一种香水柠檬中香气物质的分析方法

摘要

本发明涉及一种香水柠檬中香气物质的分析方法，包括以下步骤：S1：将经过处理后的香水柠檬样品装于顶空瓶内，将其置于样品盘中；S2：顶空萃取：利用箭型固相微萃取技术对香水柠檬样品进行顶空萃取，样品置于预孵化器中进行预热，同时萃取头进行老化，然后进行顶空萃取，萃取完成后萃取头在进样口进行脱附进样，使脱附物质快速气化并导入气相色谱‑质谱联用仪进行定性和定量分析。相比于现有技术，本发明利用SPME Arrow技术对香水柠檬样品进行顶空萃取，结合气相色谱‑质谱联用仪，准确地分析检测出香水柠檬中香气物质的种类及含量，为调配和生产相关香型香精建立一定的理论参考。

说明书

技术领域

本发明涉及香精研发领域，具体涉及一种香水柠檬中香气物质的分析方法。

背景技术

香水柠檬是芸香科柑橘属的常绿小乔木，原产地位于东南亚，国内主要产地是厦门同安、广东肇庆市播植镇古调村、云南西双版纳景洪景讷乡。

香水柠檬为台湾培育品种，其果型修长，大而无核，最大的特色是果皮味道是清甜的，完全没有其他柠檬的苦涩味道，可以直接切片泡水，因其汁水香气浓郁，故有“香水柠檬”，因其无核所以也叫无核柠檬。香水柠檬一年四季花果不断，几乎周年不断收果，所以也称“台湾四季香水柠檬”。香水柠檬不单是夏季冷食圣品，更是养颜美容、瘦身之佳品。

在分析香气时，在富集方面，人们广泛采用的方式主要有吹扫捕集法、固相微萃取法(SPME)、减压蒸馏萃取法、同时蒸馏萃取法、顶空蒸汽蒸馏萃取、搅拌棒吸附萃取方法等。

随着材料科学的发展，一些新形式的吸附材料被不断研制开发并应用到挥发性成分分析研究中来，其中就包括固相微萃取，如图1所示。由瑞士CTC公司联合中国智达仪器开发的箭型固相微萃取(SPME Arrow，以下简称为“S.A.”)是基于熔融石英管的高比表面积技术而开发的一种新型、最先进的吸附介质，其三维二氧化硅单体孔隙和中孔网络表面进行PA、DVB或PDMS等修饰封端，同时再嵌入经高温工艺处理的石墨炭黑，因此S.A.萃取头具有比传统SPME萃取头更高的吸附和解吸能力。它被设计用于全程自动化的简单而快速地浓缩香料、香气和芳香物质，并且可以很简便地用于分析挥发性和半挥发性化合物，用于质量控制、环境和法医应用。S.A.吸附挥发性物质后，其萃取头可以直接在进样口热脱附，整个过程由RTC机械臂完全自动控制，无需人手操作，应用广泛性很强。目前CTC首创的箭型固相微萃取可应用于食品、饮料、消费性产品、烟草行业、香精香料、制药工业等相关行业，尚未见有研究者采用于对香水柠檬中香气物质的研究中。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种香水柠檬中香气物质的分析方法，采用新型SPME Arrow技术，对香水柠檬中的香气物质进行检测分析，为研究和调配香水柠檬风味香精提供十分有价值的数据参考。

本发明的技术目的是通过以下技术方案实现的：

一种香水柠檬中香气物质的分析方法，包括以下步骤：

S1：将经过处理后的香水柠檬样品装于顶空瓶内，将其置于样品盘中；

S2：顶空萃取：利用箭型固相微萃取技术对香水柠檬样品进行顶空萃取，样品置于预孵化器中进行预热，同时萃取头进行老化，然后进行顶空萃取，萃取完成后萃取头在进样口进行脱附进样，使脱附物质快速气化并导入气相色谱-质谱联用仪进行定性和定量分析。

相比于现有技术，本发明利用SPME Arrow技术对香水柠檬样品进行顶空萃取，结合气相色谱-质谱联用仪，准确地分析检测出香水柠檬中香气物质的种类及含量，为调配和生产相关香型香精建立一定的理论参考。

优选地，步骤S1中，香水柠檬样品经过以下前处理步骤得到样品：采用食品粉碎机将香水柠檬整果粉碎。

优选地，步骤S2中，萃取温度为45℃，萃取时间为20～30min。

优选地，步骤S2中，萃取时间为20min。

优选地，所述萃取头为三相复合萃取头。

优选地，步骤S2中，萃取头在250℃下老化15min，以去除运输生产过程中的杂质。

优选地，步骤S2中，所述气相色谱-质谱联用仪中，GC条件为：60m×0.25mm×0.25μm HP-5MS毛细管柱，载气为高纯He，流量1.5mL/min；程序升温：初温50℃，保持2min，以5℃/min升温至100℃，维持2min；以4℃/min升温至140℃，保持1min；再以4℃/min升温至180℃，保持2min；再以5℃/min升温至250℃，保持5min；进样口温度230℃；分流比20:1。

优选地，步骤S2中，所述气相色谱-质谱联用仪中，MS条件为：传输线温度260℃，离子源温度230℃，四极杆温度150℃，电子能量70eV，质量扫描范围m/z为35～550。

本发明利用SPME Arrow技术对香水柠檬样品进行顶空萃取，并通过一系列实验，对萃取温度、萃取时间等参数条件进行优化，得出最佳的参数条件，结合气相色谱-质谱联用仪，准确地分析检测出香水柠檬中香气物质的种类及含量。在最佳实验条件下，采用该方法获得的香气物质种类丰富，还原度高，共鉴定出62种香气物质，相比现有的香气物质分析方法有明显的进步。

图1是固相微萃取原理示意图。

图2是萃取温度为45℃，萃取时间为30min所得香水柠檬香气物质色谱图。

图3是萃取温度为35℃，萃取时间为30min所得香水柠檬香气物质色谱图。

图4是萃取温度为55℃，萃取时间为30min所得香水柠檬香气物质色谱图。

图5是萃取温度为65℃，萃取时间为30min所得香水柠檬香气物质色谱图。

图6是萃取温度为45℃，萃取时间为10min所得香水柠檬香气物质色谱图。

图7是萃取温度为45℃，萃取时间为20min所得香水柠檬香气物质色谱图。

图8是萃取温度为45℃，萃取时间为30min所得香水柠檬香气物质色谱图。

图9是萃取温度为45℃，萃取时间为40min所得香水柠檬香气物质色谱图。

图10是实施例1与对比例得到的香水柠檬香气物质色谱图对比。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加明确，下面对本发明的优选实施例进行详细的描述。需要说明的是，下述实施例和实验例中，SPME Arrow技术，其是CTC首创的固相微萃取技术，萃取头采用三相复合萃取头，即将PDMS、Carb、DVB三种填料复合到同一个萃取头中，从而避免了单一填料的片面性。。

实施例1

本实施例提供一种香水柠檬中香气物质的分析方法，包括以下步骤：

S1：采用食品粉碎机将香水柠檬粉碎得到香水柠檬样品，然后装0.5g香水柠檬样品于顶空瓶内，将其置于样品盘中；

S2：顶空萃取：利用箭型固相微萃取技术对香水柠檬样品进行顶空萃取，样品置于预孵化器中进行预热，预孵化温度为45℃；同时萃取头在250℃下进行老化15min，然后进行顶空萃取，萃取温度为45℃，萃取时间为20min。萃取完成后萃取头在进样口进行脱附进样，脱附温度为230℃，脱附时间为180s，使脱附物质快速气化并导入气相色谱-质谱联用仪进行定性和定量分析。

表1、气相色谱-质谱联用仪分析条件

本实施例为最佳实施例，其他工艺参数的实施例不一一列举，具体可以见下文实验例参数条件优化部分。

对比例

本对比例采用现有的SPME法分析香水柠檬中的香气物质，该方法为手动SPME法，采用PA萃取头。具体的，采用以下步骤：

(1)固相微萃取纤维头的前处理：取PA萃取纤维头插入气相色谱-质谱联用仪的进样口，250℃，老化30min，然后进行空白实验，直至无色谱峰出现；

(2)顶空固相微萃取提取挥发性成分：取香水柠檬新鲜果实，粉碎后置于顶空瓶中，用手动进样器将步骤(1)中的前处理后的所述PA萃取纤维头插入所述顶空瓶内，40-60℃平衡10min，再顶空萃取30-40min，取出所述PA萃取纤维头，立即插入气相色谱仪进样口，进样口温度为240-260℃，解析3-5min，进样模式为不分流进样；

(3)采用气相色谱-质谱联用对香水柠檬香气成分的定性定量分析。

所述气相色谱-质谱联用分析条件为：

色谱条件：色谱柱为RTX-5MS弹性石英毛细管柱；进样口温度240-260℃；载气为氦气，纯度≥99.999％，柱流速0.9-1.0mL·min

质谱条件：离子化方式为EI；离子源温度220-250℃；传输线温度250-270℃；电子能量70eV；扫描方式为全扫描；扫描质量范围为35-500m/z。

SPME常规优化的参数分别是样品量、样品粉碎程度、无机非挥发性助释剂的加入与否、吸附温度、吸附时间、脱附温度、脱附时间。由于带有较多酸性物质的样品是不需要加入助释剂，水果样品常规只需要食品粉碎机粉碎即可，而脱附温度和脱附时间分别采用230℃和180s这两个三相萃取头的常规极限参数，预孵化温度一般与萃取温度保持一致，避免升温降温对成分造成破坏，因此这几个参数不作优化实验。以下实验例采用S.A.三相萃取头，在不同萃取温度、不同萃取时间下萃取香水柠檬香气成分，找出香水柠檬香气成分最佳萃取条件，以期鉴定出最丰富全面的致香物质，为调配香水柠檬香精提供资料支持。与此同时，也为同类型水果挥发性成分研究提供参考方法。

实验例1：萃取温度的优化

温度与香气成分释放密切相关，原理上来看温度越高香气成分释放越充分，但温度过高会导致基质发生热裂解和腐败变质释放出非目标香气成分被萃取头吸附，使得体现出来失真的香气成分结果。常规水果的萃取温度一般是为室温至60℃，本实施例香水柠檬的萃取温度分别设置为35℃、45℃、55℃和65℃；萃取时间为30min。

如图2～5所示，实验结果通过叠图可以看出35℃下萃取的物质较少，55℃、65℃下萃取的谱图看来存在较多过载的峰而影响低含量物质的识别。本着节能以及能萃取最合适的物质的目的来看，45℃无疑是最佳萃取温度。因此，实施例1中的萃取温度为45℃。

实验例2：萃取时间的优化

萃取时间也是香气成分释放密切相关的一个参数。原则上萃取时间越久其萃取头吸附的香气成分就越多，但过长的时间会导致大量水汽生成而影响PDMS的吸附效率，而且过长的吸附时间会导致分析时间的延长而使鲜果类样品腐败变质导致香气失真。三相萃取头萃取时间一般是5min-60min，本实验例设置的萃取时间分别为10min、20min、30min、40min，萃取温度均为45℃。

如图6～9所示，实验结果通过叠图可以看出萃取时间10min萃取的物质较少，40min萃取的谱图看来存在较多过载的峰而影响低含量物质的识别。20min和30min的结果相差无几。本着节能以及能萃取最合适的物质的目的来看，20min无疑是最佳萃取时间。因此，实施例1中的萃取时间为20min。

测试结果分析

将对比例所得色谱图与实施例1所得的色谱图进行对比，如图10所示，通过叠图，可以明显看出对比例的方法和实施例的分析方法得到的结果差异巨大。具体表现为对比例所得物质数量较实施例1的方法少，且物质峰面积明显低于实施例1。推测其主要原因有如下三点：

1)对比例的萃取头仅仅为PA萃取头，其适合强极性物质，在面对成分复杂的样品时难以吸附不同极性的成分，导致难以完全重现，例如PA萃取头无法检出别罗勒烯、月桂烯；

2)PA强极性萃取头在面对水分更高的样品如香水柠檬时效率较低；

3)对比例的孵化时间为30-40min，孵化温度为40-60℃，这样会大大增加水汽的产生，进一步降低PA萃取头的萃取效率。

综上所述，香水柠檬香气成分分析最佳前处理条件为：采用三相萃取头，45℃顶空萃取20min(即实施例1的参数条件)。如表2所示，在该条件下检测出的香气物质种类最多最还原，为62种。与之形成鲜明对比的是，如表3所示，对比例仅检测出34种香气物质。

表2最佳处理条件下萃取获得香气成分列表

表3对比例萃取获得香气成分列表

本发明中采用的新型SPME Arrow，其是CTC首创的固相微萃取技术，与传统的固相微萃取相比，具有填料量更多，填料表面积更大，吸附容量更大的特点，可有效提高检测灵敏度，从而增加微量成分检出的概率，具有较大的优势。实验例中使用CTC自动化前处理平台，在不同萃取温度、不同萃取时间下萃取香水柠檬的香气成分，找出香水柠檬香气成分最佳萃取条件，以期鉴定出最丰富全面的香气物质，为调配香水柠檬香精提供基础资料支持。通过优化，获得香水柠檬中香气成分的最佳SPME分析参数条件为：采用型号为三相复合萃取头，在45℃下萃取20min。在该条件下获得的香气物质种类丰富，还原度高，共鉴定出62种香气物质，相比现有的方法(对比例仅为34种)有明显进步。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。