第四章--食品风味的分析

1、第四章 食品风味的分析,在食品风味物质进行研究时，必然建立一整套从生物原材料取样入手，经过提取、富集、分离到通过现代分析仪器进行定性、定量的综合分析方法。 为了分析食品中痕量的风味物质，除了保证仪器所必须具备的高灵敏度之外，在完成提取步骤以后，必须进行浓缩富集，以便提高样品溶液中风味组分的浓度。,第一节 风味物质的提取,食品风味前体物质大部分以水溶性的形式存在于天然原材料中，其中一小部分分布在食品的脂质成分中。 因此，只对食物原材料中的有机流出物进行风味分析和研究是不全面的。必须选择适当的分离手段，从天然原材料的组织细胞中尽可能完全地分离出所有的风味组分，才能全面地反映出食品本身所具有的风味特

2、征。,选择适当的方法，把食物中的风味物质提取出来，制备成适于进行定性、定量分析的试样，这是食品风味分析的首要步骤，也是风味研究中的关键技术。选择提取方法的原则： 根据食品风味组分的挥发性和沸点来选择提取方式 根据被分析化合物的极性来选择提取剂。 根据被测组分的稳定性来选择加热方式或减压方式,提取方法,溶剂萃取法 蒸馏提取法 吸附与解吸法 顶空捕集法 液体CO2提取法,溶剂萃取法,溶剂萃取法是分析化学领域中经典的提取技术。即利用某些有机溶剂对大部分食品风味物质所具有的良好溶解性，通过溶剂萃取，达到把风味物质从食物中完全提取出来的目的。这种方法设备简单、操作方便具有比较理想的分离效果。 常用溶剂：

3、乙醚，丙酮，乙醇，二氯甲烷，三氯甲烷，四氯化碳等。,蒸馏提取法,蒸馏提取法是食品风味分析中最普遍应用的提取技术。这是一种在相同温度下利用液体混合物中各组分具有不同的蒸气压来气提宽沸程挥发性化合物的最有效的方法之一。 常压与减压蒸馏法 高真空蒸馏法 分子蒸馏法,吸附与解吸法,在风味研究中，为了避免风味组分与水蒸汽一起冷凝，通常利用某种固体吸附剂，对食品中的风味组分进行选择性的吸附，从而达到排除其它组分的目的。这也是食品风味分析中最常用的方法之 当食品中的风味化合物被捕集到吸附剂上以后，通过加热将被吸附的组分再解吸出来，然后直接进入分析系统这种方法特别适于富集痕量的风味分离物并且具有良好的效果。,

4、顶空捕集法,食品被加热以后，挥发性风味化合物逸出食品表面，使人们嗅到强烈的食品香气。如果把食品密封在一个容器中，使加热后所产生的食品风昧物质富集在这个容器顶部空间，然后通过必要的设备直接或间接地将挥发性组分引入分析系统中。这种方法是食品风味研究中最现代化的分析手段之一。 这种方法的特点是简便、快速；被分析的风味化合物最接近人体映觉所能感觉到的气味。但是样品的浓度是受分析系统条件所限制的。,液体CO2提取法,液体CO2是一种良好的提取剂，其沸点为78.5 ，在提取低沸点、易挥发的风味物质时显示出较高的选择性。特别适于提取低分子量的酯类、醛类、酮类及醇类物质。 超临界CO2萃取,第二节 浓缩富集技

5、术,在一般情况下，经过提取后食品中的风味物质溶解在有机溶剂中。由于风味物质在食品中含量甚微，提取液中的风味化合物必须经过浓缩富集才能满足各种分析方法的灵敏度要求。 在风昧研究中，浓缩的方法很多，可以根据样品的特性来选择最佳方案。,一、蒸发浓缩,1稀水溶液 由于蒸馏法得到的风味提取物通常溶解在稀水溶液中，风味物质的浓度很低。因此，必须采用适当的浓缩方法，提高风味物质的实际浓度。,2有机溶剂 对于溶于有机溶剂的风味物质来说，利用风味化合物与提取剂之间所存在的沸点差异，采取蒸发浓缩放术将提取液系统中低沸点的溶剂蒸发出去，使风味物质得以浓缩。在食品风味分析中，这种方法被广泛应用。 在风味研究中，样品经

6、过蒸馏浓缩后，在蒸馏后的样品中通入氮气，并且控制氮气的流速进行溶剂吹扫，从而使风味物质得到彻底地干燥。这是一种简便易行的方法。,二、冷冻浓缩,冷冻浓缩法是将样品提取液中的水溶液冷冻凝结成固态冰，从而使风味提取物在局余的液相中得以浓缩的一种方法。这种方法对于溶解在水溶液体系中的风味提取物是最理想的浓缩方法，可以减少提取液浓缩过程中风味物质的损失。,三、吸附浓缩,对于溶解在水溶液体系中的风味化合物来说，也可以采用吸附浓缩的方法。 在活性碳、硅胶、氧化铝或高分子多孔聚合物等吸附剂的作用下，将风味化合物吸附过来，而水溶液及其它非风味物质被分离出去，然后再用少量的溶剂将风味化合物洗脱下来，从而实现了对风

7、味物质的分离和浓缩。,四、气味回收,气味回收装置可以回收并富集食品和食品浓缩物中所希望得到的挥发性风味组分。在完全回收气态风味物质的过程中，必须将挥发性风味物质浓缩到适于分离要求的浓度。 目前，这种回收装置广泛应用于水果中挥发性香气成分的回收和富集。系统中引入高真空技术，利用38的低温回收样品溶液中的挥发性气味组分。 这种回收方式可以使水果中的挥发性风味物质大约浓缩1000倍。,第三节 分离技术,采用各种技术从食品中提取出来的风味物质通常是一个复杂的混合体。一般包括几百个甚至近千个风味组分。必须进一步采用有效的分离手段才能最终获得单个的组分的定性、定量信息。,一、化学分离技术,酸碱分离法 是最

8、简单的化学分离法。这种方法将风味混合提取物分离成酸性、碱性和中性三个部分，然后再采用其它分离方法进一步分离成单个组分。,二、色谱分离技术,色谱法是利用物质在两相(固定相和流动相)之间所进行的反复、多次的分配，使得那些分配系效只有微小差别的组分产生出很好的分离效果。 吸附柱色谱法 薄层色谱法 气相色谱法 液相色谱法,吸附柱色谱法,柱色谱层析法是一种经典的色谱分离方法，可以用来分离复杂的有机混合物。这种方法吸附剂和洗脱剂用量较少，并且简便、快速，在食品风味分析中是一种比较理想的预分离手段。 柱层析的工作原理是：在一根玻璃柱中充填吸附剂，将样品混合物溶液从柱子上端倒入柱中，使吸附剂和样品组分发生吸附

9、作用。然后在毛细渗透和重力的作用下，用洗脱剂将样品各级分自上而下进行色谱展开。,薄层色谱法,薄层色谱(Thin Layer Chromatography)法是将吸附剂涂敷在固体板上，然后用溶剂对样品混合物进行薄层展开的一种色谱分离方法。 在风味研究中，薄层色谱法也是重要的预分离手段。 薄层色谱法的基本原理：薄层色谱利用各物质之间化学结构所存在的差异，选择合适的吸附剂，使不同的物质对吸附剂产生不同的亲和力，从而达到分离的目的。,1-载气钢瓶；2-减压阀； 3-净化干燥管；4-针形阀；5-流量计；6-压力表；4-针形阀；5-流量计；6-压力表；7-进样口；8-色谱柱 9-热导检测器；10-放大器；

10、11-温度控制器；12-记录仪；,载气系统,进样系统,色谱柱,检测系统,温控系统,气相色谱仪结构流程,气相色谱法（GC）,液体进样器,不同规格的专用注射器，填充柱色谱常用10L；毛细管色谱常用1L；新型仪器带有全自动液体进样器，清洗、润冲、取样、进样、换样等过程自动完成，一次可放置数十个试样。,气化室 将液体试样瞬间气化的装置。无催化作用。,温度控制系统,温度是色谱分离条件的重要选择参数； 气化室、分离室、检测器三部分在色谱仪操作时均需控制温度； 气化室：保证液体试样瞬间气化； 检测器：保证被分离后的组分通过时不在此冷凝；,分离室：准确控制分离需要的温度。当试样复杂时，分离室温度需要按一定程序

11、控制温度变化，各组分在最佳温度下分离；,气相色谱检测器,检测器特性,1.检测器类型 浓度型检测器： 测量的是载气中通过检测器组分浓度瞬间的变化，检测 信号值与组分的浓度成正比。热导检测器； 质量型检测器： 测量的是载气中某组分进入检测器的速度变化，即检测信号值与单位时间内进入检测器组分的质量成正比。 广普型检测器： 对所有物质有响应，热导检测器； 专属型检测器： 对特定物质有高灵敏响应，电子俘获检测器；,氢焰检测器的结构,(1) 在发射极和收集极之间加有一定的直流电压（100300V）构成一个外加电场。 (2) 氢焰检测器需要用到三种气体： N2 ：载气携带试样组分； H2 ：为燃气； 空气：

12、助燃气。 使用时需要调整三者的比例关系，检测器灵敏度达到最佳。,高效液相色谱法的特点(三高一快一广）,高柱效 高灵敏度 高选择性 分析速度快 应用范围广泛（可分析80%有机化合物）,液相色谱法（LC）,HPLC与GC差别,相同：兼具分离和分析功能，均可以在线检测 主要差别：分析对象的差别和流动相的差别,1分析对象 GC：能气化、热稳定性好、且沸点较低的样品， 高沸点、挥发性差、热稳定性差、离子型及 高聚物的样品不可检测 占有机物的20% HPLC：溶解后能制成溶液的样品， 不受样品挥发性和热稳定性的限制 分子量大、难气化、热稳定性差及高分子 和离子型样品均可检测 用途广泛，占有机物的80%,2

13、流动相差别 GC：流动相为惰性气体 组分与流动相无亲合作用力，只与固定相作用 HPLC：流动相为液体 流动相与组分间有亲合作用力，为提高柱的选择性、 改善分离度增加了因素，对分离起很大作用 流动相种类较多，选择余地广 流动相极性和pH值的选择也对分离起到重要作用 选用不同比例的两种或两种以上液体作为流动相 可以增大分离选择性,3操作条件差别 GC：加温操作 HPLC：室温；高压,流程及主要部件,1、流程,2、主要部件,(1) 高压输液泵 主要部件之一，压力：150350105 Pa。 为了获得高柱效而使用粒度很小的固定相（10m），液体的流动相高速通过时，将产生很高的压力，因此高压、高速是高效

14、液相色谱的特点之一。 应具有压力平稳、脉冲小、流量稳定可调、耐腐蚀等特性,(2)梯度淋洗装置,外梯度: 利用两台高压输液泵，将两种不同极性的溶剂按一定的比例送入梯度混合室，混合后进入色谱柱。,内梯度: 一台高压泵, 通过比例调节阀,将两种或多种不同极性的溶剂按一定的比例抽入高压泵中混合。,(3) 进样装置,流路中为高压力工作状态 通常使用耐高压的六通阀进样装置 其结构如图所示：,(4) 高效分离柱,柱体为直型不锈钢管，常轨内径16 mm，柱长540 cm。发展趋势是减小填料粒度和柱径以提高柱效。,(5) 液相色谱检测器,a. 紫外检测器 应用最广，对大部分有机化合物有响应。 特点： 灵敏度高；

15、 线形范围高； 流通池可做的很小（1mm 10mm ，容积 8L）； 对流动相的流速和温度变化不敏感； 波长可选，易于操作； 可用于梯度洗脱。,b. 光电二极管阵列检测器,紫外检测器的重要进展 光电二极管阵列检测器：1024个二极管阵列，各检测特定波长，计算机快速处理，三维立体谱图，如图所示。,光电二极管阵列检测器,c. 示差折光检测器,除紫外检测器之外应用最多的检测器； 可连续检测参比池和样品池中流动相之间的折光指数差值。差值与浓度呈正比；,通用型检测器（每种物质具有不同折光指数） 灵敏度低、对温度敏感、不能用于梯度洗脱 偏转式、反射式和干涉型三种,第四节 风味物质的鉴定,在食品风味研究的全

16、过程中，提取、化学分离及色谱分离技术只完成了对风味混合物的分离和定量任务。 尽管依据标准样品的保留值，气相色谱也可以提供一些定性信息，然而这种方法所能得到的定性信息毕竟是有限的。 对有机化合物进行鉴定主要依靠现代定性分析仪器：质谱、红外光谱、紫外光谱和核磁共振。 从四大谱联合定性信息的综合分析中获得准确的鉴定结果,一、质谱法（MS）,质谱法(Mass Spectrometry)是最有效的定性手段之一，在定性分析四大谱中占有非常重要的位置。质谱法是根据有机化合物的分子离子和碎片离子所提供的信息来推测化合物的分子量和分子结构的。 最早的质谱仪主要是用于测定原子质量和同位素的相对丰度的。目前，已经出

17、现了高分辨的双聚焦质谱仪。这种仪器能够分析复杂的有机化合物，并且分辨率高、重现性好，因而成为有机化合物定性分析的重要手段。,质谱是最早实现和气相色谱仪联用的定性分析仪器。 色谱质谱联用仪发挥了气相色谱法对复杂混合物的高效分离特长和质谱在鉴定化合物中的高分辨能力，提高了质谱分析的工作效率，扩大了应用领城。目前，质谱法在食品风味物质的鉴定中扮演了十分重要的角色。,工作原理,将已经通过气相色谱法或其它手段分离而得到的单一组分的样品直接引入质谱系统中。 经过电子轰击后，样品组分分子发生电离和链断裂，转变成带电荷的分子离子和碎片离子。在质量分析器中，这些离子按照质荷比的大小顺序被检测器所接受，并且将化学

18、信号转变成电信号。 经过数据处理系统，绘制出有规律的质谱图。根据质谱图所提供的信息，可以得到分子离子和碎片离子的质荷比，依此推断样品组分的分子结构。,色谱质谱联用技术,对于复杂的多组分混合物的分析往往需要两种或两种以上的分析手段才能圆满完成定性和定量的任务。这势必给整个分析造成了一定的困难。 因此，近代分析仪器发展的重要趋势就是将两种仪器联用，减少了各种分析手段的中间环节，从而避免了由此引起的分析误差。,近几十年来，色谱质谱联用技术迅速发展。 气相色谱法具有灵敏度高、分离效率高、定量分析准确等特点；而质谱法的特点是鉴别能力强、响应速度快、适于对单一组分进行定性分析。 由于色谱和质谱都具备较高的

19、灵敏度，两种仪器的最小检出量十分接近；与此同时，两个分析系统都要求样品必须转换成气体状态。 因此色谱、质谱的共性特点为联用技术的成功奠定了基础。（GCMS）,色谱质谱联用综合了两种分所技术的优势，弥补了相互问的不足之处，实现了多组分混合物的一次性定性、定量分析。色谱质谱联用技术已经发展成为剖析复杂未知化合物的最有效的近代分析手段之一。 目前，色谱质谱联用技术日趋成熟，特别在解决复杂化合物的分析中显示出其它任何分析手段都不能与之相比的优点。 因此，色谱质谱联用技术在食品风味研究中表现出得天独厚的优势。,色谱质谱联用仪的工作原理,一个复杂的多组分混合物样品经过色谱分离后，每个组分在载气的携带下按照

20、不同的保留时间流出色谱柱，然后通过接口(中间装置)进入质谱仪的离子源，经过质谱快速扫描后得到单一组分的质谱图，以此作为定性分析的依据,二、红外光谱法,红外光谱法(Infrared Spectroscopy)是利用物质对红外辐射(波长0.75m1000m，波数1.013158cm-1)的吸收所给出的特征吸收光谱进行结构分析的一种手段。 单独使用红外光谱很难完成一个未知化合物的鉴定任务。它的重要作用在于提供分子中可能存在的官能团、环和双键的结构信息和化合物的“指纹”特征。 因此，红外光谱是重要的结构分析手段之一。GCIR分析也在迅速发展。,工作原理,物质的分子总是在不停地运动，在正常的情况下分子处在一定的能量状态中。从量子化的观点出发，分子所具有的能量是量子化的，亦称为能级。分子具有不同类型的运动，分子内各原子的运动都具有相应的能极。 当分子受到一定波长的红外光谱照射时，如果与分子中某个官能团的振动频率相一致时，两者则产生共振。此时分子将选择性地吸收相应频率的红外光。于是，分子的能态将发生变化，由低能极向高能极跃迁。,红外光谱主要反映了分子中振动能级的变化，因而又称为振动光谱。 绝大多数有机化合物的官能团的振动光谱都出现在中高红外区(4000-1300cm-1)。在中低红外区(1300-4