桑葚挥发性风味物质的组成分析,分析化学论文

桑葚挥发性风味物质的组成分析,分析化学论文摘要：应用固相微萃取-气质联用技术〔solid-phasemicroextraction-gaschromatography-massspectrometry,SPME/GCMS〕对桑葚的挥发性风味物质分析。结果发现：萃取头为50/30mDVB/CAR/PDMS，饱和时间30min，萃取60min效果最好；在这里条件下共鉴定出28种挥发性化合物，包括醛类8种，芳香族化合物6种，酯类6种，醇类4种和酸类4种。同时，对已鉴定出的风味化合物进行定量分析，并结合挥发性物质的气味活度值确定桑葚的香气活性物质，结果包括醛类6种，酯类4种，有机酸类3种，芳香族2种和醇类2种被确定为桑葚的气味活性物质，而异辛醇、糠醛、苯甲醛和己酸的气味活度值〔odoractivityvalue,OAV〕小于1，对桑葚风味奉献度较小。本文关键词语：桑葚;固相微萃取;气质联用;挥发性化合物;气味活度值;Abstract：Thedeterminationmethodofmulberryvolatilematterbysolid-phasemicroextraction-gaschromatography-massspectrometry(SPME/GC-MS)wasoptimizedandthecompositionsandcharacteristicsofthevolatilematterwereidentified.Theresultsshowedthattheextractionheadwas50/30mDVB/CAR/PDMS,thesaturationtimewas30min,andtheextractiontimewas60min.Atotalof28volatilecompounds,including8typesofaldehydes,6typesofaromaticcompounds,6typesofesters,4typesofalcoholsand4typesofacids,wereidentifiedundertheaboveconditions.Atthesametime,theidentifiedflavorcompoundswerequantitativelyanalyzed,andthearomaactivesubstancesofmulberriesweredeterminedbasedontheodoractivityvalueofvolatilesubstances,ncluding6typesofaldehydes,4typesofesters,3typesoforganicacids,2typesofaromaticcompoundsand2typesofalcoholswereidentifiedastheodoractivesubstancesofmulberries,whileodoractivityvalue(OAV)1ofisooctylalcohol,furfural,benzaldehydeandcaproicacidcontributedlesstotheflavorofmulberry.Keyword：mulberry;solidphasemicro-extraction;gaschromatography-massspectrometry;volatilecompounds;odoractivityvalue;桑葚，是桑科桑属多年生木本植物桑树的果实，椭圆形，长1cm～3cm，外表不平滑。桑葚中不仅含有丰富的蛋白质、维生素A原、氨基酸、矿物质钙等营养成分[1]，而且含有多种功能性成分，具有良好的防癌、抗衰老、抗病毒等作用。KimSY等[2]研究发现，服用桑叶茶具有降低血糖的成效。除此之外，桑葚红色素是极好的天然花青类色素，具有很高的着色性以及稳定性，对人体无害[3,4]。当前大多数科研学者对于桑葚的研究主要集中在桑葚的营养成分、药理作用以及花青素等，对风味的研究非常少。由于桑葚营养价值高，具有很高的食用、药用价值，当前很多加工工厂也开发一些桑葚制品，并且相关产品以其独特的风味深受广大消费者的喜欢。本文利用气质联用技术分析了桑葚挥发性风味物质的组成并确定了其香味活性物质，为深切进入了解桑葚及其相关产品的风味构成特点，拓展相关产品的品种提供理论参考。1、材料与方式方法1.1、材料与试剂无沙黑桑葚干：产自新疆吐鲁番。气相色谱标准品烷烃〔C4-C20〕：美国Sigma公司；2-甲基丁醛、正戊醛、异戊醛、正庚醛、正癸醛、正壬醛、糠醛、1-辛烯-3-醇、异戊醇、异辛醇、异戊酸、2,3-丁二醇、乙酸、2-甲基丁酸、己酸、苯甲醛、苯乙醛、苯乙酮、苯甲酸甲酯、2-苯乙醇、3-羟基2-丁酮、乙酸乙酯、乙酸戊酯、丁酸乙酯、丁酸丁酯、己酸甲酯、己酸乙酯等标准化合物：上海阿拉丁生化科技股份有限公司；二氯甲烷〔分析纯〕：大连博诺公司。1.2、仪器与设备MPS2固相微萃取自动进样器：德国Gerstel公司；DVB-CAR-PDMS〔涂层厚度50/30、65、75、100m〕萃取头：美国Supelco公司；Agilent6890/5975C气质联用仪：安捷伦科技有限公司；FA1004型分析天平：上海精天科贸有限公司；SZF-06A索氏提取器：上海新嘉电子有限公司；2018+Plus岛津气相色谱：岛津集团有限公司。1.3、方式方法1.3.1、固相微萃取〔solid-phasemicroextraction,SPME〕预处理精到准确称取3.0g经液氮冷冻后磨成粉末的桑葚粉于20mL顶空进样瓶中，参加1mL20%的NaCl，使其与桑葚粉末混合均匀，并用硅橡胶垫密封，在40℃恒温水浴锅中平衡30min，使用4种不同固相微萃取纤维头〔50/30mDVB/CAR/PDMS,65mPDMS/DVB,75mCAR/PDMSand100mPDMS〕采样吸附，来优化评估。同时对不同饱和时间〔15、30、45min〕和萃取时间〔30、45、60、75min〕进行优化，每个试验重复3次平行，确定优化条件。1.3.2、挥发性物质的检测分析1〕色谱条件：Agilent6890/5975C气质联用仪，HP-5MS(30m0.25mmi.d.,0.25m〕色谱柱；氦气为载气，不分流形式，流速：1mL/min；程序升温：初始温度40℃，保存5min，以3℃/min的速率升至50℃，保存3min，再以5℃/min的速率升至150℃，最后以20℃/min升至250℃，保存5min。进样口温度250℃；检测器250℃；MSD温度250℃。EI电离源，电子能量70ev；离子源温度230℃；扫描范围29amu～400amu。四极杆温度150℃[5]。2〕对质谱图用计算机Nist08谱库检索，结合软件进行人工解析、色谱保存指数和标准化合物比对鉴定。1.3.3、桑葚挥发性风味物质定量分析1.3.3.1、标准溶液的配制准确称取1.1中的标准品配制于二氯甲烷中，每毫升二氯甲烷中含有1L标品，混合均匀。1.3.3.2、样品预处理精到准确称取3g桑葚粉末，用滤纸包好放置于索氏提取器中，在圆底烧瓶中参加二氯甲烷，60℃水浴回流提取10h，提取液50℃水浴蒸出有机溶剂，剩余部分氮吹浓缩至1mL，将浓缩液密封保存待进入气相色谱进行定量分析用[6]。1.3.3.3、桑葚挥发性嗅感物质定量检测1〕色谱条件：岛津2018气相色谱仪，ATX-5(30m0.25mmi.d.,0.25m〕色谱柱；载气为高纯氮气，流速1mL/min，氢离子化火焰检测器，手动进样方式。2〕化合物浓度〔g/g〕=该化合物所对应的标准品浓度该化合物峰面积/该化合物所对应的标准品峰面积1.3.3.4、气味活度值气味活度值〔oderactivityvalue,OAV〕=挥发性风味物质的浓度/香气阈值2、结果与分析2.1、固相微萃取条件的优化2.1.1、萃取头类型对萃取效果的影响用不同类型萃取头对桑葚挥发性风味物质进行分析检测，挥发性成分的总离子流色谱图如此图1所示。图14种不同萃取头测定桑葚挥发性风味物质总离子流图Fig.1Totalioncurrentchromatogramsintheanalysisoffourdifferentfibers由图1可知，PDMS/DVB、CAR/PDMS和DVB/CAR/PDMS3种萃取头出峰的数目要比PDMS多，CAR/PDMS萃取头在后阶段中检出的风味物质较少，而萃取头DVB/PDMS检测出的大多数化合物的峰面积相对于DVB/CAR/PDMS萃取头较小。同时，这种萃取头萃取出的挥发性物质更多，范围更大，峰强度更高层次，更适于成分复杂的挥发物的鉴定，吸附灵敏度更高层次[7]。因而，选择50/30mDVB/CAR/PDMS为本试验的最佳萃取头类型。2.1.2、饱和时间对萃取效果的影响不同饱和时间对嗅感物质的萃取效果如此图2。图2不同饱和时间对嗅感物质萃取效果的影响Fig.2Effectsofdifferentsaturationtimeonextractionefficiencyofolfactorysubstances由图2可知，饱和时间对桑葚中挥发性化合物的影响较大，大部分风味物质的峰面积随时间的增加而增加。华而不实，除苯乙烯、丙二醇甲醚醋酸酯和丁酸丁酯外其他物质的峰面积均随着饱和时间的升高而增大。因而，综合考虑不同挥发性物质在不同时间的峰面积及稳定性变化，选择饱和时间30min作为最优条件。2.1.3、萃取时间对萃取效果的影响不同萃取时间对桑葚挥发性风味物质的萃取效果如此图3。从图3可知，部分风味物质随萃取时间的增加呈现先增加后减少的趋势，但总体上在萃取时间为60min时绝大部分挥发性物质的峰面积到达最大值，在75min时其峰面积略有降低[8]，表示清楚较长的萃取时间不一定得到最好的萃取效果[9,10]。另外，部分化合物的峰面积随萃取时间的延长变化不明显。研究发现：挥发性组分的分配系数、物质的扩散速率、样品体积等因素决定了萃取经过的变化[11]。在这里试验中萃取时间为60min时，萃取效果最佳，故选择60min为最佳萃取时间。综上，固相微萃取的最优的试验方案为：使用50/30mDVB/CAR/PDMS萃取头在40℃下饱和30min，萃取60min。图3不同萃取时间测定桑葚挥发性风味物质萃取效果图Fig.3Effectofmulberryvolatileflavorcompoundsextractionefficiencybydifferentextractiontime2.2、桑葚挥发性风味物质定性分析结果利用优化好的条件，分析桑葚挥发性风味物质其气相色谱-质谱联用〔gaschromatography-massspectromety,GC-MS〕总离子流图如此图4，经分析鉴定所得到的桑葚挥发性风味物质见表1。图4桑葚挥发性风味物质GC-MS总离子流图Fig.4TotalioncurrentchromatogramintheanalysisofvolatileofmulberrybyGC-MS表1桑葚挥发性风味物质定性分析结果表表1桑葚挥发性风味物质定性分析结果表由表1可知，醛类化合物是构成桑葚挥发性化合物的主要物质，在桑葚挥发性风味物质具有重要作用。研究发现：多不饱和脂肪酸氧化构成醛类物质，醛类对食品风味奉献很大，是风味重要来源[12]，华而不实2-甲基丁醛具有浓郁的麦香。研究发现具有青草味的己醛来自脂质的氧化和微生物的氨基酸的分解代谢[13,14]。魏好程等[15]研究发现具有杏仁味的苯甲醛也是桃果实的主要呈香物质之一。芳香族化合物和酯类物质检测出的数量较醛类物质少，但也对桑葚的风味有重要奉献，是仅次于醛类物质的挥发性化合物。在桑葚检测出6种芳香族化合物。华而不实苯甲醛具有杏仁和甜的味道，它是由苯丙氨酸经斯特雷克降解构成的[16]。酯类物质也有6种。检测出4种醇类物质，醇类物质是脂肪酸氧化的产物[17]，一般醇类挥发物具有较高的阈值，华而不实戊醇具有花香和树脂的味道，而亚油酸降解产物1-辛烯-3-醇具有蘑菇、蔬菜的气味[18]，是桑葚挥发性风味物质构成中较为重要的一种醇类物质。除此之外，还检测到4种酸类物质，而有机酸为水果中必不可少的成分之一，并对桑葚的风味具有重要奉献[19]。2.3、桑葚风味化合物定量及香气活性物质确实定结果2.3.1、定量分析结果通过对桑葚中28种挥发性嗅感物质进行定量分析，结果见表2。表2桑葚挥发性风味物质定量分析及气味活度值〔OAV)注：-代表未检出。由表2可知，在桑葚中丁酸乙酯的含量最高〔263056.30g/g〕，其次是正己醛〔178872.50g/g〕和乙酸〔86142.69g/g〕。而己酸乙酯和异辛醇在的含量最小，分别为131.10g/g和133.41g/g。从挥发性化合物的总含量来看，酯类化合物是桑葚制品中最主要的嗅感物质，己酸乙酯和己酸甲酯相对较低，但也分别到达了131.10g/g和1052.65g/g。在所有醛类物质中，正己醛〔178872.50g/g〕是含量最高的嗅感物质，据报道它是由脂类的氧化产生的[20]，其次是正庚醛〔2985.32g/g〕。芳香族化合物中苯甲酸甲酯含量最高，有机酸类乙酸含量最高，醇类含量相对偏低，含量最高的是292.86g/g的1-辛烯-3-醇。2.3.2、香味活性物质分析结果从表2中可知，桑葚制品中有17种挥发性风味物质的气味活度值〔OAV〕大于其本身化合物的阈值，即OAV1，包括醛类6种，酯类4种，酸类3种，芳香族2种和醇类2种，在所有嗅感物质中异戊醛的气味活度值最高〔10588008〕。因而，这17种挥发性化合物被确定为桑葚中的香味活性物质，而异辛醇、糠醛、苯甲醛、己酸的OAV均小于1，讲明其对桑葚的风味奉献较小。上述结果表示清楚，醛类和酯类化合物对桑葚制品的风味有较大奉献，在桑葚风味中起主要作用，OAV值相对来讲也比拟高，研究发现醛类和酯类化合物也是其他品种水果中主要的风味物质，对水果的香气奉献较大。3、结论本文优化了固相微萃取-气质联用技术对桑葚挥发性物质的测定方式方法，并分析鉴定了其挥发性风味物质的构成及特点。结果发现：萃取类型为50/30mDVB/CAR/PDMS，饱和时间30min，萃取时间60min为最佳分析条件；在这里条件下共分析鉴定出28种挥发性化合物，包括醛类8种，芳香族化合物6种，酯类6种，醇类4种和酸类4种；华而不实17种挥发物被确以为桑葚的香气活性物质，而异辛醇、糠醛、苯甲醛和己酸的OAV1，对桑葚风味奉献度较小。以下为参考文献[1]徐颖.桑葚花色苷的提取、纯化研究[J].四川农业与农机,2021(2):34-36[2]KimSY,GaoJJ,LeeWC,etal.AntioxidativeflavonoidsfromtheleavesofMorusalba[J].ArchivesofPharmacalResearch,1999,22(1):81-85[3]王金亭.天然黑小麦色素研究进展[J].粮食与油脂,2020,26(3):45-48[4]杨敏.紫玉米花青素的提取纯化及稳定性研究[D].青岛:中国海洋大学,2021[5]张涵.海参及其发酵制品风味构成研究[D].大连:大连工业大学,2021[6]KanekoS,KumazawaK,NishimuraO.StudiesonthekeyAromacompoundsinsoymilkmadefromthreedifferentsoybeancultivars[J].JournalofAgriculturalandFoodChemistry,2018,59(22):12204-12209[7]RebireL,ClarkAC,SchmidtkeLM,etal.Arobustmethodforquantificationofvolatilecompoundswithinandbetweenvintagesusingheadspace-solid-phaseMicro-extractioncoupledwithGC-MS-ApplicationonSemillonwines[J].AnalyticaChimicaActa,2018,660(1/2):149-157[8]郭静,岳田利,袁亚宏,等.顶空固相微萃取在猕猴桃酒香气成分测定中的应用[J].农产品加工(学刊),2007(3):34-36[9]姜文广.烟台产区蛇龙珠葡萄中游离态香气物质的研究[D].无锡:江南大学,2008[10]刘静,侯英,杨蕾,等.HS-SPME-GC-MS联用测定孟买蓝宝石金酒中的香气成分[J].酿酒科技,2008(12):109-111[11