固相微萃取-气相色谱-质谱联用技术分析四特酒香气成分

蒋玉洁，申明月，谢明勇，刘　倩，梅　江，王玉婷（南昌大学食品科学与技术国家重点实验室，江西南昌330047）

固相微萃取-气相色谱-质谱联用技术分析四特酒香气成分

蒋玉洁，申明月，谢明勇*，刘倩，梅江，王玉婷
（南昌大学食品科学与技术国家重点实验室，江西南昌330047）

利用顶空固相微萃取与气质联用相结合的方法分析四特酒中香气物质组成，研究盐离子浓度、萃取温度、萃取时间和解析时间对四特酒香气物质萃取的影响，并阶段性优化分析条件。结果表明：当氯化钠浓度为0.2 g/mL、萃取温度为50℃、萃取时间为30 min、解析时间为7 min时，萃取头吸附酒中香气成分的能力最好。在此实验条件下，利用顶空固相微萃取能够从四特酒中萃取到29种香气物质，其中酒中的香气物质主要是酯类和醇类，分别占总挥发性成分的60.012%和38.166%。乳酸乙酯作为四特酒特征性香气物质，对形成其特香型风味具有重要作用。本文测定了四特酒中各香气成分的组成及贡献模型，为全面了解特香型白酒提供一定参考。

四特酒，香气，固相微萃取，气相色谱-质谱联用技术，优化

四特酒，作为中国传统历史名酒和江西地方最为著名的白酒，被誉为“江南第一名酒”。1988年，著名白酒专家周恒刚及其领导的专家小组在“四特酒风格研讨会”上最终对四特酒香型做出了定论：四特酒属于“特香型”，其特异的风格源于各种微量香气成分的组合。因此深入研究四特酒的香气成分组成，对了解“特香型白酒”区别于其他类型白酒起到相当重要的作用。

顶空固相微萃取是基于待测组分在萃取头涂层和顶空气体间达到分配平衡的原理，将萃取头置于含有待测物的样品的上部空间进行萃取的方法［1-3］。与传统的风味物质抽提技术相比，SPME装置易于操作、方法选择性高、快速灵敏，样品用量少、重现性好，无需有机溶剂，可直接与气相色谱质谱、高效液相色谱联用，在食品中香气成分分析中得到非常广泛的应用［4-6］。

Valentina等［7］利用HS-SPME-GC-MS分析了葡萄酒中的挥发性物质，定量检测到了27种挥发性组分。Gianni Sagratini等［8］利用HS-SPME-GC-MS分析了意大利某红酒的香气成分，共检测到了28种香气物质，且方法的灵敏性和重现性比较好，故HS-SPME方法适合检测酒中香气物质。香味成分是白酒感官特征的物质基础，为了揭示四特酒特香型的奥秘，本实验拟利用HS-SPME对它的挥发性成分进行提取，并对HS-SPME的四个关键因素进行优化，应用GC-MS分析其挥发性组分，以期全面找到特香型白酒特征香气物质和影响形成其特殊风格的内因，为四特酒的品质调控提供一定的参考。

1　材料与方法

1.1材料与仪器

四特酒特香型三星级，2014年3月产，江西四特酒有限公司；NaCl（≥99.5%） 上海国药集团；C6～C8、C10～C20正构烷烃的混合标样美国AccuStandard公司。

Agilent 7890A/5975C气相色谱-质谱联用仪、HP-5石英毛细管柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm） 美国Agilent公司；磁力搅拌加热器KIA公司；萃取手柄、50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取头美国Supelco公司。

1.2实验方法

1.2.1萃取头的选择与老化不同的SPME萃取头对挥发性成分提取有较大的差别，PA纤维头对于长链、高沸点的物质有较好的效果，CAR/PDMS纤维头适合提取短链、低沸点的挥发性物质，而DVB/CAR/ PDMS纤维头能够较多地提取各种链长的挥发性成分［9-12］。酒类中香气物质种类丰富，故选择DVB/CAR/ PDMS作为本实验所用萃取头。DVB/CAR/PDMS萃取头首次使用之前，应置于气相色谱的进样口于270℃下老化1 h至无杂峰流出，之后每次使用只需在进样口解析10 min左右。

1.2.2顶空固相微萃取条件20 mL的顶空瓶中加入固定样品量10 mL的白酒、NaCl固体和转子后，用螺纹盖旋紧顶空瓶，置于磁力搅拌加热器上，在转速为250 r/min条件下搅拌加热。在固定平衡温度为60℃、平衡时间30 min［13］基础上，对固相微萃取的四个影响条件包括NaCl质量浓度、萃取温度和时间、解析时间进行了单因素优化实验，其中各组实验固定条件和变化条件如下所示：

NaCl质量浓度优化实验：萃取温度60℃、萃取时间30 min，解析时间5 min，NaCl质量浓度依次为0、0.1、0.2、0.25、0.3 g/mL。

萃取温度优化实验：NaCl质量浓度0.2 g/mL、萃取时间30 min、解析时间5 min，萃取温度依次为40、50、60、70、80℃。

萃取时间优化实验：NaCl质量浓度0.2 g/mL、萃取温度60℃、解析时间5 min，萃取时间依次为10、20、30、40、50 min。

解析时间优化实验：NaCl质量浓度0.2 g/mL、萃取温度60℃、萃取时间30 min，解析时间依次为5、7、9、11、13 min。

1.2.3气相色谱及质谱条件色谱条件：进样口温度250℃；柱温箱升温程序：40℃保持1 min，2℃/min升至70℃，然后以4℃/min升温至160℃，再以10℃/min升温至250℃，保持5 min；载气：99.999%高纯度氦气，载气流速：1 mL/min，不分流进样。质谱条件：EI离子源，离子源温度为230℃，电离电压为70 eV，接口温度为280℃，四极杆温度150℃，溶剂延迟1 min，电离方式：EI，质量扫描范围为m/z 40～550。

1.2.4四特酒香气成分的保留指数测定用正构烷烃（C6～C10、C8～C20）作为参考计算香气化合物的保留指数，计算公式如下［14］：

式中：RI（X）是未知化合物X的保留指数；RT（X）是未知化合物X的保留时间；RT（Z）是洗脱在未知化合物X之前的正构烷烃的保留时间；RT（Z+1）是洗脱在未知化合物X之后的正构烷烃的保留时间；Z和Z+1分别为目标化合物（X）流出前后的正构烷烃所含碳原子的数目。1.2.5数据处理方法根据NIST 2008质谱图库检索结果，结合保留指数文献值对四特酒香气成分进行了鉴定，同时运用峰面积归一化法测得各香气组分的相对百分含量。

2　结果与分析

用气相色谱-质谱来分析特香型酒中的香气成分，并利用挥发性香气物质峰总面积和种类两项参数来确定HS-SPME萃取的最佳操作参数。

2.1NaCl质量浓度的选择

表1　不同氯化钠浓度HS-SPME萃取的白酒香气物质比较Table 1　Effect of different concentration of sodium chloride on extration of aromatic constituents

由表1可知，NaCl质量浓度在0～0.2 g/mL变化时，萃取头吸附到香气物质的峰总面积和种类都是增加的，这是因为少量NaCl的加入会降低香气物质在顶空瓶中液相的溶解度，提高分配系数，使香气物质更容易挥发，从而更易被萃取头吸附，提高分析的灵敏度［15］。但当NaCl质量浓度大于0.2 g/mL时，萃取头吸附到香气物质的峰总面积和种类逐渐降低，这是因为其过量加入会影响基质黏度，产生盐负效应，使萃取能力降低。故当NaCl的浓度为0.2 g/mL时，HSSPME萃取白酒中香气物质效果最好。

2.2萃取温度的选择

表2　不同萃取温度HS-SPME萃取的白酒香气物质比较Table 2　Effect of different extration temperatures on extration of aromatic constituents

由表2可知，萃取温度在40～50℃变化时，随着温度的升高萃取到待测物峰总面积和种类都是增加的，而当萃取温度在50～70℃变化时，萃取到的待测物峰总面积和种类均减少。这是因为初始阶段随着温度升高，香气成分的扩散速度增大，蒸汽压也随之增大，有利于萃取头吸附。但温度过高，因为吸附反应是个放热反应，又会降低香气成分在萃取头涂层和顶空气体之间的吸附系数，反而会使萃取头吸附能力减弱。当萃取温度达到80℃时，虽然萃取到待测物的峰面积较70℃时有所升高，但比50℃下萃取到的待测物峰总面积和种类数低，故选择50℃作为HS-SPME萃取白酒最优温度。

2.3萃取时间的选择

表3　不同萃取时间HS-SPME萃取的白酒香气物质比较Table 3　Effect of different extration time on extration of aromatic constituents

由表3可知，在萃取时间10～30 min变化时，萃取头吸附的香气物质的能力是增强的，但随着时间继续延长，萃取头吸附能力并不是与时间成正比，反而会有所下降。这是由于在刚开始萃取时，香气成分极易吸附在萃取头，然而随着萃取时间延长，吸附逐渐达到平衡，萃取头吸附能力减弱。因此，将30 min作为HS-SPME最佳萃取时间。

2.4解析时间的选择

表4　不同解析时间HS-SPME萃取的白酒香气物质比较Table 4　Effect of different desorption time on extration of aromatic constituents

萃取完毕后将萃取头置于GC进样口热解析，解析时间的长短对于香气物质能否从萃取头上解析下来是有影响的，除此外也会影响香气物质的峰宽。由表4可知，解析时间为7 min时萃取头萃取白酒的香气成分的种类数和峰面积都是最高的，这是因为高度挥发性的物质基本不受解析时间长短的影响，在萃取头插入进样口的瞬间就能被解析下来，而对于一些中等或低挥发性物质，解析时间过短，香气物质来不及从萃取头中脱附下来，所以需要适当延长解析时间。故本实验选取7 min作为HS-SPME最佳解析时间。

2.5HS-SPME与GC-MS相结合分析白酒香气物质的组成

利用已优化的HS-SPME萃取条件测四特酒中香气成分，图1为其香气成分总离子流图，再利用保留指数结合NIST 2008质谱定性分析香气成分的组成，峰面积归一法计算已定性出的香气物质的相对含量，结果如表5所示。

四特酒经HS-SPME结合GC-MS分析，共检测出29种化合物，分别为酯类18种、醇3种、烃类3种、醛1种、酮类物质1种、缩醛类物质3种。其中酒中的香气物质主要是酯类，共占总挥发性成分的60.012%，醇类占38.166%，缩醛类占0.444%，烃类占0.927%，醛、酮的量比较少，二者仅占0.17%。

图1　四特酒香气成分的总离子流图Fig.1　Total ion chromatogram of aroma components in Si-Te liquor

白酒的主体为乙醇，它显示固有的醇香，其他醇多以呈味为主。另外醇类物质还可将酒中的酯类物质烘托出来，让人感受到酯香。酯类是形成酒体香气的重要组分，胡国栋等［21］对四特酒香味进行研究，发现四特酒富含奇数碳脂肪酸乙酯，且其量为各类白酒之冠。从表5可知，四特酒含有多种奇数碳脂肪酸乙酯，这些酯类主要包括丙酸乙酯、戊酸乙酯、庚酸乙酯等，这与之前研究结果类似。另外，其奇数脂肪酸乙酯的含量总是低于其相邻偶数碳脂肪酸乙酯，如检测到丙酸乙酯含量仅为0.127%，远低于乙酸乙酯含量3.127%，以及丁酸乙酯的2.484%。陈全庚等对四特酒提香规律进行研究，发现其在香味成分方面具有一个特殊量比，即乳酸乙酯＞乙酸乙酯＞己酸乙酯［22］，而本实验检测结果中乳酸乙酯＜乙酸乙酯＜己酸乙酯。乳酸乙酯、乙酸乙酯、丁酸乙酯以及己酸乙酯是我国白酒的主体香气组分［23］，实验所用四特特香型白酒中测得这四种物质的含量共占总挥发性成分的58.855%，其中乳酸乙酯作为特香型白酒的特征性香气物质［24］，对克服酒水味，增加其浓厚感有着重要作用，而己酸乙酯和乙酸乙酯分别作为浓香型和清香型白酒的特征性香气物质，在四特酒中含量分别高达52.93%和3.127%，所以这也使得四特酒香味更加浓郁醇厚，回味悠长同时伴有纯正的清香。再者，检测到少量的缩醛类物质可以增加白酒的清香，并有助于白酒的放香和陈香，使酒尝起来清新爽口。而酮类、呋喃醛等来自美拉德反应的产物会使酒体带有一种焦香，这些呈香物质异于其他类型白酒中的含量及其自身微妙组合形成了四特酒特香类型：带有芬芳舒适的酒香，以清香带浓香为主体香，细闻有焦糊香，是富含奇数碳脂肪酸乙酯的复合香。

表5　四特酒香气成分结合保留指数和质谱定性分析结果Table 5　Qualitative analysis of the aroma constituents combined with retention index and mass spectrometry

3　结论

利用HS-SPME方法萃取酒中的香气成分会受到平衡时间和温度，样品中离子强度、萃取温度和时间，以及解析时间等的影响［25］。本实验固定HS-SPME平衡温度和时间，采取单因素分析，阶段性获得了萃取的优化条件：萃取温度50℃、萃取时间30 min、解析时间7 min、NaCl浓度0.2 g/mL。在此条件下，采用PDMS/CAR/DVB萃取头，结合气质联用技术测定四特酒香气物质，再经NIST 2008谱库检索和保留指数定性确定香气成分组成，得到了六大类共29种不同的香气组分，分别为酯类18种、醇类3种、烃类3种、醛1种、酮类物质1种，缩醛类物质3种。其中酒中的香气物质主要是酯类，而己酸乙酯、乙酸乙酯、丁酸乙酯、乳酸乙酯作为酒中的主体香气成分，它们四者共占总挥发性成分的58.855%，其它香气物质包括醇类占38.166%，缩醛类占0.444%，烃类占0.927%，醛、酮的量比较少，二者仅占0.17%。

对于静态顶空分析方法而言，挥发性物的浓度一般在10-11～104g/L，而只有浓度达到10-5g/L以上才能被MS检测到［26］，故本法只能检测出酒中含量丰富的香气成分，一些更为微量的组分难以检出。由于气相色谱-嗅觉测量法（GC-O）具有较高的分析灵敏性，未来还将结合它来共同分析四特酒的香气组分，以期获得更全面的香气组分以及影响其特香型的关键风味物质。

［1］李铁纯，回瑞华，侯冬岩.固相萃取GC/MS法分析白酒中的香气成分［J］.质谱学报，2007，28（2）：96-100.

［2］康凯，卢俊彪，范国梁，等.固相微萃取的发展近况［J］.化学研究与应用，2002，14（4）：371-376.

［3］张明霞，赵旭娜，杨天佑，等.顶空固相微萃取分析白酒香气物质的条件优化［J］.食品科学，2011，32（12）：49-53.

［4］刘春红.固相微萃取技术及其在国内食品领域中的应用［J］.生命科学仪器，2007，5（9）：3-8.

［5］司波，陈野.固相微萃取技术及其在食品分析上的作用［J］.中国酿造，2012，31（11）：4-7.

［6］余泽红，贺小贤，丁勇，等.固相微萃取在食品挥发性组分测定方面研究进展［J］.粮食与油脂，2010（7）：44-46.

［7］Canuti V，Conversano M，Calzi M L，et al.Headspace solidphase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry for profiling free volatile compounds in Cabernet Sauvignon grapes and wines［J］.Journal of Chromatography A，2009，1216 （15）：3012-3022.

［8］Sagratini G，Maggi F，Caprioli G，et al.Comparative study of aroma profile and phenolic content of Montepulciano monovarietal red wines from the Marches and Abruzzo regions of Italy using HS-SPME-GC-MS and HPLC-MS［J］.Food Chemistry，2012，132（3）：1592-1599.

［9］Wakte K V，Thengane R J，Jawali N，et al.Optimization of HS-SPME conditions for quantification of 2-acetyl-1-pyrroline and study of other volatiles in Pandanus amaryllifolius Roxb［J］. Food chemistry，2010，121（2）：595-600.

［10］刘敬科，赵思明，熊善柏，等.不同萃取头固相微萃取提取鲢鱼肉中挥发性成分的分析［J］.华中农业大学学报，2008，27 （6）：797-801.

［11］郭惜雅，张丽玲，黄鹭强.固相微萃取—气质联用分析杨桃酒的主要香气成分［J］.农产品加工（学刊），2011（5）：92-94，99.

［12］Câmara J S，Marques J C，Perestrelo R M，et al.Comparative study of the whisky aroma profile based on headspace solid phase microextraction using different fibre coatings［J］.Journal of Chromatography A，2007，1150（1）：198-207.

［13］Barros E P，Moreira N，Pereira G E，et al.Development and validation of automatic HS-SPME with a gas chromatographyion trap/mass spectrometry method for analysis of volatiles in wines［J］.Talanta，2012，101：177-186.

［14］Bianchi F，Careri M，Mangia A，et al.Retention indices in the analysis of food aroma volatile compounds in temperatureprogrammed gas chromatography：Database creation and evaluation of precision and robustness［J］.Journal of separation science， 2007，30（4）：563-572.

［15］王锡昌，陈俊卿.固相微萃取技术及其应用［J］.上海水产大学学报，2004，13（4）：348-352.

［16］Forero M D，Quijano C E，Pino J A.Volatile compounds of chile pepper（Capsicum annuum L.var.glabriusculum）at two ripening stages［J］.Flavour and Fragrance Journal，2009，24（1）：25-30.

［17］Weldegergis B T，de Villiers A，McNeish C，et al. Characterisation of volatile components of Pinotage wines using comprehensive two-dimensional gas chromatography coupled to time-of-flight mass spectrometry（GC×GC-TOFMS）［J］.Food Chemistry，2011，129（1）：188-199.

［18］Pino J A.Characterization of rum using solid-phase microextraction with gas chromatography-mass spectrometry［J］. Food chemistry，2007，104（1）：421-428.

［19］Fernandez X，Lizzani C L，Loiseau A M，et al.Volatile constituents of benzoin gums：Siam and Sumatra.Part 1［J］. Flavour and Fragrance Journal，2003，18（4）：328-333.

［20］Bermejo J，Canga J S，Gayol O M.Analysis of Complex Mixtures of Aromatic Hydrocarbons.Relations between Retention IndexandMolecularStructure［J］.InternationalJournalof Environmental Analytical Chemistry，1982，11（3-4）：271-281.

［21］胡国栋，蔡心尧，陆久瑞，等.四特酒特征香味组分的研究［J］.酿酒科技，1994（1）：9-17.

［22］陈全庚，陈光汉，袁菊如，等.四特酒蒸馏工艺查定及提香规律初探［J］.江西科学，1994，12（1）：54-56.

［23］徐成勇，郭波，周莲，等.白酒香味成分研究进展［J］.酿酒科技，2002（3）：38-40.

［24］陈全庚，袁菊如，陈光汉.四特酒香味成分特征初探［J］.江西科学，1990，8（2）：29-34.

［25］Howard K L，Mike J H，Riesen R.Validation of a solidphase microextraction method for headspace analysis of wine aromacomponents［J］.AmericanJournalofEnologyand Viticulture，2005，56（1）：37-45.

［26］张青，王锡昌，刘源.GC-O法在食品风味分析中的应用［J］.食品科学，2009，30（3）：284-287.

Solid phase microextraction and gas chromatography-mass spectrometry technology to analyze aromatic constituents in Si-Te liquor

JIANG Yu-jie，SHEN Ming-yue，XIE Ming-yong*，LIU Qian，MEI Jiang，WANG Yu-ting （State Key Laboratory of Food Science and Technology，Nanchang University，Nanchang 330047，China）

Headspace solid-phase microextraction（HS-SPME）coupled to gas chromatography-mass spectrometry（GC-MS）was used for the analysis of volatile compounds in Si-Te liquor samples.HS-SPME conditions including the salt addition，extraction temperature and time，desorption time were optimized.The optimal condition occurs at 10 mL of liquor with 2 g NaCl at an extraction temperature of 50℃for 30 min，then desorb 7 min at the GC inlet.As a result，29 aroma compounds were detected，the content of esters and alcohols were relatively higher，and respectively were 60.012%and 38.166%.Ethyl lactate played an important role on the formation of its special flavor as the characteristic aroma of Si-Te wine.This study established the composition and contribution of each aroma components from Si-Te wine，which could provide the reference for comprehensively understanding the special flavor liquor.

Si-Te liquor；aroma；solid-phase microextraction；gas chromatography-mass spectrometer（GC-MS）；optimization

TS207.3

A

1002-0306（2016）04-0092-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.04.009

2015－08－14

蒋玉洁（1992-），女，硕士研究生，研究方向：食品化学与分析，E-mail：18770086656@163.com。

谢明勇（1957-），男，博士，教授，研究方向：食品化学与分析，E-mail：myxie@ncu.edu.com。

“十二五”国家支撑计划课题（2014BAD04B03）；国家重点基础研究发展计划（973计划）（2012CB720805）；教育部新世纪优秀人才支持计划（NCET-12-0749）。