GCMSMS结合香味数据库分析烟叶中的气味成分

本文采用岛津GCMS-TQ8050 NX三重四极杆气质联用仪和AOC-6000多功能自动进样器，结合Smart Aroma Database香味数据库对六种不同烟草烟叶中的气味成分进行测定，并对检测结果进行统计学分析。6种烟叶共检测到154种香气成分，其中福建烟叶141种，贵州烟叶138种，河南烟叶142种，云南烟叶141种，晒红烟烟叶129种，白肋烟烟叶119种。PCA图显示福建烟叶、贵州烟叶和云南烟叶相似性比较高，而河南烟叶、晒红烟烟叶和白肋烟烟叶具有一定的独立性。聚类分析将六种烟叶分成两大类，四种不同产地烤烟为一类，晒红烟和白肋烟为一类。PLS-DA模型筛选出烤烟、晒红烟和白肋烟三种不同类型烟草差异性比较大的58种香气成分。结果表明，该方法操作简便，分析速度快，可用于烟草样品中气味成分的快速筛查。SSL-CA22-532Excellence in Science Excellence in ScienceGCMSMS-259 Shimadzu (China) Co.， LTD. -Analytical Applications CenterEmail： sshzyan@shimadzu.com.cn Tel：86(21)34193996http：//www.shimadzu.com.cn GCMSMS 结合香味数据库分析烟叶中的气味成分 GCMSMS-259 摘要：本文采用岛津 GCMS-TQ8050 NX三重四极杆气质联用仪和 AOC-6000 多功能自动进样器，结合 SmartAroma Database 香味数据库对六种不同烟叶中的气味成分进行测定，并对检测结果进行统计学分析。6种烟叶共检测到154种香气成分。PCA图显示福建烟叶、贵州烟叶和云南烟叶相似性比较高，，而河南烟叶、晒红烟烟叶和白肋烟烟叶具有一定的独立性。聚类分析将六种烟叶分成两大类，四种不同产地烤烟为一类，晒红烟和白肋烟为一类。PLS-DA模型筛选出烤烟、晒红烟和白肋烟三种不同类型烟草差异性比较大的58种香气成分。结果表明，该方法操作简便，分析速度快，可用于烟草样品中气味成分的快速筛查。 关键词：气相色谱-三重四极杆气质联用仪香味数据库 烟草 气味成分 技术特点： * Smart Aroma Database 无需标准品可实现500多种气味成分的快速筛查 心 PCA、PLS-DA 通过数据降维可直观查看不同烟叶间气味成分的差异情况。 烟草作为一种重要的经济作物，在评价烟草质量和商业价值时，挥发性气味成分尤为重要，它是香烟风味的主要贡献者，气味成分的组成差异构成了卷烟不同的特征风格。我国常见的烟草种类有烤烟、晾晒烟、白肋烟、香料烟等，不同类型的烟草香气成分差异很大。在同种类型的烟草中，比如烤烟，不同产地的烟叶香气成分也不同。香气成分不同会带来烟叶质量和感官上的差异。对于烟叶中香气成分的研究为卷烟生产过程中的选用提供参考，对于提高烟叶的利用率和提升卷烟产品质量具有重要意义。 目前，广泛应用于烟草中香气成分分析的方法是气相色谱质谱法，该方法多数采用全扫描模式进行检测， NIST 谱库检索定性，但是构成烟叶香气的 实验部分 1.1仪器 AOC-6000 自动进样器 GCMS-TQ8050 NX三重四极杆气质联用仪 1.2分析条件 SPME 参数： SPME纤维：：DVB/CWR/PDMS 80 um 老化温度：260℃ 老化时间：：5min (萃取前) 平衡温度：：70℃ 平衡时间：110 min 化学成分种类繁多且有些重要成分的浓度非常低，这样就会导致低浓度成分未检出的情况。 Smart AromaDatabase 香味数据库是预先收录有香气成分化合物信息的专用数据库，该数据库包括500多种重要香气成分的基本信息、SCAN 方法、SIM 方法和 MRM 方法，该数据库无需标准品可以采用高灵敏度的 SIM 模式和MRM模式实现重要香气成分的快速定性筛查。 本文利用岛津 GCMS-TQ8050 NX三重四极杆气质联用仪和 AOC-6000 多功能自动进样器，结合 SmartAroma Database 香味数据库分析不同烟叶中的气味成分，无需复杂前处理、无需标准品就能实现对烟叶中的气味成分进行快速的筛查分析。 萃取时间：30 min 进样口温度：250℃ 解吸时间：3 min 老化时间：2 min (萃取后) GC-MS/MS 参数： 色 谱 柱：SSH-Polar Wax， 60m 分 流 比 5：1 ×0.25 mm×0.25um 柱温程序： 40℃ (5 min)_3℃ /min_250℃(15 min)离子源温度：：200°℃ 载气控制：小恒线速度模式，25.5 cm/s 接口温度：250°℃ 进样方式：分流进样 检测器电压： 调谐电压+0.2kV 采集方式：FASST(SCAN+MRM) 样品前处理 精确称取烟叶粉末1.0g装入20mL顶空瓶中，密封后按1.3条件上机分析。 结果与讨论 3.1气味系统方法建立流程 岛津香味数据库(Smart Aroma Database) 包括模板方法、质谱库等文件。首先使用 Aroma_TQ_SH-PolarWax_AART方法文件测定正构烷烃标品，通过 AART功能(自动调整化合物的保留时间)利用保留指数和正构烷烃的保留时间自动调整目标化合物的保留时间。 利用采集得到的正构烷烃数据、Aroma_TQ_SH-PolarWax_Template 模板方法以及香味数据库建立503种气味成分的筛查方法文件， GCMS-TQ8050 NX 可利用该方法对样品中的气味成分进行筛查。图1为香味数据库的创建方法界面和方法创建完成界面。 图1 香味数据库界面 3.2烟叶样品检测结果 福建烤烟烟叶 图2部分烟叶样品 TIC图 本文对6种不同烟叶进行检测，分别是4种不同产地的烤烟烟叶：福建(FJ)、贵州 (GZ)、河南(HN)和云南(YN)，还包括晒红烟(SH) 和白肋烟(BL)， 每种烟叶平行测定3次，部分烟叶样品 TIC 见图2。扫描模式采用FASST——MRM 和 Scan 模式相结合， MRM 可以实现数据库中约500种香气成分的高灵敏度检测， Scan 还可以对于数据库之外的挥发性组分进行检索定性。6种烟叶共检测到154种香气成分，其中福建烟叶141种，贵州烟叶138种，河南烟叶142种，云南烟叶141种，晒红烟烟叶129种，白肋烟烟叶119种，6种烟叶中共有香气成分108种。详细检测结果见表1。 表1166种烟叶样品气味成分检测结果 NO. 名称 保留时间 平均峰面积(n=3) CAS 号 气味描述 /min 福建 贵州 河南 云南 晒红烟 白肋烟 1 2-甲基呋喃 6.972 20216 19369 24169 27866 27136 一 534-22-5 巧克力味， 可可味 2 2-丁酮 7.709 46895 40398 51612 63602 80584 48652 78-93-3 醚味 3 2-乙基呋喃 9.314 27801 19103 50852 42613 34266 3208-16-0 面包，麦芽，咖啡味 4 二乙酰 10.267 216369 287643 262363 363402 136508 68010 431-03-8 黄油味 5 正戊醛 10.266 一一一 1267657 313958 277747 110-62-3 杏仁味，大麦味 6 1-戊烯-3-酮 11.9 247113 99101 453886 226928 48436 27049 1629-58-9 鱼腥味，刺激气味 7 丁酸乙酯 12.532 ---- 345240 107305 105-54-4 苹果味 8 正己醛 14.629 235718 167487 455155 246631 307531 122094 66-25-1 脂肪味，青草味 9 乙酸异戊酯 16.511 75856 133638 46774 202554 84142 43917 123-92-2 香蕉味 10 (E)-2-戊烯醛 16.98 一一 151704 一一 一 1576-87-0 草莓，水果， 西红柿味 11 4-甲基-3戊烯 -2-酮 16.983 51633 63121 57847 82168 58375 31855 141-79-7 甜味， 化学品味 12 正丁醇 17.42 76918 114468 153451 92817 185788 117654 71-36-3 药味，水果味 13 吡啶 19.336 601951 531649 571889 781405 324121 363820 110-86-1 哈喇味 14 2-庚酮 19.453 117897 59338 188723 100643 58851 22481 110-43-0 肥皂味 15 庚醛 19.597 120899 83423 188446 131571 132220 65385 111-71-7 脂肪味，柑橘味，哈喇味 16 己酸甲酯 19.637 103784 140046 103445 285986 53529 29727 106-70-7 水果味，清新的，甜味 GCMSMS-259 GCMSMS-259 145 吲哚 67.152 64426 110921 129858 77990 578987 1972192 120-72-9 樟脑丸，焦味 146 月桂酸 67.934 96897 81725 60381 73712 44122 26000 143-07-7 金属味 147 2，3-联吡啶 68.137 6259220 5684855 4100104 4759419 11292345 29115377 581-50-0 148 3-甲基吲哚 68.472 43651 79423 120249 81555 120758 63200 83-34-1 樟脑丸，粪便味 149 5-羟甲基糠醛 68.563 796498 217411 311182 621726 ---一 ---一 67-47-0 纸板味 150 圆柚酮 69.389 一-一一 ---一 一一一 2105858 一一一 4674-50-4 葡萄 151 4-羟基-β-二氢大马酮 69.553 571807 360452 597202 331117 281329 199284 102488-09-5 152 香兰素 221239 141299 321678 245106 423905 113050 121-33-5 香草 153 9-羟基-4，7-巨豆二烯-3-酮 72.295 1979988 1820664 1295645 1222054 1317152 503400 34318-21-3 154 香草乙酮 72.46 800406 389888 333039 369274 263638 192536 498-02-2 香草 注：----代表未检出。 3.3数据结果分析 3.3.1主成分分析(PCA) 将6种不同烟叶样品香气成分检测结果导入SIMCA 14.1软件，变量经标准化处理后得到PCA得分图(见图3)。PCA 可以尽可能多地反映变量的原始信息，直观显示不同样本之间的整体差异。样本间聚集程度越好说明香气相似性越高，样本越分散说明差异越大。 从得分图可以看出，每种烟叶的3针平行样品紧密聚集，说明实验结果稳定性好。福建烟叶、贵州烟叶和云南烟叶样本点比较集中，说明三者气味成分相似性比较高，河南烟叶、晒红烟烟叶和白肋烟烟叶表现出具有一定的独立性，说明这三种烟叶气味成分具有显著差异。河南烟叶与另三种烤烟烟叶(福建、贵州和云南)在第二主成分上差别较大，但在第一主成分上差别不大，说明在有些香气成分上具有一定的相似性。 图3 香气成分 PCA 得分图 (RX[1]=0.542为第一主成分的贡献率为54.2%， RX[2]=0.202为第二主成分的贡献率为20.2%) 3.3.2聚类分析 聚类分析是一种分类的多元统计分析方法，通过对数据集的层次分解实现样品的自然分组，聚类热图可以实现数据的可视化。将检测到的香气成分响应值归一化后作为变量，对不同烟草进行聚类分析，不同烟叶的聚类热图见图4。由图可知，首先将6种烟叶分成两类，四个产地的烤烟烟叶分成一类，晒红烟和白肋烟分成一类。四种不同产地烤烟烟叶中，福建和贵州烟叶香气成分最相近，其次是云南烟叶，差异最大的是河南烟叶。区域A是白肋烟中相对含量较高的香气成分，主要是吲哚、二烯烟碱、反式肉桂醛、2-乙基吡榛等，区域B是晒红烟中相对含量较高的香气成分，主要是辛酸、圆柚酮、苯甲酸、 十四醇等，区域C中组分较多，这些组分在烤烟烟叶中较白肋烟和晒红烟偏高，主要有2，3，5-三甲基吡嗪、丙酸、正戊酸、、v-己内酯、2-乙酰基吡啶等。 图4 不同烟叶香气成分聚类热图 (横坐标为6种不同烟草3个平行样品名称，纵坐标为检测到的香气成分，不同颜色为响应值标准化处理后得到的数值，红色代表高含量，蓝色代表低含量。) 3.3.3偏最小二乘法分析 (PLS-DA) 为进一步研究不同类型烟叶之间香气成分的差异，采用有监督的模式偏最小二乘判别分析(PLS-DA)，对烤烟、晒红烟、白肋烟三种类型的烟叶香气成分进行分析，分析结果见图5。由图可知，四种不同产地烤烟烟叶聚类良好，烤烟、晒红烟和白肋烟可显著分离。结合评价 PLS-DA 模型质量的3个关键指标可知， RX=0.704， RY=0.913，Q²=0.879，说明模型的稳定性和预测性较好。 烤烟 晒红烟 白肋烟 R2X[1]=0.541 R2X[2]=0.163 E1lipse： Hote1ling's T2 (95%) 图5 香气成分 PCA 得分图 采用变量权重重要性排序序(VIP) 对PLS-DA模型中差异性较大的香气成分进行筛选，通常VIP值大于1的组分在不同样本组之间的区分中起重要作用，通过VIP>1 筛选出58种差异较大的香气成分，见图6。 图6 VIP>1的化合物 结论 本文采用岛津 GCMS-TQ8050 NX三重四极杆气质联用仪和 AOC-6000 多功能自动进样器，结合SmartAroma Database 香味数据库对六种不同烟草烟叶中的气味成分进行测定，并对检测结果进行统计学分析。6种烟叶共检测到154种香气成分，其中福建烟叶141种，贵州烟叶138种，河南烟叶142种，云南烟叶141种，晒红烟烟叶129种，白肋烟烟叶119种。PCA图显示福建烟叶、贵州烟叶和云南烟叶相似性比较高，而河南烟叶、晒红烟烟叶和白肋烟烟叶具有一定的独立性。聚类分析将六种烟叶分成两大类，四种不同产地烤烟为一类，晒红烟和白肋烟为一类。PLS-DA模型筛选出烤烟、晒红烟和白肋烟三种不同类型烟草差异性比较大的58种香气成分。结果表明，该方法操作简便，分析速度快，可用于烟草样品中气味成分的快速筛查。 岛津应用云 岛津企业管理(中国)有限公司-分析中心