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固相微萃取—?dú)庀嗌V—嗅覺檢測技術(shù)在風(fēng)味物質(zhì)分析上的應(yīng)用

醫(yī)案日記 2023-06-19 07:39:35

固相微萃取(SPME)技術(shù)創(chuàng)建于1989年

,現(xiàn)由美國SUPELCO公司擁有獨(dú)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
,選擇性地萃取/吸附目標(biāo)分析物
。萃?div id="jpandex" class="focus-wrap mb20 cf">。狡胶夂螅瑢⑤腿☆^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(shí)

,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(shí)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(gè)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(gè)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)間45分鐘后到達(dá)平衡
,再增加萃取時(shí)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(shí)間才達(dá)到平衡
。在此實(shí)驗(yàn)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(shí)在1∶1時(shí),相對誤差最?div id="m50uktp" class="box-center"> ?div id="m50uktp" class="box-center"> ;2.NaCl濃度:鹽濃度分別為0.5%、20%
、25%(W/V)和飽和鹽溶液
,在25%時(shí)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(dú)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(shí)比非極性的PDMS效果好
;但在吸附酯類時(shí),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(shí)

,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(shí)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(shí),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(shí)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(shí)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(gè)放熱過程
,溫度升高在提高頂空各物質(zhì)的濃度的同時(shí)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(shí)間(大于2小時(shí))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(shí)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(shí)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(shí)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(diǎn)
,甚至化學(xué)名稱

GC-O可以檢測出那些對風(fēng)味起實(shí)質(zhì)作用的物質(zhì),因?yàn)槊糠N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(shí)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?div id="jfovm50" class="index-wrap">。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(bào)道此兩種風(fēng)味物質(zhì)在腌制黃瓜香氣中的作用

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