頂空固相微萃取結(jié)合氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)測定河北地區(qū)白酒酒基的香氣成分

劉瑩，高爽，王潤華，何俊萍

（河北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院，河北保定071000）

頂空固相微萃取結(jié)合氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)測定河北地區(qū)白酒酒基的香氣成分

劉瑩，高爽，王潤華，何俊萍

（河北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院，河北保定071000）

以河北地區(qū)原酒為研究對象，采用頂空固相微萃?。℉S-SPME）結(jié)合氣相質(zhì)譜（GC-MS）聯(lián)用技術(shù)，進行了揮發(fā)性成分的分離鑒定。以酯類物質(zhì)峰面積比為指標(biāo)，以添加無機鹽的量、裝液量和萃取溫度為因素，應(yīng)用單因素實驗及響應(yīng)面設(shè)計實驗，優(yōu)化萃取吸附工藝。結(jié)果表明，最佳萃取工藝為：添加無機鹽的量0.42 g，裝液量7 mL，萃取溫度30℃。在此條件下，原酒中共檢測出27種揮發(fā)性香氣成分，其中醇類3種，酯類20種，醛類4種。此次實驗不僅為河北地區(qū)白酒原酒的進一步分析奠定了基礎(chǔ)，也為SPME-GC-MS技術(shù)的應(yīng)用提供了更為廣闊的前景。

河北地區(qū)白酒原酒；氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用（GC-MS）；頂空固相微萃?。℉S-SPME）；響應(yīng)面設(shè)計實驗（RSM）；揮發(fā)性成分；鑒定

1　材料與方法

1.1材料和試劑

材料：本實驗采用的酒樣為河北地區(qū)的原酒，未經(jīng)過任何的勾兌處理。共2個酒樣，編號分別為方1、源1。

內(nèi)標(biāo)物：3-辛醇（99%），美國Sigma-Aldrich公司；無機鹽，采用NaCl（分析純）。

1.2儀器與設(shè)備

Agilent 7890A-5975C GC/MS氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀（美國Agilent公司）；色譜柱，HP-INNOWax（60m×250μm× 0.25 μm）（美國Angilent公司）；50/30 μm（DVB/CAR/PDMS）碳分子篩/聚二乙烯苯/聚二甲基硅氧烷微萃取頭（美國Supelco公司）；SPME手動進樣手柄及萃取頭；Hw·SY11型電熱恒溫水浴鍋（北京市長風(fēng)儀器儀表公司）；15 mL頂空瓶（上海安譜科學(xué)儀器有限公司）。

1.3實驗方法

1.3.1SPME-GC-MS操作條件

量取7.5 mL酒樣置于15 mL的頂空瓶內(nèi)，加入0.4g NaCl，再加入內(nèi)標(biāo)物（3-辛醇），旋緊瓶蓋后放置于加熱至35℃的電子恒溫水浴鍋中，后將活化（250℃，1 h）好的萃取頭插入頂空瓶，并置于頂空瓶上空萃取，萃取頭距離酒樣品液面1～2 cm。平衡10 min后開始計時，在35℃下頂空吸附40 min，后將萃取好的萃取頭手動進樣于GC-MS進樣口，進行揮發(fā)性成分的分離鑒定。

氣相色譜升溫程序：40℃保持2 min，后以1℃/min升至100℃，再以4.5℃/min升溫至240℃，保持4 min。進樣口溫度240℃，檢測器溫度250℃；載氣為He，流速1 mL/min，進樣量1 mL，不分流進樣。

質(zhì)譜條件：電子電離（electron ionization，EI）源，電子能量為70 eV，離子源溫度230℃，四級桿溫度150℃。溶劑延遲1 min，質(zhì)譜質(zhì)量掃描范圍45～650 m/z。

1.3.2頂空萃取單因素實驗

1.3.2.1添加NaCl的量

量取7.5 mL原酒酒樣5份于頂空瓶內(nèi)，分別向其中添加0.2 g、0.3 g、0.4 g、0.5 g和0.6 g的NaCl，在恒溫水浴鍋內(nèi)35℃下頂空萃取40 min，測定不同質(zhì)量的NaCl與酯類物質(zhì)峰面積比的關(guān)系。

1.3.2.2裝液量

量取6.5 mL、7 mL、7.5 mL、8 mL和8.5 mL原酒酒樣分別于頂空瓶內(nèi)，分別向其中添加0.4 g的NaCl，在恒溫水浴鍋內(nèi)35℃下頂空萃取40 min，測定不同裝液量與酯類物質(zhì)峰面積比的關(guān)系。

1.3.2.3萃取溫度

量取7.5 mL處理后的樹莓樣品5份于頂空瓶內(nèi)，分別向其中添加0.4 g的NaCl，在恒溫水浴鍋內(nèi)25℃、30℃、35℃、40℃及45℃下頂空萃取40 min，測定不同萃取溫度與酯類物質(zhì)峰面積比的關(guān)系。

1.3.3響應(yīng)面優(yōu)化萃取工藝

采用Design-Expert8.0.5.0軟件處理數(shù)據(jù)。根據(jù)單因素實驗結(jié)果，選取NaCl的添加量、裝液量、萃取溫度3個因素作為實驗因素，以酯類物質(zhì)峰面積比為響應(yīng)值，設(shè)計實驗。實驗因素及水平見表1。

表1　原酒揮發(fā)性成分萃取響應(yīng)面實驗因素和水平

2　結(jié)果與分析

2.1單因素萃取條件分析

2.1.1NaCl添加量與酯類物質(zhì)峰面積比的關(guān)系（圖1）

由圖1可知，在裝液量和萃取溫度恒定條件下，酯類物質(zhì)峰面積比隨著NaCl添加量的增加而增大，但當(dāng)Na-Cl的添加量超過0.5 g時，不再增加反而降低。這可能是由于樣酒中的無機鹽量達到飽和狀態(tài)，再加入無機鹽不會再降低揮發(fā)性物質(zhì)在樣品液相中的溶解度，香氣物質(zhì)不再容易揮發(fā)，故酯類物質(zhì)峰面積比不增反減。本實驗NaCl添加量選為0.5 g，進行下一步分析。

圖1　NaCl添加量與酯類物質(zhì)峰面積比的關(guān)系

2.1.2裝液量與酯類物質(zhì)峰面積比的關(guān)系（圖2）

圖2　裝液量與酯類物質(zhì)峰面積比的關(guān)系

由圖2可知，在無機鹽的添加量以及萃取溫度恒定的情況下，隨著裝液量的不斷增加酯類物質(zhì)峰面積比呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢。由于裝液量可能直接影響色譜峰的分離效果，裝液量過多使色譜峰的分離度有所降低，故檢測出的效果不佳。本實驗選取裝液量7.5 mL，進行下一步分析。

2.1.3萃取溫度與酯類物質(zhì)峰面積比的關(guān)系（圖3）

圖3　萃取溫度與酯類物質(zhì)峰面積比的關(guān)系

由圖3可知，在添加無機鹽以及裝液量恒定的情況下，隨著萃取溫度的升高，酯類物質(zhì)峰面積比呈現(xiàn)先增加后微減少的趨勢。這是因為萃取溫度升高，可使待測組分擴散速度增大，使揮發(fā)性成分在頂空瓶內(nèi)的無規(guī)則運動增加，進而有利于萃??；但溫度過高后，吸附達到飽和之后，再度升溫會增加萃取頭固定相的解吸，進而降低萃取頭萃取待測物的能力，影響其靈敏度。本實驗選擇萃取溫度35℃。

2.2響應(yīng)面法優(yōu)化分析

2.2.1模型的建立及顯著性檢驗

對響應(yīng)面共設(shè)計了17個實驗點，12個析因?qū)嶒灒?個中心點實驗，設(shè)計及結(jié)果見表2。

表2　原酒揮發(fā)性成分萃取響應(yīng)面實驗設(shè)計及結(jié)果

采用響應(yīng)面分析法分析實驗結(jié)果，得到以酯類物質(zhì)峰面積比為響應(yīng)值的回歸方程：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為NaCl添加量，g；B為裝液量，mL；C為萃取溫度，℃。分析結(jié)果見表3。

表3　響應(yīng)面法分析對酯類物質(zhì)峰面積比的ANOVA分析

2.2.2響應(yīng)面交互作用分析與優(yōu)化

通過Design Expert軟件對各因素之間的交互作用進行響應(yīng)面分析，繪制響應(yīng)面曲線。

圖4、圖5、圖6分別是NaCl添加量、裝液量、萃取溫度3個因素交互作用的響應(yīng)面及等高線圖。從其等高線圖可以直觀反映每2個變量間的交互作用顯著程度，從各因素之間的等高線圖和響應(yīng)面圖可知，其曲線走勢的坡度越陡，說明該因素對酯類物質(zhì)峰面積比的影響越顯著；坡度越平滑，影響則越小。由圖4、圖5、圖6響應(yīng)面立體圖和等高線圖可知：NaCl添加量和裝液量、NaCl添加量和萃取溫度、裝液量和萃取溫度的交互作用對酯類物質(zhì)峰面積比均有一定的影響。

圖4　NaCl添加量和裝液量對酯類物質(zhì)峰面積比交互影響的三維曲面圖和等高線圖

圖5　NaCl添加量和萃取溫度對酯類物質(zhì)峰面積比交互影響的三維曲面圖和等高線圖

圖6　裝液量和萃取溫度對總物質(zhì)出峰個數(shù)交互影響的三維曲面圖和等高線圖

為了確定最佳點的值，對實驗?zāi)Ｐ瓦M行分析，以得到最佳萃取條件，經(jīng)分析得出最佳工藝條件為：NaCl添加量0.42 g，裝液量7 mL，萃取溫度30℃，模型預(yù)測的最佳工藝條件下酯類物質(zhì)峰面積比0.40192個。為檢驗實驗的可靠性，采用上述最優(yōu)工藝條件進行實驗，同時考慮到實際操作的便利，最佳條件選為NaCl添加量0.42 g，裝液量7 mL，萃取溫度30℃，實際測得酯類物質(zhì)峰面積比達到0.398，與預(yù)測值比較可知，本實驗優(yōu)化得到的最佳條件參數(shù)準(zhǔn)確可靠，具有實用價值。

圖7　2種原酒揮發(fā)性香氣成分的總離子流圖

表4　2種原酒揮發(fā)性成分比較

2.3原酒中的揮發(fā)性成分分析及研究

采用頂空固相微萃取與氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)，分析2種不同原酒中的揮發(fā)性成分得到總離子流圖，如圖7所示。已鑒定的各揮發(fā)性成分及其保留時間、相對含量見表4。在2種不同品種的河北地區(qū)白酒原酒中都鑒定出24種揮發(fā)性成分，從二者中共鑒定出醇類3種；酯類20種；醛類4種。

就2種不同的原酒檢測出的揮發(fā)性成分種類而言，方1和源1無本質(zhì)差異。但是根據(jù)酯類物質(zhì)峰面積比來看，源1較方1的揮發(fā)性成分優(yōu)。可能是由于原料、釀造過程中的條件、陳釀或微生物作用等所致，在酯類揮發(fā)性成分中尤其以己酸乙酯、辛酸乙酯、癸酸乙酯等的揮發(fā)性成分對原酒的香氣貢獻較大。酯類物質(zhì)是酒呈香的基礎(chǔ)同時亦是酒的靈魂所在，酯類物質(zhì)的數(shù)量與質(zhì)量可以明顯決定酒的味道。在本研究實驗中，酯類物質(zhì)在白酒原酒中含量最高且是主要呈現(xiàn)白酒“香”與“味”的揮發(fā)性成分。

醇類物質(zhì)以乙醇居多［2］，但使酒呈現(xiàn)出來香和甜的主要物質(zhì)是異丁醇和異戊醇［3］等，適量的醇類物質(zhì)對形成酒獨有的香味以及醇厚感是必不可少的，醇類物質(zhì)亦可促使酯類物質(zhì)的產(chǎn)生及成熟［4］。

白酒中的揮發(fā)性物質(zhì)以酯類、高級醇類居多，而實際上羰基化合物——醛類，在其中也是必不可少的，其也是構(gòu)成酒香氣成分的重要組成部分。醛類與酯類、醇類相互協(xié)調(diào)，使酒體本身變得柔、細膩、回味悠長。原酒中的醛類可能來源于原料、釀造過程中醇類氧化、存放時微生物作用等途徑產(chǎn)生。

3　結(jié)論

通過研究確定了頂空固相微萃取的最佳條件：NaCl添加量0.42 g，裝液量7 mL，萃取溫度30℃。2種不同的原酒經(jīng)GC-MS分析后，其揮發(fā)性成分均以酯類、醇類以及醛類為主，2種原酒都鑒定出24種揮發(fā)性成分，其中包含醇類物質(zhì)3種，醛類物質(zhì)4種，酯類物質(zhì)20種。綜上，SPME-GC-MS可以作為一種簡單、快速檢測白酒原酒的有效且高效的方法，此方法的深入仍需進一步研究。參考文獻：

［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］許喜林，朱玲，邊金勇.荔枝果酒香氣成分的研究［J］.釀酒科技，2009（5）：42-44.

［3］熊道陵，李金輝，鐘洪鳴.雜醇油提取分離技術(shù)應(yīng)用［J］.釀酒科技，2008（4）：65-68.

［4］丁云連.汾酒特征香氣物質(zhì)的研究［D］.無錫：江南大學(xué)，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

劉瑩（1993-），在讀碩士研究生，專業(yè)：食品科學(xué)與工程。

何俊萍（1964-），研究方向：果品與蔬菜加工。

優(yōu)先數(shù)字出版時間：2016-06-03；地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/52.1051.TS.20160603.1558.003.html。