采用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱法检测及分析鲜马乳中挥发性芳香成分

巴哈提古丽·马那提拜,姚伟琴,高沙尔·卡依尔哈力,郭恒新,杜拉提·卡衣马尔旦,艾拉提·格玛迪,史 博,巩志国

(1.乌鲁木齐海关技术中心, 乌鲁木齐 830063;2.新疆维吾尔自治区畜牧总站,乌鲁木齐 830010;3.乌鲁木齐海关动植物检疫处,乌鲁木齐 830011)

0 引 言

【研究意义】马乳是特色的乳品[1]。马乳的营养价值很高,含有较高不饱和脂肪酸,低胆固醇,质地细腻,易吸收等特性[2-4];含有约40%的乳清蛋白,比人乳约高50%,还富含必需氨基酸[5]。马乳的营养价值在各类乳品中是最高的,含有丰富的维生素和矿物质,且马乳含有的营养素能迅速溶解在水中,呈均匀的乳胶状,容易被人体消化吸收[3]。马乳中较高的乳糖含量,有助于促进有益肠道菌群的形成;马乳中酪蛋白的含量较少,消化时间较短;脂肪和胆固醇的含量远低于牛乳,游离脂肪酸比例高[6]。检测和分析鲜马奶的风味化合物对加工生产高质量马乳新产品具有实际意义。【前人研究进展】Danova 等[7]对酸马奶酒中乳酸菌群进行了分离与鉴定;王璐等[8]采用响应面法对马奶酒发酵条件进行了优化。王泽盛等[9]采用顶空固相微物萃取技术和气质联用技术对新疆不同地区的8种马奶酒的挥发性物质进行分析鉴定;乌日汗等[10]对科尔沁地区酸马奶发酵过程中挥发性风味物质进行检测分析,探究发酵过程各阶段关键性风味物质及其差异。【本研究切入点】近年来,在马乳及其制品相关研究中重点集中在分析益生菌群,酸马乳发酵工艺优化等。目前对鲜马乳的研究只限于营养成分和菌群结构的分析,对挥发性芳香成分的研究甚少。对鲜马乳中挥发性物质的鉴定及比较新疆不同地区鲜马乳的挥发性物质的研究也鲜有报道。顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用技术在分析测定挥发性风味成分上应用非常广泛。需采用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱法检测及分析鲜马乳中挥发性芳香成分。【拟解决的关键问题】采用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱法检测及分析新疆伊犁、阿勒泰、塔城三地鲜马乳中挥发性芳香成分,研究马乳的挥发性风味物质,为马乳及马乳产品的真伪鉴别及品质鉴定提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

1.1.1 样 品

从新疆伊犁、阿勒泰、塔城三地山区采集自然放牧的新鲜马乳12批(各地区4批,每一批为10～12匹马的混合乳),采集后立即通过四层无菌纱布过滤后分装至500 mL的广口瓶中,低温运输送到实验室后再分装至50 mL的离心管中,低温保存,备用。检测前将样品放置于室温,待其温度恢复至室温(约 25℃),再检测。

1.1.2 仪器与设备

台式酸度计(P911);固相微萃取装置;SPME手动进样手柄,75 μm碳分子筛/聚二甲基硅氧烷(CAR/PDMS)萃取头(美国Supelco),7890B/5977A气相色谱-质谱联用仪(美国Agilent公司)。

1.2 方 法

1.2.1 pH测定

分别从前期混合均匀后分装的50 mL离心管鲜马乳样品中取1管用于pH值检测,检测采用台式酸度计(P911)。

1.2.2 顶空固相微萃取(HS-SPME)

称取(5.00 ± 0.01)g鲜马乳样于20 mL具有聚四氟乙烯隔垫密封的顶空瓶中,置放于50℃恒温水浴中,将75 μm碳分子筛/聚二甲基硅氧烷(CAR/PDMS)萃取头 (已在250℃老化30 min)通过隔垫插入顶空瓶中,推出纤维头顶空吸附30 min 后,进样口解吸 4 min,用于GC-MS检测。

1.2.3 GC-MS 分析条件

GC条件:DB-WAX毛细管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm),进样口温度230℃;不分流模式进样,载气(He)流速1.0 mL /min,升温程序为柱初温35℃(保持5 min),以 5℃/min升至50℃,5.5℃/min升至230℃(保持5 min)。

MS条件:溶剂延迟3 min,离子源(EI)温度230℃,电子能量70eV,四极杆温度150℃,传输线温度280℃,质量扫描范围(m /z)45～450 amu。

1.2.4 化合物

各化合物经过NIST14 谱库检索定性分析,定性分析匹配度不低于70%的物质。选择匹配度70%,根据所得化学物质的分子式、CAS号以及参考相应的化学文献,分析确定相应化合物名称,利用峰面积归一化法计算各组分的相对含量并定量分析。

2 结果与分析

2.1 伊犁、阿勒泰、塔城三地鲜马乳pH值比较

研究表明,阿勒泰、塔城和伊犁地区鲜马乳pH值分别为6.33、6.52和6.50,除了阿勒泰地区的数值略低以外,各地区之前无明显的差异。

2.2 伊犁、阿勒泰、塔城三地采集的鲜马乳中的挥发性芳香成分

研究表明,不同地区鲜马乳样品的色谱峰峰型在同一丰度下挥发性物质种类丰富且具有部分相似性及部分差异性。伊犁地区的鲜马乳中的挥发性成分在程序时间内持续出峰,阿勒泰地区和塔城地区的出峰时间主要集中在20 min之后。不同地区鲜马乳样品的挥发性物质种类和含量上具有相似性,也有明显差异性,如伊犁地区和塔城地区的挥发性芳香成分数量最多,分别为21种。阿勒泰地区鲜马乳中的芳香成分较少,共17种。三地区生态环境、气候,水源、草料等的差异,造成新疆北部三地新鲜马乳挥发性香气成分的差异。图1～3

图1 伊犁鲜马乳中风味挥发性 成分的总离子流

图2 阿勒泰鲜马乳中风味挥发性成分 的总离子流

图3 塔城鲜马乳中风味挥发性成分 的总离子流

2.3 伊犁、阿勒泰、塔城三地鲜马乳挥发性成分对比

研究表明,新疆伊犁、阿勒泰、塔城三地共检出32种挥发性香气成分,其中共有挥发性香气成分11种:包括辛酸甲酯、辛酸乙酯、癸酸乙酯这3种酯类,己酸、辛酸、壬酸、癸酸、月桂酸这5种酸类,以及1,3-二叔丁基苯、2,4-二特丁基苯酚、二甲基砜。

其中,伊犁鲜马乳中的芳香成分共21种,其中酯类包括辛酸乙酯、辛酸甲酯、丁酸乙酯、己酸乙酯等6种,相对百分含氯为58.70%;酸类包括6种,总面积百分比为28.59%,主要为辛酸和癸酸,相对百分含量分别为13.65%和12.73%;此外,醇类、醛类、酚类和酮类、甲苯、1,3-二甲基苯等其他类为化合物的百分含量为12.71%。

阿勒泰鲜马乳中的芳香成分共17种,其中酯类5种,总面积百分比为27.89%,辛酸乙酯面积百分比较高,为16.49%,甲酸甲酯为5.66%;酸类6种,总面积百分比为31.12%,辛酸和癸酸的面积百分比分别为13.69%和15.42%;酚类3种(7.17%),此外,2-乙基-1-己醇为20.30%、1,3-二叔丁基苯为10.46%、二甲基砜为2.06%。

塔城鲜马乳中的芳香成分共21种,其中酯类9种,百分含量为47.42%,其中辛酸甲酯、癸酸甲酯的百分含量分别为21.35%和12.72%;酸类6种,总面积百分比为37.75%,其中辛酸和癸酸的百分含量较高,分别为20.50%和14.44%;此外还有苯乙烯(3.36%)、侧柏酮(2.12%)、1,3-二叔丁基苯(9.28%)、二甲基砜(1.62%)、2,4-二特丁基苯酚(1.20%)等成分。表1

表1 新疆伊犁、阿勒泰、塔城三地鲜马乳奶挥发性成分

3 讨 论

3.1酸马乳挥发性芳香成分以酸类和醇类为主,酯类为辅[11],而酸牛奶的挥发性成分以酸类和酮类为主[6]。

研究发现,新疆伊犁、阿勒泰、塔城三地鲜马乳中的挥发性芳香成分以酯类(43.44%)和酸类(32.49%)为主。其中,阿勒泰地区的鲜马乳挥发性成分中酸类的总量较高,可能与阿勒泰地区马匹饲草或鲜乳中的菌群结构有关。三地鲜马乳中典型的酯类呈香物质为辛酸甲酯、辛酸乙酯、癸酸甲酯、癸酸乙酯、己酸甲酯、己酸乙酯等,与果香、花香、青草香有关,而且在促成鲜马奶芳香成分中所占比例较高,其次是丁酸、己酸、辛酸、壬酸、癸酸、月桂酸等酸类呈香物质,促成了油脂香、奶酪香、汗香、辛辣香。研究结果中二甲基砜、2,4-特丁基苯酚,1,3-二叔丁基苯也是鲜马奶共有成分,二甲基砜具有焦香和硫香,且之间的叠加、分离、抑制、协同等作用,使得鲜马乳具有独特的气味,2,4-二特丁基苯酚,1,3-二叔丁基苯的来源有待进一步研究。

内酯类化合物对乳制品的风味起重要作用。内酯类化合物源于脂肪的降解,由4或5-羟基酸经环化反应生成,增添奶制品的奶芳香息[12]。醛酮类物质的芳香阈值较低,酮类具有甜的焦糖香韵或者谷物芳香,丁酸、己酸、辛酸、正癸酸等酸类也是乳制品中主要的风味物质[13-17]。

3.2在微生物和内源酶协同作用下碳水化合物、脂质、蛋白质等大分子营养物质水解产生的葡萄糖、游离脂肪酸和游离氨基酸等初级代谢产物进一步代谢产生多种次级代谢风味化合物[18-19]。酸奶中的风味化合物可能主要来源于乳糖、酯类、柠檬酸或蛋白质(氨基酸)的微生物的代谢(乳酸菌)或酶及化学的转变[14]。鲜马奶和酸马奶具有不同的乳酸菌菌群特征,鲜马奶中的乳酸菌包括瑞士乳杆菌、乳酸乳球菌、德式乳杆菌等[7、20]。下一步将研究鲜马奶芳香成分与菌群结构的相关性分析。

鲜马乳中的挥发性芳香成分均以酯类和酸类为主,还有其他香气物质。鲜牛乳中香味物质构成较为复杂,包括丙酮、乙醛、油酸、乙醇、硫胺素,还有挥发性的二甲硫醚等[21-22]。其中,甲硫醚微量存在,但这种物质是构成牛乳风味的主体,是牛乳香气的主要成分[23]。驼乳是一种特色乳,利用GC-MS鉴定出鲜驼乳中主要香味物质包括:醛类(己醛、庚醛、苯甲醛、壬醛),酮类(丙酮、1-苯甲酰氧基-2,5-吡咯烷二酮),酯类(3-甲基庚基乙酸酯),还有烷烃类化合物(如六甲基-环三硅氧烷)等[24]。

4 结 论

新疆伊犁、阿勒泰、塔城三地共检出32种挥发性香气成分,其中共有挥发性香气成分11种。鲜马乳中的挥发性芳香成分以酯类和酸类为主,酯类成分以辛酸甲酯、辛酸乙酯、癸酸乙酯为主,与马乳的果香、花香、青草香有关;酸类成分以辛酸和癸酸为主,还有己酸、丁酸,月桂酸和少量的壬酸等,与马乳油脂香、奶酪香、汗香、辛辣香有关;伊犁、阿勒泰、塔城三地的鲜马乳中均存在不同程度的1,3-叔丁基苯,2,4-特丁基苯酚。