香料香精分析技術(shù)研究

1、.香料香精分析技術(shù)研究(圖)1前言一般來(lái)說(shuō),香料是具有特殊香氣的天然或合成有機(jī)化合物,香精則是由人工調(diào)配出來(lái)的含有兩種以上乃至幾十種香料(有時(shí)也含有適宜的溶劑或載體)的混合物。香氣是香料的“靈魂”,香氣研究,其目的之一就是鑒定原料或產(chǎn)品香氣中起作用的化合物。對(duì)香料及其用來(lái)制造香料的原材料進(jìn)行分析和評(píng)價(jià),不僅可以使人們獲得最基本的關(guān)于香料原材料和賦香產(chǎn)品的化學(xué)信息,并為人們?cè)谠牧侠煤彤a(chǎn)品開(kāi)發(fā)中科學(xué)利用、合理調(diào)配這種香氣物質(zhì)提供科學(xué)依據(jù)。化學(xué)和越來(lái)越進(jìn)步的儀器方法(例如:氣相色譜法、質(zhì)譜法、光譜學(xué))之間的密切聯(lián)系,使香料香精分析技術(shù)不斷取得進(jìn)展。有關(guān)香料香精的主要分析范圍與目的包括:研究從天然

2、來(lái)源(如香精油)或合成來(lái)源化合物成分組成、含量、以及從生物特性和經(jīng)濟(jì)特性上判別香氣質(zhì)量,以發(fā)展可能的新香料化學(xué)品;天然與合成香料生產(chǎn)過(guò)程中的質(zhì)量控制;香料香精組分穩(wěn)定性的測(cè)定及功能性質(zhì)的研究;對(duì)規(guī)章限制的物料進(jìn)行專門(mén)的鑒定,如用于安全性試驗(yàn)等;模擬天然香料組成,配制新型香精,剖析某些受人喜歡的賦香產(chǎn)品香氣成分,以借鑒于新型賦香產(chǎn)品開(kāi)發(fā)上;對(duì)香氣成分研究方法所取得的成果,擴(kuò)展其應(yīng)用領(lǐng)域,如氣味污染、昆蟲(chóng)信息素、煙霧、動(dòng)物分泌物氣味成分等鑒定。制造香料的原材料、含香料的產(chǎn)品,一般形成香氣成分的種類繁多,含量不多,而且化學(xué)、物理性質(zhì)都不盡相同,這給香氣成分的分析帶來(lái)一定困難,但由于現(xiàn)代分析技術(shù)的進(jìn)步

3、,已獲得了許多這方面的信息。香料香精分析一般包括樣品預(yù)處理、香氣化合物的采集、濃縮、分離、鑒定(含定量)、綜合評(píng)價(jià)等步驟。2香氣成分的采集與濃縮2.1樣品的選擇與預(yù)處理樣品的選擇應(yīng)明確所進(jìn)行研究的目的,通常選擇的樣品還要有代表性,考慮采樣季節(jié),貯藏條件、加工方式等。采集樣品中香氣和香味成分前,需要將被研究的樣品進(jìn)行預(yù)處理(除非是粘度低的液體),預(yù)處理包括下列工序:研磨、均化、離心、過(guò)濾或擠壓。固體樣品可以和水進(jìn)行均化,制成漿狀物,在樣品進(jìn)行預(yù)處理時(shí),應(yīng)避免熱、光或空氣的氧化,以及由于細(xì)胞結(jié)構(gòu)的破壞而發(fā)生的酶與前驅(qū)體的作用,通常采取的措施是在2或2氣流中搗碎樣品,在均化前將酶鈍化或在均化后立即鈍

4、化,如水果的均化,等1人曾建議在甲醇存在下進(jìn)行,預(yù)處理的樣品宜放入密封的充滿2的瓶中,在-20下保存直到使用。2.2自樣品相中采集和濃縮自樣品相中采集香氣和香味成分時(shí),大多利用水蒸汽蒸餾和溶劑萃取。水蒸汽蒸餾法又分為常壓蒸餾和減壓蒸餾,在蒸餾過(guò)程中產(chǎn)生的揮發(fā)物質(zhì)被吸附劑所吸附,用加熱或溶劑脫附后,即可進(jìn)行氣相色譜、質(zhì)譜等分析(如圖1)。蒸氣蒸餾主要用于將試樣中的揮發(fā)性有機(jī)物從非揮發(fā)性物質(zhì)分開(kāi),如果進(jìn)行蒸餾的是一些含香味成分的產(chǎn)品(食品、日化產(chǎn)品等),為了控制起泡常加入防沫劑(如-544或-30)。為了防止暴沸可在蒸餾瓶與冷凝管之間接一緩沖玻璃管。因?yàn)檩腿〖夹g(shù)較為簡(jiǎn)單,而且一般不損壞試樣成分,所

5、以廣泛應(yīng)用于香料領(lǐng)域,常用的萃取溶劑有乙醚、環(huán)已烷、三氯氟甲烷( 3)、二氯甲烷、異戊烷、戊烷等。已經(jīng)組裝了各種類型的儀器,供比水重和比水輕的溶劑作取液-液連續(xù)萃取之用。如萃取裝置2就是一種,它只使用少量溶劑,在不形成嚴(yán)重乳濁液的情況下,徹底萃取水溶液中的香料成分。近幾年發(fā)展起來(lái)的超臨界2萃取法,優(yōu)于常規(guī)萃取法,超臨界流體具有接近氣體的低粘度和高擴(kuò)散系數(shù),并具有接近于液體的高密度和強(qiáng)溶解能力,有利于被提取物質(zhì)的擴(kuò)散和傳遞,因而在香料成分濃縮方面將大顯身手。等人在1996年發(fā)展起來(lái)的“同時(shí)蒸餾-萃取法”(),國(guó)際上目前應(yīng)用較多,現(xiàn)在使用的裝置已經(jīng)過(guò)不少改進(jìn)3、4,以適應(yīng)特定的目的,如圖2就是其中

6、一種,它是把樣品的漿液置于一圓底燒瓶中,連接于儀器右側(cè),以另一燒瓶盛裝溶劑,連接于儀器左側(cè),兩瓶分別水浴加熱,水蒸氣和溶劑蒸氣同時(shí)在儀器中被冷凝下來(lái),水和溶劑不相混溶,在儀器的“”形管中被分開(kāi)來(lái),分別流向兩側(cè)的燒瓶中,結(jié)果蒸餾和提取同時(shí)進(jìn)行,只需要少量溶劑就可提取大量樣品,香氣成分得到濃縮。其突出優(yōu)點(diǎn)是可以把濃度級(jí)別的揮發(fā)性有機(jī)物從脂質(zhì)或水介質(zhì)中濃縮數(shù)千倍。法對(duì)微量成分具有定量高效提取率。萃取后除去溶劑是重要的一步,在這一步中必須避免試樣成分的損失,-濃縮法是常用的蒸發(fā)溶劑的方法,裝置見(jiàn)圖3。該裝置的樣品容器的底部刻有容量標(biāo)記。操作時(shí)把經(jīng)過(guò)脫水的萃取液置于此容器中,外部以冰-鹽致冷劑冷卻,通入

7、一定流速的高純2氣,系統(tǒng)用抽氣泵減壓。為了防止水蒸汽或泵油中的污染物返回系統(tǒng)污染樣品,以及避免溶劑進(jìn)入泵內(nèi),在泵和樣品容器之間聯(lián)結(jié)了一個(gè)液氮冷阱。該裝置可把萃取液濃縮到數(shù)十微升。2.3自樣品上部空氣相的采集和濃縮人的嗅覺(jué)感覺(jué)到的各種揮發(fā)性化合物的組成,通常是產(chǎn)品上部空氣所含化合物的組成。因此研究樣品的香氣,分析樣品上部的空氣即常說(shuō)的“上部空隙”()是十分有用的,上部空隙氣體()捕集(又稱頂空氣體捕集),對(duì)于捕集天然嬌嫩鮮花的頭香和單離出食品、化妝品揮發(fā)香料的成分是理想方法。采用這種方法能夠獲取與天然逼真的香氣成分。目前,頂空氣體的捕集方法主要有靜態(tài)頂空分析、動(dòng)態(tài)頂空分析或者叫吹掃頂空-固相微萃

8、取。其中起源于采用多孔高聚物對(duì)頂空氣中的揮發(fā)物質(zhì)進(jìn)行捕集與分析的動(dòng)態(tài)頂空分析法最常用。它是指用連續(xù)惰性氣體(一般為高純氮?dú)?不斷通過(guò)液態(tài)的待測(cè)樣品,將香料香精組分隨氣流進(jìn)入捕集器,捕集器中含有吸附劑(見(jiàn)圖4)或者采用低溫冷阱的方法進(jìn)行捕集,最后將抽提物進(jìn)行脫附分析5,6,這種分析方法不僅適用于復(fù)雜基質(zhì)中揮發(fā)性較高的組分,對(duì)較難揮發(fā)及濃度較低的組分也同樣有效。吸附劑捕集模式中常用的吸附劑有:系列(苯乙烯和二乙烯基苯類聚合體的多孔微球)、各種高聚物多孔微球和-(2,6二苯呋喃多孔聚合物),這些有機(jī)吸附劑中目前-的應(yīng)用最為廣泛,它熱穩(wěn)定性好,加熱解析至350不發(fā)生分解,而且對(duì)水吸附程度低,十分適合對(duì)

9、液態(tài)基質(zhì)中揮發(fā)性成分進(jìn)行分析。飽吸了花香和食品、化妝品香氣的吸附劑,還需要進(jìn)行脫附,脫附時(shí)以不損害嬌嫩的花香或產(chǎn)品香氣為原則。如用溶劑解吸,一般常用沸點(diǎn)較低,易揮發(fā)的乙醚和戊烷等。另外,有專門(mén)的熱脫附裝置可購(gòu)買,微波加熱吹氣脫法也有報(bào)道7。最近還有人利用超臨界2作解脫劑,如用疏水性活性炭飽吸了茉莉頭香后,用超臨界2解吸,獲得天然逼真的茉莉頭香精油。吹掃捕集技術(shù)常被用來(lái)研究牛奶和其他奶產(chǎn)品中的芳香化合物。等人8對(duì)比了兩種動(dòng)態(tài)頂空技術(shù)分析奶酪中揮發(fā)性成分的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。一種是使用自動(dòng)吹掃捕集儀-氣相色譜-質(zhì)譜在線分析樣品,用-60/80吸附,然后在-100冷阱中富集;另一種是手動(dòng)的動(dòng)態(tài)頂空技術(shù),用填充

10、了100的不銹鋼柱捕集。這兩種方法前者比后者靈敏度高,相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小,但后者的測(cè)量范圍寬。由于石榴汁在低溫儲(chǔ)存時(shí)易變壞失去香味,等人用吹掃捕集技術(shù)研究了在加壓、加熱和儲(chǔ)存過(guò)程中石榴汁的揮發(fā)性香味劑的變化。等人則用吹掃捕集技術(shù)評(píng)價(jià)了草莓的香味成分的變化,定量測(cè)定了草莓中的93種化合物,其中21種是首次測(cè)得。等人用吹掃捕集-氣相色譜火焰離子化檢測(cè)研究了用水浸泡后的法國(guó)菜豆中芳香化合物的釋放時(shí)間。對(duì)于某些新鮮香料原材料成分食品香味的揮發(fā)性成分具有強(qiáng)擴(kuò)散性,常采用冷阱捕集模式,又稱冷阱法()進(jìn)行收集。此法的特點(diǎn)是采用冷凍或深度冷凍方法,捕集芳香物質(zhì)頂空或溶液中的揮發(fā)性香成分,并用2氣體載氣將其帶入冷捕

11、器中進(jìn)行冷凝,可獲得幾乎與天然一致的香精油,對(duì)于含揮發(fā)性香成分的水溶液,可適當(dāng)加熱,以助揮發(fā),所得含水產(chǎn)品,還可再次通過(guò)冷阱法或吸附法加以濃縮,所用的冷凍劑包括干冰、液2或冰鹽(冰拌食鹽)等。例如,邢其毅等人9在研究荔枝香氣化學(xué)成分時(shí)即采用冷阱法。在一容器內(nèi)裝入5去皮的新鮮荔枝果肉,連接3個(gè)冷阱,分別將它們放入冰水浴、冰鹽浴及-60低溫浴中,最后接上一抽樣泵。67后,在冰水浴和冰鹽浴中共收集到約3荔枝頭香溶液,在低溫浴中收集到2左右的荔枝頭香水溶液,共5,將其通過(guò)-2樹(shù)脂進(jìn)行富集,脫附,-濃縮,得100樣品,供色譜分析用。如上所述,采集樣品香味成分的方法較多,必須依照分析的目的,試樣的特性(熱

12、穩(wěn)定性、粘度、香味成分含量等)加以選擇,并適當(dāng)變化和運(yùn)用。很多情況下,用“同時(shí)蒸餾萃取”或“溶劑萃取”或“冷阱捕集頭香”等幾種方法采集香成分時(shí),分析結(jié)果不是重疊的,說(shuō)明在香精香料分析中,應(yīng)有幾種采集方法,很有必要。如果單獨(dú)使用任何一種采集方法,都難以獲得比較完整的成分結(jié)果。3香料成分儀器分析進(jìn)展對(duì)于采集所得的香氣成分濃縮物的再分離、鑒定、通常用色譜法,它包括(氣相色譜)、(薄層色譜)和(高壓液相色譜)、以最為常用。最先是利用填充柱色譜來(lái)分離香味成分,但最近改用玻璃毛細(xì)管及石英毛細(xì)管以后,大幅度提高了香料分析的技術(shù)水平。另外還有能耐400以上高溫的毛細(xì)管柱出現(xiàn),可用來(lái)分析更高沸點(diǎn)的成分,的檢測(cè)器

13、有熱導(dǎo)池檢測(cè)器(),現(xiàn)大多數(shù)采用火焰離子化檢測(cè)器(),焰光光譜檢測(cè)器(),、的檢出限量分別為100、0.1、0.01、0.01,最近原子發(fā)光檢測(cè)器()開(kāi)始運(yùn)用于香氣分析,此法最具有應(yīng)用前景。氣相色譜儀除檢測(cè)通常的含、化合物外,配合不同的檢測(cè)器,可檢測(cè)其它元素的化合物,如(、原子)、(、鹵素原子)、(原子)、(、原子)、(鹵素原子)等,可用于食品中雜環(huán)香料成分的檢測(cè)。氣相色譜和質(zhì)譜(/)聯(lián)用方法的出現(xiàn),使質(zhì)譜在香料成分研究領(lǐng)域的應(yīng)用大大增加。現(xiàn)在有了計(jì)算機(jī)化的/系統(tǒng),就可以對(duì)所有流出峰進(jìn)行分析,并把所有的質(zhì)譜信息貯存在計(jì)算機(jī)內(nèi),用這樣的設(shè)備只需很短時(shí)間就可以把一個(gè)復(fù)雜的混合物分析完畢。對(duì)、分離法配合傅里葉紅外光譜(如/-),以及使用二維核磁共振譜(1-1、1-13),也是當(dāng)今香料成分分析中常用的方法。特別是近幾年超臨界流體色譜()的發(fā)展,使樣品中揮發(fā)性成分和非揮發(fā)性成分的分析同時(shí)進(jìn)行。的分析速度和分離效率介于和液相色譜之間,結(jié)合了兩者的特長(zhǎng),是分析難揮發(fā)、易熱解香料成分的有效而快速的方法。用上述儀器組合進(jìn)行分析雖然能按照各種成分含量多少依次測(cè)定出來(lái),但從香氣再現(xiàn)這一目的來(lái)看,用這種方法不一定能得到理想的結(jié)果。因?yàn)樾纬上銡獾某煞謱?duì)于香氣的貢獻(xiàn)程度不是僅由含量來(lái)決定的,閾值低的成分即使含