食品风味化学（第二版） 课件 第八章 风味物质的提取与分析

风味物质的提取与分析第八章

风味是消费者感知的重要质量特征。在消费者的认知中，主要涉及两种成分：气味活性成分和滋味活性成分。对食品或香料风味的感知被认为是化学衍生的现象。气味感觉逐渐被认识到是一种多方面的感觉，它和其他感觉有很大的相关性，如滋味、质构、外观等。香精香料行业人员和研究学者已经开始拓宽对风味的定义，使其包含其他感觉——主要是味觉、其他化学觉、质构及外观。风味物质的提取与分离第一节一、风味物质的提取与分离原理食品风味物质的提取和分离分析中使用的基本方法及相关的基础理论：（一）溶解化合物lgPKOW①化合物lgPKOW2,3-丁二酮-1.340.0461-甲基吡咯1.4326.9乙醇-0.140.72苯酚1.5132.4糠醇0.452.81己醛1.8063.12-乙酰吡啶0.493.09二甲基三硫1.8774.1丙酸0.583.80苯并噻唑2.171482-戊酮0.755.621-辛烯-3-酮2.372342-乙酰呋喃0.806.304-乙基愈创木酚2.38240糠醛0.836.761-戊硫醇2.67468乙酸乙酯0.867.24丁香酚2.73537二甲硫0.928.312,4-癸二烯醛3.3321382,6-二甲吡嗪1.0310.7茴香脑3.392455丁酸1.0711.7癸酸乙酯4.796465乙硫醇1.2718.6柠檬酸油精4.836761表8-1典型芳香化合物的分配系数大多数芳香物质是亲油性的。在食品中发现的芳香物质lgP列于下表：烘烤焦香风味

一、风味物质的提取与分离原理吸附萃取（固相微萃取和搅拌棒吸附）是一种平衡方法，它像溶剂萃取方法一样，是由提取相：水的分配系数所决定的。

（二）吸附萃取一、风味物质的提取与分离原理搅拌棒提取方法有一层20～250μm的涂层相覆盖在一个较大表面区域（如搅拌棒），它能得到比固相微萃取更高的提取率。对于Kow>500的分析物质，其理论提取率可达到100%。表8-1中的Kow值显示很多芳香化合物具有低分配系数（<500），不适合用固相微萃取来进行提取，但用搅拌棒提取方法却非常适合（图8-1）。图8-1采用固相微萃取和搅拌棒两种方法比较Kow值对两种方法溶质回收率的影响一、风味物质的提取与分离原理把挥发性作为一种芳香物质分离方法的依据，需要熟悉那些在平衡（静态顶空分离方法）和非平衡（动态顶空分离方法）状态下影响食品顶空中气相芳香物质浓度的因素。

（三）挥发性一、风味物质的提取与分离原理

一、风味物质的提取与分离原理二、风味物质的提取与分离方法香味物质的提取目前比较常用的方法有顶空吸附（包括动态顶空制样技术DHS、固相微萃取技术SPME、吹扫捕集技术P&T等）和溶剂萃取（包括同时蒸馏萃取SDE、溶剂辅助风味蒸发SAFE、直接溶剂萃取等）两大类。（一）顶空制样技术1.静态顶空法（1）静态顶空香气提取物稀释分析法（staticheadspace）（2）固相微萃取（Solid-phasemicroextraction，SPME）2.动态顶空法3.吹扫-捕集4.搅拌棒吸附萃取（Stirbarsorptiveextraction,SBSE）（二）溶剂提取技术1.直接萃取法或液-液萃取法2.同时蒸馏萃取技术（Simultaneousdistillationandextraction,SDE）3.溶剂辅助风味蒸发（solvent-assistedflavorevaporation，SAFE）（1）静态顶空香气提取物稀释分析法（staticheadspace）图8-2静态顶空原理示意图A，平衡；B，进样研究芳香物质的最佳方法应该是直接在食品顶空采集平衡气体。静态顶空分析法非常简单、温和并易实现自动化。用这种方法分析，只需要把食品样品放入一个容器内，用一个隔膜（聚四氟乙烯）将其密封，让其在容器内平衡（30～60min），再从食品上方的空气中抽取几毫升的气体到气密性的注射器内，最后将其直接注射进气相色谱（图8-2）。这种方法的主要缺点是灵敏度不够高、很难进行定量分析。1.静态顶空法（一）顶空制样技术二、风味物质的提取与分离方法（2）固相微萃取（Solid-phasemicroextraction，SPME）①SPME基本原理这种技术中惰性纤维外涂着一层吸附剂（有多种选择）。将这种涂有吸附剂的纤维置于样品顶空，如果是液体，则直接放入其中。然后再对已经饱和的纤维加热使挥发成分解吸到气相色谱流中，最后对这些释放出来的挥发物质进行分析。涂膜纤维是一个改进过的注射器，它的针可以收进一个外层护鞘中，这种可以收回的特性使其能免遭物理破坏和污染。SPME是一种平衡技术，得到的挥发物组成与样品的组成极其相关，因此要仔细地控制取样的参数。SPME是为进一步完善和发展固相萃取（SPE）技术提出的新型的、环境友好型的样品前处理技术。该技术具有操作简便、不需溶剂、萃取速度快、便于实现自动化以及易于与色谱、电泳等高效分离检测手段联用等突出的优点。与SPE法相比，SPME法具有萃取相用量更少、对待测物的选择性更高、溶质更易洗脱等特点，因此在短短的十多年间，SPME法无论在理论还是在实践上均获得了较大的发展。二、风味物质的提取与分离方法图8-3SPME分析装置示意图SPME方法包括吸附和解吸两步。吸附过程中待测物在样品及石英纤维萃取头外涂渍的固定相液膜中平衡分配，遵循相似相溶原理。这一步主要是物理吸附过程，可快速达到平衡。如果使用液态聚合物涂层，当单组分单相体系达到平衡时，涂层上吸附的待测物的量与样品中待测物浓度线性相关。解吸过程随SPME后续分离手段的不同而不同。对于气相色谱（GC），萃取纤维插入进样口后进行热解吸，而对于液相色谱（LC），则是通过溶剂进行洗脱。SPME萃取模式可分为：直接固相微萃取（Direct-SPME）和顶空固相微萃取（Headspace-SPME,HS-SPME）二、风味物质的提取与分离方法SPME的特点：简单，快速，集采样、萃取、浓缩、进样于一体。（a）简单：操作方便，只需按动手柄。（b）快速：可以节省样品预处理的70%时间。（c）经济：无需溶剂及注射器，每个萃取头可以反复使用50次以上（最多达200次）。（d）无毒害：由于无需溶剂，使操作人员的工作环境得到改善。同时使实验室排出的毒液减低到最小量，为我们生活的环境作出贡献。图8-4SPME结构示意图SPME由手柄（Holder）和萃取头（Fiber）两部分构成（图8-4），似一支色谱注射器，萃取头是一根涂不同色谱固定相或吸附剂的熔融石英纤维，接不锈钢丝，外套细的不锈钢针管（保护石英纤维不被折断及进样），纤维头可在针管内伸缩，手柄用于安装萃取头，可永久使用。二、风味物质的提取与分离方法②SPME样品萃取及分析将SPME针管穿透样品瓶隔垫，插入瓶中；推手柄杆使纤维头伸出针管，纤维头可以浸入水溶液中（浸入方式）或置于样品上部空间（顶空方式），萃取时间大约2～30分钟；缩回纤维头，然后将针管退出样品瓶。GC分析：将SPME针管插入GC仪进样口；推手柄杆，伸出纤维头，热脱附样品进色谱柱；缩回纤维头，移去针管。HPLC分析：将SPME针管插入SPME/HPLC接口解吸池，进样阀置于“Load”位置；推手柄杆伸出纤维头，关闭阀密封夹。将阀置于“Inject”位置，流动相通过解吸池洗脱样品进样。阀重新置于“Load”位置，缩回纤维头，移走SPME针管。二、风味物质的提取与分离方法③SPME纤维头的选择必须根据所分析物的分子量和极性。选择分子量或挥发性的化合物通常选用100μmPDMS萃取头；大分子量或挥发性的化合物通常选用30μm或7μmPDMS萃取头；强极性的化合物通常选用85μmPA萃取头；极性挥发性的样品（如乙醇、胺类）选用65μmPDMS/DVB萃取头。④SPME操作控制SPME分析结果除与纤维头本身的性质，如极性，膜厚有关外。如果从基本原理考虑，SPME并不完全萃取（100%萃取）分析物，并且不需达到所谓的真正的热力学平衡，所以严格控制操作条件，如取样时间和温度，萃取头浸入深度，样品瓶或顶空瓶体积保持一致，对于获得重现性分析结果至关重要。二、风味物质的提取与分离方法⑤SPME应用领域表面活性剂，其他工业领域；高分子聚合物和固体样品中的微量杂质的顶空分析；水样的环境分析；食品中的香料分析；纵火或爆炸物样品的法医分析；毒物分析：血、尿、体液中的药物和毒品；气体硫化物及挥发物（VOC）分析。⑥新型固相微萃取技术薄膜固相微萃取：随着样品前处理方法的快速发展，薄膜固相微萃取（thinfilmsolidphasemicroextraction,TFME）作为一种组合进样技术和样品制备技术于2001年首次投入使用，同时相关的联用方法也受到广泛关注。TFME技术是一种平衡萃取方法，所用的萃取相体积较小，在最小化基质干扰的同时可以有效地增加净化效果。管内固相微萃取：1997年，Eisert和Pawliszyn提出了管内固相微萃取（in-tubeSPME）技术。管内固相微萃取技术是以熔融石英毛细管柱作为固定相的载体，在毛细管柱内表面涂上固定相或在管内部填充介质。固相动态萃取：固相动态萃取（solid-phasedynamicextraction，SPDE）技术二、风味物质的提取与分离方法

二、风味物质的提取与分离方法

二、风味物质的提取与分离方法

二、风味物质的提取与分离方法通过不同的薄膜萃取相的涂覆可以使TFME技术应用在多个不同领域，以及包括气相、液相及固相等多种样品基质中。同时TFME联用技术在生物、食品、环境、活体以及多种不同领域应用广泛。根据样品的不同基体，以及分析物的性质和检测特性等，选择合适的联用技术及方法。TFME技术可与气相色谱法、液相色谱法、质谱法及离子淌度色谱法等多种方法结合，并可有效地提高检测灵敏度以及缩短分析时间。图8-5不同薄膜固相微萃取装置二、风味物质的提取与分离方法In-tubeSPME是一种微型化、自动化和溶剂消耗量少的绿色萃取技术，已被广泛的用于环境、生物和食品样品等领域的检测分析。然而，为了充分发挥其效能，仍然需要努力克服诸如低萃取效率、选择性和机械稳定性等限制。为了实现这些目标，管内固相微萃取的研究主要集中在以下两种情况：（1）管内固相微萃取与新型色谱的联用，如微型化液相色谱等。（2）新型涂料的制备，如分子印迹聚合物（MIP）、纳米材料、免疫亲和吸附剂和离子液体（IL）等。固相动态萃取（solid-phasedynamicextraction，SPDE）技术及相关的工具是由位于德国伊德施泰因的CHROMTECH公司于2000年研发的，它是一种对蒸气与液体制样的内针（inside-needle）技术，操作简便，有着与静态顶空一样好的重现性，吸附量大且样品量少，比固相微萃取及搅拌棒吸附萃取（SBSE）的效果都要好。该方法萃取可以达到吹扫-捕集（purge&trap，P&T）的灵敏度，但是自动化程度更高，气相色谱进样界面更简化，且气相色谱的进样口不被额外的硬件所占据，从而使得液体及顶空进样可以使用同一进样口。二、风味物质的提取与分离方法采用捕集和浓缩的顶空方法通常被叫做动态顶空法。在这些方法中，需用一些惰性气体（诸如氮气或氦气）对样品进行吹扫，它们可以把芳香成分从样品上带出来。挥发性成分必须以某种方式从气流中分离出来。芳香成分可通过一个低温、Tenax吸附剂（或用吸附性多聚物）、活性碳或其它适当的捕获系统将其提取出来。Tenax吸附剂（乙烯苯类聚合物）广泛应用于芳香物质捕集。尽管它用途广泛，但是它的比表面积较小因而吸附容量小。Tenax吸附剂对极性化合物的亲和力小而对非极性化合物的亲和力大（因而它不会保留很多水），诸如硫化氢一样的气味物质将不会保留在吸附材料上。由于挥发物可能更偏向于进入洗气以及Tenax吸附方法的差异，分离物将会产生很大的差异（图8-6）。图8-6动态顶空分析方法分离挥发性物质的设备举例（常压下动态捕集）2.动态顶空法二、风味物质的提取与分离方法吹扫捕集法从理论上讲，是动态顶空技术，是用流动气体将样品中的挥发性成分“吹扫”出来，再用一个捕集器将吹扫出来的有机物吸附，随后经热解吸将样品送入气相色谱仪进行分析。通常称动态顶空技术为吹扫捕集进样技术，待吹扫的样品可以是固体也可以是液体样品，吹扫气多采用高纯氦气。捕集器内装有吸附剂，可根据待分析组分的性质选择合适的吸附剂。吹扫捕集气相色谱法操作步骤如下：（1）取一定量的样品加入到吹扫瓶中；（2）将经过硅胶、分子筛和活性炭干燥净化的吹扫气．以一定流量通入吹扫瓶，以吹脱出挥发性组分；（3）吹脱出的组分被保留在吸附剂或冷阱中；（4）打开六通阀，把吸附管置于气相色谱的分析流路；（5）加热吸附管进行脱附，挥发性组分被吹出并进入分析柱；（6）进行色谱分析。3.吹扫-捕集二、风味物质的提取与分离方法吹扫捕集主要有两个条件需要控制：（1）温度吹扫-捕集分析中需要控制3个温度。第一个是样品的吹扫温度。水溶液大多在室温下吹扫，只要吹扫时间足够长，就能满足分析要求。第二个是捕集器温度。这里又有吸附温度和解吸温度之别。吸附温度常为室温，但对不易吸附的气体也可采用低温冷阱捕集技术。第三个是连接管路的温度，它应足够高，以防止样品冷凝。环境分析常用的连接管温度为80～150℃。（2）吹扫气流速与吹扫时间吹扫气流速取决于样品中待测物的浓度、挥发性、与样品基质的相互作用（如溶解度）以及其在捕集管中的吸附作用大小。用氦气，流速范围20～60mL/min。用氮气时流速可稍高一些，但需要注意的是，吹扫流速太大时会影响样品的捕集，造成样品组分的损失。图8-7吹扫捕集装置气路图1-样品管，2-玻璃筛板，3-吸附捕集管，4-吹扫气入口，5-放空，6-储液瓶，7-六通阀，8-GC载气，9-可选择的除水装置和/或冷阱，10-GC二、风味物质的提取与分离方法

4.搅拌棒吸附萃取搅拌棒吸附萃取（Stirbarsorptiveextraction,SBSE）是一种新型固相微萃取样品前处理技术，是将聚二甲基硅氧烷套在内封磁芯的玻璃管上作为萃取涂层。其萃取原理与SPME的萃取原理一致。当达到萃取平衡时分析物在PDMS和水相中的分配系数KPDMS/w如式（8-10）所示，近似等于分析物在正辛醇和水相中的分配系数Kow。二、风味物质的提取与分离方法SBSE分为顶空吸附、浸入式吸附、浸入顶空混合吸附。如果萃取时搅拌棒是浸入样品中的，需要先用蒸馏水冲洗，干燥后解吸，解吸的方法分为溶剂洗脱解吸和热脱附解吸，热解吸通常是一个缓慢的过程，在热解吸时可使用热脱附系统（thermaldesorpionsystem,TDS），也可使用程序升温气化（PTV）进样器。PTV进样器是先用液氮或干冰将热解析的样品流冷冻聚焦，然后再快速加热，使样品流以“窄带”形式进入色谱系统，保证有效地分离。图8-8为SBSE和SPMF两种不同萃取方法的萃取理论回收率的比较。图8-8SPME和SBSE的理论回收率比较二、风味物质的提取与分离方法搅拌棒吸附萃取的特点：相比固相微萃取，搅拌棒吸附萃取有较多的活性涂层（100pLPDMS），因此具有比SPME更高的吸附能力，可以通过顶空吸附或液体浸渍的方式吸附挥发性物质，并采用热脱附的方式（300°C加热解吸）传输至气相色谱进行分离分析。SBSE具有固定相体积大、萃取容量高、无需外加搅拌子、可避免竞争性吸附及能在自身搅拌的同时实现萃取富集等优点，在样品前处理中具有广阔的应用前景。研究发现，用这种方法可以对那些脂肪含量低于3%或酒精含量低于10%的食品样品进行有效的提取。更高的萃取相体积可以得到更好的定量数据以及更高的灵敏度。这种方法的速度和简便程度以及精确程度都要好于SPME，因而更具有吸引力。二、风味物质的提取与分离方法1.直接萃取法或液-液萃取法溶剂不同溶剂中的回收率%a氟里昂II二氯甲烷乙醚异戊烷丁酸乙酯6643----162-甲基-1-丙醇345522323-甲基-1-丁醇636650481-己醇85672338苯甲醛83541820乙酰苯53413420甲基苯甲酸75562125丁酸苯乙酯46482517(邻)氨基苯甲酸甲酯62595727表8-2乙醇-水体系（12%v/v）中模型化合物的回收率注：a间歇分液漏斗萃取，757mL模型体系用6×50mL溶剂萃取。图8-9溶剂萃取物挥发性成分分离的高真空蒸馏装置（二）溶剂提取技术二、风味物质的提取与分离方法SDE的原理就是样品瓶与溶剂瓶同时沸腾，挥发性成分在水蒸汽的带动下与溶剂蒸汽在装置的中部相遇，根据相似相溶原理，挥发性成分溶到有机相，同时冷凝回流，水相流回样品瓶，有机相流回溶剂瓶，如此循环往复，实现对样品中挥发性成分的充分萃取。图7-10同时蒸馏萃取装置1）二氧化碳（CO2）–丙酮冷凝器，2）出水，3）绝缘，4）搅拌器，5）水溶液，6）进水，7）溶剂，8）水起泡器2.同时蒸馏萃取技术（Simultaneousdistillationandextraction,SDE）二、风味物质的提取与分离方法SDE技术的优点：（a）提取操作中设备非常简单，方便处理一系列样品以提取挥发性化合物并浓缩化合物；（b）通过蒸馏过程中挥发性物质与非挥发性物质的有效分离，可以用于不含非挥发性化合物的痕量成分的检测；（c）萃取过程中不使用非挥发性或高沸点材料，且是在实验室中于室温（25°C）减压下进行的，SDE符合实验安全性；（d）可以用少量溶剂（由于连续循环）在短时间内提取芳香化合物，在不进一步浓缩溶剂的情况下进行挥发性化合物的萃取，实现更高浓度的芳香化合物回收率，同时减少提取过程中分解产物的生成；（e）具有高重现性相关度和高提取效率，可用于量化各种香气化合物。SDE技术的缺点：（a）萃取时间一般为3～4h，时间太短会使萃取不充分，萃取效果变差；（b）时间过长又会导致热敏性成分发生很大变化，使香味成分失真；（c）由于样品用量大，故用SDE法得到的萃取液香味物质浓度高；（d）由于高温萃取，故对中等至高沸点的挥发性成分萃取回收率较高，同时加热过程中可能会发生氧化、水解等反应，不能真实反映样品的组分；（e）新鲜植物性材料和未经热加工的原材料不适宜用SDE法进行萃取分离。二、风味物质的提取与分离方法SDE在大气压下进行蒸汽蒸馏会产生热伪影，因此提取物的成分接近于精油，但大气压-SDE不适用于热敏产品，为了避免香精香料的热改性，一般在一定真空度条件下进行操作，其装置如图8-11所示，可以在没有热伪影的情况下获得了高回收率，并且制备版本允许大规模操作。图8-11真空-SDE萃取装置二、风味物质的提取与分离方法溶剂辅助风味蒸发技术作为一种针对温和提取不稳定的气味活性化合物的方法，在食品和风味工业中被广泛使用。SAFE装置的主要作用是除去溶剂萃取所得萃取物中的高沸点、难挥发性成分，便于气相色谱检测。因为整个过程是在低温、高真空下进行，馏出液也是通过液氮冷冻收集所以最终得到的萃取液既能避免SDE过程中产生氧化、水解产物，也能避免色素、汇脂等成分进入到馏出液收集瓶中。图8-12溶剂萃取物中芳香化合物分离的溶剂辅助风味物蒸发系统1.恒温水浴腔，2.中心蒸汽室，3a.蒸汽入口，3b.蒸汽出口，4.物料瓶，5.旋塞，6.冷阱，7、8.左右支架，9.物料通道，10.冷凝管，11.腔体左分支（连接物料瓶），12.腔体右分支（连接蒸馏液收集瓶），13.恒温水入口，14.恒温水出口，15.聚乙烯管，16.旋盖，17.磨砂接口，18.直空泵接口3.溶剂辅助风味蒸发（solvent-assistedflavorevaporation，SAFE）二、风味物质的提取与分离方法超临界流体（supercriticalfluid,SF）是指某种气体（液体）或气体（液体）混合物在操作压力和温度均高于临界点时，使其密度接近液体，而其扩散系数和黏度均接近气体，其性质介于气体和液体之间的流体。超临界流体萃取法（supercriticalfluidextraction,SCFE）是利用超临界流体为溶剂，从固体或液体中萃取出某些有效组分，并进行分离的一种方法。图8-13超临界CO2萃取基本组成示意图4.超临界流体萃取法（Supercriticalfluidextraction,SCFE）二、风味物质的提取与分离方法为了用于色谱分析，需要将溶剂蒸发掉一部分。蒸发是利用风味物质和溶剂具有不同的沸点而实现分离的。因此，为了便于浓缩，在分离过程中通常选用低沸点的溶剂（如戊烷、二氯甲烷、二乙醚和异戊烷）。蒸发操作的缺点是所需要的目标挥发性物质可能会在共蒸馏中损失，而且不同成分的损失不同并且不可预测。因此，即使采用多种内标，定量结果也可能是不正确的。因为芳香分离物一般都含有少量的水（来自食品本身或蒸馏过程），所以在浓缩前要小心地去除水分。一般来讲，可以通过加入干燥剂（如：无水硫酸镁或硫酸钠）来除去水分，也可以通过冷冻结晶的方法来去除水分。如果没有去除水分就将挥发性物质进行共沸蒸馏，那么挥发性成分在浓缩阶段将会有大量的损失。还要注意挥发性成分的氧化问题，在蒸发过程中使用的温度和时间足以使易氧化的成分氧化，而在真空或惰性环境下蒸发可以尽可能地解决这个问题。（三）分析物的浓缩二、风味物质的提取与分离方法蒸发浓缩的设备：在氮气流下，通过温和的加热将溶剂从锥形烧瓶中蒸发出来。采用一种低沸点溶剂且对最易挥发的成分互溶性不好，那么这将会是一种非常合适的浓缩方法。但是，如果提取的是低沸点挥发物，就需采用逆流系统。用真空系统来进行浓缩，尽管真空系统是一种常规方法，但对含有相当高沸点和热敏性成分的芳香分离物的浓缩特别适用。最近，高体积GC进样系统的发展已最大程度地降低了对样品浓缩的依赖性。因为每一种方法优先提取那满足某些物理化学性质（如：溶解度或挥发性）的芳香物质，所以我们必须对这些有相当大偏差的食品芳香成分分析结果进行解释和弥补。我们需要对各种方法进行选择，测定我们需要检测的芳香成分，最终解决问题，也就是说，芳香成分的信息包含在我们所选方法的分析结果中。此外，还应当知道文献中最常见的方法对于某个特定的分析任务来说可能不是最好的方法甚至是不适合的，特殊的任务需要特殊的方法，每一个芳香成分的分离工作都是独一无二的。二、风味物质的提取与分离方法挥发性风味成分分析方法第二节第二节

挥发性风味成分分析方法一、初步分馏尽管现代毛细管色谱有非常好的分辨力，但是在某些情况下，我们仍选用初步分馏来处理芳香分离物。在GC分析前用来初步分馏芳香分离物的较常见方法包括：酸碱分离：通过pH对离子化分物的溶解度的影响进行分离。改变pH值，可以把芳香分离物选择性地分成酸性、碱性和中性三个部分；HPLC：风味分离物可通过吸附或正/反相色谱来分离。因为吸附色谱的处理量最大且可处理的化合物种类最多，所以它非常适合于进行初步处理。亲和吸附的成分可以进一步通过正相或反相色谱分离。硅胶柱色谱：风味浓缩物通过硅胶柱后再用溶剂进行梯度洗脱，利用化合物的极性对其进行有效的分离。制备型GC：目前，人们更趋于使用大孔厚膜毛细管柱，并且具有自动中心馏分切割和重复色谱或部分收集的色谱法分析。选择适当的色谱馏分切割收集可以将微量组分从主要组分中分离出来。制备型GC的主要问题是高温可能导致化学变化，有些化合物可能不可逆地结合到GC柱上。第二节

挥发性风味成分分析方法二、检测技术1.气相色谱（GC）：气相色谱具有很高的分辨率和灵敏度（ppb级），故气相色谱非常适合于风味研究；2.色谱-质谱联用（GC-MS）：气相色谱仪（GC）与质谱仪（MS）的耦合是为了结合两种分析工具的互补特性：气相色谱仪提供了一种将混合物组分依次洗脱成单个纯化合物的方法，而质谱仪提供了一种强有力的方法来鉴别纯未知物。3.气相色谱-离子迁移谱（GC-IMS）：气相色谱与离子迁移谱的联用技术（GC-IMS）利用色谱突出的分离特点，对混合物进行预先分离，使混合物成为单一组分后再进入IMS检测器进行检测，这种联用技术能够大大提高混合物检测准确度。并且快速气相色谱的分离时间相比于常规色谱大大缩小，可以满足现场快速分析的需要。与GC-MS相比，GC-IMS的优势如下：（a）检测限低，在痕量组分分析上有独特优势；（b）无需真空系统，在大气压和常温条件下工作；（c）样品无需浓缩富集，有利于风味物质的保持；（d）分析时间短，与气相色谱技术相比，IMS技术的分析时间快许多倍。第二节

挥发性风味成分分析方法3.1离子迁移谱原理样品在载气气流的带动下，进入离子迁移谱的电离区，氚源放射的β射线，激发载气N2带上正电荷，经过一系列电荷转移反应，载气中痕量的H2O分子上带上质子，形成水合质子峰（H3O+）n（即反应离子峰RIP），此时样品中挥发性有机物质子亲和力大于水的物质（如A）抢夺RIP峰上的质子，形成AH+；仪器中离子门30ms开启一次，带电物质AH+等在载气的作用下进入迁移区，在载气、电场和逆向大流量漂移气的作用下，带电物质在迁移管中进行漂移，由于带电物质的分子质量、空间结构不同，在迁移管中的迁移率不同，到达法拉第盘的时间亦不同。第二节

挥发性风味成分分析方法3.2离子迁移谱原理分子质量小、空间结构小的物质先到达法拉第盘，分子质量大、空间结构大的物质后到达法拉第盘，在检测器上出现信号峰的时间不同，即迁移时间不同，根据离子所用的漂移时间可以计算出离子的迁移率（迁移率是指在单位电场强度作用下离子的漂移速度），进而根据迁移率的不同实现对物质的分离检测；样品中未被电离的物质和杂质在逆向大流量的漂移气作用下，由出口排出系统。第二节

挥发性风味成分分析方法3.3离子迁移谱示意图当仪器中无分析物时，图谱中仅有RIP峰存在；有分析物时，RIP峰高度下降，谱图中出现分析物AH+的信号峰；分析物的浓度较高时，RIP高度继续下降，谱图中出现分析物的单体AH+和二聚体A2H+信号峰。第二节

挥发性风味成分分析方法3.4

气相色谱-离子迁移谱联用技术气相色谱与离子迁移谱（IMS）联用后，复杂基质的样品经过气相色谱预分离后进入离子迁移管进行二次分离，既保证了气相色谱的高分离度，又保证了离子迁移谱的高灵敏度，得到的谱图实际上为三维图谱；样品经过二次分离后，在气相色谱上分不开的物质，经过离子迁移谱二次分离后，便可进行区分。伪色图中横坐标为迁移时间（单位ms），纵坐标为保留时间（单位s），图中红色竖线为RIP峰，RIP峰两侧的每一点代表一种挥发性有机物，点大小和颜色深浅表示物质含量的多少。第二节

挥发性风味成分分析方法4.全二维气相色谱GC-GC图为实现完全分离和有序色谱的混合尺寸与分离尺寸匹配的概念图：（A）有颜色、形状和尺寸的未分离混合物，（B）一维分离使用单一维度（尺寸）导致分离不良，（C）二维分离改善了分离，得到了更有序的色谱，（D）匹配混合物和分离尺寸导致完全分离和有序色谱第二节

挥发性风味成分分析方法4.全二维气相色谱GC-GC图为

综合二维气相色谱（GC×GC）的概念：（A）含有共洗脱液的一维色谱峰；（B）调制器对第一维峰进行采样并将窄峰注入第二维；（C）在第二维中分离共洗脱液；（D）串行火焰离子化检测器或总离子MS数据流被分割成段并堆叠成阵列；（E）阵列用轮廓可视化第二节

挥发性风味成分分析方法5.气相色谱/嗅觉测定仪（GC-O）气相色谱-嗅闻仪（Gaschromatographyolfactometry，GC-O）是将嗅觉和仪器检测结合起来的分析技术，其分析的基本原理是将经过前处理的样品注入在连有气味检测仪的色谱柱中，通过FID或MS检测器检测样品的化学组成，而嗅辨员则坐在气味仪的出口处，记录在气体流出物中所闻到的香气，定性地描述香气信息以及香气的强度，同时获得样品的化学组成和气味特征信息。第二节

挥发性风味成分分析方法6.色谱嗅闻质谱仪气相色谱-嗅闻-质谱（GC-O-MS）气相色谱质谱仪（GC-MS）是鉴定香气物质的一种有效手段，但不能衡量各成分的气味强度及对整体香气的贡献度，而气相色谱嗅闻（GC-O）是将人类灵敏的嗅觉能力与仪器结合，可以从气味复杂的挥发性混合物中鉴别出香气物质，解决MS在风味研究中的难题。GC-O-MS技术是一种把仪器分析和感官分析结合在一起研究食品香气的新型研究方法。该技术只需一次进样，使关键气味物的分析更加快捷、准确，解决了GC-O与GC-MS的分析结果匹配不良而导致的气味活性化合物误判现象发生。第二节

挥发性风味成分分析方法三、定量技术1.内部标准半定量法：内标法是将一定重量的纯物质作为内标物加到一定量的被分析样品混合物中，然后对含有内标物的样品进行色谱分析，分别测定内标物和待测组分的峰面积（或峰高）及相对校正因子；2.外部标准定量法：通过使用外标法，将样品中分析物的峰面积与标准溶液中相同分析物的峰面积进行比较。3.稳定同位素稀释分析法（stableisotopedilutionanalysis，SIDA）：稳定同位素稀释法也是一种内标定量法，但是比普通内标法精确度更高，对实验人员的操作和分析能力的要求也更高，该方法以目标物质的稳定同位素标记的标准物质作为内标，因为同位素标记标准物质与目标物质只是极性大小上略有差别，因此只是出峰时间不同，其他所有性质完全一致，因此可以避免加入普通内标物质在分离、纯化、浓缩等香气提取过程中造成的误差，可避免内标物质对食品基质中香气成分带来的干扰和影响，可实现精确定量。特征气味成分的鉴定及分析方法第三节第三节

特征气味成分的鉴定及分析方法一、分子感官科学近年来德国慕尼黑理工大学的风味化学家PeterSchieberle教授近年来提出的分子感官科学的概念，其基于食物中各香气物质的实际浓度进行香气重组研究，可用于评估由多种香气成分混合形成的已确定成分的重组物能否模拟出气味接收器反应。分子感官科学是一种依托于感官评价、检测分析等技术的多学科交叉学科，包括分析化学、感官鉴评科学等，其核心内容是在分子水平上进行定性、定量分析，并精确构建食品的风味重组物的综合方法。分子感官科学因能定性定量分析出食品中的香气成分，准确判断食品的风味及其变化。第三节

特征气味成分的鉴定及分析方法1.稀释分析法：为了确定在嗅闻中挥发性化合物的香气活性（OdorActivity），即在整体香气中的贡献，Acreel和Grosch进一步发展了GC-O技术，采用稀释的方法测定了每个成分的相对香气活度，并将该方法称为为香气萃取稀释分析（AromaExtractDilutionAnalysis），简称AEDA；2.香气重组与缺失实验：香气重组和缺失实验是一种国际通用的验证关键性香气成分的方法；重组实验以准确定量的香气成分和OAV计算结果为基础，将香气物质添加至特定模拟体系（如与真实体系相同的糖、酸含量）中，形成香气重组模拟体系，再利用人类灵敏的嗅觉有效判断重组体系结果与真实体系是否相似。相似度越大，说明对样品中香气物质的定性、定量结果越准确；3.感觉阈值：感觉阈值（sensorythreshold）通常可以定义为在一半的试验中产生反应的刺激强度。感觉阈值是衡量人类对给定刺激的敏感性的指标；4.风味活度值-气味活度值：香气活力值（OdorActivityValue，OAV）是指香味组分中的某一组分的相对浓度与其在某种特定介质中阈值的比值，该比值大小反映的是该组分对某种香味的贡献度大小。OAV值大则表明该物质对呈香贡献较大；反之则说明该物质对呈香贡献相对较小，可以用于评估各风味化合物对风味形成的贡献程度。第三节

特征气味成分的鉴定及分析方法5.时间-强度实验：时间-强度法（OSME）是当色谱峰开始流出时，立即记录感觉强度的估计值。经过培训的评价者记录在嗅闻处检测到的每个芳香活性化合物的强度和持续时间，并且描述感觉到的气味；6.检测频率法：检测频率法（Detectionfrequencymethod）需将同一个不经稀释的样品重复分析多次，统计每种气味成分出现的频率，以保留指数为横坐标，检测频率为纵坐标绘制的检测频率—气味谱图。检测频率越大的化合物，对气味的贡献也就越大。该方法具有快速、对嗅辨员要求低等特点，但它不能反映出精确强度，同样也不能测出挥发物的阈值浓度；7.后强度法：后强度法就是从柱中流出一个峰后在一定范围内记录气味强度。这种方法文献报导较少。研究发现后强度法与检测频率法具有很好的相关性（r＝0.822），后强度法与稀释分析法具有较低的相关性（r＝0.667）。第三节

特征气味成分的鉴定及分析方法二、香味研究中的化学计量法1.主成分分析：主成分分析（Principalcomponentanalysis，PCA）是一种多变量技术，用于描述多个响应变量之间的关系并解释数据的总变化。PCA使用一些由原始变量构成的方程，这些方程称为分量。当研究中的变量高度相关（正或负）或自变量数量很大时，PCA的使用价值非常大。在描述如何计算主成分之前提供PCA的数据排列是一种很好的做法。考虑对n个样本从每个样本测量的k个随机变量Y。PCA不需要多变量假设；因此，无需检验正态假设。该过程是找到一些描述数据中大部分变化的成分，即使用k个随机变量Y1,Y2,...Yk，生产组件Z1,Z2,…Zk不相关。k个分量可以排序，使得第一个主分量Z1代表方差最大的线性组合，第二个主分量Z2代表第二大的变异量，小于Z1解释的量，以此类推组件。主成分可以根据每个成分解释的方差量var(Z1)≥var(Z2)≥…≥var(Zk)按顺序排列。研究人员应该用前几个成分来描述数据的变化，而忽略其他成分，因为它们解释了最少量的变化。主成分由所有变量的线性组合表示，其中Y1,Y2,...Yk如式所示：第三节

特征气味成分的鉴定及分析方法二、香味研究中的化学计量法2.相关性分析：偏最小二乘回归分析（partialleastsquaresregression，PLSR）是一种新型多元统计分析方法，主要应用于建立多因变量间的统计关系。它集多元线性回归分析、典型相关分析和主成分分析的基本功能于一体，可以较好地解决普通多元线性回归面临的诸多问题，如自变量之间的多重相关性等，利用PLSR模型可将多个与食味品质相关的理化指标量化为食品的品质综合指标。偏最小二乘的一般多元底层模型如式所示。对X和Y分解来最大化T和U之间的协方差。式中X——一个n×m的预测矩阵；Y——一个n×p的响应矩阵；T——一个n×1的响应矩阵，X的投影（“X分数”“组件”或“因子”矩阵）；U——一个n×1的响应矩阵，Y的投影（“Y分数”）P——m×l的正交载荷矩阵；Q——p×l的正交载荷矩阵；E，F——误差项矩阵，服从独立同分布的正态分布随机变量。第三节

特征气味成分的鉴定及分析方法二、香味研究中的化学计量法3.聚类分析：通过将特性比较相近的变量或者观察单位，按物以类聚的原则进行归类的一种方法称为聚类分析（ClusterAnalysis，CA），如系统聚类方法、模糊K-均值聚类方法、k均值聚类法及自组织（Kohonen）神经网络等方法都属于聚类分析。聚类分析法可以根据样本相似度（一般会使用距离长短或者相似函数来衡量这些数据的相似情况）将数据区分为几个群集（Cluster），使得同一个群集内的数据点非常相似，但不同集群的数据点会存在差异。因此，该分析方法可以使我们迅速了解数据集合的关系结构。常见的聚类方法主要为层序聚类法（HierarchicalClusterAnalysisHCA）、分割聚类法（PatitioningClustering，PC）和合成聚类（AgglomerativeHierarchicalCluster，AHC）第四节

非挥发性风味物质的鉴定及分析方法一、非挥发性风味物质的提取/分离1.超滤技术：超滤是一种以压力差为推动力的液化膜分离技术，按照不同截流相对分子质量大小，可分离1～500kDa的生物分子物质。在分离过程中，相对分子质量小于孔径的样品分子或溶剂透过超滤膜，而相对分子质量大于膜孔径的样品被截流，从而达到分级分离的目的。超滤技术对被处理样品的理化性质几乎无影响，对含有热不稳定物质和易挥发风味成分的样品具有较好的分离效果。可用于分离截留脂肪、蛋白质、淀粉、核酸、多糖、肽等大分子有机物，以及细菌、病毒等微生物等。第四节

非挥发性风味物质的鉴定及分析方法一、非挥发性风味物质的提取/分离2.凝胶色谱分离技术：凝胶过滤色谱法是一种基于分子大小的差异实现分离的一种液相色谱技术，基本原理是根据分析物的分子大小或流体动力学体积分离各种混合物的方法。当溶质通过由各种尺寸的孔和交联的聚合物凝胶或珠子组成的固定相时，通过溶质的差异排除或包含来实现分离。第四节

非挥发性风味物质的鉴定及分析方法一、非挥发性风味物质的提取/分离3.高效液相色谱分离技术：高效液相色谱是色谱法的一个重要分支，以液体为流动相，采用高压输液系统，将具有不同极性的单一溶剂或不同比例的混合溶剂、缓冲液等流动相泵入装有固定相的色谱柱，在柱内实现各组分的分离，然后进入检测器进行检测，从而实现对试样的分析。第四节

非挥发性风味物质的鉴定及分析方法二、非挥发性风味物质分析定性方法1.液相色谱-质谱联用技术：液相色谱与质谱（LC-MS）结合使用时是分析食品滋味成分的有效技术。大多数天然存在的有机化合物和食品添加剂是热不稳定和极性的，因此不能通过气相色谱-质谱（GC-MS）等技术进行测量。此外，许多种类的痕量有机化合物通常必须同时测定。液相质谱法可以有效分离食品基质中的化合物，它与不同的质量分析仪和操作模式的组合提高了该方法的选择性和灵敏度，用于量化已知材料、识别样品中的未知化合物以及阐明不同分子的结构和化学性质。图为质谱仪的构成：第四节

非挥发性风味物质的鉴定及分析方法二、非挥发性风味物质分析定性方法2.核磁共振波谱技术：核磁共振（Nuclearmagneticresonance，简称NMR）技术是基于原子核磁特性的一种波谱技术，也是用于解释小分子和大分子结构的著名分析技术。具有化学位移和耦合常数的1HNMR谱图可以给出分子内和分子间共振的定量关系信息，因此NMR技术被广泛应用于有机化合物结构鉴定和化学动力学研究领域。2.1核磁共振的原理：原子核是带正电荷的自旋粒子，表现出磁偶极矩。在外部磁场的作用下，具有磁性的原子核存在不同能级，当用特定频率的电磁波照射样品，且当外加射频场的频率与原子核自旋进动的频率相同（Larmor频率）时，射频场的能量才能被原子核有效地吸收。因此，对于给定的原子核，在给定的外加磁场中，只能吸收特定频率射频场提供的能量。原子核吸收电磁能发生跃迁，产生共振吸收信号，所得到的吸收图谱为核磁共振谱。第四节

非挥发性风味物质的鉴定及分析方法二、非挥发性风味物质分析定性方法2.2核磁共振仪的组成：它主要由5个部分组成。①磁铁:它的作用是提供一个稳定的高强度磁场，即H0。②扫描发生器：在一对磁极上绕制的一组磁场扫描线圈，用以产生一个附加的可变磁场，叠加在固定磁场上，使有效磁场强度可变，以实现磁场强度扫描。③射频振荡器：它提供一束固定频率的电磁辐射，用以照射样品。④吸收信号检测器和记录仪：检测器的接收线圈绕在试样管周围。当某种核的进动频率与射频频率匹配而吸收射频能量产生核磁共振时，便会产生一信号。记录仪自动描记图谱，即核磁共振波谱。⑤试样管：直径为数毫米的玻璃管，样品装在其中，固定在磁场中的某一确定位置。整个试样探头是迅速旋转的，以减少磁场不均匀的影响。第四节

非挥发性风味物质的鉴定及分析方法三、不同特征滋味活性化合物分析1.甜味：甜味是食用富含糖的食物时感受到的基本味道之一，大多数时候被认为是一种愉快的体验，主要通过糖和一些蛋白质的存在来传递。甜味通常与由羰基组成的酮和醛有关。甜味通过与位于味蕾上的G蛋白gustducin偶联的多种G蛋白受体来识别。为了让大脑记录甜味，必须激活不少于两个独特的“甜味感受器”变体。目前检测甜味剂的方法主要包括气相色谱法、液相色谱法、离子色谱法、紫外分光光度法、薄层色谱法、液质联用法。2.酸味：食品中的有机酸的种类、含量和组成对食品的食用品质具有很大的影响。食品中的酸味剂包括有机酸和无机酸，在食品中应用广泛。有机酸包括柠檬酸、苹果酸、酒石酸和乳酸，而盐酸和磷酸是最常用的无机酸。常用的有机酸分析方法包括化学滴定法、比色法、分光光度法、毛细管电泳法和酶法，但这些方法具有分离步骤复杂、分离效果不佳、使用研究较少等缺陷。随着现代技术发展，色谱法已成为有机酸分析的最常见方法，包括高效液相色谱法、气相色谱法等。第四节

非挥发性风味物质的鉴定及分析方法三、不同特征滋味活性化合物分析3.苦味：苦味物质所包括的化学结构的范围非常广，因而很难通过测定化学结构进行分析。每种苦味成分都需要设计专门的方法来进行分析。据报道，来自不同来源的蛋白质水解物/肽表现出臭名昭著的苦味，这阻碍了它们在食品工业中的进一步应用。有充分证据表明，Leu、Ile、Val、Phe、Tyr和Trp等多种具有疏水性氨基酸的肽会引起苦味。除了肽的疏水性，肽长度、氨基酸序列和空间结构也会影响苦味的感知。UPLC-Q-TOF-MS结合味觉定向策略成功分离鉴定了绍兴黄酒中苦味肽，将超滤和凝胶过滤色谱分离的组分，根据味道稀释分析的评价结果，分离出味道功效最高的苦味肽，并通过高效液相色谱（HPLC）验证其纯度，再通过UPLC-Q-TOF-MS分析苦味肽组分的氨基酸序列为Leu-Pro-Thr-Leu（LPTL）。第四节

非挥发性风味物质的鉴定及分析方法三、不同特征滋味活性化合物分析4.咸味：咸味主要是由钠离子的存在产生的。盐类的咸味品质受到阴阳离子的影响，咸味物质的相对咸度跟离子半径有关，半径较小呈咸味，半径大则呈现苦味，介于中间的则表现为咸苦。食品中无机离子的浓度对食品的滋味及感官具有重要影响。能引起咸味的天然物质包括钠盐、钾盐、铵盐、氯化物、磷酸盐。作为现如今的研究热点，咸味肽的开发与应用对于健康低钠功能性食品的开发具有重要意义。目前的咸味肽有Orn-Tao∙HCl、Lys-Tau∙HCl、Orn-Gly∙HCl等二肽，咸味肽主要是由其阳离子易与细胞膜上的味觉受体磷酸基发生吸附而呈现咸味。阳离子在被电离后通过细胞膜钠离子通道进入味觉细胞去极化。当足够多的阳离子导致其带正电时会形成释放传导介质的电流，使得神经元给大脑传输“咸味”信号。针对这些咸味物质种类，各种分离技术如高效液相色谱、高效毛细血管电泳（HPCE）、离子色谱（IC）等分离技术已成功应用于上述无机离子和低分子质量有机阴离子。如果想测定其他盐类，一般选用离子色谱、原子