同時蒸餾萃取技術在食品分析中的應用

安紅梅，尹建軍，2，*，張曉磊，2，柯潤輝，2，宋全厚，2

（1.中國食品發酵工業研究院，北京 100027；2.國家食品質量監督檢驗中心，北京 100027）

同時蒸餾萃取技術在食品分析中的應用

安紅梅1，尹建軍1，2，*，張曉磊1，2，柯潤輝1，2，宋全厚1，2

（1.中國食品發酵工業研究院，北京 100027；2.國家食品質量監督檢驗中心，北京 100027）

同時蒸餾萃取技術（SDE）是當今使用極其廣泛的樣品前處理方法，簡要介紹SDE裝置的發展以及與其他樣品制備技術的聯用，闡述了SDE在國內食品香味成分分析中的應用，并對其在食品分析應用中存在的問題進行討論。

同時蒸餾萃取；香味成分；食品分析

同時蒸餾萃取（Simultaneous Distillation Extraction，SDE）是由Likens和Nickerson于1964年首次設計的樣品前處理技術[1]，通過同時加熱樣品與有機溶劑至沸騰，從而實現蒸餾和提取同時進行。它不同于傳統的液液萃取以及水蒸氣蒸餾萃取，將芳香成分的濃縮與分離合二為一，因其具有良好的重復性和較高的萃取量，且操作簡便、定性定量效果好，使其成為一種行之有效的前處理方法。目前，SDE技術廣泛應用于食品分析、飲料、香精香料以及藥物化學和發酵等行業中。本文就同時蒸餾萃取的發展歷程作簡要回顧，并就其在食品分析中的應用現狀以及該技術的優缺點進行探討。

1 同時蒸餾萃取裝置的簡介及相應技術的發展

1.1 同時蒸餾萃取裝置簡介

同時蒸餾萃取（SDE）裝置如圖1所示，溶劑置于A側燒瓶中，樣品置于B側燒瓶中，兩瓶分別加熱至沸，樣品蒸汽和溶劑蒸汽同時在冷凝器中冷凝下來，樣品香氣成分被溶劑萃取，載有樣品的水相和溶劑相在裝置C側U形管中分層。隨著萃取的進行，兩相分別回流至兩側燒瓶中，蒸餾萃取過程循環進行，只需要少量溶劑就可提取大量樣品，香氣成分得以濃縮。萃取結束后，收集裝置A側燒瓶和C側U形管中的溶劑相，將合并的溶劑相脫水、濃縮后即可用于測定。關于SDE試驗條件的優化，Alain Chaintreau等對所用溶劑、萃取時間、pH、萃取溫度、鹽析作用等參數和選擇原則進行了闡述[2]。

1.2 SDE裝置的發展

為了克服Likens-Nickerson裝置需要對萃取液進行后濃縮的缺陷，Godefroot等設計出了一種微型SDE裝置[3]，該裝置能直接用吹掃氣體將含有揮發性組分的有機相濃縮到1 mL，不需任何后濃縮技術即可直接上機分析，因此廣泛應用于香味提取實驗室。Seidel和Lindner等在Godefroot的基礎上設計了從土壤中分離農藥的裝置[4]，該裝置將水蒸氣直接通入樣品瓶中，采用水浴加熱，最終的檢出限是0.05μg/L。同時，Augusto等也對SDE裝置進行了適當改造，改造后的裝置與Godefroot裝置有異曲同工之處，不同之處在于分離室的位置低于溶劑回流室的最低點，該裝置所允許使用的溶劑密度可低于水，比如戊烷，乙酸乙酯等[5]。

但是，所有常壓SDE（A-SDE）存在一些普遍問題。一是污染，不僅是溶劑還是蒸餾水帶來的污染都會給所分離物質的定性帶來困難；二是氧化反應，很多樣品中的一些敏感物質極易氧化，如一些不飽和脂肪酸，萜類等在高溫下常發生氧化反應；三是熱反應，伴隨著高溫長時間蒸餾，一些酯化反應，美拉德反應以及降解反應都可能引入一些新的物質。為克服此難題，減壓同時蒸餾萃取（V-SDE）應運而生。其中，Flath和Forrey設計了一種V-SDE裝置，它可在一定程度上降低溶劑與樣品的加熱溫度，Schultz使用該減壓SDE裝置得到的回收率與A-SDE相似，但3-羥基己酸乙酯的回收率較低[2]。然而，Leahy和Reineccius使用Flath的裝置驗證了ASDE和V-SDE的回收率，結論是后者略低于前者。上述的V-SDE裝置中的樣品瓶的溫度一般控制在45℃～65℃之間。但Mitsuya Shimoda等的研究表明，V-SDE裝置中當樣品瓶溫度加熱到70℃時就會發生熱降解反應[6]。為此，很多研究者嘗試在高真空下降低樣品瓶溫度，其中以L.Maigniala于1992年提出的靜態真空裝置最具代表性[7]，為了避免真空泵給溶劑帶來的損失，該裝置使用一個閥門來調節真空壓力使其處于穩定的高真空狀態，此時樣品溫度室溫即可，但所需溶劑必須為庚烷、辛烷、異辛烷、甲苯或2-戊酮等。

2 同時蒸餾萃取與其他樣品制備技術的聯用

目前樣品提取方法有很多，如水蒸氣蒸餾（WSD）、同時蒸餾萃取（SDE）、超聲溶劑萃取（USC）、加速溶劑萃取（ASE）、微波輔助萃取（MAE）、液相微萃取（LPME）等，每種方法都有各自的優缺點，若將不同的提取方法與同時蒸餾萃取結合起來，揚長補短，這樣會給樣品制備帶來新紀元。

國內姚曉軍等對SDE裝置進行適當的改進[8]，將其發展成整合同時蒸餾萃取裝置（ISDE），該裝置在一定程度上可以看成是蒸汽蒸餾和同時蒸餾萃取相結合，其優點在于裝置簡單、溶劑消耗量較少、無需溶劑加熱裝置、且萃取時間較短。其創新點在于萃取瓶中的帶孔的隔膜板及萃取瓶外層的冷凝裝置，不僅可以增加兩相萃取的接觸面積和萃取時間，還可減少溶劑的揮發。該研究團隊將ISDE方法與SDE方法進行了比較，結果表明兩者得到的中草藥的揮發性油成分相仿。

M.A.Ferhat將微波萃取與同時蒸餾萃取相結合[9]，設計了微波-同時蒸餾萃取裝置（MW-SDE），該裝置采用微波加熱法，萃取室下層為水相，上層為有機相，水相可回流至樣品瓶中，以便于循環蒸餾萃取。優點是溶劑消耗少，萃取時間短并集分離提取濃縮于一步。作者將MW-SDE與SDE所得結果進行比較，結果MW-SDE定性了92種揮發性物質，而SDE則得到了121種化合物，2種方法所得主體揮發性成分的種類相似。由于微波加熱揮發性物質蒸發較快，因此MW-SDE所得揮發性組分含量較SDE相對較低，但MW-SDE萃取單萜類含量較高。

另外，同時蒸餾萃取也可與液相微萃取結合使用。同時蒸餾-靜置頂空液相微萃取（SHD-SHLPME）就是將SDE與HS-LPME結合的一種新型萃取技術[10]。國外已有學者用SHD-SHLPME對植物精油進行了萃取，如M.Jalali Heravi采用SHD-SHLPME萃取了蒿精油[11]，結合GC-MS鑒定出56種有效成分。其原理是在樣品瓶中加適量樣品和水進行煮沸，有機萃取相（1 μL）裝于微型注射器中，并添加適量內標通過隔墊插入樣品瓶的頂空部位。當上升的水蒸氣回流后，微型注射器的活塞因為氣壓作用向下運動，從而使有機萃取液滴懸吊在針頭上，這時萃取過程開始。萃取結束后，微型注射器即可直接用于測定。

多年來，科研工作者致力于設計開發更節約資源、污染更少的SDE裝置。目前，SDE與其他樣品制備技術的聯用旨在實現這一目的，這無疑拓展了樣品前處理的思路，如何將不同種提取技術結合起來并發揮各自方法的優勢成為目前應用的重點。

3 SDE在食品分析中的應用

SDE技術自問世以來在食品分析中的應用獲得迅猛發展，截止2011年5月，中國學術文獻網絡出版總庫中主體含有SDE的文獻初步統計共有142篇，應用領域涉及酒類、乳制品、谷物、蔬菜、水果、肉制品、果汁飲料等食品行業，主要包括以下幾方面的研究工作。

3.1 SDE在酒類產品中的應用

同時蒸餾萃取在國內酒類分析中的報道始于1986年，沈國惠等對封缸酒揮發性風味成分的研究[12]。該研究采用經Schultz改進的Linkens-Nickerson減壓同時蒸餾萃取裝置，以正己烷作為萃取溶劑，共鑒定出了43種化合物，以酯類居多。1987年，沈國惠等又對新、陳封缸酒揮發性風味成分做了比較[13]，結果顯示陳酒在老熟過程中會產生糠醛以及大量酯類。Philippe Perpe`te等將液液萃取（LLE）和同時蒸餾萃取（SDE）結合起來分析無醇啤酒中產生異味的主要物質——1-甲基丙醛[14]，該物質在以往報道的文獻中采用其他前處理方法均無法檢測到。張曉磊等對白酒釀造副產物黃水中揮發性化合物進行了研究[15]，采用SDE和頂空-固相微萃取（HS-SPME）結合GC/MS對黃水中揮發性組分進行了分析研究。

3.2 SDE在乳制品中的應用

國內應用SDE技術于發酵乳風味物質的研究，主要有王偉軍使用SDE-GC/MS測定發酵乳中揮發性風味物質[16]，在嗜熱鏈球菌發酵乳中共鑒定出13種相關風味成分，其中主要風味物質為2，3－丁二酮和2，3－戊二酮。隨后，王偉軍又對5株唾液鏈球菌嗜熱亞種發酵乳中風味物質進行了定性及定量分析，共涉及六大類：酸類化合物、酯類化合物、醇類化合物、羰基化合物、芳環和雜環化合物，其中2,3-丁二酮是5株菌代謝的主要風味物質[17]。而對于其它乳制品如干酪等，國內也有學者進行相關風味物質的研究，如衣宇佳等采用同時蒸餾萃取和固相微萃取法提取國產干酪中風味物質[18]，前者對高沸點、低揮發性的物質以及長鏈羧酸、醛、酮、酯類檢測效果良好；后者對低沸點的醇類、羧酸類以及含硫化合物都有較好的檢出。

3.3 SDE在大米及其它谷物中的應用

目前SDE方法在檢測稻米風味品質方面有較多的應用。Riana Widjaja等采用該方法對香米和非香米中揮發性成分進行提取[19]，得到70種揮發性物質，其中飽和醛、2－烯醛、2，4－二烯醛、2－乙酰基－1－吡咯啉等物質的含量較高，而香米中2-乙酰基-1-吡咯啉的含量高于非香米，這可能是香米氣味較佳的原因。相似的研究還有Magnus Jezussek等[20]。Sugunya Mahatheeranont的研究表明生米中的揮發性物質主要是一些烴類化合物，香味成分較弱，有別于蒸煮香米的主要香味活性成分[21]。Jae Sung Park等對韓國蒸煮的非香米中的香味活性物質進行了研究[22]，他們通過SDE結合GC/O（氣相色譜嗅覺測量法）鑒定出16種香味活性物質，其中2-甲基-3-巰基呋喃（2-MF）和2-乙酰基-1-吡咯啉（2-AP）被認為是韓國非香米中最有效的香味活性成分，特別是2-MF是該非香米首次確認的香味活性成分的物質。

SDE除了應用于大米的香氣成分分析之外，也適用于其它谷物如蕎麥等的揮發性成分的分析[23]。

3.4 SDE在蔬菜及水果中的應用

國內將SDE技術應用于蔬菜水果中的范例有很多[24-26]。其中，陳凌云結合GC/MS技術對山楂的揮發性化合物進行鑒定[27]。A.Alonso L等在研究抗病番茄和傳統番茄的揮發性成分時比較了SDE、HD和SPME 3種提取技術[28]，結果表明，SPME可以真實反映新鮮番茄的香味活性值，SDE和HD對包括反-3-己烯醛在內的番茄主要香氣成分的萃取發揮了重要作用，而食品中的重要香氣成分2-苯乙醇則只在SDE方法中檢出。

3.5 SDE在其它食品中的應用

SDE在其它食品香味組分方面的應用范圍較廣，包括調味品、零食、肉類等加工產品。Paulin Azokpota對枯草芽孢桿菌菌液產的貝寧調味品的揮發性組分進行了分析，共鑒定出94種揮發性組分[29]。Seung-Joo Lee等對不同類型的豆瓣醬采用SDE和感官分析對其揮發性成分進行分析，并結合多元統計分析技術（主成分分析等）比較不同種豆瓣醬的相關性[30]。SDE技術在肉類的應用，國內報道較多[31-32]。吳昊采用Tenax-Gc吸附-解吸法和SDE 2種方法提取自制牛肉風味料中的香氣成分，經鑒定其中雜環類化合物、含硫氮化合物等共計104種，其中吸附-解吸法適于提取易揮發性化合物，如2-甲基呋喃，而SDE法對提取中高沸點化合物更有效[33]。M.Majcher等比較了SDE、SPME、SAFE結合GC/O和GC/MS技術對馬鈴薯零食進行分析，比較了3種方法對GC/O的香味成分的分離率，指出A-SDE法所得到的揮發性組分最全面，但同時較易引入一些降解產物，如2，5－二甲基-呋喃巰醇、辛醛、壬醛等[34]。另外，SDE技術在茶葉方面的應用也有大量的文獻報道[35-36]。

4 SDE在國內食品分析中存在的問題

雖然SDE技術被公認為是一種能全面提取食品中的揮發性化合物的方法，但同時它也有不可忽視的缺點。由于食品中常含有氨基酸和還原糖等物質，在常壓同時蒸餾萃取（A-SDE）過程中很有可能出現美拉德反應及氧化反應，同時連續蒸餾過程中醇和酸會生成酯類，醇和醛則會合成縮醛類[37]，這將給食品中真實的風味物質的定性以及定量帶來困難[7]，比如A-SDE會引入呋喃衍生物以及棕櫚酸，而在相似的條件下頂空萃取卻不會出現該類物質[5]。L.Maignial驗證了減壓同時蒸餾萃取（V-SDE）裝置可有效防止食品中美拉德反應，從而對食品進行準確的定性及定量分析。

此外，國內的文獻報道僅僅提到采用SDE裝置對食品進行處理，而未對采用的SDE裝置其具體名稱及性能依據做詳細闡述，這其中涉及A-SDE或者V-SDE以及樣品溫度和萃取溶劑溫度等；另一方面則是國內文獻集中在對樣品中所含的揮發性組分進行定性分析，而這大多借助于氣相色譜質譜聯用儀（GC/MS），在定性方面一般采用GC/MS中的第一檢索結果作為定性依據，而未結合色譜保留規律、標準品比對以及此化合物在樣品中存在的可能性做綜合考慮，這難免會造成定性的不準確。因此，國內研究人員需在這兩方面做適當改進，增加實驗的嚴謹性。

5 總結與展望

SDE技術作為一種獲得食品中揮發性成分的重要方法，V-SDE較A-SDE無疑是樣品制備的更好選擇。目前的發展趨勢是如何設計更綠色、更安全、更環保的SDE裝置。另一方面，將SDE技術與其他樣品前處理技術相結合設計新的整合裝置也是當前SDE發展的一個方向，如上文提到的同時蒸餾-靜置頂空液相微萃取（SHD-SHLPME）、微波同時蒸餾萃取（MW-SDE）等，旨在更好地利用各種樣品前處理技術的優點，揚長補短，提高提取效率。

SDE技術在國內食品分析中的應用正飛速發展，研究者在使用這一技術的同時更需深入了解方法的難點所在，只有這樣才能使SDE技術更好地在我國食品分析中進行應用。

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Application of Simultaneous Distillation Extraction in Food Analysis

AN Hong－mei1，YIN Jian－ jun1，2，*，ZHANG Xiao－ lei1，2，KE Run－ hui1，2，SONG Quan－hou1，2
（1.China National Research Institute of Food and Fermentation Industries，Beijing 100027，China；2.National Center for Food Quality Supervision and Testing，Beijing 100027，China）

Simultaneous Distillation Extraction（SDE）has been widely used as a sampling preparation technique.This review briefly introduces the evolution of SDE equitment and its combination with other sample pretreatment techniques.It also summarizes SDE application and its problems in food aroma components analysis.

Simultaneous Distillation Extraction；aroma components；food analysis

安紅梅（1987—），女（回），在讀研究生，研究方向：食品分析。

*通信作者：尹建軍（1966—），男，高級工程師，長期從事食品質量安全技術研發管理工作。

2011-09-20