饅頭揮發(fā)物質(zhì)的固相微萃取條件優(yōu)化

李自紅,蘇東民＊,蘇東海,辛秀蘭

(1.河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院,河南鄭州 450001;2.北京電子科技職業(yè)學(xué)院,北京 100029)

饅頭揮發(fā)物質(zhì)的固相微萃取條件優(yōu)化

李自紅1,蘇東民1＊,蘇東海2,辛秀蘭2

(1.河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院,河南鄭州 450001;2.北京電子科技職業(yè)學(xué)院,北京 100029)

以總峰面積和峰數(shù)為評價指標(biāo),研究了以聚二甲基硅氧烷 (DVB/CAR/PDMS)為萃取頭的固相微萃取 (SPME)對饅頭揮發(fā)物質(zhì)萃取效果的影響.結(jié)果顯示:當(dāng)樣品用量為 2 g(15 mL樣品瓶),萃取溫度為 60℃,吸附時間為 60 min,解析溫度和時間分別為 250℃和 4 min時,提取到的揮發(fā)物質(zhì)數(shù)量較多,主要揮發(fā)物質(zhì)的萃取效果較好.饅頭的揮發(fā)物質(zhì)主要有醇類64.88%、羰基化合物 4.29%、苯類 3.81%、酯類 2.75%、?；衔?18.11%、雜環(huán)類 6.14%.

饅頭;揮發(fā)物質(zhì);固相微萃取;優(yōu)化

0 引言

饅頭是中國北方人民的傳統(tǒng)主食,具有悠久的歷史[1].除了外觀和質(zhì)構(gòu)特性,風(fēng)味是影響?zhàn)z頭品質(zhì)的重要因素之一.國外很早就有關(guān)于面包香氣成分的研究,在不同類型的面包中已鑒定出數(shù)百種揮發(fā)物[2].在國內(nèi),胡麗花等[3]利用蒸餾萃取 -氣質(zhì)聯(lián)用分析饅頭中的揮發(fā)性物質(zhì).采用固相微萃取(SPME)-GC-MS分析饅頭中風(fēng)味物質(zhì)的最佳萃取條件的研究還未見報道.SPME是一項樣品分析預(yù)處理的新技術(shù),與傳統(tǒng)的預(yù)處理方法,如蒸餾、溶劑萃取等相比,具有測試速度快且無需有機(jī)溶劑的優(yōu)點,集采樣、萃取、濃縮、進(jìn)樣于一體,并能直接和氣相或液相色譜儀聯(lián)用,越來越廣泛地應(yīng)用于食品香氣成分的測定[4-5].

筆者采用 SPME,以樣品量、萃取溫度、吸附時間、解析溫度和時間為考察因素,研究其對饅頭揮發(fā)物質(zhì)的影響,確定饅頭揮發(fā)物質(zhì)的最佳萃取條件.

1 材料與方法

1.1 試驗材料

面粉:北京大磨坊面粉有限公司;酵母:法國燕子牌即發(fā)活性干酵母.面粉主要理化指標(biāo):水分11.4%,灰分 0.46%,濕面筋 26.9%,粗蛋白含量11.5%,總淀粉 71.7%,吸水率 55.4%.

1.2 儀器設(shè)備

醒發(fā)箱:珠海三麥機(jī)械有限公司;ZKSY—6智能水浴箱:鄭州長城科工貿(mào)有限公司;SP ME手動進(jìn)樣手柄、DVB/CA/PDMS(2 cm,50/30μm)纖維頭:美國 Supelco公司;7890A GC—5975C VL MSD聯(lián)用儀:美國 Agilent公司.

1.3 試驗方法

1.3.1 一次發(fā)酵法饅頭樣品的制作

將 0.8 g干酵母和 100 g面粉用 50 mL水混勻后成型,于 (32±2)℃、相對濕度為 85%的醒發(fā)箱中醒發(fā) 60 min,沸水汽蒸 20 min[6].

1.3.2 SPME操作方法

稱取適量饅頭樣品加入 15 mL樣品瓶中;將智能水浴箱調(diào)至所需溫度;待溫度穩(wěn)定后,將樣品瓶放于智能水浴箱中;然后將 SPME針管穿過樣品瓶的硅橡膠瓶墊,伸出纖維頭;頂空萃取所需時間;縮回纖維頭,拔出針頭.待氣相色譜儀處于準(zhǔn)備狀態(tài)后,將 SPME針管迅速穿過進(jìn)樣口硅膠隔墊,伸出纖維頭,解析一定時間,縮回纖維頭,拔出針頭.在下次萃取前,應(yīng)將 SPME針管在進(jìn)樣溫度250℃下洗脫 10 min以上[7-8].

1.3.3 氣相色譜和質(zhì)譜分析操作條件

氣相色譜操作條件:毛細(xì)管色譜柱為 DB—FFAP(60 m ×0.25 mm ×0.25μm),固定相為聚乙二醇 (PEG)的極性毛細(xì)管柱;載氣為高純氦氣,載氣速度 1.0 mL/min;進(jìn)樣口溫度為 250℃,采用不分流進(jìn)樣;初始爐溫為 35℃,保持 5 min后以 5℃/min升到 50℃,再以 5.5℃/min升到230℃,保持 5 min.

質(zhì)譜操作條件:離子源溫度 230℃,MS四極桿 150℃;傳輸線溫度 280℃;離子化模式:EI;電子能 70 eV;掃描范圍 43～500 nm;數(shù)據(jù)采集為全掃描.

1.3.4 定性與定量分析

SPME揮發(fā)性成分的分析用 GS-MS聯(lián)用儀進(jìn)行分離和鑒定.通過化學(xué)工作站數(shù)據(jù)處理系統(tǒng),檢索 N IST08.L譜圖庫,確定饅頭揮發(fā)性物質(zhì)的化學(xué)成分.用峰面積歸一化法,確定揮發(fā)性成分的相對含量.

2 結(jié)果與分析

2.1 樣品量對萃取效果的影響

分別稱取 1、1.5、2、2.5、3 g饅頭樣品 ,放入15 mL樣品瓶中,在 60℃下萃取 60 min,將 SPME針頭插入進(jìn)樣口,伸出纖維頭,解吸 5 min后拔出,考察樣品用量對萃取效果的影響,結(jié)果見圖1.

圖1 樣品用量對萃取效果的影響

從表1可見,樣品量增加,總峰面積明顯增大.當(dāng)樣品用量為 2 g時,總峰面積達(dá)到最大值4.3×109,以后逐漸減小.樣品量為 2 g時,峰數(shù)達(dá)到最多 71個,樣品量大于 2 g后峰數(shù)急劇減少.總峰面積是由一些主要峰決定的,可以反映不同條件下主要峰的變化情況[7].頂空法萃取樣品時,頂空體積的大小與萃取效率直接相關(guān),是萃取過程的重要參數(shù)之一[9].樣品量在 1～2 g時,峰面積增加速度遠(yuǎn)大于峰數(shù),這是由于萃取頭對幾種主要揮發(fā)性物質(zhì),如戊醇、2-甲基丙醇、苯甲醛、二甲基萘等的吸附量在不斷增加,然而化合物種類大體不變.樣品量在 2～3 g時,峰數(shù)顯著減少,可能是由于隨著樣品量的增加,頂部空間減少,揮發(fā)物的濃度增加,低沸點物質(zhì)與高沸點物質(zhì)產(chǎn)生競爭吸附.纖維頭吸附飽和后就很難對高沸點物質(zhì)進(jìn)行吸附.因此,較多高沸點物質(zhì),如 1,2-苯二甲酸二 (2-甲基丙基)酯、(E,E)-2,4-癸二烯醛、(E)-1,2,3-三甲基 -4-丙烯基 -萘等,因為吸附競爭不能被檢測到.可見,樣品量的多少直接影響揮發(fā)性成分的萃取效果.為了盡可能萃取到較豐富的揮發(fā)物質(zhì),采用最佳樣品量為2 g.

2.2 萃取溫度對萃取效果的影響

吸附溫度對萃取效率的影響主要是通過影響樣品在三相間的分配系數(shù)和擴(kuò)散系數(shù)來實現(xiàn)的.溫度升高,被分析物的擴(kuò)散系數(shù)增大,擴(kuò)散速度隨之增大,同時升溫加強(qiáng)了對流過程,有利于縮短平衡時間.但由于纖維頭吸附揮發(fā)物質(zhì)是放熱反應(yīng),高溫容易降低纖維頭吸附揮發(fā)物質(zhì)的能力,不利于吸附.同時提高溫度對頂空瓶的氣密性具有較高要求,因此不宜采用太高的溫度[10].國外一些研究人員在對面包揮發(fā)性化合物的分析中,通常選擇 60℃作為萃取溫度[8,11],在這個溫度下可以得到最多的峰數(shù)和最大的峰值.因此,以 60℃作為最佳的萃取溫度.

2.3 萃取時間對萃取效果的影響

稱取 2 g饅頭樣品放于 15 mL樣品瓶中,在60 ℃下分別萃取 30、45、60、75、90 min后 ,在進(jìn)樣口解析 5 min.結(jié)果見圖 2.

圖2 萃取時間對萃取效果的影響

由圖 2可以看出,隨著萃取時間的延長,萃取頭的吸附量明顯變大,色譜峰的面積和數(shù)目都呈明顯上升趨勢,但萃取時間超過 60 min后,色譜峰面積呈下降趨勢,峰數(shù)也有所減少,并趨于穩(wěn)定.這是因為隨著萃取時間的延長,吸附在萃取頭上的易揮發(fā)性物質(zhì)得到解析.當(dāng)萃取時間為 60 min時,達(dá)到萃取平衡,萃取得到的香氣成分的種類和含量都達(dá)到最大.通過對色譜圖的分析發(fā)現(xiàn),增加的峰大部分出現(xiàn)于保留時間 20 min后,可能是由于這些物質(zhì)具有較高的沸點,如果萃取時間太短,它們來不及揮發(fā)而不被萃取頭吸附,因此確保一定長的吸附時間顯得非常重要.大部分主要揮發(fā)物峰面積隨吸附時間的變化規(guī)律與總峰面積的變化規(guī)律一致.所以,選取最佳萃取時間為60 min.

2.4 解析溫度對萃取效果的影響

解析溫度直接關(guān)系著被吸附物質(zhì)在汽化室的解析程度,解析不完全不僅會影響方法的靈敏性,而且會污染后續(xù)樣品.較高的解析溫度可加快解析速度,但會縮短 SPME萃取頭的使用壽命.根據(jù)試驗中所用萃取頭的特性及氣相色譜儀自身的性能,選擇 250℃作為解析溫度.

2.5 解析時間對萃取效果的影響

稱取 2 g饅頭樣品放于 15 mL樣品瓶中,在60℃下萃取 60 min后,在進(jìn)樣口分別解析 1、2、3、4、5 min.結(jié)果見圖 3.

圖3 解析時間對萃取效果的影響

由圖 3可以看出,在較短的解析時間內(nèi),檢測到的總峰面積和峰數(shù)都較少,可能是一些吸附得較緊密的物質(zhì)不能在這么短的時間內(nèi)脫離萃取頭.當(dāng)解析時間達(dá)到 4 min后,所檢測到的總峰面積和峰數(shù)基本穩(wěn)定,色譜峰的總峰面積和數(shù)目都達(dá)到最大值.保留時間較短的物質(zhì),如乙醇、己醛,其峰面積隨解析時間的改變變化不太大;相反,那些保留時間較長的物質(zhì)的峰面積受解析時間的影響較大,可能是由于這些物質(zhì)與纖維頭涂層的結(jié)合更緊密,只有達(dá)到一定的解析時間,它們才能完全脫離.由此可見,萃取頭在 250℃下解析 4 min便能完全解析所吸附物質(zhì).

2.6 饅頭中主要揮發(fā)性物質(zhì)分析

采用上述優(yōu)化的分析操作條件,分析饅頭中的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì).饅頭中揮發(fā)性成分的 GC—MS色譜圖如圖 4所示.

圖4 饅頭中揮發(fā)性成分的總離子流色譜圖

饅頭中香氣成分分析結(jié)果見表1.由表1可知,饅頭中的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)主要為:醇類 11種,占 64.88%;羰基化合物 7種,占 4.29%;苯類 6種,占 3.81%;酯類為 4種,占 2.75%;酰基化合物 1種 ,占 18.11%;雜環(huán)類 1種 ,占 6.14%.可見饅頭中主要風(fēng)味物質(zhì)為醇類、酰基類和羰基化合物.雖然酯和苯類含量少,但是由于該類化合物具有低的風(fēng)味閾值,因而對饅頭的整體風(fēng)味貢獻(xiàn)很大;而烴類化合物雖然數(shù)量有 10多種,但由于其風(fēng)味閾值較高而對整體風(fēng)味貢獻(xiàn)不大,因此表中未詳細(xì)列出.

表1 饅頭揮發(fā)物質(zhì)的 SPME-GC-MS分析結(jié)果

續(xù)表1

3 結(jié)論

以頂空固相微萃取和氣相色譜聯(lián)用的方法,研究了樣品用量、萃取溫度、萃取時間、解析溫度與時間對饅頭中揮發(fā)性香氣成分萃取效果的影響.結(jié)果表明,當(dāng)樣品量為 2 g(15 mL樣品瓶),萃取溫度為 60℃,萃取時間為 60 min,解析溫度為250℃和解析時間為 4 min時,萃取效果較好.此方法不僅使饅頭氣質(zhì)分析的前處理快速、方便,還有較高的靈敏度和重現(xiàn)性,為 SPME-GC-MS應(yīng)用于饅頭中風(fēng)味物質(zhì)的進(jìn)一步確定提供重要參考.通過試驗確定了饅頭中的風(fēng)味物質(zhì),主要風(fēng)味物質(zhì)為:醇類 11種 (64.88%)、羰基化合物 7種(4.29%)、苯類 6種 (3.81%)、酯類 4種(2.75%)、?；衔?1種 (18.11%)、雜環(huán)類 1種(6.14%).

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OPTIM IZATI ON OF SOL I D-PHASE M ICROEXTRACTI ON COND ITI ONS OF VOLATI LE COMPOUNDS FROM MANTOU

L I Zi-hong1,SU Dong-min1,SU Dong-hai2,XINB Xiou-lan2
(1.School of Food Science and Technology,Henan University of Technology,Zhengzhou450001,China;2.Beijing Vocational College of Electronic Science,B aijing100029,China)

Taking the totalpeak area and the peak number as the evaluation indexes,the paper studied the extraction effect of solid-phase microextraction(SPME)using polydimethylsiloxane(DVB/CAR/PDMS)as the extraction head on the volatile compounds ofMantou.The results showed that the solid-phase microextraction could extractmore volatile compounds and achieve better extraction effect for the main volatile compounds under the conditions of sample amount 2 g in a 15 mL sample bottle,extraction temperature 60℃,adsorption time 60 min,desorption temperature 250℃and desorption time 4 min.The main volatile compounds inMantou included alcohols 64.88%,carbonyl compounds 4.29%,aromatic compounds 3.81%,esters 2.75%,acyl compounds 18.11%and heterocyclic compounds 6.14%.

Mantou;volatile compounds;solid-phase microextraction(SPME);optimization

TS207.3

B

1673-2383(2011)01-0018-04

2010-09-05

北京市屬高等學(xué)校人才強(qiáng)教深化計劃資助項目(PHR201107151);河南省重點科技攻關(guān)項目(0523011000)

李自紅 (1983-),女,河南焦作人,碩士研究生,研究方向為中國傳統(tǒng)食品的工業(yè)化.

＊通信作者