顶空固相微萃取-气相色谱-质谱法测定内蒙酥油风味物质

薛 璐，张 琦，胡志和

（天津市食品生物技术重点实验室，天津商业大学生物技术与食品科学学院，天津300134）

酥油为中国传统乳品之一，是乳发酵后提炼的乳脂肪，类似于西式的发酵奶油，用途十分广泛。酥油独特的香气是评价酥其品质的重要指标之一，以往对于酥油香气的判断多采用感官评价方法，定性分析研究较少。固相微萃取（SPME）是近年发展起来的样品前处理技术，具有操作简便、无需溶剂、萃取速度快等特点，被广泛用于食品分析、药物分析和生物分析等领域中，对于低沸点的醇类、羧酸类物质能够较好的检出[1]。侯园园等[2]采用SPME结合GC-MS方法分析了乳脂肪中的风味物质，共检出21种挥发性物质，其中酮醛类7种，酸类9种，内酯类4种。石燕等[3]采用GC-MS方法对西藏牦牛酥油风味物质分离鉴定，共得到34种化合物，研究表明，对于西藏酥油风味贡献最大的为己酸和辛酸，其相对含量分别30.35%和33.22%，但是由于没有配合使用SPEM技术，因此对西藏牦牛酥油的挥发性物质未能进行很好的分析。本文采用SPME技术与GC-MS分析相结合的方法对内蒙古产酥油的挥发性风味物质进行了分析和鉴定，综合文献[1-2，4-5]，选用100μm PDMS、65μm PDMS/DVB和75μm CAR/PDMS三种萃取头，并优化了萃取条件，以期为酥油工业化生产中的风味品质研究和质量控制提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

内蒙酥油 含水量＜1%，购自内蒙古鄂尔多斯市。

TRFAME色谱柱（30m× 0.25mm P/N260M/42P）、TRACE GC ULTRA-DSQ气相色谱-质谱联用仪（带NIST 05 a.L质谱谱库） 美国Thermo公司；手动固相微萃取进样手柄（soid-phase micro-extraction，SPME） 上海安谱科学仪器有限公司；回旋式水浴恒温振荡器 江苏正基仪器有限公司；萃取纤维 100μm聚二甲基硅氧烷（PDMS）、65μm聚二甲基硅氧烷-二乙烯苯（PDMS/DVB）、75μm碳分子筛-聚二甲基硅氧烷（CAR/PDMS） 上海安谱科学仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 萃取头老化 将不同极性的100μm PDMS（非极性）、65μm PDMS/DVB（双极性偏非极性）、75μm CAR/PDMS（中等极性）3种固相微萃取头在气相色谱进样口290℃老化40min。

1.2.2 HS-SPME萃取条件的优化 准确吸取1mL酥油置于5mL的顶空瓶中，旋紧带有硅胶隔垫的瓶盖，在萃取温度下水浴平衡20min后，将老化好的固相微萃取针插入样品瓶中大约1cm处，推出萃取头，顶空吸附30min，收进萃取头，拔出针头后直接进样，在290℃解吸10min。考察100μm PDMS、65μm PDMS/DVB、75μm CAR/PDMS三种萃取头对酥油中风味化合物萃取的效果，考察萃取温度（50、60、70、80、90℃）对酥油风味物质萃取效果的影响。

1.2.3 GC-MS分析条件 GC条件：进样口温度290℃，载气He，流速1.5mL/min，不分流进样；色谱柱：TRFAME（30m×0.25mm P/N260M/42P）；色谱柱升温程序：50℃保持5min，以10℃/min的速率升至280℃，保持10min，共需38min。

MS条件：电子电离源（electron ionization，EI），电子轰击能量70eV，离子源温度230℃，扫描范围30.00～650.00amu，质谱谱库为NIST 05 a.L。

1.2.4 定性与定量方法 化合物定性方法：实验数据经Xcailibur软件系统处理完成，化合物经计算机检索，同时与NIST谱库相匹配检索定性。

化合物定量方法：按峰面积归一化方法计算化合物的相对质量分数[6]。

2 结果与分析

2.1 萃取头的选择

萃取头的选择对于提取待测物质有重要的影响，萃取纤维的涂层种类和厚度是影响萃取效果的关键因素，根据涂层亲和力的“相似相溶原理”，极性涂层对于极性化合物吸附能力较强，非极性涂层对于非极性化合物吸附能力较强[2]。本实验采用的三种萃取头中，100μm PDMS为非极性涂层，65μm PDMS/DVB为混合极性涂层，75μm CAR/PDMS为中等极性涂层，在相同的吸附时间（30min）、萃取温度（60℃）和解析（290℃ 10min）条件下进行比较，考察了三种萃取头对酥油中风味化合物萃取的吸附效果，用HS-SPME-GC/MS分析酥油中风味物质的总离子流图如图1～图3所示。

结果表明，100μm PDMS萃取头和65μm PDMS/DVB萃取头均检出19种风味物质，75μm CAR/PDMS萃取头检出21种风味物质。PDMS萃取纤维对酸类物质的吸附能力不及PDMS/DVB萃取头和CAR/PDMS萃取头，与Gonzalez-Cordova[7]研究中提出的PDMS纤维不适宜吸附酸类物质的结果一致。Kalua等[4]对橄榄油风味成分的分析结果显示，PDMS萃取头更合适弱极性和非极性物质，而酥油的香气成分中，极性化合物含量较多，65μm PDMS/DVB为混合极性涂层，对于酥油风味物质的总体吸附程度较好。由总离子流图可知，65μm PDMS/DVB纤维萃取得到待测成分的峰形较好，响应更灵敏，综合考虑，本实验选择65μm PDMS/DVB作为纤维萃取。

图1 酥油风味物质HS-SPME法的总离子流图（100μm PDMS）Fig.1 TIC chromatogram of flavor compounds in ghee by HS-SPME（100μm PDMS fiber）

图2 酥油风味物质HS-SPME法的总离子流图（65μm PDMS/DVB）Fig.2 TIC chromatogram of flavor compounds in ghee by HS-SPME（65μm PDMS/DVB fiber）

图3 酥油风味物质HS-SPME法的总离子流图（75μm CAR/PDMS）Fig.3 TIC chromatogram of flavor compounds in ghee by HS-SPME（75μm CAR/PDMS fiber）

2.2 萃取温度的选择

萃取温度对HS-SPME过程既影响萃取灵敏性，又影响萃取动力学，是一个非常重要的优化因素[8]。在平衡20min，萃取时间30min，解析温度290℃，解析时间10min的条件下，实验考察了50～90℃对萃取效果的影响，结果如图4所示。

图4 不同萃取温度对酥油风味物质萃取效果的比较Fig.4 Effects of extraction temperature on extraction results of flavor compounds in ghee

图5 不同萃取温度对酥油主要挥发性物质吸附性比较Fig.5 Effects of extraction temperature on extraction results of main volatile material in ghee

酥油中主要呈味物质为酮、醛、酸、酯类物质，由图5可知，萃取温度为90℃时，PDMS/DVB萃取头对醛类物质的吸附较差，醛类物质的阈值一般较低，对食品整体风味的贡献较大，而在80℃时萃取头对各类物质的吸附性较均匀，且吸附量较大，综合考虑，选取80℃为萃取温度。

2.3 酥油风味物质

酥油风味物质总离子流图见图6，检出化合物种类及相对含量见表1。

由表1可知，采用HS-SPME-GC/MS方法共检出内蒙酥油含有22种挥发性物质，其中酮类5种、酸类2种、酯类5种、醛类5种及其他物质5种。2-壬酮、2-十一酮和己酸的相对含量分别为22.91%、11.42%和11.37%，对酥油的风味贡献较大，2-壬酮具有果香、甜香和奶油的气味，2-十一烷酮具有果香、酮香、脂肪香，并带有奶油、乳酪的味道，己酸具有干酪、油脂腥臭[9]。将本实验结果与石燕等对西藏酥油风味物质的分析相比，HS-SPME方法对醛类物质的灵敏度优于水蒸汽蒸馏-萃取法。

3 结论

利用顶空固相微萃取技术和气相色谱-质谱分析方法对内蒙酥油的风味物质进行研究，优化了实验条件，酥油的最佳分析条件为：萃取头65μm PDMS/DVB，萃取温度80℃，经鉴定分析酥油中挥发性成分主要有酮类、醇类、醛类、酸类、酯类等22种物质，其中酮类、酸类为主要呈味物质。

酥油作为天然发酵乳品，营养丰富[10]，同时具有滑润肠道，增强蠕动的保健功效[11]。酥油不仅在中国传统乳制品中占有重要地位，在现代食品工业中，酥油可以代替氢化植物油、起酥油等应用到蛋糕、面包、饼干等食品加工中。其含有的特殊风味物质不仅增添了产品的感官享受，且富有民族特色，更有益人体健康，其市场前景必将广阔。

图6 酥油风味物质HS-SPME法总离子流图Fig.6 TIC chromatogram of flavor compounds in ghee by HS-SPME

表1 酥油风味物检出结果Table 1 GC/MS analysis result of aroma components of ghee

[1]衣宇佳，田怀香，郑小平，等.同时蒸馏萃取和固相微萃取法提取国产干酪中风味物质[J].食品与机械，2008，2（2）：65-69.

[2]侯园园，王兴国，刘元法.固相微萃取（SPME）在天然乳脂风味物质分析中的应用研究[J].粮油加工，2008（3）：60-71.

[3]石燕，郑为完，熊华，等.用GC/MS联用技术测定西藏酥油中的风味物质[J].南昌大学学报，2008，32（2）：155-169.

[4]Kalua C M，Bedgood D R，Prenzler P D.Development of a headspacesolid phase microextraction-gaschromatography method for monitoring volatile compounds in extended timecourse experiments of olive oil[J].Analytica Chimica Acta，2006，556（2）：407-414.

[5]郭莹莹，赵鸿雁，乙小娟，等.顶空固相微萃取-气相色谱-质谱法测定食用植物油中挥发性有机物[J].理化检验-化学分册，2011，47（5）：550-554.

[6]范文来，胡光源，徐岩.顶空固相微萃取-气相色谱-质谱法测定药香型白酒中萜烯类化合物[J].食品科学，2012，33（14）：110-116.

[7]Gonzalez-Cordova，Vallejo-Cordoba.Quantitativedetermination of short-Chain free fatty acids in milk using solid-Phase microextraction and gas chromatography[J].J Agric Food Chem，2001，49：4603-4608.

[8]王冠男.化妆品中合成麝香分析方法研究[D].北京：北京化工大学，2012.

[9]石燕，郑为完，熊华，等.西藏酥油香气成分的初步分析[J].食品与发酵工业，2006，32（2）：90-92.

[10]陈历俊，薛璐.中国传统乳制品加工与质量控制[M].北京：中国轻工业出版社，2008：71.

[11]刘计民.内蒙古传统风味民族乳食品简介[J].中国乳品工业，1993，21（5）：237-240.

[12]Wahle K W J，James W P T.Isomeric Fatty Acids and Human Health[J].Eur Clin Nutr，1993，47：828-839.

[13]江勇.固相微萃取在食品快速分析中的应用[D].江西：南昌大学，2010.

[14]袁建，付强，高瑀珑，等.顶空固相微萃取-气质联用分析不同储藏条件下小麦粉挥发性成分变化[J].中国粮油学报，2012，27（4）：106-109.

[15]申利群，雷福厚，赖红芳，等.顶空固相微萃取-气相色谱-质谱法分析莪术的挥发油成分[J].理化检验-化学分册，2011，47（9）：1018-1023.

[16]王憬，崔巍伟，王莉娜，等.顶空固相微萃取-气相色谱-质谱法分析啤酒的酒花香组分[J].分析与检测，2007，33（8）：127-131.

[17]赵方方.油料油脂挥发物成分检测技术研究[D].北京：中国农业科学院，2012.

[18]Robert D D，Pollien P，Milo C.Solid-phase microextraction method development for headspaceanalysis of volatile flavor compounds[J].Journal of Agricultural and Food Chemisty，2000，48：2430-2437.