奶香风味香精成分分析研究

陈志伟，白卫东，任文彬，汪 薇

（1.广州百花香料股份有限公司，广东广州 510370；2.仲恺农业工程学院，广东广州 510550）

奶味香精是食品工业中应用最为广泛的香精之一，主要用于糖果、饮料、冷食、焙烤食品等的增香试验[1-3]。试验研究了奶香风味香精香气成分的提取方法和分析条件，考查了水蒸气蒸馏、液-液萃取和同时蒸馏萃取3种不同提取方法的提取效果，以及在提取方法相同的条件下比较不同的萃取剂，再利用试验所确定的提取方法和萃取剂来分析自制的香基。结合GC-MS联用技术，以确定奶味香气的主要致香成分。

1 材料与方法

1.1 试验材料

光明奶油，购于当地家乐福超市；自制香基A，B，C，D；二氯甲烷、乙醚、石油醚、无水硫酸钠等，均为分析纯。S250SDE型萃取装置，天长市优信电器设备有限公司产品；GC:6890N型气相色谱质谱联用仪，Agilent Technologies公司产品。

1.2 试验方法

1.2.1 奶香成分的提取方法

（1） 水蒸气蒸馏法。称取奶油130 g置于500 mL的圆底烧瓶中，加入乙醚50 mL，并加入少量沸石，接收瓶置于冰浴中，水蒸气蒸馏3 h。馏出液用少许无水硫酸钠干燥，过滤后在40℃水浴中浓缩至1 mL，记为 a1。

（2） 液-液萃取法。称取奶油130 g置于烧杯中，密封后在45℃水浴中加热至熔化，倒入分液漏斗中，用50 mL的乙醚分3次萃取，合并有机溶剂后于分液漏斗中静置分层，取乙醚萃取剂的上层溶液作为萃取液，在40℃水浴中浓缩至1 mL，记为a2。

（3） 同时蒸馏萃取法。称取奶油130 g置于500 mL的圆底烧瓶中，加入100 mL蒸馏水，并加入少量沸石，置于同时蒸馏萃取仪的一端，用可控电压的电热套进行加热；同时蒸馏萃取装置的另一端分别为盛有50 mL乙醚、石油醚、二氯甲烷的250 mL圆底烧瓶，用恒温水浴加热，水浴温度分别为40，45，45℃。采用同时蒸馏萃取法提取3 h。萃取液用无水硫酸钠干燥过滤后分别于40，45，45℃水浴中浓缩至1 mL，分别记为a3，a4，a5。（样品和萃取剂的位置由两者的密度大小决定）

（4） 正己烷萃取法：将奶油和自制香基A分别在45℃水浴中加热至熔化，分别吸取1 mL样品入试管中，加入10 mL正己烷，摇匀至溶解。吸取1 mL混合液加入无水硫酸钠脱水干燥，取上清液进行分析，分别记为A1，A2。

1.2.2 气相分析条件

色谱柱为石英毛细管柱RTX-5MS，30 m×1.25 mm×0.25 mm；氮气压力10 kPa；程序升温50℃保持2 min，以2℃/min的升温速度升至180℃，再以15℃/min升至295℃，保持15 min；进样口温度为290℃，进样方式为分流进样，分流比20∶1。

质谱条件：EI源，电离电压70 eV，接口温度280℃，扫描范围为50～500 amu，监测方式为SCAN。

1.2.3 SDE法

将奶油和自制香基在45℃水浴中加热至熔化后分别取奶油和自制香基A，B，C，D各150 mL置于500 mL的圆底烧瓶中，加入100 mL蒸馏水，并加入少量沸石，置于同时蒸馏萃取仪的一端，用可控电压的电热套进行加热；同时蒸馏萃取装置的另一端分别为盛有50 mL二氯甲烷的250 mL圆底烧瓶，用恒温水浴加热，水浴温度为45℃。采用同时蒸馏萃取法提取3 h。萃取液用无水硫酸钠干燥过滤后于45℃水浴中浓缩至1 mL，分别记为 A3，A4，A5，A6，A7。

气相分析条件：色谱柱为HP-5MS（30 m×0.25 mm×0.25 μm） 毛细管柱；分流比30∶1，进样量1 μL；柱温程序：起始温度40℃，保留10 min，以2℃/min升至50℃，保留10 min，以5℃/min升至120℃，保留10 min，再以10℃/min升至220℃，保持10 min。

质谱条件：EI源，电离电压70 eV，离子源温度230℃，四极杆温度150℃，质量扫描范围50～550 amu。

1.2.4 香气强度评价对奶味致香成分的香气强度进行感官评价。香气评价标准见表1。

表1 香气评价标准

2 结果与分析

2.1 奶味中致香成分提取方法的选择[4-5]

根据试验方法从奶油中提取得到奶味的致香成分。对香气成分进行感官评价，以考查不同的提取方法对奶油的致香成分的提取效果。

不同的提取方法对奶油的致香成分的提取效果见表2。

表2 不同的提取方法对奶油的致香成分的提取效果

由表2可知，以乙醚为萃取剂，用3种不同的提取方法提取奶油的致香成分，SDE法的提取效果最好；水蒸气蒸馏法提取的奶味致香成分经浓缩后，待乙醚的刺激性气味挥发后，可以闻到淡淡的奶香味；液-液萃取法提取浓缩后得到的致香成分，在乙醚的刺激性气味中夹带微弱的奶香味，造成香气成分微弱的原因可能是液-液萃取法的萃取过程是在室温下进行的，某一些沸点较高的成分还无法被乙醚所萃取。相比之下，SDE法得到的致香成分奶香气味较强，因此，提取奶味成分的方法确定为SDE法。

2.2 萃取剂的选择

香精香料的主题香是其内含多种成分的一种综合性表现，其化学组分较复杂，色谱图谱要求尽可能地体现所有有效成分的原始数据，包含更大的信息量，因此对于提取方法来说选择合适的萃取剂对有效的萃取目标化合物至关重要。试验以萃取剂为单因素，考查了乙醚、石油醚、二氯甲烷3种不同选择性的萃取剂对奶油中致香成分的萃取效果。

不同的萃取剂SDE法的提取效果的影响见表3。

表3 不同的萃取剂SDE法的提取效果的影响

由表3可知，采用SDE法时，以二氯甲烷作为萃取剂的提取效果最好。在收集萃取液时，由于奶味成分的易挥发性和萃取过程中馏液的回流，应把仪器一端的萃取剂作为萃取液收集起来，以增加奶味成分的微量成分和浓度。

以乙醚为萃取剂时，取蒸馏液的上层溶液作为萃取液，吸水浓缩后可闻到较强的奶香味，同时乙醚的刺激性气味也较为浓烈，石油醚的刺激性气味相对较低，但用它作为萃取剂进行同时蒸馏萃取时，奶香味也相对较弱。用二氯甲烷提取奶油致香成分时，浓缩后的成品带有淡淡的黄色，可闻到二氯甲烷的气味中带有强烈的奶香味。因此选二氯甲烷作为SDE法的萃取剂。

SDE法对微量成分具有定量高效提取率，高沸点、低挥发性的物质，以及长链羧酸、醛、酮、酯类检测效果良好[6-7]，但是对于一些水溶性的物质，如醇类物质的水溶性很强，很难用同时蒸馏萃取到，试验利用正己烷萃取法作为对SDE法的互补[8-10]。

2.3 正己烷萃取法的结果分析

2.3.1 色谱条件选择[11-12]

考虑到被测样品的物性及对柱子的保护，选用RTX-5MS型石英毛细管柱，此柱可耐受300℃的高温，可分析出香精中的高沸点组分、防止阻塞色谱柱。奶油香精中部分呈香物质沸点较低，选择出峰时间50℃；选择升温速率2℃/min，可保证致香物质完全分离出来。

2.3.2 奶油和香基A的分离与定性结果

奶油的总离子流程图见图1，香基A的总离子流程图见图2。

图1 奶油的总离子流程图

图2 香基A的总离子流程图

按所列试验条件对奶油和香基A进行分析，检索Whiley 275.D标准质谱图谱对分离的化合物进行谱图解析，确认奶油中主要的7种致香成分，香基A中主要的12种致香成分，对峰面积归一化法处理，得到各组分的相对含量。

奶油中主要致香成分鉴定结果见表4，香基A中主要致香成分鉴定结果见表5。

由表4可知，奶油中的致香成分主要为中短链脂肪酸，如己酸、辛酸、正癸酸、十二烷酸，各化合物之间的组成及含量不同。由表5可知，香基A中主要的致香成分有十二烷酸、十四酸、正十六酸、油酸、硬脂酸、缩水甘油硬脂酸和乙酰胺等，用正己烷萃取法提取奶油和香基A的致香成分，分析得出香基A的致香成分多于奶油的，但二者都提取出较高含量的中短链脂肪酸。

表4 奶油中主要致香成分鉴定结果

表5 香基A中主要致香成分鉴定结果

2.4 SDE法的结果分析

奶油的总离子流程图（SDE法）见图3，香基A的总离子流程图（SDE法） 见图4，香基B的总离子流程图（SDE法） 见图5，香基C的总离子流程图（SDE法）见图6，香基D的总离子流程图（SDE法） 见图7。

按试验方法中所列实验条件对奶油和香基A，B，C，D进行分析，检索Whiley275.D标准质谱图谱对分离的化合物进行谱图解析，确认奶油中主要的15种致香成分，香基A中主要的18种致香成分，香基B中主要的11种致香成分，香基C，D中检测不出致香成分的存在，对峰面积归一化法处理，得到各组分的相对含量，各组分的匹配率均可达到85%以上，定性的准确度高。

奶油中主要致香成分鉴定结果（SDE法） 见表6，香基A中主要致香成分鉴定结果（SDE法）见表7，香基B中主要致香成分鉴定结果（SDE法）见表8。

图3 奶油的总离子流程图（SDE法）

图4 香基A的总离子流程图（SDE法）

图5 香基B的总离子流程图（SDE法）

图6 香基C的总离子流程图（SDE法）

图7 香基D的总离子流程图（SDE法）

表6 奶油中主要致香成分鉴定结果（SDE法）

表7 香基A中主要致香成分鉴定结果（SDE法）

表8 香基B中主要致香成分鉴定结果（SDE法）

奶香的致香成分主要是酸类、内酯类、酮类等化合物，其中酸类有丁酸、己酸、辛酸、癸酸、十二酸、十四酸等；内酯类有丁位癸内酯、丁位十二内酯等；酮类有丁二酮、甲基的系列酮；醇类有己醇、辛醇、癸醇等；醛类有辛醛、癸醛、庚烯醛等。这些香气成分以一定的比例组合到一起就形成了奶味香气。其中，双乙酰（即丁二酮）是奶香香气的主要成分。奶味香气主要是由低级脂肪酸、羰基化合物和极微量的挥发性成分组成。中短链脂肪酸对奶味香气直接贡献较大，是构成奶香的直接因素。

由表6～表8可知，采用SDE法提取奶油和香基，奶油中主要的致香成分有己酸、辛酸、正癸酸、十二烷酸、十四酸、正十六酸、油酸、2-庚酮等；香基A主要的致香成分有正癸酸、十二烷酸、正十六酸、油酸、硬脂酸和酯类等；香基B主要的致香成分有己酸、辛酸、正癸酸、2-庚酮和酯类等。由此可见，奶油、香基A、香基B的香气不同，各化合物之间的组成及含量也不同，但主要的致香成分均为中短链脂肪酸。

3 结论

正己烷萃取法具有操作简单快速，可反复操作、萃取相稳定、测定结果准确可靠、灵敏度高等优点。奶油的脂肪含量在85%以上，分析结果显示主要的致香成分为中短链脂肪酸，说明正己烷对中短链脂肪酸的萃取效果非常好，香基A的分析结果也证实了这一点。中短链脂肪酸对奶味香气直接贡献较大，是构成奶香的直接因素。奶香组分一般包括醇类、醛类、酸类、酮类、酯类、内酯、硫化物等，而酮类化合物是天然奶香的最主要贡献组分。正己烷萃取奶油和香基A的分析结果并无此类化合物的存在，是正己烷萃取法最大的弊端。

SDE法提取奶油的致香成分的分析效果远比正己烷萃取法的效果好，由于样品的脂肪含量高，2种方法分析得出的主要致香成分均为中短链脂肪酸，SDE法的分析结果还表明奶油的致香成分还有酯类和酮类，但含量均较低。

香基A主要的致香成分有正癸酸、十二烷酸、正十六酸、油酸、硬脂酸和酯类等；香基B主要的致香成分有己酸、辛酸、正癸酸、2-庚酮和酯类等。香基A与香基B比较，检测出更多的酸类化合物，如十二烷酸、十四酸、十五酸、正十六酸、十七烷酸等。

香基A用SDE法检测出较多的致香成分，可能的原因有：①酶解产物的酸价在20～30 mg KOH/g脂肪内，其产品奶香浓郁、柔和，具有淡淡的甜奶味，酶解适度。酸价低于此范围，酶解产物产香不足；酸价过高，酶解过度会产生酸味和难以接受的油腻感。②酸价是奶味香精产香的一个重要指标，但是酸价的确定却很难控制，没有规律性，这使得在试验过程中造成很大不便，对此，采用了以时间代替酸价来确定酶解终点，可操作性强。③以纯奶油为底物与以加入适量乳清液为底物比较得出，加入适量乳清液的，其水解产物除了奶香浓郁外，还使香味更加柔和，具有淡淡的奶香甜味，风味风格更加独特。

香基B用SDE法分析检测出的致香成分有中短链脂肪酸，酮类、酯类，香味较好，可能存在的因素有酸价的影响和酶的专一性。香基B的酸价为18～21，酸价太高或太低均会造成香基气味不好。酸价太低，酶解产物少，香气不足；酸价太高，会生成不好的成分，影响香气味道。此外，有可能酶A对中短链脂肪酸的专一性很强，因此能够酶解出较多的香气成分。

香基C，D用SDE法分析检测不出致香成分的存在，可能的原因有：①香基制备后，没有立即进行提取和气质分析，虽然在低温下保存，但仍有可能造成香气成分的损失或变化。②在发酵过程结束后，样品在85℃水浴条件下灭菌15 min，长时间的高温条件可能造成奶味成分的变化或大量挥发。③在香基制备过程中，发酵后的样品直接进行灭菌操作，没有一段时间的成熟过程，也可能造成风味的不足。