李琼-香料香精技术及进展课件

香料香精分析技术

及其进展李琼吴颖上海应用技术学院香料香精分析技术

及其进展李琼吴颖前言对香料及其原材料进行分析和评价，不仅可以使人们获得最基本的关于香料原材料和赋香产品的化学信息，并为人们在原材料利用和开发中科学利用、合理调配这些香气物质提供科学依据。本文仅对香料香精的分析技术进行概括性的介绍，希望能起到抛砖引玉的作用及目的。前言对香料及其原材料进行分析和评价，不仅可以使人们获香料香精分析一般包括：样品预处理，香气化合物的采集、浓缩、分离，鉴定（含定量）、综合评价等步骤。

香料香精分析一般包括：一、样品的选择与预处理样品的选择应明确所进行研究的目的，通常选择的样品要有代表性，并要考虑到样品的采样季节、储存条件及加工方式等因素。样品的预处理包括下列工序：研磨、均化、离心、过滤或挤压。样品预处理时应避免热、光或空气的氧化，以及由于细胞结构的破坏而发生的酶与前驱体的作用，通常采用CO2或N2气流中处理样品。

一、样品的选择与预处理样品的选择应明确所进行研究的目的，通常二、香气成分的采集、浓缩与分离

在某些情况下（包括浓的香精、精油及化学品），对试样可以直接进行分析。在更多的情况下，必须从试样中分离出目标的组分。二、香气成分的采集、浓缩与分离在某些情况下（包几种主要的分离方法蒸馏法萃取法色谱法其他方法几种主要的分离方法蒸馏法（一）蒸馏技术所有的蒸馏方法、目的均为使分析对象的挥发性组分与非挥发性组分或挥发性较低的组分分离开。优点是：没有非挥发性成分存在，不会干扰其后的色谱分析；缺点是：蒸馏后若得到的是稀水溶液，则需要增加一个分离浓缩步骤，把挥发物分离出来。蒸馏法包括共水蒸馏法、水蒸汽蒸馏、高真空蒸馏及分子蒸馏等。（一）蒸馏技术所有的蒸馏方法、目的均为使分析对象的挥发性组分1.水蒸汽蒸馏水蒸汽蒸馏是使水蒸汽连续地流过容器中的样品混合物来进行蒸馏的方法。可分为常压和减压两各种类型。现设计有不同的小型装置1.水蒸汽蒸馏水蒸汽蒸馏是使水蒸汽连续地流过容器中的样品混合李琼-香料香精技术及进展课件2.高真空蒸馏

适用于从非挥发油中分离出少量挥发物。适用于分离食品或烟草等体系挥发性物质。达到的真空度要看分离对象中是否有水，当无水时，此法真空度可达10-3mmHg(0.133pa)或更低，此时是分子蒸馏。

当有少量水存在时，可实现高真空蒸馏。2.高真空蒸馏适用于从非挥发油中分离出少量挥发此图是一种高真空蒸馏系统草图，此方法分离香味成分体系中不会产生新化合物。此图是一种高真空蒸馏系统草图，此方法分离香味成分体系中不会产真空蒸馏设备真空蒸馏设备3.分子蒸馏所谓分子蒸馏，也就是在蒸馏中被蒸馏分子从液体表面蒸发到被冷凝下来的冷却表面之间的距离小于分子的“平均自由行程”的蒸馏。要实现分子蒸馏有两个条件：第一，蒸发面到冷却面之间尽可能有小的间距；第二，体系要在极高真空条件（0.1~0.001Pa）。该法是目前较好的一种蒸馏方法，特别适合分离沸点高、黏度大、热敏性的天然产物。3.分子蒸馏所谓分子蒸馏，也就是在蒸馏中被蒸馏分子从液体表面一般有两种蒸馏装置可进行分子蒸馏，一种是流动薄膜蒸馏锅，另一种是锅式蒸馏锅。前者适用于处理大量的分离对象（0.1-2L），后者适合于小量分离体系(0.01-0.1L)。一般有两种蒸馏装置可进行分子蒸馏，一种是流动薄膜蒸馏锅，另一德国UIC实验室分子蒸馏设备德国UIC实验室分子蒸馏设备

有人利用裂解装置与GC-MS或GC联接，在瞬间高温条件下，将挥发性成分蒸发出来，进入GC分离鉴定，或GC-MS分离鉴定。优点：快速，样品量少。缺点：在高温条件下某些物质可能发生化学变化或作用。4、闪蒸法有人利用裂解装置与GC-MS或GC联接，在瞬间高温条件有报道刘惠民等采用闪蒸/毛细管气相色谱/质谱法(Flash-Distillation/GC/MS)对烟草中的挥发性香味物质进行了分析研究,共鉴定了烟草中70余种挥发性成分..结果表明:该方法具有分析速度快、操作简便、重现性好等特点,适用于烟草挥发性香味成分的分析.李琼-香料香精技术及进展课件(二)萃取

基于香味成分在溶剂相和被分离对象相态或溶剂相和蒸馏液之间分配系数的不同。该法最简单的例子就是用分液漏斗提取法。

由于被分离的对象各不相同，所以提取装置及方法也不相同。(二)萃取基于香味成分在溶剂相和被分离对象相在分析工作中常用的溶剂及性质列表如下：在分析工作中常用的溶剂及性质列表如下：

一个体系究竟选用何种溶剂进行提取原则上应把握以下几点：第一，对目标物质有较大的分配系数，（可根据相似相溶原理考虑）；第二，香味成分与溶剂物理性质上易于分开。一个体系究竟选用何种溶剂进行提取原则上应把握以

含乙醇水溶液香料体系（例如香精）的提取，常选择能区别乙醇和其它低级醇的溶剂。有效的溶剂是极性较小的溶剂，如异戊烷、戊烷/二氯甲烷混合物、三氯氟甲烷等溶剂，尤其是三氯氟甲烷用于含醇量高的香精萃取是非常有效的，它几乎不提取醇类物质（甲、乙醇）。另外，已腈较适合于提取脂肪含量高的产品挥发性香味成分。含乙醇水溶液香料体系（例如香精）的提取，常1.

直接萃取技术固体样品分析的萃取可采用索氏提取器提取法液态样品提取最简单方法是分液漏斗中摇动、分层分离。但更多采取连续萃取的方法，这里有两种装置，一种用于分离比水重的溶剂提取，另一种用于比水轻的溶剂提取。1.

直接萃取技术固体样品分析的萃取可采用索氏提取器提取法如Ｄｅａｎ-Ｓｔａｒｋ萃取装置就是一种液-液连续萃取装置,它只使用少量溶剂,在不形成严重乳浊液的情况下,彻底萃取水溶液中的香料成分。如Ｄｅａｎ-Ｓｔａｒｋ萃取装置就是一种液-液连续萃取装置,它2、同时蒸馏—萃取技术,也称共蒸萃取（SDE）2、同时蒸馏—萃取技术,也称共蒸萃取（SDE）李琼-香料香精技术及进展课件侯冬岩等采用同时蒸馏—萃取装置(SDE)提取干、鲜芦荟花的挥发性物质，测得干、鲜芦荟花挥发油含量分别为2．23％和2．81％，用GC／MS法从干、鲜芦荟花的挥发油中分别分离确认出10种和24种化学成分。侯冬岩等采用同时蒸馏—萃取装置(SDE)提取干、鲜芦荟花的挥同时蒸馏萃取法早期用于酒花、胡萝卜、蕃茄、橄榄油、土豆条、花生、蘑菇和坚果的挥发性物质。现在用途越来越广泛，已用于烟草香味分析，优点是样品用量少，GC图形好，易定量化。缺点是含香物质可能长期受热,化学成分会发生变化。同时蒸馏萃取法早期用于酒花、胡萝卜、蕃茄、橄榄油、土豆条、花浓缩萃取液的装置萃取后除去溶剂是重要的一步,在这一步中必须避免试样成分的损失,Ｋ-Ｄ浓缩法是常用的蒸发溶剂的方法。浓缩萃取液的装置萃取后除去溶剂是重要的一步,在这一步中必须避

超临界流体萃取（SFE）是以临界温度和压力下的超临界流体作萃取剂进行萃取的。3、

超临界CO2流提取技术超临界流体萃取（SFE）是以临界温度和压力特点(1)在接近常温的条件下操作，适合于热敏性物质和易氧化物质的分离；

(2)适合于挥发性物质的分离；

(3)萃取的效率高而且能耗较少；

(4)SFE是最干净的提取方法，全过程不用有机溶剂，因此萃取物无残留的溶剂。特点(1)在接近常温的条件下操作，适合于热敏性物质和易氧化

超临界CO2萃取法,优于常规萃取法,超临界流体具有接近气体的低粘度和高扩散系数,并具有接近于液体的高密度和强溶解能力,有利于被提取物质的扩散和传递,因而在香料成分浓缩方面大显身手。张鑫等运用超临界CO2萃取与水蒸汽蒸馏萃取对照，进行辛夷挥发油的分析，结果表明，超临界CO2流萃取挥发油得率高，且制得的挥发油香气品质好，味浓、清雅、无杂气。超临界CO2萃取法,优于常规萃取法,超临界流体具美国ASI超临界萃取仪/超临界CO2流体萃取仪美国ASI超临界萃取仪/超临界CO2流体萃取仪4、固相萃取（SPE）固相萃取是利用固体吸附剂将液体样品中目标化合物吸附，使其与样品的机体和干扰物分离，然后再用洗脱液洗脱或加热解脱，达到分离和富集目标化合物的目的。固相萃取实质上是一种液相色谱分离，其主要分离模式也可分为正相、反相、离子交换、吸附等。4、固相萃取（SPE）固相萃取是利用固体吸附剂将液体样品中目优点：与液液萃取相比，固相萃取不需要大量的纯溶剂，无相分离操作，处理过程不会产生乳化现象，且所用费用较低。缺点：目标化合物回收率和精密度要低于液液萃取。优点：与液液萃取相比，固相萃取不需要大量的纯溶剂，无相分离操经典的12管真空固相萃取装置经典的12管真空固相萃取装置5、固相微萃取技术（SPME）

固相微萃取(SPME)是在固相萃取基础上发展起来的一种新型样品前处理方法。它集分离、富集功能于一身，大大简化了样品的前处理过程，而且能很方便地与气相色谱等其它分析仪器联用。此方法在香精分析中主要用于香气成分的分析以及香精中挥发性组分的富集和分离。

5、固相微萃取技术（SPME）固相微萃取

传统的固相微萃器是一种仿制注射装置，其注射头采用多孔高聚物，对挥发性香味物质进行提取，然后进行鉴定。该方法适合于定性、定量不够准确。传统的固相微萃器是一种仿制注射装置，其注射头采用多孔高聚现有的固相微萃取通过石英纤维表面涂渍高分子层对样品中有机成分进行萃取预富集，然后在GC进样器中直接热解吸。优点：与液液萃取和固相萃取相比，具有操作时间短，样品量小，无需萃取剂，适用于分析挥发性与非挥发性物质，重现性好等优点。缺陷：目前固相微萃取可供使用的固相涂层种类不多，应用范围较小。

现有的固相微萃取通过石英纤维表面涂渍高分子层对样品中有机成分自动固相微萃取仪

自动固相微萃取仪曲国福等采用固相微萃取法（SPME）对6批次的烟用HMT-4香精成分进行提取,GC/MS对其进行分析。结果表明：SPME法具有操作简便、快速、节能、萃取效率高等特点,适合于烟用香精成分的提取。O.Pinho等通过实验证明SPME-GC方法是羊奶酪中挥发性成分的测定的最优方法。该方法可以提供检测奶酪中的一些特殊味成分的方法。李琼-香料香精技术及进展课件6、气相萃取技术（headspace）气相萃取技术又称顶空技术，分为静态顶空、动态顶空。顶空技术对于捕集娇嫩鲜花的头香和单离出食品、化妆品挥发香料的成分是理想方法。6、气相萃取技术（headspace）气相萃取技术又称顶空技静态顶空：在一个密闭容器中，其中样品上方气体达到平衡用气密性注射器抽取样品上方气体进行分析测定技术。静态顶空又称为“一步气体萃取”用于定性分析非常简便：但定量测定比较繁杂，样品基体会产生干扰。动态顶空：使用吹扫气体连续萃取样品，将一些组分吹出，然后通过冷冻浓缩技术或使用吸附浓缩技术将这些组分浓缩，最后用加热的方法释放出这些组分，进行GC

分析。它是“连续气体萃取”不必等到样品瓶中两相达到平衡和抽取等分的顶空样品进行测定。静态顶空：在一个密闭容器中，其中样品上方气体达到平衡用气密性顶空技术的工作原理直接取样吸气法通气法顶空技术的工作原理直接取样吸气法通气法李琼-香料香精技术及进展课件测定烘丝中香气挥发情况变化烟丝N2heat冷阱1冷阱2活性碳吸附测定烘丝中香气挥发情况变化heat冷阱1冷阱2活性碳吸附顶空分析仪顶空分析是一种分析气相物的好方法。现已发展起来有顶空分析仪。其原理是测定分析对象（液和固）在密闭体系中两相平衡时挥发性成分。顶空分析仪顶空分析是一种分析气相物的好方法。现已发展起来有顶顶空技术具有操作简单、方便易于自动化等特点。静态顶空可用于气、液、固态样品中挥发性物质分离。动态顶空具有较高灵敏度，检出限可10-12。顶空技术具有操作简单、方便易于自动化等特点。静态顶空可用于气Larrayoz，Patricia等对比了动态顶空进样和蒸馏．萃取两种预处理方法对羊奶酪不同的成熟阶段风味物质的提取结果。表明动态顶空萃取法可以提取更多的挥发性组分。Larrayoz，Patricia等对比了动态顶空进样和蒸馏7、微波辅助萃取技术（MAE）

对样品进行微波加热，利用极性分子可迅速吸收微波能量的特性来加热一些具有极性的溶剂，达到萃取样品中目标化合物，分离杂质的目的。微波萃取试剂用量少，节能、省时，污染小。

有报道张金生等人采用微波辅助萃取系统萃取洋葱油，并采用GC-MS技术对其有效成分进行结构鉴定。

7、微波辅助萃取技术（MAE）对样品进行8，微胶囊双水相萃取法1，双水相萃取技术:双水相萃取技术是将两种不同的水溶性聚合物的水溶液混合，形成双水相体系。当物质进入双水相体系，在两相间进行选择性分配，表现出一定的分配系数，从而达到分离纯化之目的。双水相萃取技术具有较高的选择性和专一性．能有效提取醛、酮、醇等弱极性至无极性香味成分。2，

微胶囊技术：是用特殊的方法将固、液体或气体物质包埋封存在一种微胶囊内而成为固体。近年来，将微胶囊技术和双水相萃取技术相结合提取植物精油。如郭丽等人利用微胶囊双水相法从新鲜的柑桔皮中提取柑桔油。8，微胶囊双水相萃取法1，双水相萃取技术:双水相萃取技术是将9，超声波萃取超声波萃取技术利用超声波辐射产生的强烈空化效应、扰动效应、高加速度等多级效应．增大物质分子运动频率和速度．增加溶剂穿透力，从而加速目标成分溶解，促进提取的进行。刘希夷等研究了超声波萃取法提取紫苏籽油的工艺，通过改变提取时间、功率和温度，得到最佳提取条件为：时间90min，功率400W，温度46℃，得油率为56．65％。9，超声波萃取超声波萃取技术利用超声波辐射产生的强烈空化效应几种萃取方法的比较索氏提取超声波萃取微波萃取超临界流体萃取时间24-48h30-60min4-20min30-60min溶剂用量大大小小费用低低高高工作强度大大低低污染程度大大小小几种萃取方法的比较索氏提取超声波萃取微波萃取超临界流体萃取（三）

、膜分离技术膜分离是近年发展起来的新技术。近代学者将膜分离技术应用到气相色谱与质谱的接口，相继涌现了膜-气相-质谱、膜-微捕集质谱、膜萃取-气相等。膜分离技术具有装置结构简单、操作程序方便、无需有机溶剂处理、可与各种分析仪器直接连接，易于实现自动化操作和在线操作等优点。（三）、膜分离技术膜分离是近年发展起来的新技术。近代学者将膜分离样品中有机物分子气体或液体分子的传输机制是溶解-扩散过程。常用膜材料为聚二甲基硅氧膜（适用许多极性化合物和挥发性物质）、聚四氟乙烯膜（半挥发性物质）、微孔膜等。其中聚甲基硅氧膜制成的膜材料用于挥发性有机物分离浓缩最为成功。膜分离样品中有机物分子气体或液体分子的传输机制是溶解-扩散过膜分离技术可用于测定橘子、苹果、蒜、姜、葱、白酒、葡萄酒中的风味物质。例如使用膜处理酒样品，由于基体（乙醇）在膜中扩散系数比其他大很多，可将它直接排除而其他的风味组分被保存在微捕集管中，通过热解析将捕集的组分吹扫毛细管柱中进行分离测定。膜分离技术可用于测定橘子、苹果、蒜、姜、葱、白酒、葡萄酒中的（四）色谱分离方法

对于采集所得的香气成分浓缩物的再分离、鉴定、通常用色谱法,它包括ＧＣ(气相色谱)、ＴＬＣ(薄层色谱)和ＨＰＬＣ(高压液相色谱)、以ＧＣ最为常用。

几乎所有现今流行的香味成分都用GC或GC的某种应用形式进行分析。GC快速灵敏，准确度和高分辩力好（四）色谱分离方法

对于采集所得的香气成分浓缩物的再分离、1，气相色谱色谱柱是分离的关键因素之一。作为柱子内的GC液相主要有两类：一类为极性液相如PEG20M，属聚乙二醇类；另一类为非极性液相如SE-30，一种甲基聚硅氧烷物质。1，气相色谱色谱柱是分离的关键因素之一。气相色谱最先是利用填充柱色谱来分离香味成分,但填充柱柱效不高，难以分析复杂的香精香料样品。现主要采用柱效更高的毛细管柱。另外还有能耐400℃以上高温的毛细管柱出现,可用来分析更高沸点的成分。

1999年David等报道了一种快速高分辨毛细管气相色谱技术，该技术采用小内径的毛细管柱（100um）、600kPa以上的高压，大幅减少了分析时间。但该法仪器要求高，难以推广。气相色谱最先是利用填充柱色谱来分离香味成分,但填充柱柱效不高二维色谱（GC+GC）当复杂的香精样品难以用一根色谱柱分离时，采用偶合柱系统（GC+GC）则是分离复杂香精的新方法。1998年，NadjouaChanegriha等采用“极性偶合柱系统”，考察了一种复杂精油在几种不同构造的柱体系上的分离情况。结果表明：在其中构造最好的一组偶合柱上，所有19种成分都得到很好分离。二维色谱（GC+GC）当复杂的香精样品难以用一根色谱柱分GC+GC一般采用中心切割法，从第1支色谱柱预分离后的部分馏分，被再次进样到第2支色谱柱作进一步的分离；而样品中的其他组分或被放空或也被中心切割。尽管可通过增加中心切割的次数来实现对感兴趣组分的分离，但由于组分流出第1支柱进到第2支柱时，其谱带已较宽，因此第二维的分辨率会受到损失这种方法的第二维分析速度一般较慢，不能完全利用二维气相色谱的峰容量．它只是把第1支色谱柱流出的部分馏分转移到第2支色谱柱上，进行进一步的分离。GC+GC一般采用中心切割法，从第1支色谱柱预分离后的部分馏全二维气相色谱技术（GC×GC）全二维气相色谱技术（GC×GC）是多维色谱的一种，但又不同于通常的二维色谱，它提供了一个真正的正交分离系统。全二维气相色谱具有分辨率高、峰容量大、灵敏度高、分析时间短、定性可靠性强等特点，因而能在复杂样品体系的分析中发挥更重要的作用。

全二维气相色谱技术（GC×GC）全二维气相色谱技术（GC×G全二维气相色谱色谱柱的连接全二维气相色谱色谱柱的连接全二维色谱(GC×GC)全二维色谱(GC×GC)全二维气相色谱(GC×GC）是把分离机理不同而又互相独立的两支色谱柱以串联方式结合成二维气相色谱在这两支色谱柱之间装有一个调制器，这个调制器起捕集再传送的作用。经第1支色谱柱分离后的每一个馏分，都需先进入调制器，进行聚焦后再以脉冲方式送到第2支色谱柱中进行进一步的分离。所有组分从第2支色谱柱进人检测器信号经数据处理系统处理后，得到以第1支柱上的保留时间为第一横坐标，第2支柱上的保留时间为第二横坐标，信号强度为纵坐标的三维色谱图，或二维轮廓图。全二维气相色谱(GC×GC）是把分离机理不同而又互相独立的两全二维气相色谱图全二维气相色谱图PMarriott,等人运用GC×GC对香根草油进行分析，分离出144种成分，而这在单一色谱柱是无法分离的。RShellie成功的运用GC×GC完成茶树油对映异构体的分离分析。首先用第一根柱将对映异构体与其它组分分离，第二根柱分离对映异构体。PMarriott,等人运用GC×GC对香根草油进行分析，香精香料中不挥发性组分的分析柱色谱法薄层色谱法（TLC）高效液相色谱法香精香料中不挥发性组分的分析柱色谱法2.柱色谱法湿法填柱，用溶剂洗脱，得到不同的馏分或组分，接下来再进行分析鉴定。例如，硅胶柱，乙醚在戊烷中含量逐渐增加，进行分级洗脱，可以分段地分离各类成分。干柱色谱法，样品组分经溶剂洗脱分离后，将柱填料移出按吸附层切割成段并用极性溶剂萃取。2.柱色谱法湿法填柱，用溶剂洗脱，得到不同的馏分或组分，接下3.

薄层色谱法（TLC）薄层色谱法是快速、便宜及简单的技术，作为筛选工具特别有价值。一般制法及分析用途。3.

薄层色谱法（TLC）薄层色谱法是快速、便宜及简单的技术4.高性能液相色谱法（HPLC）对于分析分子量较大的物质、许多天然提取物中挥发性小的组分及热不稳定的物质，气相色谱是无能为力的，而HPLC却特别有效。HPLC具有定量、快速自动化等多方优点。但由于液体黏度大，分离速度较慢。4.高性能液相色谱法（HPLC）对于分析分子量较大的物质、许三、鉴定方法质谱法多维检测器其它分析方法三、鉴定方法质谱法质谱作为检测器与色谱技术联用使香精香料成分的研究的效率得到了大幅度提高。通过GC／MS联用在谱库检索就能给出化合物的可能结构信息，一个复杂的混合物在较短时间内就可以得到分离鉴定。GC／MS是当前香精香料分析中应用最多的方法。1.质谱质谱作为检测器与色谱技术联用使香精香料成分的研究的效率得到了茉莉精油色谱图茉莉精油色谱图李琼-香料香精技术及进展课件尽管GC/MS可以分析鉴定许多香料香精中的成分，但对于复杂样品也常常需要进行分组分析，或