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帶捕集阱的自動(dòng)化靜態(tài)頂空測定蘋果酯類香氣物質(zhì)

2014-05-17 01:34:02史作安顏衛(wèi)東
實(shí)驗(yàn)室研究與探索 2014年3期
關(guān)鍵詞:總峰頂空酯類

史作安, 王 超, 顏衛(wèi)東, 楊 超

(山東農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,農(nóng)業(yè)生物學(xué)國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心,山東泰安 271018)

0 引言

香氣是評價(jià)蘋果果實(shí)品質(zhì)的重要特征之一。香氣成分的研究不僅能獲得有關(guān)果實(shí)天然成分的最基本的化學(xué)信息,而且通過對香氣成分在果實(shí)體內(nèi)的研究,為人們在水果品種的選育、貯藏、加工,以及合理調(diào)控方面提供科學(xué)依據(jù)[1-3]。蘋果作為我國少數(shù)具有國際競爭優(yōu)勢的產(chǎn)品,在國際市場上具有重要作用[4-6]。蘋果及其制品的香氣物質(zhì)成分非常復(fù)雜,主要包括酯、醇、醛、萜類物質(zhì)等,其中酯類是構(gòu)成蘋果特征香味最重要的組分[7-9]。

蘋果香氣物質(zhì)的測定一直是我院本科生“園藝植物產(chǎn)品質(zhì)量檢測實(shí)驗(yàn)”的重要內(nèi)容之一,隨著分析儀器和樣品前處理技術(shù)的發(fā)展,傳統(tǒng)的液-液萃取等前處理實(shí)驗(yàn)方法,因?yàn)樾铇恿看?、耗時(shí)長、花費(fèi)高,且需要制造大量有機(jī)溶劑廢液[10-11],已經(jīng)被摒棄,并陸續(xù)購置了一臺自動(dòng)化靜態(tài)頂空氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀(HS-GCMS)和兩臺氣相色譜(GC2014),自動(dòng)化靜態(tài)頂空是一種新型的樣品前處理方法,無需溶劑,簡便、快速,自動(dòng)化程度高,能夠盡可能減少被分析的香氣成分的損失,簡化了傳統(tǒng)風(fēng)味物質(zhì)測定方法的樣品前處理環(huán)節(jié),使所測揮發(fā)性風(fēng)味成分更接近于天然。

本文以煙臺富士蘋果為材料,采用HS-GC-MS技術(shù)對蘋果中酯類香氣成分進(jìn)行了測定。通過對前處理?xiàng)l件的優(yōu)化,構(gòu)建一種快速、準(zhǔn)確測定蘋果酯類香氣成分的方法,為本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供指導(dǎo),為園藝產(chǎn)品品質(zhì)分析提供參考。

1 材料與方法

1.1 樣 品

實(shí)驗(yàn)樣品為商熟期的富士蘋果,采于煙臺龍口黃城精品實(shí)驗(yàn)基地。

1.2 主要儀器和試劑

日本島津公司GC-MS QP2010 Plus氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀;美國PE公司的TurboMatrix 40HS頂空進(jìn)樣器;毛細(xì)管色譜柱為Rtx-1MS(30 m ×0.25 mm×0.25 mm);Rtx-5(30 m × 0.32 mm × 0.25 μm);Stabilwax(R)-DA(30 m ×0.32 mm ×0.25 μm);25 mL 頂空進(jìn)樣瓶,鋁制瓶蓋和硅橡膠墊。3-壬酮標(biāo)準(zhǔn)品(Sigma公司提供)。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

(1)樣品前處理。新鮮水果去皮準(zhǔn)確稱量5 g樣品于25 mL頂空進(jìn)樣瓶中,用硅膠隔墊密封,鋁蓋封口,放入自動(dòng)頂空進(jìn)樣儀中,待進(jìn)樣。

(2)萃取條件單因素試驗(yàn)。選取對靜態(tài)頂空影響較大的3個(gè)因素(頂空時(shí)間、頂空溫度和色譜柱),控制單因素變量,分別進(jìn)行萃取實(shí)驗(yàn),依次考察其對蘋果酯類香氣物質(zhì)總峰面積的影響。

(3)GCMS分析條件。進(jìn)樣口溫度200℃;柱溫起始溫度35℃,保持2 min,以8℃/min升至180℃,保持1 min;再以15℃/min上升至230℃,保持4 min;載氣 He(99.999%),柱流量 1.0 mL/min。

電離方式 EI,電子能量70 eV,離子源溫度200℃,接口溫度230℃。掃描質(zhì)量范圍45~450 u。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)分析

(1)頂空溫度對香氣成分的影響。選取30、35、40、45和50℃ 5個(gè)頂空溫度梯度,研究不同溫度對蘋果香味成分提取效果的影響,結(jié)果如圖1所示。

圖1 溫度對香氣成分總峰面積的影響

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:在一定的范圍內(nèi),溫度越高,萃取效率越高,且在溫度30~45℃,香氣成分總峰面積都明顯增加,當(dāng)溫度達(dá)到45℃時(shí),香氣成分總峰面積達(dá)到最大,隨溫度的升高,達(dá)到45~50℃時(shí),其香氣成分總峰面積逐漸減低,且蘋果褐變嚴(yán)重,因此本實(shí)驗(yàn)選擇頂空溫度為45℃。

(2)頂空時(shí)間對香氣成分的影響。在頂空溫度為45℃條件下,設(shè)置20、30、40和50 min 4個(gè)平衡時(shí)間梯度進(jìn)行頂空分析。

圖2 時(shí)間對香氣成分總峰面積的影響

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,隨著溫度的升高,其香氣成分總的峰面積升高,到40 min時(shí),其香氣成分總峰面積達(dá)最大值,50 min時(shí),其揮發(fā)成分總的峰面積不再增加,因此本實(shí)驗(yàn)選擇頂空平衡時(shí)間為40℃。

綜上所述,帶捕集阱的自動(dòng)化靜態(tài)頂空和氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用法測定蘋果香氣成分最佳前處理?xiàng)l件為:頂空溫度45℃,時(shí)間40 min。

2.2 色譜柱對香氣成分的影響

分別選取3種毛細(xì)管色譜柱:Stabilwax(R)-DA(30 m ×0.32 mm ×0.25 μm);Rtx-5 MS(30 m ×0.32 mm × 0.25 μm);Rtx-1 MS(30 m ×0.25 mm × 0.25 μm)。其中,Stabilwax(R)-DA是一種極性柱;Rtx-5 MS是中性柱;Rtx-1 MS是非極性柱。

3種毛細(xì)管色譜柱分離供試樣品得到的GC-MS總離子流圖經(jīng)計(jì)算機(jī)譜庫(NIST08)檢索分析。結(jié)果表明,Stabilwax(R)-DA色譜柱分離得到的蘋果中主要酯類香氣成分7種;Rtx-5 MS柱分離得到主要酯類香氣成分17種;Rtx-1 MS柱分離得到主要酯類香氣成分35種。由此可見,Rtx-1 MS柱分離得到酯類香氣成分最多,因此我們選用Rtx-1 MS色譜柱。

圖3 Rtx-1 MS色譜柱分離得到的GC-MS總離子流圖

從表1可以看出,酯類是煙臺富士蘋果的主要化合物,也是其特征香氣的主要貢獻(xiàn)成分[12-13],其中相對含量較多的化合物包括丁酸乙酯(0.47%)、2-甲基-丁酸乙酯(0.22%)、乙酸丁酯(5.85%)、2-甲基乙酸丁酯(27.21%)、丁酸丙酯 (1.81%)、丙酸丁酯(2.32%)、乙酸戊酯(1.80%)、2-甲基-1-丁酸異丙酯(3.00%)、丁酸丁酯(2.92%)、己酸乙酯(2.00%)、乙酸己酯(17.21%)、2-己烯-1-醇乙酸酯(3.85%)、2-甲基丁酸甲酯(5.23%)、丁酸己酯(4.00%)和2-甲基-丁酸己酯(8.10%),占總峰面積的85.99%。與王孝娣等[14-15]的研究相比較,本實(shí)驗(yàn)所檢測到的脂類物質(zhì)種類更多,其中2-甲基丁酸甲酯(5.23%)是本實(shí)驗(yàn)中首次檢測到,且相對含量較高。

3 結(jié)語

本文采用帶捕集阱的自動(dòng)化靜態(tài)頂空和氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù),在頂空溫度45℃,頂空時(shí)間40 min,毛細(xì)管色譜柱 Rtx-1 MS(30 m ×0.25 mm ×0.25 μm)條件下,從富士蘋果中分離鑒定出35種酯類香氣成分,丁酸乙酯等15種物質(zhì)相對含量較高,占總香氣物質(zhì)含量的85.99%,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明該方法準(zhǔn)確、迅速、節(jié)約、環(huán)保。通過對前處理?xiàng)l件的優(yōu)化,構(gòu)建一種快速、準(zhǔn)確測定蘋果酯類香氣成分的方法,為本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供了理論指導(dǎo),為園藝產(chǎn)品品質(zhì)分析提供了參考,對其他水果成分的分析也有一定的借鑒作用。

表1 蘋果中主要酯類香氣成分優(yōu)化分析

[1]王昊陽,郭寅龍,張正行,等.自動(dòng)化靜態(tài)頂空-氣相色譜-質(zhì)譜對天然香精中揮發(fā)性化學(xué)成分的快速分析[J].分析測試學(xué)報(bào),2004,23(1):9-13.

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