CN102331466A - 综合测定粮食香气成分的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及综合测定粮食香气成分的方法，属于分析检测技术领域。本发明所要解决的技术问题是提供一种综合测定粮食香气成分的方法，该方法能较为全面、准确的测定小麦、高粱、玉米中的香气成分。本发明综合测定粮食香气成分的方法为：采用顶空-固相微萃取方法和同时蒸馏萃取法分别对粮食样品进行预处理并对粮食的香气成分进行捕集，然后再分别结合气相色谱-质谱进行定性鉴定分析，综合分析结果，即得粮食香气成分的测定结果；其中，所述的粮食为小麦、高粱或玉米。
Description
技术领域
本发明涉及综合测定粮食香气成分的方法，属于分析检测技术领域。
背景技术
俗话说，“高梁产酒香、玉米产酒甜、大米产酒净、糯米产酒绵、小麦产酒糙”，这充分说明不同粮食品种对酒质的影响。浓香型酒是混蒸混烧工艺，也就是说蒸酒的同时把粮食蒸熟，在这个过程中粮食的香气成分随着乙醇一并进入酒中，成为浓香型白酒香气成分的重要组成成分。
目前，对米饭香气成分的研究较多，如：毛锦生，姚惠源.香米主要香气贡献物收集及分析方法初探.粮食与饲料工业，1998，12：17-17，其通过SDE(连续蒸馏萃取法)碱性组分收集法对香米香气主要贡献物收集并应用GC-MS对米饭挥发物分析，检测出了11种对香米香气具有贡献作用的杂环化合物。又如：汤坚等.米饭香气与热解吸法[J].质谱学报，1994，15(4)：36-42，其应用Tenax GC吸附米饭的挥发香气成分，进行色谱质谱分析，检测出五十余种挥发性成分。同时还以香粳大米为原料比较了Tenax GC吸附法与蒸馏萃取法(SDE)所获得的香气，结果发现Tenax GC吸附法与蒸馏萃取法(SDE)是测定米饭香气的有效手段。
虽然目前对米饭香气成分的研究较多，而国内外却几乎没有对小麦、玉米、高粱香气成分的研究报道。由于小麦、玉米、高粱也是酿酒的主要原料，因此，研究小麦、玉米、高粱的香气成分也有利于白酒生产工艺的改进以及白酒的调制等。但是，由于不同粮食，香气成分区别很大，相比大米，小麦的部分香气成分更微量，更难捕集，另外，小麦、高粱、玉米的色素含量比大米更高，更难于进行色谱分析。所以对于小麦、玉米、高粱也需要研究专门的分析检测方法才能全面、准确的分析小麦、玉米、高粱中的香气成分。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种综合测定粮食香气成分的方法，该方法能较为全面、准确的测定小麦、玉米、高粱中的香气成分。
本发明综合测定粮食香气成分的方法为：采用顶空-固相微萃取方法和同时蒸馏萃取法分别对粮食样品进行预处理并对粮食的香气成分进行捕集，然后再分别结合气相色谱-质谱进行定性鉴定分析，综合分析结果，即得粮食的香气成分的测定结果；其中，所述的粮食为小麦、高粱或玉米。
其中，本发明综合测定粮食香气成分的方法，可以按照常规的顶空-固相微萃取方法和同时蒸馏萃取法的操作分别对小麦、高粱或玉米样品进行预处理并对其香气成分进行捕集，这样即可得到基本准确的综合测定结果。
本发明的发明人经过大量实验，发现采用顶空-固相微萃取方法和同时蒸馏萃取法分别对小麦、高粱或玉米样品进行预处理并对其香气成分进行捕集，然后再分别结合气相色谱-质谱进行定性鉴定分析，综合分析结果，可以得到较为全面、准确的测定结果。本发明的发明人经过进一步研究还发现，采用顶空-固相微萃取方法对小麦、高粱或玉米样品进行预处理并对其香气成分进行捕集时，萃取头的极性和萃取头的萃取膜厚度对其香气成分捕集效果具有较大影响。采用中等极性萃取头(即中等极性涂层的萃取头，如：CAR/PDMS萃取头)对小麦、高粱或玉米的香气成分的捕集效果较好。采用中等极性萃取头可以有效捕集小麦、高粱或玉米中香气成分中的挥发性的极性物质、醇类以及芳香类化合物等。
本发明的发明人经过研究还发现，就小麦、高粱或玉米的香气成分而言，萃取膜越厚，富集的香气成分中高沸点物质越多，萃取头使用寿命越短；萃取膜越薄，富集的香气成分越少，萃取头使用寿命更长。由于萃取头价格较高，使用次数有限，而且捕集到的小麦、高粱或玉米的香气成分沸点不是很高，因此，兼顾各种因素，优选用75μm膜厚度的中等极性萃取头。
采用同时蒸馏萃取法对小麦、高粱或玉米样品进行预处理并对其香气成分进行捕集时，可以选择的萃取剂有乙醚、正己烷、二氯甲烷等几十种。本发明的发明人经过大量实验研究发现，以二氯甲烷作为溶剂时，谱图出峰多，出峰大，相似度高，且空白溶剂中杂质较少，不会对结果造成大的影响，而且二氯甲烷可以直接作为溶剂进行使用，不需要前处理，氮吹浓缩过程中也不需要加温，保证了萃取到的香气成分不会过多的损失，因此，本发明方法的同时蒸馏萃取法所用萃取剂优选为二氯甲烷。
气相色谱-质谱的分析条件也会对分析结果的准确性产生一定影响，由于小麦、高粱或玉米的色素含量较高，进行准确色谱分析较为困难，本发明的发明人经过大量实验研究，不断改进分析条件，得到了使测定结果更为准确的优选分析条件。本发明方法中所述的气相色谱-质谱进行定性鉴定分析的优选条件为：Agilent DB-WAX(安捷伦)30*0.25*0.25色谱柱；进样口温度：250℃；柱流速：恒流1.0ml/min；分流模式：不分流；接口温度：280℃；离子源温度：230℃；四极杆温度：150℃；数据采集模式：全扫描；质量扫描范围：20-550au；柱温程序升温：35℃保持5min，然后以4℃/min升温至100℃并保持6min，再以5℃/min升温至220℃并保持30min。
采用顶空-固相微萃取方法对小麦、高粱或玉米样品进行预处理并对小麦的香气成分进行捕集，然后再分别结合气相色谱-质谱进行定性鉴定分析，可以检测出60多种物质；采用同时蒸馏萃取法对小麦、高粱或玉米样品进行预处理并对小麦的香气成分进行捕集，然后再分别结合气相色谱-质谱进行定性鉴定分析，可以检测出120多种物质。因此，同时蒸馏法萃取出的香气成分比顶空-固相微萃取方法要多。经检测还发现，顶空-固相微萃取方法对酸、酯的萃取效果比同时蒸馏法要好，而同时蒸馏法对酮类化合物、醇类化合物、杂环类化合物和苯系化合物等的萃取效果却更好，两种方法对醛类化合物的萃取效果差不多。而这两种方法结合使用，并采用合适的气相色谱-质谱的分析条件，综合检测结果，就可以较为全面、准确的测定小麦、高粱或玉米中的香气成分。
本发明方法操作步骤简单，能够较为全面、准确的测定小麦、高粱或玉米中的香气成分，为小麦、高粱或玉米的香气成分的综合测定提供了一种新的选择，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1是非极性萃取头质谱总离子流图(小麦)；
图2是中等极性萃取头质谱总离子流图(小麦)；
图3是极性质萃取头谱总离子流图(小麦)；
图4是85μm萃取头质谱总离子流图(小麦)；
图5是75μm萃取头质谱总离子流图(小麦)；
图6是50/30萃取头质谱总离子流图(小麦)；
图7是乙醚同时蒸馏萃取小麦香气成分的质谱总离子流图；
图8是正己烷同时蒸馏萃取小麦香气成分的质谱总离子流图；
图9是二氯甲烷同时蒸馏萃取小麦香气成分的质谱总离子流图；
图10是二氯甲烷溶剂空白的质谱总离子流图。
图1-10中横坐标的时间单位均为min。
具体实施方式
本发明综合测定粮食香气成分的方法为：采用顶空-固相微萃取方法和同时蒸馏萃取法分别对粮食样品进行预处理并对粮食的香气成分进行捕集，然后再分别结合气相色谱-质谱进行定性鉴定分析，综合分析结果，即得粮食的香气成分的测定结果；其中，所述的粮食为小麦、高粱或玉米。
其中，本发明综合测定粮食香气成分的方法，可以按照常规的顶空-固相微萃取方法和同时蒸馏萃取法的操作分别对小麦、高粱或玉米样品进行预处理并对其香气成分进行捕集，这样即可得到基本准确的综合测定结果。
本发明的发明人经过大量实验，发现采用顶空-固相微萃取方法和同时蒸馏萃取法分别对小麦、高粱或玉米样品进行预处理并对其香气成分进行捕集，然后再分别结合气相色谱-质谱进行定性鉴定分析，综合分析结果，可以得到较为全面、准确的测定结果。本发明的发明人经过进一步研究还发现，采用顶空-固相微萃取方法对小麦、高粱或玉米样品进行预处理并对其香气成分进行捕集时，萃取头的极性和萃取头的萃取膜厚度对其香气成分捕集效果具有较大影响。采用中等极性萃取头(即中等极性涂层的萃取头，如：CAR/PDMS萃取头)对小麦、高粱或玉米的香气成分的捕集效果较好。采用中等极性萃取头可以有效捕集小麦、高粱或玉米中香气成分中的挥发性的极性物质、醇类以及芳香类化合物等。
本发明的发明人经过研究还发现，就小麦、高粱或玉米的香气成分而言，萃取膜越厚，富集的香气成分中高沸点物质越多，萃取头使用寿命越短；萃取膜越薄，富集的香气成分越少，萃取头使用寿命更长。由于萃取头价格较高，使用次数有限，而且捕集到的小麦、高粱或玉米的香气成分沸点不是很高，因此，兼顾各种因素，优选用75μm膜厚度的中等极性萃取头。
采用同时蒸馏萃取法对小麦、高粱或玉米样品进行预处理并对其香气成分进行捕集时，可以选择的萃取剂有乙醚、正己烷、二氯甲烷等几十种。本发明的发明人经过大量实验研究发现，以二氯甲烷作为溶剂时，谱图出峰多，出峰大，相似度高，且空白溶剂中杂质较少，不会对结果造成大的影响，而且二氯甲烷可以直接作为溶剂进行使用，不需要前处理，氮吹浓缩过程中也不需要加温，保证了萃取到的香气成分不会过多的损失，因此，本发明方法的同时蒸馏萃取法所用萃取剂优选为二氯甲烷。
气相色谱-质谱的分析条件也会对分析结果的准确性产生一定影响，由于小麦、高粱或玉米的色素含量较高，进行准确色谱分析较为困难，本发明的发明人经过大量实验研究，不断改进分析条件，得到了使测定结果更为准确的优选分析条件。本发明方法中所述的气相色谱-质谱进行定性鉴定分析的优选条件为：Agilent DB-WAX(安捷伦)30*0.25*0.25色谱柱；进样口温度：250℃；柱流速：恒流1.0ml/min；分流模式：不分流；接口温度：280℃；离子源温度：230℃；四极杆温度：150℃；数据采集模式：全扫描；质量扫描范围：20-550au；柱温程序升温：35℃保持5min，然后以4℃/min升温至100℃并保持6min，再以5℃/min升温至220℃并保持30min。
下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
试验例1 顶空-固相微萃取法极性萃取头极性和萃取膜厚度的选择
操作方法：称取小麦50克(含水13-14％)装入250ml三角瓶中，再加入100ml蒸馏水，摇匀，用瓶塞塞好，将萃取头轻轻插入瓶中，放入沸腾的恒温水浴锅中水浴萃取1.5小时，再将萃取头取出即时插入气-质联用仪进样口，解析5min。
气相色谱-质谱分析条件：Agilent DB-WAX 30*0.25*0.25色谱柱；进样口温度：250℃；柱流速：恒流1.0ml/min；分流模式：不分流；接口温度：280℃；离子源温度：230℃；四极杆温度：150℃；数据采集模式：全扫描；质量扫描范围：20-550au.柱温程序升温：35℃(保持5min)以4℃/min升温至100℃(保持6min)再以5℃/min升温至220℃(保持30min)。
1、不同极性萃取头萃取效果比较
采用极性、非极性和中等极性的萃取头对同一品种小麦(由宜宾市农业科学研究院提供)香气成分进行了捕集，捕集到的挥发性物质的质谱总离子见图1、2、3。
从图1、2、3可以看出，中等极性萃取头捕集效果最好。
采用上述方法分别测定玉米、高粱，结果发现中等极性萃取头捕集效果最好。
2、不同膜厚萃取头萃取效果比较
用同是中等极性的85μm、75μm、50/30μm三种不同膜厚度的萃取头进行比较，检测不同萃取膜厚度的萃取效果和使用寿命，检测图谱如图4、5、6所示。结果发现，就小麦香气成分而言，萃取膜越厚，富集的香气成分中高沸点物质越多，萃取头使用寿命越短；萃取膜越薄，富集的香气成分越少，萃取头使用寿命更长。由于萃取头价格较高，使用次数有限，而且捕集到的小麦香气成分沸点不是很高，因此，兼顾各种因素，选用75μm膜厚度的中等极性萃取头较好。
采用上述方法分别测定玉米、高粱，结果也发现，兼顾各种因素，选用75μm膜厚度的中等极性萃取头较好。
试验例2 同时蒸馏萃取法萃取剂的选择
操作方法：取200克小麦(含水13-14％)于1000ml的两口圆底烧瓶中，加入200ml水，40℃水浴浸泡1小时后，将烧瓶接在SDE(SDE即同时蒸馏萃取装置)样品端。另取100ml有机溶剂于250ml圆底烧瓶中，接在SDE溶剂端。样品烧瓶从底部通入蒸汽，溶剂烧瓶水浴，保持二瓶沸腾，连续萃取1.5小时，于分液漏斗中除去有机溶剂中的水，用干燥氮气吹除多余的溶剂，浓缩至1ml，供GC/MS测定分析。
气相色谱-质谱分析条件：Agilent DB-WAX 30*0.25*0.25色谱柱；进样口温度：250℃；柱流速：恒流1.0ml/min；分流模式：不分流；接口温度：280℃；离子源温度：230℃；四极杆温度：150℃；数据采集模式：全扫描；质量扫描范围：20-550au.柱温程序升温：35℃(保持5min)以4℃/min升温至100℃(保持6min)再以5℃/min升温至220℃(保持30min)。
经过多次试验筛选，从几十种萃取剂中筛选出乙醚、正己烷、二氯甲烷进行试验，看何种萃取剂的萃取效果最好。
1、乙醚萃取情况
乙醚作为溶剂，进行重蒸使用，实验处理过程较繁琐，从实验结果(图7)可以看出其图谱出峰较少，部分物质是乙醚溶剂中的杂质，对结果影响较大。
2、正己烷萃取情况
正己烷萃取结果如图8所示，从图8可以看出，图中峰较少，多数是小峰，相似度低。由于正己烷作为溶剂在氮吹浓缩时单靠吹氮气无法起到吹除溶剂的作用，需要适当的加温，萃取到的香气成分可能在这个过程中流失，因此正己烷也不是合适的溶剂。
3、二氯甲烷萃取情况
二氯甲烷萃取结果如图9所示，从图9可以看出，谱图出峰多，出峰大，相似度高，且空白溶剂中杂质较少(图10所示)，不会对结果造成大的影响。由于二氯甲烷可以直接作为溶剂进行使用，不需要前处理，氮吹浓缩过程中也不需要加温，保证了萃取到的香气成分不会过多的损失，因此二氯甲烷是最合适的溶剂。
采用上述方法，分别测定玉米和高粱，选用二氯甲烷作为溶剂，所得谱图均出峰多，出峰大，相似度高，因此，二氯甲烷是最合适的溶剂。
实施例1 采用本发明方法综合测定小麦中的香气成分
采用顶空-固相微萃取方法和同时蒸馏萃取法分别对小麦样品进行预处理并对小麦的香气成分进行捕集，然后再分别结合气相色谱-质谱进行定性鉴定分析，综合分析结果，得到小麦的香气成分的测定结果，结果如表1所示。
顶空-固相微萃取方法操作方法：称取小麦50克(含水13-14％)装入250ml三角瓶中，再加入100ml蒸馏水，摇匀，用瓶塞塞好，将萃取头轻轻插入瓶中，放入沸腾的恒温水浴锅中水浴萃取1.5小时，再将萃取头取出即时插入气-质联用仪进样口，解析5min。
同时蒸馏萃取法操作方法：取200克小麦(含水13-14％)于1000ml的两口圆底烧瓶中，加入200ml水，40℃水浴浸泡l小时后，将烧瓶接在SDE样品端。另取100ml有机溶剂于250ml圆底烧瓶中，接在SDE溶剂端。样品烧瓶从底部通入蒸汽，溶剂烧瓶水浴，保持二瓶沸腾，连续萃取1.5小时，于分液漏斗中除去有机溶剂中的水，用干燥氮气吹除多余的溶剂，浓缩至1ml，供GC/MS测定分析。
气相色谱-质谱分析条件：Agilent DB-WAX 30*0.25*0.25色谱柱；进样口温度：250℃；柱流速：恒流1.0ml/min；分流模式：不分流；接口温度：280℃；离子源温度：230℃；四极杆温度：150℃；数据采集模式：全扫描；质量扫描范围：20-550au.柱温程序升温：35℃(保持5min)以4℃/min升温至100℃(保持6min)再以5℃/min升温至220℃(保持30min)。
表1 本发明方法综合测定小麦香气成分的结果
由表1可知，固相微萃取法共检出68种物质，同时蒸馏法共检出120种物质，同时蒸馏法萃取出的香气成分比固相微萃取法要多；固相微萃取法对酸、酯的萃取效果比同时蒸馏要好；同时蒸馏法对酮类化合物、醇类化合物、杂环类化合物和苯系化合物(未全部列出)的萃取效果更好；两种方法对醛类化合物的萃取效果差不多。
实施例2 采用本发明方法综合测定玉米中的香气成分
采用顶空-固相微萃取方法和同时蒸馏萃取法分别对玉米样品进行预处理并对玉米的香气成分进行捕集，然后再分别结合气相色谱-质谱进行定性鉴定分析，综合分析结果，得到玉米的香气成分的测定结果，结果如表2所示。
顶空-固相微萃取方法操作方法：称取玉米50克(含水13-14％)装入250ml三角瓶中，再加入100ml蒸馏水，摇匀，用瓶塞塞好，将萃取头轻轻插入瓶中，放入沸腾的恒温水浴锅中水浴萃取1.5小时，再将萃取头取出即时插入气-质联用仪进样口，解析5min。
同时蒸馏萃取法操作方法：取200克玉米(含水13-14％)于1000ml的两口圆底烧瓶中，加入200ml水，40℃水浴浸泡1小时后，将烧瓶接在SDE样品端。另取100ml有机溶剂于250ml圆底烧瓶中，接在SDE溶剂端。样品烧瓶从底部通入蒸汽，溶剂烧瓶水浴，保持二瓶沸腾，连续萃取1.5小时，于分液漏斗中除去有机溶剂中的水，用干燥氮气吹除多余的溶剂，浓缩至1ml，供GC/MS测定分析。
气相色谱-质谱分析条件：Agilent DB-WAX 30*0.25*0.25色谱柱；进样口温度：250℃；柱流速：恒流1.0ml/min；分流模式：不分流；接口温度：280℃；离子源温度：230℃；四极杆温度：150℃；数据采集模式：全扫描；质量扫描范围：20-550au.柱温程序升温：35℃(保持5min)以4℃/min升温至100℃(保持6min)再以5℃/min升温至220℃(保持30min)。
表2 本发明方法综合测定玉米香气成分的结果
实施例3 采用本发明方法综合测定高粱中的香气成分
采用顶空-固相微萃取方法和同时蒸馏萃取法分别对高粱样品进行预处理并对高粱的香气成分进行捕集，然后再分别结合气相色谱-质谱进行定性鉴定分析，综合分析结果，得到高粱的香气成分的测定结果，结果如表1所示。
顶空-固相微萃取方法操作方法：称取高粱50克(含水13-14％)装入250ml三角瓶中，再加入100ml蒸馏水，摇匀，用瓶塞塞好，将萃取头轻轻插入瓶中，放入沸腾的恒温水浴锅中水浴萃取1.5小时，再将萃取头取出即时插入气-质联用仪进样口，解析5min。
同时蒸馏萃取法操作方法：取200克高粱(含水13-14％)于1000ml的两口圆底烧瓶中，加入200ml水，40℃水浴浸泡1小时后，将烧瓶接在SDE样品端。另取100ml有机溶剂于250ml圆底烧瓶中，接在SDE溶剂端。样品烧瓶从底部通入蒸汽，溶剂烧瓶水浴，保持二瓶沸腾，连续萃取1.5小时，于分液漏斗中除去有机溶剂中的水，用干燥氮气吹除多余的溶剂，浓缩至1ml，供GC/MS测定分析。
气相色谱-质谱分析条件：Agilent DB-WAX 30*0.25*0.25色谱柱；进样口温度：250℃；柱流速：恒流1.0ml/min；分流模式：不分流；接口温度：280℃；离子源温度：230℃；四极杆温度：150℃；数据采集模式：全扫描；质量扫描范围：20-550au.柱温程序升温：35℃(保持5min)以4℃/min升温至100℃(保持6min)再以5℃/min升温至220℃(保持30min)。
表3 本发明方法综合测定高粱香气成分的结果
Claims (5)
1.综合测定粮食香气成分的方法，其特征在于：采用顶空-固相微萃取方法和同时蒸馏萃取法分别对粮食样品进行预处理并对粮食的香气成分进行捕集，然后再分别结合气相色谱-质谱进行定性鉴定分析，综合分析结果，即得粮食的香气成分的测定结果；其中，所述的粮食为小麦、高粱或玉米。
2.根据权利要求1所述的综合测定粮食香气成分的方法，其特征在于：所述的顶空-固相微萃取方法采用中等极性萃取头对粮食的香气成分进行捕集。
3.根据权利要求2所述的综合测定粮食香气成分的方法，其特征在于：所述的中等极性萃取头的萃取膜厚度为75μm。
4.根据权利要求1～3任一项所述的综合测定粮食香气成分的方法，其特征在于：同时蒸馏萃取法所用萃取剂为二氯甲烷。
5.根据权利要求1～4任一项所述的综合测定粮食香气成分的方法，其特征在于：所述的气相色谱-质谱进行定性鉴定分析的条件为：Agilent DB-WAX 30*0.25*0.25色谱柱；进样口温度：250℃；柱流速：恒流1.0ml/min；分流模式：不分流；接口温度：280℃；离子源温度：230℃；四极杆温度：150℃；数据采集模式：全扫描；质量扫描范围：20-550au；柱温程序升温：35℃保持5min，然后以4℃/min升温至100℃并保持6min，再以5℃/min升温至220℃并保持30min。
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