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桑椹酒香气成分的HS-SPME-GC-MS分析



全 文 :基金 项 目:2011 年 度 四 川 省 重 点 技 术 创 新 项 目 (编 号:
2011NCLZ433)
作者简介:卫春会(1980-),女,四川理工学院实验师,硕士。
E-mail:wei_chunhui@suse.edu.cn
收稿日期:2013-03-14
第29卷第3期
2 0 1 3年5月
Vol.29,No.3
May.2 0 1 3
10.3969/j.issn.1003-5788.2013.03.007
桑椹酒香气成分的HS-SPME-GC-MS分析
Optimization on aroma compounds detecting condition in
mulberry wine by HS-SPME-GC-MS
卫春会1,2
WEI Chun-hui1,2
 
边名鸿1,2
BIAN Ming-hong1,2
 
黄治国1,2
HUANG Zhi-guo1,2
罗惠波1,2
LUO Hui-bo1,2
 
王 毅1
WANG Yi1
 
杨晓东1
YANG Xiao-dong1
(1.四川理工学院生物工程学院,四川 自贡 643000;2.酿酒生物技术及应用四川省重点实验室,四川 自贡 643000)
(1.College of Bioengineering,Sichuan University of Science &Engineering,Zigong,Sichuan 643000,China;
2.Liquor Making Bio-Technology &Application of Key Laboratory of Sichuan Province,Zigong,Sichuan 643000,China)
摘要:采用顶空固相微萃取法提取桑椹酒的香味成分,对萃
取工艺条件进行优化,并用气相色谱-质谱联用法对香味成
分进行分析。通过试验获得最佳萃取条件为 NaCl浓度
0.2g/mL,萃取温度40 ℃,萃取时间30 min,平衡时间
30min。通过分析共检测出54种不同的香味物质,其中酯
类19种、醇类17种、酸类4种、其它14种,分别占香味成分
总数的49.68%,19.65%,6.52%,24.15%。
关键词:桑椹;酒;香气成分;顶空固相微萃取;气质联用
Abstract:The aroma compounds of mulberry wine were extracted by
headspace solid-phase micro-extraction(HS-SPME),and the ex-
tracting conditions were optimized.The aroma components were an-
alyzed by gas chromatography-mass spectrometry(GC-MS).The
optimal solid phase micro extraction conditions were:the concentra-
tion of NaCl 0.2g/mL,extraction temperature 40 ℃,extraction
time 30min,and equilibrium time 30min.There were about 54aro-
ma compounds detected by GC-MS,including 19ester compounds,
17alcohols,4acids and others 14,and were accounted of the total
number for 49.68%,19.65%,6.52%and 24.15%.
Keywords:mulberry;wine;aroma compounds;HS-SPME;GC-
MS
桑椹酒是一种新兴的果酒,是以新鲜桑椹、干桑椹或桑
椹汁为原料,利用酵母经过酒精发酵、陈酿等过程酿制而成,
具有典型的桑椹香味和酒香,口味爽口。经发酵的桑椹酒营
养丰富,而且具有许多保健功能。饮用后,不但可以改善女
性手脚冰冷的毛病,更有补血、强身、益肝、补肾、明目等功
效,可称之为水果酒中的极品[1,2]。
顶空固相微萃取是一种全新概念的样品预处理浓缩技
术,它克服了传统提取方法的缺陷,具有简便、灵敏度高、重
现性及线性好、样品处理时间短、分析样品用量少、无需有机
溶剂和绿色环保等优点[3-5]。顶空固相微萃取-气质联用
法(HS-SPME-GC-MS)已广泛应用于樱桃酒、葡萄酒、
苹果酒、黄酒等酒类的挥发成分的研究[6-9],但对桑椹发酵
型果酒香气成分顶空固相微萃取的方法进行优化尚未见报
道。本试验对顶空固相微萃取法提取桑椹果酒中香气成分
的条件进行了优化,使用气质联用仪进行分析,为进一步完
善桑椹酒的研究提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 材料
桑椹酒:酿酒生物技术及应用四川省重点实验室提供。
1.2 主要仪器与设备
气相色谱-质谱联用仪:6890N-5975B型,美国 Agilent
科技有限公司;
顶空固相微萃取、SPME 手动进样柄和萃取头 50/
30μmDVB/CAR/PDMS:上海安谱科学仪器有限公司;
恒温磁力搅拌器:HJ-8B型,金潭市正基仪器有限公司。
1.3 试验方法
参照文献[10],于15mL样品瓶中加入桑椹酒、NaCl和
磁力转子,盖好瓶盖后,迅速置于磁力搅拌加热台上,转速为
200r/min条件下,加热搅拌。然后将已经热解析过的萃取
72
头插入样品瓶的顶空部分,萃取头距离液面1cm处,然后将
已吸附香味物质的萃取头插入气相色谱进样口,230℃条件
下解析3min。每个样品重复3次。
1.3.1 萃取条件的优化
(1)NaCl浓度的优化:取5mL桑椹酒样品于样品瓶
内,加入不同质量的 NaCl(0.00,0.05,0.10,0.15,0.20,
0.25,0.30g/mL),萃取温度40℃,萃取和平衡时间均为
30min。萃取完成后用于GC-MS分析。
(2)萃取温度的优化:取5mL桑椹酒样品于样品瓶内,
按照0.2g/mL量加入 NaCl,萃取和平衡时间均为30min,
萃取温度分别为20,25,30,35,40,45,50℃。萃取完成后用
于GC-MS分析。
(3)萃取时间的优化:取5mL桑椹酒样品于样品瓶内,
按照0.2g/mL量加入 NaCl,萃取温度40 ℃,平衡时间
30min,萃取时间分别为5,10,20,30,40,50,60min。萃取
完成后用于GC-MS分析。
(4)平衡时间的优化:取5mL桑椹酒样品于样品瓶内,
按照0.2g/mL量加入 NaCl,萃取温度40 ℃,萃取时间
30min,平衡时间分别为5,10,20,30,40,50,60min。萃取
完成后用于GC-MS分析。
1.3.2 气相色谱-质谱条件
(1)色谱条件:DB-WAX 60.0m×0.25mm×0.25μm
毛细管色谱柱;进样口温度230℃;分流比30∶1;程序升温:
60℃保持3min,以5℃/min升到200℃,再以10℃/min
升到230 ℃保持1min;载气:99.999%氦气,载气流速:
1mL/min。
(2)质谱条件:电离电压70eV,离子源温度为230℃,
四极杆温度为150℃,电离方式为EI,质量扫描范围为20~
500amu,溶剂延迟3min。
1.3.3 判断标准 试验采用气相色谱-质谱联用仪对桑椹
酒进行分析,以出峰个数、峰面积以及香味物质的数目3个
评价指标进行综合分析,同时与 NIST谱库对比,对物质进
行定性。
2 结果与分析
2.1 单因素条件优化结果与分析
2.1.1 NaCl浓度 本试验研究了NaCl浓度对SPME萃取
量的影响,对NaCl浓度进行了优化。结果见图1。
由图1可知,不同 NaCl浓度萃取得到的香味物质的种
类分别为44,43,47,55,56,42,39。在低浓度的 NaCl条件
下,盐析可以提高萃取香味物质的种类,随着NaCl浓度的增
加,萃取效率逐渐降低。相比较而言,NaCl浓度对醇类物质
的影响比酯类和酸类要明显大一些。而盐析可提高某几种
物质的信号强度,但对其它化合物的检测灵敏度降低。同
时,盐析作用对于极性组分的影响要远大于非极性组分,所
以不同组分对于添加盐的用量存在差异。根据试验结果确
定在NaCl浓度为0.2g/mL时,桑椹酒萃取效果最好。
图1 NaCl浓度对萃取量的影响
Figure 1 Effect of sodium chloride concentration
on extractable amount
2.1.2 萃取温度 试验研究了萃取温度对SPME萃取量的
影响,对萃取温度进行了优化。结果见图2。
图2 萃取温度对萃取量的影响
Figure 12 Effect of extraction temperature
on extractable amount
由图2可知,随着萃取温度的增加,出峰的个数、总峰面
积和香味物质种类都随着萃取温度的增加而增加;但在
40℃后,出峰个数、总峰面积以及香味物质种类都随着温度
的变化有较明显的减少。由于在温度升高时较多的分析物
会从基质中逸出进入液面的上方,增加了总峰面积、出峰个
数及香味物质的萃取效率,但超过一定温度萃取量开始降
低。下降的原因有可能是因为竞争性的结果,乙醇吸附量会
82
基础研究   2013年第3期
大量的积累,从而降低了其它香味成分的吸附。因此,最终
选择40℃为最佳萃取温度。
2.1.3 萃取时间 本试验研究了萃取时间对SPME萃取量
的影响,对萃取时间进行了优化。结果见图3。
图3 萃取时间对萃取量的影响
Figure 3 Effect of time on extractable amount
萃取所需要的时间,由待测组分的分配系数、物质扩散
速率、样品基质、样品体积等因素决定。由图3可知,萃取过
程均在刚开始时吸附量增加迅速,出现一转折点后上升缓
慢,有的甚至出现下降。通过色谱分析可知,30min之前,随
着萃取时间的增加,总峰面积和出峰个数都在增加,在
30min出现转折点,总峰面积和出峰个数都随着萃取时间的
延长而降低,较明显变化的香味物质是酯类、醇类和酸类。
由此可见,在萃取时间为30min时,萃取量达到的效果最
佳,故选择30min为最佳萃取时间。
2.1.4 平衡时间 由图4可知,随着平衡时间的增加,出峰
个数和香味物质的种类都有明显的增加,而总峰面积先是变
化不明显,然后明显增加;在30min后,随着平衡时间的继
续增加,总峰面积、出峰个数以及香味物质的种类都有明显
的降低。据分析可知,在萃取的过程中,形成气-液两相,在
平衡的过程中,随着时间的增加,分配系数发生改变,萃取头
吸取到的物质状态发生变化,从而影响萃取量。故选择
30min为最佳平衡时间。
2.2 桑椹酒香味物质的定性
由单因素试验结果可知:最佳萃取条件为 NaCl浓度
0.2g/mL,萃取温度40 ℃,平衡时间30 min,萃取时间
30min。根据最佳萃取条件,利用 HS-SPME与 GC-MS
联用法对桑椹酒香味物质进行定性分析。结果见图5和
表1。
图4 平衡时间对萃取量的影响
Figure 4 Effect of equilibrium time on extractable amount
图5 桑椹酒香味物质成分的总离子流图
Figure 5 GC-MS total ion chromatogram of
aroma compounds in mulberry wine
由图5和表1可知,桑椹酒通过固相微萃取能够较好的
分离其中的香味成分。试验共分离出54种香味成分,其中
酯类19种、醇类17种、酸类4种、其它14种。其中酯类、醇
类、酸类分别占香味成分总数的49.68%,19.65%,6.52%。
桑椹酒的主体香味含量排前12种的依次为棕榈酸乙酯、乙
缩醛、苯乙醇、乙酸异戊酯、丁内酯、辛酸乙酯、乙酸、异丁醇、
月桂酸乙酯、癸酸乙酯、乙酸乙酯、丙醇。这12种物质基本
构成了桑椹酒的主体香味成分。梁贵秋等[11]对桑椹果酒挥
发性成分的GC/MS分析结果与本研究的结果有所不同,可
能是因为桑椹品种、酿造所用菌株、酿造工艺以及萃取条件
不同造成的。陈娟等[12]采用溶剂萃取结合GC-MS的方法
对不同品种桑椹的香气成分进行分析,得知桑椹原料中主要
包括高级脂肪酸、脂肪酸酯、脂肪醇、芳香醇、脂肪醛以及脂
肪酮等香气成分,为本试验桑椹酒的研究提供了基础数据
依据。
92
第29卷第3期 卫春会等:桑椹酒香气成分的 HS-SPME-GC-MS分析  
表1 HS-SPME-GC-MS法分析桑椹酒中香味成分的结果
Table 1 HS-SPME-GC-MS analytical results of aromatic compounds in mulberry wine


保留
时间/min
化合物
相对
含量/%
1  4.712 乙醛 0.54
2  4.761 环氧乙烷 0.73
3  5.599 甲酸乙酯 0.08
4  6.353 乙酸乙酯 1.38
5  6.425 乙缩醛 2.94
6  6.849 异戊醛 0.27
7  9.251 丙醇 1.04
8  10.022  1,1-二乙氧基-3-甲基丁烷 0.59
9  10.650 异丁醇 1.77
10  11.162 乙酸异戊酯 2.58
11  11.983 正丁醇 0.16
12  13.085  3-羟基-1,2,3-苯并三嗪-4(3H)-酮 0.06
13  13.597 异戊醇 0.27
14  14.170 正己酸乙酯 0.27
15  15.894  3-羟基-2-丁酮 0.2
16  16.285 羟基丙酮 0.17
17  16.543 丁二酸二乙酯 0.1
18  16.913 N,N-二乙肼 0.08
19  17.249 乳酸乙酯 0.33
20  19.100 丙烯酸羟乙酯 0.13
21  19.618 辛酸乙酯 2.25
22  20.009 乙酸 1.92
23  20.141  1,4- 二恶烷-2- 醇 0.16
24  20.511 糠醛 0.26
25  21.590 甲酸 0.23
26  22.224 苯甲醛 0.24
27  22.334  2,3-丁二醇 0.27


保留
时间/min
化合物
相对
含量/%
28  23.006 (3- 甲基环氧乙烷-2- 基)-甲醇 0.06
29  23.204 (2R,3R)-(-)-2,3-丁二醇 0.12
30  24.719 癸酸乙酯 1.4
31  24.801  2-羟基苯甲酸甲酯 0.1
32  24.989 苯甲酸异丁酯 0.1
33  25.253  2- 呋喃甲醇 0.25
34  25.463 丁酸 0.1
35  25.628 丁酸乙酯 0.97
36  26.719 乙氧基(二甲基)异丙基硅烷 0.18
37  27.049  2,5-二甲基-3-己醇 0.32
38  27.099  2,6-二甲基-4-己醇 0.34
39  27.462 二异丁基甲醇 0.51
40  27.400 苯甲醇 0.1
41  27.592 壬酸 0.1
42  27.866 棕榈酸乙酯 3.76
43  29.357 月桂酸乙酯 1.6
44  30.547 丁内酯 2.5
45  31.065 苯乙醇 2.75
46  31.974 六甘醇 0.73
47  32.260  2-乙氧丙烷 0.35
48  32.592  3苯基-2-丙烯酸甲酯 0.1
49  32.961  3苯基-2-丙烯酸乙酯 0.1
50  33.379 十二烷基七聚乙二醇醚 0.1
51  33.405 苯甲酸丁酯 0.1
52  33.500 十四酸乙酯 0.05
53  33.830 月桂醇聚醚-5  0.07
54  34.387  1,3-二羟基丙酮二聚体 0.15
3 结论
本试验采用顶空固相微萃取和气相色谱质谱联用的方
法检测分析了桑椹酒中的香味成分,对固相微萃取桑椹酒中
香味成分的条件进行了优化,得到最佳萃取条件为 NaCl浓
度0.2g/mL,萃取温度40℃,萃取时间30min,平衡时间
30min。在最佳萃取条件下,通过气质联用法共分析出54
种香味成分,其中包括酯类19种、醇类17种、酸类4种、其
它14种;其中含量最多的是酯类和醇类,分别占总的香味成
分的49.68%和19.65%,其中含量排前十二的依次为棕榈
酸乙酯、乙缩醛、苯乙醇、乙酸异戊酯、丁内酯、辛酸乙酯、乙
酸、异丁醇、月桂酸乙酯、癸酸乙酯、乙酸乙酯、丙醇。这12
种物质为桑椹酒的主要香味成分,构成桑椹酒的特有品质。
本研究从NaCl浓度、萃取温度和时间三方面对桑椹酒
香味物质的萃取条件进行了优化,也对桑椹酒中的香味物质
做了定性分析,但影响萃取的因素是多方面的,也是综合性
的,同时,香味物质的提取和分析方法也是多样的,因此,后
期有待深入研究,对进一步解析桑椹酒的香味成分具有十分
积极的意义。
(下转第93页)
03
基础研究   2013年第3期
图5 预测值图
Figure 5 The predicted value of glutaminase
表6 方法精密度分析
Table 6 Repeatability analysis of the results
样品
名称
谷氨酰胺酶酶活/
(U·g-1)
平均值/
(U·g-1)
标准差/

变异
系数
酱油
曲料1
6.65
6.60
6.55
6.53
6.68
6.70
6.62  0.07  1.05%
3 结论
通过对酱油曲料中谷氨酰胺酶的水溶性进行探究,从试
验结果得出了大部分的酶属于胞内酶,这些胞内酶对发酵过
程中谷氨酰胺转换成品呈鲜味物质———L-谷氨酸起决定性
作用。同时通过响应面分析方法,研究了底物浓度,反应pH
值和反应温度等试验因素之间的交互作用,通过次数较少的
试验,在短时间内确定了各因素对检测结果的影响程度,获
得了最佳检测参数,对检测方法的开发和优化起到显著的促
进作用。
本研究建立的谷氨酰胺酶酶活快速检测方法,相比传统
的蒸氨法、康维皿弥散法和液相法具有步骤简单,耗时短,检
验成本低,并且结果重现性良好,因此易于推广应用,为酱油
生产过程中质量控制提供了基础数据。
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第29卷第3期 邹敏娟:酱油曲中谷氨酰胺酶酶活测定条件优化