CN116500182A - 一种基于风味特征的gc-ims技术分析松花奶粉产品异味的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于风味特征的GC‑IMS技术分析松花奶粉产品异味的方法，包括以下步骤：(1)选取样本；(2)顶空进样，采用气相色谱‑离子迁移谱进行挥发性成分的采集与分析；(3)收集气相保留时间，收集离子迁移时间、迁移速率和相对离子峰强度，对挥发性成分进行定性分析；(4)收集挥发性成分的相对离子峰强度信号，生成挥发性有机物定量的指纹图谱；(5)根据相对离子峰强度进行动态主成分分析，显示不同样品间的差异。本发明的评价方法，将气相色谱‑离子迁移谱首次应用于松花奶粉产品品质分析，能快速鉴定松花奶粉产品的挥发性风味物质的变化，实现了产品风味品质评价和相似度的判断，有利于企业在产品感官质量上的管控。
Description
技术领域
本发明属于检测分析技术领域，尤其涉及一种基于风味特征的GC-IMS技术分析松花奶粉产品异味的方法。
背景技术
松花奶粉产品,是以松花粉、乳粉为主要原料制备而成的一款老少咸宜的保健功能食品，具有增强免疫力、提高机体活力，抵抗外邪侵害的作用，是企业销售额较高的产品之一，上市以来深受消费者的喜爱，每年产品销售约有210万盒。
由于产品的主要配方原料是松花粉、乳粉等原料，如果采用质量一般的原料情况，会出现产品异味的问题，造成消费者的投诉反馈。现有的产品感官评价方法，是采用人工感官评价的方式，进行样品鉴定，目前的测试风味物质的方法主要依靠人的感官鉴定(品尝)、仪器方面有报道也仅限于采用气相、气相-质谱联用的检测方法。然而，感官鉴定效率低下并且会存在判断误差，采用气相、气相-质谱联用的方法都需要对样品进行一系列较复杂前处理过程。因此，亟待需要提供一种能够简单快速并且全面准确的测定松花奶粉异味的方法。
发明内容
本发明针对上述现有技术存在的不足，提供了一种基于风味特征的GC-IMS技术分析松花奶粉产品异味的方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种基于风味特征的GC-IMS技术分析松花奶粉产品异味的方法，包括以下步骤：
(1)选取松花粉、乳粉、松花奶粉产品正常样品以及异味样品，作为分析检测的代表样本；
(2)分别对步骤(1)选取的各样品顶空进样处理，采用气相色谱-离子迁移谱进行挥发性成分的采集与分析；
(3)收集各挥发性成分的气相保留时间并计算保留指数，收集离子迁移时间、迁移速率和相对离子峰强度，绘制气相离子迁移色谱，对挥发性成分进行定性分析及谱图差异分析；
(4)收集步骤(3)后得到的挥发性成分的相对离子峰强度信号，生成不同样品中挥发性有机物定量的指纹图谱；
(5)根据步骤(3)后得到的挥发性成分的相对离子峰强度进行动态主成分分析，显示不同样品间的差异。
进一步，步骤(2)中，所述顶空进样处理条件如下：
称取0.5g样品粉末置于20mL顶空瓶中，孵育温度80℃，孵育时间15min，进样针温度85℃，孵化转速500rpm。
进一步，步骤(2)中，所述气相色谱-离子迁移色谱分析的气相色谱条件如下：
分析时间30min；色谱柱类型为MXT-WAX，30m，ID:0.53mm，膜厚1.0μm(美国RESTEK公司)，柱温60℃；载气为氮气；第0-2min时保持2mL/min；第2-30min时线性上升至100mL/min；分流模式为不分流。
进一步，步骤(2)中，所述气相色谱-离子迁移色谱分析的离子迁移谱条件如下：迁移管长98mm；电压500V/cm；温度45℃；漂移气为N2；漂移气流速150mL/min。
进一步，步骤(3)中，所述定性分析为采用设备自带的VOCal软件，应用软件内置的NIST数据库和IMS数据库挥发性成分定性分析，谱图差异分析采用Reporter插件进行；
进一步，步骤(4)中，定量为运用插件Gallery Plot，获得待测样品的GC-IMS指纹图谱的对比差异谱图，获得物质的相对含量。
进一步，步骤(5)中，采用插件Dynamic进行样品主成分分析，确定待测松花奶粉异味样品中的特征性挥发化合物是否能与已知正常样品显著区分。
其中，GC-IMS：气相色谱-离子迁移色谱；
VOCal：用于分析谱图和数据的定性定量，应用软件内置的NIST数据库和IMS数据库对物质进行定性分析，用户可根据需求利用标准品自行扩充数据。图中每一个点代表一种挥发性有机物，对其建立标准区先后可进行定量分析。
Reporter：直接对比样品之间的谱图差异(三维谱图、二维俯视图和差异谱图)；
Gallery Plot：指纹图谱对比，直观且定量地比较不同样品之间的挥发性有机物差异；
Dynamic PCA：动态主成分分析，用于将样品聚类分析，以及快速确定未知样品的种类。
进一步，挥发性成分的组合包括Heptan-2-one-M/D(2-庚酮(单体/二聚体)、Pentan-2-one(2-戊酮)、Pentanal-D(正戊醛(二聚体))、Butan-2-one-D(丁酮(二聚体))、Isobutanal(异丁醛)、Ethyl butanoate-M(丁酸乙酯(单体))和Methyl butanoate(丁酸甲酯)中的一种或多种。
与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：
与传统的感官检测异味的方法相比，本法有以下优势：
(1)本发明所提供的一种样品异味快速鉴别方法，快速准确，无需对样品进行前处理，无需使用化学试剂，操作简单易学，与传统的风味检测方法相比成本较低；
(2)本发明所提供的方法具有较强的适用性，在异味分析鉴别的同时，可适用于不同样品检测分析，不同场景及条件下的异味的检测分析；
(3)本发明采用GC-IMS技术对松花粉类产品进行监测，找到异味与无异味之间关键区别成分，这些成分浓度的变化，对于未来产品质量控制、产品贮藏等有着很好参考意义。
附图说明
图1示出本发明实施例中不同样中挥发性有机物的GC-IMS谱图(直接对比)；
图2示出本发明实施例中不同样中挥发性有机物的GC-IMS谱图(差异对比)；
图3示出本发明实施例中不同样中挥发性有机物的Gallery Plot图(指纹图谱)；
图4示出本发明实施例中无异味制品-有异味制品样品的多元统计分析图；
图5示出本发明实施例中无异味制品-有异味制品的(A)载荷图、(B)VIP值。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。虽然本发明的描述将结合较佳实施例一起介绍，但这并不代表此发明的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本发明的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本发明的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本发明也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本发明的重点，有些具体细节将在描述中被省略。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明实施例中使用的仪器、试剂和松花奶粉样品如下：
1、样品
准备奶粉(M)、松花粉(P)、无异味样品(N)、有异味样品(O)，保存条件为冷藏。
表1样品信息表
| 序号 | 样品编号(必填) | 说明 |
| 1 | M | 奶粉 |
| 2 | P | 松花粉 |
| 3 | N | 制品无异味 |
| 4 | O | 制品有异味 |
样品处理：称取0.5g样品粉末置于20mL顶空瓶中，80℃孵育15分钟后进样。
2、仪器与软件：
FlavourSpec风味分析仪：配有CT自动顶空进样器、仪器配套的分析软件包括VOCal和三款插件：Reporter插件、Gallery Plot插件、Dynamic PCA插件。
分析条件
气相色谱条件
| Time | E1 | E2 | R |
| 00:00,000 | 150mL/min | 2ml/min | Rec |
| 02:00,000 | 150mL/min | 2ml/min | - |
| 05:00,000 | 150mL/min | 10ml/min | - |
| 25:00,000 | 150mL/min | 100ml/min | - |
| 30:00,000 | 150mL/min | 100ml/min | Stop |
实施例
一种基于风味特征的GC-IMS测定松花奶粉异味的方法，步骤如下：
选择具有代表性的松花粉、乳粉、松花奶粉产品正常样品以及异味样品，称取0.5g样品粉末置于20mL顶空瓶中，80℃孵育15分钟后进样，孵育时间15min，进样针温度85℃，孵化转速500rpm；
气相色谱-离子迁移色谱分析的色谱条件为分析时间30min；色谱柱类型为MXT-WAX，30m，ID:0.53mm，膜厚1.0μm(美国RESTEK公司)，柱温60℃；载气为氮气；第0-2min时保持2mL/min；第2-30min时线性上升至100mL/min；分流模式为不分流；
气相色谱-离子迁移色谱分析的离子迁移谱条件如下：迁移管长98mm；电压500V/cm；温度45℃；漂移气为N2；漂移气流速150mL/min；
GC-IMS样品上样后，经过孵育后顶空进样，样品随着载气进入仪器，首先经过气相色谱的初次分离，随后进入离子迁移管，待测分子在电离区电离后，在电场和逆向漂移的作用下迁移，实现二次分离，得到样品的可挥发性物质的信息；GC-IMS结合了气相色谱高分离度和离子迁移谱高灵敏的优势，无需任何特殊的样品前处理，即可快速检测样品中的挥发性有机物；
数据处理：采用设备自带的VOCal分析软件对挥发性化合物进行采集和鉴定，谱图差异分析采用Reporter插件。异常组中挥发性物质如图1-2所示，其中，图1代表直接对比的图谱，图2代表差异对比的图谱。
图1中整个图背景为蓝色，横坐标处红色竖线为RIP峰(反应离子峰)，纵坐标代表气相色谱的保留时间(s)，横坐标代表离子迁移时间，从左到右依次是奶粉(M)、松花粉(P)、无异味样品(N)、有异味样品(O)。
RIP峰两侧的每一个点代表一种挥发性有机物。颜色代表物质的浓度，白色表示浓度较低，红色表示浓度较高，颜色越深表示浓度越大。
由图2可以看出，不同样中的挥发性有机物存在差异，为了更加明显地对比这种差异，可采用差异对比模式：选取其中一个样品的谱图(H1)作为参比，其他样品的谱图扣减参比。如果二者挥发性有机物一致，则扣减后的背景为白色，而红色代表该物质的浓度高于参比，蓝色代表该物质的浓度低于参比。鉴于本实验研究目的选取样品N为参比进行背景扣除对比。
扣减之后中可以更加明显地看出，不同样品中的挥发性有机物存在明显差异；为了明确样品中具体哪些物质存在差异，下面选取所有峰进行指纹图谱对比。从左到右依次是奶粉(M)、松花粉(P)、无异味样品(N)、有异味样品(O)。
基于插件Gallery Plot筛选出具有明显变化规律的正常组和异常组的挥发性物质的指纹图谱Gallery Plot图，如图3所示。
图3中每一行代表一个样品中选取的全部信号峰、每一列代表同一挥发性有机物在不同样品中的信号峰，从图中可以看出每种样品的完整挥发性有机物信息以及样品之间挥发性有机物的差异。
黄框中的对比针对无异味样品(N)和有异味样品(O)两个样品，这些物质在有异味样品(O)中含量高于无异味样品(N)中的含量，与无异味样品(N)相比，有异味样品(O)中Heptan-2-one-M/D(2-庚酮(单体/二聚体)、Pentan-2-one(2-戊酮)、Pentanal-D(正戊醛(二聚体))、Butan-2-one-D(丁酮(二聚体))、Isobutanal(异丁醛)、Ethyl butanoate-M(丁酸乙酯(单体))和Methyl butanoate(丁酸甲酯)等物质含量较高，这可能是造成制品产生异味的原因，这些成分的变化造成了样品出现异味。
通过插件Dynamic进行样品PCA的分析，如图4所示，图4可以直观显示出不同样品之间的差异。图4中可以看出，正常组样品和异常组样品可以各自聚成一类，可以很好的在PCA图中分开。
图4为无异味样品(N)与有异味样品(O)的多元统计分析图，SIMCA14.1分析结果显示，在PCA、PLS-DA、OPLS-DA中两者均可分离，且分离程度良好。对OPLS-DA分析200次的置换检验结果显示良好，因此通过筛选OPLS-DA分析结果中的VIP值，寻找无异味样品(N)与有异味样品(O)的差异性物质。图5示出无异味样品(N)与有异味样品(O)的OPLS-DA分析各组分的载荷图和VIP值，其中绿点为挥发性物质，黄点为样品，离得越远的物质对差异贡献越大；另外，VIP＞1的物质被认定为无异味样品(N)与有异味样品(O)间潜在的差异性物质，共筛选出30个差异性物质，其中未定性的物质不予展示，共26种，如表2所示。
表2无异味样品(N)与有异味样品(O)间的差异性物质
通过表2中所示，并与指纹图谱相比较，有异味样品中Heptan-2-one-M/D(2-庚酮(单体/二聚体)、Pentan-2-one(2-戊酮)、Pentanal-D(正戊醛(二聚体))、Butan-2-one-D(丁酮(二聚体))、Isobutanal(异丁醛)、Ethyl butanoate-M(丁酸乙酯(单体))和Methylbutanoate(丁酸甲酯)等物质均在此列，是样品间差异性物质信息。
综上所述，本发明的基于风味特征的评价方法，采用GC-IMS对松花奶粉正常样品以及异味样品中挥发性化合物进行检测，建立挥发性有机物数据库，从而快速评价产品的风味品质。利用动态主成分分析和最邻近指纹分析快速确定样品的相似度。通过传统的营养学方法对松花奶粉的品质进行评估需要较长的时间，且前处理复杂。该方法具有检测速度快，样品无需复杂前处理等特点，适合松花奶粉产品品质的评价，对企业中进行产品感官质量评价具有指导意义。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于风味特征的GC-IMS技术分析松花奶粉产品异味的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)选取松花粉、乳粉、松花奶粉产品正常样品以及异味样品，作为分析检测的代表样本；
(2)分别对步骤(1)选取的各样品顶空进样处理，采用气相色谱-离子迁移谱进行挥发性成分的采集与分析；
(3)收集各挥发性成分的气相保留时间并计算保留指数，收集离子迁移时间、迁移速率和相对离子峰强度，绘制气相离子迁移色谱，对挥发性成分进行定性分析及谱图差异分析；
(4)收集步骤(3)后得到的挥发性成分的相对离子峰强度信号，生成不同样品中挥发性有机物定量的指纹图谱；
(5)根据步骤(3)后得到的挥发性成分的相对离子峰强度进行动态主成分分析，显示不同样品间的差异。
2.根据权利要求1所述的分析松花奶粉产品异味的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述顶空进样处理条件如下：
称取0.5g样品粉末置于20mL顶空瓶中，孵育温度80℃，孵育时间15min，进样针温度85℃，孵化转速500rpm。
3.根据权利要求1所述的分析松花奶粉产品异味的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述气相色谱-离子迁移色谱分析的气相色谱条件如下：
分析时间30min；色谱柱类型为MXT-WAX，30m，ID:0.53mm，膜厚1.0μm，柱温60℃；载气为氮气；第0-2min时保持2mL/min；第2-30min时线性上升至100mL/min；分流模式为不分流。
4.根据权利要求1所述的分析松花奶粉产品异味的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述气相色谱-离子迁移色谱分析的离子迁移谱条件如下：迁移管长98mm；电压500V/cm；温度45℃；漂移气为N2；漂移气流速150mL/min。
5.根据权利要求1所述的分析松花奶粉产品异味的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述定性分析为采用设备自带的VOCal软件，应用软件内置的NIST数据库和IMS数据库挥发性成分定性分析，谱图差异分析采用Reporter插件。
6.根据权利要求1所述的分析松花奶粉产品异味的方法，其特征在于，步骤(4)中，定量为运用插件Gallery Plot，获得待测样品的GC-IMS指纹图谱的对比差异谱图，获得物质的相对含量。
7.根据权利要求1所述的分析松花奶粉产品异味的方法，其特征在于，步骤(5)中，采用插件Dynamic进行样品主成分分析，确定待测松花奶粉异味样品中的特征性挥发化合物是否能与已知正常样品显著区分。
8.根据权利要求1所述的分析松花奶粉产品异味的方法，其特征在于，所述挥发性成分的组合包括Heptan-2-one-M/D(2-庚酮(单体/二聚体)、Pentan-2-one(2-戊酮)、Pentanal-D(正戊醛(二聚体))、Butan-2-one-D(丁酮(二聚体))、Isobutanal(异丁醛)、Ethylbutanoate-M(丁酸乙酯(单体))和Methyl butanoate(丁酸甲酯)中的一种或多种。
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| CN202310286137.7A CN116500182A (zh) | 2023-03-20 | 2023-03-20 | 一种基于风味特征的gc-ims技术分析松花奶粉产品异味的方法 |
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| CN (1) | CN116500182A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118311177A (zh) * | 2024-06-07 | 2024-07-09 | 山东省中医药研究院 | 一种基于gc-ims挥发性气味物质差异判断瓜蒌子质量的方法 |
-
2023
- 2023-03-20 CN CN202310286137.7A patent/CN116500182A/zh active Pending
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