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固相微萃取SPME和同时蒸馏萃取SDE两种方式提取口香糖香气成分的粗略比较

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2017/08/31

私聊

气质联用（GCMS）

前言
口香糖是一种常见而受大家喜欢的糖果，一般是由木糖醇和其它甜味剂、山梨糖醇、D-甘露糖醇、麦芽糖醇、阿拉伯胶、巴西棕榈蜡、色素、胶基和香精等组成。因为口香糖含有胶基、蜡等，无法直接用溶解进行gcMS分析其香气成分。其香气成分很复杂，基质干扰也很大，香气化合物的极性相差较大，沸点范围很宽，从很容易挥发的化合物到沸点高难以挥发的化合物，所涵盖的化合物这类很多。也无法直接进样，需要进行适当的提取后供gc-MS分析。所以必须选择适当的提取来得到香气成分，既能得到香气成分，又不会污染系统，然后再进行gcMS分析。有多种样品处理方式，例如静态顶空，对极易挥发的组分效果好，但灵敏度差，对稍高沸点化合物效果差。溶剂液液萃取，虽然可以萃取到有效成分，但胶基和蜡对进样口及其分流管路污染很大或损坏，基质也干扰测定。固相萃取不是液体不好做。吸附搅拌子需要热脱附等设备。固相微萃取简单易于操作灵敏度高。同时蒸馏萃取能有效的减少基质的影响。本文仅讨论固相微萃取SPME和同时蒸馏萃取SDE两种方式提取口香糖香气成分的差异。
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1试验部分
1.1 仪器与装置
美国安捷伦6890N/5975C气相色谱-质谱联用仪，带有德国Gerstel的MPS2多功能自动
进样系统（可以进行全自动固相微萃取操作），整合FID检测器，同时带德国Gerstel毛细管柱分流装置。
固相微萃取萃取头采用DVB/CAR/PDMS，65μm,2cm(美国Supelco公司)。
同时蒸馏萃取装置（国产）
1.2样品和标样、试剂
草莓口味口香糖样品，市场样，来自某超市。
所有香气化合物标准品均来自Sigma-Aldrich等主要试剂公司，少数为实验室内部精制标样。C6-C30正构烷混合标准物来自安谱公司。
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1.3 gc/MS条件

1.3.1 色谱条件:
色谱柱：安捷伦HP-Innowax(60m×0. 25 mm ( i.d.)×0.25μm)毛细管柱；
升温程序： 40℃保持2 min，以5 ℃/min升至250℃，保持26 min(固相微萃取)；
升温程序： 60℃，以5 ℃/min升至250℃，保持18 min（同时蒸馏萃取）；
载气（He,纯度99.999%以上）流速1.8 mL/min;
进样口温度250℃，分流进样，分流比1:1 (固相微萃取)；分流比10:1（同时蒸馏萃取） ; 进样量：1μl。
检测器：FID，氢气：30ml/min, 空气：350ml/min, 尾吹：N2，30ml/min, 温度：270℃。
1.3.2质谱条件:
电子轰击（EI）离子源；电子能量70eV；传输线温度280℃；离子源温度230℃；四级
杆温度150℃。SCAN扫描范围：29-400。EMV：1200V。
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1.4样品处理及分析方法
1.4.1固相微萃取
取一颗口香糖切碎，约1.5g放入20ml顶空瓶中。置于全自动固相微萃取的进样装置。平衡时间：10min, 提取温度：60度，提取时间：30min，解析温度：250度，解析时间1min。萃取头：DVB/CAR/PDMS，65μm,2cm。
1.4.2同时蒸馏萃取
把10颗口香糖切碎，约15g口香糖样品加入同时蒸馏萃取器的样品烧瓶中，加入20g去离子水，在溶剂烧瓶中加入40ml乙醚戊烷（1:1）溶液，提取时间为2小时。萃取液用无水Na2SO4干燥后用微柱精馏浓缩器浓缩到1ml。进样1微升进行gc-MS/FID分析。
在分析样品前，和样品分析完全相同的条件下，用0.05%的C6-C30的正构烷标样注射到gcMS，获得正构烷的保留时间，用于计算保留指数。分析样品后，用软件计算样品各个组分的保留指数，并和标样的保留指数对比来，结合质谱来定性。
事先也用同样方法测定标样的保留指数备用。
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2 结果与讨论
2.1 固相微萃取SPME和同时蒸馏萃取SDE总离子色谱图（TIC）轮廓图比较
固相微萃取SPME总离子色谱图（TIC）如下：

图1 口香糖固相微萃取SPME总离子色谱图（TIC）
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同时蒸馏萃取SDE总离子色谱图（TIC）如下：

图2 口香糖同时蒸馏萃取SDE总离子色谱图（TIC）
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把两者的总离子色谱图放在一起进行比较。

图3 SPME和SDE总离子色谱图比较

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从上面的对比图看出来，两者的轮廓图（profile）差别较大，前面部分的香气化合物种类基本可以能对上，相似。固相微萃取SPME的峰数目多，峰也大一些，同时蒸馏萃取SDE的峰数目少，峰也小一些，特别是后段SDE缺失较多，SDE后段的峰也很小。可能由于水蒸气蒸馏不能把后面沸点高的组分蒸馏出来，对于这部分组分的效果较差。顶空固相微萃取SPME的效果这么好是原来没有想到的，居然后面的沸点高一些组分的提取效果很好，响应高。

2.2数据处理：
先用Amdis质谱数据解卷积处理质谱数据，减少本底干扰，对共流出峰拆分，提取出大峰下面的峰或隐藏在里面的色谱峰。同时用Amdis的MSL质谱数据库和工作站的PBM（L）质谱数据库检索，并结合保留指数来鉴定峰。所有保留指数均由标准样品测定。极少数没有保留指数的化合物，参照其它资料和以往的经验，在保证良好匹配度的情况下确认。由于FID的动态线性范围很宽，香气样品的含量范围较宽，一般用气相色谱FID来定量，而不用质谱总离子(TIC)来定量。用FID检测器的结果计算口香糖样品组分的含量。

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口香糖共鉴定了145个组分，其中固相微萃取SPME的鉴定组分数目为145，同时蒸馏萃取SDE的检出组分数目少，为92个，比前者少51个组分。

固相微萃取的检出灵敏度相对同时蒸馏萃取SDE要高，一些含量小的成分在同时蒸馏萃取SDE上面未捡到，但在固相微萃取SPME就检出了。例如下面这些组分：

METHYL ACETATE

DIACETYL

UNDECANE

METHYLBUTYL ACETATE, 2

TERPINENE, GAMMA-

BUTYL CAPROATE

HEXYL BUTYRATE

DIMETHYLSTYRENE, P-

FURFURAL

HEXENYL ISOVALERIANATE, 3Z-

HEPTADIENAL, 2E,4E-

ALCOHOL C 8

NONADIENAL, 2E,6Z-

CARYOPHYLLENE

METHYL NONENOATE-2

HEXYL CAPRONATE

BICYCLOSESQUIPHELLANDRENE V, EPI-

BUTYRIC ACID

TOLYLALDEHYDE P-

CRYPTONE / CYCLOHEXENONE, 4-ISOPROPYL-2-

VALENCENE

NAPHTHALENE

DAMASCONE, CIS-BETA-

HEXENYL LACTATE, 3Z-

CUMINIC ALDEHYDE

DAMASCONE, TRANS-ALPHA-

ANETHOLE TRANS-

CALAMENENE, CIS-

IONONE, ALPHA-

BENZYLALCOHOL

IONONE, 3,4-DEHYDRO-BETA-

ETHYLMALTOL

ETHYLGUAIACOL, 4-

CINNAMIC ALDEHYDE

ALDEHYDE C16 SO CALLED Z

LACTOJASMONE

PELARGONIC ACID

CADALINE

CINNAMYL ISOBUTYRATE

GLYCERIN DIACETATE (DIACETIN)

ALDEHYDE C16 SO CALLED E

GLYCERIN DIACETATE (DIACETIN)

CAPRIC ACID

ISOEUGENOL E

HELIOTROPYL ACETATE

HEXADECANOL

ETHYL 3-METHYLIDENE-3-PHENYL LACTATE

DODECALACTONE, DELTA-

BENZOIC ACID

LAURIC ACID

PALMITIC ACID

含量对比（部分举例）参见下表。此口香糖含清凉的薄荷酮，薄荷脑；含草莓特征的草莓醛，草莓酸，丰富的酯类香气物质等。

2.3 口香糖成分（只公布部分数据含量高的，请谅解）

表口香糖成分表（部分）

Name		RT		SPME(%)		SDE(%)
ETHYL BUTYRATE		6.491		29.502		9.621
ETHYL BUTYRATE		6.491		29.502		9.621
LIMONENE		10.536		0.851		0.222
METHYL THIOBUTYRATE		10.536		0.086		0.086
ETHYL CAPRONATE		11.555		11.175		3.663
HEXYL ACETATE		12.863		9.218		3.350
HEXENYL ACETATE, 3Z-		14.501		15.131		6.921
ALLYL CAPRONATE		16.473		0.016		0.007
HEXENOL, 3Z-		16.882		22.667		10.330
HEXENYL PROPIONATE, 3Z-		16.882		0.018		0.011
MENTHONE		20.163		0.472		0.348
ISOMENTHONE		21.247		0.096		0.086
MENTHOL		26.757		0.400		1.029
BENZYL ACETATE		30.288		3.293		5.485
TRIACETIN		41.988		0.009		4.970
METHYL CINNAMATE-E-		42.176		0.574		18.539
DECALACTONE, GAMMA-		44.28		0.150		7.302
STRAWBERIFF/METHYLPENTENOIC ACID, 2,2-	36.986		0.022		1.385

3 结论
因为口香糖含有胶基、蜡等基质，无法直接用香气成分很复杂，基质干扰也很大。需要进行适当的提取后供gc-MS分析。必须选择适当的提取来得到香气成分，既能得到香气成分，又不会污染系统，然后再进行gcMS分析。固相微萃取简单易于操作灵敏度高。同时蒸馏萃取能有效的减少基质的影响。固相微萃取SPME的提取效果优于同时蒸馏萃取SDE，前者的提取化合物种类多，量大。

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