醪糟揮發性成分的頂空固相微萃取條件優化

龔燕川，鄭 麗，符 東*

（1.四川文理學院 化學化工學院，四川達州 635000；2.特色植物開發研究四川省高校重點實驗室，四川達州 635000）

醪糟是我國的一種傳統發酵食品，是以糯米或其他谷物為主要原料，經浸泡、蒸煮、拌曲、發酵等工藝制成的類似酒釀的半流質食品，富含碳水化合物、脂肪、氨基酸、礦物質和維生素等[1]。醪糟作為傳統發酵產品，其風味是吸引消費者購買的主要因素[2]。目前，關于酒釀產品揮發性成分的研究大多采用頂空固相微萃?。℉eadspace Solid Phase Microextraction，HS-SPME）技術進行前處理工作，該技術具有成本低、操作簡單及自動化等優點[3]。氣相色譜質譜聯用技術（Gas Chromatography-Mass Spectrometry，GC-MS）以其高效的定性、定量分析特性，已成為酒類揮發性成分分析的最佳方法[4]。

近年來，關于醪糟的研究主要集中在發酵工藝的優化、風味物質的添加，而關于揮發性成分萃取條件的優化較少[5]。本文采用HS-SPME-GC-MS 研究醪糟中揮發性成分，確定最佳HS-SPME 條件，為進一步檢測醪糟風味物質提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

醪糟，孝感麻糖米酒有限責任公司。

1.2 儀器與設備

Intuvo 9000-5977B 氣相色譜-質譜聯用儀，美國安捷倫公司；65 μm PDMS /DVB 萃取頭，美國Supelco 公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 揮發性成分萃取

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，插入經老化后的萃取頭吸附30 min，于進樣口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；進樣口：250 ℃；流速：1.0 mL·min-1；不分流進樣。

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

1.3.3 單因素試驗設計

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

1.3.4 響應面試驗設計

在單因素試驗基礎上，選取萃取時間（A）、萃取溫度（B）、樣品質量（C）進行3 因素3 水平的響應面試驗，試驗設計如表1 所示。

表1 響應面試驗設計

1.3.5 數據處理

采用NIST 17 譜庫，選擇匹配度大于800 的物質（最大值為999）。采用SPSS 26.0 進行顯著性分析，Design Expert 12.3 進行響應面數據分析。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 萃取時間的選擇

萃取時間即為樣品的揮發性成分與萃取頭涂層之間達到動態平衡所需的時間，只有平衡時才具有最大吸附量[6]。由圖1 可知，當萃取時間為50 min 時，總峰面積最大為6.45×108，表明此時即達到動態平衡。隨著萃取時間的延長，總峰面積開始下降（P＜0.05）。因此，最佳萃取時間為50 min。

圖1 萃取時間對醪糟揮發性成分的影響

2.1.2 萃取溫度的選擇

萃取溫度對萃取效果具有雙重影響，不僅會影響樣品的擴散系數，而且溫度繼續升高會降低在涂層纖維上的分配系數。由圖2 可知，隨著萃取溫度的升高，醪糟揮發性成分的擴散速率增加，當萃取溫度為70 ℃時，醪糟揮發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70 ℃后吸附能力明顯下降。因此，將70 ℃確定為最佳萃取溫度。

圖2 萃取溫度對醪糟揮發性成分的影響

2.1.3 樣品質量的選擇

頂空瓶中的樣品質量對揮發性成分的結果影響較大，樣品質量太少則揮發性成分較少，較多反而會造成樣品受熱不均勻，降低揮發性成分的萃取效果[7]。由圖3 可知，樣品質量逐漸增加時，總峰面積呈現上升趨勢，當樣品質量為4.0 g 時，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 為最佳樣品質量。

圖3 樣品質量對醪糟揮發性成分的影響

2.2 響應面試驗優化分析

對表2 結果進行二元多次回歸統計分析，建立回歸模型，此模型得出醪糟揮發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。

表2 響應面試驗結果

由表3 可知，模型（P＜0.01）顯著，失擬項（P＞0.05）不顯著，總決定系數R2=0.983 2，表示該回歸模型擬合度良好。響應值Y的變異系數CV=5.09%＜10%，說明試驗誤差較小。一次項A、B、C的P值均小于0.01，說明3 個因素對醪糟揮發性成分萃取影響較大，主次排序為萃取溫度＞萃取時間＞樣品質量。

表3 響應面試驗方差分析

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

圖4 因素交互作用對萃取效果的影響

通過軟件分析得到HS-SPME 法分析醪糟揮發性成分的最佳條件為萃取時間52.39 min、萃取溫度73.15 ℃、樣品質量4.67 g，預測揮發性成分峰面積為10.65×108。

根據模型，調整最佳萃取時間52 min、萃取溫度73 ℃、樣品質量4.7 g 進行模型驗證。此條件下，醪糟揮發性成分總峰面積為10.37×108，與預測值的相對誤差為2.7%，說明此數學模型具有良好的預測性和準確性。

3 結論

本文采用頂空固相微萃取-氣質聯用技術結合響應面試驗優化了醪糟揮發性風味物質的萃取條件，最佳萃取條件為萃取時間52 min、萃取溫度73 ℃、樣品質量4.7 g，此時揮發性成分的總峰面積為10.37×108，與預測值的相對誤差為2.7%，說明該模型可行，表明利用響應面法優化得到的HS-SPMEGC-MS 技術萃取醪糟揮發性風味物質的方法可靠性高、具有應用價值。