奶香風味香精成分分析研究

陳志偉，白衛(wèi)東，任文彬，汪 薇

（1.廣州百花香料股份有限公司，廣東廣州 510370；2.仲愷農(nóng)業(yè)工程學院，廣東廣州 510550）

奶味香精是食品工業(yè)中應用最為廣泛的香精之一，主要用于糖果、飲料、冷食、焙烤食品等的增香試驗[1-3]。試驗研究了奶香風味香精香氣成分的提取方法和分析條件，考查了水蒸氣蒸餾、液-液萃取和同時蒸餾萃取3種不同提取方法的提取效果，以及在提取方法相同的條件下比較不同的萃取劑，再利用試驗所確定的提取方法和萃取劑來分析自制的香基。結合GC-MS聯(lián)用技術，以確定奶味香氣的主要致香成分。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

光明奶油，購于當?shù)丶覙犯３?；自制香基A，B，C，D；二氯甲烷、乙醚、石油醚、無水硫酸鈉等，均為分析純。S250SDE型萃取裝置，天長市優(yōu)信電器設備有限公司產(chǎn)品；GC:6890N型氣相色譜質譜聯(lián)用儀，Agilent Technologies公司產(chǎn)品。

1.2 試驗方法

1.2.1 奶香成分的提取方法

（1） 水蒸氣蒸餾法。稱取奶油130 g置于500 mL的圓底燒瓶中，加入乙醚50 mL，并加入少量沸石，接收瓶置于冰浴中，水蒸氣蒸餾3 h。餾出液用少許無水硫酸鈉干燥，過濾后在40℃水浴中濃縮至1 mL，記為 a1。

（2） 液-液萃取法。稱取奶油130 g置于燒杯中，密封后在45℃水浴中加熱至熔化，倒入分液漏斗中，用50 mL的乙醚分3次萃取，合并有機溶劑后于分液漏斗中靜置分層，取乙醚萃取劑的上層溶液作為萃取液，在40℃水浴中濃縮至1 mL，記為a2。

（3） 同時蒸餾萃取法。稱取奶油130 g置于500 mL的圓底燒瓶中，加入100 mL蒸餾水，并加入少量沸石，置于同時蒸餾萃取儀的一端，用可控電壓的電熱套進行加熱；同時蒸餾萃取裝置的另一端分別為盛有50 mL乙醚、石油醚、二氯甲烷的250 mL圓底燒瓶，用恒溫水浴加熱，水浴溫度分別為40，45，45℃。采用同時蒸餾萃取法提取3 h。萃取液用無水硫酸鈉干燥過濾后分別于40，45，45℃水浴中濃縮至1 mL，分別記為a3，a4，a5。（樣品和萃取劑的位置由兩者的密度大小決定）

（4） 正己烷萃取法：將奶油和自制香基A分別在45℃水浴中加熱至熔化，分別吸取1 mL樣品入試管中，加入10 mL正己烷，搖勻至溶解。吸取1 mL混合液加入無水硫酸鈉脫水干燥，取上清液進行分析，分別記為A1，A2。

1.2.2 氣相分析條件

色譜柱為石英毛細管柱RTX-5MS，30 m×1.25 mm×0.25 mm；氮氣壓力10 kPa；程序升溫50℃保持2 min，以2℃/min的升溫速度升至180℃，再以15℃/min升至295℃，保持15 min；進樣口溫度為290℃，進樣方式為分流進樣，分流比20∶1。

質譜條件：EI源，電離電壓70 eV，接口溫度280℃，掃描范圍為50～500 amu，監(jiān)測方式為SCAN。

1.2.3 SDE法

將奶油和自制香基在45℃水浴中加熱至熔化后分別取奶油和自制香基A，B，C，D各150 mL置于500 mL的圓底燒瓶中，加入100 mL蒸餾水，并加入少量沸石，置于同時蒸餾萃取儀的一端，用可控電壓的電熱套進行加熱；同時蒸餾萃取裝置的另一端分別為盛有50 mL二氯甲烷的250 mL圓底燒瓶，用恒溫水浴加熱，水浴溫度為45℃。采用同時蒸餾萃取法提取3 h。萃取液用無水硫酸鈉干燥過濾后于45℃水浴中濃縮至1 mL，分別記為 A3，A4，A5，A6，A7。

氣相分析條件：色譜柱為HP-5MS（30 m×0.25 mm×0.25 μm） 毛細管柱；分流比30∶1，進樣量1 μL；柱溫程序：起始溫度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。

質譜條件：EI源，電離電壓70 eV，離子源溫度230℃，四極桿溫度150℃，質量掃描范圍50～550 amu。

1.2.4 香氣強度評價對奶味致香成分的香氣強度進行感官評價。香氣評價標準見表1。

表1 香氣評價標準

2 結果與分析

2.1 奶味中致香成分提取方法的選擇[4-5]

根據(jù)試驗方法從奶油中提取得到奶味的致香成分。對香氣成分進行感官評價，以考查不同的提取方法對奶油的致香成分的提取效果。

不同的提取方法對奶油的致香成分的提取效果見表2。

表2 不同的提取方法對奶油的致香成分的提取效果

由表2可知，以乙醚為萃取劑，用3種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；水蒸氣蒸餾法提取的奶味致香成分經(jīng)濃縮后，待乙醚的刺激性氣味揮發(fā)后，可以聞到淡淡的奶香味；液-液萃取法提取濃縮后得到的致香成分，在乙醚的刺激性氣味中夾帶微弱的奶香味，造成香氣成分微弱的原因可能是液-液萃取法的萃取過程是在室溫下進行的，某一些沸點較高的成分還無法被乙醚所萃取。相比之下，SDE法得到的致香成分奶香氣味較強，因此，提取奶味成分的方法確定為SDE法。

2.2 萃取劑的選擇

香精香料的主題香是其內(nèi)含多種成分的一種綜合性表現(xiàn)，其化學組分較復雜，色譜圖譜要求盡可能地體現(xiàn)所有有效成分的原始數(shù)據(jù)，包含更大的信息量，因此對于提取方法來說選擇合適的萃取劑對有效的萃取目標化合物至關重要。試驗以萃取劑為單因素，考查了乙醚、石油醚、二氯甲烷3種不同選擇性的萃取劑對奶油中致香成分的萃取效果。

不同的萃取劑SDE法的提取效果的影響見表3。

表3 不同的萃取劑SDE法的提取效果的影響

由表3可知，采用SDE法時，以二氯甲烷作為萃取劑的提取效果最好。在收集萃取液時，由于奶味成分的易揮發(fā)性和萃取過程中餾液的回流，應把儀器一端的萃取劑作為萃取液收集起來，以增加奶味成分的微量成分和濃度。

以乙醚為萃取劑時，取蒸餾液的上層溶液作為萃取液，吸水濃縮后可聞到較強的奶香味，同時乙醚的刺激性氣味也較為濃烈，石油醚的刺激性氣味相對較低，但用它作為萃取劑進行同時蒸餾萃取時，奶香味也相對較弱。用二氯甲烷提取奶油致香成分時，濃縮后的成品帶有淡淡的黃色，可聞到二氯甲烷的氣味中帶有強烈的奶香味。因此選二氯甲烷作為SDE法的萃取劑。

SDE法對微量成分具有定量高效提取率，高沸點、低揮發(fā)性的物質，以及長鏈羧酸、醛、酮、酯類檢測效果良好[6-7]，但是對于一些水溶性的物質，如醇類物質的水溶性很強，很難用同時蒸餾萃取到，試驗利用正己烷萃取法作為對SDE法的互補[8-10]。

2.3 正己烷萃取法的結果分析

2.3.1 色譜條件選擇[11-12]

考慮到被測樣品的物性及對柱子的保護，選用RTX-5MS型石英毛細管柱，此柱可耐受300℃的高溫，可分析出香精中的高沸點組分、防止阻塞色譜柱。奶油香精中部分呈香物質沸點較低，選擇出峰時間50℃；選擇升溫速率2℃/min，可保證致香物質完全分離出來。

2.3.2 奶油和香基A的分離與定性結果

奶油的總離子流程圖見圖1，香基A的總離子流程圖見圖2。

圖1 奶油的總離子流程圖

圖2 香基A的總離子流程圖

按所列試驗條件對奶油和香基A進行分析，檢索Whiley 275.D標準質譜圖譜對分離的化合物進行譜圖解析，確認奶油中主要的7種致香成分，香基A中主要的12種致香成分，對峰面積歸一化法處理，得到各組分的相對含量。

奶油中主要致香成分鑒定結果見表4，香基A中主要致香成分鑒定結果見表5。

由表4可知，奶油中的致香成分主要為中短鏈脂肪酸，如己酸、辛酸、正癸酸、十二烷酸，各化合物之間的組成及含量不同。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、縮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，但二者都提取出較高含量的中短鏈脂肪酸。

表4 奶油中主要致香成分鑒定結果

表5 香基A中主要致香成分鑒定結果

2.4 SDE法的結果分析

奶油的總離子流程圖（SDE法）見圖3，香基A的總離子流程圖（SDE法） 見圖4，香基B的總離子流程圖（SDE法） 見圖5，香基C的總離子流程圖（SDE法）見圖6，香基D的總離子流程圖（SDE法） 見圖7。

按試驗方法中所列實驗條件對奶油和香基A，B，C，D進行分析，檢索Whiley275.D標準質譜圖譜對分離的化合物進行譜圖解析，確認奶油中主要的15種致香成分，香基A中主要的18種致香成分，香基B中主要的11種致香成分，香基C，D中檢測不出致香成分的存在，對峰面積歸一化法處理，得到各組分的相對含量，各組分的匹配率均可達到85%以上，定性的準確度高。

奶油中主要致香成分鑒定結果（SDE法） 見表6，香基A中主要致香成分鑒定結果（SDE法）見表7，香基B中主要致香成分鑒定結果（SDE法）見表8。

圖3 奶油的總離子流程圖（SDE法）

圖4 香基A的總離子流程圖（SDE法）

圖5 香基B的總離子流程圖（SDE法）

圖6 香基C的總離子流程圖（SDE法）

圖7 香基D的總離子流程圖（SDE法）

表6 奶油中主要致香成分鑒定結果（SDE法）

表7 香基A中主要致香成分鑒定結果（SDE法）

表8 香基B中主要致香成分鑒定結果（SDE法）

奶香的致香成分主要是酸類、內(nèi)酯類、酮類等化合物，其中酸類有丁酸、己酸、辛酸、癸酸、十二酸、十四酸等；內(nèi)酯類有丁位癸內(nèi)酯、丁位十二內(nèi)酯等；酮類有丁二酮、甲基的系列酮；醇類有己醇、辛醇、癸醇等；醛類有辛醛、癸醛、庚烯醛等。這些香氣成分以一定的比例組合到一起就形成了奶味香氣。其中，雙乙酰（即丁二酮）是奶香香氣的主要成分。奶味香氣主要是由低級脂肪酸、羰基化合物和極微量的揮發(fā)性成分組成。中短鏈脂肪酸對奶味香氣直接貢獻較大，是構成奶香的直接因素。

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、硬脂酸和酯類等；香基B主要的致香成分有己酸、辛酸、正癸酸、2-庚酮和酯類等。由此可見，奶油、香基A、香基B的香氣不同，各化合物之間的組成及含量也不同，但主要的致香成分均為中短鏈脂肪酸。

3 結論

正己烷萃取法具有操作簡單快速，可反復操作、萃取相穩(wěn)定、測定結果準確可靠、靈敏度高等優(yōu)點。奶油的脂肪含量在85%以上，分析結果顯示主要的致香成分為中短鏈脂肪酸，說明正己烷對中短鏈脂肪酸的萃取效果非常好，香基A的分析結果也證實了這一點。中短鏈脂肪酸對奶味香氣直接貢獻較大，是構成奶香的直接因素。奶香組分一般包括醇類、醛類、酸類、酮類、酯類、內(nèi)酯、硫化物等，而酮類化合物是天然奶香的最主要貢獻組分。正己烷萃取奶油和香基A的分析結果并無此類化合物的存在，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遠比正己烷萃取法的效果好，由于樣品的脂肪含量高，2種方法分析得出的主要致香成分均為中短鏈脂肪酸，SDE法的分析結果還表明奶油的致香成分還有酯類和酮類，但含量均較低。

香基A主要的致香成分有正癸酸、十二烷酸、正十六酸、油酸、硬脂酸和酯類等；香基B主要的致香成分有己酸、辛酸、正癸酸、2-庚酮和酯類等。香基A與香基B比較，檢測出更多的酸類化合物，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法檢測出較多的致香成分，可能的原因有：①酶解產(chǎn)物的酸價在20～30 mg KOH/g脂肪內(nèi)，其產(chǎn)品奶香濃郁、柔和，具有淡淡的甜奶味，酶解適度。酸價低于此范圍，酶解產(chǎn)物產(chǎn)香不足；酸價過高，酶解過度會產(chǎn)生酸味和難以接受的油膩感。②酸價是奶味香精產(chǎn)香的一個重要指標，但是酸價的確定卻很難控制，沒有規(guī)律性，這使得在試驗過程中造成很大不便，對此，采用了以時間代替酸價來確定酶解終點，可操作性強。③以純奶油為底物與以加入適量乳清液為底物比較得出，加入適量乳清液的，其水解產(chǎn)物除了奶香濃郁外，還使香味更加柔和，具有淡淡的奶香甜味，風味風格更加獨特。

香基B用SDE法分析檢測出的致香成分有中短鏈脂肪酸，酮類、酯類，香味較好，可能存在的因素有酸價的影響和酶的專一性。香基B的酸價為18～21，酸價太高或太低均會造成香基氣味不好。酸價太低，酶解產(chǎn)物少，香氣不足；酸價太高，會生成不好的成分，影響香氣味道。此外，有可能酶A對中短鏈脂肪酸的專一性很強，因此能夠酶解出較多的香氣成分。

香基C，D用SDE法分析檢測不出致香成分的存在，可能的原因有：①香基制備后，沒有立即進行提取和氣質分析，雖然在低溫下保存，但仍有可能造成香氣成分的損失或變化。②在發(fā)酵過程結束后，樣品在85℃水浴條件下滅菌15 min，長時間的高溫條件可能造成奶味成分的變化或大量揮發(fā)。③在香基制備過程中，發(fā)酵后的樣品直接進行滅菌操作，沒有一段時間的成熟過程，也可能造成風味的不足。