固相微萃取—氣相色譜—嗅覺檢測技術(shù)在風(fēng)味物質(zhì)分析上的應(yīng)用

固相微萃?。⊿PME）技術(shù)創(chuàng)建于1989年，現(xiàn)由美國SUPELCO公司擁有獨家專利并不斷創(chuàng)新發(fā)展。它克服了傳統(tǒng)樣品預(yù)處理技術(shù)的缺陷，無需溶劑、簡單、快速、靈敏，可以直接以頂空或浸入方式從樣品中萃取采集揮發(fā)、半揮發(fā)和非揮發(fā)性物質(zhì)，然后直接進(jìn)樣到GC或HPLC進(jìn)行分離分析。它最早用于萃取污水中的揮發(fā)性成分，現(xiàn)已廣泛用于各種揮發(fā)性成分的萃取。

SPME由手柄和萃取頭組成，核心部分是萃取頭上涂布的固定相／吸附性膜，通過選擇不同的極性和膜厚，可以在樣品基質(zhì)溶液或是樣品上方的頂空，選擇性地萃?。侥繕?biāo)分析物。萃?。狡胶夂?，將萃取頭直接放入氣相色譜柱上進(jìn)樣口，通過加熱將分析物從萃取頭上熱解吸下來，隨載氣進(jìn)入氣相毛細(xì)管色譜柱分離分析。

選用SPME萃取頭時，必須要考慮：1．膜的極性和功能性基團(tuán)；2．被分析物質(zhì)的分子量和形狀。對于半揮發(fā)性物質(zhì)，極性更為重要，根據(jù)相似相溶原理，極性物質(zhì)采用極性的膜；弱極性物質(zhì)可被極性和非極性的膜萃取，有時采用極性膜效果會更好。小分子物質(zhì)采用吸附劑類型的膜更有效，而大分子用固定相類型的更好。比較頂空SPME與浸入SPME，非極性物質(zhì)的頂空萃取回收率僅為浸入的3％～85％，而極性的更低，僅為0．6％～50％。

固相微萃取技術(shù)原理SPME是個復(fù)雜的多相平衡過程，通常此萃取系統(tǒng)相當(dāng)復(fù)雜，如溶液中的固體粒子以及樣品瓶壁對被分析物質(zhì)的吸附相互作用，被分析物質(zhì)的降解等。對于頂空萃取，為了簡單起見，只考慮兩個理想平衡：基質(zhì)與頂空，頂空與萃取頭涂層的平衡（其中萃取頭遠(yuǎn)未達(dá)到飽和萃取狀態(tài)）。通常，由于所萃取的風(fēng)味物質(zhì)在基質(zhì)中的濃度很低，認(rèn)為符合亨利定律，即CG＝HC0。

隨著溫度升高，亨利系數(shù)也增大，萃取的平衡時間縮短；但分配系數(shù)KSG隨溫度升高反而降低，因此萃取量不一定增加。為了提高被分析物質(zhì)的萃取量，可以通過改變基質(zhì)的性質(zhì)等來提高亨利系數(shù)以及選擇分配系數(shù)更高的膜材料等來實現(xiàn)。

固相微萃取技術(shù)的應(yīng)用對于水溶液基質(zhì)，影響SPME萃取條件的因素有：攪拌條件，NaCl濃度，萃取溫度，萃取時間，樣品體積等。在Silvia等采用85微米PA萃取頭對葡萄酒風(fēng)味進(jìn)行的研究中，作者發(fā)現(xiàn)，攪拌能夠明顯地增加各風(fēng)味物質(zhì)的吸附量；在含10％酒精的水溶液中，隨著加入鹽的量增加，由于“鹽析”效應(yīng)，會導(dǎo)致吸附量上升，但當(dāng)鹽加入量到達(dá)8克（40毫升樣品）后再繼續(xù)增加鹽量，對于酯類反而降低，但對于醇類略微增加；溫度能夠提高酯類物質(zhì)的溶解性，因此提高溫度，反而降低酯類的吸附量，而溫度升高能夠增加醇類物質(zhì)的揮發(fā)性，因此它們的吸附量也上升；萃取時間45分鐘后到達(dá)平衡，再增加萃取時間，總的萃取量不會上升，但一些低揮發(fā)性的長鏈脂肪酸酯會取代短鏈的脂肪酸酯，這是由于極性的膜對這些低揮發(fā)性的極性物質(zhì)的敏感性更高，但由于這些物質(zhì)在基質(zhì)和頂空的分配系數(shù)太低，導(dǎo)致需要更長的時間才達(dá)到平衡。在此實驗中，樣品體積對萃取量沒有大的影響，僅是酯類物質(zhì)隨樣品量的增加而有些變化。

在Jae等人奶酪風(fēng)味的研究中，作者采用75微米CAR／PDMS萃取頭，對萃取條件進(jìn)行了優(yōu)化：1．樣品體積與頂空體積之比越大，則色譜峰上的分析響應(yīng)面積也越大；同時在1∶1時，相對誤差最?。?．NaCl濃度：鹽濃度分別為0．5％、20％、25％（W／V）和飽和鹽溶液，在25％時響應(yīng)面積最大；3．鹽的種類：NaCl，KCl，Na2SO4和NaH2PO4，其中NaH2PO4的效果最好，原因是NaH2PO4與蛋白質(zhì)分子絡(luò)和的鈣離子形成磷酸鈣沉淀，使牛奶蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)更松散，有利于包埋或吸附的風(fēng)味釋放；4．超聲波：超聲波處理40分鐘后響應(yīng)面積最大，其原因是使基質(zhì)中的牛奶蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)更松散，有利于包埋或吸附的風(fēng)味釋放；5．超聲波與NaH2PO4聯(lián)合使用，效果與單獨使用NaH2PO4無區(qū)別。在Chin對奶酪風(fēng)味的研究中，發(fā)現(xiàn)采用極性PA涂層在吸附低級脂肪酸時比非極性的PDMS效果好；但在吸附酯類時，PDMS比PA效果好。但采用SPME未能分析出幾種存在于奶酪中的痕量風(fēng)味物質(zhì)，如含硫化合物，支鏈脂肪酸等。

當(dāng)基質(zhì)為固態(tài)時，溫度是影響平衡的最主要因素。提高萃取溫度可縮短平衡時間。但由于許多風(fēng)味物質(zhì)都是熱化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定的化合物，如醛，酮，酯，醇和醚等，當(dāng)萃取溫度超過60℃時，易發(fā)生化學(xué)變化，導(dǎo)致分析結(jié)果失真。在Jorge等人對干火腿風(fēng)味的研究中，作者研究了不同萃取溫度（20℃，40℃，60℃）和萃取時間（20，40，60分鐘）對SPME的影響。作者發(fā)現(xiàn)，隨著萃取溫度和時間的增加，對于低揮發(fā)性成分的萃取效果越好，但對易揮發(fā)性成分的影響不大，甚至萃取效果反而有所降低。加熱能提高各物質(zhì)特別是低揮發(fā)性成分物質(zhì)在頂空中的濃度，但由于萃取頭的吸附反應(yīng)是個放熱過程，溫度升高在提高頂空各物質(zhì)的濃度的同時也降低了涂層的分配系數(shù)，特別是易揮發(fā)性小分子的分配系數(shù)。盡管對于大分子、低揮發(fā)性物質(zhì)，需要長時間（大于2小時）才能達(dá)到平衡，但作者認(rèn)為，只要操作條件保持穩(wěn)定，采用較短的時間（60分鐘）可充分滿足分析要求。

在Marsili對腌制黃瓜風(fēng)味物質(zhì)的研究中，作者比較了動態(tài)頂空、固相萃取和75微米CAR／PDMS的SPME3種萃取方法，作者發(fā)現(xiàn)，動態(tài)頂空萃取到的成分最多，特別是小分子易揮發(fā)性成分，但這些物質(zhì)對風(fēng)味并沒有什么作用，因此，更多的峰并不代表最好的分析結(jié)果；SPE萃取得到的峰最少，同時含有大量非風(fēng)味物質(zhì)，如酸類等易污染柱子成分；而SPME在萃取主要風(fēng)味物質(zhì)上最有效。

氣相色譜－嗅覺檢測器技術(shù)氣相色譜－嗅覺檢測器牗GC－O牘是采用特殊的檢測器———以人的鼻子作為檢測器，樣品經(jīng)色譜柱分離后在進(jìn)入機(jī)械檢測器前，進(jìn)行分流，大部分（約90％）進(jìn)入機(jī)械檢測器，少部分與另外補(bǔ)充的空氣混合后直接進(jìn)入嗅探器，或者也可以同時采用雙毛細(xì)管柱分離。通常，色譜提供的僅是條線而已，而經(jīng)過特殊訓(xùn)練的專業(yè)人員，可以嗅探出經(jīng)色譜分離洗脫出的各風(fēng)味物質(zhì)的強(qiáng)度和風(fēng)味特點，甚至化學(xué)名稱。

GC－O可以檢測出那些對風(fēng)味起實質(zhì)作用的物質(zhì)，因為每種風(fēng)味物質(zhì)的閾值都不相同，有的閾值很高，GC－MS可以檢測出，而GC－O卻忽略了；有的風(fēng)味物質(zhì)的含量很低，但同時其閾值也很低，目前使用的機(jī)械檢測器都沒有辦法檢測出，但采用GC－O卻能夠很容易地分辨出。

在Marsili對腌制黃瓜風(fēng)味物質(zhì)的研究中，通過固相微萃?。瓪庀嗌V－嗅覺檢測技術(shù)，檢測出香氣強(qiáng)度最大的7種物質(zhì)，其中香氣強(qiáng)度最大的順－4－己烯酸和反4－己烯酸的香氣與腌制黃瓜的香氣最匹配，這是在文獻(xiàn)中首次報道此兩種風(fēng)味物質(zhì)在腌制黃瓜香氣中的作用。