帶捕集阱的自動化靜態(tài)頂空測定蘋果酯類香氣物質(zhì)

史作安， 王 超， 顏衛(wèi)東， 楊 超

(山東農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)生物學(xué)國家重點實驗室，農(nóng)業(yè)生物學(xué)國家級實驗教學(xué)示范中心，山東泰安 271018)

0 引言

香氣是評價蘋果果實品質(zhì)的重要特征之一。香氣成分的研究不僅能獲得有關(guān)果實天然成分的最基本的化學(xué)信息，而且通過對香氣成分在果實體內(nèi)的研究，為人們在水果品種的選育、貯藏、加工，以及合理調(diào)控方面提供科學(xué)依據(jù)［1-3］。蘋果作為我國少數(shù)具有國際競爭優(yōu)勢的產(chǎn)品，在國際市場上具有重要作用［4-6］。蘋果及其制品的香氣物質(zhì)成分非常復(fù)雜，主要包括酯、醇、醛、萜類物質(zhì)等，其中酯類是構(gòu)成蘋果特征香味最重要的組分［7-9］。

蘋果香氣物質(zhì)的測定一直是我院本科生“園藝植物產(chǎn)品質(zhì)量檢測實驗”的重要內(nèi)容之一，隨著分析儀器和樣品前處理技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的液-液萃取等前處理實驗方法，因為需樣量大、耗時長、花費高，且需要制造大量有機溶劑廢液［10-11］，已經(jīng)被摒棄，并陸續(xù)購置了一臺自動化靜態(tài)頂空氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀(HS-GCMS)和兩臺氣相色譜(GC2014)，自動化靜態(tài)頂空是一種新型的樣品前處理方法，無需溶劑，簡便、快速，自動化程度高，能夠盡可能減少被分析的香氣成分的損失，簡化了傳統(tǒng)風(fēng)味物質(zhì)測定方法的樣品前處理環(huán)節(jié)，使所測揮發(fā)性風(fēng)味成分更接近于天然。

本文以煙臺富士蘋果為材料，采用HS-GC-MS技術(shù)對蘋果中酯類香氣成分進(jìn)行了測定。通過對前處理條件的優(yōu)化，構(gòu)建一種快速、準(zhǔn)確測定蘋果酯類香氣成分的方法，為本科實驗教學(xué)提供指導(dǎo)，為園藝產(chǎn)品品質(zhì)分析提供參考。

1 材料與方法

1.1 樣 品

實驗樣品為商熟期的富士蘋果，采于煙臺龍口黃城精品實驗基地。

1.2 主要儀器和試劑

日本島津公司GC-MS QP2010 Plus氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀;美國PE公司的TurboMatrix 40HS頂空進(jìn)樣器;毛細(xì)管色譜柱為Rtx-1MS(30 m ×0.25 mm×0.25 mm);Rtx-5(30 m × 0.32 mm × 0.25 μm);Stabilwax(R)-DA(30 m ×0.32 mm ×0.25 μm);25 mL 頂空進(jìn)樣瓶，鋁制瓶蓋和硅橡膠墊。3-壬酮標(biāo)準(zhǔn)品(Sigma公司提供)。

1.3 實驗方法

(1)樣品前處理。新鮮水果去皮準(zhǔn)確稱量5 g樣品于25 mL頂空進(jìn)樣瓶中，用硅膠隔墊密封，鋁蓋封口，放入自動頂空進(jìn)樣儀中，待進(jìn)樣。

(2)萃取條件單因素試驗。選取對靜態(tài)頂空影響較大的3個因素(頂空時間、頂空溫度和色譜柱)，控制單因素變量，分別進(jìn)行萃取實驗，依次考察其對蘋果酯類香氣物質(zhì)總峰面積的影響。

(3)GCMS分析條件。進(jìn)樣口溫度200℃;柱溫起始溫度35℃，保持2 min，以8℃/min升至180℃，保持1 min;再以15℃/min上升至230℃，保持4 min;載氣 He(99.999%)，柱流量 1.0 mL/min。

電離方式 EI，電子能量70 eV，離子源溫度200℃，接口溫度230℃。掃描質(zhì)量范圍45～450 u。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實驗分析

(1)頂空溫度對香氣成分的影響。選取30、35、40、45和50℃ 5個頂空溫度梯度，研究不同溫度對蘋果香味成分提取效果的影響，結(jié)果如圖1所示。

圖1 溫度對香氣成分總峰面積的影響

實驗結(jié)果表明:在一定的范圍內(nèi)，溫度越高，萃取效率越高，且在溫度30～45℃，香氣成分總峰面積都明顯增加，當(dāng)溫度達(dá)到45℃時，香氣成分總峰面積達(dá)到最大，隨溫度的升高，達(dá)到45～50℃時，其香氣成分總峰面積逐漸減低，且蘋果褐變嚴(yán)重，因此本實驗選擇頂空溫度為45℃。

(2)頂空時間對香氣成分的影響。在頂空溫度為45℃條件下，設(shè)置20、30、40和50 min 4個平衡時間梯度進(jìn)行頂空分析。

圖2 時間對香氣成分總峰面積的影響

實驗結(jié)果顯示，隨著溫度的升高，其香氣成分總的峰面積升高，到40 min時，其香氣成分總峰面積達(dá)最大值，50 min時，其揮發(fā)成分總的峰面積不再增加，因此本實驗選擇頂空平衡時間為40℃。

綜上所述，帶捕集阱的自動化靜態(tài)頂空和氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用法測定蘋果香氣成分最佳前處理條件為:頂空溫度45℃，時間40 min。

2.2 色譜柱對香氣成分的影響

分別選取3種毛細(xì)管色譜柱:Stabilwax(R)-DA(30 m ×0.32 mm ×0.25 μm);Rtx-5 MS(30 m ×0.32 mm × 0.25 μm);Rtx-1 MS(30 m ×0.25 mm × 0.25 μm)。其中，Stabilwax(R)-DA是一種極性柱;Rtx-5 MS是中性柱;Rtx-1 MS是非極性柱。

3種毛細(xì)管色譜柱分離供試樣品得到的GC-MS總離子流圖經(jīng)計算機譜庫(NIST08)檢索分析。結(jié)果表明，Stabilwax(R)-DA色譜柱分離得到的蘋果中主要酯類香氣成分7種;Rtx-5 MS柱分離得到主要酯類香氣成分17種;Rtx-1 MS柱分離得到主要酯類香氣成分35種。由此可見，Rtx-1 MS柱分離得到酯類香氣成分最多，因此我們選用Rtx-1 MS色譜柱。

圖3 Rtx-1 MS色譜柱分離得到的GC-MS總離子流圖

從表1可以看出，酯類是煙臺富士蘋果的主要化合物，也是其特征香氣的主要貢獻(xiàn)成分［12-13］，其中相對含量較多的化合物包括丁酸乙酯(0.47%)、2-甲基-丁酸乙酯(0.22%)、乙酸丁酯(5.85%)、2-甲基乙酸丁酯(27.21%)、丁酸丙酯 (1.81%)、丙酸丁酯(2.32%)、乙酸戊酯(1.80%)、2-甲基-1-丁酸異丙酯(3.00%)、丁酸丁酯(2.92%)、己酸乙酯(2.00%)、乙酸己酯(17.21%)、2-己烯-1-醇乙酸酯(3.85%)、2-甲基丁酸甲酯(5.23%)、丁酸己酯(4.00%)和2-甲基-丁酸己酯(8.10%)，占總峰面積的85.99%。與王孝娣等［14-15］的研究相比較，本實驗所檢測到的脂類物質(zhì)種類更多，其中2-甲基丁酸甲酯(5.23%)是本實驗中首次檢測到，且相對含量較高。

3 結(jié)語

本文采用帶捕集阱的自動化靜態(tài)頂空和氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)，在頂空溫度45℃，頂空時間40 min，毛細(xì)管色譜柱 Rtx-1 MS(30 m ×0.25 mm ×0.25 μm)條件下，從富士蘋果中分離鑒定出35種酯類香氣成分，丁酸乙酯等15種物質(zhì)相對含量較高，占總香氣物質(zhì)含量的85.99%，實驗數(shù)據(jù)表明該方法準(zhǔn)確、迅速、節(jié)約、環(huán)保。通過對前處理條件的優(yōu)化，構(gòu)建一種快速、準(zhǔn)確測定蘋果酯類香氣成分的方法，為本科實驗教學(xué)提供了理論指導(dǎo)，為園藝產(chǎn)品品質(zhì)分析提供了參考，對其他水果成分的分析也有一定的借鑒作用。

表1 蘋果中主要酯類香氣成分優(yōu)化分析

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