醪糟揮發(fā)性成分的頂空固相微萃取條件優(yōu)化

龔燕川 鄭麗 符東

摘 要：采用響應(yīng)面法對(duì)醪糟揮發(fā)性成分頂空固相微萃取（Headspace Solid Phase Microextraction，HS-SPME）條件進(jìn)行優(yōu)化，以總峰面積為指標(biāo)，分析萃取時(shí)間、萃取溫度和樣品質(zhì)量對(duì)醪糟揮發(fā)性成分的影響，確定了最佳萃取條件為時(shí)間52 min、萃取溫度73 ℃、樣品質(zhì)量4.7 g，可為有效、快速優(yōu)化醪糟的風(fēng)味提供參考。

關(guān)鍵詞：醪糟；頂空固相微萃取；揮發(fā)性成分；響應(yīng)面

Abstract： Response surface methodology was used to optimize the conditions for headspace solid phase microextraction （HS-SPME） of volatile components from glutinous rice wine. Using the total peak area as an index， the effects of extraction time， extraction temperature， and sample quality on the volatile components of glutinous rice wine were analyzed. The optimal extraction conditions were determined as time 52 min， extraction temperature of?73 ℃， and sample mass of 4.7 g， can provide reference for effective and rapid flavor optimization of the glutinous rice wine.

Keywords： glutinous rice wine; headspace solid phase microextraction; volatile components; response surface

醪糟是我國(guó)的一種傳統(tǒng)發(fā)酵食品，是以糯米或其他谷物為主要原料，經(jīng)浸泡、蒸煮、拌曲、發(fā)酵等工藝制成的類似酒釀的半流質(zhì)食品，富含碳水化合物、脂肪、氨基酸、礦物質(zhì)和維生素等[1]。醪糟作為傳統(tǒng)發(fā)酵產(chǎn)品，其風(fēng)味是吸引消費(fèi)者購(gòu)買的主要因素[2]。目前，關(guān)于酒釀產(chǎn)品揮發(fā)性成分的研究大多采用頂空固相微萃取（Headspace Solid Phase Microextraction，HS-SPME）技術(shù)進(jìn)行前處理工作，該技術(shù)具有成本低、操作簡(jiǎn)單及自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)[3]。氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（Gas Chromatography-Mass Spectrometry，GC-MS）以其高效的定性、定量分析特性，已成為酒類揮發(fā)性成分分析的最佳方法[4]。

近年來(lái)，關(guān)于醪糟的研究主要集中在發(fā)酵工藝的優(yōu)化、風(fēng)味物質(zhì)的添加，而關(guān)于揮發(fā)性成分萃取條件的優(yōu)化較少[5]。本文采用HS-SPME-GC-MS研究醪糟中揮發(fā)性成分，確定最佳HS-SPME條件，為進(jìn)一步檢測(cè)醪糟風(fēng)味物質(zhì)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

醪糟，孝感麻糖米酒有限責(zé)任公司。

1.2 儀器與設(shè)備

Intuvo 9000-5977B氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀，美國(guó)安捷倫公司；65 μm PDMS /DVB 萃取頭，美國(guó)Supelco公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 揮發(fā)性成分萃取

稱取醪糟樣品（4.00±0.05） g于20 mL頂空瓶中，密封后置于60 ℃水浴中平衡10 min，插入經(jīng)老化后的萃取頭吸附30 min，于進(jìn)樣口250 ℃解析10 min。

1.3.2 儀器條件

（1）色譜條件。升溫程序：初始溫度40 ℃，保持3 min，以4 ℃·min-1升至170 ℃，以8 ℃·min-1升至230 ℃，保持5 min；進(jìn)樣口：250 ℃；流速：1.0 mL·min-1；不分流進(jìn)樣。

（2）質(zhì)譜條件。離子源溫度：230 ℃；四極桿溫度：150 ℃；電子能量：70 eV；全掃描，質(zhì)量掃描范圍m/z：30～550 amu。

1.3.3 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

以總峰面積為指標(biāo)，研究萃取時(shí)間（20 min、30 min、40 min、50 min、60 min和70 min）、萃取溫度（30 ℃、40 ℃、50 ℃、60 ℃、70 ℃和80 ℃）、樣品質(zhì)量（2 g、3 g、4 g、5 g、6 g和7 g）對(duì)萃取效果的影響。

1.3.4 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，選取萃取時(shí)間（A）、萃取溫度（B）、樣品質(zhì)量（C）進(jìn)行3因素3水平的響應(yīng)面試驗(yàn)，試驗(yàn)設(shè)計(jì)如表1所示。

1.3.5 數(shù)據(jù)處理

采用NIST 17譜庫(kù)，選擇匹配度大于800的物質(zhì)（最大值為999）。采用SPSS 26.0進(jìn)行顯著性分析，Design Expert 12.3進(jìn)行響應(yīng)面數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 萃取時(shí)間的選擇

萃取時(shí)間即為樣品的揮發(fā)性成分與萃取頭涂層之間達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡所需的時(shí)間，只有平衡時(shí)才具有最大吸附量[6]。由圖1可知，當(dāng)萃取時(shí)間為50 min時(shí)，總峰面積最大為6.45×108，表明此時(shí)即達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。隨著萃取時(shí)間的延長(zhǎng)，總峰面積開(kāi)始下降（P＜0.05）。因此，最佳萃取時(shí)間為50 min。

2.1.2 萃取溫度的選擇

萃取溫度對(duì)萃取效果具有雙重影響，不僅會(huì)影響樣品的擴(kuò)散系數(shù)，而且溫度繼續(xù)升高會(huì)降低在涂層纖維上的分配系數(shù)。由圖2可知，隨著萃取溫度的升高，醪糟揮發(fā)性成分的擴(kuò)散速率增加，當(dāng)萃取溫度為70 ℃時(shí)，醪糟揮發(fā)性成分的總峰面積最大為6.24×108，且與其他溫度有顯著性差異（P＜0.05），超過(guò)70 ℃后吸附能力明顯下降。因此，將70 ℃確定為最佳萃取溫度。

2.1.3 樣品質(zhì)量的選擇

頂空瓶中的樣品質(zhì)量對(duì)揮發(fā)性成分的結(jié)果影響較大，樣品質(zhì)量太少則揮發(fā)性成分較少，較多反而會(huì)造成樣品受熱不均勻，降低揮發(fā)性成分的萃取效果[7]。由圖3可知，樣品質(zhì)量逐漸增加時(shí)，總峰面積呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，當(dāng)樣品質(zhì)量為4.0 g時(shí)，總峰面積最高為4.9×108，隨后顯著下降（P＜0.05）。因此，選擇4.0 g為最佳樣品質(zhì)量。

2.2 響應(yīng)面試驗(yàn)優(yōu)化分析

對(duì)表2結(jié)果進(jìn)行二元多次回歸統(tǒng)計(jì)分析，建立回歸模型，此模型得出醪糟揮發(fā)性化合物總峰面積與各變量因素之間的擬合方程為Y=-178.967 50+2.738 25A+2.729B+8.542 5C-0.010 475AB-0.037 75AC+0.078 25BC-0.017 562A2-0.017 062B2-1.431 25C2。

由表3可知，模型（P＜0.01）顯著，失擬項(xiàng)（P＞0.05）不顯著，總決定系數(shù)R2=0.983 2，表示該回歸模型擬合度良好。響應(yīng)值Y的變異系數(shù)CV=5.09%＜10%，說(shuō)明試驗(yàn)誤差較小。一次項(xiàng)A、B、C的P值均小于0.01，說(shuō)明3個(gè)因素對(duì)醪糟揮發(fā)性成分萃取影響較大，主次排序?yàn)檩腿囟龋据腿r(shí)間＞樣品質(zhì)量。

響應(yīng)曲面中曲線越彎曲，表明響應(yīng)值受因素的影響越大。由圖4可知，萃取時(shí)間和萃取溫度、萃取溫度和樣品質(zhì)量響應(yīng)曲面較陡，交互作用極顯著（P＜0.01）；萃取時(shí)間與樣品質(zhì)量的交互作用不顯著（P＞0.05）。

通過(guò)軟件分析得到HS-SPME法分析醪糟揮發(fā)性成分的最佳條件為萃取時(shí)間52.39 min、萃取溫度73.15 ℃、樣品質(zhì)量4.67 g，預(yù)測(cè)揮發(fā)性成分峰面積為10.65×108。

根據(jù)模型，調(diào)整最佳萃取時(shí)間52 min、萃取溫度73 ℃、樣品質(zhì)量4.7 g進(jìn)行模型驗(yàn)證。此條件下，醪糟揮發(fā)性成分總峰面積為10.37×108，與預(yù)測(cè)值的相對(duì)誤差為2.7%，說(shuō)明此數(shù)學(xué)模型具有良好的預(yù)測(cè)性和準(zhǔn)確性。

3 結(jié)論

本文采用頂空固相微萃取-氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)結(jié)合響應(yīng)面試驗(yàn)優(yōu)化了醪糟揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的萃取條件，最佳萃取條件為萃取時(shí)間52 min、萃取溫度73 ℃、

樣品質(zhì)量4.7 g，此時(shí)揮發(fā)性成分的總峰面積為10.37×108，與預(yù)測(cè)值的相對(duì)誤差為2.7%，說(shuō)明該模型可行，表明利用響應(yīng)面法優(yōu)化得到的HS-SPME-GC-MS技術(shù)萃取醪糟揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的方法可靠性高、具有應(yīng)用價(jià)值。

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