頂空固相微萃取-氣質聯用法測定哈爾濱紅腸的揮發性風味物質

潘麗軍，何宇潔，蔡克周，姜紹通

(合肥工業大學生物與食品工程學院，安徽省農產品精深加工重點實驗室，安徽 合肥 230009)

頂空固相微萃取-氣質聯用法測定哈爾濱紅腸的揮發性風味物質

潘麗軍，何宇潔，蔡克周，姜紹通

(合肥工業大學生物與食品工程學院，安徽省農產品精深加工重點實驗室，安徽 合肥 230009)

為進一步探明煙熏灌腸類食品的風味特征，以哈爾濱紅腸為對象，采用頂空固相微萃取制備樣品，聯合氣質聯用測定其主要揮發性物質。通過比較不同萃取頭、萃取溫度以及萃取時間對萃取效果的影響，獲得較適的萃取條件：50/30μm DVB/CAR/PDMS萃取頭、萃取溫度50℃、萃取時間50min。采用氣質聯用對解吸物進行測定的結果表明，其揮發性風味物質的主要成分中醛類占17.59%、酮類占7.01%、酚類占7.27%、醇類占12.29%、烯萜類占9.39%、烷烴類占6.14%、含硫化合物占27.38%、雜環化合物占7.01%。

頂空固相微萃取；氣質聯用；揮發性風味物質；哈爾濱紅腸

哈爾濱紅腸，又稱里道斯腸，它是1900年前后由于修筑中長鐵路而從俄羅斯傳入我國，因其肉經過加硝腌制和熏烤，成品為棗紅色，所以稱其紅腸，又因其傳入地和產地同屬哈爾濱，所以稱其為哈爾濱紅腸[1]。紅腸在歐式加工制作方法的基礎上經過多年的技術改良，更具中式特色，如今已成為深受大眾喜愛的煙熏灌腸類食品。哈爾濱紅腸選料嚴謹，配方考究，加工精細，獨具匠心。哈爾濱紅腸的三大特點：一是蒜香襲人，和肉味搭配起來異常協調；二是肥而不膩，紅腸里面有許多肥肉丁，吃起來香卻不覺得油膩；三是熏烤得當，這是紅腸工藝中最具特色的，熏烤消耗掉部分油脂，使口感清爽，并在表皮留下迷人的煙熏氣味[2]。但是，迄今為止對哈爾濱紅腸的揮發性香氣成分的分析仍不甚清楚，這主要由于香氣成分復雜，含量又極其微小，揮發在空氣中不易收集制備合適的樣品。

固相微萃取(solid phase microextraction，SPME)是20世紀90年代初提出并發展起來的新穎的樣品前處理技術[3]。微萃取具有敏感、選擇性好、不用溶劑、操作簡單快速、能自動化的優良特性，在食品香氣成分分析上的應用近年已得到蓬勃發展[4-5]。相對于SPME直接取樣而言，頂空固相微萃取(HS-SPME)是一種更為有效的分離技術，首先HS-SPME達到吸附平衡所用時間短，另外萃取纖維置于樣品頂部上空，這樣纖維涂層可免受液體樣品中的一些非揮發性組分的污染，樣品的pH值也可任意調節而不影響纖維涂層的正常使用。本實驗采用頂空固相微萃取聯合氣質(gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS)聯用分析哈爾濱紅腸的揮發性成分，通過萃取頭的篩選和萃取條件的優化，獲得較佳的萃取工藝參數；并在該條件下對哈爾濱紅腸的風味進行定性定量分析，為進一步探明傳統肉制品的風味特征以及采用頂空固相微萃取與氣質聯用法研究其他食品風味物質提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

哈爾濱紅腸(產地哈爾濱) 哈爾濱秋林里道斯食品有限責任公司。

QP 2010氣相色譜-質譜聯用儀 日本島津公司；SPME手動進樣手柄及萃取頭(100μm PDMS、65μm PDMS/DVB、75μm CAR/PDMS、50/30μm DVB/CAR/PDMS) 美國Supelco公司。

1.2 方法

1.2.1 色譜條件

色譜柱：DB-5ms石英毛細柱(60m×0.32mm，1μm)；升溫程序：起始溫度40℃，保持2min，然后以10℃/min的升溫速率升溫到90℃，再以4℃/min的升溫速率升溫到200℃，最后以15℃/min的升溫速率升溫到220℃，保持2min；汽化室溫度：250℃；載氣(He)流速2.0mL/min；分流比：1∶1。

1.2.2 質譜條件

電子轟擊(EI)離子源；電子能量70eV；燈絲發射電流200μA，離子源溫度為240℃，接口溫度250℃，質量掃描范圍m/z35～450。

1.3 頂空固相微萃取實驗

1.3.1 萃取頭的老化處理

萃取頭首次使用前，需要在氣相色譜進樣口于270℃老化2h以上，以后使用前需于270℃處理30min，以確保脫去其可能吸附的揮發性成分。取2g切碎的原料肉置于15mL的樣品瓶中，將SPME針管插入樣品瓶，調整并固定萃取頭在樣品瓶中的位置，伸出纖維頭。待吸附完畢，縮回纖維頭，抽出針頭，將萃取頭插入GCMS聯用儀，于250℃解吸2min，進行GC-MS檢測分析。

1.3.2 萃取工藝條件實驗

固相微萃取過程中考察影響萃取效果的主要因素包括萃取頭的種類、萃取溫度、萃取時間。實驗以總峰面積和檢出峰的個數為指標來考察各因素對頂空固相微萃取效果的影響。

1.4 數據處理

1.4.1 定性分析

化合物經計算機檢索與計算機標準譜圖庫NIST中的數據比較(最大值1000)，相似指數(SI)800以上為確認化合物。HS-SPME法萃取的缺陷之一是圖譜中會出現少量由萃取頭帶來的硅氧烷類雜質峰，在對樣品分析時應扣除這類雜質峰。

1.4.2 定量分析

按峰面積歸一法計算相對含量。

2 結果與分析

2.1 不同萃取頭的影響

萃取頭是整個SPME裝置的核心[6]，不同固定相所構成的萃取頭對物質的萃取吸附能力是不同的。實驗采用的4種萃取頭分別為100μm PDMS、65μm PDMS/DVB、75μm CAR/PDMS、50/30μm DVB/CAR/PDMS，在吸附溫度40℃，吸附時間40min，解吸時間2min條件下進行萃取實驗，結果見圖1。

圖1 不同萃取頭的萃取效果Fig.1 Effect of fiber coating material on extraction efficiency

由圖1看出，對哈爾濱紅腸揮發性成分的總吸附量來說，50/30μm DVB/CAR/PDMS(總峰面積為1.65×1010)顯示出良好的吸附能力，吸附量最大，其次為75μm CAR/PDMS(總峰面積1.04×1010)，65μm PDMS/DVB(總峰面積0.94×1010)和100μm PDMS(總峰面積0.27×1010)，說明50/30μm DVB/CAR/PDMS的吸附能力比其他的萃取頭強。吸附揮發性成分數目最多的是50/30μm DVB/CAR/PDMS，其次為65μm PDMS/DVB，75μm CAR/PDMS和100μm PDMS。對哈爾濱紅腸而言，50/30μm DVB/CAR/PDMS萃取頭更加合適，不僅分離出的成分比較多，而且吸附能力也強。另外在近年的研究論文中，有學者針對此前研究者遇到的定量測定問題，認為采用DVB/CAR/PDMS萃取頭對于易揮發性組分和極性化合物的分析更為有效[7]。因而選擇50/30μm DVB/CAR/PDMS作為實驗用萃取頭。

表1 哈爾濱紅腸樣品的分析結果(n=3)Table 1 GC-MS analysis of Harbin Sausage sample (n = 3)

續表1

2.2 萃取溫度的影響

圖2 不同萃取溫度的萃取效果Fig.2 Effect of extraction temperature on extraction efficiency

采用50/30μm DVB/CAR/PDMS萃取頭，在吸附溫度分別20、30、40、50、60℃，吸附時間40min，解吸時間2min條件下進行萃取實驗，結果見圖2。

萃取溫度對SPME法的影響具有雙重效應：通常升高溫度時，液體內分子熱運動加快，有利于分析物在基質中的擴散(提高分析物在頂空的分配)，縮短平衡時間、加快分析速度，尤其對于頂空固相微萃取；但升高溫度也可使分析物在涂層與基質中的分配系數降低，涂層對分析物的吸附量減小，影響SPME法的靈敏度[8]。

從圖2看出，隨著萃取溫度的升高，總峰面積一直趨于上升，但是峰的數目在50℃時達到最大值，60℃時峰的個數有所下降，并且在60℃時硅氧烷類雜質峰的個數明顯增加。因此，選用50℃作為萃取溫度。

2.3 萃取時間的影響

萃取頭為50/30μm DVB/CAR/PDMS，吸附時間20、40、50、60min，吸附溫度50℃，解吸時間2min條件下，進行萃取實驗，結果見圖3。

圖3 不同萃取時間的萃取效果Fig.3 Effect of extraction time on extraction efficiency

從圖3可以看出，隨著萃取時間的延長，總峰面積呈上升趨勢，但是增幅不大。20～50min時，隨著萃取時間的延長，峰的個數增加，但是由于存在吸附-解吸平衡問題，60min時檢出的峰個數卻減少了。因此，選擇50min為萃取時間，此時檢出的化合物種類最多，吸附的樣品量也足夠用于氣質聯用分析。

2.4 哈爾濱紅腸揮發性成分的分析鑒定

樣品用50/30μm DVB/CAR/PDMS萃取頭在50℃萃取50min后用GC-MS檢測，通過譜庫檢索鑒定出94種揮發性風味化合物，其中酚類12種、醇類6種、酮類16種、醛類17種、酸類2種、酯類3種、呋喃類2種、烯萜類10種、烷烴類6種、含硫化合物6種，其他為含氮或雜環化合物，揮發性風味化合物的相對含量見表1。

哈爾濱紅腸有強烈的蒜香味，從表1可以看出，揮發性成分中有27.38%的含硫化合物，其中二烯丙基一硫醚、3-乙烯基-1,2-二硫雜-4-環己烯及3-乙烯基-1,2-二硫雜-5-環己烯都是大蒜素的主要風味物質[9]，后兩者是由蒜素熱分解生成的硫代丙烯醛發生二聚反應形成的[10-11]。哈爾濱紅腸的另一特色就是煙熏味濃郁，這主要來自酚類(含7.27%)、呋喃及其衍生物，醛與酚的氧化聚合反應及同肉蛋白的褐變反應造成了加工肉食中煙熏色澤的形成[12]。風味物質中醛類占17.59%，醇類占12.29%。由于醛類閾值較低，對哈紅腸的整體香味貢獻很大，脂類氧化是產生這些醛類的主要原因，大分子量的醛類因其揮發性較低，所以應該對香腸的風味貢獻不大，它們對于風味形成的作用只是在于低分子量醛類和酮類物質的前體物[13]。其中，糠醛是美拉德反應的特征產物[14]。醇類可能來自化學降解，也可能涉及部分微生物活動[15]。揮發性成分中含有7.01%的酮類，一般是由美拉德反應生成，也可能是由脂類降解、氧化或其進一步反應生成。風味物質中的烷烴類占6.14%，因其閾值較高，對哈紅腸的風味沒有太大貢獻[16]。哈紅腸中還有一些烯萜類化合物的含量也比較高，占9.39%。本研究檢測出的某些雜環化合物，含量占7.01%，可能來源于氨基酸和還原糖之間的美拉德反應、氨基酸的熱解及硫胺素的熱解等反應[17]。

3 結 論

3.1 對4種不同萃取頭的比較結果表明，50/30μm DVB/CAR/PDMS萃取頭對哈爾濱紅腸的風味物質有較好的吸附能力；綜合考察萃取條件確立的較優組合參數為50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取頭、萃取溫度50℃、萃取時間50min。

3.2 哈爾濱紅腸中揮發性成分主要是含硫化合物占27.38%，醇類化合物占12.29%，醛類化合物占17.59%，烯萜類化合物占9.39%，酚類化合物占7.27%，酮類化合物占7.01%，另外還有一些酸類、酯類、烷烴及雜環化合物。

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Volatile Analysis of Harbin Sausage by Head Space Solid Phase Microextraction and Gas Chromatography-Mass Spectrometry

PAN Li-jun，HE Yu-jie，CAI Ke-zhou，JIANG Shao-tong
(Key Laboratory for Agricultural Products Processing of Anhui Province, School of Biotechnology and Food Engineering,Hefei University of Technology, Hefei 230009, China)

The volatile flavor compounds in Harbin Sausage was extracted by head space solid phase microextraction (HSSPME) technique and determined by capillary gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). The types of SPME fibers,extraction time, and extraction temperature were optimized in this study. The optimum extraction conditions were obtained as follows∶ 50/30μm DVB/CAR/PDMS fiber, adsorption time was 50min at 50℃. Aldehydes, ketones, phenols, alcohols, terpenes,alkanes, sulfur compounds and heterocyclic compounds were the major flavor compounds of Harbin Sausage with relative content of 17.59%, 7.01%, 7.27%, 12.29%, 9.39%, 6.14%, 27.38%, 7.01%, respectively.

head space solid phase microextraction；gas chromatography-mass spectrometry；volatile flavor compounds；harbin Sausage

TS207.3

A

1002-6630(2012)10-0232-05

2011-05-31

安徽省戰略性新興產業項目(11010301017)

潘麗軍(1955—)，女，教授，碩士，研究方向為農產品資源綜合利用。E-mail：panlijun1955@163.com