紅糖的揮發(fā)性香氣成分分析

黃蘇婷，杭方學(xué)＊，韋春波，謝彩鋒，李凱

（1.廣西大學(xué) 輕工與食品工程學(xué)院，南寧 530004；2.廣西鳳糖生化股份有限公司，廣西 柳州 545208）

紅糖是甘蔗經(jīng)壓榨、提汁、澄清、熬煮、結(jié)晶后形成的非分蜜糖［1，2］。傳統(tǒng)紅糖又稱古法紅糖，由于是經(jīng)物理方法沉降、熬制而成，不添加化學(xué)試劑，綠色、健康，而且保留了甘蔗中糖類、蛋白質(zhì)、酚類等大部分營養(yǎng)物質(zhì)［3，4］。紅糖中糖含量豐富，能提高人體所需能量［5，6］，還具有補血、護脾胃、延緩衰老等功效［7，8］。紅糖已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ畹谋匦杵罚M者對紅糖品質(zhì)的要求越來越高。

紅糖中香氣是評價紅糖質(zhì)量的一個重要指標(biāo)，近年來，國外研究學(xué)者逐漸開展對紅糖中香氣成分的研究。日本有學(xué)者檢測了日本3種干燥方式生產(chǎn)的紅糖中的揮發(fā)性香氣物質(zhì)［9］，Asikin等［10］研究了紅糖揮發(fā)性香氣成分在存儲期間的變化。目前國內(nèi)缺乏這方面的研究，而且不同產(chǎn)地和工藝均會對紅糖的香氣產(chǎn)生影響。本研究對固相微萃取（SPME）結(jié)合氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（GC-MS）［11，12］進(jìn)行優(yōu)化，并對實驗室自制紅糖以及市面上在售的古方紅糖和太古紅糖這3種紅糖進(jìn)行檢測，分析其揮發(fā)性香氣成分，以期為紅糖芳香氣味研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料和試劑

實驗室自制紅糖，古方紅糖、太古紅糖從南寧市場購得，置于干燥器內(nèi)在室溫下保存。正構(gòu)烷烴混標(biāo)（C8-C40）：購于美國Sigma公司；NaCl：購于天津市光復(fù)科技發(fā)展有限公司。

1.2 儀器和設(shè)備

TLE20E／02分析天平 梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；MR-Hei-Standard磁力攪拌器 美國Heidolph公司；57328-U 固相微萃取纖維頭、57330-U固相微萃取手動進(jìn)樣手柄 美國Supelco公司；GC-6820氣相色譜儀、GC-7890B／5977A 氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀 美國Agilent公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 樣品制備

稱取一定質(zhì)量的自制紅糖加適量蒸餾水溶解至一定濃度。移取相應(yīng)質(zhì)量糖溶液于頂空瓶中，加入磁力攪拌轉(zhuǎn)子，稱取電解質(zhì)NaCl，在恒溫水浴中預(yù)熱3min。

1.3.2 SPME-GC-MS對紅糖中香氣成分的測定

GC條件：色譜柱：DB-WAX毛細(xì)管柱（60m×0.25mm×0.25μm）；載氣：He；進(jìn)樣模式：不分流；恒定流量：1.5mL／min；進(jìn)樣口溫度：250℃；升溫程序：初始溫度40℃保持1min，以3℃／min的速率升溫至200℃，保持27min。

MS條件［13］：離子源溫度：230 ℃；傳輸線溫度：250℃；電離方式：EI；四級桿溫度：150℃；質(zhì)量掃描范圍：29～450amu。

1.3.3 SPME萃取工藝優(yōu)化

本實驗在樣品制備過程中，選取4種樣品濃度：50%，60%，70%，80%，4 種 樣 品 質(zhì) 量：4.00，6.00，8.00，10.00g和 4種 NaCl添加量0，0.60，1.20，1.80g進(jìn)行比較實驗，在萃取過程中對不同萃取溫度30，40，50，60℃和不同萃取時間30，40，50，60min進(jìn)行比較，共選取上述5個因素進(jìn)行優(yōu)化實驗，選擇最佳萃取參數(shù)。以GC-MS分析出物質(zhì)的總峰面積作為評判萃取效果的指標(biāo)。

1.3.4 數(shù)據(jù)處理

GC-MS實驗數(shù)據(jù)由Xcalibur軟件處理，通過電腦檢索和NIST 14譜庫進(jìn)行比對。以總峰面積作為評價萃取效果的指標(biāo)，每次實驗做3組平行。將C8-C40的混標(biāo)按照同樣SPME-GC-MS條件進(jìn)行分析，并根據(jù)公式（1）和 （2）計算待測組分的相對含量（%）和保留指數(shù)（Retention Idex，RI）。

相對含量＝（各組分峰面積／總峰面積）×100%。 （1）

保留指數(shù)：RI＝100z＋10［TR（x）－TR（z）］／［TR（z＋1）－TR（z）］。 （2）

式中：TR（x）為待測組分的保留時間；TR（z）為碳原子數(shù)為z的正構(gòu)烷烴的保留時間；TR（z＋1）為碳原子數(shù)為z＋1的正構(gòu)烷烴的保留時間。

2 結(jié)果與討論

2.1 樣品濃度對SPME萃取效果的影響

圖1 樣品濃度對SPME萃取效果的影響Fig.1 Effect of sample concentration on the extraction efficiency of SPME

由圖1可知隨著樣品濃度的增加，總峰面積的變化趨勢。當(dāng)糖液的濃度從50%增加到60%時，總峰面積明顯上升，再增加糖液的濃度，總峰面積卻開始下降。圖1中曲線顯示，在本次實驗所選取的50%，60%，70%，80%4個樣品濃度中，SPME對60%濃度的樣品萃取效果最好，在4個試驗點中具有最高的總峰面積。

2.2 樣品質(zhì)量對SPME萃取效果的影響

圖2 樣品質(zhì)量對SPME萃取效果的影響Fig.2 Effect of sample quality on the extraction efficiency of SPME

由圖2可知，總峰面積先隨著樣品質(zhì)量的增加而上升，增加到一定程度后隨著樣品量的再增加反而開始下降。圖2中顯示在4.00，6.00，8.00，10.00g這4個樣品質(zhì)量的比較實驗中，當(dāng)樣品添加量為6.00g時，具有最高的總峰面積，即SPME在糖液的質(zhì)量為6.00g時具有更好的萃取效果。

2.3 NaCl添加量對SPME萃取效果的影響

圖3 NaCl添加量對SPME萃取效果的影響Fig.3 Effect of additive amount of NaCl on the extraction efficiency of SPME

由圖3可知，在糖液中添加適量的NaCl會提高SPME的萃取效率，獲得更高的總峰面積，當(dāng)NaCl在糖液中達(dá)到一定濃度時，再添加NaCl，反而會使萃取效果減弱，總峰面積出現(xiàn)下降的趨勢。根據(jù)本次實驗的結(jié)果，在0，0.60，1.20，1.80g這4個添加量中，在糖液中添加0.60g NaCl時具有最高的總峰面積，即SPME在此時有最好的萃取效果。

2.4 萃取溫度對SPME萃取效果的影響

圖4 萃取溫度對SPME萃取效果的影響Fig.4 Effect of extraction temperature on the extraction efficiency of SPME

由圖4可知，萃取溫度分別在30，40，50，60℃時SPME的萃取效果。隨著溫度的升高，總峰面積先持續(xù)增加，然后出現(xiàn)下降。根據(jù)圖4中數(shù)據(jù)顯示，在萃取溫度為50℃時揮發(fā)性香氣物質(zhì)的總峰面積最高，萃取效果最好。

2.5 萃取時間對SPME萃取效果的影響

圖5 萃取時間對SPME萃取效果的影響Fig.5 Effect of extraction time on the extraction efficiency of SPME

由圖5可知SPME在30，40，50，60min 4個不同萃取時間下的萃取效果。當(dāng)萃取時間少于50min時，逐漸延長萃取時間，揮發(fā)性香氣物質(zhì)的總面積隨之增加，但是當(dāng)萃取時間超過50min時萃取效率開始降低。根據(jù)圖5中的實驗結(jié)果，在對糖液進(jìn)行30，40，50，60min 4個不同時間的萃取后發(fā)現(xiàn)，SPME對糖液萃取50min時具有最好的效果。

2.6 SPME萃取紅糖揮發(fā)性香氣成分工藝的確定

根據(jù)以上5組單因素試驗結(jié)果，在5個影響因素中，NaCl的添加量（A）、萃取時間（B）和萃取溫度（C）三者對SPME的萃取效果影響較大。因此，基于上述單因素試驗，本次研究以總峰面積作為評判標(biāo)準(zhǔn)，對以上 A，B，C 3個因素采用 L9（33）正交設(shè)計［14］，考察SPME萃取紅糖中揮發(fā)性香氣物質(zhì)的最佳條件，其因素水平編碼見表1。

表1 L9（33）正交試驗因素水平編碼表Table1 Factors and levels coding table of orthogonal experiment

3個因素的正交試驗結(jié)果見表2，通過對極差的比較可知影響因素的主次順序為B＞C＞A，即可以確定在對紅糖中揮發(fā)性香氣物質(zhì)的萃取過程中，萃取時間對萃取效果的影響最大，其次分別為萃取溫度和NaCl的添加量。根據(jù)試驗結(jié)果，最佳試驗組合為A2B2C3，因此最終確定出SPME萃取紅糖中揮發(fā)性香氣物質(zhì)的最佳條件：萃取時間50min，萃取溫度50℃，添加0.60g NaCl。

表2 正交試驗結(jié)果Table2 Results of orthogonal test

綜合單因素試驗和正交試驗，確定出SPME萃取紅糖揮發(fā)性香氣物質(zhì)的最佳條件：樣品濃度60%，樣品添加量6.00g，NaCl添加量0.60g，萃取時間50min，萃取溫度50℃。

2.7 3種紅糖中揮發(fā)性香氣物質(zhì)的GC-MS分析

紅糖的香氣是經(jīng)過甘蔗生長、加工、紅糖的生產(chǎn)和儲存等一系列過程逐步反應(yīng)而形成的，各個環(huán)節(jié)的差異性都會導(dǎo)致紅糖香氣成分的變化。市售的紅糖產(chǎn)品眾多，從原料到工藝都存在差異，各自的香氣成分也不盡相同。因此，本實驗統(tǒng)一采用優(yōu)化后的SPMEGC-MS分析方法對自制紅糖，市售古方和太古紅糖的香氣物質(zhì)進(jìn)行檢測，實驗所得GC-MS分析結(jié)果見表3。

表3 SPME萃取3種紅糖揮發(fā)性成分GC-MS分析結(jié)果Table3 Major volatile compounds extracted from 3kinds of brown sugar by SPME-GC-MS

續(xù) 表

續(xù) 表

續(xù) 表

由表3可知，不同樣品紅糖的揮發(fā)性香氣物質(zhì)也不盡相同，有共同存在的香氣成分，每個樣品也具有自己獨特的呈香物質(zhì)。

本研究從自制紅糖中共檢測出70種香氣物質(zhì)，包括13種醛類、7種酸類、12種酮類、4種呋喃類、5種酚類、14種吡嗪類、4種醇以及11種含氧雜環(huán)化合物、含氮雜環(huán)化合物等其他類別物質(zhì)。太古紅糖本次共檢測出76種香氣化合物，包括14種醛類、8種酸類、13種酮類、5種呋喃類、4種酚類、2種酯類、13種吡嗪類、7種醇類以及10種含氮雜環(huán)化合物、芳香族等其他類別化合物。古方紅糖共有74種香氣物質(zhì)被檢測出，包括11種醛類、6種酸類、13種酮類、3種呋喃類、5種酚類、2種酯類、14種吡嗪類、4種醇類以及16種烷烴類、雜環(huán)化合物等其他物質(zhì)。其中乙醛、2-甲基丁醛、3-甲基丁醛、2，6-二甲基吡嗪、壬醛、2，6-二乙基-吡嗪、2，3，5-三甲基吡嗪、糠醛、2，3-二甲基吡嗪、癸醛和2-乙?；量┰谧灾萍t糖、太古紅糖和古方紅糖中均具有較高的相對含量。在3種紅糖中，上述物質(zhì)的總含量分別占檢測出的總揮發(fā)性香氣物質(zhì)的44.21%、40.56%和45.67%，因此初步判定其為紅糖香氣的主要呈香物質(zhì)。

3 結(jié)論

對固相微萃取（SPME）提取紅糖中香氣成分的單因素進(jìn)行優(yōu)化實驗，結(jié)果表明：在本次實驗中，當(dāng)萃取參數(shù)確定為樣品濃度60%，樣品添加量6.00g，NaCl添加量0.60g，萃取時間50min，萃取溫度50℃時具有最佳的萃取效果。利用優(yōu)化后的參數(shù)對自制紅糖和2種市售紅糖古方紅糖和太古紅糖進(jìn)行萃取，并結(jié)合氣相色譜-質(zhì)譜（GC-MS）檢測，分析紅糖的揮發(fā)性香氣成分，確定其組成與相對含量，初步判定其中乙醛、2-甲基丁醛、3-甲基丁醛、2，6-二甲基吡嗪、壬醛、2，6-二乙基-吡嗪、2，3，5-三甲基吡嗪、糠醛、2，3-二甲基吡嗪、癸醛和2-乙?；量┦侵饕膿]發(fā)性香氣成分。