固相微萃取条件对橙汁主要挥发性成分
GC-FID测定的影响

牛丽影1,2,郁 萌1,3,吴继红4,刘夫国1,3,刘春泉1,2,*

(1.江苏省农业科学院农产品加工研究所,江苏 南京 210014;

2.国家农业科技华东(江苏)创新中心农产品工程技术研究中心,江苏 南京 210014;

3.南京师范大学金陵女子学院,江苏 南京 210097;4.中国农业大学食品科学与营养工程学院,北京 100083)

 

摘 要:对橙汁的挥发性风味物质采用顶空固相微萃取-气相色谱(氢火焰离子化检测器)方法进行测定。选取14种主要成分,比较固相微萃取过程中氯化钠添加量、萃取时间、萃取温度以及解吸时间对各成分测定峰面积的影响,并采用L9(34)正交试验设计进行分析。结果显示这14种物质可分为两组,第1组有9种物质,其中包括5种C10H16的同分异构体以及辛醛、辛醇、香芹酮与巴伦西亚橘烯;第2组的5种物质中有3种为C10H18O的同分异构体以及丁酸乙酯和乙酸辛酯。对第1组物质影响最大的为氯化钠质量浓度,其次为解吸时间、萃取温度以及萃取时间;而解吸时间对第2组物质的影响最小。在橙汁体系中,不同结构组分对固相微萃取条件表现出的一致性,将为利用内标法或标准样品加入法同时定量橙汁多种挥发性成分提供依据。

关键词:固相微萃取;橙汁;挥发性风味成分;气相色谱;峰面积

 

Effect of SPME Conditions on the Determination of Volatile Compounds in Orange Juice Using GC-FID Method

 

NIU Li-ying1,2,YU Meng1,3,WU Ji-hong4,LIU Fu-guo1,3,LIU Chun-quan1,2,*

(1. Institute of Farm Product Processing, Jiangsu Academy of Agricultural Sciences, Nanjing 210014, China;

2. Engineering Research Center for Agricultural Products Processing, National Agricultural Science and Technology Innovation Center in East China, Nanjing 210014, China;3. Ginling College, Nanjing Normal University, Nanjing 210097, China;

4. College of Food Science and Nutritional Engineering, China Agricultural University, Beijing 100083, China)

 

Abstract:The effect of NaCl concentration, extraction duration, extraction temperature and desorption time during headspace solid phase microextraction (HS-SPME) on the analysis of 14 flavor compounds in orange juice was investigated by using gas chromatogram with hydrogen flame ionization detection (GC-FID) and optimized by orthogonal array design. The results showed that the flavor compounds could be categorized into 2 groups: one group with five isomers of C10H16 as well as octanal, octanol, carvone and valencene; the other group with three isomers of C10H18O as well as ehtyl butyrate and octyl acetate. The NaCl concentration had the most significant effect on the first group, followed by desorption time, extraction temperature and extraction duration, while the desorption time showed the least significant effect on the second group. These results would offer valuable information for precise quantification of multiple flavor compounds in orange juice by an internal standard or standard addition method due to the behavior consistency to the HS-SPME conditions in each group.

Key words:solid phase microextraction (SPME);orange juice;volatile flavor compounds;gas chromatography;peak area

中图分类号:TS255 文献标志码:A 文章编号:1002-6630(2013)22-0224-10

doi:10.7506/spkx1002-6630-201322045

橙汁是世界上消费量最大的果汁,其挥发性风味物质的种类包括醛类、酯类、醇类以及萜烯类等多种结构,多达几十甚至上百种物质[1]。目前我国在橙汁风味研究中多采用顶空固相微萃取-气相色谱法(headspace-solid phase microextraction-gas chromatometry,HS-SPME-GC)进行检测,并采用峰面积归一化法计算相对含量,实现对不同样品的比较[2-4]。但是,归一法不能反映待测物质的真实含量,研究挥发性成分变化机制时需要更为准确的定量结果。在定量方法中,内标法要求内标应当和被分析的组分有尽可能一致的物理化学性质、色谱行为和响应特征[5],同位素稀释法可实现复杂体系中目标成分的准确定量[6-7],但由于风味物质研究中需要大量同位素内标,目前这种方法在我国食品业中仅用于少量安全指标的检测[8]。另一方面,HS-SPME用于定量的理论依据为:在特定萃取条件下,体系中待测物在萃取纤维固定相、萃取瓶中液相以及顶空部分的气相三相之间可达到分配平衡,并且涂层中的分析物吸附量与样品中的浓度在一定范围内呈线性相关关系[9]。另有研究[10]表明定量分析时没有必要达到完全的平衡,只是未达到平衡时,测定峰面积对实验条件变化更为敏感,因而必须严格控制测定条件。

国外研究显示橙汁中不同风味成分对SPME条件(如萃取头的类型、萃取温度、萃取时间、电解质的添加等)变化的敏感度不同。如PDMS萃取头吸附丁酸乙酯达到平衡仅需5min,蒎烯与里那醇则需要35min,辛醛与α-萜烯醇则需要40min[9]。在同一萃取条件下,50种风味物质中,分子质量较小的易挥发组分(如乙醛、乙醇等)和分子质量较大的倍半萜烯类物质(如瓦伦西亚桔烯)的变异系数偏大(RSD>80%)[11]。在脱臭橙汁的模拟体系中,加入的丁酸乙酯、柠檬烯、辛醛、里那醇、α-蒎烯5种成分,其浓度与峰面积呈良好的线性关系[12]。但迄今为止,仍缺乏对更多成分随萃取条件变化的规律研究。

色谱法定量中,峰面积是重要依据,以食品风味成分总峰面积的变化为指标对HS-SPME条件优化的研究也多有报道[13-14]。但是,总峰面积不能反映萃取条件对特定目标成分的作用特点。因此,本实验根据气相色谱-质谱联机的测定结果及文献[7]对橙汁香气活性成分的报道,对气相色谱及氢火焰离子化检测器(GC-hydrogen flame ionization
detector,GC-FID)检测得到的橙汁风味物质进行了定性,选择了14种主要的风味成分(涉及酯、醛、醇、烯等物质),考察SPME条件对各成分峰面积的影响,并通过正交试验研究各因素对不同目标物质的影响特点。此研究结果将为橙汁挥发性成分测定中针对目标成分选择SPME条件提供借鉴,并为采用多内标法定量时内标物的选择提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

100%纯天然福瑞达牌无果肉型非浓缩还原(NFC)橙汁,制造商为美国佛州柑橘世界公司(HomeMaker Premium,Lake Mary, Florida,USA),未添加非天然橙汁组分,其Brix值为11.4,可滴定酸含量0.76%(以一水柠檬酸计,m/V),pH3.96,购自北京燕莎友谊商城。

标准样品丁酸乙酯、α-蒎烯、β-蒎烯、柠檬烯、辛醛、辛醇、里那醇、4-萜烯醇、香芹酮、瓦伦西亚橘烯 上海爱普香精香料公司;氯化钠(分析纯) 北京化学试剂公司。

1.2 仪器与设备

6890/5973气相色谱-质谱联用仪(配有电子电离离子源及E.02.00.493化学工作站) 美国Agilent公司;SP3400气相色谱仪(配有FID检测器和BF-2002色谱工作站) 中国北京北分瑞利分析仪器集团有限责任公司;固相微萃取设备(配有100μm PDMS及手动进样手柄) 美国Supelco公司。

1.3 方法

1.3.1 SPME条件

将橙汁摇匀后取5mL于15mL样品瓶,置于可加热磁力搅拌器搅拌(900r/min),预热至设定温度后插入萃取头进行顶空萃取,至设定时间后取出萃取头,色谱进样分析。

1.3.2 GC-MS条件

1.3.2.1 色谱条件

色谱柱:HP-5MS石英毛细管柱(30m×0.25mm,0.25μm);升温程序:50℃保留2min,4℃/min升至160℃,保留2min,10℃/min升至220℃,保留5min。以高纯氦气(99.999%)为载气;不分流;恒流模式设定1mL/min。

1.3.2.2 质谱条件

电子电离(electron ionization,EI)源;电离能量70eV;电子倍增器电压2128V;进样口温度220℃;传输线温度250℃;质量扫描范围m/z 15~500。

定性方法采用NIST 08质量分析数据库进行检索,并参照文献中的保留指数(retention index,RI)进行确认。定量方法采取峰面积归一法计算各成分的相对含量。

1.3.3 GC-FID分析条件

色谱柱:HP-5石英毛细管柱(30m×0.32mm,0.25μm);进样口温度及升温程序同GC-MS条件;载气为高纯氮气(99.999%);检测器温度250℃。

每个萃取条件重复3次,峰面积单位参照Tuckey等[14]的方法,以峰面积表示。参照GC-MS检测结果及标准样品的保留时间对主要的风味成分进行定性。

1.3.4 SPME条件的优化

1.3.4.1 单因素试验

固定其他条件,分别考察氯化钠质量浓度(0、0.1、0.2、0.3g/mL)、萃取时间(5、10、15、20、25、30min)、萃取温度(30、40、60、80℃)以及解吸时间(5、10、15、20、30min)对各成分峰面积的影响。

1.3.4.2 正交试验

参照单因素分析的结果,选择氯化钠添加量、萃取温度、萃取时间、解吸时间4个因素,各3个水平,采用L9(34)正交试验设计,以明确对萃取效率影响最大的因素,正交试验因素水平见表1。

表 1 L9(34)正交试验因素水平表

Table 1 Factors and levels of orthogonal array design

水平

因素

A氯化钠添

加量/(g/mL)

B萃取
时间/min

C萃取
温度/℃

D解吸
时间/min

1

0.1

10

30

10

2

0.2

20

40

20

3

0.3

30

60

30

 

 

1.3.5 数理统计方法

作图采用Origin Pro 7.5并进行单因素方差分析,
P<0.05为差异显著。正交试验设计与分析采用正交设计助手3.1(专业版)。

2 结果与分析

2.1 GC-MS检测结果

表 2 橙汁中挥发性成分的GC-MS测定结果

Table 2 Volatile components in orange juice determined by GC-MS

峰号

保留
时间/min

保留

指数

组分名称

分子式

含量/%

匹配度

1

3.34

794[15]

丁酸乙酯

ethyl butanoate

C6H12O2

0.27

93

2

6.19

936[15]

α-蒎烯

α-pinene

C10H16

0.28

90

3

7.93

980[15]

β-蒎烯

β-pinene

C10H16

1.20

94

4

8.22

1002[15]

辛醛

octanal

C8H16O

0.02

86

5

9.09

1031[15]

柠檬烯

limonene

C10H16

73.82

91

6

10.10

1060[16]

γ-萜烯

γ-terpinene

C10H16

0.04

95

7

10. 59

1068[15]

辛醇

1-octanol

C8H18O

0.09

94

8

11. 10

1091[15]

异松油烯

terpinolene

C10H16

0.05

95

9

11.11

1090[16]

香桧烯

sabinene

C10H16

0.02

95

10

11.54

1100[15]

里那醇

linalool

C10H18O

6.64

95

11

12.22

1122[16]

反-p-薄荷-2,8-

二烯醇

trans-p-mentha-2,8-

dien-1-ol

C10H16O

0.24

70

12

14.14

1182[15]

4-萜烯醇

terpine-4-ol

C10H18O

3.30

90

13

14.63

1193[15]

α-萜烯醇

α-terpineol

C10H18O

0.95

90

14

15.44

1208[15]

乙酸辛酯

ethyl octanoate

C10H20O2

0.08

86

15

15.60

1217[15]

顺-香芹醇

cis-carvol

C10H16O

0.16

49

16

15.98

1224[15]

香茅醇

citronellol

C10H20O

0.51

86

17

16.44

1249[15]

香芹酮

carvone

C10H14O

0.31

95

18

16.67

1252[15]

香叶醇

geraniol

C10H18O

0.01

32

19

16.88

1270[15]

香叶醛

geranial

C10H16O

0.01

35

20

17.44

1279[15]

紫苏醛

perillaldehyde

C10H14O

0.08

32

21

20.60

1376[15]

α-胡椒烯

α-copaene

C15H24

0.16

98

22

20.71

1385[16]

乙酸香叶酯

geranyl acetate

C12H20O2

0.08

91

23

21.27

1391[15]

β-榄香烯

β-elemene

C15H24

0.18

91

24

22.09

1404[15]

β-石竹烯

β-caryophyllene

C15H24

0.21

89

25

22.40

1455[16]

γ-蛇床烯

γ-selinene

C15H24

0.11

91

26

23.15

1467[16]

α-石竹烯

α-humulene

C15H24

0.04

89

27

24.00

1487[16]

大香叶烯D

germacrene D

C15H24

0.09

90

28

24.09

1488[17]

外双环倍半水芹烯

epi-bicyclosesqui-phellandrene

C15H24

0.45

91

29

24.38

1490[16]

巴伦西亚橘烯

valencene

C15H24

7.11

98

30

24.62

1500[15]

十五烷

pentadecane

C15H32

0.09

92

31

24.69

1501[17]

α-法尼烯

α-farnesene

C15H24

1.26

32

32

25.09

1518[18]

α-人参烯

α-panasinsen

C15H24

0.47

94

33

25.31

1519[16]

δ-杜松烯

δ-cadinene

C15H24

0.33

94

 

 

 

总和

 

 

98.66

 

 

注:粗体表示GC-FID测定时选择的成分。

448912.jpg 

图 1 橙汁样品的GC-MS总离子流图

Fig.1 GC-MS total ion chromatogram of volatile compounds in orange juice

图1为测定样品的GC-MS总离子流图。通过谱库检索及与文献[15-18]保留指数比对,共鉴定出33种化合物(表2),为总离子流强度的98.66%。挥发性成分中含量最高的为单萜碳氢化合物(C10H16),共鉴定出6种,相对含量达到75.41%,其中含量最高的柠檬烯为73.82%,其次为β-蒎烯(1.20%)。倍半萜烯类C15H24则数量最多,检测出11种,其中含量最高的为巴伦西亚橘烯(7.11%),还有α-法尼烯、α-人参烯、γ-蛇床烯等。另外,检测出4种C10H18O萜醇类物质,含量最高的为里那醇(6.64%),其次为4-萜烯醇(3.30%),以及α-萜烯醇(0.95%)和香叶醇(0.01%)。同为C10的单萜类氧化产物还有香芹醇、香茅醇、香芹酮、紫苏醛。另外还有3种酯类,分别为丁酸乙酯、乙酸辛酯和乙酸香叶酯。其他还有辛醛、辛醇、十五烷。

2.2 目标成分的选择

GC-FID检测图谱中选取14种物质作为主要的风味成分(图2),其中包括分子式为C10H16的烯烃5种、分子式为C15H24的烯烃1种、分子式为C10H18O的萜烯醇3种、1种C10的酮、2种酯以及辛醛与辛醇,这14种物质在GC-FID检测中的峰面积为总峰面积的90.4%。

448884.jpg 

测定条件:饱和氯化钠(0.3g/mL),40℃条件下萃取20min,解吸10min。

1.丁酸乙酯;2. α-蒎烯;3. β-蒎烯;4.辛醛;5.柠檬烯;6.辛醇;7.异松油烯;8.香桧烯;9.里那醇;10.4-萜烯醇;11. α-萜烯醇;12.乙酸辛酯;13.香芹酮;14.巴伦西亚橘烯。下同。

图 2 橙汁中挥发性风味物质的目标化合物

Fig.2 Chromatogram of the target volatile components in orange juice

2.3 SPME条件的单因素分析

2.3.1 氯化钠添加量的影响

在40℃、萃取10min、解吸10min条件下,氯化钠的添加量在0.0~0.3g/mL时,14种挥发性风味成分的峰面积如图3所示,萜烯类碳氢化合物(2、3、5、7、8、14)在氯化钠为0.1g/mL时出现最大值然后下降,而含氧化合物酯类(1、12)、萜烯醇类(9、10、11)与香芹酮(13)的萃取量却均呈直线上升趋势。辛醛(4)和辛醇(6)均具有C8的直链结构,表现出与萜烯类物质类似的趋势。总之,在橙汁的HS-SPME体系中,氯化钠对各同分异构体或相似结构的物质作用相似。虽然萜烯类化合物在0.1g/mL氯化钠时出现最大值,但萜烯类碳氢化合物对橙汁风味的贡献较低,并且在此测定条件下柠檬烯已呈前延峰形,说明色谱柱过载,不需要再增加其检测峰面积,而含氧成分往往为重要的嗅感成分[1,19],因此为充分萃取浓度偏低的含氧风味物质,本研究以饱和氯化钠质量浓度0.3g/mL进行其他因素的试验。

448934.jpg 

448955.jpg 

448974.jpg 

448990.jpg 

449009.jpg 

449030.jpg 

449046.jpg 

449063.jpg 

449081.jpg 

449100.jpg 

449121.jpg 

449140.jpg 

449157.jpg 

449176.jpg 

图 3 氯化钠添加量对各成分峰面积的影响

Fig.3 Effect of NaCl concentration on the peak area of each component

2.3.2 萃取时间的影响

449198.jpg 

449215.jpg 

449231.jpg 

449246.jpg 

449263.jpg 

449283.jpg 

449301.jpg 

449322.jpg 

449342.jpg 

449361.jpg 

449390.jpg 

449408.jpg 

449424.jpg 

449447.jpg 

图 4 萃取时间对各成分峰面积的影响

Fig.4 Effect of extraction duration on the peak area of each component

由图4可以看出,随着萃取时间的延长,各种物质的峰面积变化趋势不同。成分4~6在萃取10min时,各重复测定间的RSD值高达50%~100%,按单因素方差分析,与其他处理时间均无明显差异,若不考虑此点,则保留时间较短的成分1~5的变化趋势接近,随萃取时间延长变化不明显,而6~13则均在萃取15~20min时峰面积达到最高,出现先上升后下降的变化趋势。巴伦西亚橘烯因具有最大的相对分子质量以及最晚的出峰时间而与其他样品存在明显差别,在萃取10min时达到最大峰面积。上述现象可能与各成分达到萃取平衡的时间有关,较长的时间有利于更多成分达到萃取平衡,综合考虑以萃取20min进行以下试验。

2.3.3 萃取温度的影响

本实验测定中,大部分物质的峰面积在40℃时达到最高,只有9~11三种物质(分子式均为C10H18O)的峰面积随温度的上升呈现上升趋势。由于试验中发现当温度升高至60℃或80℃时,顶空中水蒸气浓度增加,萃取纤维表面出现水珠,这将对萃取头以及色谱柱造成一定的不利影响,而且会影响疏水性目标成分的吸附效果。所以本实验仍选取40℃作为萃取温度进行以下试验。

449490.jpg 

449508.jpg 

449526.jpg 

449546.jpg 

449568.jpg 

449591.jpg 

449665.jpg 

449738.jpg 

449755.jpg 

449774.jpg 

449791.jpg 

449806.jpg 

449822.jpg 

449840.jpg 

图 5 萃取温度对各成分峰面积的影响

Fig.5 Effect of extraction temperature on the peak area of each component

2.3.4 解吸时间的影响

449857.jpg 

449878.jpg 

449899.jpg 

449926.jpg 

449943.jpg 

449972.jpg 

449989.jpg 

450012.jpg 

450032.jpg 

450050.jpg 

450068.jpg 

450088.jpg 

450108.jpg 

450159.jpg 

图 6 解吸时间对萃取效果的影响

Fig. 6 Effect of desorption time on extraction efficiency

从图6可以看出,虽然不同的物质随着解吸时间的变化表现出不同的趋势,但是结构相近的物质仍表现相似。丁酸乙酯的保留时间短于5min,所以本试验设计的时间对其没有显著影响。2、3、5、7、8是分子式为C10H16的同分异构体,这些物质均在解吸10min时出现最低值,在解吸15min时出现最高值。而相对分子质量较大的9~13(均为C10化合物)也对解吸时间的变化表现出不同趋势,均在20min出现最高值。对于保留时间最长的巴伦西亚橘烯,因误差较大,在测定时间范围未表现出显著差异。

2.4 SPME条件对橙汁风味成分FID响应的正交分析

表 3 不同组合下14种目标成分的峰面积

Table 3 Peak areas of 14 target compounds with different combinations of 4 extraction conditions

组合

丁酸乙酯

α-蒎烯

β-蒎烯

辛醛

柠檬烯

里那醇

辛醇

1

0.06

0.03

0.27

0.04

17.14

0.27

0.04

2

0.07

0.04

0.31

0.06

20.60

0.55

0.04

3

0.06

0.06

0.44

0.11

30.57

0.56

0.05

4

0.07

0.04

0.31

0.06

20.60

0.55

0.04

5

0.10

0.02

0.16

0.06

11.22

0.76

0.01

6

0.07

0.02

0.14

0.04

9.47

0.52

0.01

7

0.07

0.01

0.06

0.03

4.03

0.56

0.00

8

0.13

0.02

0.12

0.04

7.31

0.67

0.01

9

0.14

0.02

0.13

0.05

8.40

0.88

0.01

 

 

 

 

 

 

 

 

组合

异松油烯

香桧烯

4-萜烯醇

α-萜烯醇

乙酸辛酯

香芹酮

巴伦西亚橘烯

1

0.05

0.03

0.01

0.10

0.07

0.02

0.00

2

0.05

0.03

0.04

0.27

0.22

0.04

0.30

3

0.07

0.05

0.04

0.30

0.26

0.12

0.85

4

0.05

0.03

0.04

0.27

0.22

0.04

0.30

5

0.02

0.01

0.05

0.45

0.40

0.05

0.28

6

0.01

0.01

0.03

0.27

0.22

0.02

0.18

7

0.01

0.01

0.06

0.41

0.39

0.02

0.22

8

0.01

0.01

0.05

0.38

0.29

0.02

0.19

9

0.01

0.01

0.07

0.56

0.49

0.03

0.21

 

注:粗体为各物质在不同组合时测定的最大峰面积,数值表示峰面积/
(10-5mVs),下同。

 

试验结果发现不同成分在不同的萃取因素组合中出现最大峰面积(表3),根据最大峰面积出现特点将这14种物质分为两组,一组为α-蒎烯、β-蒎烯、辛醛、柠檬烯、辛醇、异松油烯、香桧烯、香芹酮以及巴伦西亚橘烯9种物质,这些物质均在组合3得到最大峰面积;另一组为丁酸乙酯、里那醇、4-萜烯醇、β-萜烯醇、乙酸辛酯5种物质,这些物质均在组合9表现出最大峰面积。将各组中所有物质峰面积之和作为考察指标,分别进行正交分析,得到的极差如表4所示,可以看到第1组物质表现为ADCB,氯化钠质量浓度对总峰面积的影响最大,其次为解吸时间、萃取温度以及萃取时间,最大峰面积来自组合A1B3C2D3,即0.1g/mL的氯化钠,在40℃萃取30min,解吸30min,该结果与前人报道一致[9]。第2组物质则表现为AB=CD,出现最大峰面积的组合为A3B3C3D1,解吸时间对峰面积的影响最小,而需要最高的氯化钠质量浓度。相对而言,BC的作用相近。

表 4 两组物质的正交分析结果

Table 4 Analysis of the results of orthogonal array design for both groups of volatile compounds

 

第1组

 

第2组

A

B

C

D

 

A

B

C

D

均值1

2.48

1.56

1.28

1.43

 

0.10

0.10

0.11

0.15

均值2

1.58

1.52

1.88

1.32

 

0.13

0.15

0.15

0.12

均值3

0.87

1.85

1.77

2.18

 

0.17

0.15

0.15

0.13

极差

1.61

0.34

0.60

0.87

 

0.08

0.04

0.04

0.02

优化组合

A1

B3

C2

D3

 

A3

B2或B3

C2或C3

D1

因素排序

ADCB

ABCD

 

 

3 讨 论

一般来说,电解质的存在可以改变相界的比例并提高疏水性物质在水相中的溶解度。此因素也是本研究中对所有目标成分峰面积变化影响最大的因素。Yang Xiaogen等[20]曾报道在1%(V/V)甲醇溶液中,丁酸乙酯、苯甲醛、里那醇、橙花醛等随着盐添加量的增加而增加,而乙酸乙酯和香叶醛则先上升,然后趋于平稳,柠檬烯与紫罗兰酮则在一定盐浓度达到最高,随后随着盐浓度的增加反而下降。本研究在实际橙汁体系中,也发现了类似的趋势,丁酸乙酯、里那醇、4-萜烯醇、α-萜烯醇、乙酸辛酯、香芹酮均随着盐添加量的增加而增加,而柠檬烯及巴伦西亚橘烯则出现先上升、后下降的趋势。这种现象应与各成分的疏水性有关,具体机制仍待进一步研究。

萃取过程中,物质在三相中的分配平衡需要一定的时间。Ai Jiu[10]研究了温度与时间对橙汁挥发性成分总峰面积的影响,认为较低萃取温度需要较长时间的平衡,并认为萃取温度对SPME的影响具有双重效应:升高温度有利于分析物在基质中的扩散(提高分析物在顶空的分配),缩短平衡时间、加快分析速度;降低温度使分析物在涂层与基质中的分配系数降低,涂层对分析物的吸附量减小,影响SPME法的灵敏度。在本研究中,大部分物质随萃取时间的延长均表现出先上升后下降的趋势,而对于温度变化,除了3种萜烯醇类物质,其他成分也表现出随温度升高先上升后下降的趋势。经正交试验分析,温度与时间对酯类及萜烯醇类的影响大小接近,与上述研究一致。而对于第1组物质,萃取温度与萃取时间的作用低于其他两个因素,这可能与柠檬烯的浓度过高,在测定体系中易达到饱和有关。

SPME解吸的效率取决于待测物的挥发性、萃取纤维涂层的厚度、进样的深度、进样口温度以及解吸时间[21]。对于同一种萃取头和同一分析仪器以及相同的解吸温度,解吸的效率则主要与解吸时间有关。本研究中经正交分析,解吸时间对酯类和萜烯醇类物质的影响最小,而对萜烯类的影响仅次于氯化钠而位居第2。

综合本研究的实验结果,可以确定要获得较高的测定灵敏度(较大的峰面积),这14种物质分为两组。
α-蒎烯、β-蒎烯、辛醛、柠檬烯、辛醇、异松油烯、香桧烯、香芹酮以及巴伦西亚橘烯可采用组合3,A1B3C2D3即0.1g/mL氯化钠,40℃条件下萃取20min,解吸30min;另一组物质为丁酸乙酯、里那醇、4-萜烯醇、α-萜烯醇、乙酸辛酯则可采取组合9,A3(B2=B3)(C2=C3)D1即0.3g/mL氯化钠、40℃或60℃条件下萃取20min或30min,解吸10min。两组物质所需要的试验条件在温度和萃取时间上接近,但对氯化钠质量浓度和解吸时间的要求差异较大。由于食品中挥发性成分的结构多样性与含量差异性,为实现多种成分的准确定量,在风味研究中往往采取根据结构、含量、稳定性等特点对待测成分分类,采取针对性的检测方法进行定量[23]。根据本研究结果,可以针对待测目标成分确定更适宜的萃取条件,并选择与待测组分的SPME萃取及色谱响应特性性质接近的物质作为内标或者采用标准加入法进行定量。

参考文献:

[1] PEREZ-CACHO P R, ROUSEFF R. Processing and storage effects on orange juice aroma: a review[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2008, 56(21): 978-9796.

[2] 郑炯, 唐会周. 鲜榨锦橙汁香气成分的固相微萃取-气质联用分析[J]. 食品科学, 2011, 32(6): 183-185.

[3] 郭莉, 吴厚玖, 王华, 等. 加工过程中夏橙汁香气成分的SPME-GC-MS分析[J]. 食品科学, 2010, 31(24): 259-261.

[4] 乔宇, 谢笔钧, 张妍, 等. 固相微萃取-气相色谱-质谱联用结合嗅觉检测法鉴定血橙汁中的香气活性化合物[J]. 色谱, 2008, 26(4): 509-514.

[5] 汪正范. 色谱定性与定量[M]. 2版. 北京: 化学工业出版社, 2007: 157.

[6] STEINHAUS M, FRITSCH H T, SCHIEBERLE P. Quantitation of (R)- and (S)-linalool in beer using solid phase microextraction (SPME) in combination with a stable isotope dilution assay (SIDA)[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2003, 51(24): 7100-7105.

[7] SEIDENECK R, SCHIEBERLE P. Comparison of the key aroma compounds in hand-squeezed and unpasteurised, commercial NFC juices prepared from Brazilian Pera Rio oranges[J]. European Food Research and Technology, 2011, 232(6): 995-1005.

[8] 支建梁. 同位素稀释质谱在食品与环境分析中的应用[J]. 粮食与食品工业, 2010, 17(5): 59-61; 64.

[9] STEFFEN A, PAWLISZYN J. Analysis of flavor volatiles using headspace solid-phase microextraction[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 1996, 44(8): 2187-2193.

[10] AI Jiu. Headspace solid phase microextraction. Dynamics and quantitative analysis before reaching partition equilibrium[J]. Analytical Chemistry, 1997, 69(16): 3260-3266.

[11] JORDAN M J, TILLMAN T N, MUCCI B, et al. Using HS-SPME to determine the effects of reducing insoluble solids on aromatic composition of orange juice[J]. LWT-Food Science and Technology, 2001, 34(4): 244-250.

[12] JIA Mingyu, ZHANG Q H, MIN D B. Optimization of solid-phase microextraction analysis for headspace flavor compounds of orange juice[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 1998, 46(7): 2744-2747.

[13] MA Qianli, HAMID N, BEKHIT A E D, et al. Optimization of headspace solid phase microextraction (HS-SPME) for gas chromatography mass spectrometry (GC-MS) analysis of aroma compounds in cooked beef using response surface methodology[J]. Microchemical Journal, 2013, 111(1): 16-24.

[14] TUCKEY N PL, DAY J R, MILLER M R. Determination of volatile compounds in New Zealand Greenshell™ mussels (Perna canaliculus) during chilled storage using solid phase microextraction gas chromatography-mass spectrometry[J]. Food Chemistry, 2013, 136(1): 218–223.

[15] Flavor database[DB/OL]. Florda State, USA: Citrus Research and Education Center, University of Florida, 2006-12-03[2013-03-31]. http://www.crec.ifas.ufl.edu/crec_websites/Rouseff/Website2002/Subpages/database_f_Frameset.htm.

[16] TERRY A AND HEINRICH A. Flavornet and human odor space[DB/OL]. Geneva, New York, USA: Cornell University, 2004[2013-03-31]. http://www.flavornet.org/flavornet.html.

[17] FLORENCE A B, FELIX T Z, MURIEl K A, et al. Chemical composition of essential oil of Melanthera scandens (Schum. et Thonn.) Roberty[J]. World Applied Sciences Journal, 2011, 15(7): 992-995.

[18] KANG Wenyi, JI Zhiqiang, WANG Jinmei. Composition of the essential oil of Adiantum flabellulatum[J]. Chemistry of Natural Compounds, 2009, 45(4): 575-577.

[19] PLOTTO A, MARGARÍA C A, GOODNER K L, et al. Odour and ?avour thresholds for key aroma components in an orange juice matrix: terpenes and aldehydes[J]. Flavour and Fragrance Journal, 2004, 19(6): 491-498.

[20] YANG Xiaogen, PEPPARD T. Solid-phase microextraction for flavor analysis[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 1994, 42(9): 1925-1930.

[21] KATAOKA H, LORD H L, PAWLISZYN J. Applications of solid-phase microextraction in food analysis[J]. Journal of Chromatography A, 2000, 880(1/2): 35-62.

[22] SAN-JUAN F, FERREIRA V, CACHO J, et al. Quality and aromatic sensory descriptors (mainly fresh and dry fruit character) of Spanish red wines can be predicted from their aroma-active chemical composition[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2011, 59(14): 7916-7924.

 

收稿日期:2012-11-22

基金项目:江苏省“十二五”科技支撑计划项目(BE2012403)

作者简介:牛丽影(1977—),女,副研究员,博士,研究方向为果蔬加工。E-mail:liying.niu@hotmail.com

*通信作者:刘春泉(1959—),男,研究员,硕士,研究方向为农产品精深加工与产业化。E-mail:liuchunquan2009@163.com