风味物质

由仪器信息网举办的“食品风味物质分析与鉴定新技术”主题网络研讨会已于7月15日圆满结束！本次会议就食品风味物质的提取、分析 和鉴定新技术等热点话题展开了演讲，为相关专家、用户搭建了有效的交流平台。本次会议荣幸邀请到了来自江南大学的范文来研究员、岛津企业管理（中国）有限公司的张亚工程师、北京工商大学的宋焕禄教授、上海应用技术大学的冯涛教授和中国标准化研究院农业食品所的史波林副研究员，共5位专家出席。报告内容干货满满，网友接连提问，会议刚开场就达到了会议高潮，现场赢得网友好评连连！再来一起回顾下报告的精彩内容吧！范文来（江南大学 研究员）：讲解了应用GC-O结合AEDA 和 GC-MS技术发现并鉴定出香醋中呈风味的化合物，采用 SBSE 技术定量香醋风味成分，测定香醋风味化合物的阈值，并开发了食醋中酸性化合物测定方法。张亚（岛津企业管理（中国）有限公司 气相色谱质谱应用工程师）：主要介绍了岛津气味分析系统，GC、GC-MS等的硬件和软件，在食品风味分析领域的具体应用。宋焕禄（北京工商大学 教授）:讲解了可切换式全二维气相色谱-嗅闻-质谱技术在食品风味中的应用，此项技术的关键在于二维与一维之间的切换，方能实现二维的嗅闻，以鉴定出更多的气味活性化合物。冯涛（上海应用技术大学 教授）：举例了近2年应用GC-IMS与GC-MS联用发表的TOP期刊文章，并讲解了相关技术路线的要点，和一些实际应用举例。史波林（中国标准化研究院农业食品所 研究室副主任/副研究员）：就食品感官品质评价技术体系展开的介绍，用电子舌、电子鼻等科学仪器的方式开展食品风味的研究，并洞察消费者喜好。会议日程：非常幸运，我们已经征得了部分专家的同意，视频回放将尽快上线，各位网友均可继续观看学习当天的报告内容。回放链接：https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/flavor20220715/风味是食品的灵魂，人类对美味的追求永无止境。同时，食品风味也是鉴别产地溯源、质量高低的关键指标。社会的不断发展，也促进了科研工作者在风味物质上的深入研究。让我们共同期待下一场食品风味物质会议吧！特别感谢岛津对本次会议的大力支持！关于网络讲堂： 仪器信息网网络讲堂成立于2010年，整合科学仪器行业仪器原理、应用及方法开发、维修与保养等内容机构，以“音频+PPT”直播模式与行业用户实时在线交流。 迄今为止，我们组织在线研讨会已覆盖环境、生命科学、制药、食品、材料等热点领域，仪器方面涉及质谱、光谱、色谱、电镜、核磁等热门仪器，为近350万用户传递知识。 我们的定位：捕捉行业热点、跟踪仪器最新技术，深度解读行业政策、法规、标准等内容。 网络讲堂官网：https://www.instrument.com.cn/webinar/ 食品领域相关会议合作，请联系：王老师 13269891028

风味物质是粮食作物食用品质和营养价值的重要衡量指标。小麦、玉米等谷类作物在储藏过程中的品质劣变与其风味物质含量密切相关。岛津中国创新中心与国家粮食和物资储备局科学研究院杨永坛研究员团队合作，基于固相微萃取-气相色谱-三重四极杆质谱联用技术（SPME-GC-MS/MS）对玉米中挥发性风味物质的种类和含量进行分析，多元统计分析结果显示，玉米的挥发性风味物质与储藏年限存在一定的相关性。由此可构建玉米储藏年份的分类模型，为玉米储藏品质的动态监测提供技术手段。研究成果以“SPME-GC-MS/MS结合多元统计分析不同储藏年份玉米风味物质差异”为题，已发表在《粮油食品科技》期刊。背景介绍粮食在贮藏期间会受到温度、湿度、微生物等环境因素影响，其食用品质和营养价值也会随着储藏时间延长而发生改变。玉米是我国主要粮食作物之一，也是我国储备粮的重要组成。由于玉米原始水分含量相对较高，同时内部富含脂肪，其相较于其他粮食品种储藏稳定性较差，易发生品质劣变，进而影响其种用、食用和加工品质。因此在玉米收购入仓和轮换出库前对其储藏品质进行评估十分必要，引起了研究人员的广泛关注。挥发性风味物质是影响玉米食用和加工的主要因素之一，风味物质的类型、含量以及它们之间的相互作用共同决定着玉米的风味。玉米储藏过程中风味物质含量变化间接反映其品质改变，因此越来越多的研究人员通过测定玉米中典型挥发性风味物质对其进行品质鉴别。已有多项研究发现玉米挥发性风味物质的种类和含量受不同储藏条件的影响，但尚未阐明不同储藏时间玉米的特征差异物质。固相微萃取技术能对含量较低的挥发性物质进行富集，在挥发性物质检测中具有方便、灵敏、高效的优点，在食品风味物质检测领域应用广泛。本研究以吉林地区2019—2022年收获玉米为研究对象，采用固相微萃取-气相色谱-三重四极杆质谱联用技术（SPME-GC-MS/MS）对玉米储藏过程中的风味物质进行检测，并结合主成分分析（PCA）和偏最小二乘法判别分析（PLS-DA）进行数据分析，阐明不同储藏年份玉米的特征差异物，建立玉米储藏年份判别模型。以期为玉米储藏品质的动态监测提供技术手段，更好地指导储备玉米科学储存与适时更新轮换。研究内容本研究采用固相微萃取-气相色谱三重四极杆质谱（GCMS-TQ系列），搭配专属型风味物质多反应监测（MRM）数据库，对玉米样品中的挥发性风味物质进行分析。图1为某采收自2019年的玉米样品的总离子流图，共检出挥发性风味物质共129种，包括醛类、醇类、酯类、酮类、苯系物、杂环类、酸类、醚类、烃类和酚类化合物共10类。检出化合物中醛类物质种类最为丰富，共检出26种，其次为醇类物质和酯类物质，分别检出23种和17种。对不同储藏年份玉米中各类风味物质的相对含量进行分析，结果显示酸类物质在玉米中相对含量最高，是玉米中的主要挥发性风味物质。并发现不同储藏年份玉米中风味物质相对含量发生了变化，需进一步探究二者之间的相关性。图1. 2019年玉米样品总离子流色谱图为明确风味物质含量与玉米储藏年份之间的关系，对不同储藏年份玉米中的挥发性风味物质进行PCA分析。从图2（A）可以看出，不同储藏年份玉米呈一定的聚类趋势。其中2019年和2022年储藏玉米区分度较为显著，表明该模型对储藏年份相差较大的样品区分能力较强。对不同储藏年份的样品组进行皮尔逊相关分析，结果如图2（B）所示，表明每个年份的样品组与其相应年份的样品组之间有很强的正相关性。图2. 2019—2022年玉米风味物质的统计分析结果: (A) 主成分分析得分图 (B) 皮尔逊相关分析为进一步直观体现不同储藏年份玉米的风味物质特征，对检测数据进行了PLS-DA分析。如图3（A）所示，4个储藏年份的样品分别聚为一类，表明不同年份间玉米的挥发性化合物差异显著。利用5倍交叉验证对PLS-DA模型的预测精确度和拟合度进行验证，结果如图3（B）所示，使用3个组分时，模型的R2=0.98，Q2=0.96，预测精确度为1.0，表明模型具有较好的预测能力。按照变量投影重要性（VIP）值大于1的标准，共筛选出47种关键差异化合物。图3 2019—2022年玉米风味物质的偏最小二乘判别分析结果: (A) 三维PLS-DA得分图 (B) 不同组分数下PLS-DA分类性能 (C) VIP值图进一步比较不同年份间玉米中挥发性风味物质的差异，可以看出有6种挥发性化合物出现规律性变化。其中，1-辛烯-3-醇、丁酸橙花酯和2-正戊基呋喃3种化合物含量随储藏时间的延长而减少（如图4（A）~（C））；此外，DL-泛酰内酯、辛酸甲酯和2-乙酰基呋喃化合物的含量随储藏时间的延长而增加（如图4（D）~（F））。图4. 不同储藏年份玉米特征风味物质箱线图结论基于岛津固相微萃取-气相色谱三重四极杆质谱仪建立玉米中挥发性风味物质的分析方法，对2019至2022年收获东北地区玉米样品中挥发性风味物质进行检测，采用PCA和PLS-DA方法对不同储藏年份玉米的风味物质数据进行分析，筛选出在不同年份的玉米间具有显著性差异的化合物，根据检出的差异化合物在不同储藏年份玉米中的含量分布构建分类模型，将为不同年份玉米的储藏品质动态监测提供参考，以更好指导储备玉米的科学储存与适时更新轮换，对保障国家粮食安全和节粮减损具有重要意义。岛津多功能自动进样器-气相色谱三重四极杆质谱仪参考文献：[1] WANG S, CHEN H, SUN B. Recent progress in food flavor analysis using gas chromatography–ion mobility spectrometry (GC–IMS) [J]. Food Chemistry, 2020, 15(315): 126158.[2] 徐瑞, 李洪军, 贺稚非. 玉米冻藏过程中挥发性成分变化及主成分分析[J]. 食品与发酵工业, 2019, 45(1): 210-218. XUN R, LI H J, HE Z F. Changes and principal component analysis of volatile compounds in corn ears during frozen storage[J]. Food and Fermentation Industries, 2019, 45(1): 210-218.[3] 李云峰, 范競升, 陈冰琳,等. 3个甜玉米品种在不同储藏条件下可溶性固形物含量及挥发性风味成分变化[J]. 华南农业大学学报, 2021, 42(03): 33-44. LI Y F, FAN J S, CHEN B L, et al. Changes of soluble solid contents and volatile flavor components of three sweet corn cultivars under different storage conditions[J]. Journal of South China Agricultural University, 2021, 42(03): 33-44.[4] 郭瑞, 李盼盼, 张晓莉, 等. SPME-GC-MS/MS 结合多元统计分析研究不同储藏年份玉米风味物质差异[J]. 粮油食品科技, 2024, 32(3): 179-186. GUO R, LI P P, ZHANG X L, et al. Diversity analysis of volatile flavor compounds of corn with various storage years based on SPME-GCMS/MS and multivariate statistical analysis[J]. Science and Technology of Cereals, Oils and Foods, 2024, 32(3): 179-186.本文内容非商业广告，仅供专业人士参考。

白酒中风味物质的种类和含量十分丰富，主要包括醇类、醛类、酸类、酯类、芳香族化合物等多种类型化合物，这些物质是决定白酒香气、口感和风格的关键。气相色谱质谱联用仪由于其分离效果好、分析速度快且尤其适用于低沸点、挥发性物质分析等优点，已经成为白酒风味物质研究的主要手段。 传统GC-MS对于风味物质的定性分析主要采用“色谱优先”的方法，通过积分算法进行色谱峰的检测，然后将色谱峰与谱库进行比对和匹配，以匹配度高低确认化合物。这种方法的缺点之一就是无法鉴定共流出物，尤其是在低浓度的情况下。赛默飞GC-MS自带的解卷积软件在进行定性分析时采用“质谱优先”的方法，能够有效分离色谱上共流出但质谱顶点依然分离的化合物。 此外，随着高分辨质谱技术的发展和应用，白酒风味物质的研究又多了一种新的手段和方案，高分辨质谱的高灵敏度和超高的分辨率可帮助我们发现其他分析手段可能忽视的特征物质。赛默飞全新Orbitrap Exploris GC系列高分辨气质联用仪具有业界240,000分辨率（m/z=200），并提供fg级全扫描HRAM数据，低于1ppm的质量精度，可以满足复杂基质样品的分析需求，是白酒风味成分定性定量分析的强有力工具。 下面我们就来看看两种不同的方案吧！ 01单四极杆GC-MS法定性分析荔枝酒中的挥发性物质荔枝酒中挥发性化合物数量众多，且各色谱峰响应差别较大，用传统的“色谱优先”方法进行定性分析时，难以准确定性共流出物，如下图，保留时间20.47-20.50 min有明显共流出峰，NIST谱库检索结果为3-甲硫基丙醇（3-(methylthio)-1-propanol）。（点击查看大图） 显然，这种方式会让我们丢失一些色谱峰的信息，假如采用“手动提取离子流图- 扣除背景- 谱库检索”的方式，确实会增加色谱峰的数量，但过程冗长而复杂，大大增加操作人员工作量。赛默飞GC-MS使用的Deconvolution 解卷积软件能够自动将色谱峰进行解析并将多个质谱峰对齐并归属成对应的化合物，然后进行谱库检索与匹配，最终以列表或报告的形式呈现出结果。保留时间20.47-20.50 min的共流出峰在Deconvolution 软件中被自动解析为三个色谱峰，并进行谱库检索得到对应的定性结果，如下图所示。 （点击查看大图）此外，Deconvolution 解卷积软件还可以自动读取NIST谱库中不同色谱柱的保留指数（RI） 信息，并与实际样品中RI 的计算值进行比较，通过保留指数辅助判断定性结果，下图是根据正构烷烃数据计算化合物保留指数界面。（点击查看大图） 02GC-Orbitrap/MS分析白酒中风味物质GC-Orbitrap/MS高分辨气质联用仪拥有前所未有的分析性能，为每个分析样品提供更广泛、更深入的数据信息。高灵敏度和超高分辨率可保证分析目标物免受质量数相近化合物的干扰，帮助发现其他技术可能忽视的特征物质，为发现新化合物、寻找低浓度关键标志物提供了可能。通过TraceFinder解卷积软件对数据进行解卷积和峰对齐处理，在某白酒样品中解析出1557个化合物，见下图。（点击查看大图） 通过研究白酒中特征性风味化合物的差异可有效鉴别白酒类别，更好的分析不同类型白酒的差异性，是明晰不同风格白酒、全面认识白酒风味组分特征的基础。功能强大的Compound Discoverer软件可以实现对复杂的GC-MS数据的提取和分析并得到独立色谱峰型的信号，发现样品集之间的真正差异，查看一项研究中各个组分的分布趋势，或识别位于多个样品组之间的组分，所有这些均以交互式视图显示。（点击查看大图） 通过上图主成分分析（PCA）结果显示，不同组的样品点能够通过PCA分析有效的聚在一起。PC1、PC2两个主成分可以解释76.5%的变异量。（点击查看大图）上图右上角部分的趋势图可以显示出左边表格中选定的组分在A和B两个样品中峰面积的差异，帮助寻找目标异味标记物。右下角的火山图则可以直观反映出A和B两个样品中差异性物质的情况，每一个点代表一个物质，火山图左边蓝色部分显示的是在样品A中含量显著低于样品B中含量的物质，右边红色部分则显示的是在样品A中含量显著高于样品B中含量的物质，并且这些物质可以一键快速选取，在窗口直接查看和导出差异组分的定性结果。以上结果都为发现样品之间的真正差异提供可靠的参考。 总结在使用单四极杆GC-MS进行白酒风味物质定性研究时，Deconvolution 解卷积软件能够有效分离色谱上共流出但质谱顶点依然分离的化合物，并且可以结合NIST谱库中的保留指数辅助定性。而高分辨气质联用仪则具有数据质量精度高、高分辨、高灵敏度等特点，借助独有的Compound Discoverer软件，可以快速发现样品集之间的真正差异。两种分析手段的组合使用可以大大助力白酒风味物质研究工作。