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(jì)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(jī)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(jī)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(qiáng)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）、同時蒸餾萃取（SDE）和超臨界流體萃?。⊿FE）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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(hù)，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(qiáng)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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?。╨iquid-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(jī)溶劑，并且該有機(jī)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(jī)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(jī)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(kuò)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?。⊿FE）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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(tuán)，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(qiáng)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(jī)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(qiáng)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(jī)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(jī)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(bǔ)，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(jī)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(jī)制對于研究食品中特殊氣味的形成與控制具有重要意義。