摘要：建立一种方便快捷地测定甜面酱挥发性成分的顶空固相微萃取-气相色谱-质谱法。以总峰面积为指标,考察了萃取头、萃取温度、萃取时间、离子强度、质量浓度、溶剂体积和解吸时间对甜面酱样品中挥发性成分萃取的影响。优化的顶空固相微萃取条件为:样品质量浓度为0.5g/ml和溶剂体积为6ml时，涂层厚度为50/30μmDVB/CAR/PDMS萃取纤维头,于60℃、添加1gNaCl，对甜面酱样品顶空吸附50min,于250℃下解吸4min后进行GC-MS分离鉴定。

　　关键词：甜面酱;顶空固相微萃取;气相色谱-质谱联用;挥发性成分

　　甜面酱，又称甜酱，主要是以面粉或小麦为原料，依靠微生物长期发酵而成，具有口感细腻、香气浓郁等特点而备受人们喜爱。国内长期以来对于传统调味品的研究主要集中于工艺的改进【1-3】，而忽略了对其进一步的挖掘，如风味和形成机理的研究。对甜面酱风味的研究，有利于产品的研发和质量监测，同时可增进对甜面酱的风味调配有一定的指导作用。顶空固相微萃取(headspace solid phase micro-extraction, HS-SPME)作为一项先进便捷的风味检测前处理手段被广泛应用于各种食品挥发性成分的检测【4-9】，但对于甜面酱的挥发性成分研究国内外还鲜有报道【10】。本文主要采用气相色谱优化HS-SPME萃取条件，并结合质谱联用仪对甜面酱的挥发性成分进行分析。

　　1 材料和方法

　　1.1 试验原料 南泉牌甜面酱

　　1.2 主要仪器与试剂

　　SPME手动进样手柄、萃取头(100μmPDMS、65μmPDMS/DVB、75μmCAR/PDMS、50/30μmDVB/CAR/PDMS)：美国Supelco公司;Agilent GC-MS7890A气相色谱—质谱联用仪：美国安捷伦公司;DF-101S集热式恒温磁力搅拌器：巩义市予华仪器有限责任公司。

　　1.3 顶空固相微萃取条件

　　1.3.1 萃取头的老化 第一次使用萃取头需要老化，按照Supelco公司推荐的老化条件，将100μm PDMS和65 μm PDMS/DVB萃取头分别于250℃下老化0.5h，75μmCAR/PDMS萃取头于300℃下老化2h，50/30μmDVB/CAR/PDMS于270℃下老化1 h，老化至无干扰峰出现。

　　1.3.2 萃取条件 将50/30μmDVB/CAR/PDMS固相萃取头在GC进样口于270℃进行老化5min，插入装有3g甜面酱和6ml水的样品瓶中，于60℃水浴中平衡5min，保温50min，加盐量为1g，搅拌转速60r/min，再将萃取头插入GC-MS仪器进样口于250℃条件下解析5min。

　　1.4 GC-MS检测条件

　　1.4.1色谱条件 柱型采用Agilent DB-5非极性毛细管柱60m*250μm *0.25um;程序升温：初温40℃以2.5℃/min的速率升温到130℃，保持1min，再以8℃/min的速率升温到250℃保持1min;进样口温度250℃，不分流;载气为氦气;体积流量为1.0ml/min。

　　1.4.2 质谱条件 电离方式为：EI;电于能量：70eV;电压：350V;扫描质量：35～395 AMU;化合物定性方法：经NIST07数据库检索定性;化合物定量方法：按峰面积归一化法计算化合物的相对质量分数。

　　1.5 实验方法

　　1.5.1 萃取头的筛选 在3g甜面酱、6ml水和1g盐，搅拌转速600r/min的情况下，采用4种不同涂层的萃取头100μmPDMS、65μmPDMS/DVB、75μmCAR/PDMS和50/30μmDVB/CAR/PDMS在相同吸附条件(60℃水浴中平衡5min后保温50min)和解吸条件(250℃下解吸5min)下进行实验。

　　1.5.2 萃取温度 在其它条件不变的情况下，选择在40、50、60、70、80℃的恒温加热条件下，用DVB/CAR/PDMS萃取头顶空萃取50min。

　　1.5.3 萃取时间 在其它条件不变的情况下，选择水浴温度为60℃，用DVB/CAR/PDMS萃取头分别顶空萃取40、50、60、70、80min。

　　1.5.4 离子强度 为考察不同加盐量对萃取量的影响，在其它条件不变的情况下，分别在样品中加入0、0.5、1.0、1.5、2g固体NaCl在60℃水浴下顶空萃取50min。

　　1.5.5 样品的质量浓度 选用6ml去离子水中分别加入6、5、4、3、2g甜面酱，在60℃水浴下顶空萃取50min。即比较质量浓度分别为1.00、0.83、0.67、0.50、0.33g/ml甜面酱样品的萃取效果。

　　1.5.6 溶剂体积 在确定质量浓度为0.5g/ml和其他条件不变的情况下，比较溶剂体积为8、7、6、5、4ml甜面酱样品的萃取效果。

　　1.5.7 解吸时间 在其他条件不变的情况下，萃取头于气相色谱进样口分别解吸1、2、3、4、5min。

　　2 结果与讨论

　　2.1 顶空固相微萃取纤维头的筛选

　　根据相似相溶原理，不同的萃取头固相涂层及厚度对挥发性成分的萃取吸附能力不同【11】，100μm PDMS适用于萃取非极性和弱极性化合物，如硝基芳香类化合物;65 μm PDMS/DVB适用于萃取极性化合物，如醇、胺类;75μmCAR/PDMS是中等极性混合型涂层，适用于萃取气体和小分子量化合物;50/30μmDVB/CAR/PDMS适用于C3-C20 大范围分析。

　　本实验根据所得峰数目和峰面积总和,比较4种萃取头，结果见表1和图1。DVB/CAR/PDMS萃取头所萃取的峰个数和总峰面积最大，因此选用50/30μm DVB/CAR/PDMS萃取头。

　　表1 4种萃取头的萃取效果

　　Table 1 Extraction efficiencies of four SPME fibers

　　PDMS

　　PDMS/DVB

　　CAR/PDMS

　　DVB/CAR/PDMS

　　检测峰个数

　　18

　　22

　　18

　　30

　　色谱总峰面积(×108)

　　0.69

　　4.51

　　20.79

　　33.87

　　2.2 萃取温度

　　温度是影响固相微萃效果的重要因素之一，对于HS-SPME，适当水温可加速分子运动，增大试样在气相中的浓度，提高分析灵敏度。但萃取吸附是放热过程，升温会使分配系数K降低，导致吸附能力下降【12】。而且，温度过高也会使样品中的易分解物质分解，不利于分析检测。从图2可以看出，在60℃之前，萃取温度升高，色谱总峰面积随之平稳增大，而在60℃之后，色谱总峰面积增大趋势明显，考虑到甜面酱中一部分挥发性成分性质不稳定，温度过高可能会使其分解。综合考虑，选用60℃为最佳温度。

　　图2 不同萃取温度对萃取效果的影响

　　Fig.2 Effect of different extraction temperatures on extraction efficiency

　　2.3 萃取时间

　　萃取时间对萃取头吸附量影响很大，但达到吸附平衡后，时间变化不会对萃取量产生大的影响。在其他条件不变的情况下，萃取时间对甜面酱挥发性成分总峰面积的影响见图3。色谱总峰面积随时间的延长而增大，而在50min后总峰面积反而减小，可能是某些组分解吸附所致。

　　图3 不同萃取时间对萃取效果的影响

　　Fig.3 Effect of different extraction time on extraction efficiency

　　2.4 离子强度

　　在样品中加入无机盐可利用盐析效应增加极性化合物进入涂层的分配系数，提高萃取的效率。如图4所示，当加盐量为1g时，色谱总峰面积最大，而当加盐量继续增加时，总峰面积反而下降，延长了到达平衡的时间。综合考虑，选择加盐量1g为离子强度调节剂。

　　图4 不同盐浓度对萃取效果的影响

　　Fig.4 Effect of different consistency of NaCl on extraction efficiency

　　2.5 样品的质量浓度

　　甜面酱是半固体形态，样品瓶中甜面酱的稠度和粘度易用质量浓度表示。在不同的质量浓度下，甜面酱挥发性物质在相同的搅拌速率下挥发的速率和含量不同。结果见图5，当质量浓度低于0.5g/ml时甜面酱挥发性成分挥发的效果随着质量浓度的升高而升高，可能是因为此时搅拌效果较高，挥发性物质扩散速度快。而在0.5g/ml时萃取效率达到最高，此后，色谱峰总面积随着质量浓度的增加快速降低，可能是由于此时甜面酱的稠度和粘度太大，搅拌效果不理想所致。

　　图5 不同质量浓度对萃取效果的影响

　　Fig.5 Effect of different contents of Samples on extraction efficiency

　　2.6 溶剂体积

　　不同的溶剂体积使液面高度不同，相应地萃取头与液面的高度不同，从而萃取效率不同。结果如图6，在溶剂体积为6ml时，色谱总峰面积最大。而随着溶剂体积增大，总峰面积反而急剧减小，这可能是因为搅拌转子转动的剪切力没有传到液面上层，通过观察也发现液面没有漩涡，挥发性成分扩散到空气中的速度不及溶剂体积6ml时的扩散速度。

　　图6 不同溶剂体积对萃取效果的影响

　　Fig.6 Effect of different volume of solvent on extraction efficiency

　　2.7 解吸时间

　　如图7，4min后总峰面积基本保持不变，说明通过4min的解析，萃取头所吸附的挥发性物质能解吸完全。

　　图7 不同解析时间对萃取效果的影响

　　Fig.7 Effect of different desorption time on extraction efficiency

　　甜面酱挥发性成分的研究

　　通过条件优化确定了HS-SPME的最佳萃取条件：样品质量浓度为0.5g/ml和溶剂体积为6ml时，涂层厚度为50/30μmDVB/CAR/PDMS萃取纤维头,于60℃、添加1gNaCl，对甜面酱样品顶空吸附50 min,于250℃下解吸4min，在此条件下测定了甜面酱中挥发性成分的组成,结果如图8、表2所示。

　　图8 甜面酱中挥发性成分GC-MS总离子流图

　　Fig.7 GC-MS total ion chromatogram of volatile components from sweet flour paste

　　由表2可知，在所检出的38种成分中,酯类9种、醇类3种、酮类3种、酸类1种、烯烃类物质9种、醛类物质4种、酚类物质2种、其它类物质7种。甜面酱在发酵酿制过程中，淀粉酶水解淀粉，蛋白酶作用使游离氨基酸增加及微生物生理活动代谢共同产生挥发性成分。甜面酱在发酵过程中还原糖与含有游离氨基的化合物间会发生美拉德反应,其产物经重排、相互作用，会生成呋喃与吡喃类化合物而产生嗅感【13-15】。

　　表2　甜面酱样品中鉴定的挥发性成分及峰面积相对含量

　　Table2　Volatile compounds and their relative area of peak in the soy sauce sample identified by HS-SPME

　　序号

　　保留时间/min

　　化合物名称

　　相对峰面积/%

　　1

　　13.125

　　糠醛(Furfural)

　　38.48

　　2

　　17.07

　　乙酰呋喃 (2-Acetylfuran)

　　1.88

　　3

　　20.092

　　5-甲基呋喃醛(5-Methyl furfural)

　　4.70

　　4

　　20.265

　　苯甲醛(Benzaldehyde)

　　3.98

　　5

　　22.301

　　己酸乙酯(Ethyl caproate)

　　0.11

　　6

　　24.098

　　异辛醇(2-Ethyl hexanol)

　　0.12

　　7

　　24.329

　　柠檬烯(Limonene)

　　0.8

　　8

　　25.223

　　苯乙醛(Phenylacetaldehyde)

　　5.42

　　9

　　26.411

　　2-乙酰基吡咯(2-Acetyl pyrrole)

　　4.22

　　10

　　29.358

　　苯乙醇(Phenylethyl Alcohol)

　　4.42

　　11

　　32.288

　　苯甲酸(Benzoic acid)

　　12.66

　　12

　　34.16

　　辛酸乙酯(Ethyl caprylate )

　　0.1

　　13

　　34.358

　　α-松油醇(α-Terpineol)

　　0.27

　　14

　　35.916

　　3-苯基呋喃(Phenylmaleic anhydride)

　　2.48

　　15

　　36.942

　　苯乙酸乙酯(Phenylacetic acid ethyl ester)

　　0.61

　　16

　　37.635

　　乙酸苯乙酯(Phenethyl acetate)

　　0.73

　　17

　　38.195

　　正戊基2-呋喃酮(2-Hexanoylfuran)

　　0.05

　　18

　　38.682

　　4-乙基愈创木酚(4-Ethyl-2-methoxyphenol)

　　8.82

　　19

　　39.49

　　2-十一酮(2-Undecanone)

　　0.17

　　20

　　39.852

　　2-甲基萘 (2-Methylnaphthalene)

　　0.11

　　21

　　39.873

　　2-苯基巴豆醛(2-Phenyl-2-Butenal)

　　0.39

　　22

　　40.256

　　4-乙烯基愈创木酚(4-Hydroxy-3-methoxystyrene)

　　0.41

　　23

　　41.649

　　苯丙酸乙酯(Ethyl 3-phenylpropionate)

　　0.12

　　24

　　42.556

　　苯甲酸丁酯(Butyl benzoate)

　　1.65

　　25

　　43.043

　　癸酸乙酯(Ethyl caprate)

　　0.14

　　26

　　43.084

　　β-榄香烯(β-Elemen)

　　27

　　43.628

　　丁香烯(Humulene)

　　0.31

　　28

　　43.871

　　3-苯基噻吩(3-Phenylthiophene)

　　0.36

　　29

　　44.081

　　石竹烯(Caryophyllene)

　　3.00

　　30

　　44.535

　　顺式香叶基丙酮(Cis-Geranylacetone)

　　31

　　45.017

　　α-律草烯 (α-Caryophyllene)

　　0.30

　　32

　　45.392

　　γ-古芸烯(γ-Gurjunene)

　　0.36

　　33

　　45.825

　　β-芹子烯(γ-Gurjunene)

　　34

　　45.982

　　α-芹子烯(β-selinene)

　　0.30

　　35

　　46.361

　　杜松烯(Cadinene )

　　0.57

　　36

　　48.698

　　柠檬酸三乙酯(Triethyl citrate)

　　0.17

　　37

　　49.366

　　3-(2-呋喃基)-2-苯基丙烯醛(3-(2-furyl)-2-Phenylpropenal)

　　1.56

　　38

　　52.738

　　棕榈酸甲酯 (Methyl hexadecanoate)

　　0.14

　　4 结论

　　本文通过优化顶空固相微萃取法的萃取条件，建立了一种快速检测甜面酱样品中挥发性成分的方法，优化的条件为：样品质量浓度为0.5g/ml和溶剂体积为6ml时，涂层厚度为50/30μmDVB/CAR/PDMS萃取纤维头,于60℃、添加1gNaCl，对甜面酱样品顶空吸附50 min,于250℃下解吸4min。通过顶空固相微萃取法与气相色谱-质谱联用检测到甜面酱样品中醇类、酸类、酚类、酯类、醛类和杂环类化合物等38种挥发性成分,其中相对百分含量排在前5位的挥发性风味成分是糠醛、苯甲酸、4-乙基愈创木酚、苯乙醛和苯乙醇,构成了甜面酱样品的主要挥发性成分。

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