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*

（1.四川文理學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院，四川達州 635000；2.特色植物開發(fā)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(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)味是吸引消費者購買的主要因素[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)進行前處理工作，該技術(shù)具有成本低、操作簡單及自動化等優(yōu)點[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，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，為進一步檢測醪糟風(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(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(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 單因素試驗設(shè)計

以總峰面積為指標(biāo)，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(zhì)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(yīng)面試驗設(shè)計

在單因素試驗基礎(chǔ)上，選取萃取時間（A）、萃取溫度（B）、樣品質(zhì)量（C）進行3 因素3 水平的響應(yīng)面試驗，試驗設(shè)計如表1 所示。

表1 響應(yīng)面試驗設(shè)計

1.3.5 數(shù)據(jù)處理

采用NIST 17 譜庫，選擇匹配度大于800 的物質(zhì)（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(yīng)面數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗結(jié)果

2.1.1 萃取時間的選擇

萃取時間即為樣品的揮發(fā)性成分與萃取頭涂層之間達到動態(tài)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(dāng)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(tài)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(fā)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(shù)，而且溫度繼續(xù)升高會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)性成分的擴散速率增加，當(dāng)萃取溫度為70 ℃時，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(fā)性成分的影響

2.1.3 樣品質(zhì)量的選擇

頂空瓶中的樣品質(zhì)量對揮發(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，總峰面積呈現(xiàn)上升趨勢，當(dāng)樣品質(zhì)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(zhì)量。

圖3 樣品質(zhì)量對醪糟揮發(fā)性成分的影響

2.2 響應(yīng)面試驗優(yōu)化分析

對表2 結(jié)果進行二元多次回歸統(tǒng)計分析，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。

表2 響應(yīng)面試驗結(jié)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(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(fā)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(zhì)量。

表3 響應(yīng)面試驗方差分析

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）；萃取時間與樣品質(zhì)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(fā)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(zhì)量4.67 g，預(yù)測揮發(fā)性成分峰面積為10.65×108。

根據(jù)模型，調(diào)整最佳萃取時間52 min、萃取溫度73 ℃、樣品質(zhì)量4.7 g 進行模型驗證。此條件下，醪糟揮發(fā)性成分總峰面積為10.37×108，與預(yù)測值的相對誤差為2.7%，說明此數(shù)學(xué)模型具有良好的預(yù)測性和準(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間52 min、萃取溫度73 ℃、樣品質(zhì)量4.7 g，此時揮發(fā)性成分的總峰面積為10.37×108，與預(yù)測值的相對誤差為2.7%，說明該模型可行，表明利用響應(yīng)面法優(yōu)化得到的HS-SPMEGC-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)用價值。