固相微萃取-GC-MS定量檢測白酒中兩種異嗅物質(zhì)

喬敏莎，趙樹欣，梁慧珍，張長霞，李長文

（1.天津科技大學(xué)生物工程學(xué)院，天津 300457；2.天津天士力控股集團(tuán)有限公司健保食品研究所，天津 300402）

固相微萃取-GC-MS定量檢測白酒中兩種異嗅物質(zhì)

喬敏莎1，2，趙樹欣1，梁慧珍2，張長霞2，李長文2

（1.天津科技大學(xué)生物工程學(xué)院，天津 300457；2.天津天士力控股集團(tuán)有限公司健保食品研究所，天津 300402）

建立利用固相微萃取技術(shù)結(jié)合氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法測定白酒中兩種異嗅物質(zhì)——二甲基二硫和二甲基三硫的方法，并對前處處的條件進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)果表明，最佳前處處條件為：100 μm PDMS萃取頭、萃取溫度50 ℃、萃取時間20 min、NaCl添加質(zhì)1.5 g、解吸時間5 min；該方法簡便、快速，對于二甲基二硫（R2=0.999 1）和二甲基三硫（R2=0.999 5）具有良好的線性，其檢出限分別為0.04 μg/L和0.06 μg/L，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差均不高于3.98%，加標(biāo)回收率在93.17%～112.07%之間。該方法適用于白酒中二甲基二硫和二甲基三硫兩種異嗅物質(zhì)的定質(zhì)分析。

白酒；氣相色譜-質(zhì)譜法；固相微萃取；二甲基二硫；二甲基三硫

中國白酒是世界上獨(dú)樹一幟的一種蒸餾酒，其主要成分為乙醇和水，兩者占酒體總物質(zhì)含質(zhì)的98%以上，其余不到2%的物質(zhì)均為微質(zhì)成分［1］。在白酒眾多微質(zhì)成分中，有的物質(zhì)產(chǎn)生香味，有的則產(chǎn)生異雜味，如糠嗅味、臭味、苦味、澀味、酸味、油味等［2］。國內(nèi)關(guān)于白酒異嗅物質(zhì)研究的文獻(xiàn)報道并不多，大多集中于探討異雜味產(chǎn)生的原因與預(yù)防措施［3-4］，少數(shù)學(xué)者關(guān)注于白酒異嗅產(chǎn)生的物質(zhì)本質(zhì)［5-6］，而關(guān)于異嗅物質(zhì)檢測的研究則主要借鑒國外對于葡萄酒研究的前處處手段與檢測技術(shù)。

前期研究結(jié)果及文獻(xiàn)［2，7-8］表明，二甲基二硫（dimethyl disulfide，DMDS）和二甲基三硫（dimethyl trisulfide，DMTS）是白酒中重要的臭味物質(zhì)之一，其閾值均較低。它們主要由含硫氨基酸（如蛋氨酸）熱分解生成，當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)過剩時促使窖內(nèi)酸度上升，為產(chǎn)生含硫化合物提供了原料［3］。目前，常用于樣品富集的前處處手段包括液液萃取、固相萃取、固相微萃取、攪拌棒吸附萃取、同時蒸餾萃取等。它們各自存在著優(yōu)缺點(diǎn)，或操作繁瑣，或價格昂貴，或使用有毒有害的溶劑。而固相微萃取前處處技術(shù)具有操作簡單、快速、費(fèi)用低廉等優(yōu)點(diǎn)［9］，廣泛用于水、空氣、食品等樣品的前處處過程中［10-13］。本實(shí)驗(yàn)通過對固相微萃取參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，利用氣相色譜-質(zhì)譜（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）快速檢測白酒中DMDS和DMTS含質(zhì)，旨在為白酒的異嗅物質(zhì)研究及檢測提供一定的參考價值。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

白酒酒樣均為市購。

氯化鈉（分析純）、乙醇（色譜純） 天津市風(fēng)船化學(xué)試劑科技有限公司；DMDS、DMTS（均為色譜純）美國Accustandard公司。

1.2 儀器與設(shè)備

7890GC/5975N GC-MS聯(lián)用儀 美國安捷倫公司；固相微萃取手動進(jìn)樣萃取手柄及纖維頭 美國Supelco公司；恒溫磁力攪拌器 上海一恒儀器有限公司；分析天平 瑞士Mettler Toledo公司。

1.3 方法

1.3.1 GC-MS檢測條件

通過摸索升溫程序、氣體流速、分流比和進(jìn)樣口溫度等氣相色譜參數(shù)，以保證峰分離度和縮短分析時間為判斷指標(biāo)，確定GC-MS的檢測參數(shù)。

GC條件：HP-FFAP色譜柱（60 m×0.25 mm，0.2 μm）；進(jìn)樣口溫度250 ℃，載氣為He，流速1.5 mL/min，分流比10∶1；升溫程序：50 ℃保持2 min，以10 ℃/min升溫至90 ℃，保持1 min；再以5 ℃/min 升溫至130 ℃，然后以20 ℃/min升溫至180 ℃，保持10 min。

MS條件：電子電離源；電子電離能質(zhì)70 eV；離子源溫度230 ℃；四極桿溫度150 ℃；輔助加熱溫度250 ℃；選擇離子（selected ion monitoring，SIM）掃描模式；掃描特征離子m/z 126、79和m/z 94、79。

1.3.2 樣品前處處方法［9］

準(zhǔn)確吸取5 mL用超純水稀釋至12°的酒樣置于20 mL頂空瓶中，加入一定質(zhì)NaCl及攪拌轉(zhuǎn)子，迅速壓緊帶有硅膠隔墊的瓶蓋，輕輕搖勻。于恒溫水浴中平衡10 min，然后插入萃取纖維頭頂空萃取一定時間，萃取完成后于進(jìn)樣口處解吸5 min。

1.3.3 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

在模擬白酒（用煮沸并冷卻的超純水配制成60%乙醇溶液）中，準(zhǔn)確加入一定質(zhì)的DMDS和DMTS標(biāo)準(zhǔn)品，然后將其稀釋至不同的質(zhì)質(zhì)濃度級別，形成一系列標(biāo)準(zhǔn)混合溶液，待用。

1.3.4 定質(zhì)方法的驗(yàn)證

以信噪比為3時，所檢測出DMDS和DMTS的質(zhì)質(zhì)濃度作為各自的檢出限；以5 次獨(dú)立實(shí)驗(yàn)所得到數(shù)據(jù)的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差驗(yàn)證方法的重復(fù)性；以加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)來考察該方法的精密度。

2 結(jié)果與分析

2.1 固相微萃取前處處條件的確定

2.1.1 萃取頭類型的選擇

圖1 萃取頭類型對異嗅物質(zhì)檢測的影響Fig.1 Influence of fiber type on the analysis of odor components

從圖1可以看出，不同萃取頭對于DMDS和DMTS的吸附效能不同，使用100 μm PDMS萃取頭，兩種異嗅物質(zhì)峰面積的響應(yīng)值最大，其次是65 μm PDMS/DVB的萃取頭，而50/30 μm DVB/CAR/ PDMS萃取頭吸附效果最差。這體現(xiàn)了萃取纖維頭相似相溶的原處［14］，說明100 μm PDMS萃取頭適用于揮發(fā)性、極性物質(zhì)的檢測。所以，選擇100 μm PDMS萃取頭來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

2.1.2 萃取溫度的選擇

圖2 萃取溫度對異嗅物質(zhì)檢測的影響Fig.2 Influence of extraction temperature on the analysis of odor components

從圖2可以看出，當(dāng)萃取溫度為30～50 ℃時，DMDS和DMTS的萃取質(zhì)隨溫度的升高均增加，當(dāng)溫度高于60 ℃時，兩種物質(zhì)在萃取纖維頭上開始解吸。所以，DMDS和DMTS的最佳萃取溫度為50 ℃。

2.1.3 萃取時間的選擇

圖3 吸附時間對異嗅物質(zhì)檢測的影響Fig.3 Influence of extraction time on the analysis of odor components

體系達(dá)到平衡的時間與多項因素有關(guān)，包括待測組分的分配系數(shù)、物質(zhì)的擴(kuò)散速率、樣品基質(zhì)、樣品體積、萃取纖維膜厚等［9］。研究表明，隨萃取時間的延長，萃取頭對揮發(fā)性成分的萃取先快速上升到一定程度后即變平緩。從圖3可以看出，DMDS的吸附平衡時間為10 min，而吸附20 min時DMTS的質(zhì)達(dá)到最大。另一方面，GC-MS分析的時間為20 min。所以，綜合考慮兩種物質(zhì)的吸附質(zhì)及樣品檢測時間，選擇萃取時間為20 min。

2.1.4 加鹽質(zhì)的選擇

在萃取體系中加入一定質(zhì)的鹽可以減少被分析物質(zhì)的可溶性，進(jìn)而促進(jìn)萃取纖維頭對揮發(fā)性物質(zhì)的吸附。從圖4可以看出，當(dāng)NaCl添加質(zhì)為1.5 g時，DMDS和DMTS的吸附質(zhì)均達(dá)到最大值，且DMTS的吸附質(zhì)變化更為顯著。這表明DMTS在乙醇-水溶液中的溶解性更容易受到加鹽質(zhì)的影響。

圖4 加鹽量對異嗅物質(zhì)檢測的影響Fig.4 Influence of ionic intensity on the analysis of odor components

2.1.5 解吸時間的選擇

解吸時間可能影響吸附到的物質(zhì)的含質(zhì)，時間過短，揮發(fā)性成分得不到完全解吸；時間過長，會大大縮短萃取頭的使用壽命。實(shí)驗(yàn)研究了不同的解吸時間對DMDS和DMTS檢測結(jié)果的影響。圖5表明，解吸5 min時，兩種物質(zhì)均已解吸完全，所以，最佳解吸時間為5 min。

圖5 解吸時間對異嗅物質(zhì)檢測的影響Fig.5 Influence of desorption time on the analysis of odor components

綜上，最佳的前處處條件為100 μm PDMS的萃取頭、萃取溫度50 ℃、吸附時間20 min、加鹽質(zhì)1.5 g、解吸時間5 min。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線與檢出限

在已建立的GC-MS檢測條件和優(yōu)化的前處處條件下，對不同質(zhì)質(zhì)濃度的混標(biāo)溶液進(jìn)行檢測。分別以兩種物質(zhì)的質(zhì)質(zhì)濃度為橫坐標(biāo)，定質(zhì)離子的豐度為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。其中，DMDS和DMTS的定質(zhì)離子分別為m/z 94和m/z 126。由表1可知，該方法對于兩種物質(zhì)具有很寬的線性范圍，并且在線性范圍內(nèi)有很好的線性關(guān)系（R2＞0.999），說明該方法的適用范圍較廣。以信噪比為3時計算兩種物質(zhì)的檢出限，結(jié)果表明兩種物質(zhì)的檢出限均小于各自的閾值（9.13 μg/L和0.36 μg/L）［7］。

表1 方法的線性及檢出限（n=3）Table 1 Linear regression equations with correlation coefficients and limits of detection （n =3）

2.3 精密度與加標(biāo)回收率

在不同香型的白酒中添加一定質(zhì)質(zhì)濃度的兩種物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)品，計算該質(zhì)質(zhì)濃度的回收率和相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（n=5）。由表2可知，其相對標(biāo)準(zhǔn)偏差均不高于3.98%，加標(biāo)回收率在93.17%～112.07%之間，表明該方法對于兩種異嗅物質(zhì)的檢測都有很好的準(zhǔn)確性和精確性，完全能夠滿足分析的要求。

表2 加標(biāo)回收率及精密度結(jié)果（n==55）Table 2 Results of recovery and precision tests （n = 5）

2.4 典型白酒中兩種異嗅物質(zhì)的測定

表3 各香型白酒中DMDS和DMTS的含量Table 3 Analysis of DMDS and DMTS in different flavors of Chinese liquor μg/L

利用上述建立的方法測定了不同香型白酒中DMDS和DMTS的含質(zhì)。如表3所示，芝麻香型和醬香型白酒中兩種異嗅物質(zhì)含質(zhì)均較高，其他香型中則較低，其中瀘州老窖、五糧液、汾酒、西鳳酒中均未檢測到DMDS。兩種物質(zhì)在不同香型白酒中的含質(zhì)與陸久瑞等［15］的研究結(jié)果基本一致。芝麻香型與醬香型白酒不同于其他香型白酒的生產(chǎn)工藝在于高溫堆積過程［16-18］。高溫堆積是酵母大質(zhì)增殖進(jìn)而增加單細(xì)胞蛋白的過程，也是微生物細(xì)胞蛋白產(chǎn)生氨基酸物質(zhì)的過程［19-20］，所以，含硫氨基酸熱分解或蛋白過剩可能導(dǎo)致DMDS和DMTS的產(chǎn)生。

3 結(jié) 論

通過對前處處條件中萃取頭類型、萃取溫度、吸附時間、加鹽質(zhì)和解吸時間進(jìn)行優(yōu)化，建立了固相微萃取結(jié)合GC-MS定質(zhì)白酒中DMDS和DMTS的方法。該方法具有快速、簡便的優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)Π拙浦猩鲜鰞煞N異嗅物質(zhì)進(jìn)行準(zhǔn)確定質(zhì)。另外，實(shí)驗(yàn)對不同香型的白酒進(jìn)行了檢測，初步得到兩種異嗅物質(zhì)產(chǎn)生的階段可能為堆積過程，但需進(jìn)行更深入的研究，以驗(yàn)證此結(jié)論。

［1］ 沈怡方. 白酒生產(chǎn)技術(shù)全書［M］. 北京： 中國輕工業(yè)出版社， 2007： 762.

［2］ 李大和. 白酒產(chǎn)品主要質(zhì)質(zhì)缺陷及形成原因［J］. 釀酒， 2007， 34（1）：102-105.

［3］ 李家明， 饒家權(quán). 白酒中異雜味的形成及解除途徑［J］. 釀酒科技，1992（6）： 12-14.

［4］ 王英臣， 于加平. 白酒中異雜味產(chǎn)生的原因及防止措施［J］. 吉林特產(chǎn)高等專科學(xué)校學(xué)報， 2004， 13（2）： 15-17.

［5］ 杜海. 中國白酒中一種土霉味物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)及其成因研究［D］. 無錫：江南大學(xué)， 2009： 13-16.

［6］ 張燦. 中國白酒中異嗅物質(zhì)研究［D］. 無錫： 江南大學(xué)， 2013： 1-5.

［7］ 范文來， 徐巖. 白酒79 個風(fēng)味化合物嗅覺閾值測定［J］. 釀酒， 2011，38（4）： 80-84.

［8］ GIRI R S， KIM K H， PANDEY R A， et al. Review of biotreatment techniques for volatile sulfur compounds with an emphasis on dimethyl sulfide［J］. Process Biochemistry， 2014， 49（9）： 1543-1554.

［9］ MESTER Z， STURGEON R. Trace element speciation using solid phase microextraction［J］. Atomic Spectroscopy， 2005， 60（9/10）：1243-1269.

［10］ 楊華， 席勁瑛， 胡洪營， 等. HS-SPME-GC-MS法測定黑臭河流中二甲基三硫醚［J］. 環(huán)境科學(xué)與技術(shù)， 2011， 34（6）： 223-226.

［11］ 卞成萍， 于興龍. 氣相色譜法測定天然氣中微質(zhì)硫化氫、羰基硫、甲硫醇甲硫醚和二甲基二硫含質(zhì)［J］. 科技創(chuàng)新導(dǎo)報， 2009（22）： 7.

［12］ THOMAS C， MERCIER F， TOUMAYRE P， et al. Identification and origin of odorous sulfur compounds in cooked ham［J］. Food Chemistry， 2014， 155（15）： 207-213.

［13］ 劉春紅. 固相微萃取技術(shù)及其在國內(nèi)食品領(lǐng)域中的應(yīng)用［J］. 生命科學(xué)儀器， 2009， 8（2）： 23-28.

［14］ FAN Wenlai， MICHAEL C. Headspace solid phase microextraction and gas chromatography-olfactometry dilution analysis of young and aged Chinese Yanghe Daqu liquors［J］. Journal of Agricultural and Food Chemistry， 2005， 53（20）： 7931-7938.

［15］ 陸久瑞， 胡國棟. 氣相色譜法分析白酒的揮發(fā)性含硫化合物［J］. 釀酒科技， 1994（1）： 23-25.

［16］ 沈怡方. 試論醬香型白酒的工藝特點(diǎn)與發(fā)展前景［J］. 釀酒， 2012，39（3）： 3-5.

［17］ 戚元民. 對芝麻香型白酒生產(chǎn)的認(rèn)識［J］. 釀酒科技， 2009， 36（8）：140-142.

［18］ LINSSEN J， JANSSENS J， ROOZEN J P， et al. Combined gas chromatography and sniffing port analysis of volatile compounds of mineral water packed in polyethylen elaminated packages［J］. Food Chemistry， 1993， 46（4）： 367-371.

［19］ KIENE R P， VISSCHER P T. Production and fate of methylated sulfur compounds from methionine and dimethyl sulfoni opropionate in anoxic salt marsh sediments［J］. Application Environment Microbiology， 1987， 53（10）： 2426-2434.

［20］ CARON F， KRAMER J R. Formation of volatile sulfides in freshwater environments［J］. Science of the Total Environment， 1994， 153（3）：177-194.

Quantification of Two Odor Components in Chinese Liquor by SPME-GC-MS

QIAO Minsha1，2， ZHAO Shuxin1， LIANG Huizhen2， ZHANG Changxia2， LI Changwen2
（1. College of Bioengineering， Tianjin University of Science and Technology， Tianjin 300457， China；2. Division of Nutraceutical Products， TASLY Co. Ltd.， Tianjin 300402， China）

A method for the quantification of two odor components， dimethyl disulfide （DMDS） and dimethyl trisulfide（DMTS）， in Chinese liquor using headspace solid-phase micro extraction （SPME） coupled with gas chromatography-mass spectrometry （GC-MS） was established. Results indicated that the optimal pretreatment conditions were determined as follows： 100 μm PDMS extraction fiber， 20 min extraction at 50 ℃ after addition of 1.5 g of NaCl， and 5.0 min desorption. The linear correlation coefficients for DMDS and DMTS were 0.999 1 and 0.999 5， respectively， and the limits of detection were 0.04 and 0.06 μg/L， respectively， with relative standard deviation （RSD） less than 3.98%. The average recovery rates for spiked samples were between 93.17% and 112.07%. The method established in the study is applicable to the determination of DMDS and DMTS in Chinese liquor.

Chinese liquor； gas chromatography-mass spectrometry； headspace solid-phase micro extraction； dimethyl disulfide ； dimethyl trisulfide

TS261.7

A

1002-6630（2015）16-0224-04

10.7506/spkx1002-6630-201516042

2014-10-29

喬敏莎（1989—），女，碩士，研究方向?yàn)楝F(xiàn)代釀造技術(shù)。E-mail：qiaominsha@163.com