料及涂层特性存在巨大差异，对不同组分的萃取吸附能力不同，是影响HS-SPME 萃取效果的关键因素[13]。本试验中，我们选取三种不同类型的萃取头，其他变量条件不变，采集的GC-MS 色谱图见图1，总峰面积及物质峰数量见表1。由表1 可知，75 μm CAR/PDMS萃取头的可定性挥发性物质峰的总峰面积是85 μm Polyacrylate 萃取头的1.9 倍，是100 μm PDMS 萃取头的3.1 倍，而且 75 μm CAR/PDMS 萃取头物质峰数量最多。由此可见，与其他两种萃取头相比，75μm CAR/PDMS 萃取头更适用于北京鸭胸肉挥发性风味物质分析。

表1 不同萃取头的萃取结果比较

图1 3种萃取头的GC-MS总离子流图（详见附录彩图）

3.2 不同取样量的比较

顶空样品瓶上方气相体积的大小对萃取效果有重大影响。研究表明，当气相体积小于样品瓶总体积的1/3 时，随着气相体积的减小，试验结果的精密度降低，重复性变差[14]，而气相体积过大也会使萃取效率降低。本试验中，我们设置了3 种不同的取样量，其他变量条件不变，采集的GC-MS 色谱图见图2，总峰面积及物质峰数量见表2。由表2 可知，3 种取样量的物质峰数量均为30 个左右，4 g 时略有优势。而从总峰面积来看，取样量为4 g 时的总峰面积明显高于其他两者，说明2 g 时香味成分浓度不够，而6 g 时样品过于紧实，不利于香味物质扩散入气相。因此，4 g 为20 mL 顶空萃取瓶的最适取样量。

表2 不同萃取头的萃取结果比较

3.3 不同萃取温度的比较

萃取温度对萃取效果的影响是双方面的，较低的萃取温度不利于挥发性物质扩散至气相，而过高的温度又会降低萃取纤维头的吸附能力，使萃取效果变差。本试验中，我们设置了4 种不同的萃取温度，其他变量条件不变，采集的GC-MS色谱图见图3，总峰面积及物质峰数量见表3。由表3 可知，萃取温度为 40 ℃时，总峰面积最小，物质峰数量也较少，推测原因可能是低温不利于挥发性成分挥出。随着温度的升高，总峰面积明显增加，物质峰数量也逐渐增多，60 ℃时的总峰面积达到最大，物质峰数量最多。当萃取温度升至70 ℃时，总峰面积和物质峰数量均陡然下降，说明此温度下萃取头的吸附能力已下降。由此可见，60 ℃为最佳萃取温度。

表3 不同萃取温度的萃取结果比较

图3 4种萃取温度的GC-MS总离子流图（详见附录彩图）

3.4 不同萃取时间的比较

随着萃取时间的延长，萃取纤维头的吸附量呈上升趋势，直至达到萃取平衡状态，此时继续延长萃取时间，反而会引起个别不稳定物质变性出逃。本试验中，我们设置了4 种不同的萃取时间，其他变量条件不变，采集的GC-MS 色谱图见图4，总峰面积及物质峰数量见表4。由表4 可知，萃取时间为 30 min 时，总峰面积和物质峰数量最少，随着萃取时间的延长，总峰面积和物质峰数量逐渐增加，40 min 时达到最大量，之后继续延长萃取时间，总峰面积和物质峰数量反而略有下降。由此可见，40 min 为最佳萃取时间。由上述单因素试验结果可知，使用75μm CAR/PDMS 萃取头，称取4 g 样品，60℃萃取40 min，是北京鸭胸肉挥发性风味物质分析的最佳HSSPME 条件。

表4 4 种萃取时间的GC-MS 总离子流图（详见附录彩图）

3.5 HS-SPME-GC-MS 分析北京鸭胸肉的挥发性物质成分

采用优化后的HS-SPME 条件，经DB-5MS色谱柱分离，GC-MS 共采集到37 种可定性的挥发性物质组分，经NIST17 标准谱库检索和相似度比对，结合人工谱图解析，鉴定出的化合物及含量信息见表5、表6。

表5 北京鸭胸肉的挥发性物质组分信息

表6 北京鸭胸肉的挥发性物质组分信息

胡强等从水煮甜皮鸭的鸭胸肉中鉴定出31 种挥发性成分，且以醛类为主，其次为酮类、醇类[7]。张琳等从三黄鸡肉中鉴定出59 种挥发性化合物，醛类最多，其次为酮类、烃类[15]。采用优化后的HS-SPME-GC-MG 分析法，本试验鉴定出的北京鸭胸肉的主要风味物质以醛类和醇类为主，其中1-壬醇、（Z）-癸-2-烯醛、2－十一烯醛、月桂醇、十四醛、正十五碳醛、正辛醛等含量较高，占总含量的一半以上，而烃类化合物和杂环芳烃类化合物含量较低。肉类中的醛类化合物大多数来源于脂质氧化，是脂肪降解的主要产物之一。因具有脂肪香味，且阈值较低，是肉类挥发性香气的主要来源[16]。醇类化合物一般是由脂质氧化和蛋白质水解产生的，而肉食品中的醇类化合物主要来自脂质氧化[17]。本研究鉴定出来的醇类包括饱和醇与不饱和醇，饱和醇因风味阈值较高，对香味的贡献较少，而不饱和醇的风味阈值一般较低，故对风味的贡献较大。烃类化合物，特别是直链烃类因阈值较高，一般认为对食品香气无明显贡献，但有些可能是形成杂环化合物的重要中间体，有助于提高整体风味[18]。杂环化合物来源复杂，含量低，对鸭肉整体挥发性风味只起到辅助和修饰作用。

4 结论

本研究通过对萃取头类型、取样量、萃取温度、萃取时间进行比较，优化了顶空固相微萃取条件，确定了HS-SPME-GC-MS 法测定北京鸭胸肉挥发性风味物质的最优条件为：采用75μm CAR/PDMS萃取头，称取4 g 样品，60℃恒温萃取40 min。采用优化后的顶空微萃取条件对北京鸭胸肉中的挥发性物质组分进行萃取，借助气相色谱-质谱联用技术进行分离和分析，本研究共检测出37 种挥发性风味物质，分别为醛类、醇类、烃类和杂环芳烃类，其中醛类化合物含量居首，其次为醇类，此两类化合物是北京鸭胸肉香味的主要贡献者。