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FFC 4 风味分析方法
#食品风味化学 #食品 #分析 #顶空分析 #固相微萃取
1. 顶空分析
顶空分析 headspace analysis ：对样品周围空气进行取样，直接分析的方法
- 将样品放入一个相对密闭的容器中，挥发性成分将在一段时间内充满顶空
- 去一定量顶空中的气体注入气相色谱（GC）中进行分析
缺点
- 不同气味成分由于挥发性不同，于顶空中的量会不同
- 只适合高挥发性的气味组分的分析
1.1 静态顶空分析法
SHA，static headspace aroma extract analysis
用进样器将抽取样品顶空气体直接注入 GC 中分析
缺点
- 灵敏度低
- 定量困难
用途
- 工厂产品品质监控
- 快速测定特定成分
1.2 动态顶空样品制备
DHS，danamic headspace sampling
- 用惰性气体作为载气吹扫密闭容器中样品表面/内部，带出其气味成分，并通过一个捕集井（一般为 Tenax TA）将其吸收
- 一段时间后，加热 Tenax TA，使之释放捕集的气味化合物进行仪器分析（如 GC-O-MS）
Tenax TA
一种高分子树脂，能有效吸附挥发性气味化合物
优点
- 可用来进行样品的典型性分析或指纹分析
- 将样品顶空气体进行 GC 分析后得到的总谱图代表了该样品的气味特征
- 便于自动化，简化操作工序
冷捕集井
也称为低温冷冻浓缩，可避免吸附材料在高温热解吸时释放芳香族杂质，对微量分析结果产生干扰，步骤如下：
- 一次冷凝：一般不使用吸附剂，目的在去除水蒸气等杂质
- 二次冷冻：将样品瞬间汽化，从而压缩样品进入色谱柱的时间，一般使用液氮作为冷冻剂
热解吸
让被捕集的气味尘粉瞬间从固定相（Tenax TA）中释放
2. 固相微萃取
SPME，solid phase micro extraction
SPME 方法基本原理：相似相溶
平衡理论
：待分析物在涂层和样品机制中的分配洗漱 ：涂层体积 ：样品中待分析物质的初始浓度
影响萃取效率的因素
- 萃取相的种类（相似相溶原理）
- 萃取相的体积
- 搅拌
- 萃取温度、时间
- 盐析效应
盐析效应
盐析效应是指向溶液中加入大量电解质（盐）后，因盐离子夺取水分子、破坏溶质的水化层并中和电荷，使某些非电解质或蛋白质溶解度降低而沉淀析出的现象。常用于蛋白质的分离与纯化。
Fiber-SPME 的特点
| PROS | CONS |
|---|---|
| 简单、快速 | 易流失出现鬼峰 |
| 不需要或只需要少量有机溶剂，无毒害 | 萃取率偏低，重复性差 |
| 现场采集，适用性强 |
影响 SPME 分析效果的因素
- 涂层种类、厚度
- 涂层（固定相）和不同厚度薄膜组合形式的选择
- 样品制备的时间与温度
为什么 SPME 分析时要保温
保证样品成分的原始信息不发生改变的前提下，促进挥发性成分充分释放
⚠️ 注意
- 应保证保温时的水浴面高度与样品液面持平
- 严禁水浴高度 > 样品液面高度
3. 搅拌棒吸附萃取
SBSE，stir bar sorptive extraction
萃取机理与 SPME 相似
适于提取水性样品中的挥发性成分，具有无需萃取溶剂、操作简单、萃取效率高于 SPME 方法的特点
| PROS | CONS |
|---|---|
| 萃取固定相个含量 | 需要特制的解吸器 |
| 自身完成搅拌，避免竞争吸附 | 萃取所需平衡时间长 |
| 应用范围广 |
SBSE 分类
- 顶空吸附
- 侵入性吸附
- 侵入顶空混合吸附
解吸方法
- 溶剂洗脱解吸
- 热脱附解吸
磁力搅拌吸附萃取 SBSE 过程
- 将搅拌子放入样品中搅拌一小时
- 蒸馏水冲洗，纸巾擦干
- TDU 或 TDS 分析
TDU 分析与 TDS 分析
TDU = Thermal Desorption Unit，热脱附单元 常见于 Gerstel 等仪器系统。它可程序升温，把 SBSE 搅拌子（Twister）上的挥发性/半挥发性有机物热解吸出来，载气吹扫，通常先进入 CIS 冷阱聚焦，再快速加热进 GC/MS。
TDS = Thermal Desorption System，热脱附系统
功能与 TDU 类似，也是热脱附进样系统。不同厂家/配置下，TDS 可能更多用于热脱附管、吸附管自动进样；在 SBSE 语境中，如果写“TDU 或 TDS”，一般也是指把搅拌子或热脱附管加热解吸后进 GC/MS。
4. 同时蒸馏提取
SDE，simultaneous distillation-solvent extraction
通过同时加热样品液相与有机溶剂至沸腾来实现样品制备 蒸馏和提取同时进行，只需要少量溶剂即可提取大量样品，气味成分得到提取并浓缩
| PROS | CONS |
|---|---|
| 对于中等至高沸点的成分萃取回收率较高 | 样品制备时间过长（通常为 1h 以上） |
| 萃取液中没有不挥发成分，不会污染色谱柱 | 长时间沸腾蒸馏，导致样品原有气味成分分解变化 |
| 连续萃取过程中，气味成分被浓缩，可把样品中的微量挥发性成分提取出来 | 样品用量大 |
5. 溶剂辅助蒸馏
SAFE，solvent-assisted flavor evaporation
在减压、低温（保护了热敏性成分）条件下，分离样品中的挥发性与非挥发性成分 可分离前处理样品中的非挥发性成分，精制提纯前处理样品中挥发性成分的浓度, 浓缩挥发性组分，能获得更好的峰形响应, 还可保护色谱柱
PROS【重点】
- 与以前的高真空转移技术相比，具有高的挥发物收率
- 对极性较高的风味物质有较高的收率
- 能从含有脂肪的食品基质中获得较高的气味物收率
- 能直接蒸馏含水样品 （如乳、啤酒、橙汁、果浆等）
- 能得到真正、可靠的风味提取物，在感官上与原被提取物几乎一样
- 与其他成熟的风味物质分离方法相比，对复杂食品基质中的极性化合物及微量挥发物的定量更为可靠
CONS
- 仪器分析结果高度依赖样品前处理方法
- 仪器构造复杂，体系脆弱，对操作人员的熟练度要求高
- 有机溶剂容易出现托峰，影响其他化合物分离
- 对样品中极不稳定化合物的分离提取效率不高
- 仪器较为昂贵，实验费用较高