GC-MS法分析不同牛奶香精中的揮發性物質

徐紅斌，張申平，張妮，周靜

上海市質量監督檢驗技術研究院（上海 200233）

各式各樣的乳及乳制品成為人們日常膳食的主要構成之一，因為鮮乳、巴氏殺菌乳或者超高溫滅菌乳的風味物質含量很低[1-2]，市場中出現的“特濃奶”“香濃奶”等產品需要借助奶味香精增強特征風味。市售牛奶香精主要有液體和固體2類，因配方不同，所含風味物質的種類和質量分數各不相同[3]。牛奶香精的制備方法主要有單體香精調配、天然萃取物調制、奶油酶解物調制等[4-6]。

對風味物質的分析主要采用氣相色譜-質譜聯用方法[7-10]，樣品的前處理方法及進樣方式主要有溶劑萃取-液體進樣、直接頂空進樣、固相微萃取（solid phase micro-extraction，SPME）進樣[11-13]。根據風味物質極性由弱到強，風味物質的分離所使用的毛細管氣相色譜柱分別有DB-5MS[14]、VF-1701MS[15]、DBWAX[16]等。對于目標化合物的定量分析，靶向篩查及定量需要標準物質進樣，外標法或者內標法定量分析；非靶向篩查需要借助已建立的化合物質譜信息庫進行檢索，主要是NIST譜庫，根據目標峰面積可得到各個化合物的質量分數。對牛奶香精中揮發性物質的研究較少，早期研究中王蓓等[3]比較不同牛奶香精和稀奶油中的揮發性物質，結果發現調配香精的主要成分是以丁酸酯為代表的酯類，另外壬醛、丁酸等低相對分子質量的醛、酸類質量分數也達到30%以上。牛奶香精配方多種多樣，加強牛奶香精風味物質研究對奶味香精基料與調香工藝的研究具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

5個市售牛奶香精（2個固體、3個液體）分別標記為CW-S、PJ-S、CW-L、PJ-L、CX-L；無水乙醇（色譜純，德國Merck）；氯化鈉，無水硫酸鈉（分析純，國藥集團化學試劑有限公司）。

1.2 儀器與設備

GCMS-QP2010Ultra氣相色譜-質譜聯用儀（配AOC-6000自動進樣器，日本島津公司）；渦旋振蕩器（德國heidolph）；電子天平（感量0.01 g，德國Mettler Toledo公司）。

1.3 樣品前處理方法

1.3.1 液體進樣

液體香精直接用無水乙醇按質量分數0.25%稀釋，用適量無水硫酸鈉干燥后上機；稱取0.125 g固體香精用25 mL水溶解，取10 mL香精溶液加入2 g NaCl，均質混勻，用20 mL乙醚分2次萃取，合并上層萃取液并用乙醚定容至25 mL，用適量無水硫酸鈉干燥后上機。

1.3.2 直接頂空進樣

分別稱取1 g牛奶香精于20 mL頂空進樣瓶中，加入陶瓷均質子。于70 ℃振蕩30 min，進樣量1 mL。

1.3.3 SPME進樣

在飼喂期間，如果飼料的成分單一，蛋白質不足、氨基酸與精氨酸等嚴重缺乏、維生素的比例不當、鹽分不足等，都將給雞帶來營養不足的問題。

樣品稱取同頂空進樣。采用75 μm DVB/CAR/PDMS固相微萃取頭，使用前在老化儀中200 ℃老化5 min，樣品在振蕩器中于70 ℃加熱5 min后，插入萃取頭，吸附30 min，進樣口脫附2 min。

1.4 儀器方法

1.4.1 色譜方法

Stabil-WAX（30 m×0.25 mm，0.25 μm）色譜柱，柱流量1.20 mL/min，分流比33∶1，溶劑延遲3 min。程序升溫：70 ℃保持1 min，10 ℃/min升至120 ℃，保持0.5 min，以4 ℃/min升至205 ℃，以20 ℃/min升至250 ℃，保持3 min。

1.4.2 質譜方法

離子源溫度230 ℃，接口溫度250 ℃，電離電壓70 eV，全掃描模式m/z42～500。

1.5 數據處理

試驗數據分析采用GC-MS Solution軟件，利用NIST17譜庫進行檢索定性，取相似度大于90的化合物作為鑒定結果，按面積歸一化法計算質量分數，使用Origin 9.0軟件繪圖。

2 結果與分析

2.1 不同色譜柱對牛奶香精分析的影響

毛細管色譜柱固定液的種類和厚度直接影響化合物的分離和保留能力。以頂空進樣為例，考察DB-5MS、VF-1701MS、Stabil-WAX這3種色譜柱對牛奶香精中風味物質的分離情況，結果如圖1所示。Stabil-WAX色譜柱分離得到的化合物數量高于DB-5MS和VF-1701MS色譜柱，其中PJ-S和CW-S這2個固體香精分別鑒定出27種和23種化合物，PJ-L、CW-L、CX-L分別鑒定出13，7和11種化合物，說明Stabil-WAX色譜柱更有利于牛奶香精中化合物的分析。如圖2所示，2個固體香精中主要含有酯、酸、醇、酮、內酯5類化合物。PJ-S樣品中主要的酯類物質有乙酰丙酸乙酯（30.48%）、丁酰乳酸丁酯（7.89%）、辛酸乙酯（7.32%）、月桂酸乙酯（5.09%）；內酯類化合物主要有γ-辛內酯（8.69%）、γ-壬內酯（5.71%）和δ-癸內酯（2.98%）；值得注意的是，乙基麥芽酚質量分數也達到7.58%，是主要的風味物質之一。相比而言，CW-S樣品中鑒定出的化合物個數有所減少，但主要的風味物質種類與PJ-S樣品相近，乙基麥芽酚質量分數為17.53%，是主要風味物質，另外正丁酸、γ-壬內酯質量分數也分別達到27.14%和10.65%。總體而言，以聚乙二醇為填料的Stabil-WAX色譜柱比較適用于牛奶香精中風味物質的分析，后續研究采用Stabil-WAX色譜柱。

圖1 不同色譜柱對牛奶香精分析的影響

圖2 2個固體牛奶香精的主要風味物質種類

2.2 不同進樣方法對牛奶香精分析的影響

樣品前處理方法對風味物質的分析至關重要，因牛奶香精中主要風味物質的質量分數較高，液體進樣時需要將樣品稀釋較大倍數，以防止超過色譜柱負荷。另外，固相微萃取是風味物質分析的主要方法，該方法利用不同型號的固相微萃取頭可富集不同極性的化合物，尤其適用于低質量分數風味物質的鑒定。文獻中使用的萃取頭主要有DVB/CAR/PDMS[17]、CAR/PDMS[3]、PDMS/DVB[1]、PDMS[1]。其中，以二乙烯基苯、碳分子篩、聚二甲基硅氧烷三合一的DVB/CAR/PDMS萃取頭適用于極性范圍較廣的樣品。

以PJ-S固體香精樣品為例，采用溶劑萃取-液體進樣的方式共鑒定出5種物質，直接頂空進樣和SPME法分別鑒定出27種風味物質，遠高于液體進樣方試。但后2種方法鑒定出的風味物質質量分數和種類略有差異，如直接頂空進樣中質量分數前三的物質分別是乙酰丙酸乙酯（30.48%）、γ-辛內酯（8.69%）和丁酰乳酸丁酯（7.89%），而SPME法中質量分數前三的物質分別是δ-十二內酯（9.44%）、香蘭素（9.29%）和乙基麥芽酚（9.25%），這是因為化合物的揮發能力及萃取頭的吸附選擇性不同。同一廠家的固體香精和液體香精產品成分略有差異，SPME法中PJ-S和PJ-L的總離子流圖如圖3所示。

圖3 SPME法中PJ-S和PJ-L的總離子流圖

2.2.1 香精PJ-S的風味特征

香精PJ-S共鑒定出27種風味物質，其中內酯類物質質量分數最高，達到38.1%；酯類化合物質量分數居于第二，達到23.74%，這2類物質均具有清新的水果、奶油香氣，氣味清爽柔和，是PJ-S樣品奶香氣的主要貢獻成分。另外，醛類物質質量分數達到17.59%，主要是乙基香蘭素（8.3%）和香蘭素（9.29%）；酸類物質主要是辛酸（5.05%）和正癸酸（2.9%），總體質量分數達到8.96%；值得注意的是，該樣品中乙基麥芽酚質量分數達到9.25%，僅低于δ-十二內酯（9.44%）和香蘭素（9.29%）。

2.2.2 香精CW-S的風味特征

香精CW-S共鑒定出23種風味物質，主要風味物質較PJ-S有明顯變化。5種內酯類物質的質量分數總體達到41.31%，是主要揮發性物質，γ-壬內酯（12.31%）和δ-壬內酯（11.84%）質量分數均超過10%。酸類和酯類質量分數較為接近，分別為16.8%和15.49%，主要是正癸酸、己酸肝、癸酸乙酯和4-羥乙基噻唑-5-甲基-4-乙酯。該樣品中乙基麥芽酚質量分數達到21.07%，遠高于2種壬內酯化合物，是最主要的風味物質。

2.2.3 香精PJ-L的風味特征

香精PJ-L與PJ-S屬于同一廠家，但鑒定出的化合物種類略有降低，為21種，相較于樣品PJ-S減少6種。主要的物質是作為溶劑的丙二醇，質量分數達到82.58%，其余化合物以酯類居多，質量分數達到9.54%，主要是癸酸乙酯（7.14%）。可能是溶劑體積分數過高導致化合物在固相微萃取頭上的競爭吸附，使得除溶劑分子之外的化合物質量分數降低，尤其是在固體香精中質量分數較高的乙基麥芽酚，在PJ-L液體香精中質量分數僅為0.17%。

2.2.4 香精CW-L的風味特征

香精CW-L同樣屬于液體香精，共鑒定出16種化合物。但該產品中溶劑丙二醇質量分數有所降低，為47.85%。主要的風味物質是內酯類和酯類，分別達到26.26%和14.11%，其中γ-癸內酯（9.48%）和三醋酸甘油酯（13.63%）質量分數較高。乙基麥芽酚的質量分數有所上升，達到5.16%，略低于γ-癸內酯和三醋酸甘油酯，是主要的風味物質。

2.2.5 香精CX-L的風味特征

香精CX-L與香精CW-L的構成比較接近，溶劑丙二醇質量分數達81.87%。主要的風味構成是酯類和內酯類物質，質量分數分別達到9.91%和5.07%，以癸酸乙酯（7.7%）和γ-壬內酯（3.47%）居多。但該香精中未鑒定出乙基麥芽酚。

采用SPME法對5種牛奶香精的分析結果如表1所示。

表1 5個牛奶香精樣品的主要揮發成分

3 結論

5個牛奶香精樣品經3種不同方式進樣、GC-MS分離檢測，使用SPME-GC-MS法分別鑒定出27，23，21，16和20種揮發性物質。其中，乙酰丙酸乙酯、正癸酸、γ-壬內酯、δ-壬內酯、γ-十一內酯、δ-十二內酯、乙基麥芽酚檢出頻率和質量分數較高，香精PJ-S中香蘭素和乙基香蘭素質量分數也較高，雜環化合物4-甲基-5-（β-羥乙基）噻唑在4個香精中均有檢出，這10種化合物可作為牛奶香精的特征風味物質。