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顶空固相微萃取-气相色谱-质谱测定百香果香气条件的优化



全 文 :顶空固相微萃取-气相色谱-质谱测定百香果香气条件的优化
韩素芳 1 丁 明 2 刘亚群 1 陈顺伟 1 王丽霞3*
(1浙江省林业科学研究院 浙江省资源生物与化学利用重点实验室 杭州 310023
2中国林科院亚热带林业研究所国家林业局经济林产品质检中心(杭州) 浙江富阳 311400
3浙江农林大学 浙江临安 311300)
摘要 对使用固相微萃取-气相色谱-质谱联用仪分析百香果香气成分的关键因素进行了讨论, 分析各因素对
不同相对分子质量化合物萃取效果的影响。 通过优化,获得最佳萃取条件,即:5 mL 果汁中加入 3 g 氯化钠,使
用 50/30 μm 的 DVB/CAR/PDMS 纤维头 50 ℃下萃取 20 min。 将最佳条件下所得谱图与标准谱图比对,共鉴定
出 39 种化合物,占峰面积总和的 92.52%,表明采用固相微萃取-气相色谱-质谱联用仪可对百香果主要香气成
分进行快速、准确地定性与定量分析。
关键词 顶空固相微萃取; 百香果; 香气
文章编号 1009-7848(2010)04-0278-07
百香果果实成熟后香气芬芳,可散发出石榴、
菠萝、香蕉、草莓、柠檬、芒果等 10 余种水果的浓
郁香味, 而香气成分是评价其品质的重要依据之
一。香气分析不仅为香精合成提供依据,而且为果
实采摘、储藏、品种选育等提供参考[1-2]。
通常分析香气成分时需加热蒸馏, 使原有的
化学成分受到一定的损失。 固相微萃取是一种特
殊的顶空装置, 采用针头涂敷的吸附剂, 对达到
气-液平衡的气体化学成分进行吸附,在气相色谱
高温进样口解吸,通过质谱分析即可定性和定量。
与传统方法相比,固相微萃取具有方便,快捷,样
品用量少,不使用有机溶剂等特点,同时可避免不
稳定成分的氧化、分解等问题[3]。 有文献报道采用
反渗透浓缩研究其对百香果果汁香气成分的影
响[4]。截至发稿前尚未见采用顶空固相微萃取并分
析百香果香气的报道。 本文对影响百香果香气顶
空固相微萃取的各因素进行优化, 旨在建立顶空
固相微萃取-气相色谱-质谱法测定百香果香气的
方法。
1 材料与方法
1.1 材料与仪器
鲜百香果:经匀浆机匀浆,于-4 ℃冰箱中冷冻
待测。
香气测定 : 采用美国 Agilent GC6890N/
MS5975B 气相色谱-质谱联用仪 。 SPME 装置
(supelco)购于上海安谱公司。
色谱条件: 色谱柱 HP-5MS 柱 (30 m×0.25
mm×0.25 μm); 进样口温度 230 ℃; 初始柱温
50℃,保持 2.5 min,以 10 ℃/min 升至 220 ℃,保持
0.5 min;载气为氦气。
质谱条件:电离方式 EI;电子能量 70 eV;接
口温度 280 ℃;阈值 100;扫描/秒为 2.67;扫描质
量数 15~600 amu。
1.2 试验方法
1.2.1 萃取头老化 首先将不同极性的 100 μm
PDMS(非极性)、65 μm PDMS/DVB(双极性偏非
极性 )、50/30 μm DVB/CAR/PDMS (双极性 )、85
μm PA (极性) 4 种固相微萃取头在气相色谱进
样口老化。 老化温度及时间见表 1。
1.2.2 香气萃取试验 取 2~8 mL 百香果浆液于
15 mL 样品瓶中,加入氯化钠,加盖封口。 于烘箱
中磁力搅拌下稳定 10 min,达到气-液平衡。 将老
化好的萃取头插入样品瓶顶空部分, 萃取一定时
收稿日期: 2009-10-28
作者简介: 韩素芳,女,1980 年出生,硕士,实验师
通讯作者: 王丽霞
Vol. 10 No. 4
Aug. 2 0 1 0Journal of Chinese Institute of Food Science and Technology
中 国 食 品 学 报第 10 卷 第 4 期
2 0 1 0 年 8 月
DOI:10.16429/j.1009-7848.2010.04.030
第 10 卷 第 4 期
间,然后将萃取头取出,插入气-质联用仪进样口,
于 230℃下解析 1~3 min。 样品测试完毕,再将萃
取头于 230℃进样口解析 10 min。
2 结果与分析
固相微萃取是液、气、固 3 相平衡的过程。 主
要过程及影响平衡的主要因素如图 1 所示。 针对
影响平衡的 5 个因素进行讨论, 并分析各因素对
测定结果的影响程度(每个因素重复测定 3 次,取
平均值进行分析)。
老化条件 PDMS PDMS/DVB DVB/CAR/PDMS PA
老化温度/℃ 250 250 270 280
老化时间/min 30 30 60 60
表 1 各种萃取头老化温度与时间
Table 1 Aging temperature and time of every extraction head
液相(果汁)
果汁状态
果汁用量
气相(香气)
萃取头类型
萃取温度、时间
固相(萃取头)
图 1 固相微萃取平衡图
Fig.1 Equilibrium diagram of SPME
2.1 影响液-气平衡的因素
2.1.1 氯化钠 大部分有机物因盐析效应而降低
其在水溶液中的溶解度, 从而有利于有机物的溢
出,增大溶液上部空间的压强,促进萃取头吸附平
衡正移动,提高香气物质吸附量[5]。 这对提高低挥
发性及低含量物质的响应,降低背景干扰,准确定
性具有重要意义。
编号 名称 分子式 相对分子质量
1 乙酸乙酯 C4H8O2 88.05
2 2-丁酸乙酯 C6H10O2 114.07
3 丁酸乙酯 C6H12O2 116.08
4 β-月桂烯 C10H16 136.13
5 D-柠檬烯 C10H16 136.13
6 (Z)-3,7-二甲基-1,3,6-辛三烯 C10H16 136.13
7 (Z)-丁酸-3-己烯酯 C10H18O2 170.13
8 r 丁酸己酯 C10H20O2 172.15
9 己酸己酯 C12H24O2 200.18
表 2 百香果香气主要组分名称、分子式、相对分子质量
Table 2 Name、 molecular formula and molecular weight of main components in passion fruit odors
以百香果香气组分中 9 种化合物为研究对象
(见表 2,以下均用编号表示)。
氯化钠加入量对香气物质萃取效果影响显
著,如图 2 所示。 对于不同的物质,氯化钠的影响
结果不同。 对于小相对分子质量化合物 (化合物
1~6),随着氯化钠加入量的增加,其色谱响应值呈
先增大后减小的趋势;化合物 7 呈先稳定不变,后
减小的趋势;化合物 8和 9呈单调递减的趋势。其
原因是加入氯化钠,有利于小分子化合物溢出,从
而其萃取量增加。同时因萃取头的竞争吸附,故大
顶空固相微萃取-气相色谱-质谱测定百香果香气条件的优化 279
中 国 食 品 学 报 2010 年第 4 期
分子化合物萃取量下降。另外,化合物 4~6同属烯
类物质, 具有相同的相对分子质量。 由图 2 可看
出,加入不同量的氯化钠,化合物 4~6 呈现同样的
变化趋势, 说明盐离子浓度对萃取效果的影响与
被萃取物质的相对分子质量大小有一定关系。 综
合考虑小分子及大分子化合物的响应值,加入 3g
氯化钠。
2.1.2 样品量的选择 顶空固相微萃取中, 样品
量及液面上部空间体积直接影响挥发性成分的浓
度。取样量太小,很难达到平衡;取样量太大,因小
分子竞争吸附会影响大分子物质的吸附及定性,
故选择合适的样品量便可准确定性。 考察了样品
量分别为 2、4、6、8 mL 时,9 种主要组分响应值的
变化情况。由图 3可以看出,取样量 6 mL时,相对
分子质量小的物质(1~3 号化合物)萃取量达到最
大值;当样品量继续增大时,由于吸附/解析平衡
趋向于解析, 导致小分子化合物萃取量降低(50/
30 DVB/CAR/PDMS 萃取头为吸附剂型,利用表面
多孔的高比表面积物质吸附化学物质, 吸附能力
有限,因为化学物质之间存在竞争吸附作用,而小
分子化合物更易进出多孔物质)。
下图中坐标的名称及单位?(横坐标单位:mv;
纵坐标为 9种化合物的序号)
4~6 号化合物具有相同的相对分子质量,取
样量对这些化合物萃取量的影响基本相似。 当取
样量为 4 mL时 7~9号化合物萃取量最大。样品量
大,小分子物质的大量溢出造成液上压力较大,大
分子物质溢出困难, 加之小分子物质的竞争吸附
作用, 导致大分子物质的萃取量反而降低 (取样
6mL时)。综合考虑不同相对分子质量物质的萃取
效果,选择取样量 5 mL。
2.2 影响气-固平衡的因素
2.2.1 萃取头 研究了 100 μm PDMS、65 μm-
PDMS/DVB、50/30 μm DVB/CAR/PDMS (85 μm
PA 4种萃取头对百香果香气成分萃取的影响。由
图 2 氯化钠加入量对萃取效果的影响
Fig.2 Effects of NaCl addition on extraction results
图 3 取样量对萃取效果的影响
Fig.3 Effects of sampling amount on extraction results
280
第 10 卷 第 4 期
图 4 可 看 出 ,65 μm PDMS/DVB 和 50/30 μm
DVB/CAR/PDMS 两种双极性萃取头的萃取效果较
好,50/30 μm DVB/CAR/PDMS 萃取头的萃取效果
比 65 μm PDMS/DVB 好 。 因此选择 50/30 μm
DVB/CAR/PDMS 作为萃取头。
2.2.2 萃取时间 固相微萃取是在平衡状态下测
定被分析物的方法。 平衡状态是指分析物在吸附
薄膜、顶空和溶液 3相中物质的均衡分配。分析物
在 3 相中达到平衡所需的时间即萃取时间。 萃取
时间分别为 15、20、30 min 时的萃取效果如图 5
所示。 当萃取 20 min 时,大部分化合物的萃取量
达到最大值。随着被萃取物相对分子质量的增大,
萃取时间对萃取量的影响有所不同。
随着萃取时间的延长,除 9# 物质,其它化合
物的萃取量均先增大后减小, 其中大分子物质的
萃取量下降。 9#化合物被萃取 30 min 时,达到最
大萃取量。这是因为随着相对分子质量的增大,化
学物质的萃取平衡较难达到,延长萃取时间,有利
于达到萃取平衡。 小相对分子质量的化学物质平
衡容易达到,但萃取时间过长,因竞争吸附而造成
小分子物质的脱附。经综合考虑选择萃取 20 min。
2.2.3 萃取温度 分析物进入固定相的平衡时间
与萃取温度有关,因此应选择适当的萃取温度,促
使其在合理的时间范围获得令人满意的灵敏度。
当萃取温度分别为 40、50、60 ℃时,3 种主要组分
的萃取情况见图 6。随着萃取温度的升高,1#、2#物
质的萃取量先增大后减小,在温度 50 ℃时达到最
大值。 3#~8#物质的萃取量均逐渐减小。 对大部分
物质而言,萃取温度 40℃与 50 ℃,萃取量差别并
不大。 综合考虑,选择 50℃作为萃取温度。
2.3 百香果香气成分分析
最佳测试条件下, 百香果香气成分色谱图见
图 7。 由图 7 可见,色谱峰分离效果良好,可用于
定性及定量分析。经 GC-MS分析,共检出 63种化
合物,经与标准谱图比对,鉴定出 39 种化合物,匹
配度均在 80%以上,说明采用固相微萃取-气相色
谱-质谱能够定性分析百香果香气的主要成分,见
表 3。 39 种化合物峰面积之和占峰面积总和的
92.52%,说明采用此方法可快速、准确地定量百香
果的主要香气成分。
图 5 萃取时间对萃取效果影响
Fig.5 Effects of extraction time on extraction results
顶空固相微萃取-气相色谱-质谱测定百香果香气条件的优化 281
中 国 食 品 学 报 2010 年第 4 期
序号 保留时间/min 所占比例/% 组分 匹配度/%
1 1.7784 1.51 正己烷 90
2 1.8446 5.05 乙酸乙酯 91
3 2.3153 0.36 Ethanone,1-oxiranyl- 80
4 3.7338 18.01 丁酸乙酯 96
5 4.4696 0.51 2-丁酸乙酯 90
6 4.6817 0.14 3-己烯乙醇 90
7 4.9004 0.41 1-己醇 81
8 5.2915 0.32 2-庚酮 91
9 5.4639 0.17 -3-氯-4-甲基-2-戊醇 83
10 6.0869 0.32 3-羟基丁酸乙酯 87
11 7.0945 1.16 β-月桂烯 94
12 7.1674 0.55 丁酸丁酯 83
13 7.2337 8.90 己酸乙酯 96
14 7.3663 2.65 3—己烯-1-醇乙酸酯 83
15 7.4723 2.58 乙酸己酯 91
16 7.6778 0.07 1-甲基丁酸丁酯 80
17 7.7706 0.52 D-柠檬烯 94
18 8.0093 0.10 2-己酸乙酯 87
19 8.0822 1.48 3,7-二甲基-1,3,6-辛三烯 98
20 8.2081 0.08 5-乙二羟基-2(3H)-呋喃酮 81
21 8.2612 0.41 2,5-二甲基-4-羟基-3(2H)-呋喃酮 91
表 3 百香果香气成分化学组成分析结果
Table 3 Analytical results of chemical composition in Passion fruit odors
282
第 10 卷 第 4 期
23 8.7782 0.56 1-甲基-4-(1-甲基乙烯)-环己烯 96
24 9.3814 0.54 3-羟基己酸乙酯 91
25 9.9780 0.17 乙酸庚基甲酯 97
26 10.2166 0.38 4-甲基-1-(1-甲基乙基)-3-环己烯-1-醇 93
27 10.2829 4.36 丁酸-3-己酯 86
28 10.3691 19.87 丁酸己酯 90
29 10.4354 1.83 辛酸乙酯 91
30 10.6806 1.88 丁酸-1-甲基己酯 83
31 11.2971 0.20 3,7-二甲基-2,6-辛烯-1-醇 82
32 11.7876 0.41 丁酸己酯 91
33 12.0329 0.21 茶香螺烷 83
34 12.8548 0.17 4,6(z),8(E)-伯罗尼亚三烯 81
35 12.9675 0.31 丁酸-1-乙基己酯 87
36 13.0404 2.64 己酸-3-己酯 87
37 13.1001 11.53 己酸己酯 93
38 13.1332 1.90 丁酸辛酯 91
39 14.4722 0.08 4-(2,6,6-三甲基-1-环己烯-1-基)-3-丁烯-2-酮 90
22 8.5197 0.16 顺式环氧芳樟醇 91
序号 保留时间/min 所占比例/% 组分 匹配度/%
(续表 3)
3 结论
利用固相微萃取-气相色谱-质谱联用仪分析
百香果香气成分,对关键萃取条件进行了研究。通
过优化,得到最佳萃取条件,即:在 5 mL 果汁中加
入 3 g 氯化钠,用 50/30 μm 的 DVB/CAR/PDMS 纤
维头于温度 50 ℃条件下萃取 20 min。 将最佳测试
条件下所得谱图与标准谱图比对,共鉴定出 39 种
化合物,占峰面积总和的 92.52%,说明固相微萃
取-气相色谱-质谱可定性与定量分析百香果的主
要香气成分。
参 考 文 献
[1] 郑晓华,翁雪香,邓春晖. 中华猕猴桃果实香气成分的气相色谱/质谱分析[J]. 分析化学,2004,32(6):834-834.
[2] 关崇新,李铁纯,回瑞华,等. 顶空固相微萃取 GC /MS 分析水果香气成分[J]. 辽宁师专学报,2008,10(2):99-101.
[3] 牛丽影,吴继红,廖小军,等. 不同类型橙汁挥发性风味成分的测定与比较[J]. 中国食品学报,2008,8(1):119-124.
[4] 张利奋,潘东芳. 反渗透浓缩对百香果汁的主要芳香组分和维生素 C 的影响[J]. 膜科学与技术,1991,11(1):166-170.
顶空固相微萃取-气相色谱-质谱测定百香果香气条件的优化 283
中 国 食 品 学 报 2010 年第 4 期
The Optimization of Determination Condition of Passion Fruit Odors
by SPME-GC-MS
Han Sufang1 Ding Ming2 Liu Yaqun1 Chen Shunwei1 Wang Lixia*3
(1Zhejiang Forestry Academy, Key Laboratory of Forestry Resources Utilization of Zhejiang, Hangzhou 310023)
(2Research Institute of Subtropical Forestry, Quality Testing Center for Non-wood Forest Products of State Forestry
Administration(Hangzhou), Fuyang 311400, Zhejiang
3Zhejiang Forestry university, Lin’an 311300, Zhejiang)
Abstrct Solid-phase microextraction was employed to analyze Passion Fruit odors. The key factors in the analytical
process of passion fruit oders by SPME-GC-MS were discussed, the effects of each factors on extraction results of differ-
ent molecular weight chemicals were also analysed. The optimal extracting condition was determined as follows: using 50/
30 μm DVB/CAR/PDMS fiber to extract for 20 min in 5mL 50 ℃ Passion Fruit juice in which 3 g NaCl was added.
Comparing to standard spectrum, Thirty -nine kinds of compounds accounted for 92.52% of total were found in mass
spectrum through area normalization. The results show that the method is rapid, accurate and convenient for analysis of
main Passion Fruit odors.
Key words SPME; Passion fruit; odors
研究表明某些肠道细菌可产生减肥效果
据最新一期《分子系统生物学》杂志报道:比利时研究人员发现,益生菌等一些肠道细菌能
影响人们的食欲和新陈代谢。 人们今后可以通过定期服食特定食品或食品添加剂,通过调节肠
道内微生物种类和数量,达到控制体重的目的。
鲁汶天主教大学的研究人员通过多年的研究发现,某些肠道细菌在肠道里控制着类大麻醇
的产生,而类大麻醇可以影响饥饿感和脂肪细胞里脂肪的堆积程度。
研究人员将实验鼠分为两组:一组食物里加入益生菌,另一组则不添加作为对照组。 喂养
一段时间后,研究人员对两组实验鼠的有关肥胖指标进行分析发现,益生菌影响实验鼠的类大
麻醇系统。 也就是说,喂食益生菌的实验鼠身体比较“苗条”。
研究人员表示,如果这项实验在人身上得到验证,那么体重超标的人今后只要服用添加肠
道细菌的特定食品或食品添加剂,就能达到减肥的目的。
(消息来源: 食品伙伴网)
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