氮化碳纤维涂层HS-SPME-GC-MSMS法测定酶解牛油中多种挥发性风味组分

夏诗明 向君毅

（1.广东省清远市质量计量监督检测所；2.清远市食品检验中心；3.清远市食品检验工程技术研究开发中心）

食用牛油是一种由优质牛脂肪组织精制而成的动物脂肪，主体组分为棕榈酸、硬脂酸和甘油三酯，熔点高，常温下呈固体。与其他动植物油脂相比，牛油因其不可替代的特殊风味以及含有丰富脂肪酸而广泛用于食品工业生产，同时它也因其独特的醇香风味[1]而受到世界各地消费者的喜爱。

牛油的理化性质会随着精炼提取工艺及仓储条件不同而存在差异。初提取的牛油硬度大，流动性差[2]；精炼加工工艺会使牛油的色泽变浅，并会降低感官不良的气味，风味也会有一定程度的变化[3]。研究表明不同产地来源的牛油外观气味等感官特性也会存在区别[4]。牛油加工工艺种类繁多，酶解因其高效的特点得到了广泛的应用。通过脂肪酶对牛油进行可控酶解，可获得风味更为独特的牛油产品[5]。气味是油脂重要的感官指标，是形成油脂自身特有风味的关键因素。气味可以直观反映出油脂品质的变化。油脂因加工不当、超期储存或者过度加热等引起的质量劣变都会最终影响油品挥发性成分的组成[6]，主要表现为产生腥味、腐臭味、酸苦味等。通过检测牛油的挥发性组分，我们不但能够了解其具体特色风味来源，探索独特风味的形成机理，还可以通过挥发性成分的细微变化了解油品的质量是否已经改变。

目前应用于油脂挥发性成分分析的分离技术很多，例如固相微萃取（SPME）[7,8]、固相萃取（SPE）[9]、减压蒸馏（HVD）以及水蒸汽蒸馏（SD）[10]等。在这些萃取分离技术中，固相微萃取因其快速高效的特点得到了广泛应用，而固相涂层是固相微萃取萃取效果优劣的关键。本文采用自制氮化碳纤维吸附涂层作为萃取固定相，改善涂层的吸附选择性和萃取效率，应用于酶解牛油中挥发性组分分析，对深入探究牛油中风味物质的组成和形成机理，为油品在加工、运输、仓储过程中的质量控制提供理论指导有重要意义。

1.材料与方法

1.1 材料与试剂

1.1.1 氮化碳纤维涂层的制备

SPME纤维：自制氮化碳纤维涂层固定相；商用Carbon-PMS（碳-聚二甲基硅氧烷）固定相。

氮化碳纤维涂层的制备：将中空石英纤维放入1 mol/L的Hcl溶液中恒温加热30 min，取出用超纯水冲洗后在1 mol/LNaOH溶液中浸泡30 min，再在0.2 mol/L的稀盐酸中浸泡。从而增加纤维表面的硅羟基，提高对氮化碳涂层的承载量；将经活化处理的石英纤维和三聚氰胺（C3H6N6）放入高温马弗炉以10℃/min升温速率升至580℃灼烧 1 h，通过碳化氮的自组作用，将其沉积于石英纤维的多孔表面后得到C-N涂层复合纤维。最后用粘合剂（环氧树脂缩聚物与聚二甲基硅氧烷的5:1质量比混合物）将上述才材料涂布粘结于中空萃取针上，并在220℃保温老化0.5 h，得到氮化碳纤维涂层固相微萃取部件。

1.1.2 样品及标准品

样品：酶解牛油；

内标物：Acenaphthene-D10、1,2-Dichlorbenzene-D4、p-Bromofluorobenzene，德国 DrEhrenstorfer公司；

甲醇、乙腈：色谱级，德国默克公司。

1.1.3 仪器与设备

三重四极杆气相质谱仪型号：GCMS-TQ8050 NX，日本岛津公司

顶空固相微萃取装置：AOC-6000，日本岛津公司

马弗炉：FO510C，YAMATO仪器有限公司

1.1.4 质谱数据分析软件

GCMSlabsolutiong：用于查看分析谱图，直接对比样品之间的谱图差异，图中每一个点代表一种挥发性有机物；对其建立标准曲线后可进行定量分析；

IMSLibrarySearch：通过NIST数据库、IMS数据库以及 SmartDatabaseOff-flavor数据库对物质进行定性分析。

1.2 方法部分

1.2.1 仪器工作条件

1.2.1.1 SPME条件

SPME纤维：自制氮化碳纤维涂层和商用Carbon-PMS（碳-聚二甲基硅氧烷）涂层；80℃振荡平衡5 min；将固相微萃取头预先在270℃条件下老化 5 min，再插入密封顶空瓶中吸附萃取10 min；进样口（250℃）解析2 min。每次进样间隔期间将萃取头在270℃以上老化5 min，以防止萃取涂层污染。

1.2.1.2 色谱条件

I毛细管低流失色谱柱nertCap Pure-Wax，30 m×0.25 mm，0.25μ m；进样口汽化温度 250℃；程序升温：起始温度50℃，保持5 min；10℃/min升温至250℃，保持10 min。载气He，流速1.0 mL/min，分流比：5:1。

1.2.1.3 质谱条件

离子化方式：EI；电子能量 70 eV；离子源温度200℃；传输线温度250℃；谱图采集模式：SCAN+MRM同时采集。

1.2.1.4 数据处理与分析

结合计算机NIST和IMS 质谱数据库进行检索对比定性，采用内标物标准曲线法进行定量分析，测得挥发性物质各组分含量。采用 SPSS进行试验数据计算处理及分析统计。每个样品进行三平行试验，结果均以算术平均值表示。

1.2.2 样品制备

准确称取5 g（精确至0.001 g）酶解牛油样品置于20 mL顶空瓶中，用带有隔垫的瓶盖密封，置于50℃烘箱中加热5 min，使样品软化沉于底部。加入 1μL内标（Acenaphthene-D10、1,2-Dichlorbenzene-D4、p-Bromofluorobenzene，1.00 μg/μL），随后采用 SPME自动进样 GC-MSMS分析，利用此内标样品的数据建立内置的校准曲线计算得到定量结果。

1.2.3 仪器方法建立

使用上述仪器条件对正构烷烃标准品进行采集，结合数据库中保留指数对目标组分的保留时间进行调整。

图1 C9～C30正构烷烃TIC总离子流谱图

使用上述分析方法测定校正用内标标品，利用所得正构烷烃及内标数据及数据库创建出挥发性物质的方法文件。

图2 内标物MRM色谱图

2.样品分析与结果

两种不同固定相涂层测定的酶解牛油中挥发性组分其化合物名称、定量及定性结果如表1。

表1 不同萃取涂层对酶解牛油的挥发性组分检测结果（续表）

表1 不同萃取涂层对酶解牛油的挥发性组分检测结果

图3 样品TIC总离子流谱图

图4 样品部分组分质量色谱图

3.结论

从检测出的挥发性组分数量来看，采用氮化碳纤维涂层共鉴定出34种香气化合物，而商品化Carbon-PMS萃取头则检测到30种香气化合物。氮化碳纤维涂层检出的挥发性组分要比 Carbon-PMS萃取涂层多4种，反映出其吸附能力更强，推测是因为C-N涂层具有明显的二维共轭聚合物层状结构，具有较大的比表面积，且形成的π共轭体系也对挥发性组分有较强的吸附力，因此氮化碳纤维涂层在香气组分吸附分析方面具有较大的潜力。另外从检出的挥发性成分含量比较来看，醛类化合物在氮化碳纤维涂层萃取的检出含量都要比Carbon-PMS涂层萃取含量要高，检出含量总体上会高 8%-15%，特别是重要的风味组分醛类化合物的吸附效果更好。其中含量最高的正辛醛要高出 5.260 pg/mg、（E）-2-庚烯醛 2.753 pg/mg。而低含量的重要呈味组分庚酸高出0.650 pg/mg，高出51.3%

从分析结果来看，牛油的挥发性物质中醛类化合物含量最多，其次是有机酸以及酮类化合物、其他类化合物和醇类化合物。醛类化合物是酶解牛油中最重要的风味物质，对牛油的整体香气起主要贡献作用。主要包括正辛醛（39.892 pg/mg）、（E）-2-庚烯醛（21.984 pg/mg）、正己醛（9.542 pg/mg）、反式-2-癸烯醛（7.485 pg/mg）、戊醛（3.217 pg/mg）以及（E,E）-2,4-庚二烯醛（1.366 pg/mg）。正辛醛稀释后有令人愉快的脂蜡香并带果香茉莉气息，（E）-2-庚烯醛呈脂肪香及杏仁香，正己醛表现为油脂香味，而反式-2-癸烯醛有类似橙子的果香气息，戊醛呈麦芽味及杏仁味，带有脂肪香气。

此外，从整体比例上看虽然酶解牛油中烃、醇、酯等化合物含量较醛类化合物低，但在传统风味研究中[11]烃类被认为是生成杂环化合物的重要中间体，因此推测烃类也有助于形成酶解牛油特有的肉类风味。而酯类化合物虽然嗅觉阈值低，但因具有类似水果香气的清新气味，对增加牛油的馥郁香气具有重要的协同增强作用[12]。

综上所述，本试验方法能够提高对酶解牛油挥发性组分的分析灵敏度和效率，氮化碳纤维涂层对挥发性化合物的吸附能力强，萃取效率高，可以满足现代化气味分析实验室多样、快速、高效的实验要求，在吸附萃取挥发性组分方面具有较大的潜力。