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溶剂萃取与顶空固相微萃取检测欧李果酒中香气成分的研究



全 文 :溶剂萃取与顶空固相微萃取检测
欧李果酒中香气成分的研究
陈 臣 1,牟德华 1,张哲琦 1,李 艳 1,2
(1.河北科技大学生物科学与工程学院,河北 石家庄 050018; 2.河北省发酵工程技术研究中心,河北 石家庄 050018)
摘 要: 欧李发酵酒具有独特浓郁的果香和优雅的酒香,且香气悠长。对比研究了利用溶剂液液萃取和顶空固相
微萃取,结合 GC-FID法检测欧李果酒中的香气成分。结果表明,两种萃取方式对香气物质的分离效果存在较大差
异,液液萃取可以萃取欧李果酒中较大比例的醇类物质,特别是酒中重要的香气成分——异戊醇和苯乙醇,但对挥发
性较强的物质萃取效果较差;顶空固相微萃取可检测欧李酒中挥发性较强且含量较低的香气成分,如丁二酸二乙酯
等;两种方法对欧李酒中香气物质分析有一定的互补性。提出如何根据检测目的选择合理的样品萃取方法,为客观
合理的测定欧李果酒中痕量的香气成分提供参考。
关键词: 欧李果酒; 液液萃取; 顶空固相微萃取; GC-FID; 香气成分
中图分类号:TS262.7;TS261.7;O652.6 文献标识码:A 文章编号:1001-9286(2013)12-0089-05
Comparison of the Detection of Flavoring Compounds in Prunus humilis
Fermenting Wine by Solvent Extraction and by Headspace
Solid-phase Microextraction Coupled with GC-FID
CHEN Chen1, MOU Dehua1, ZHANG Zheqi1 and LI Yan1,2
(1. College of Bioscience and Bioengineering, Hebei University of Science and Technology, Shijiazhuang, Hebei 050018;
2. Hebei R&D Center for Fermentation Engineering, Shijiazhuang, Hebei 050018, China)
Abstract: Prunus humilis fermenting wine has special strong fruit aroma and elegant wine aroma. In this study, two extraction methods including
liquid- liquid extraction and headapace solid-phase microextraction were applied respectively coupled with GC-FID for the detection of flavoring
compounds in the wine. The results showed that there were significant differences in the extraction results between the two methods. Liquid- liq-
uid extraction could extract more alcohol substances especially important flavoring compounds such as isoamylol and phenethanol, but its extrac-
tion performance of high-volatile components was unsatisfactory. However, headapace solid-phase microextraction had good performance in the
extraction of high-volatile and low-content compounds such as diethyl succinate etc. Accordingly, the two methods were complementary. How to
choose appropriate extraction method according to the detection purpose was put forward in this paper for reference.
Key words: Prunus humilis fermenting wine; liquid-liquid extraction; headspace solid-phase microextraction; GC-FID; flavoring components
欧李果酒的风味直接影响其感官品质, 是反映其风
格及质量优劣的一个重要指标[1]。 欧李果实色泽鲜艳、风
味独特、营养丰富,富含糖、蛋白质、矿质元素、维生素、氨
基酸等营养物质。 尤其是钙含量在所有经济型水果中含
量最高,因此其又被称为钙果,是酿造果酒、果醋等深加工
产品的适宜原料,具有很好的应用前景[2-4]。 国内外对果
酒香气的研究多集中在葡萄酒、苹果酒等 [5-7],对欧李及
其果酒香气的研究很少。 目前,色谱技术已广泛应用于
果酒香气成分的检测分析, 但由于酒中挥发性风味物质
组成复杂、含量大多较低,对样品进行萃取和浓缩是检
测工作的关键环节。 目前, 样品的预处理方法主要有液
液萃取、蒸馏萃取、静态顶空萃取、固相萃取、固相微萃
取等[8-12]。
对欧李酒香气成分的提取检测仍是研究的薄弱环
基金项目:河北省科技支撑计划课题:欧李果酒关键技术研究(课题编号:11230604D-5-2)。
收稿日期:2013-06-17
作者简介:陈臣(1990-),男,河北科技大学食品科学与工程专业硕士。
通讯作者:李艳(1958-),女,河北科技大学教授,河北省发酵工程重点学科学术带头人,河北省发酵工程技术研究中心学术带头人。 主要研究方向:传
统发酵工程创新技术研究,重点是饮料酒研究的技术创新,联系方式:lymdh5885@163.com。
酿酒科技 2013 年第 12 期(总第 234 期)·LIQUOR-MAKING SCIENCE & TECHNOLOGY 2013 No.12(Tol.234) 89
DOI:10.13746/j.njkj.2013.12.030
酿酒科技 2013 年第 12 期(总第 234 期)·LIQUOR-MAKING SCIENCE & TECHNOLOGY 2013 No.12(Tol.234)
节。相关报道虽很多,但由于欧李酒中一些重要的香气成
分一般含量很低,因此要对其进行定性定量,必须对样品
进行预处理。
本实验对比研究了液液萃取和顶空固相微萃取方法,
结合 GC-FID检测欧李果酒香气的特点和适应性,为欧李
酒香气成分检测有针对性的选择萃取方法提供依据。
1 材料与方法
1.1 材料、试剂及仪器
原料:欧李果实购自张家口市尚义县,品种为京欧 1
号;酒样为本研究室自酿,工艺流程如下:
欧李果实→分选→手工破碎、去核→加 SO2、果胶酶→调整成
分→接种酵母菌→酒精发酵→压榨、 过滤→欧李原酒→冷藏陈酿
→成品欧李酒[13-14]
试剂:二氯甲烷(≥99.5 %),天津市大茂化学试剂
厂;苯乙醇(≥99.0 %)、仲辛醇(≥99.0 %),成都艾科达
化学试剂有限公司;己酸乙酯(≥99.0 %),天津天泰精细
化学品有限公司;正丙醇(≥99.8 %),天津博迪化工有限
公司;己醇(≥99.0 %),天津科密欧试剂开发中心;氯化
钠(≥99.5 %)、无水乙醇(≥99.7 %)、异丁醇(≥99.0 %)、
异戊醇(≥98.5 %),天津市永大化学试剂有限公司;乙酸
异戊酯(≥99.0 %)、丁二酸二乙酯(≥99.0 %)、己酸(≥
98.5 %)、乳酸乙酯(≥99.0 %),天津市光复精细化工研
究所;高纯氮气(纯度 99.999 %),石家庄市桥西西三教制
氧站。
仪器设备:RE52CS-1 旋转蒸发仪,上海亚荣生化仪
器厂;DC-12氮吹仪, 上海安谱科学仪器有限公司;DF-
101S 集热式恒温加热磁力搅拌器, 巩义市英峪华仪器
厂;GC 7820A 配有 FID 检测器,美国安捷伦公司;2 cm-
50/30 μm DVB/Carboxen/PDMS 萃取头及萃取手柄,美
国 Supelco公司。
1.2 实验方法
1.2.1 液液萃取
萃取过程在通风橱内分 3次进行, 以二氯甲烷为萃
取溶剂。 第 1 次:准确量取欧李酒样 50 mL,放入分液漏
斗中,加入 50 mL 二氯甲烷,振荡混合,静置至明显分
层,分离收集有机相;第 2 次:向第 1 次剩余的水相中加
入 30 mL 二氯甲烷,摇匀,静置分层,收集有机相;第 3
次: 在第 2 次剩余的水相中加入 30 mL 二氯甲烷,摇
匀,静置分层,收集有机相 [5]。 合并 3 次有机相,35℃旋
转蒸发浓缩至 1~2 mL,用二氯甲烷洗出,氮吹,定容至
1 mL,用 0.45 μm膜过滤,待用。
1.2.2 顶空固相微萃取
用 2 cm-50/30 μm DVB/Carboxen/PDMS 萃取头对
酒样中挥发性和半挥发性成分进行萃取。称取 1.5 g氯化
钠加到 20 mL顶空瓶中,准确加入 5 mL欧李酒样,放入
磁力搅拌转子, 加盖密封垫和铝盖, 用压杆钳密封。 将
SPME 针管穿透样品瓶隔垫,调整插入长度,水浴 40℃
搅拌平衡 15 min 后,推手柄使纤维头伸出针管,40℃水
浴下萃取吸附 30 min,取出手柄,直接进样[15-16]。250℃下
GC解吸 3 min,用于 GC-FID分析。
1.2.3 GC-FID分析条件
Agilent 7820A GC-FID , 色谱柱为 HP-INNOWAX
(30 m×0.25 mm×0.25 μm);载气为:氮气,流速 1 mL/min;
升温程序:50℃保持 2 min, 以 5℃/min 升到 240℃,保
持 10 min;检测器(FID):300 ℃;进样口:250 ℃;尾吹:
25 mL/min;H2流量:40 mL/min,空气流量:400 mL/min;
进样量 1 μm。
1.2.4 定性定量分析
根据标准样品色谱峰的保留时间与检测样品色谱峰
的保留时间作对比进行定性; 采用内标标准曲线法进行
定量,计算出各种香气成分的含量[17-18]。
2 结果与分析
2.1 标准曲线的绘制
将分别含有异戊醇 219.68 mg/L、 乙酸异戊酯
2.0032 mg/L、己酸乙酯 2.1052 mg/L、己酸 105.64 mg/L、
异丁醇 34.256 mg/L、 苯乙醇 230.52 mg/L、 正丙醇
32.09 mg/L、 乳酸乙酯 179.84 mg/L、 丁二酸二乙酯
4.451 mg/L、己醇 8.452 mg/L的 12 %vol 乙醇混标溶液的
原液稀释 2 倍、5 倍、10 倍、20 倍、50 倍、100 倍、200 倍、
500 倍和 1000 倍,检测这 9 个不同稀释度的标准溶液建
立标准曲线。 仲辛醇作为内标物,分别按照试验 1.2.1 和
1.2.2 萃取方法萃取欧李酒香气物质, 进行 GC-FID 分
析。以香气物质峰面积和内标峰面积之比作为纵坐标,香
气物质浓度与内标浓度之比作为横坐标, 使用 EZChrom
Elite Compact 完成线性回归, 研究使用两种萃取方式对
10 种香气物质模拟酒的 GC-FID 分析结果的线性关系,
结果见表 1和表 2。
在相应的浓度范围内采用两种萃取方式中,10 种标
准香气物质峰面积与浓度比均呈线性关系, 香气物质的
相关系数均在 0.98以上, 说明两种萃取方法均能达到符
合欧李果酒香气物质定量分析的要求, 但从表 1 和表 2
的线性范围来看,2 cm-50/30 μm DVB/Carboxen/PDMS
萃取头对应的标准曲线的线性范围一般较窄,比如己醇、
己酸、乳酸乙酯、正丙醇等,这也从一定程度上说明顶空
固相微萃取对这些物质的灵敏度较高。
2.2 方法的检测限
以被测组分响应值等于基线噪声 3倍的该物质浓度
视为最小检测限。 研究中,待仪器稳定后,进行 3 次空白
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测定基线噪声,将模拟酒稀释到适合的倍数,在与分析相
同的仪器设置条件下测定每种香气物质的检测限, 结果
见表 1和表 2。
检测限能够反映出样品经过处理后被检测香气物质
的灵敏度,香气物质的检测限越低,说明前处理过程越有
效, 更适合应用在定量分析中。 从表 1 和表 2 中可以看
出,2 种萃取方法对 10 种香气成分的检测限都较低,都
能满足香气物质定量分析的要求。 溶剂萃取未检测到丁
二酸二乙酯,而用顶空固相微萃取未检测到乙酸。溶剂萃
取时,异戊醇、苯乙醇的检测限分别为 0.02520 mg/L 和
0.02208 mg/L,而使用顶空固相微萃取时这两种物质的检
测限分别为 0.07002 mg/L和 0.05631 mg/L,可见,溶剂萃
取对欧李果酒中较大比例的醇类物质的灵敏度要高些。
对于乙酸异戊酯、己酸乙酯等微量酯类香气成分,顶空固
相微萃取的灵敏度更高。
2.3 方法的回收率测定
取 2个欧李果酒样中的 1个样定量加入待测组分的
标准品。按照高、中、低 3种加标量向样品中加入标准品,
每个加标量平行测定 3次,计算测得平均回收率。
回收率=加入标准品试样的测定值-原试样的测定值
加标量
×100 %[17]
回收率用来评价测定方法的准确度。 由表 1 和表 2
可看出,溶剂萃取 10 种香气成分的回收率在 80.23 %~
108.56 %之间,顶空固相微萃取时的回收率在 80.48 %~
100.81 %之间,两种方法对 10 种香气成分定量分析的准
确度都良好。
2.4 方法的重复性
以香气物质含量测定值的相对标准偏差(RSD)表示
两种萃取方法的重复性效果[19]。
溶剂萃取各香气成分含量的 RSD 在 1.4 %~7.6 %
之间,平均 RSD为 4.12 %,见表 1,这说明方法的重复性
较好。 同时, 溶剂萃取对欧李酒中醇类物质萃取比例较
大, 比如异戊醇和苯乙醇占 70.64 %。 而对一些含量较
低、挥发性较强的香气物质的萃取比较低,当然也有可能
是在浓缩过程中部分香气物质随溶剂挥发造成的损失。
总之,对含量较低、易挥发香气成分的富集萃取,采用顶
空固相微萃取较为有利, 各种香气物质含量的 RSD 在
3.24 %~9.76 %之间,平均 RSD为 7.26 %,见表 2。 这说
明顶空固相微萃取法也具有较好的重复性。
两种萃取方法的 RSD都小于 10 %, 说明重复性都
比较好, 相对而言溶剂萃取的重复性好于顶空固相微萃
取,萃取得到的香气物质种类比顶空固相微萃取的多。但
 2   GCFID
   



 

 
   
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是顶空固相微萃取对某些香气成分的选择性更高。
2.5 欧李酒中香气物质的检测
本试验采用溶剂萃取和顶空固相微萃取两种方法处
理酒样, 结合 GC-FID对欧李发酵酒中的微量香气成分
进行了定性定量分析, 并比较了两种萃取方法测得香气
成分的种类和含量的差别, 欧李酒的色谱图分别见图 1
和图 2。
由色谱图可知,溶剂萃取方式共检测出 67 种香气成
分,顶空固相微萃取方式共检测出 32 种香气成分,本研
究仅对 10种香气成分进行定性和定量分析。
由图 1 和图 2 可以明显看出, 顶空固相微萃取在
25 min之后,即苯乙醇流出色谱峰后,基本上无香气物质
注:1.乙醇;2.正丙醇;3.异丁醇;4.乙酸异戊酯;5.异戊醇;6.己酸乙酯;7.乳酸乙酯;8.己醇;9.仲辛醇(内标物);10.丁二酸二乙酯;11.己酸;
12.苯乙醇
图 2 欧李酒样通过顶空固相微萃取气相色谱图
注:1.正丙醇;2.异丁醇;3.乙酸异戊酯;4.异戊醇;5.己酸乙酯;6.乳酸乙酯;7.己醇;8.仲辛醇(内标物);9.乙酸;10.己酸乙酯;11.苯乙醇
图 1 欧李酒样通过二氯甲烷萃取气相色谱图
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陈 臣,牟德华,张哲琦,李 艳·溶剂萃取与顶空固相微萃取检测欧李果酒中香气成分的研究
的色谱峰流出, 对于某些微量挥发性较强的物质选择性
较强,而溶剂萃取更适合于整体香气成分的分析。
高级醇是欧李发酵酒中重要的挥发性成分, 是酵母
菌酒精发酵的副产物,如丙醇、异丁醇、异戊醇和苯乙醇
等[20-21]。 异戊醇有苹果白兰地香气和辛辣味,苯乙醇具有
玫瑰香、紫罗兰香、茉莉香、香料辛辣味等香气,两者在欧
李果酒中有较高含量, 对欧李酒的香气感官特征有重要
的作用[9]。 酯类也主要是在酵母菌酒精发酵过程中形成
的。 乙酸异戊酯具有香蕉和梨的香味,己酸乙酯有强烈的
果香和酒香香气,并有苹果、菠萝、香蕉样的香气。两者同
样对欧李酒香气感官特征有重要的作用[22]。 采用两种萃
取方法处理酒样,对这些物质的萃取比例差异较大。由此
来看,单纯采用两种萃取方法中的任意一种,都不能全面
反映欧李酒感官特性的香气成分组成。因此,在测定不同
类型的香气成分时,要选择最适的样品萃取方式。要全面
反映欧李酒的感官香气特征, 应采用多种萃取方式处理
样品,进行综合分析和判断,结合感官品评结果才能准确
定义酒的品级。
3 结论
对比研究了溶剂萃取和顶空固相微萃取, 结合 GC-
FID法检测欧李发酵酒的香气成分,方法的线性关系好、
回收率高、相对标准偏差和检测限低,均适于欧李酒香气
物质的检测。 相比较而言, 溶剂萃取法具有更好的重复
性。顶空固相微萃取处理酒样对痕量和挥发性强的物质,
如酯类物质更敏感,且无需溶剂,操作简单、快捷,可以作
为大批样品分析的处理方法。 而溶剂萃取检测到的香气
物质更多、更全面,更适用于欧李发酵酒整体香气成分精
确定量分析的样品处理方法。 溶剂萃取可以萃取到欧李
果酒中较大比例的醇类物质,特别是酒中重要的香气成分
异戊醇和苯乙醇, 但对挥发性较强的成分萃取效果较差,
可以作为研究欧李酒高级醇的主要处理方法。 两种样品
处理方法对欧李果酒香气成分的萃取有一定的互补性。
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