GC-MS法检测川菜中挥发性成分的研究

陈诚

（天津职业大学海河园校区旅游管理学院，天津300410）

食物中挥发性物质种类繁多，其中有一部分成分是香气物质，正是这些香气物质赋予了食物特殊的风味，増进摄食者的食欲。川菜是我国“八大菜系”之一，调味多变，口味清鲜醇浓并重，特别以善用麻辣调味著称。由此便生出千香百味来，其中最具有代表性的川菜味型有麻辣味型、酸辣味型、鱼香味型、怪味味型等，都互有差异，各具特色[1-2]。

对于食物中挥发性成分的测定，最常用的是气相色谱法，其适合于挥发性有机物的测定和研究[3-7]。本试验在使用气相色谱仪的基础上串联质谱，并运用归一法对照质谱库对挥发性成分逐一进行定性和定量分析。气相色谱-质谱联用技术（gas chromatographymass spectrometry，GC-MS）既发挥了色谱法的高分辨能力又发挥了质谱法的高鉴别能力，并通过顶空固相微 萃 取 （headspace solid phase microextraction，HSSPME）的优化，全面详尽地分析经典川菜挥发性成分的变化规律[8-10]，为研究川菜菜肴提供基础数据。

1 材料与方法

1.1 主要仪器

7890N-5973N GC-MS气相色谱-质谱联用仪、GC-MS数据分析系统（含NIST 05质谱库、WILEY 275质谱库）：美国Agilent公司；SPME萃取头：美国Supelco公司。

1.2 样品来源

样品按照相关川菜烹饪工艺规范制作[11-14]，由四川旅游学院烹饪大师现场制作麻婆豆腐、酸辣鱼片、鱼香肉丝、怪味鸡丁等4道经典川味菜肴。

1.3 方法

1.3.1 气相色谱条件

在挥发性成分分离选择的色谱柱方面，选择HP-5MS石英毛细管柱（30 m×0.25 mm×0.50 μm）。升温程序：初始温度50℃，保持2 min，以4℃/min升至120℃，保持3 min，然后以3℃/min升至160℃，保持5 min，最后以8℃/min升至270℃，保持10 min；进样方式：不分流进样；载气：高纯氦气，流速为1.0 mL/min。

1.3.2 质谱条件

电子轰击离子源；电子能量70 eV；灯丝发射电流200 μA；离子源温度230℃；接口温度280℃；四级杆温度150℃；扫描质量范围m/z 10 amu～500 amu。

1.3.3 萃取条件的优化

将萃取头插入GC-MS进样口中，于250℃老化2 h。称取2 g样品置于10 mL顶空进样瓶瓶中，插入萃取头，于不同的萃取温度下顶空萃取一段时间，于250℃解析5.0 min。分别比较不同的萃取头、萃取温度以及萃取时间对样品中挥发性成分萃取效果的影响。

1.4 数据分析

定性：检测的未知化合物与NIST 05质谱库、WILEY 275质谱库中相匹配，对匹配度大于60%的鉴定结果予以确认。

定量：以峰面积归一化法确定不同菜品中各化合物的相对含量[15-16]。

2 结果与分析

2.1 萃取头的选择

由于不同材质的萃取头对化合物的萃取效果不同，因此萃取头的选择会影响到样品中挥发性成分的萃取效果。比较了4种固相微萃取头的萃取效果：100μm聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane，PDMS）、75 μm聚乙二醇（Carbowax）/聚二甲基硅氧烷（PDMS）、65 μm聚二甲基硅氧烷（PDMS）/二乙烯苯（divinylbenzene，DVB）以及 50/30 μm 二乙烯苯（DVB）/聚乙二醇（Carbowax）/聚二甲基硅氧烷（PDMS），萃取效果的比较见表1。

表1 4种萃取头的萃取效果比较Table 1 Extraction efficiencies of 4 SPME fibers

由表1可知，不同的萃取头对样品中挥发性成分的数量有很大影响。萃取头的萃取效果主要受萃取头涂层极性与表面积的影响。非极性涂层可有效萃取非极性化合物，极性涂层可有效萃取极性化合物。PDMS对非极性化合物萃取效果较好；在PDMS基础上加入其他适用于萃取极性化合物的涂层，如高分子材Carbowax和DVB，不仅可以增加表面积，还可以增强对极性分子的萃取能力，从而提高萃取效率。本试验选择的4种萃取头中，65 μmPDMS/DVB萃取头的萃取量较大，且有效峰较多，其次是50/30 μm DVB/Carbowax/PDMS、100 μm PDMS 和 75 μm Carbowax/PDMS。因此选取65 μm PDMS/DVB萃取头作为此次川菜中挥发性成分萃取试验的萃取头。

2.2 萃取温度的选择

温度对萃取头的萃取效果有双重影响，温度升高时，有利于挥发性成分的扩散，缩短了萃取的时间，但是温度的升高也会使目标物在萃取头的涂层中分配系数降低，导致吸附量减小，影响萃取头的灵敏度。比较分析不同萃取温度下川菜挥发性风味物质的分析效果，结果见表2。

表2 萃取温度筛选结果Table 2 Effect of extraction temperature on the detection results

结果如表2所示，50℃条件下的萃取峰面积最大，且得到的有效峰最多，说明川菜的挥发性成分在50℃条件下的萃取效果最佳。温度较低时，萃取量和有效峰个数均低于50℃时的萃取结果，这可能与温度较低导致川菜中挥发性成分挥发的速度较慢或不完全挥发所致；而温度较高时，随着温度升高，萃取结果的总峰面积没有增加反而有所下降，有效峰个数也略低于50℃条件下的有效峰个数，这可能是温度过高导致挥发性物质在萃取头涂层中吸附量下降所致。综合考虑，试验选择将50℃作为川菜挥发性成分的萃取温度。

2.3 萃取时间的选择

比较分析不同萃取的时间对川菜中挥发性成分的影响，结果见表3。

表3 萃取时间筛选结果Table 3 Effect of extraction time on the detection results

结果如表3，从总峰面积上看，随着萃取时间的增加，总峰面积明显增加；当萃取时间超过40 min后，总峰面积变化不再显著。从有效峰个数上看，萃取时间超过30 min后，有效峰个数变化不大，说明超过一定时间后萃取时间的延长对有效峰个数的影响不大。综合以上结果，选择40 min作为试验中川菜挥发性成分的萃取时间。

2.4 不同味型川菜挥发性成分的化学种类和数量

依据上述优化后的萃取条件，对4种不同味型川菜进行挥发性成分检测，得到总离子流图如图1所示。

通过GC-MS数据分析系统对4种味型川菜挥发性成分进行定性和定量分析，如表1所示。

图1 4种味型川菜挥发性成分的总离子流图Fig.1 Total ion flow diagram of volatile component in 4 flavored Sichuan cuisine

表4 不同味型川菜挥发性成分的GC-MS分析结果Table 4 Volatile components in different flavors of Sichuan cuisine by GC-MS

2.5 各类挥发性成分对川菜香气形成的影响

2.5.1 酯类

酯类化合物在4种味型川菜中含量最多，共有13种种组分，相对含量总和分别为麻辣味型64.237%、酸辣味型52.985%、鱼香味型63.056%、怪味味型72.263%。在川菜的烹饪过程中，酸和醇的酯化反应是主要反应之一，从而产生较多的酯类物质，赋予了川菜的酯香味[17-18]。

续表4 不同味型川菜挥发性成分的GC-MS分析结果Continue table 4 Volatile components in different flavors of Sichuan cuisine by GC-MS

2.5.2 酸类

4种味型川菜中酸类化合物只有3种，其中酸辣味型的含量最多，相对含量总和为19.061%。少量的低分子饱和酸类一般都有令人愉快的嗅感，其在菜肴的香气形成中也十分重要[19]。

2.5.3 酚类

4种不同味型川菜中都检测含有2，6-二叔丁基对甲基酚化合物，这可能与川菜烹饪工艺中普遍加入的香料八角有关[20]，是其中的一种抗氧化剂，能延长菜肴的保存时间。

2.5.4 醚类

醚类化合物大都具有香味，在4种味型川菜中都含有：对丙烯基茴香醚，具有辛香味道，在自然界中广泛存在于茴香油、小茴香油、八角油中[21]，对于形成川菜特有的辛香味具有重要作用。

2.5.5 酮类

酮类化合物可以是醇的氧化产物，也可以是酯类分解的产物[22]。2-壬酮、甲基壬基甲酮具有木香果香和芳香香气的味道，在鱼香味型川菜和怪味味型的川菜中芳香香味的形成中至关重要。

2.5.6 醇类

醇类主要来自脂肪氧化，分为饱和醇和不饱和醇。饱和醇由于其风味阈值较高，对川菜的整体风味贡献较小，而不饱和醇的风味阈值较低，对川菜的风味贡献较大[23]。

2.5.7 烃类

烃类化合物在4种味型川菜中含有共鉴定出7种，烷烃的香气阈值较高，赋予菜品的风味作用不大，但它们可能有助于提高菜品整体香味效果。

3 结论

本文建立了HS-SPME/GC-MS分析川菜中挥发性成分的方法。针对样品是川菜的特点，试验选择65μm PDMS/DVB（聚二甲基硅氧烷/二乙烯苯）固相微萃取头，50℃顶空萃取40 min。通过GC-MS对4种不同味型川菜中的挥发性成分进行分析，共检出酯类、酸类、酚类、醚类、酮类、醇类、烃类等7类36种合物。川菜的香味十分复杂，不能单纯用某一种香味来形容，其独特的香味是川菜中丰富的挥发性成分共同作用的结果。其中酯类在不同味型川菜中相对含量均最高，是川菜的特征性风味成分。本试验建立的方法，可对成分复杂的川菜香味进行分析和测定，有助于提高检测试验室的分析此类样品的效率，在试验室的推广可行性较高，旨在为传统川菜菜品的质量改进提供试验依据，为我国川菜餐饮产业持续发展提供新的思路。