李自红,苏东民＊,苏东海,辛秀兰

(1.河南工业大学粮油食品学院,河南郑州 450001;2.北京电子科技职业学院,北京 100029)

馒头挥发物质的固相微萃取条件优化

李自红1,苏东民1＊,苏东海2,辛秀兰2

(1.河南工业大学粮油食品学院,河南郑州 450001;2.北京电子科技职业学院,北京 100029)

以总峰面积和峰数为评价指标,研究了以聚二甲基硅氧烷 (DVB/CAR/PDMS)为萃取头的固相微萃取 (SPME)对馒头挥发物质萃取效果的影响.结果显示:当样品用量为 2 g(15 mL样品瓶),萃取温度为 60℃,吸附时间为 60 min,解析温度和时间分别为 250℃和 4 min时,提取到的挥发物质数量较多,主要挥发物质的萃取效果较好.馒头的挥发物质主要有醇类64.88%、羰基化合物 4.29%、苯类 3.81%、酯类 2.75%、酰基化合物 18.11%、杂环类 6.14%.

馒头;挥发物质;固相微萃取;优化

0 引言

馒头是中国北方人民的传统主食,具有悠久的历史[1].除了外观和质构特性,风味是影响馒头品质的重要因素之一.国外很早就有关于面包香气成分的研究,在不同类型的面包中已鉴定出数百种挥发物[2].在国内,胡丽花等[3]利用蒸馏萃取 -气质联用分析馒头中的挥发性物质.采用固相微萃取(SPME)-GC-MS分析馒头中风味物质的最佳萃取条件的研究还未见报道.SPME是一项样品分析预处理的新技术,与传统的预处理方法,如蒸馏、溶剂萃取等相比,具有测试速度快且无需有机溶剂的优点,集采样、萃取、浓缩、进样于一体,并能直接和气相或液相色谱仪联用,越来越广泛地应用于食品香气成分的测定[4-5].

笔者采用 SPME,以样品量、萃取温度、吸附时间、解析温度和时间为考察因素,研究其对馒头挥发物质的影响,确定馒头挥发物质的最佳萃取条件.

1 材料与方法

1.1 试验材料

面粉:北京大磨坊面粉有限公司;酵母:法国燕子牌即发活性干酵母.面粉主要理化指标:水分11.4%,灰分 0.46%,湿面筋 26.9%,粗蛋白含量11.5%,总淀粉 71.7%,吸水率 55.4%.

1.2 仪器设备

醒发箱:珠海三麦机械有限公司;ZKSY—6智能水浴箱:郑州长城科工贸有限公司;SP ME手动进样手柄、DVB/CA/PDMS(2 cm,50/30μm)纤维头:美国 Supelco公司;7890A GC—5975C VL MSD联用仪:美国 Agilent公司.

1.3 试验方法

1.3.1 一次发酵法馒头样品的制作

将 0.8 g干酵母和 100 g面粉用 50 mL水混匀后成型,于 (32±2)℃、相对湿度为 85%的醒发箱中醒发 60 min,沸水汽蒸 20 min[6].

1.3.2 SPME操作方法

称取适量馒头样品加入 15 mL样品瓶中;将智能水浴箱调至所需温度;待温度稳定后,将样品瓶放于智能水浴箱中;然后将 SPME针管穿过样品瓶的硅橡胶瓶垫,伸出纤维头;顶空萃取所需时间;缩回纤维头,拔出针头.待气相色谱仪处于准备状态后,将 SPME针管迅速穿过进样口硅胶隔垫,伸出纤维头,解析一定时间,缩回纤维头,拔出针头.在下次萃取前,应将 SPME针管在进样温度250℃下洗脱 10 min以上[7-8].

1.3.3 气相色谱和质谱分析操作条件

气相色谱操作条件:毛细管色谱柱为 DB—FFAP(60 m ×0.25 mm ×0.25μm),固定相为聚乙二醇 (PEG)的极性毛细管柱;载气为高纯氦气,载气速度 1.0 mL/min;进样口温度为 250℃,采用不分流进样;初始炉温为 35℃,保持 5 min后以 5℃/min升到 50℃,再以 5.5℃/min升到230℃,保持 5 min.

质谱操作条件:离子源温度 230℃,MS四极杆 150℃;传输线温度 280℃;离子化模式:EI;电子能 70 eV;扫描范围 43～500 nm;数据采集为全扫描.

1.3.4 定性与定量分析

SPME挥发性成分的分析用 GS-MS联用仪进行分离和鉴定.通过化学工作站数据处理系统,检索 N IST08.L谱图库,确定馒头挥发性物质的化学成分.用峰面积归一化法,确定挥发性成分的相对含量.

2 结果与分析

2.1 样品量对萃取效果的影响

分别称取 1、1.5、2、2.5、3 g馒头样品 ,放入15 mL样品瓶中,在 60℃下萃取 60 min,将 SPME针头插入进样口,伸出纤维头,解吸 5 min后拔出,考察样品用量对萃取效果的影响,结果见图1.

图1 样品用量对萃取效果的影响

从表1可见,样品量增加,总峰面积明显增大.当样品用量为 2 g时,总峰面积达到最大值4.3×109,以后逐渐减小.样品量为 2 g时,峰数达到最多 71个,样品量大于 2 g后峰数急剧减少.总峰面积是由一些主要峰决定的,可以反映不同条件下主要峰的变化情况[7].顶空法萃取样品时,顶空体积的大小与萃取效率直接相关,是萃取过程的重要参数之一[9].样品量在 1～2 g时,峰面积增加速度远大于峰数,这是由于萃取头对几种主要挥发性物质,如戊醇、2-甲基丙醇、苯甲醛、二甲基萘等的吸附量在不断增加,然而化合物种类大体不变.样品量在 2～3 g时,峰数显著减少,可能是由于随着样品量的增加,顶部空间减少,挥发物的浓度增加,低沸点物质与高沸点物质产生竞争吸附.纤维头吸附饱和后就很难对高沸点物质进行吸附.因此,较多高沸点物质,如 1,2-苯二甲酸二 (2-甲基丙基)酯、(E,E)-2,4-癸二烯醛、(E)-1,2,3-三甲基 -4-丙烯基 -萘等,因为吸附竞争不能被检测到.可见,样品量的多少直接影响挥发性成分的萃取效果.为了尽可能萃取到较丰富的挥发物质,采用最佳样品量为2 g.

2.2 萃取温度对萃取效果的影响

吸附温度对萃取效率的影响主要是通过影响样品在三相间的分配系数和扩散系数来实现的.温度升高,被分析物的扩散系数增大,扩散速度随之增大,同时升温加强了对流过程,有利于缩短平衡时间.但由于纤维头吸附挥发物质是放热反应,高温容易降低纤维头吸附挥发物质的能力,不利于吸附.同时提高温度对顶空瓶的气密性具有较高要求,因此不宜采用太高的温度[10].国外一些研究人员在对面包挥发性化合物的分析中,通常选择 60℃作为萃取温度[8,11],在这个温度下可以得到最多的峰数和最大的峰值.因此,以 60℃作为最佳的萃取温度.

2.3 萃取时间对萃取效果的影响

称取 2 g馒头样品放于 15 mL样品瓶中,在60 ℃下分别萃取 30、45、60、75、90 min后 ,在进样口解析 5 min.结果见图 2.

图2 萃取时间对萃取效果的影响

由图 2可以看出,随着萃取时间的延长,萃取头的吸附量明显变大,色谱峰的面积和数目都呈明显上升趋势,但萃取时间超过 60 min后,色谱峰面积呈下降趋势,峰数也有所减少,并趋于稳定.这是因为随着萃取时间的延长,吸附在萃取头上的易挥发性物质得到解析.当萃取时间为 60 min时,达到萃取平衡,萃取得到的香气成分的种类和含量都达到最大.通过对色谱图的分析发现,增加的峰大部分出现于保留时间 20 min后,可能是由于这些物质具有较高的沸点,如果萃取时间太短,它们来不及挥发而不被萃取头吸附,因此确保一定长的吸附时间显得非常重要.大部分主要挥发物峰面积随吸附时间的变化规律与总峰面积的变化规律一致.所以,选取最佳萃取时间为60 min.

2.4 解析温度对萃取效果的影响

解析温度直接关系着被吸附物质在汽化室的解析程度,解析不完全不仅会影响方法的灵敏性,而且会污染后续样品.较高的解析温度可加快解析速度,但会缩短 SPME萃取头的使用寿命.根据试验中所用萃取头的特性及气相色谱仪自身的性能,选择 250℃作为解析温度.

2.5 解析时间对萃取效果的影响

称取 2 g馒头样品放于 15 mL样品瓶中,在60℃下萃取 60 min后,在进样口分别解析 1、2、3、4、5 min.结果见图 3.

图3 解析时间对萃取效果的影响

由图 3可以看出,在较短的解析时间内,检测到的总峰面积和峰数都较少,可能是一些吸附得较紧密的物质不能在这么短的时间内脱离萃取头.当解析时间达到 4 min后,所检测到的总峰面积和峰数基本稳定,色谱峰的总峰面积和数目都达到最大值.保留时间较短的物质,如乙醇、己醛,其峰面积随解析时间的改变变化不太大;相反,那些保留时间较长的物质的峰面积受解析时间的影响较大,可能是由于这些物质与纤维头涂层的结合更紧密,只有达到一定的解析时间,它们才能完全脱离.由此可见,萃取头在 250℃下解析 4 min便能完全解析所吸附物质.

2.6 馒头中主要挥发性物质分析

采用上述优化的分析操作条件,分析馒头中的挥发性风味物质.馒头中挥发性成分的 GC—MS色谱图如图 4所示.

图4 馒头中挥发性成分的总离子流色谱图

馒头中香气成分分析结果见表1.由表1可知,馒头中的挥发性风味物质主要为:醇类 11种,占 64.88%;羰基化合物 7种,占 4.29%;苯类 6种,占 3.81%;酯类为 4种,占 2.75%;酰基化合物 1种 ,占 18.11%;杂环类 1种 ,占 6.14%.可见馒头中主要风味物质为醇类、酰基类和羰基化合物.虽然酯和苯类含量少,但是由于该类化合物具有低的风味阈值,因而对馒头的整体风味贡献很大;而烃类化合物虽然数量有 10多种,但由于其风味阈值较高而对整体风味贡献不大,因此表中未详细列出.

表1 馒头挥发物质的 SPME-GC-MS分析结果

续表1

3 结论

以顶空固相微萃取和气相色谱联用的方法,研究了样品用量、萃取温度、萃取时间、解析温度与时间对馒头中挥发性香气成分萃取效果的影响.结果表明,当样品量为 2 g(15 mL样品瓶),萃取温度为 60℃,萃取时间为 60 min,解析温度为250℃和解析时间为 4 min时,萃取效果较好.此方法不仅使馒头气质分析的前处理快速、方便,还有较高的灵敏度和重现性,为 SPME-GC-MS应用于馒头中风味物质的进一步确定提供重要参考.通过试验确定了馒头中的风味物质,主要风味物质为:醇类 11种 (64.88%)、羰基化合物 7种(4.29%)、苯类 6种 (3.81%)、酯类 4种(2.75%)、酰基化合物 1种 (18.11%)、杂环类 1种(6.14%).

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OPTIM IZATI ON OF SOL I D-PHASE M ICROEXTRACTI ON COND ITI ONS OF VOLATI LE COMPOUNDS FROM MANTOU

L I Zi-hong1,SU Dong-min1,SU Dong-hai2,XINB Xiou-lan2
(1.School of Food Science and Technology,Henan University of Technology,Zhengzhou450001,China;2.Beijing Vocational College of Electronic Science,B aijing100029,China)

Taking the totalpeak area and the peak number as the evaluation indexes,the paper studied the extraction effect of solid-phase microextraction(SPME)using polydimethylsiloxane(DVB/CAR/PDMS)as the extraction head on the volatile compounds ofMantou.The results showed that the solid-phase microextraction could extractmore volatile compounds and achieve better extraction effect for the main volatile compounds under the conditions of sample amount 2 g in a 15 mL sample bottle,extraction temperature 60℃,adsorption time 60 min,desorption temperature 250℃and desorption time 4 min.The main volatile compounds inMantou included alcohols 64.88%,carbonyl compounds 4.29%,aromatic compounds 3.81%,esters 2.75%,acyl compounds 18.11%and heterocyclic compounds 6.14%.

Mantou;volatile compounds;solid-phase microextraction(SPME);optimization

TS207.3

B

1673-2383(2011)01-0018-04

2010-09-05

北京市属高等学校人才强教深化计划资助项目(PHR201107151);河南省重点科技攻关项目(0523011000)

李自红 (1983-),女,河南焦作人,硕士研究生,研究方向为中国传统食品的工业化.

＊通信作者