烤制鵪鶉蛋揮發(fā)性成分SPME條件優(yōu)化

吳 巧，王 武，章立新，董 琪，夏新武

(合肥工業(yè)大學(xué)生物與食品工程學(xué)院，安徽合肥230009)

食品中揮發(fā)性風(fēng)味成分的含量低，要研究揮發(fā)性風(fēng)味成分，了解其化學(xué)組成，就需將揮發(fā)性風(fēng)味成分分離出來(lái)。固相微萃取(solid-phase microextraction，SPME)法是1989年由加拿大Waterloo大學(xué)C.L.Arthurhe和J.Pawliszyn等開(kāi)發(fā)的新型無(wú)溶劑樣品前處理技術(shù)，該方法是在固相萃取方法的基礎(chǔ)上結(jié)合頂空分析而建立的一種新型樣品預(yù)處理的方法［1］，花費(fèi)低、耗時(shí)少、靈敏度高，常應(yīng)用于分析食品中各種香氣和芳香化合物［2］，集采樣、萃取、濃縮以及進(jìn)樣于一體，是食品揮發(fā)性成分分析的常用技術(shù)［3］。SPME吸附過(guò)程是待測(cè)物與涂層相互平衡的過(guò)程，受到很多因素的影響，譬如萃取時(shí)間、萃取溫度、無(wú)機(jī)離子、攪拌速度以及解吸時(shí)間等［4］。因此，利用固相微萃取法萃取鵪鶉蛋的揮發(fā)性成分，需要優(yōu)化萃取條件。Matiella和Hsieh［5］對(duì)炒雞蛋的揮發(fā)性化合物進(jìn)行了研究，鑒定出38種化合物包括醛類(lèi)、酮類(lèi)、醇類(lèi)、呋喃、酯類(lèi)等，其中醛類(lèi)是炒雞蛋樣品揮發(fā)性化合物中含量最豐富的物質(zhì)。Umano，Hagi和Shoji等人［6］通過(guò)GC-MS研究加熱后的蛋黃的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)時(shí)，指出醛類(lèi)和吡嗪類(lèi)是蛋黃揮發(fā)性物質(zhì)中的主要成分。國(guó)內(nèi)的肖潤(rùn)［7］利用頂空進(jìn)樣和氣質(zhì)聯(lián)用的方法分析了雞蛋的香氣組成，鑒定出31種成分，其中除脂肪酸含量較高外，醛類(lèi)的含量其次，但它們并非雞蛋的主體香氣，他認(rèn)為對(duì)雞蛋起關(guān)鍵作用的主要是一些雜環(huán)類(lèi)化合物。王雪燕、楊富民、楊振［8］利用固相微萃取結(jié)合GC-MS技術(shù)對(duì)藍(lán)孔雀蛋的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行了分析檢測(cè)，得出有貢獻(xiàn)的主要揮發(fā)性物質(zhì)為L(zhǎng)-丙氨酸乙酯、己醛、丙酮、乙醇、壬醛、庚醛、1-辛烯-3-醇、苯甲醛、正二十烷等。但是烤制鵪鶉蛋制品揮發(fā)性風(fēng)味成分的研究目前國(guó)內(nèi)外研究很少。本文研究了烤制鵪鶉蛋揮發(fā)性成分SPME條件優(yōu)化，并結(jié)合氣相色譜-質(zhì)譜(GC/MS)分析檢測(cè)烤制鵪鶉蛋中的揮發(fā)性成分，為今后研究烤制鵪鶉蛋風(fēng)味提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

鵪鶉蛋 市售。

50/30μm DVB/CAR/PDMS、65μm PDMS/DVB、75μmCAR/PDMS萃取頭和 57330U固相微萃取(SPME)手柄 美國(guó)Supelco公司;QP-2010氣質(zhì)聯(lián)用儀(GC-MS) 日本島津公司;CY-1-10遠(yuǎn)紅外烤箱 瑞安市成業(yè)食品機(jī)械廠。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 萃取頭老化 將首次使用的50/30μm DVB/CAR/PDMS、65μm PDMS/DVB 和 75μmCAR/PDMS萃取頭分別在氣相色譜的進(jìn)樣口老化至無(wú)雜峰，老化溫度分別為270、270、300℃，老化時(shí)間分別為90、60、120min。

1.2.2 樣品制備 將鵪鶉蛋在沸水中預(yù)煮3min后激冷3min，去殼，然后在180℃的烤制溫度下烤制40min，將烤制后的鵪鶉蛋分別切碎混勻搗成粉末狀備用。

1.2.3 檢測(cè)方法 將萃取頭插到樣品瓶后緩慢推出纖維頭(切勿碰到鵪鶉蛋樣品)，在一定溫度一定時(shí)間下萃取，然后于250℃熱解吸一定時(shí)間，同時(shí)啟動(dòng)儀器采集數(shù)據(jù)。檢測(cè)不同萃取條件對(duì)總峰面積的影響。

1.2.4 檢測(cè)條件

1.2.4.1 色譜條件 色譜柱:DB-5MS毛細(xì)管色譜柱(60m ×0.32mm，1μm，Agilent公司);升溫程序:起始柱溫50℃，保持2min，以8℃/min上升至200℃，保留3min;再以10℃/min上升至250℃，無(wú)保留。載氣為He氣，流速1mL/min;恒壓40kPa，不分流，進(jìn)樣口溫度與接口溫度均為250℃，檢測(cè)溫度240℃。

1.2.4.2 質(zhì)譜條件 電子轟擊(EI)離子源;電子能量70eV;離子源溫度 200℃;質(zhì)量掃描范圍 m/z:50～500 u。

1.2.5 化合物定性 化合物經(jīng)計(jì)算機(jī)檢索同時(shí)與NIST library(107k compounds)和Wiley Library(320k compounds，version6.0)相匹配，從而確定其化學(xué)成分。僅報(bào)道匹配度和純度大于800(最大值1000)的鑒定結(jié)果［6］。

1.2.6 化合物定量 化合物相對(duì)百分含量按峰面積歸一化計(jì)算。

1.2.7 單因素實(shí)驗(yàn) 在鵪鶉蛋萃取量為2g，萃取溫度為55℃，萃取時(shí)間為30min，解吸時(shí)間為2min的條件下，研究三種萃取頭對(duì)總峰面積的影響，萃取頭選取為 DVB/CAR/PDMS、PDMS/DVB、CAR/PDMS。

選取上述實(shí)驗(yàn)最佳水平，在萃取時(shí)間為30min，萃取溫度為55℃，解吸時(shí)間為2min的條件下，研究鵪鶉蛋萃取量對(duì)總峰面積的影響，因素水平選取為1.5、2、2.5、3g。

選取上述實(shí)驗(yàn)最佳水平，在萃取溫度為55℃，解析時(shí)間為2min的條件下研究萃取時(shí)間對(duì)總峰面積的影響，因素水平選取為 10、20、30、40min。

選取上述實(shí)驗(yàn)最佳水平，在解析時(shí)間為2min的條件下，研究萃取溫度對(duì)總峰面積的影響，因素水平選取為 45、55、65、75℃。

選取上述實(shí)驗(yàn)最佳水平，研究解吸時(shí)間對(duì)總峰面積的影響，因素水平選取為 1、2、3、4min。

1.2.8 萃取條件的優(yōu)化 綜合單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，選擇DVB/CAR/PDMS萃取頭，解吸時(shí)間固定為2min，以鵪鶉蛋的萃取量、萃取時(shí)間及萃取溫度作為三個(gè)影響因素，采用L9(34)正交表進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化工藝參數(shù)，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

2 結(jié)果與分析

2.1 萃取條件優(yōu)化

2.1.1 萃取頭種類(lèi)對(duì)烤制鵪鶉蛋揮發(fā)性化合物總峰面積的影響 萃取頭作為整個(gè)固相微萃取的核心部分，它的涂層對(duì)所分析的物質(zhì)具有選擇性［9］。萃取頭種類(lèi)對(duì)烤制鵪鶉蛋揮發(fā)性化合物總峰面積的影響如圖1所示。

表1 正交實(shí)驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)Table 1 The design of factors and levels in orthogonal tests

圖1 萃取頭種類(lèi)對(duì)烤制鵪鶉蛋揮發(fā)性化合物總峰面積的影響Fig.1 Effect of types of fibers on total peak areas

由圖1可知，DVB/CAR/PDMS萃取頭萃取得到的總峰面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于PDMS/DVB萃取頭和CAR/PDMS萃取頭，并且檢測(cè)出的風(fēng)味物質(zhì)種類(lèi)也遠(yuǎn)多于另外二種，故萃取頭類(lèi)型選擇DVB/CAR/PDMS。

2.1.2 樣品萃取量對(duì)烤制鵪鶉蛋揮發(fā)性化合物總峰面積的影響 由于瓶?jī)?nèi)容積固定，樣品萃取量對(duì)揮發(fā)性成分的影響較大。樣品萃取量對(duì)烤制鵪鶉蛋揮發(fā)性化合物總峰面積的影響如圖2所示。

圖2 萃取量對(duì)總峰面積的影響Fig.2 Effect of amount of quail eggs on total peak areas

由圖2可知，揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)總峰面積隨著鵪鶉蛋萃取量的增加而增大，當(dāng)萃取量為2.5g達(dá)到最大。2.5g以后峰數(shù)減少，可能是隨著樣品量的繼續(xù)增加，頂部的空間減少，揮發(fā)物濃度增加，使得低沸點(diǎn)的物質(zhì)與高沸點(diǎn)的物質(zhì)出現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)吸附，纖維頭吸附飽和時(shí)就很難再對(duì)高沸點(diǎn)的物質(zhì)進(jìn)行吸附［10］。因此，樣品萃取量為2.5g時(shí)較好。

2.1.3 萃取時(shí)間對(duì)烤制鵪鶉蛋揮發(fā)性化合物總峰面積的影響 萃取時(shí)間過(guò)久易揮發(fā)性物質(zhì)會(huì)從纖維頭上脫附，而萃取時(shí)間過(guò)短，部分物質(zhì)尤其是高沸點(diǎn)、難逸散的揮發(fā)物又來(lái)不及被纖維頭吸附［11］。萃取時(shí)間對(duì)烤制鵪鶉蛋揮發(fā)性化合物總峰面積的影響如圖3所示。

圖3 萃取時(shí)間對(duì)總峰面積的影響Fig.3 Effect of extraction time on total peak areas

由圖3可知，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，總峰面積不斷增大，30min時(shí)達(dá)到最大，隨著時(shí)間的增加，面積反而有所減小，故萃取時(shí)間定為30min。

2.1.4 萃取溫度對(duì)烤制鵪鶉蛋揮發(fā)性化合物總峰面積的影響 萃取溫度對(duì)SPME的影響具有雙重效應(yīng)，萃取溫度對(duì)烤制鵪鶉蛋揮發(fā)性化合物總峰面積的影響如圖4所示。

圖4 萃取溫度對(duì)總峰面積的影響Fig.4 Effect of extraction temperature on total peak areas

由圖4可知，隨著溫度的升高，總峰面積不斷增大，在65℃時(shí)達(dá)到最大值，然后隨著溫度升高開(kāi)始下降。這是由于溫度升高，有利于鵪鶉蛋中芳香物質(zhì)的揮發(fā);但當(dāng)達(dá)到一定的溫度后，再升溫會(huì)使固定相涂層的吸附量減少，降低萃取效率，而且溫度過(guò)高也可能會(huì)使一些低沸點(diǎn)的成分從萃取頭上解析下來(lái)［12］。因此，本實(shí)驗(yàn)選擇萃取溫度為65℃。

2.1.5 解析時(shí)間對(duì)烤制鵪鶉蛋揮發(fā)性化合物總峰面積的影響 解吸時(shí)間的長(zhǎng)短一般和萃取頭涂層的厚度有關(guān)，萃取頭涂層越厚，解吸時(shí)間就相應(yīng)地延長(zhǎng)。解析時(shí)間對(duì)烤制鵪鶉蛋揮發(fā)性化合物總峰面積的影響如圖5所示。

由圖5可知，隨著解吸時(shí)間的增加，峰面積也在增大，但在解吸時(shí)間為2min之后峰面積基本不變，在保證充分解析的情況下盡量縮短解析時(shí)間，故本實(shí)驗(yàn)選擇解吸時(shí)間為2min。

2.2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

圖5 解吸時(shí)間對(duì)總峰面積的影響Fig.5 Effect of desorption time on total peak areas

正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析如表2所示。由表2可知，直接分析的最佳組合條件是2號(hào)方案，即A1B2C2。極差分析三個(gè)因素的主次順序?yàn)檩腿r(shí)間＞萃取溫度＞萃取量。最優(yōu)的組合條件是A1B2C2。直接分析與極差分析結(jié)果一致。因此萃取條件定為:萃取頭為DVB/CAR/PDMS，解析時(shí)間為 2min，萃取時(shí)間30min，萃取溫度為65℃，萃取量為2g。

表2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析Table 2 Results and analysis of orthogonal tests

2.3 烤制鵪鶉蛋揮發(fā)性成分的檢測(cè)

根據(jù)上述優(yōu)化后的萃取條件，對(duì)烤制鵪鶉蛋揮發(fā)性成分進(jìn)行萃取，其GC-MS色譜圖如圖6所示?？傠x子流檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3。

圖6 烤制鵪鶉蛋中揮發(fā)性成分的總離子流圖Fig.6 The TIC of volatile components in baked quail eggs

表3 烤制鵪鶉蛋揮發(fā)物質(zhì)的SPME-GC-MS分析結(jié)果Table 3 SPME-GC-MS analysis results of volatile components in baked quail eggs

烤制鵪鶉蛋中香氣成分分析結(jié)果見(jiàn)表3。由表3可知，鵪鶉蛋中的揮發(fā)性成分主要為:醇類(lèi)8種，占12.07%;醛類(lèi)化合物12種，占56.18%;酮類(lèi)3種，占1.43%;雜環(huán)類(lèi)為5種，占5.89%;其他有 6種，占6.96%?？梢?jiàn)鵪鶉蛋中揮發(fā)性成分主要為醛類(lèi)、醇類(lèi)、雜環(huán)類(lèi)，酮類(lèi)及其他烴類(lèi)。雜環(huán)化合物具有較低的風(fēng)味閾值，因而對(duì)烤制鵪鶉蛋的整體風(fēng)味貢獻(xiàn)很大;烴類(lèi)化合物由于其風(fēng)味閾值較高而對(duì)整體風(fēng)味貢獻(xiàn)不大。

3 結(jié)論

本文研究了萃取頭種類(lèi)、萃取量、萃取溫度、萃取時(shí)間以及解析時(shí)間對(duì)烤制鵪鶉蛋揮發(fā)性成分萃取效果的影響。結(jié)果表明，在萃取頭為 DVB/CAR/PDMS，萃取時(shí)間為30min，萃取溫度為65℃，烤制鵪鶉蛋樣品萃取量為2g，解析時(shí)間為2min的條件下，萃取效果較好。在此條件下，測(cè)得烤制鵪鶉蛋中的主要揮發(fā)性成分為:醇類(lèi)8種，占12.07%;醛類(lèi)化合物12種，占56.18%;酮類(lèi)3種，占1.43%;雜環(huán)類(lèi)為5種，占5.89%;其他有6種，占6.96%。

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