食品揮發(fā)性化合物的提取與分析技術(shù)

高鳳澤，王治同

（吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，吉林長春 130118）

民以食為天，食以味為先。風(fēng)味對于食品感官質(zhì)量的評價非常重要，直接影響消費者的喜愛程度，具有重要的經(jīng)濟價值。由于食品風(fēng)味物質(zhì)的變化與其內(nèi)在化學(xué)成分組成及營養(yǎng)價值的改變密切相關(guān)，通過監(jiān)測食品加工過程或食品貯藏過程中風(fēng)味物質(zhì)的變化可以判斷食品的品質(zhì)變化情況，為食品品質(zhì)控制提供科學(xué)依據(jù)[1-2]。在香精香料以及食品添加劑的研究中，揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的鑒定能為新型食品香精香料以及食品添加劑的開發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)[3]，此外，基于揮發(fā)性化合物的不同化學(xué)計量學(xué)分析，可根據(jù)揮發(fā)性化合物區(qū)分不合格原料，為選擇不同品種的合格原料提供依據(jù)[4]。因此，選擇合適的方法提取并鑒定食品中的揮發(fā)性風(fēng)味化合物對食品工業(yè)發(fā)展和食品科學(xué)研究具有重要意義。本文主要綜述了食品風(fēng)味物質(zhì)分析中常用的提取技術(shù)與分析檢測方法，旨在為食品加工過程中揮發(fā)性風(fēng)味化合物的分析鑒定及其機理研究提供參考，為開發(fā)新型食品以及香精香料研究提供理論依據(jù)。

1 食品揮發(fā)性物質(zhì)的分離提取技術(shù)

1.1 頂空取樣技術(shù)

頂空取樣技術(shù)（head space，HS）是利用氣相從食品基質(zhì)中分離揮發(fā)性成分的無溶劑萃取技術(shù)，該技術(shù)簡單、簡捷、實用。頂空取樣技術(shù)有靜態(tài)頂空萃取技術(shù)和動態(tài)頂空萃取技術(shù)兩種[5]。

1.1.1 靜態(tài)頂空萃取技術(shù)

靜態(tài)頂空萃取技術(shù)（static head space，SHS）是將樣品放置在一個密封的小瓶中，并對其加熱，直到揮發(fā)性化合物與液體上方的氣相達(dá)到平衡，最后將等分的氣相樣品引入氣相色譜柱進(jìn)行最終測定。這項技術(shù)成本低，不需要復(fù)雜的儀器，容易實現(xiàn)自動化，干擾較少，主要因為色譜儀中只引入了揮發(fā)性相。但是對于分析物濃度非常低的樣品，該技術(shù)靈敏度較低[6]。靜態(tài)頂空萃取技術(shù)主要包括直接靜態(tài)頂空進(jìn)樣和頂空固相微萃取。

（1）直接靜態(tài)頂空進(jìn)樣

直接靜態(tài)頂空進(jìn)樣（headspace）是將樣品直接放置于頂空進(jìn)樣瓶中，在一定溫度下孵育一段時間，待樣品瓶中達(dá)到熱力學(xué)平衡，吸取氣相部分進(jìn)行檢測。這種提取方法操作簡單，能在不破壞食品基質(zhì)的前提下檢測到食品正常的香味信息，同時無需使用有機溶劑，避免了新雜質(zhì)的引入，影響分析結(jié)果，污染進(jìn)樣口。該方法具有一定的局限性，只能檢測揮發(fā)性組分，并且平行精度不夠理想，進(jìn)樣所需體積大，適合高度揮發(fā)性或高含量組分的檢測。直接靜態(tài)頂空進(jìn)樣法常被用來鑒定醇類和酯類化合物[7]。此外，也有研究人員利用此技術(shù)分析其他風(fēng)味化合物，如Reznik 等[8]利用直接靜態(tài)頂空取樣技術(shù)-氣質(zhì)聯(lián)用混合分析法鑒定出濃縮橙汁中的萜類、醇類和醛等11 種重要的風(fēng)味化合物。

（2）頂空固相微萃取技術(shù)

固相微萃取技術(shù)（solid-phase micro-extraction，SPME）是目前揮發(fā)性風(fēng)味化合物研究中使用最廣泛的一種樣品制備技術(shù)，它利用少量萃取相從研究的樣品基質(zhì)中萃取出目標(biāo)分析物。與固相萃?。⊿PE）類似，SPME 涉及分析物從樣品基質(zhì)分配到萃取相的過程，該過程由樣品基質(zhì)和萃取相之間的化學(xué)勢梯度驅(qū)動。頂空固相微萃取技術(shù)（HS-SPME）程序通常由三個步驟表征：首先，預(yù)平衡步驟旨在促進(jìn)分析物從基質(zhì)轉(zhuǎn)移到頂空，這是一個吸熱過程，不是強制性步驟。其次，將吸附劑相暴露于頂空一段時間，由用戶決定平衡或萃取時間。平衡時間是HS-SPME 萃取方法開發(fā)過程中的一個關(guān)鍵性能參數(shù)，當(dāng)萃取量達(dá)到平衡預(yù)期值的95%時，就建立了平衡時間。最后，從頂空中取出萃取相，并將分析物引入氣相色譜分析儀器，在加熱的氣相色譜進(jìn)樣口進(jìn)行熱解吸[9]。這種方法的優(yōu)點是簡單、快速、無溶劑、靈敏度高、樣品量小、成本低；不足之處不便于內(nèi)標(biāo)定量的加入，對加熱溫度等實驗條件很敏感；提取的化合物取決于所用涂層纖維的極性，所需成本高；在與色譜儀器聯(lián)用時，具有污染性的揮發(fā)性成分還會對儀器造成一定的影響，而且僅局限于揮發(fā)性組分的萃取。目前，固相微萃取技術(shù)在食品科學(xué)研究與生產(chǎn)加工領(lǐng)域主要用于不同食品在不同加工階段揮發(fā)性化合物成分的鑒定以及新產(chǎn)品的開發(fā)與品質(zhì)控制等方面。Arvapally 等[10]利用固相萃取-液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜（LC-MS/MS）和試驗設(shè)計（DOE）相結(jié)合的方法，建立了一種簡便、快速的分析方法，可同時測定各種食品中的多種營養(yǎng)成分（水溶性和脂溶性維生素和黃酮類化合物）。也有研究人員利用動態(tài)頂空技術(shù)-固相微萃取-氣質(zhì)聯(lián)用混合分析方法對5 種香蕉中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)成分進(jìn)行檢測研究，鑒定出68 種揮發(fā)性成分，并解決了交叉性污染的問題[11]。Bajer 等[12]對比頂空固相微萃取（HS-SPME）、同時蒸餾萃?。⊿DE）和超臨界流體萃取（SFE）三種方法提取零陵香豆的揮發(fā)性提取物，并結(jié)合氣相色譜/質(zhì)譜（GC/MS）進(jìn)行了鑒定，其中頂空固相微萃取共鑒定出約156 種化合物，相比于其他提取方法，HS-SPME 制備的提取物富含醇、羰基和酸，三種方法的比較結(jié)果為不同處理方法在香精工業(yè)中的應(yīng)用提供重要信息。

1.1.2 動態(tài)頂空萃取技術(shù)

動態(tài)頂空萃取技術(shù)（dynamic head space，DHS）是利用惰性氣體流經(jīng)過熱的恒溫樣品表面對其進(jìn)行吹掃，把頂空揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)連續(xù)地排出，再用裝有吸附劑的捕集管吸附和萃取，樣品中被惰性氣體吹掃出來的揮發(fā)性成分則被收集于捕集管中。氣體吸收結(jié)束后，快速加熱捕集管，再用載氣將其中被吸附的待分析揮發(fā)性成分吹掃出來，最后進(jìn)入氣相色譜儀或氣相-質(zhì)譜聯(lián)用儀進(jìn)行成分分析。該技術(shù)主要包括吹掃捕集和微阱捕集[13]。

（1）吹掃捕集

吹掃捕集（purge and trap，P&T）是頂空技術(shù)的一種，其中揮發(fā)性有機化合物被惰性氣體從樣品基質(zhì)中吹出，被捕獲并濃縮在一個裝有吸附劑材料（如Tenaxò）的管中，在那里揮發(fā)性有機化合物被濃縮，然后被引入儀器進(jìn)行分析。1970 年此方法被推出后，吹掃捕集技術(shù)迅速獲得廣泛認(rèn)可，并被監(jiān)管機構(gòu)批準(zhǔn)為標(biāo)準(zhǔn)方法。時至今日，該方法仍然是分析固體和液體中低濃度揮發(fā)性有機化合物的主要方法。吹掃捕集方法與靜態(tài)頂空相比有更低的檢出限，并且具有較高的富集效率，檢測結(jié)果穩(wěn)定、操作簡單，但比頂空系統(tǒng)需要更多的維護，且容易出現(xiàn)樣品起泡等問題。研究報道，吹掃捕集技術(shù)比SPME 更適合測定分子量較低的化合物[14]，前者的主要優(yōu)點是可以同時提取多個樣品以及使用校準(zhǔn)曲線進(jìn)行定量，而SPME 校準(zhǔn)必須在加標(biāo)樣品基質(zhì)中進(jìn)行[14]。Fredes 等[14]應(yīng)用動態(tài)頂空吹掃捕集方法鑒定了61 種甜瓜和西瓜香氣的揮發(fā)性化合物。除了食品中風(fēng)味化合物的分析鑒定外，有研究人員還設(shè)計了基于表面增強拉曼散射結(jié)合吹掃捕集器快速檢測食品中痕量甲醛成分[15]；如張學(xué)等[16]建立了一種應(yīng)用吹掃捕集-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法測定白酒中氰化物的方法。上述研究方法的建立為食品中復(fù)雜揮發(fā)性化合物的檢測、鑒定及安全控制提供了幫助。

（2）微阱捕集

微阱捕集（in-tube Extraction，ITEX）使用氣密注射器將樣品頂空反復(fù)泵入連接管中，該管內(nèi)裝有吸附劑材料用于富集分析物。注射器以及吸附彎管由電加熱器封閉，以避免樣品在注射器中冷凝，并分別促進(jìn)熱解吸到氣相色譜儀的入口系統(tǒng)。注射器的玻璃體上還有一個側(cè)孔，可以用純凈的惰性氣體沖洗注射器和吸附劑管，用于捕集阱調(diào)節(jié)，以避免分析物之間的交叉污染。ITEX 操作程序有四個階段（樣品調(diào)節(jié)、分析物提取/吸附、解吸/進(jìn)樣和捕集調(diào)節(jié)）以及進(jìn)行每個階段的主要性能參數(shù)（孵育溫度、孵育時間和提取次數(shù)）的控制[17]。與其他方法相比，ITEX 對植物中揮發(fā)性有機化合物的分析具有成本低和靈敏度高的優(yōu)點[18]。有研究人員優(yōu)化了ITEX-GCMS 方法，并鑒定了茶產(chǎn)品中的揮發(fā)性有機化合物，用以識別綠茶和脫咖啡因綠茶之間的區(qū)別性生物標(biāo)志物[18]。Michiu 等[19]使用ITEX/GC-MS 技術(shù)確定了啤酒麥汁主要發(fā)酵過程中揮發(fā)性化合物的組成，用來表征啤酒麥汁中Magnum 酒花品種的揮發(fā)性特征。通過這種方式，研究者根據(jù)高級醇、酯、有機酸和醛建立了不同類別的二級產(chǎn)品。馬麗鑫等[13]結(jié)合氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)，對比了SPME、ITEX、P&T、headspace 四種不同頂空進(jìn)樣方式對含有57 種揮發(fā)性化合物的水溶液定量能力，結(jié)果顯示SPME 可檢出的化合物種類最多（45 種），其次是ITEX（42 種），P&T 檢測出的化合物種類最少，僅為20 種。此外，研究顯示ITEX 更易檢出醛類、烴類化合物（醛類的最低定量限為20 ng/mL，烴類的最低定量限為10 ng/mL），SPME 對于醇類、酯類化合物更敏感（最低定量限均為20 ng/mL），P&T 和headspace 更適合于低沸點化合物的定量。

1.2 溶劑萃取技術(shù)

溶劑萃取法是利用提取物質(zhì)可以較好地溶解于提取溶劑中，并且該溶劑不會與食品基質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在攪拌與離心的輔助下實現(xiàn)有機溶劑從食品基質(zhì)中提取揮發(fā)性化合物的目的[20]。這種方法操作簡單，富集效率高，成本低，但是有機溶劑的使用可能會引入其他雜質(zhì)，并且可能會改變食品中揮發(fā)性成分的原有性質(zhì)[13]。液-液微萃取和超臨界流體萃取技術(shù)是目前主要的萃取技術(shù)。

1.2.1 液-液微萃取

作為傳統(tǒng)使用方法之一，液-液微萃取（liquid-liquid microextraction，LLME）是利用在一定的條件下食品基質(zhì)中的揮發(fā)性物質(zhì)可以最大化的溶于有機溶劑，并且該有機溶劑可以較好地與食品基質(zhì)分離，從而將食品中的揮發(fā)性化合物分離出來[20]。Sampaio 等[21]對比了液-液微萃取、吹掃捕集頂空技術(shù)及固相微萃取技術(shù)對腰果蘋果汁中風(fēng)味物質(zhì)的分離性能，結(jié)果表明以上技術(shù)均可以很好地分離出腰果蘋果汁中的酯類化合物，其中以二氯甲烷為有機溶劑的液液萃取技術(shù)可以分離出更高濃度的醛類和醇類揮發(fā)性化合物。Li 等[22]用植物油作為一種綠色溶劑，從蓬蒿中提取揮發(fā)性風(fēng)味化合物。結(jié)果表明植物油有作為替代溶劑的潛力，可進(jìn)一步應(yīng)用于天然產(chǎn)物的綠色提取，其中向日葵油表現(xiàn)最佳。Osvaldo 等[23]使用二氯甲烷作為有機溶劑測定微蒸餾龍舌蘭酒樣品的液-液萃取獲得的少量揮發(fā)性化合物。GC-MS 分析表明，在銀酒、陳年酒和超齡龍舌蘭酒中，約有62 種揮發(fā)性化合物被鑒定出來。孫嘯濤等[24]采用渦旋輔助液液微萃取結(jié)合氣相色譜-質(zhì)譜法對67 種白酒中的4-甲基吡嗪、4-甲基愈創(chuàng)木酚和4-乙基愈創(chuàng)木酚進(jìn)行檢測，結(jié)果表明，所有樣本都含有四甲基吡嗪，51 種樣本中含有4-甲基愈創(chuàng)木酚，53 種樣本中含有4-乙基愈創(chuàng)木酚。汪玲玲等[25]采用液-液微萃取技術(shù)結(jié)合氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)定量分析了醬香型白酒中的48 種香氣成分，結(jié)果表明醬香型白酒骨架成分中香氣貢獻(xiàn)較大的主要是酯類和醇類物質(zhì)，其中己酸乙酯、乙酸乙酯、丁酸乙酯、1-丙醇、2-苯乙醇以及3-甲基丁醇是重要的香氣物質(zhì)。

1.2.2 超臨界流體萃取技術(shù)

超臨界流體萃取技術(shù)（supercritical fluid extraction，SFE）是一種在高于其臨界溫度點條件下使用流體的提取技術(shù)。超臨界流體密度與液體相似，而其黏度與氣體相當(dāng)；它的擴散性介于氣體和液體之間。這些特性使超臨界流體能夠更深、更快地滲透到固體基質(zhì)中。由于其成本合理、安全，SFE 方法中最常用的萃取溶劑是二氧化碳。該技術(shù)還可以防止提取物被破壞，因為它在提取過程中提供了非氧化氣體。使用超臨界CO2的主要限制是不適合用作極性組分的溶劑[26]。該提取分離方法工藝簡單易掌握，萃取效率高，耗能少，環(huán)境污染小，可以較好地保持所提取物質(zhì)的完整性，能夠在不超過沸點的溫度下將高沸點低揮發(fā)度的物質(zhì)提取出來。并且在萃取過程中不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，無有害物質(zhì)產(chǎn)生，安全性良好。有研究人員采用超臨界二氧化碳萃取獲得黑孜然和枸杞子的揮發(fā)性成分，并通過氣相色譜-質(zhì)譜法（GC-MS）進(jìn)行分析，共鑒定出16 種化合物，占黑孜然超臨界流體萃取（SFE）提取物的99.36%[27]。Lasekan 等[28]使用超臨界流體萃取法結(jié)合氣相色譜質(zhì)譜方法分析馬來西亞熱帶杏仁中的揮發(fā)性風(fēng)味化合物和丙烯酰胺。此方法的應(yīng)用為堅果加工過程中的風(fēng)味變化及安全控制提供了參考。Tomá 等[29]采用HS-SPME、SDE 和SFE 制備零陵香豆的揮發(fā)性萃取物。結(jié)合氣相色譜/質(zhì)譜法（GC/MS）分別鑒定出了156 種（HS-SPME）、77 種（SDE）和36 種（SFE）化合物，并與保留指數(shù)進(jìn)行了比較。這些化合物包括醇、羰基化合物、酸、酯、萜烯、萜類化合物、內(nèi)酯、脂族和芳族烴以及其他未分類的化合物。

1.3 蒸餾法

1.3.1 水蒸氣蒸餾法

水蒸氣蒸餾法（steam distillation，SD）是根據(jù)水和有機物一起共熱時，整個體系總的蒸汽壓等于各個組分的蒸汽壓之和。當(dāng)總的蒸汽壓之和等于外界大氣壓的時候，該混合體系沸騰，但此時該混合物的沸點低于各個組分的沸點，即在小于100 ℃時將揮發(fā)性有機化合物和水蒸氣一并蒸出[20]。這種方法適用于沸點較高，且不溶于水，在高溫下不與水發(fā)生反應(yīng)的化合物，常被用于食品中揮發(fā)油的提取。研究者對方法不斷加以改進(jìn)，使其更好地應(yīng)用于不同的研究領(lǐng)域。Sun 等[30]通過參數(shù)優(yōu)化開發(fā)了一種將蒸汽蒸餾/逐滴萃取與氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用的方法，確定大棗提取物中揮發(fā)性成分，從棗提取物中鑒定出76 種揮發(fā)性化合物，并測定了16 種化合物的含量。該方法的檢測結(jié)果類似于同時蒸餾萃取的結(jié)果。開發(fā)的新方法簡單、快速、有效、靈敏，提供了棗提取物中揮發(fā)性成分的總體情況。Gavahian 等[31]設(shè)計并開發(fā)了一種新的萃取工藝，即歐姆加速蒸汽蒸餾，采用這種技術(shù)提取熏衣草精油，并結(jié)合氣相色譜-質(zhì)譜（GC-MS）方法對精油的成分進(jìn)行鑒定，結(jié)果表明，這種新方法不會對薰衣草精油中有價值的化合物產(chǎn)生負(fù)面影響，并且在提取效率和耗能方面得以提升[31]。

1.3.2 真空減壓蒸餾法

真空減壓蒸餾（vacuum distillation，VD）利用混合物在真空狀態(tài)下的沸點顯著降低，揮發(fā)性化合物可以在較低溫度下被蒸出的特點。該方法可以較好地保存揮發(fā)性化合物的完整性，適用于沸點較高并且受熱易分解的揮發(fā)性化合物。Karagül-Yüceer 等[32]通過直接溶劑萃取/高真空蒸餾來萃取脫脂奶粉的揮發(fā)性成分，將揮發(fā)性提取物分離成中性/堿性和酸性組分，并通過氣相色譜-嗅覺法（GC-O）對其組分進(jìn)行鑒定。結(jié)果表明，各種醛、酮、游離脂肪酸影響脫脂奶粉的風(fēng)味生成。Whetstine 等[33]用二乙醚萃取奶酪，然后通過高真空蒸餾分離揮發(fā)性物質(zhì)，再使用氣相色譜/嗅覺分析和芳香提取物稀釋分析法分析揮發(fā)性提取物。結(jié)果表明，低脂奶酪具有相似的風(fēng)味特征，與相應(yīng)的全脂奶酪在大多數(shù)感官屬性上沒有差異。

1.3.3 同時蒸餾萃取法

同時蒸餾萃取技術(shù)（simultaneousdistillation-extraction method，SDE）將水蒸汽用蒸餾和有機溶劑抽提相結(jié)合，首先從樣品中水蒸汽蒸餾出基質(zhì)中的揮發(fā)性成分，再用低沸點的溶劑萃取出蒸餾液，只需要少量溶劑就可以提取大量的樣品，同時，揮發(fā)性成分得到了濃縮[34]。該技術(shù)將水蒸汽蒸餾與溶劑萃取結(jié)合起來，減少了試驗步驟，使試驗過程更加簡捷，縮短了分析時間。有研究人員應(yīng)用同時蒸餾萃取技術(shù)結(jié)合GC-MS 分析技術(shù)對荔枝中的風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行檢測分析，共測定出20 種化合物，其中包括3 種醛類、13 種萜類、1 種酸、2 種醇類和1 種酯類，研究人員還比較得出機械損傷后的荔枝被萃取的風(fēng)味物質(zhì)比完好荔枝的風(fēng)味物質(zhì)要多，說明不同樣品處理方式影響風(fēng)味物質(zhì)的變化[35]。

1.3.4 溶劑輔助風(fēng)味蒸發(fā)技術(shù)

溶劑輔助風(fēng)味蒸發(fā)技術(shù)（solvent-assisted flavor evaporation，SAFE）是一種新型的風(fēng)味化合物分離技術(shù)，主要由蒸餾系統(tǒng)和真空泵系統(tǒng)組成，利用溶劑在低溫和高真空條件下的迅速汽化，對復(fù)雜食品中的痕量揮發(fā)物具有良好的定性和定量效果。該技術(shù)對揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的破壞較小，熱敏性風(fēng)味成分損失少，其提取的風(fēng)味更接近于真實樣品，是比較適宜的風(fēng)味物質(zhì)提取方法。該方法既可以從含有脂肪的食品基質(zhì)中獲取到較高得率的風(fēng)味物質(zhì)，也可以直接蒸餾含水樣品，如乳制品、啤酒、橙汁、果漿等。有研究人員應(yīng)用SAFE 技術(shù)從洋白菜中鑒定出24 種氣味物質(zhì)，其中OAV 最高的氣味包括β-紫羅蘭酮（花香，紫羅蘭色；OAV 300）、月桂烯（萜烯，OAV 120）、芳樟醇（花香，柑橘；OAV 79）和pulegone（薄荷，藥用；OAV 58）[36]。Shi 等[37]采用SAFE 技術(shù)對荔枝中的芳香活性化合物進(jìn)行提取鑒定，并用GC-O/MS 技術(shù)對其進(jìn)行分析，共得到31 種關(guān)鍵的芳香性活性化合物。

2 食品揮發(fā)性物質(zhì)的檢測方法

食品風(fēng)味物質(zhì)分離提取后，需要利用一些檢測技術(shù)對其進(jìn)行定性或定量鑒定分析，目前應(yīng)用較多的食品風(fēng)味物質(zhì)分析技術(shù)有氣相色譜法、液相色譜法、氣相色譜-嗅聞檢測技術(shù)、氣相-離子遷移譜、基于氣質(zhì)聯(lián)用的代謝組學(xué)、電子鼻等。

2.1 氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)

氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）中的氣相色譜（GC）是在許多科學(xué)技術(shù)分支中廣泛應(yīng)用的技術(shù)。20 世紀(jì)90 年代以來，GC 在確定混合物成分?jǐn)?shù)量和比例方面發(fā)揮了重要作用，然而，確定這些分離和量化的化合物性質(zhì)和化學(xué)結(jié)構(gòu)的能力是模糊的，需要光譜檢測系統(tǒng)。最常用的是質(zhì)譜檢測器（MSD），它可以獲取分子的“指紋”，即其質(zhì)譜。質(zhì)譜提供有關(guān)分子量、元素組成的信息，如果使用高分辨率質(zhì)譜儀，可以提供存在的官能團，以及在某些情況下，分子的幾何形狀和空間異構(gòu)現(xiàn)象[38]。GC-MS 是一種極為有利的協(xié)同組合，因為易于通過GC 分析的化合物（低分子量、中等或低極性）也符合MS 分析要求。此外，兩種分析都在相同的聚集狀態(tài)（氣相）中進(jìn)行。有研究者采用GC-MS 技術(shù)對3種不同品種獼猴桃風(fēng)味揮發(fā)物質(zhì)進(jìn)行了分析比較，檢測到了20 種主要揮發(fā)性化合物，并且發(fā)現(xiàn)有3 種主要揮發(fā)性化合物在3 個品種獼猴桃間的相對含量存在顯著差異。該方法在分析過程中，可以直接測定獼猴桃漿的濾液，操作方便簡單[39]。Peng 等[40]利用頂空固相微萃取結(jié)合氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用（HS-SPME-GC-MS）技術(shù)檢測9 種不同品種蘋果汁在發(fā)酵前后的香氣成分，共鑒定出揮發(fā)性化合物51 種，包括酯類16 種、醇類11 種、醛類8 種、酮類6 種、酸類4 種、其他6 種。與上述研究類似，Huang 等[41]也利用HS-SPME-GC-MS 技術(shù)檢測7 種獼猴桃汁在發(fā)酵后的香氣成分，共鑒定出揮發(fā)性化合物53 種。Li 等[42]利用HS-SPME-GC-MS 技術(shù)檢測一種新型發(fā)酵蘋果汁飲料在研發(fā)過程中香氣成分的變化，共鑒定出58 種香氣成分，包括14 種酯、11 種醇、11 種酮、7 種酸、6 種醛、4 種烯烴和3 種醚。HS-SPME-GC-MS 技術(shù)成為食品中香氣成分測定使用最為廣泛的技術(shù)。

2.2 氣相色譜-嗅聞-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)

氣相色譜-嗅聞-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（gas chromatographyolfactometry-mass spectrometry,GC-O-MS）由兩個功能強大的工作單元GC-O 和GC-MS 組成，將這兩種設(shè)備的特征整合為一個集成儀器。嗅覺檢測器與氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用對于從多種揮發(fā)性成分中鑒定或提取香氣活性化合物特別有效。但是，由于質(zhì)譜儀在真空條件下工作，而嗅覺檢測器在大氣壓條件下工作，因此，兩個檢測器的分析物的保留時間可能有所不同（對于質(zhì)譜儀而言通常較短）。Zhang 等[43]使用GC-MS/O 和偏最小二乘回歸研究了不同加熱方式即用傳統(tǒng)的黏土燉鍋和商用陶瓷電燉鍋烹飪對雞湯香氣特性的影響。目前，GC-O-MS 主要用于解決食品行業(yè)的風(fēng)味問題涉及兩個領(lǐng)域：一是快速繪制芳香活性化合物的圖譜，二是關(guān)鍵香氣活性化合物的鑒定。

2.3 氣相-離子遷移譜技術(shù)

氣相-離子遷移譜技術(shù)（gaschromatography ionmobility spectrometry，GC-IMS）是用于檢測不同基質(zhì)中痕量揮發(fā)性和半揮發(fā)性有機化合物的方法。IMS 儀器根據(jù)中性緩沖氣體在電場中的遷移率，在常壓下對離子具有快速響應(yīng)和高靈敏度，將氣相色譜的高效分離與離子遷移譜的痕量快速分析優(yōu)勢相結(jié)合，經(jīng)過二次分離后得到保留時間、漂移時間和信號強度的三維譜圖[44]。目前氣相-離子遷移譜技術(shù)主要用于建立食品分類和摻假檢測的揮發(fā)性風(fēng)味指紋圖譜；評價食物的新鮮度和變質(zhì)；檢測食品的異味；監(jiān)測食品加工過程中的揮發(fā)性代謝物；檢測食品存儲期間揮發(fā)性成分的變化[45]。Yang 等[46]利用GC-IMS 分析了棗果實冷藏過程中47 種揮發(fā)性成分的變化，主要是醇、醛、酯和酮，其中3-戊酮是新鮮水果的特征成分。儲存15 d 后，二丙基二硫化物成為最特殊的物質(zhì)。為了研究咀嚼過程中面包釋放的揮發(fā)性香氣化合物，Pu 等[47]應(yīng)用GC-IMS 獲得了面包咀嚼過程中不同時間的香氣化合物信息，結(jié)果表明在開始和吞咽時分別感知到兩個最大的香氣感知信號，即發(fā)酵樣和面粉樣屬性。Jia 等[48]評估了由三種優(yōu)勢細(xì)菌在冷藏14 d 的silver 魚中誘導(dǎo)的揮發(fā)性化學(xué)變化，并通過GC-IMS 確定了揮發(fā)性有機化合物，其中1-丙醇、丁酮、2-己酮、甲基異丁基酮、二甲基硫醚和二甲基二硫醚隨儲存時間的增加而逐漸增加，表明它們有可能用作新鮮度/腐敗監(jiān)測的腐敗標(biāo)記。Gerhardt 等[49]將感官分析、數(shù)學(xué)相關(guān)性與HS-GC-IMS 相結(jié)合，以測定橄欖油風(fēng)味特征并更好地區(qū)分初榨橄欖油，這表明HS-GC-IMS 3D 指紋與感官分析的數(shù)學(xué)相關(guān)性可能適用于計算對原始橄欖油進(jìn)行分類的良好預(yù)測值。

2.4 基于質(zhì)譜的揮發(fā)物代謝組學(xué)

在加工或烹飪食物時，會發(fā)生許多化學(xué)反應(yīng)，涉及多種代謝產(chǎn)物，如糖、氨基酸和脂質(zhì)。這些化學(xué)反應(yīng)過程通常導(dǎo)致形成揮發(fā)性香氣化合物，這些香氣化合物可使食物更鮮美或引入異味。代謝組學(xué)工具現(xiàn)在被用于研究這些風(fēng)味化合物的形成，以便更好地了解食品加工的有利和不利之處。代謝組學(xué)被定義為生物樣品中所有小分子的全面表征，用于準(zhǔn)確比較樣品組之間的代謝物譜[50]。代謝組學(xué)分析可以遵循靶向或非靶向的方法。一般選擇非靶向方法來評估所研究系統(tǒng)的整體代謝物譜，而無需預(yù)期哪些（類）化合物可引起代謝譜的差異。從技術(shù)上講，這是通過代謝指紋圖譜或分析方法來實現(xiàn)的。而靶向分析方法依賴于代謝物類別，這些代謝物有望對感官特性產(chǎn)生影響。代謝組學(xué)現(xiàn)在已用于確定香氣活性化合物形成的風(fēng)味前體和反應(yīng)途徑；確定揮發(fā)物物質(zhì)對風(fēng)味的貢獻(xiàn)度；用于感官分析和建立預(yù)測模型。例如，Klevorn 等[51]以代謝組學(xué)和數(shù)學(xué)分析模型為基礎(chǔ)，測定了烤花生后低分子量化合物組成的變化，在鑒定出的383 種化合物中有16 種是烤花生特有的，且通過路徑分析，精氨酸和脯氨酸代謝相關(guān)的化合物變化最大。Koubová 等[52]使用GC-MS 為基礎(chǔ)的代謝組學(xué)方法檢測接種肉樣12、18、24 h后與Listeria monocytogenes、Salmonella enteritidis和大腸桿菌O157∶H7 相關(guān)的生物標(biāo)志物，許多已鑒定的代謝物是糖、脂肪酸、氨基酸、核苷和有機酸。還觀察到次生代謝物如尸胺、羥基褪黑激素和3,4-二羥基馬來酸。

3 結(jié)論與展望

目前，食品中揮發(fā)性化合物提取與分析技術(shù)的研究進(jìn)展較快，極大地推動了食品中風(fēng)味物質(zhì)鑒定與分析的研究進(jìn)展。雖然這些技術(shù)均具有各自的特點及不足之處，但是食品中揮發(fā)性化合物的分析及應(yīng)用前景非常廣闊。

結(jié)合食品揮發(fā)性化合物的提取與分析技術(shù)發(fā)展方向以及現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展趨勢，食品揮發(fā)性化合物的提取與分析相關(guān)技術(shù)未來的發(fā)展主要集中在以下方面：（1）考慮到各技術(shù)的優(yōu)缺點，未來在選擇提取和分析方法時，需要根據(jù)所研究風(fēng)味物質(zhì)的性質(zhì)、研究目的、分析時間等諸多試驗因素進(jìn)行綜合考慮，開展多種技術(shù)聯(lián)合使用，實現(xiàn)優(yōu)勢互補，從而提高食品中揮發(fā)性風(fēng)味化合物的提取效率與檢測精度；（2）目前固相微萃取技術(shù)在食品中揮發(fā)性化合物的提取研究中使用最為廣泛，然而該技術(shù)所需的涂層纖維易損耗，且成本高；成本低廉、吸附效率更高、耐損耗涂層材料的開發(fā)成為該技術(shù)未來有待解決的問題；（3）對于食品中一些不易揮發(fā)的結(jié)合態(tài)風(fēng)味化合物的綠色、快速、高效提取也成為今后研究的發(fā)展方向；（4）GC-IMS 是一種新興的食品風(fēng)味化學(xué)便捷分析工具，具有檢測速度快、操作方便和設(shè)備便攜的特點，但該技術(shù)未來也需要進(jìn)一步改進(jìn)，如將2D-GC 與IMS 結(jié)合使用，可以獲得二維分析信息，這將使分析非常復(fù)雜的食品基質(zhì)成為可能；（5）食品代謝組學(xué)技術(shù)有助于揭示揮發(fā)性風(fēng)味形成以及涉及的前體物質(zhì)的化學(xué)變化及機理，未來可將人類的感官分析和代謝組學(xué)數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)，可以使人類的感官與分析數(shù)據(jù)進(jìn)行銜接，制造出更美味的食品；（6）食品中各種風(fēng)味化合物與營養(yǎng)物質(zhì)之間的相互作用，共同決定著食品獨特的氣味，利用新技術(shù)闡明某些特定的相互作用機制對于研究食品中特殊氣味的形成與控制具有重要意義。