食品，饮料中风味物质，异味物质检测方案(热解吸仪)

GERSTEL Application Note No. 202， 2019 使用薄膜固相微萃取(TF-SPME)和热脱附气质联用分析食品样品 Laurel Vernarelli， Jackie Whitecavage， John Stuff GERSTEL， Inc.， 701 Digital Drive， Suite J， Linthicum， MD， 21090， USA 关键词 薄膜固相微萃取(TF-SPME)， 气相色谱法，质谱法，风味化合物 摘要 食品行业中需要定期对产品进行质量，真实性和安全性的监控。特别是出现异味或臭味时，对食品的分析是必要的。每种产品的香气和风味特征都是独特的，由多种半挥发性和挥发性化合物组成，包括醛，酮，酸，醇，萜烯，酯和其他痕量组分。风味/香气特征的组成中使用的浓度，极性和官能团范围很广，可能会使样品分析变得困难。希望可以提供一种简单高效，而且少用或不使用溶剂的绿色分析的技术。 薄膜固相微萃取技术TF-SPME是常规固相微萃取技术SPME的扩展。TF-SPME比常规的SPME更为灵敏，由于表面积和相体积的增加可提高分析物的回收率。 TF-SPME是涂有吸附相的20 mmx 4.8 mm碳网片。 TF-SPME设备可以在顶空或浸入模式下使用。 在顶空模式下， TF-SPME设备悬浮在封闭样品瓶中的固体或液体样品上方。在浸 入模式下，将其直接放置在液体样品中。在两种情况下，均通过搅拌来搅拌样品。提取后，将设备吸干并放在空的热脱附管中。通过热解析GC/MS对它们进行分析，这是一种易于使用且不需要溶剂的技术。 本文介绍了薄膜固相微萃取(TF-SPME)在测定各种高脂食品中的香气和风味成分中的应用。 介绍 GERSTEL多功能全自动样品前处理平台(MPS)与GERSTEL热脱附装置(TDU 2)和程序温度蒸发器(PTV)型进样口CIS 4相结合，为用户提供了多种分析选项，可用于化学分析。本文描述了将GERSTEL MPS与CIS 4冷进样系统，结合热脱附单元TDU来自动热解吸带有二乙烯基苯/聚二甲基硅氧烷涂层(DVB/PDMS)的TF-SPME的方法。该涂层用于从多种食物样本，其中包括：蓝纹奶酪，黑巧克力，凯撒酱和草莓奶油奶酪。关键风味成分的监控对于食品的质量控制和产品开发很重要。识别非芳香物质可以帮助查明并找到产品缺陷的补救措施。 实验 仪器 Agilent 7890A GC/5977B MSDGERSTEL MPS， TDU 2 & CIS 4 实验条件 TDU： splitless 40℃ (0.5 min)； 720°C/min； d=0.25mm d.=0.25 pm Oven： 40℃ (1 min)； 10°C/min； 230℃ (5min) 样品制备。所有的食品样品都在当地商店购买。每个样品称量2.0 g， 并将其放在空的20 mL螺纹盖小瓶中。>将TF-SPME设备悬挂在样品瓶的顶部空间。将小瓶放入GERSTEL震荡搅拌器中，并在40℃以250-500 rpm的搅拌速度萃取3小时。另外在室温(25℃)下提取草莓奶油干酪样品15小时。 结果与讨论 除黑巧克力外，所有食品样品均使用DBWAX色谱柱进行分离。黑巧克力食品样品则使用Rxi-5Sil MS色谱柱分离。 黑巧克力。将TF-SPME应用于黑巧克力样品的顶空。图1显示了生成的总离子色谱图，其中标记了已识别的峰。观察到各种各样的挥发性和半挥发性风味化合物，包括吡嗪，酯，醇，酸，醛，酮，呋喃等。观察到了几种吡嗪化合物，它们赋予了巧克力重要的可可/坚果风味：2，5-二甲基-2-(3-甲基丁基)-吡嗪，3-乙基-2，5-二甲基-吡嗪，四甲基吡嗪(烧味)和2，3，5-三甲基-6-乙基吡嗪。大量存在的其他关键香气化合物包括乙酸，异戊醛，2-甲基丁醛，2，3-丁二醇，四氢糠醇和α-松萜。结果表明，TF-SPME是一种非常有用的技术，只需很少的样品制备即可评估黑巧克力中的无香气或质量缺陷。 cO >>E艹 N>艹ocNcao一>o a一E c>c cNc aoc工'N工N ococ>'I ocoa' 一cc ccc coc' ocaoa'N Na艹一>E'N cxo >>ccaNoo w亏o云cco工'NN oc cccoZ'N cc 0c0' ca'c >Eco c ccoa N>E 艹Eocxoo ol >N ccccaa>>E寸 图1.薄膜固相微萃取萃取黑巧克力得到的总离子色谱图。 蓝乳酪。TF-SPME用于蓝纹奶酪样品的顶空。图2显示了生成的总离子色谱图，其中标记了已识别的峰。。观察到各种各样的化合物类型，包括醛，醇，酯，酸和酚。，主要化合物为2-戊酮，2-庚酮和2-壬酮，它们是由青霉菌形成的代谢产物。这些甲基酮是导致霉菌成熟的奶酪特征风味的原因。在色谱图中观察到的其他风味化合物包括仲醇2-戊醇，2-庚醇，2-壬醇，以及脂肪酸丁酸，己酸，辛酸，壬酸和正癸酸。这些结果表明， TF-SPME是评估蓝纹奶酪中香气成分的非常有用的技术。 Abundance 9500000 9000000 8500000 8000000 7500000 7000000 6500000 6000000 5500000 5000000 4500000 4000000 3500000 3000000 2500000 2000000 1500000 1000000 500000 mA 一个 Time--> 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 11.0012.00 13.00 )14.00 15.00 16.0017.00 18.00 19.0020.00 102 TTTT 21.0022.0023.00 24.00 24.00 图2.薄膜固相微萃取萃取蓝纹奶酪得到的总离子色谱图。 凯撒酱。将TF-SPME应用于凯撒调料样品的顶空。图3显示了生成的总离子色谱图， 其中标记了已识别的峰。观察到各种各样的化合物，包括萜烯/类萜，醇，酸和醛。主要化合物是山梨酸(一种食品防腐剂)和乙酸乙酯(一种用于调味的溶剂)。由于调料中存在黑胡椒，因此在色谱图中还发现了各种萜烯和萜类化合物。其中包括松萜，柠檬烯，凤尾烯和石竹烯，它们是黑胡椒果皮中的主要香气化合物。也发现了脂肪酸，例如丁酸，己酸，庚酸，辛酸和正癸酸，这可能是由于调料中存在帕玛森和罗曼诺奶酪的原因。。这些结果表明， TF-SPME是评估调料样品中无香气和质量缺陷的非常有用的技术。 图3.薄膜固相微萃取萃取蓝纹奶酪得到的总离子色谱图。 草莓奶油芝士。，将TF-SPME应用于草莓味奶油干酪样品的顶空。图4显示了在25℃萃取持续16小时所得到的色谱图。观察到各种各样的化合物，包括醇，酯，醛，酸，呋喃和内酯。色谱图中的最大峰被鉴定为乙酸乙酯(一种调味剂溶剂)。丁酸乙酯，种通常用于水果风味食品的人工调味剂；2-甲基丁酸乙酯，一种果味调味剂；：乙醛，一种具有令人愉悦的黄油香气的食品调味剂。 图4.薄膜固相微萃取萃取莓味奶油干酪得到的总离子色谱图，在25℃萃取15小时。 图5显示了在40℃萃取3小时后的色谱图。该色谱图显示对应于美拉德反应产物的峰面积增加：糠醛，2-呋喃甲醇，麦芽酚，3，5-二羟基-6-甲基-2，3-二氢-4H-吡喃-4-酮和5-羟甲基糠醛。这表明TF-SPME非常适合监测不良的美拉德反应产物，这些产物可能由于食品加工或食品加热而产生，例如草莓奶油干酪。结果表明， TF-SPME非常适合量化和评估由于食品加工或包装而引起的质量缺陷，而所需样品制备却非常少。 Abundance Enxccxo EocxooO oc E>o工 woc> coc工N Ecxowco TT >E E 图5.薄膜固相微萃取萃取草莓味奶油干酪得到的总离子色谱图，在40℃萃取3小时。 结论 GERSTEL MPS/TDU/CIS提供了用于对各种食品进行定性分析的多功能全自动样品前处理平台。：薄膜固相微萃取(TF-SPME)是一项强大技技术，可让用户快速识别和定量食品样品中的多种化合物类型。除TF-SPME外，通用的GERSTEL MPS/TDU/CIS系统还允许将多种技术快速应用于同一样品，从而快速提供必要的数据，，以进行质量控制，产品开发，故障排除或竞争性分析。通过适当使用标准品，可以将任何一种技术用于定量分析。 GERSTEL GmbH& Co. KG Eberhard-Gerstel-Platz 1 45473 Mulheim an der Ruhr Germany +49 (0)208-76503-0 +49 (0) 208-765 03 33 gerstel@gerstel.com www.gerstel.com GERSTEL Worldwide www.gerstel.co.jp Information， descriptions and specifications in this Publication are subject to change without notice. GERSTEL， GRAPHPACK and TWISTER are registered trademarks of GERSTEL GmbH & Co. KG. GERSTEL LLP GERSTEL (Shanghai) Co. Ltd GERSTEL Brasil 10 Science Park Road Room 206， 2F，Bldg.56 Av. Pascoal da Rocha Falcao， 367 #02-18 The Alpha No.1000， Jinhai Road， 04785-000 Sao Paulo-SP Brasil Singapore 117684 Pudong District +55(11)5665-8931 +65 6779 0933 Shanghai 201206 +55 (11)5666-9084 +65 67790938 +86 2150933057 gerstel-brasil@gerstel.com SEA@gerstel.com china@gerstel.com www.gerstel.com.br www.gerstel.com www.gerstel.cn -- -- 薄膜固相微萃取技术(TF-SPME)是常规固相微萃取技术SPME的扩展。由于其表面积和相体积的增加，TFSPME比常规的SPME更为灵敏，可提高分析物的回收率。理论上，在动态平衡阶段，萃取能力是SPME的26倍，在最后的平衡阶段，萃取能力是SPME的98倍。并且，由于其相厚与SPME相同，所以萃取的时间不变。TF-SPME “能力大，时间短”萃取能力是同类型SPME材料的26-98倍萃取时间与SPME同样迅速TF-SPME是一层涂有吸附相的20 mm x 4.8 mm碳网片。目前有两种吸附相：PDMS/DVB 和 PDMS/Carboxen。下图是实物和采样示意图。    TF-SPME实物：以碳网为支撑材料，表面涂覆吸附相 & TF-SPME顶空萃取示意图TF-SPME可以用来进行顶空萃取，也可以用于浸入式萃取 （与SPME类似）。由于其形态，TF-SPME也非常适合于接触性萃取，如皮肤表面的采样。我们推荐同时使用哲斯泰的搅拌棒吸附萃取（SBSE）工具Twister， 在对液态样品进行搅拌的同时，不但能加快分析物在液体和顶空中的分配速率，而且通过额外的Twister上萃取层（PDMS或是EG-Silicone），可以捕获更多的化合物种类，并且对痕量物质的回收率更高。对TF-SPME的热脱附，当然是使用哲斯泰热脱附单元TDU2。因为我们的热脱附系统是唯一“无阀，无传输线，全面加热”的热脱附系统，可以做到对所萃取的化合物真正“无歧视”传输。使您的分析达到“事半功倍”的效果。哲斯泰热脱附单元TDU2 的“无阀，无传输线”图示哲斯泰多功能全自动样品前处理平台 MPS robotic pro，可进行体液大体积进样，顶空进样，和SPME进样，并且配置了热脱附单元TDU2，动态顶空DHS及大型动态顶空DHS Large，可实现更强大的样品前处理功能。接下来让我们看看TF-SPME在食品和饮料领域的应用，以及和SPME比较的具体事例。食品和饮料中的香气和风味特征都是独特的，由多种半挥发性和挥发性化合物组成，包括醛，酮，酸，醇，萜烯，酯以及各种痕量化合物。  风味/香气特征的各组成的浓度，极性和官能团范围很广，可能会使样品分析变得困难。这也是使用TF-SPME的意义所在，希望在不使用溶剂的条件下，对各种极性和浓度的化合物进行高效的萃取。我们的样品包括：蓝纹奶酪，黑巧克力，凯撒酱和草莓奶油奶酪以及白葡萄酒，红葡萄酒，咖啡，柠檬苏打水等。下图显示了白葡萄酒的总离子色谱图(TICs)的堆叠图，该白葡萄酒由Sauvignon Blanc和Gewurztraminer两个品种混合而成，并使用常规SPME纤维（上图）和TF-SPME（下图）萃取，两者使用的都是PDMS/DVB萃取层。TF-SPME相对于具有相同相的SPME纤维显示出了更高的响应，尤其是对于在色谱图中较早洗脱的化合物，即极性较高的化合物。在图中确定了几类化合物，包括醇和乙酯。Sauvignon Blanc白葡萄酒具有柑橘，草，草药和矿物的风味。Gewurztraminer的味道和香气包括花香，果香和辛辣。鉴定出的醇和乙酯具有这种葡萄酒所具有的花香和果香。使用SPME（顶部）和TF-SPME（底部）的得到的Sauvignon Blanc和Gewurztraminer混合葡萄酒的TIC堆叠图。两者都使用PDMS/DVB萃取层，顶空萃取60min。下表列出了化合物的名称和LogKow辛醇-水的分配系数的常用对数值。一般来说，我们可以根据LogKow的大小来大致判定化合物的极性，LogKow小于4的化合物，属于极性化合物，一般非极性的吸附层如PDMS对其的回收率低。通过使用PDMS/DVB，并且扩大了其表面的体积，TF-SPME就变得比SPME根据有优势，对极性化合物的响应更高，回收率也更高。号码化合物LogKow1乙酸乙酯0.8622-甲基-1-丙醇0.773丙酸乙酯1.3643-甲基-1-丁醇1.265异丁酸乙酯1.776丁酸乙酯1.857异戊酸乙酯2.268正己醇1.829乙酸异戊酯2.2610己六酸乙酯2.8311乙酸己酯2.8612苯乙醇1.5713琥珀酸二乙酯1.3914癸酸乙酯4.7915十二酸乙酯5.78下图显示了通过TF-SPME在顶空模式下提取的可可味咖啡样品的TIC色谱图。鉴定出了10种辛醇/水分配系数LogKow在0.16-2.13之间的化合物。这些化合物中的一些包括吡啶和吡嗪，它们贡献了咖啡的特征香气和风味。甲基吡嗪赋予坚果味，而2,6-二甲基吡嗪赋予巧克力味和坚果味。三甲基吡嗪具有坚果味和霉味。LogKow小于2的化合物通常很难用PDMS吸附相得100%的萃取率。使用涂有PDMS / DVB 吸附相的TF-SPME, 可以轻松检测到这些化合物。顶空TF-SPME提取可可味咖啡所得的总离子色谱图号码化合物LogKow12-甲基丙醛0.7423-甲基丁醛1.233吡啶0.84甲基吡嗪0.4952-呋喃甲醇0.4562,6-二甲基吡嗪1.037三甲基吡嗪1.588四甲基吡嗪2.139苯乙醇1.5710伽玛八内酯1.5911咖啡因0.16将TF-SPME应用于黑巧克力样品的顶空。下图显示了生成的总离子色谱图，其中标记了已识别的峰。观察到各种各样的挥发性和半挥发性风味化合物，包括吡嗪，酯，醇，酸，醛，酮，呋喃等。观察到了几种吡嗪化合物，它们赋予了巧克力重要的可可/坚果风味: 2,5 -二甲基-2-(3-甲基丁基)-吡嗪，3-乙基-2,5-二甲基-吡嗪，四甲基吡嗪（烧味）和2,3,5-三甲基-6-乙基吡嗪。大量存在的其他关键香气化合物包括乙酸，异戊醛，2-甲基丁醛，2,3-丁二醇，四氢糠醇和α-松萜。结果表明, TF-SPME是一种非常有用的技术，只需很少的样品制备即可评估黑巧克力中的无香气或质量缺陷。薄膜固相微萃取萃取黑巧克力得到的总离子色谱图总结薄膜固相微萃取TF-SPME具有良好的萃取能力，适用于萃取食品和饮料中的多种极性化合物，风味成分和其他化合物。其增加的表面积和相面积，使其比拥有同类型吸附层的SPME对极性化合物更敏感，回收率更高，而所需的萃取时间不变。TF-SPME设备可与磁力搅拌棒 Twister组合使用，以进行搅拌并提高提取效率。当在这些样品类型中发现异味时，此方法可轻松用于质量控制或异味排查。再加上我们的ODP4嗅觉检测口，帮助您准确轻松的定性气味化合物。ODP4嗅觉检测口