SPME-GC-MS联用技术分析酸水解玉米蛋白粉中的挥发性物质

杨雪娟，李永歌,*，许丽娟，刘会双

（1.保定味群食品科技股份有限公司，河北 保定 071000；2.保定出入境检验检疫局，河北 保定 071000）

SPME-GC-MS联用技术分析酸水解玉米蛋白粉中的挥发性物质

杨雪娟1，李永歌1,*，许丽娟2，刘会双2

（1.保定味群食品科技股份有限公司，河北 保定 071000；2.保定出入境检验检疫局，河北 保定 071000）

采用固相微萃取-气相色谱-质谱联用技术对酸水解玉米蛋白粉中的挥发性物质进行分析，并优化固相微萃取条件。结果表明，最优固相微萃取条件为：65 μm聚二甲基硅氧烷/二乙基苯萃取头、2.0 g酸水解玉米蛋白粉、5 mL纯水、2.0 g氯化钠置于萃取瓶中，萃取温度60 ℃、萃取时间30 min。采用气相色谱-质谱联用仪对样品中挥发性物质进行鉴定，共分离出50 种化合物，其中醛类、芳香族类、含硫类、有机酸类、吡嗪类、呋喃类、吡咯类对风味贡献较大。

酸水解玉米蛋白粉；固相微萃取；挥发性物质

酸水解植物蛋白粉（hydrolyzed vegetable protein，HVP）是以含食用植物蛋白的脱脂豆粕、花生粕、小麦蛋白或玉米蛋白为原料，经盐酸法水解，碱中和后喷雾制成[1]。HVP是一种在全世界广泛应用的食品风味物质[2]，在医疗、化工、食品等领域都有着广泛的用途，特别是在调味品行业，以往主要用于酱油和酱腌菜生产，近年来，随着食品工业的发展，特别是在方便面、鸡精、鸡粉、休闲食品、香精香料等食品加工业中，HVP及其产品需求量逐日增加，成为人们日常食用的调味佳品[3]。但现在对于HVP的研究主要集中在工艺改进和产品应用方面，对于其中的挥发性物质研究报道很少。

已有的文献报道中对HVP调味液以及其参与的美拉德反应产物中挥发性物质研究多是采用气相色谱-质谱（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）联用技术进行分析，而对HVP中的挥发性物质研究很少，其采用的前处理手段有吹扫捕集、固相微萃取（solid phase micro-extraction，SPME）、液液萃取、直接溶剂萃取、同时蒸馏萃取（simultaneous distillation extraction，SDE）[4-8]等。

SPME由于无需有机试剂，集采样、萃取、浓缩、进样于一体，分析速度快、灵敏度高，已经成为复杂基体中痕量组分分析的主流提取分析方法[9]。因此本实验选择酸水解玉米蛋白粉作为研究对象，采用SPME与GC-MS结合，对HVP中的挥发性物质进行鉴定分析，并优化SPME条件，为进一步研究HVP中挥发性物质的种类及含量提供理论和数据支持。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

HVP 保定味群食品科技股份有限公司；QP-2010型气相色谱-质谱联用仪 日本岛津公司；固相微萃取头65 μm聚二甲基硅氧烷/二乙基苯（polydimethylsiloxane/ divinylbenzene，PDMS/DVB）涂层 美国Supelco公司；DB-5MS色谱柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm） 美国安捷伦公司；DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器 阳光科技仪器公司。

1.2 方法

1.2.1 样品制备

1.2.1.1 SPME针老化

SPME针在使用前需进行老化处理，以消除杂质的影响。老化条件为：将SPME针插入GC-MS进样口，250 ℃条件下老化3 min。若是第一次使用，则需将老化时间延长至30 min。

1.2.1.2 样品制备

称取2.0 g（精确至0.001 g）的粉体样品，加入5 mL纯水和2.0 g（精确至0.001 g）的氯化钠，置于15 mL萃取瓶中，摇匀后插入SPME针，在水浴温度60℃条件下萃取30 min后，将SPME针插入GC-MS进样口，250℃条件下解吸10 min。

1.2.2 优化试验设计

1.2.2.1 单因素试验

选取不同因素分别进行单因素试验，以挥发性物质数量为主要考察指标，确定样品量（1.0、2.0、5.0、10.0 g）、氯化钠添加量（1.0、2.0、3.0、5.0 g）、萃取温度（30、45、60、70 ℃）、萃取时间（10、20、30、40 min）。考察其中单一因素条件时，固定其他因素条件不变。每组试验重复3 次。

1.2.2.2 正交试验

根据单因素试验结果，分别选取样品量（A）、氯化钠添加量（B）、萃取温度（C）、萃取时间（D）4 个因素，每个因素选取3 个水平，采用L9（34）正交试验进行最优条件的筛选，结果以检测出的挥发性物质数量为标准进行分析。

1.2.3 色谱和质谱分析条件

DB-5MS色谱柱；载气He；流速1 mL/min；升温程序：起始温度40℃，保持1 min，然后以5℃/min速率升到200℃，保持15 min，最后以10℃/min升至250℃，保持7 min。汽化室温度250℃；分流进样，分流比20∶1；电子电离源；电子能量70 eV；发射电流200 μA；离子源温度200℃；接口温度250℃；质量扫描范围29～450 u；全扫描模式；扫描速率0.2 s/scan[10]。

1.2.4 风味物质化合物鉴定及相对含量确定

利用NIST 05谱库检索，对相似度不低于70%的化合物进行定性鉴定，按照峰面积归一化法计算化合物相对含量[11]。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 样品量的确定

图1 样品量对萃取结果的影响Fig.1 Effect of sample amount on the extraction efficiency

由图1可知，随着样品量的不断增加，萃取得到的挥发性物质数量逐渐增多，但当样品量超过2.0 g时，萃取效果增长基本平稳，且样品量过大容易引起峰值饱和现象，故最终选取样品量为2.0 g最佳。

2.1.2 氯化钠添加量的确定

图2 氯化钠添加量对萃取效果的影响Fig.2 Effect of salt concentration on the extraction efficiency

由图2可知，氯化钠添加量为2.0 g时，萃取效果最佳，故选取氯化钠添加量为2.0 g。加入氯化钠后，可提高溶液中的离子强度，进而提高萃取灵敏度。

图3 萃取温度对萃取效果的影响Fig.3 Effect of extraction temperature on the extraction efficiency

2.1.3 萃取温度的确定由图3可知，当萃取温度超过60 ℃时，提取的风味物质数量变化平缓，故选取60 ℃作为最优萃取温度。

2.1.4 萃取时间的确定

图4 萃取时间对萃取效果的影响Fig.4 Effect of extraction time on the extraction efficiency

由图4可知，萃取时间超过30 min后，对萃取效果影响不明显，故选取30 min作为最优萃取时间。

2.2 正交试验结果

表1 正交试验设计及结果Table1 Orthogonal array design and results

由表1极差分析可知，对提取出的挥发性物质种类影响较大的是B（氯化钠添加量），加氯化钠的作用是促进风味物质的挥发，从而利于萃取针的吸附；其次是A（样品量）、C（萃取温度），而D（萃取时间）对其影响较小，即影响主次顺序为：B＞A＞C＞D。

顶空SPME的最优条件为：A2B2C1D1或A2B2C1D2，而因素D（萃取时间）对结果的影响较小，且考虑长时间萃取会降低萃取针的使用寿命，故采用A2B2C1D2为最优条件，即：准确称取2.0 g样品（精确至0.001 g），加入5 mL纯水和2.0 g（精确至0.001 g）氯化钠，置于15 mL萃取瓶中，摇匀后插入萃取针进行萃取，保持60℃恒温，萃取30 min后，250℃解吸10 min。

2.3 HVP中风味物质的分离鉴定及分析

采取SPME最优方案对HVP样品中的风味物质进行分离鉴定及分析，其GC-MS总离子流图见图5。其中各个组分经NIST 05谱库检索及资料分析后所得挥发性风味物质名称及相对含量见表2。

图5 HVP的GC-MS总离子流图Fig.5 GC-MS Total ion current chromatogram of HVP

表2 HVP中分离鉴定出的风味化合物Table2 Isolated and identified flavor compounds from HVP

续表2

由表2和图5可知，采用SPME技术提取样品的挥发性物质进行检测，共鉴定出12 类50 种化合物，包括醛类、芳香族类、酸类、酮类、酯类、烯类、醇类、烷类、胺类、呋喃、吡嗪和其他类化合物。

有文献[12]报道醛类化合物阈值很低，在HVP粉中共检测出醛类物质共有6 种，占全部风味物质的比例超过了40%，对产品的风味贡献很大。苯乙醛、苯甲醛等芳香醛可能来自氨基酸的Strecker降解，具有类风信子、杏仁的香气[13]；壬醛可能来自脂肪酸的氧化降解，是鸡汤和鸡肉香精的特征香味化合物[14]。

芳香族化合物和杂环类化合物（吡嗪、吡咯等）一般认为阈值较低，对风味贡献较大。其中杂环类化合物一般认为来自美拉德反应[15]，这与HVP的生产工艺有关，高温促成了这些化合物的形成。含硫化合物则可能来自含硫氨基酸的降解，如：甲硫氨酸、半胱氨酸和胱氨酸，通过氨基酸Strecker降解反应生成硫醇，再进一步氧化形成硫醚等硫化物[16]；二甲基三硫化物被认为是蛋氨酸的降解产物，也是鸡肉关键挥发性物质之一[17]。因此HVP的特征物质对鸡肉的特征香味有增强作用，被广泛应用于鸡肉风味产品尤其是鸡肉香精的生产过程中。

挥发性有机酸既是呈味物质又是呈香物质，阈值较低，对风味有较大影响。其中小分子的有机酸对风味的贡献更大：丁酸具有腐臭的气味[18]；3-甲基丁酸具有刺激性酸败味，高度稀释后则有笃斯越橘样的香味[19]；2-甲基丁酸呈刺鼻辛辣的羊乳干酪气味，低浓度时呈愉快的水果香气；己酸天然存在于杏、干酪、面包中，具有椰肉油气味[20]；己酸、2-甲基丁酸、3-甲基丁酸、戊酸、4-氧代戊酸均是我国规定允许使用的食用香料[21]。

酮类化合物一般阈值较高，对风味贡献较小；本方法检出的4 种酮类均为杂环化合物，是形成特征香气物质的风味前体[22]，对HVP风味的形成具有不可忽视的作用。本实验还检出了醇类、烷烃类、酯类等直链化合物，一般阈值较高，对风味贡献不大[23]。

3 讨论与结论

通过正交试验分析了SPME技术对HVP中挥发性物质提取的最优条件，即：准确称取2.0 g（精确至0.001 g）HVP置于15 mL萃取瓶中，再加入5 mL纯水和2.0 g（精确至0.001 g）氯化钠，摇匀后插入萃取针进行萃取，水浴锅保持60℃恒温，萃取30 min后，250℃解吸10 min。经GC-MS分析，最优条件下酸水解玉米蛋白粉中挥发性物质共有12 类50 种，对风味贡献较大的化合物主要是醛类、吡嗪类、呋喃类、吡咯类、含硫化合物和芳香族化合物，其中特征风味化合物主要有：苯乙醛、苯甲醛、壬醛、3-甲基硫代丙醛、2-乙酰基-5-甲基呋喃、2-乙基-6-甲基吡嗪、5,10-二乙氧基-2,3,7,8-四氢-1H,6H-二吡咯[1,2-a;1’,2’-d]吡嗪、2,5-二氢-2,2-二甲基-5-（1-乙烯基）-3-（1-甲基乙基）-呋喃、N-（4-甲基-3-戊烯基）四氢吡咯、二甲基三硫化物、2,6-二甲氧基苯酚、2,4-二-叔-丁基-6-硝基苯酚、苯酚、丁酸、3-甲基丁酸、2-甲基丁酸、乙酰丙酸、己酸等化合物。

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Analysis of Volatile Compounds in Hydrolyzed Corn Protein Powder by Solid Phase Micro-Extraction and Gas Chromatography-Mass Spectrometry

YANG Xuejuan1, LI Yongge1,*, XU Lijuan2, LIU Huishuang2
(1. Baoding Way Chein Food Industrial Co. Ltd., Baoding 071000, China; 2. Baoding Entry -Exit Inspection and Quarantine Bureau, Baoding 071000, China)

The volatile substances in hydrolyzed corn protein powder were analyzed by using solid phase micro-extraction and gas chromatography-mass spectrometry (SPME-GC-MS), and the SPME conditions were optimized. The extraction and separation were achieved by using a 65 μm PDMS/DVB solid-phase micro-extraction fiber, putting 2.0 g of acid hydrolyzed corn protein powder, 5 mL of pure water and 2.0 g of NaCl in an extraction bottle, setting extraction temperature at 60 ℃, and extracting for 30 min. By using GC-MS to identify the volatile flavor substances in the sample, a total of 50 compounds were isolated and identified to be aldehydes, aromatic compounds, sulfur compounds, organic acids, pyrazine, furan and pyrrole, which largely contributedto the flavor.

hydrolyzed corn protein powder; solid phase micro-extraction; volatile compound

TS264.2

A

1002-6630（2015）04-0176-05

10.7506/spkx1002-6630-201504034

2014-06-16

杨雪娟（1987—），女，硕士，研究方向为食品调味料新产品开发。E-mail：yangxuejuanbiao@163.com

*通信作者：李永歌（1973—），女，硕士，研究方向为食品调味料新产品开发。E-mail：liyongge4128659@163.com