帶捕集阱的自動化靜態頂空測定蘋果酯類香氣物質

史作安， 王 超， 顏衛東， 楊 超

(山東農業大學農業生物學國家重點實驗室，農業生物學國家級實驗教學示范中心，山東泰安 271018)

0 引言

香氣是評價蘋果果實品質的重要特征之一。香氣成分的研究不僅能獲得有關果實天然成分的最基本的化學信息，而且通過對香氣成分在果實體內的研究，為人們在水果品種的選育、貯藏、加工，以及合理調控方面提供科學依據［1-3］。蘋果作為我國少數具有國際競爭優勢的產品，在國際市場上具有重要作用［4-6］。蘋果及其制品的香氣物質成分非常復雜，主要包括酯、醇、醛、萜類物質等，其中酯類是構成蘋果特征香味最重要的組分［7-9］。

蘋果香氣物質的測定一直是我院本科生“園藝植物產品質量檢測實驗”的重要內容之一，隨著分析儀器和樣品前處理技術的發展，傳統的液-液萃取等前處理實驗方法，因為需樣量大、耗時長、花費高，且需要制造大量有機溶劑廢液［10-11］，已經被摒棄，并陸續購置了一臺自動化靜態頂空氣相色譜質譜聯用儀(HS-GCMS)和兩臺氣相色譜(GC2014)，自動化靜態頂空是一種新型的樣品前處理方法，無需溶劑，簡便、快速，自動化程度高，能夠盡可能減少被分析的香氣成分的損失，簡化了傳統風味物質測定方法的樣品前處理環節，使所測揮發性風味成分更接近于天然。

本文以煙臺富士蘋果為材料，采用HS-GC-MS技術對蘋果中酯類香氣成分進行了測定。通過對前處理條件的優化，構建一種快速、準確測定蘋果酯類香氣成分的方法，為本科實驗教學提供指導，為園藝產品品質分析提供參考。

1 材料與方法

1.1 樣 品

實驗樣品為商熟期的富士蘋果，采于煙臺龍口黃城精品實驗基地。

1.2 主要儀器和試劑

日本島津公司GC-MS QP2010 Plus氣相色譜-質譜聯用儀;美國PE公司的TurboMatrix 40HS頂空進樣器;毛細管色譜柱為Rtx-1MS(30 m ×0.25 mm×0.25 mm);Rtx-5(30 m × 0.32 mm × 0.25 μm);Stabilwax(R)-DA(30 m ×0.32 mm ×0.25 μm);25 mL 頂空進樣瓶，鋁制瓶蓋和硅橡膠墊。3-壬酮標準品(Sigma公司提供)。

1.3 實驗方法

(1)樣品前處理。新鮮水果去皮準確稱量5 g樣品于25 mL頂空進樣瓶中，用硅膠隔墊密封，鋁蓋封口，放入自動頂空進樣儀中，待進樣。

(2)萃取條件單因素試驗。選取對靜態頂空影響較大的3個因素(頂空時間、頂空溫度和色譜柱)，控制單因素變量，分別進行萃取實驗，依次考察其對蘋果酯類香氣物質總峰面積的影響。

(3)GCMS分析條件。進樣口溫度200℃;柱溫起始溫度35℃，保持2 min，以8℃/min升至180℃，保持1 min;再以15℃/min上升至230℃，保持4 min;載氣 He(99.999%)，柱流量 1.0 mL/min。

電離方式 EI，電子能量70 eV，離子源溫度200℃，接口溫度230℃。掃描質量范圍45～450 u。

2 結果與分析

2.1 單因素實驗分析

(1)頂空溫度對香氣成分的影響。選取30、35、40、45和50℃ 5個頂空溫度梯度，研究不同溫度對蘋果香味成分提取效果的影響，結果如圖1所示。

圖1 溫度對香氣成分總峰面積的影響

實驗結果表明:在一定的范圍內，溫度越高，萃取效率越高，且在溫度30～45℃，香氣成分總峰面積都明顯增加，當溫度達到45℃時，香氣成分總峰面積達到最大，隨溫度的升高，達到45～50℃時，其香氣成分總峰面積逐漸減低，且蘋果褐變嚴重，因此本實驗選擇頂空溫度為45℃。

(2)頂空時間對香氣成分的影響。在頂空溫度為45℃條件下，設置20、30、40和50 min 4個平衡時間梯度進行頂空分析。

圖2 時間對香氣成分總峰面積的影響

實驗結果顯示，隨著溫度的升高，其香氣成分總的峰面積升高，到40 min時，其香氣成分總峰面積達最大值，50 min時，其揮發成分總的峰面積不再增加，因此本實驗選擇頂空平衡時間為40℃。

綜上所述，帶捕集阱的自動化靜態頂空和氣相色譜質譜聯用法測定蘋果香氣成分最佳前處理條件為:頂空溫度45℃，時間40 min。

2.2 色譜柱對香氣成分的影響

分別選取3種毛細管色譜柱:Stabilwax(R)-DA(30 m ×0.32 mm ×0.25 μm);Rtx-5 MS(30 m ×0.32 mm × 0.25 μm);Rtx-1 MS(30 m ×0.25 mm × 0.25 μm)。其中，Stabilwax(R)-DA是一種極性柱;Rtx-5 MS是中性柱;Rtx-1 MS是非極性柱。

3種毛細管色譜柱分離供試樣品得到的GC-MS總離子流圖經計算機譜庫(NIST08)檢索分析。結果表明，Stabilwax(R)-DA色譜柱分離得到的蘋果中主要酯類香氣成分7種;Rtx-5 MS柱分離得到主要酯類香氣成分17種;Rtx-1 MS柱分離得到主要酯類香氣成分35種。由此可見，Rtx-1 MS柱分離得到酯類香氣成分最多，因此我們選用Rtx-1 MS色譜柱。

圖3 Rtx-1 MS色譜柱分離得到的GC-MS總離子流圖

從表1可以看出，酯類是煙臺富士蘋果的主要化合物，也是其特征香氣的主要貢獻成分［12-13］，其中相對含量較多的化合物包括丁酸乙酯(0.47%)、2-甲基-丁酸乙酯(0.22%)、乙酸丁酯(5.85%)、2-甲基乙酸丁酯(27.21%)、丁酸丙酯 (1.81%)、丙酸丁酯(2.32%)、乙酸戊酯(1.80%)、2-甲基-1-丁酸異丙酯(3.00%)、丁酸丁酯(2.92%)、己酸乙酯(2.00%)、乙酸己酯(17.21%)、2-己烯-1-醇乙酸酯(3.85%)、2-甲基丁酸甲酯(5.23%)、丁酸己酯(4.00%)和2-甲基-丁酸己酯(8.10%)，占總峰面積的85.99%。與王孝娣等［14-15］的研究相比較，本實驗所檢測到的脂類物質種類更多，其中2-甲基丁酸甲酯(5.23%)是本實驗中首次檢測到，且相對含量較高。

3 結語

本文采用帶捕集阱的自動化靜態頂空和氣相色譜質譜聯用技術，在頂空溫度45℃，頂空時間40 min，毛細管色譜柱 Rtx-1 MS(30 m ×0.25 mm ×0.25 μm)條件下，從富士蘋果中分離鑒定出35種酯類香氣成分，丁酸乙酯等15種物質相對含量較高，占總香氣物質含量的85.99%，實驗數據表明該方法準確、迅速、節約、環保。通過對前處理條件的優化，構建一種快速、準確測定蘋果酯類香氣成分的方法，為本科實驗教學提供了理論指導，為園藝產品品質分析提供了參考，對其他水果成分的分析也有一定的借鑒作用。

表1 蘋果中主要酯類香氣成分優化分析

［1］王昊陽，郭寅龍，張正行，等.自動化靜態頂空-氣相色譜-質譜對天然香精中揮發性化學成分的快速分析［J］.分析測試學報，2004，23(1):9-13.

WANG H Y，GUO Y L，ZHANG Z X，et al.Fast analysis of volatile compounds in natural essences by automatic static-headspace-GC-MS［J］.Journal of Instrumental Analysis，2004，23(1):9-13.

［2］吳繼紅，張美莉，陳芳，等.固相微萃取GC-MS法測定蘋果不同品種中主要芳香成分的研究［J］.分析測試學報，2005，24:101-104.

WU J H，ZHANG M L，CHEN F，et al.Determination of representative aromatic components in different breeds of apple by GC-MS with solid phase Microextraction［J］.Journal of Instrumental Analysis，2005，24:101-104.

［3］Fellman J K，Rudell D R，Mattinson D S，et al.Relationship of harvest maturity to flavor regeneration after CA storage of‘Delicious’apples［J］.Postharvest Biology and Technology，2003，27:39-51.

［4］吳 波，張寒俊.固相微萃取-氣相色譜/質譜測定蔬菜中風味物質的研究［J］.分析儀器，2006，18(2):25-31.

WU B， ZHANG H J. Determination of flavor substances in vegetables by solid-phase micro extraction-gas chromatography/mass spectrometry［J］.Analytical Instrumentation，2006，18(2):25-31.

［5］翟 衡，史大川，束懷瑞.我國蘋果產業發展現狀與趨勢［J］.果樹學報，2007，24(3):355-360.

ZHAI H，SHI D C，SHU H R.Current status and developing trend of apple industry in China［J］.Journal of Fruit Science，2007，24(3):355-360.

［6］乜蘭春，孫建設，陳華君，等.蘋果不同品種果實香氣成分研究［J］.中國農業科學，2006，39(3):641-646.

NIE L C，SUN J S，CHEN H J，et al.Study on fruit aroma of different apple cultivars［J］.Scientia Agricultura Sinica，2006，39(3):641-646.

［7］Scalzo R L，Testoni A，Genna A.‘Annurca’apple fruit，a southern Italy apple cultivar:texturalproperties and aroma composition［J］.Food Chemistry，2001，73(3):333-343.

［8］Dixon J，Hewett E W.Factors affecting apple Aroma/flavor volatile concentration:review［J］.New Zea Land Journal of Crop and Horticultural Science，2000，28(3):155-173.

［9］Mondy N，Duplat D，Christides J P.Aroma analysis of fresh and preserved onions and leek by dual solid-phase micro extraction-liquid extraction and gas chromatography-mass spectrometry［J］.Journal of Chromatography A，2002，963，(1-2):89-93.

［10］單長松，王 超，孟令儒，等.泰安大蒜與金鄉大蒜揮發性風味物質成分分析［J］.食品與發酵工業，2012，38(11):147-151.

SHAN C S，WANG C，MENG L R，et al.The analysis of volatile flavor components of Jin Xiang Garlic and Tai’an garlic［J］.Food and Fermentation Industries，2012，38(11):147-151.

［11］王建華，王漢忠.果蔬芳香物質的研究方法［J］.山東農業大學學報，1996，2(27):219-226.

WANG J H，WANG H Z.Methods for studies on aroma compounds in fruits and vegetables［J］.Journal Of Shandong Agricultural University，1996，2(27):219-226.

［12］王 超，張連忠，彭福田.頂空固相微萃取法分析肥桃香氣成分［C］//中國園藝學會桃分會第三屆學術研討會論文集.西安，2011:242-249.

WANG C，ZHANG L Z，PENG F T.The aroma components from the flowers of“Feicheng”Peaches by HS-SPME［C］//Proceedings of the Third Symposium of Peach Branch of China Institute of Horticulture.Xi’an，2011:242-249.

［13］王 超，郭建敏，陳學森.HS-GC-MS法快速測定蘋果香氣物質的優化研究［J］.實驗室科學，2009:10(5):65-68.

WANG C，GUO J M，CHEN X S.Study on the opeimization of fast determination method for volatile compounds in apple by HS-GC-MS［J］.Laboratory Science，2009:10(5):65-68.

［14］王孝娣，史大川，宋 燁，等.有機栽培紅富士蘋果芳香成分的GC-MS分析［J］.園藝學報，2005，32(6):998-1002.

WANG X D，LI D C，SONG Y，et al.GC-MS analysis of fruit aroma components of organic‘Fuji’Apple［J］.Acta Horticulturae Sinica，2005，32(6):998-1002.

［15］李大鵬，王明林，陳義倫，等.頂空固相微萃取分析蘋果酯類香氣［J］.食品與發酵工業，2007，33(8):150-152.

LI D P，WANG M L，CHEN Y L，et al.Headspace solid-phase microextraction for analysis of volatile esters in apple［J］.Food and Fermentation Industries，2007，33(8):150-152.