奶香風(fēng)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(xué)院，廣東廣州 510550）

奶味香精是食品工業(yè)中應(yīng)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(yàn)[1-3]。試驗(yàn)研究了奶香風(fēng)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(yàn)所確定的提取方法和萃取劑來分析自制的香基。結(jié)合GC-MS聯(lián)用技術(shù)，以確定奶味香氣的主要致香成分。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

光明奶油，購于當(dāng)?shù)丶覙犯３校蛔灾葡慊鵄，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(shè)備有限公司產(chǎn)品；GC:6890N型氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀，Agilent Technologies公司產(chǎn)品。

1.2 試驗(yàn)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(jī)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(jìn)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(jìn)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(xì)管柱RTX-5MS，30 m×1.25 mm×0.25 mm；氮?dú)鈮毫?0 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(jìn)樣口溫度為290℃，進(jìn)樣方式為分流進(jìn)樣，分流比20∶1。

質(zhì)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(jìn)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(xì)管柱；分流比30∶1，進(jìn)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(zhì)譜條件：EI源，電離電壓70 eV，離子源溫度230℃，四極桿溫度150℃，質(zhì)量掃描范圍50～550 amu。

1.2.4 香氣強(qiáng)度評價對奶味致香成分的香氣強(qiáng)度進(jìn)行感官評價。香氣評價標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 香氣評價標(biāo)準(zhǔn)

2 結(jié)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(yàn)方法從奶油中提取得到奶味的致香成分。對香氣成分進(jìn)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(jìn)行的，某一些沸點(diǎn)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(qiáng)，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(xué)組分較復(fù)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(biāo)化合物至關(guān)重要。試驗(yàn)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(yīng)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(qiáng)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(jìn)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(qiáng)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(diǎn)、低揮發(fā)性的物質(zhì)，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(zhì)，如醇類物質(zhì)的水溶性很強(qiáng)，很難用同時蒸餾萃取到，試驗(yàn)利用正己烷萃取法作為對SDE法的互補(bǔ)[8-10]。

2.3 正己烷萃取法的結(jié)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(hù)，選用RTX-5MS型石英毛細(xì)管柱，此柱可耐受300℃的高溫，可分析出香精中的高沸點(diǎn)組分、防止阻塞色譜柱。奶油香精中部分呈香物質(zhì)沸點(diǎn)較低，選擇出峰時間50℃；選擇升溫速率2℃/min，可保證致香物質(zhì)完全分離出來。

2.3.2 奶油和香基A的分離與定性結(jié)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(yàn)條件對奶油和香基A進(jìn)行分析，檢索Whiley 275.D標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜圖譜對分離的化合物進(jìn)行譜圖解析，確認(rèn)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(jié)果見表4，香基A中主要致香成分鑒定結(jié)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(jié)果

表5 香基A中主要致香成分鑒定結(jié)果

2.4 SDE法的結(jié)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(yàn)方法中所列實(shí)驗(yàn)條件對奶油和香基A，B，C，D進(jìn)行分析，檢索Whiley275.D標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜圖譜對分離的化合物進(jìn)行譜圖解析，確認(rèn)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(dá)到85%以上，定性的準(zhǔn)確度高。

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

表7 香基A中主要致香成分鑒定結(jié)果（SDE法）

表8 香基B中主要致香成分鑒定結(jié)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(xiàn)較大，是構(gòu)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(jié)論

正己烷萃取法具有操作簡單快速，可反復(fù)操作、萃取相穩(wěn)定、測定結(jié)果準(zhǔn)確可靠、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。奶油的脂肪含量在85%以上，分析結(jié)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(jié)果也證實(shí)了這一點(diǎn)。中短鏈脂肪酸對奶味香氣直接貢獻(xiàn)較大，是構(gòu)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(xiàn)組分。正己烷萃取奶油和香基A的分析結(jié)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(yuǎn)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(jié)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(biāo)，但是酸價的確定卻很難控制，沒有規(guī)律性，這使得在試驗(yàn)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(diǎn)，可操作性強(qiáng)。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(fēng)味風(fēng)格更加獨(dú)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(qiáng)，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(jìn)行提取和氣質(zhì)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(jié)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(jìn)行滅菌操作，沒有一段時間的成熟過程，也可能造成風(fēng)味的不足。