第八章風(fēng)味物質(zhì)的分離與鑒定

一種食品具有良好的風(fēng)味，不僅能引起人們的食欲，而且還能帶來(lái)很高的經(jīng)濟(jì)利益，因此對(duì)食品風(fēng)味物質(zhì)的分離與鑒定有很大的意義。但食品中的風(fēng)味成分十分復(fù)雜，因?yàn)樵诟叨葟?fù)雜的混合物中只存在很少量的溶質(zhì)，因此如何有效的提取出我們所需要的目標(biāo)溶質(zhì)成為當(dāng)前研究的前提。選擇適當(dāng)?shù)姆椒ǎ咽澄镏械娘L(fēng)味物質(zhì)分離出來(lái)，制備成適于進(jìn)行定性、定量分析的試樣，這是食品風(fēng)味分析的首要步驟，也是風(fēng)味研究中的關(guān)鍵技術(shù)。選擇提取方法的原則：根據(jù)食品風(fēng)味組分的揮發(fā)性和沸點(diǎn)選擇分離方式根據(jù)被分析化合物的極性選擇提取劑。根據(jù)被測(cè)組分的穩(wěn)定性來(lái)選擇加熱方式或減壓方式第一節(jié)風(fēng)味物質(zhì)的分離1、溶劑萃取法

溶劑萃取法是分析化學(xué)領(lǐng)域中經(jīng)典的分離技術(shù)。即利用某些有機(jī)溶劑對(duì)大部分食品風(fēng)味物質(zhì)所具有的良好溶解性，通過(guò)溶劑萃取，達(dá)到把風(fēng)味物質(zhì)從食物中完全提取出來(lái)的目的。這種方法設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便。具有比較理想的分離效果。常用溶劑：乙醚，丙酮，乙醇，二氯甲烷，三氯甲烷，四氯化碳等。2、蒸餾提取法蒸餾提取法是食品風(fēng)味分析中最普遍應(yīng)用的提取技術(shù)。這是一種在相同溫度下利用液體混合物中各組分具有不同的蒸氣壓來(lái)氣分離揮發(fā)性化合物的有效的方法之一。常壓與減壓蒸餾法高真空蒸餾法分子蒸餾法3、吸附與解吸法在風(fēng)味研究中，為了避免風(fēng)味組分與水蒸汽一起冷凝，通常利用某種固體吸附劑，對(duì)食品中的風(fēng)味組分進(jìn)行選擇性的吸附，從而達(dá)到排除其它組分的目的。這也是食品風(fēng)味分析中最常用的方法之一。當(dāng)食品中的風(fēng)味化合物被捕集到吸附劑上以后，通過(guò)加熱將被吸附的組分再解吸出來(lái)，然后直接進(jìn)入分析系統(tǒng)．這種方法特別適于富集痕量的風(fēng)味分離物．并且具有良好的效果。4、頂空捕集法食品被加熱以后，揮發(fā)性風(fēng)味化合物逸出食品表面，使人們嗅到強(qiáng)烈的食品香氣。如果把食品密封在一個(gè)容器中，使加熱后所產(chǎn)生的食品風(fēng)昧物質(zhì)富集在這個(gè)容器頂部空間，然后通過(guò)必要的設(shè)備直接或間接地將揮發(fā)性組分引入分析系統(tǒng)中。這種方法是食品風(fēng)味研究中最現(xiàn)代化的分析手段之一。這種方法的特點(diǎn)是簡(jiǎn)便、快速；被分析的風(fēng)味化合物最接近人體映覺(jué)所能感覺(jué)到的氣味。但是樣品的濃度是受分析系統(tǒng)條件所限制的。5、液體CO2提取法液體CO2是一種良好的提取劑，其沸點(diǎn)為－78.5℃，提取低沸點(diǎn)、易揮發(fā)的風(fēng)味物質(zhì)時(shí)顯示出較高的選擇性。特別適于提取低分子量的酯類、醛類、酮類及醇類物質(zhì)。6、酸－堿分離法是最簡(jiǎn)單的化學(xué)分離法。這種方法將風(fēng)味混合提取物分離成酸性、堿性和中性三個(gè)部分，然后再采用其它分離方法進(jìn)一步分離成單個(gè)組分。7、超臨界流體萃取法(SCFE)特點(diǎn)：SCFE對(duì)某些物質(zhì)具有特殊的溶解能。SCF的性質(zhì)介于液體和氣體之間，其密度接近于液體，而粘度和擴(kuò)散系數(shù)又很接近氣體。因而，SCFE具有良好的傳遞性能以及高的溶解能力。SCFE溶解能力的大小與密度直接相關(guān)，而密度又取決于溫度(t)和壓力(p)。因此，利用改變溫度和壓力的方法就能夠方便地改變?nèi)苜|(zhì)在SCFE中的溶解度。應(yīng)用：1、香料工業(yè)中的重要原料是精油。它主要來(lái)源于植物中揮發(fā)性成分。這些成分多是不穩(wěn)定的物質(zhì)，易受熱變質(zhì)或揮發(fā)，因此操作溫度低的SCFE就成了水蒸氣蒸餾和有機(jī)溶劑萃取的理想替代。2、由于脂肪酶可以加入萃取池中與樣品進(jìn)行甲基化反應(yīng)。所以SCFE和氣相色譜可以測(cè)定樣品中脂肪酸甲酯的含量,進(jìn)而確定脂肪酸的含量。3、膽固醇能夠被超臨界CO2選擇性濃縮萃取．這項(xiàng)技術(shù)成功地用于從牛肉、雞蛋、牛奶等物質(zhì)中脫除膽固醇和其它脂類化合物。8、色譜分離法色譜法是利用物質(zhì)在兩相(固定相和流動(dòng)相)之間所進(jìn)行的反復(fù)、多次的分配，使得那些分配系效只有微小差別的組分產(chǎn)生出很好的分離效果。吸附柱色譜法薄層色譜法氣相色譜法液相色譜法吸附柱色譜法柱色譜層析法是一種經(jīng)典的色譜分離方法，可以用來(lái)分離復(fù)雜的有機(jī)混合物。這種方法吸附劑和洗脫劑用量較少，并且簡(jiǎn)便、快速，在食品風(fēng)味分析中是一種比較理想的預(yù)分離手段。柱層析的工作原理是：在一根玻璃柱中充填吸附劑，將樣品混合物溶液從柱子上端倒入柱中，使吸附劑和樣品組分發(fā)生吸附作用。然后在毛細(xì)滲透和重力的作用下，用洗脫劑將樣品各級(jí)分自上而下進(jìn)行色譜展開(kāi)。薄層色譜法薄層色譜法是將吸附劑涂敷在固體板上，然后用溶劑對(duì)樣品混合物進(jìn)行薄層展開(kāi)的一種色譜分離方法。在風(fēng)味研究中，薄層色譜法也是重要的預(yù)分離手段。薄層色譜法的基本原理：薄層色譜利用各物質(zhì)之間化學(xué)結(jié)構(gòu)所存在的差異，選擇合適的吸附劑，使不同的物質(zhì)對(duì)吸附劑產(chǎn)生不同的親和力，從而達(dá)到分離的目的。1-載氣鋼瓶；2-減壓閥；3-凈化干燥管；4-針形閥；5-流量計(jì)；6-壓力表；4-針形閥；5-流量計(jì)；6-壓力表；7-進(jìn)樣口；8-色譜柱；9-熱導(dǎo)檢測(cè)器；10-放大器；11-溫度控制器；12-記錄儀；載氣系統(tǒng)進(jìn)樣系統(tǒng)色譜柱檢測(cè)系統(tǒng)溫控系統(tǒng)氣相色譜儀結(jié)構(gòu)流程氣相色譜法

液體進(jìn)樣器

不同規(guī)格的專用注射器，填充柱色譜常用10μL；毛細(xì)管色譜常用1μL；新型儀器帶有全自動(dòng)液體進(jìn)樣器，清洗、潤(rùn)沖、取樣、進(jìn)樣、換樣等過(guò)程自動(dòng)完成，一次可放置數(shù)十個(gè)試樣。氣化室將液體試樣瞬間氣化的裝置。無(wú)催化作用。溫度控制系統(tǒng)

溫度是色譜分離條件的重要選擇參數(shù)；氣化室、分離室、檢測(cè)器三部分在色譜儀操作時(shí)均需控制溫度；

氣化室：保證液體試樣瞬間氣化；

檢測(cè)器：保證被分離后的組分通過(guò)時(shí)不在此冷凝；分離室：準(zhǔn)確控制分離需要的溫度。當(dāng)試樣復(fù)雜時(shí)，分離室溫度需要按一定程序控制溫度變化，各組分在最佳溫度下分離；氣相色譜檢測(cè)器類型濃度型檢測(cè)器：測(cè)量的是載氣中通過(guò)檢測(cè)器組分濃度瞬間的變化，檢測(cè)信號(hào)值與組分的濃度成正比。熱導(dǎo)檢測(cè)器；質(zhì)量型檢測(cè)器：測(cè)量的是載氣中某組分進(jìn)入檢測(cè)器的速度變化，即檢測(cè)信號(hào)值與單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入檢測(cè)器組分的質(zhì)量成正比。廣普型檢測(cè)器：對(duì)所有物質(zhì)有響應(yīng)，熱導(dǎo)檢測(cè)器；專屬型檢測(cè)器：對(duì)特定物質(zhì)有高靈敏響應(yīng)，電子俘獲檢測(cè)器；第二節(jié)風(fēng)味物質(zhì)的鑒定在食品風(fēng)味研究的全過(guò)程中，提取、化學(xué)分離及色譜分離技術(shù)只完成了對(duì)風(fēng)味混合物的分離和定量任務(wù)。盡管依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)樣品的保留值，氣相色譜也可以提供一些定性信息，然而這種方法所能得到的定性信息畢竟是有限的。對(duì)有機(jī)化合物進(jìn)行鑒定主要依靠現(xiàn)代定性分析儀器：質(zhì)譜、紅外光譜、紫外光譜和核磁共振。1、質(zhì)譜法質(zhì)譜法是最有效的定性手段之一，在定性分析四大譜中占有非常重要的位置。質(zhì)譜法是根據(jù)有機(jī)化合物的分子離子和碎片離子所提供的信息來(lái)推測(cè)化合物的分子量和分子結(jié)構(gòu)的。質(zhì)譜法的特點(diǎn)是鑒別能力強(qiáng)、響應(yīng)速度快、適于對(duì)單一組分進(jìn)行定性分析。工作原理將已經(jīng)通過(guò)氣相色譜法或其它手段分離而得到的單一組分的樣品直接引入質(zhì)譜系統(tǒng)中。經(jīng)過(guò)電子轟擊后，樣品組分分子發(fā)生電離和鏈斷裂，轉(zhuǎn)變成帶電荷的分子離子。在質(zhì)譜分析器中，這些離子按照質(zhì)荷比的大小順序被檢測(cè)器所接受，并且將化學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)。經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，繪制出有規(guī)律的質(zhì)譜圖。根據(jù)質(zhì)譜圖所提供的信息，可以得到分子離子質(zhì)荷比，依此推斷樣品組分的分子結(jié)構(gòu)。而由于色譜和質(zhì)譜都具備較高的靈敏度，兩種儀器的最小檢出量十分接近；與此同時(shí)，兩個(gè)分析系統(tǒng)都要求樣品必須轉(zhuǎn)換成氣體狀態(tài)。因此色譜、質(zhì)譜的共性特點(diǎn)為聯(lián)用技術(shù)的成功奠定了基礎(chǔ)。色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀發(fā)揮了氣相色譜法對(duì)復(fù)雜混合物的高效分離特長(zhǎng)和質(zhì)譜在鑒定化合物中的高分辨能力，提高了質(zhì)譜分析的工作效率，擴(kuò)大了應(yīng)用領(lǐng)城。目前，質(zhì)譜法在食品風(fēng)味物質(zhì)的鑒定中扮演了十分重要的角色。色譜—質(zhì)譜聯(lián)用儀的工作原理一個(gè)復(fù)雜的多組分混合物樣品經(jīng)過(guò)色譜分離后，每個(gè)組分在載氣的攜帶下按照不同的保留時(shí)間流出色譜柱，然后通過(guò)接口(中間裝置)進(jìn)入質(zhì)譜儀的離子源，經(jīng)過(guò)質(zhì)譜快速掃描后得到單一組分的質(zhì)譜圖，以此作為定性分析的依據(jù)．2、紅外光譜法紅外光譜法是利用物質(zhì)對(duì)紅外輻射(波長(zhǎng)0.75μm－1000μm，波數(shù)1.0－13158cm-1)的吸收所給出的特征吸收光譜進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析的一種手段。絕大多數(shù)有機(jī)化合物的官能團(tuán)的振動(dòng)光譜都出現(xiàn)在中高紅外區(qū)(4000-1300cm-1)。在中低紅外區(qū)(1300-400cm-1)出現(xiàn)的許多吸收?qǐng)觥Ｆ湮恢谩?qiáng)度和形狀隨一個(gè)具體化合物而變化，好像每個(gè)人的“指紋”一樣，稱為分子的“指紋”區(qū)。這就是紅外光譜分析的基本原理．工作原理

物質(zhì)的分子總是在不停地運(yùn)動(dòng)，在正常的情況下分子處在一定的能量狀態(tài)中。從量子化的觀點(diǎn)出發(fā)，分子所具有的能量是量子化的，亦稱為能級(jí)。分子具有不同類型的運(yùn)動(dòng)，分子內(nèi)各原子的運(yùn)動(dòng)都具有相應(yīng)的能極。當(dāng)分子受到一定波長(zhǎng)的紅外光譜照射時(shí)，如果與分子中某個(gè)官能團(tuán)的振動(dòng)頻率相一致時(shí)，兩者則產(chǎn)生共振。此時(shí)分子將選擇性地吸收相應(yīng)頻率的紅外光。于是，分子的能態(tài)將發(fā)生變化，由低能極向高能極躍遷。3、核磁共振法核磁共振法是研究原子核與化學(xué)環(huán)境關(guān)系的，可以測(cè)量化合物不同能態(tài)間的差別，是有機(jī)化學(xué)結(jié)構(gòu)分析的有力手段。與大多數(shù)有機(jī)化合物一祥，