顶空固相微萃取结合气相色谱质谱联用技术测定河北地区白酒酒基的香气成分

刘莹，高爽，王润华，何俊萍

（河北农业大学食品科技学院，河北保定071000）

顶空固相微萃取结合气相色谱质谱联用技术测定河北地区白酒酒基的香气成分

刘莹，高爽，王润华，何俊萍

（河北农业大学食品科技学院，河北保定071000）

以河北地区原酒为研究对象，采用顶空固相微萃取（HS-SPME）结合气相质谱（GC-MS）联用技术，进行了挥发性成分的分离鉴定。以酯类物质峰面积比为指标，以添加无机盐的量、装液量和萃取温度为因素，应用单因素实验及响应面设计实验，优化萃取吸附工艺。结果表明，最佳萃取工艺为：添加无机盐的量0.42 g，装液量7 mL，萃取温度30℃。在此条件下，原酒中共检测出27种挥发性香气成分，其中醇类3种，酯类20种，醛类4种。此次实验不仅为河北地区白酒原酒的进一步分析奠定了基础，也为SPME-GC-MS技术的应用提供了更为广阔的前景。

河北地区白酒原酒；气相色谱质谱联用（GC-MS）；顶空固相微萃取（HS-SPME）；响应面设计实验（RSM）；挥发性成分；鉴定

1　材料与方法

1.1材料和试剂

材料：本实验采用的酒样为河北地区的原酒，未经过任何的勾兑处理。共2个酒样，编号分别为方1、源1。

内标物：3-辛醇（99%），美国Sigma-Aldrich公司；无机盐，采用NaCl（分析纯）。

1.2仪器与设备

Agilent 7890A-5975C GC/MS气相色谱质谱联用仪（美国Agilent公司）；色谱柱，HP-INNOWax（60m×250μm× 0.25 μm）（美国Angilent公司）；50/30 μm（DVB/CAR/PDMS）碳分子筛/聚二乙烯苯/聚二甲基硅氧烷微萃取头（美国Supelco公司）；SPME手动进样手柄及萃取头；Hw·SY11型电热恒温水浴锅（北京市长风仪器仪表公司）；15 mL顶空瓶（上海安谱科学仪器有限公司）。

1.3实验方法

1.3.1SPME-GC-MS操作条件

量取7.5 mL酒样置于15 mL的顶空瓶内，加入0.4g NaCl，再加入内标物（3-辛醇），旋紧瓶盖后放置于加热至35℃的电子恒温水浴锅中，后将活化（250℃，1 h）好的萃取头插入顶空瓶，并置于顶空瓶上空萃取，萃取头距离酒样品液面1～2 cm。平衡10 min后开始计时，在35℃下顶空吸附40 min，后将萃取好的萃取头手动进样于GC-MS进样口，进行挥发性成分的分离鉴定。

气相色谱升温程序：40℃保持2 min，后以1℃/min升至100℃，再以4.5℃/min升温至240℃，保持4 min。进样口温度240℃，检测器温度250℃；载气为He，流速1 mL/min，进样量1 mL，不分流进样。

质谱条件：电子电离（electron ionization，EI）源，电子能量为70 eV，离子源温度230℃，四级杆温度150℃。溶剂延迟1 min，质谱质量扫描范围45～650 m/z。

1.3.2顶空萃取单因素实验

1.3.2.1添加NaCl的量

量取7.5 mL原酒酒样5份于顶空瓶内，分别向其中添加0.2 g、0.3 g、0.4 g、0.5 g和0.6 g的NaCl，在恒温水浴锅内35℃下顶空萃取40 min，测定不同质量的NaCl与酯类物质峰面积比的关系。

1.3.2.2装液量

量取6.5 mL、7 mL、7.5 mL、8 mL和8.5 mL原酒酒样分别于顶空瓶内，分别向其中添加0.4 g的NaCl，在恒温水浴锅内35℃下顶空萃取40 min，测定不同装液量与酯类物质峰面积比的关系。

1.3.2.3萃取温度

量取7.5 mL处理后的树莓样品5份于顶空瓶内，分别向其中添加0.4 g的NaCl，在恒温水浴锅内25℃、30℃、35℃、40℃及45℃下顶空萃取40 min，测定不同萃取温度与酯类物质峰面积比的关系。

1.3.3响应面优化萃取工艺

采用Design-Expert8.0.5.0软件处理数据。根据单因素实验结果，选取NaCl的添加量、装液量、萃取温度3个因素作为实验因素，以酯类物质峰面积比为响应值，设计实验。实验因素及水平见表1。

表1　原酒挥发性成分萃取响应面实验因素和水平

2　结果与分析

2.1单因素萃取条件分析

2.1.1NaCl添加量与酯类物质峰面积比的关系（图1）

由图1可知，在装液量和萃取温度恒定条件下，酯类物质峰面积比随着NaCl添加量的增加而增大，但当Na-Cl的添加量超过0.5 g时，不再增加反而降低。这可能是由于样酒中的无机盐量达到饱和状态，再加入无机盐不会再降低挥发性物质在样品液相中的溶解度，香气物质不再容易挥发，故酯类物质峰面积比不增反减。本实验NaCl添加量选为0.5 g，进行下一步分析。

图1　NaCl添加量与酯类物质峰面积比的关系

2.1.2装液量与酯类物质峰面积比的关系（图2）

图2　装液量与酯类物质峰面积比的关系

由图2可知，在无机盐的添加量以及萃取温度恒定的情况下，随着装液量的不断增加酯类物质峰面积比呈现先增加后减小的趋势。由于装液量可能直接影响色谱峰的分离效果，装液量过多使色谱峰的分离度有所降低，故检测出的效果不佳。本实验选取装液量7.5 mL，进行下一步分析。

2.1.3萃取温度与酯类物质峰面积比的关系（图3）

图3　萃取温度与酯类物质峰面积比的关系

由图3可知，在添加无机盐以及装液量恒定的情况下，随着萃取温度的升高，酯类物质峰面积比呈现先增加后微减少的趋势。这是因为萃取温度升高，可使待测组分扩散速度增大，使挥发性成分在顶空瓶内的无规则运动增加，进而有利于萃取；但温度过高后，吸附达到饱和之后，再度升温会增加萃取头固定相的解吸，进而降低萃取头萃取待测物的能力，影响其灵敏度。本实验选择萃取温度35℃。

2.2响应面法优化分析

2.2.1模型的建立及显著性检验

对响应面共设计了17个实验点，12个析因实验，5个中心点实验，设计及结果见表2。

表2　原酒挥发性成分萃取响应面实验设计及结果

采用响应面分析法分析实验结果，得到以酯类物质峰面积比为响应值的回归方程：R1=0.28-0.016*A-0.018*B-0.053*C-7.700E-003*A*B+0.023*A*C+0.051*B*C-0.067*A2+9.032E-003*B2+0.035*C2。式中：A为NaCl添加量，g；B为装液量，mL；C为萃取温度，℃。分析结果见表3。

表3　响应面法分析对酯类物质峰面积比的ANOVA分析

2.2.2响应面交互作用分析与优化

通过Design Expert软件对各因素之间的交互作用进行响应面分析，绘制响应面曲线。

图4、图5、图6分别是NaCl添加量、装液量、萃取温度3个因素交互作用的响应面及等高线图。从其等高线图可以直观反映每2个变量间的交互作用显著程度，从各因素之间的等高线图和响应面图可知，其曲线走势的坡度越陡，说明该因素对酯类物质峰面积比的影响越显著；坡度越平滑，影响则越小。由图4、图5、图6响应面立体图和等高线图可知：NaCl添加量和装液量、NaCl添加量和萃取温度、装液量和萃取温度的交互作用对酯类物质峰面积比均有一定的影响。

图4　NaCl添加量和装液量对酯类物质峰面积比交互影响的三维曲面图和等高线图

图5　NaCl添加量和萃取温度对酯类物质峰面积比交互影响的三维曲面图和等高线图

图6　装液量和萃取温度对总物质出峰个数交互影响的三维曲面图和等高线图

为了确定最佳点的值，对实验模型进行分析，以得到最佳萃取条件，经分析得出最佳工艺条件为：NaCl添加量0.42 g，装液量7 mL，萃取温度30℃，模型预测的最佳工艺条件下酯类物质峰面积比0.40192个。为检验实验的可靠性，采用上述最优工艺条件进行实验，同时考虑到实际操作的便利，最佳条件选为NaCl添加量0.42 g，装液量7 mL，萃取温度30℃，实际测得酯类物质峰面积比达到0.398，与预测值比较可知，本实验优化得到的最佳条件参数准确可靠，具有实用价值。

图7　2种原酒挥发性香气成分的总离子流图

表4　2种原酒挥发性成分比较

2.3原酒中的挥发性成分分析及研究

采用顶空固相微萃取与气相色谱-质谱联用技术，分析2种不同原酒中的挥发性成分得到总离子流图，如图7所示。已鉴定的各挥发性成分及其保留时间、相对含量见表4。在2种不同品种的河北地区白酒原酒中都鉴定出24种挥发性成分，从二者中共鉴定出醇类3种；酯类20种；醛类4种。

就2种不同的原酒检测出的挥发性成分种类而言，方1和源1无本质差异。但是根据酯类物质峰面积比来看，源1较方1的挥发性成分优。可能是由于原料、酿造过程中的条件、陈酿或微生物作用等所致，在酯类挥发性成分中尤其以己酸乙酯、辛酸乙酯、癸酸乙酯等的挥发性成分对原酒的香气贡献较大。酯类物质是酒呈香的基础同时亦是酒的灵魂所在，酯类物质的数量与质量可以明显决定酒的味道。在本研究实验中，酯类物质在白酒原酒中含量最高且是主要呈现白酒“香”与“味”的挥发性成分。

醇类物质以乙醇居多［2］，但使酒呈现出来香和甜的主要物质是异丁醇和异戊醇［3］等，适量的醇类物质对形成酒独有的香味以及醇厚感是必不可少的，醇类物质亦可促使酯类物质的产生及成熟［4］。

白酒中的挥发性物质以酯类、高级醇类居多，而实际上羰基化合物——醛类，在其中也是必不可少的，其也是构成酒香气成分的重要组成部分。醛类与酯类、醇类相互协调，使酒体本身变得柔、细腻、回味悠长。原酒中的醛类可能来源于原料、酿造过程中醇类氧化、存放时微生物作用等途径产生。

3　结论

通过研究确定了顶空固相微萃取的最佳条件：NaCl添加量0.42 g，装液量7 mL，萃取温度30℃。2种不同的原酒经GC-MS分析后，其挥发性成分均以酯类、醇类以及醛类为主，2种原酒都鉴定出24种挥发性成分，其中包含醇类物质3种，醛类物质4种，酯类物质20种。综上，SPME-GC-MS可以作为一种简单、快速检测白酒原酒的有效且高效的方法，此方法的深入仍需进一步研究。参考文献：

［1］Zeng D，Chen B，Yao S Z.Detecting the volatile organic compounds of dry bupleurum with head space solid phase microextraction coupled to-gas chromatography and mass spectrometry［J］.Chinese JAnal Chem，2005，33（4）：491-49.

［2］许喜林，朱玲，边金勇.荔枝果酒香气成分的研究［J］.酿酒科技，2009（5）：42-44.

［3］熊道陵，李金辉，钟洪鸣.杂醇油提取分离技术应用［J］.酿酒科技，2008（4）：65-68.

［4］丁云连.汾酒特征香气物质的研究［D］.无锡：江南大学，2008.

Detection of Flavoring Compounds in Base Liquor Produced in Hebei by HS-SPME Coupled with GC-MS

LIU Ying，GAO Shuang，WANG Runhua and HE Junping
（College of Food Science and Technology，HebeiAgricultural University，Baoding，Hebei 071000，China）

The volatile compounds of base liquor produced in Hebei were extracted and identified by HS-SPME coupled with GC-MS.Peak area ratio of ester compounds was used as the indicator，and single factor test（the adding level of inorganic salt，liquid filling volume，and extraction temperature used as the factors）was carried out and response surface design experiment was performed to optimize the extraction&absorption technology.The optimum extraction conditions were summed up as follows:the adding level of inorganic salt was 0.42 g，liquid volume was 7 mL，extraction temperature was at 30℃.Under above conditions，27 kinds of volatile flavoring compounds were detected in the base liquor including 3 alcohols，20 esters，and 4 aldehydes.This study laid foundations for further research on base liquor produced in Hebei and provided broad application prospects of SPME-GC-MS.

base liquor produced in Hebei；GC-MS；HS-SPME；RSM；volatile compounds；identification

TS262.3；TS261.7；TS261.4

A

1001-9286（2016）10-0099-04

10.13746/j.njkj.2016124

2016-04-12

刘莹（1993-），在读硕士研究生，专业：食品科学与工程。

何俊萍（1964-），研究方向：果品与蔬菜加工。

优先数字出版时间：2016-06-03；地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/52.1051.TS.20160603.1558.003.html。