GC-MS法分析不同牛奶香精中的揮發(fā)性物質(zhì)

徐紅斌，張申平，張妮，周靜

上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院（上海 200233）

各式各樣的乳及乳制品成為人們?nèi)粘Ｉ攀车闹饕獦?gòu)成之一，因?yàn)轷r乳、巴氏殺菌乳或者超高溫滅菌乳的風(fēng)味物質(zhì)含量很低[1-2]，市場(chǎng)中出現(xiàn)的“特濃奶”“香濃奶”等產(chǎn)品需要借助奶味香精增強(qiáng)特征風(fēng)味。市售牛奶香精主要有液體和固體2類，因配方不同，所含風(fēng)味物質(zhì)的種類和質(zhì)量分?jǐn)?shù)各不相同[3]。牛奶香精的制備方法主要有單體香精調(diào)配、天然萃取物調(diào)制、奶油酶解物調(diào)制等[4-6]。

對(duì)風(fēng)味物質(zhì)的分析主要采用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用方法[7-10]，樣品的前處理方法及進(jìn)樣方式主要有溶劑萃取-液體進(jìn)樣、直接頂空進(jìn)樣、固相微萃?。╯olid phase micro-extraction，SPME）進(jìn)樣[11-13]。根據(jù)風(fēng)味物質(zhì)極性由弱到強(qiáng)，風(fēng)味物質(zhì)的分離所使用的毛細(xì)管氣相色譜柱分別有DB-5MS[14]、VF-1701MS[15]、DBWAX[16]等。對(duì)于目標(biāo)化合物的定量分析，靶向篩查及定量需要標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)樣，外標(biāo)法或者內(nèi)標(biāo)法定量分析；非靶向篩查需要借助已建立的化合物質(zhì)譜信息庫(kù)進(jìn)行檢索，主要是NIST譜庫(kù)，根據(jù)目標(biāo)峰面積可得到各個(gè)化合物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。對(duì)牛奶香精中揮發(fā)性物質(zhì)的研究較少，早期研究中王蓓等[3]比較不同牛奶香精和稀奶油中的揮發(fā)性物質(zhì)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)調(diào)配香精的主要成分是以丁酸酯為代表的酯類，另外壬醛、丁酸等低相對(duì)分子質(zhì)量的醛、酸類質(zhì)量分?jǐn)?shù)也達(dá)到30%以上。牛奶香精配方多種多樣，加強(qiáng)牛奶香精風(fēng)味物質(zhì)研究對(duì)奶味香精基料與調(diào)香工藝的研究具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

5個(gè)市售牛奶香精（2個(gè)固體、3個(gè)液體）分別標(biāo)記為CW-S、PJ-S、CW-L、PJ-L、CX-L；無(wú)水乙醇（色譜純，德國(guó)Merck）；氯化鈉，無(wú)水硫酸鈉（分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）。

1.2 儀器與設(shè)備

GCMS-QP2010Ultra氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（配AOC-6000自動(dòng)進(jìn)樣器，日本島津公司）；渦旋振蕩器（德國(guó)heidolph）；電子天平（感量0.01 g，德國(guó)Mettler Toledo公司）。

1.3 樣品前處理方法

1.3.1 液體進(jìn)樣

液體香精直接用無(wú)水乙醇按質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.25%稀釋，用適量無(wú)水硫酸鈉干燥后上機(jī)；稱取0.125 g固體香精用25 mL水溶解，取10 mL香精溶液加入2 g NaCl，均質(zhì)混勻，用20 mL乙醚分2次萃取，合并上層萃取液并用乙醚定容至25 mL，用適量無(wú)水硫酸鈉干燥后上機(jī)。

1.3.2 直接頂空進(jìn)樣

分別稱取1 g牛奶香精于20 mL頂空進(jìn)樣瓶中，加入陶瓷均質(zhì)子。于70 ℃振蕩30 min，進(jìn)樣量1 mL。

1.3.3 SPME進(jìn)樣

在飼喂期間，如果飼料的成分單一，蛋白質(zhì)不足、氨基酸與精氨酸等嚴(yán)重缺乏、維生素的比例不當(dāng)、鹽分不足等，都將給雞帶來(lái)營(yíng)養(yǎng)不足的問(wèn)題。

樣品稱取同頂空進(jìn)樣。采用75 μm DVB/CAR/PDMS固相微萃取頭，使用前在老化儀中200 ℃老化5 min，樣品在振蕩器中于70 ℃加熱5 min后，插入萃取頭，吸附30 min，進(jìn)樣口脫附2 min。

1.4 儀器方法

1.4.1 色譜方法

Stabil-WAX（30 m×0.25 mm，0.25 μm）色譜柱，柱流量1.20 mL/min，分流比33∶1，溶劑延遲3 min。程序升溫：70 ℃保持1 min，10 ℃/min升至120 ℃，保持0.5 min，以4 ℃/min升至205 ℃，以20 ℃/min升至250 ℃，保持3 min。

1.4.2 質(zhì)譜方法

離子源溫度230 ℃，接口溫度250 ℃，電離電壓70 eV，全掃描模式m/z42～500。

1.5 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析采用GC-MS Solution軟件，利用NIST17譜庫(kù)進(jìn)行檢索定性，取相似度大于90的化合物作為鑒定結(jié)果，按面積歸一化法計(jì)算質(zhì)量分?jǐn)?shù)，使用Origin 9.0軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同色譜柱對(duì)牛奶香精分析的影響

毛細(xì)管色譜柱固定液的種類和厚度直接影響化合物的分離和保留能力。以頂空進(jìn)樣為例，考察DB-5MS、VF-1701MS、Stabil-WAX這3種色譜柱對(duì)牛奶香精中風(fēng)味物質(zhì)的分離情況，結(jié)果如圖1所示。Stabil-WAX色譜柱分離得到的化合物數(shù)量高于DB-5MS和VF-1701MS色譜柱，其中PJ-S和CW-S這2個(gè)固體香精分別鑒定出27種和23種化合物，PJ-L、CW-L、CX-L分別鑒定出13，7和11種化合物，說(shuō)明Stabil-WAX色譜柱更有利于牛奶香精中化合物的分析。如圖2所示，2個(gè)固體香精中主要含有酯、酸、醇、酮、內(nèi)酯5類化合物。PJ-S樣品中主要的酯類物質(zhì)有乙酰丙酸乙酯（30.48%）、丁酰乳酸丁酯（7.89%）、辛酸乙酯（7.32%）、月桂酸乙酯（5.09%）；內(nèi)酯類化合物主要有γ-辛內(nèi)酯（8.69%）、γ-壬內(nèi)酯（5.71%）和δ-癸內(nèi)酯（2.98%）；值得注意的是，乙基麥芽酚質(zhì)量分?jǐn)?shù)也達(dá)到7.58%，是主要的風(fēng)味物質(zhì)之一。相比而言，CW-S樣品中鑒定出的化合物個(gè)數(shù)有所減少，但主要的風(fēng)味物質(zhì)種類與PJ-S樣品相近，乙基麥芽酚質(zhì)量分?jǐn)?shù)為17.53%，是主要風(fēng)味物質(zhì)，另外正丁酸、γ-壬內(nèi)酯質(zhì)量分?jǐn)?shù)也分別達(dá)到27.14%和10.65%?？傮w而言，以聚乙二醇為填料的Stabil-WAX色譜柱比較適用于牛奶香精中風(fēng)味物質(zhì)的分析，后續(xù)研究采用Stabil-WAX色譜柱。

圖1 不同色譜柱對(duì)牛奶香精分析的影響

圖2 2個(gè)固體牛奶香精的主要風(fēng)味物質(zhì)種類

2.2 不同進(jìn)樣方法對(duì)牛奶香精分析的影響

樣品前處理方法對(duì)風(fēng)味物質(zhì)的分析至關(guān)重要，因牛奶香精中主要風(fēng)味物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，液體進(jìn)樣時(shí)需要將樣品稀釋較大倍數(shù)，以防止超過(guò)色譜柱負(fù)荷。另外，固相微萃取是風(fēng)味物質(zhì)分析的主要方法，該方法利用不同型號(hào)的固相微萃取頭可富集不同極性的化合物，尤其適用于低質(zhì)量分?jǐn)?shù)風(fēng)味物質(zhì)的鑒定。文獻(xiàn)中使用的萃取頭主要有DVB/CAR/PDMS[17]、CAR/PDMS[3]、PDMS/DVB[1]、PDMS[1]。其中，以二乙烯基苯、碳分子篩、聚二甲基硅氧烷三合一的DVB/CAR/PDMS萃取頭適用于極性范圍較廣的樣品。

以PJ-S固體香精樣品為例，采用溶劑萃取-液體進(jìn)樣的方式共鑒定出5種物質(zhì)，直接頂空進(jìn)樣和SPME法分別鑒定出27種風(fēng)味物質(zhì)，遠(yuǎn)高于液體進(jìn)樣方試。但后2種方法鑒定出的風(fēng)味物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)和種類略有差異，如直接頂空進(jìn)樣中質(zhì)量分?jǐn)?shù)前三的物質(zhì)分別是乙酰丙酸乙酯（30.48%）、γ-辛內(nèi)酯（8.69%）和丁酰乳酸丁酯（7.89%），而SPME法中質(zhì)量分?jǐn)?shù)前三的物質(zhì)分別是δ-十二內(nèi)酯（9.44%）、香蘭素（9.29%）和乙基麥芽酚（9.25%），這是因?yàn)榛衔锏膿]發(fā)能力及萃取頭的吸附選擇性不同。同一廠家的固體香精和液體香精產(chǎn)品成分略有差異，SPME法中PJ-S和PJ-L的總離子流圖如圖3所示。

圖3 SPME法中PJ-S和PJ-L的總離子流圖

2.2.1 香精PJ-S的風(fēng)味特征

香精PJ-S共鑒定出27種風(fēng)味物質(zhì)，其中內(nèi)酯類物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，達(dá)到38.1%；酯類化合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)居于第二，達(dá)到23.74%，這2類物質(zhì)均具有清新的水果、奶油香氣，氣味清爽柔和，是PJ-S樣品奶香氣的主要貢獻(xiàn)成分。另外，醛類物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到17.59%，主要是乙基香蘭素（8.3%）和香蘭素（9.29%）；酸類物質(zhì)主要是辛酸（5.05%）和正癸酸（2.9%），總體質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到8.96%；值得注意的是，該樣品中乙基麥芽酚質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到9.25%，僅低于δ-十二內(nèi)酯（9.44%）和香蘭素（9.29%）。

2.2.2 香精CW-S的風(fēng)味特征

香精CW-S共鑒定出23種風(fēng)味物質(zhì)，主要風(fēng)味物質(zhì)較PJ-S有明顯變化。5種內(nèi)酯類物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)總體達(dá)到41.31%，是主要揮發(fā)性物質(zhì)，γ-壬內(nèi)酯（12.31%）和δ-壬內(nèi)酯（11.84%）質(zhì)量分?jǐn)?shù)均超過(guò)10%。酸類和酯類質(zhì)量分?jǐn)?shù)較為接近，分別為16.8%和15.49%，主要是正癸酸、己酸肝、癸酸乙酯和4-羥乙基噻唑-5-甲基-4-乙酯。該樣品中乙基麥芽酚質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到21.07%，遠(yuǎn)高于2種壬內(nèi)酯化合物，是最主要的風(fēng)味物質(zhì)。

2.2.3 香精PJ-L的風(fēng)味特征

香精PJ-L與PJ-S屬于同一廠家，但鑒定出的化合物種類略有降低，為21種，相較于樣品PJ-S減少6種。主要的物質(zhì)是作為溶劑的丙二醇，質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到82.58%，其余化合物以酯類居多，質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到9.54%，主要是癸酸乙酯（7.14%）?？赡苁侨軇w積分?jǐn)?shù)過(guò)高導(dǎo)致化合物在固相微萃取頭上的競(jìng)爭(zhēng)吸附，使得除溶劑分子之外的化合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低，尤其是在固體香精中質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高的乙基麥芽酚，在PJ-L液體香精中質(zhì)量分?jǐn)?shù)僅為0.17%。

2.2.4 香精CW-L的風(fēng)味特征

香精CW-L同樣屬于液體香精，共鑒定出16種化合物。但該產(chǎn)品中溶劑丙二醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)有所降低，為47.85%。主要的風(fēng)味物質(zhì)是內(nèi)酯類和酯類，分別達(dá)到26.26%和14.11%，其中γ-癸內(nèi)酯（9.48%）和三醋酸甘油酯（13.63%）質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高。乙基麥芽酚的質(zhì)量分?jǐn)?shù)有所上升，達(dá)到5.16%，略低于γ-癸內(nèi)酯和三醋酸甘油酯，是主要的風(fēng)味物質(zhì)。

2.2.5 香精CX-L的風(fēng)味特征

香精CX-L與香精CW-L的構(gòu)成比較接近，溶劑丙二醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)81.87%。主要的風(fēng)味構(gòu)成是酯類和內(nèi)酯類物質(zhì)，質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別達(dá)到9.91%和5.07%，以癸酸乙酯（7.7%）和γ-壬內(nèi)酯（3.47%）居多。但該香精中未鑒定出乙基麥芽酚。

采用SPME法對(duì)5種牛奶香精的分析結(jié)果如表1所示。

表1 5個(gè)牛奶香精樣品的主要揮發(fā)成分

3 結(jié)論

5個(gè)牛奶香精樣品經(jīng)3種不同方式進(jìn)樣、GC-MS分離檢測(cè)，使用SPME-GC-MS法分別鑒定出27，23，21，16和20種揮發(fā)性物質(zhì)。其中，乙酰丙酸乙酯、正癸酸、γ-壬內(nèi)酯、δ-壬內(nèi)酯、γ-十一內(nèi)酯、δ-十二內(nèi)酯、乙基麥芽酚檢出頻率和質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，香精PJ-S中香蘭素和乙基香蘭素質(zhì)量分?jǐn)?shù)也較高，雜環(huán)化合物4-甲基-5-（β-羥乙基）噻唑在4個(gè)香精中均有檢出，這10種化合物可作為牛奶香精的特征風(fēng)味物質(zhì)。