魏长庆，王永瑞，刘文玉

(石河子大学 食品学院，新疆 石河子 832000)

新疆库尔勒香梨果醋香气萃取条件优化研究

魏长庆，王永瑞，刘文玉*

(石河子大学 食品学院，新疆 石河子 832000)

采用HS-SPME/GC-MS联用方法对经发酵优化后的新疆库尔勒香梨果醋挥发性香气成分进行了初步分析，初步建立了库尔勒香梨果醋挥发性香气组分分析的方法。结果表明：采用50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取头，在磁力搅拌条件下，萃取温度为45 ℃，添加电解质的量为0.2 g/mL，萃取时间为20 min时梨醋中的挥发性风味物质能最大程度地挥发、吸附；经HS-SPME/GC-MS分析，从梨醋中共检测出来的挥发性成分有35种，主要包括4种烷烃类、3种醛类、2种酮类、8种醇类、7种酸类、9种酯类以及2种其他物质，其中，酯类、醇类和酸类占已鉴定出总挥发性成分的73.6%，分析效果良好。

新疆库尔勒香梨；梨醋；香气；萃取；优化

新疆库尔勒香梨(PyrusbretschneideriRehd.)为蔷薇科、梨属中的白梨品种，是新疆乃至我国特有的特优水果。由于库尔勒香梨其本身皮薄肉嫩、汁多味甘并且富含多种的矿物质、维生素、氨基酸等对人体有益的微量营养成分，使得库尔勒香梨备受国内外广大消费者的青睐，每年为新疆创造大量源源不断的外汇[1]。因此，库尔勒香梨也是新疆和兵团重点发展和推广的特色种植果品。梨醋是近年来发展起来并逐渐受到消费者喜爱的梨果加工产品，库尔勒香梨果醋的出现不仅能较好地解决新疆梨果产业产量大、产品单一、销售难、价格低廉的问题，更有利于新疆梨果产业开拓出新的市场，打造出良好的品牌效应。

库尔勒香梨果醋(Korla pear vinegar，缩写KPV)是以库尔勒香梨为原料发酵而成的酒精含量低并具有水果香味的果醋饮品。醋中含有的多酚类物质对人体有着重要的保健功能。首先它能够减轻动脉粥样硬化，抑制各类炎症以及预防心脑血管等疾病；可以提高人体的免疫力并具有抗氧化、抗衰老的作用；可以预防和治疗癌症以及一些现代流行病，如肥胖等疾病；库尔勒香梨果醋等产品的出现恰好符合现代人们适当饮酒、健康饮食的生活理念[2-6]。库尔勒香梨果醋品质优劣与其所具有的特征香气成分有着重要的关系，如何准确、快速检测出其特征香气成分已成为库尔勒香梨果醋产品生产加工过程中以及产品优劣鉴别中亟待解决的问题。

因此，本研究拟采用实验室优化发酵后的新疆库尔勒香梨果醋为研究对象，通过采用顶空固相微萃取(HS-SPME)采集条件的优化，对梨醋主要挥发性成分进行GC-MS分析，以期为新疆库尔勒香梨果醋特征香气成分分析和品质监控提供理论依据和技术支持[7]。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

新疆库尔勒香梨果醋样品：由石河子大学果蔬加工技术工程中心提供，样品分析之前密封保存于密封充氮玻璃瓶(4 ℃)中。

C16～C23正构烷烃、乙酸乙酯、辛酸乙酯、甲酸乙酯、2-甲基苯甲醛、正己醇、乙酸、3-甲基-丁醛、反-2-己烯醛、己醇、戊醇、苯乙醇、乙酸、丙酸及环己醇：均为色谱级，购自上海Sigma分公司。

TRACE MS 气相色谱-质谱联用仪 美国Finnigan质谱公司；GC-14A气相色谱仪 日本岛津公司；SPME手动进样手柄、50/30 μm DVB/CAR/PDMS固相微萃取头、65 μm PDMS/DVB 美国Supelco公司；85-2恒温磁力搅拌器 金坛市新航仪器厂；EL204 电子天平 上海Mettler Toledo公司。

1.2 实验方法

1.2.1 挥发性物质的萃取

按照SUPELCO公司推荐的条件，在使用萃取头之前将65 μm PDMS/DVB、50/30 μm DVB/CAR/PDMS 萃取头进行老化。老化是在250 ℃、载气流量为2 mL/min的条件下进行，老化的时间为90 min，老化至无干扰峰出现即老化完成。准确称量2.00 g的梨醋样品于15 mL顶空瓶中，加盖后密封，放置于恒温水浴进行搅拌吸附，保持20 min左右。待固相微萃取萃取头吸附一定时间后，于GC进样250 ℃解吸，进行数据采集[8]。

1.2.2 气相色谱和质谱条件

色谱条件：DB-WAX石英毛细管柱 (30 m×0.25 μm i.d.×0.25 μm df, 美国Supelco公司)；载气：He，0.9 mL/min恒速流动。进样口温度250 ℃，不分流进样；程序升温：40 ℃保持3 min，以6 ℃/min上升至120 ℃，再以10 ℃/min上升至230 ℃，保持8 min。

质谱条件：EI+，EI离子源温度200 ℃，电子能量70 eV，灯丝发射电流200 μA，接口温度250 ℃，质量扫描范围：33～373 amu。

1.2.3 固相微萃取条件的优化

鉴于总峰面积和主峰面积对梨醋挥发性香气成分萃取影响较大，因此本实验选用总峰面积和主峰面积为考察指标进行单因素分析，有关库尔勒香梨果醋特征香气成分的研究报道较少，结合库尔勒香梨特征香气分析，本实验选择醛类、醇类和酯类等主要挥发性物质的峰面积作为分析萃取效果的主要指标因素。按照上述实验方法，采用单因素选优方式对纤维萃取头(65 μm PDMS/DVB 和50/30 μm DVB/CAR/PDMS)、磁力搅拌、萃取时间(5，15，25，35，45 min)以及萃取温度(30，40，50，60，70 ℃)4个关键因素进行优化选择[9]。

1.2.4 样品GC-MS分析

样品预处理方法同1.2.1，GC条件和MS条件同1.2.2，固相微萃取条件采用1.2.3优化结果。将密封后顶空瓶置于磁力搅拌器下搅拌15 min后，用固相微萃取装置手动的将萃取头插入进样瓶中，保持萃取头距样品液面约 5 mm高度，先在60 ℃恒温水浴中以及磁力搅拌条件下保温50 min后，直接将萃取头注入气相色谱仪进样口脱附5 min。

2 结果与分析

2.1 纤维萃取头的选择

萃取头的涂层和厚度是影响分析灵敏度的关键因素。SPME萃取头是利用石英纤维头表面涂渍高分子化学材料层的吸附性，对检测对象的挥发性物质进行富集，然后在气相色谱进样器中进行热解吸并分析，极大提高了样品分析效率，是现代精密色谱分析工作中常用的样品预处理技术。本实验根据不同涂层萃取头的吸附特性，选择了2种商业SPME萃取头65 μm PDMS/DVB和50/30 μm DVB/CAR/PDMS涂层进行优化选择。

图1 萃取头对萃取效果的影响Fig.1 Effect of extraction head on extraction efficiency

由图1可知，PDMS/DVB的富集效果无论是总峰面积还是主峰面积均小于DVB/CAR/PDMS，这主要是因为50/30 μm DVB/CAR/PDMS是双极性的，该萃取头的复合涂层可通过互相补充来增加挥发性物质的萃取容量，适于C3～C20的大范围分析，萃取得到梨醋挥发性香气物质的种类和含量都高于PDMS/DVB萃取头，课题组在库尔勒香梨果醋香气萃取研究中也得到类似的结果。因此，本实验选用50/30 μm DVB/CAR/PDMS作为库尔勒香梨果醋挥发性成分分析的萃取头。

2.2 搅拌过程对萃取效果的影响

在库尔勒香梨果醋挥发性物质SPME萃取过程中，由于磁力搅拌的作用使得待测挥发性物质加速由液相向气相扩散，在该过程中挥发性物质扩散速率会受搅拌速度、液相体系组成、体系温度等因素影响，因此使用磁力搅拌已广泛应用于SPME萃取[10]。本实验对比了磁力搅拌对库尔勒香梨果醋挥发性成分萃取效果的影响，见图2。

图2 磁力搅拌对萃取效果的影响Fig.2 Effect of magnetic stirring on extraction efficiency

利用DVB/CAR/PDMS作为萃取头，考察磁力搅拌对库尔勒香梨果醋挥发性成分萃取效果的影响。由图2可知，搅拌后的库尔勒香梨果醋挥发性成分的总峰面积明显大于未搅拌的库尔勒香梨果醋挥发性成分的总峰面积，但主峰面积变化不大，这可能与萃取头的吸附平衡状态有关。由此看来，在库尔勒香梨果醋中，某些挥发性成分含量很少或者说挥发性较低，可以通过搅拌加速其挥发度，并被萃取头顺利吸附，为避免后期分析中对影响梨醋特征性香气成分的遗漏，本实验选择磁力搅拌的方式。

2.3 添加电解质(NaCl)对萃取效果的影响

在库尔勒香梨果醋挥发性香气物质萃取过程中加入电解质NaCl可促进香气物质的挥发度，提高SPME萃取效率，与此同时，也可能存在挥发性香气物质与样品体系中的盐离子因发生静电作用而导致分析物进入纤维涂层的能力降低的现象。电解质NaCl (0.2 g/mL)的加入与否对胡麻油香气成分萃取效果的影响见图3。

图3 无机盐(NaCl)添加对萃取效果的影响Fig.3 Effect of inorganic salt (NaCl) addition on extraction efficiency

由图3可知，NaCl的加入对KPV挥发性香气物质萃取效果的影响较为显著，而陈超等研究发现炒籽胡麻油中添加NaCl，SPME对挥发性香气物质的萃取效果并不明显，这可能与测定体系中含水量低有关。多数果类香气成分的萃取与NaCl的加入密切相关，NaCl的加入增大了溶液的离子强度，降低了挥发性物质与水分的结合程度[11]。如韩素芳等[12]报道NaCl加入量对百香果香气物质萃取效果影响显著。

2.4 萃取温度对萃取效果的影响

萃取温度对KPV挥发性香气物质的萃取是一个动态平衡的过程，随着KPV样品体系温度的升高，挥发性物质分子运动速度加快，萃取平衡所需要的时间缩短，使得萃取分析的速度逐渐加快，随着体系温度的升高，会逐渐导致萃取头对待测物的解吸，分析效率降低，所以在使用SPME萃取挥发性物质时有必要考察其最佳萃取温度范围。

图4 萃取温度对萃取效果的影响Fig.4 Effect of extraction temperature on extraction efficiency

在上述因素优化的基础上，考察不同萃取温度对KPV挥发性物质萃取效果的影响。由图4可知，随着SPME体系萃取温度的升高，总峰面积和主峰面积均呈现先增加后降低的趋势，总峰面积在45 ℃时达到最大，而主峰面积在40 ℃时达到最大，但与45 ℃时峰面积相比相差不大，但随着温度的继续升高，低沸点挥发性物质在SPME竞争吸附中处于弱势地位，综合考虑，选用45 ℃作为KPV挥发性香气物质的最适SPME萃取温度。

2.5 萃取时间对萃取效果的影响

SPME萃取时间即分析物在吸附薄膜、顶空和溶液三相中均衡分配所需的时间，受分配系数、物质的扩散速度、样品基质、样品体积、萃取头厚度及吸附能力等多元因素的影响。因此，在实验中，可根据实际操作需求，适当选择萃取时间。本次优化是在上述因素优化的基础上，考察不同SPME萃取时间对KPV挥发性物质萃取效果的影响。

图5 萃取时间对萃取效果的影响Fig.5 Effect of extraction time on extraction efficiency

由图5可知，在5～15 min范围内，随着SPME萃取时间延长，总峰面积和主峰面积均有所增加，总峰面积在20 min时达到最大，主峰面积在15 min时达到最大，20 min后略有降低，但与15 min时主峰面积相差不大，20 min后主峰面积有了明显的降低，这主要是由于过长的萃取时间可能会导致挥发性物质发生解吸，或者增加组分发生化学反应的可能。由此可见，20 min时吸附动态平衡达到最佳状态，因此选择最佳萃取时间为20 min。

2.6库尔勒香梨果醋挥发性香气成分(SPME/GC-O-MS)分析

2.6.1 KPV挥发性香气成分SPME/GC-MS分析

在上述SPME优化条件下萃取得到KPV挥发性物质，经GC-MS分析所得的总离子色谱图见图6。

图6 库尔勒香梨果醋挥发性物质总离子流图Fig.6 Total ion chromatogram of volatile components in KPV

由图6可知，各种挥发性香气成分的色谱峰尖且窄，说明采用优化后的萃取条件萃取库尔勒香梨果醋中的挥发性物质，对KPV挥发性物质组分的分离效果好。结合已有部分标品、标准NIST和WILLY软件进行质谱检索，当正反匹配度大于800时予以鉴定，共鉴定出25种挥发性物质，具体分类及其含量见表1。

注：为化学物质登记号；#为鉴定方法，RI为保留指数，MS为质谱数据库，RS为标准品；-为未检出。

2.6.2 KPV挥发性香气成分GC-O-MS分析

HS-SPME/GC-MS分析技术在食品香气分析中起到关键作用，但由于果醋样品中挥发性香气含量较低且种类繁多，香气成分含量分析准确性仍存在着一定的不足，因此单纯依靠MS很难判断香气物质的重要性。GC-O(gas chromatography-olfactometry，GC-O)技术是解决该类问题的理想方法，它能以人鼻作为感官检测器，快速、准确地发现果醋中特征香气的构成并根据对总体香气的贡献进行排序，显著提高了检测灵敏度，GC-O-MS联用达到了两者优势互补的目的，并在食品特征香气的鉴别中发挥更大的作用。

由图6和表1可知，除去少量分析时SPME萃取头高温净化不完全带来的杂质峰，通过 HS-SPME/GC-MS 匹配鉴定出的KPV挥发性物质共有35种，占总挥发性物质的85.6%，主要包括3种醛类、2种酮类、8种醇类、7种酸类、9种酯类、4种烷烃类以及2种其他物质，其中，酯类、醇类和酸类占已鉴定出总挥发性成分的73.6%，由此可知，KPV挥发性香气成分主要来源于以上3大类物质，该结果与韩瑨煊等研究的海棠果醋关键挥发性香气组成类似[13]。在这35种挥发性物质中，含量比较显著的主要挥发性成分有2-己酮、异丁醇、乙醇、乙酸、乙酸甲酯和乙酸己酯等。通过GC-O-MS联用分析发现，这些挥发性成分主要与果香味、甜香味、花香味、酸味等有关，因此，初步认为这些挥发性物质可能为KPV的特征香气组成部分，但由于阈值的存在，含量高的挥发性物质未必就是对KPV整体香气贡献高的香气组成。

3 结论

本实验采用HS-SPME/GC-MS联用的方法对KPV挥发性香气成分萃取条件进行了优化，得到了较佳萃取条件：使用50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取头，在磁力搅拌的条件下加入0.2 g/mL NaCl电解质，设定45 ℃的萃取温度、20 min的萃取时间。在该实验条件下，KPV中的挥发性风味物质能最大程度地挥发、吸附及解吸。

采用GC-O-MS对KPV挥发性成分进行了初步分析，共鉴定出35种挥发性物质，主要包括醛类、酮类、醇类、酸类、酯类、烷烃类以及少数其他物质，其中酯类、醇类和酸类占已鉴定出总挥发性成分的73.6%，含量比较显著的主要有2-己酮、异丁醇、乙醇、乙酸、乙酸甲酯和乙酸己酯，这些挥发性成分主要与果香味、甜香味、花香味、酸味等有关，因此，初步认为这些挥发性物质为KPV的特征香气组成部分。

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Research on Optimization of Extraction Conditions for Aroma Components in Xinjiang Korla Pear Vinegar

WEI Chang-qing, WANG Yong-rui, LIU Wen-yu*

(College of Food,Shihezi University,Shihezi 832000,China)

The volatile aroma components in Xinjiang Korla pear vinegar (KPV) after optimization of fermentation conditions are analyzed by using HS-SPME/GC-MS coupling method, and the methods for aroma components analysis of Korla pear vinegar are established preliminarily. The results show that SPME extraction is operated under 45 ℃ for 20 min with 0.2 g/mL electrolytes by using 50/30 μm DVB/CAR/PDMS extraction head and magnetic stirrer. There are 35 volatile substances are found in KPV by HS-SPME/GC-MS analysis, including aldehydes (3), ketones (2),alcohols (8), acids (7), esters (9), alkanes (4) and other substances (2). The esters, acids and alcohols account for 73.6% of total volatile components, and it shows a satisfactory experimental result.

Xinjiang Korla pear；pear vinegar；aroma；extraction；optimization

2017-03-20 *通讯作者

石河子大学重大科技攻关项目(gxjs2013-zdgg01-02)

魏长庆(1981-)，男，副教授，博士，研究方向：食品科学； 刘文玉(1979-)，女，副教授，硕士，研究方向：食品生物技术。

TS255.47

A

10.3969/j.issn.1000-9973.2017.09.006

1000-9973(2017)09-0026-06