第四章--食品风味的分析.ppt

第四章第四章 食品风味的分析食品风味的分析 n n在食品风味物质进行研究时，必然建立一整套从生物原材料取样入手，经过提取、富集、分离到通过现代分析仪器进行定性、定量的综合分析方法n n为了分析食品中痕量的风味物质，除了保证仪器所必须具备的高灵敏度之外，在完成提取步骤以后，必须进行浓缩富集，以便提高样品溶液中风味组分的浓度第一节第一节 风味物质的提取风味物质的提取n n食品风味前体物质大部分以水溶性的形式存在于天然原材料中，其中一小部分分布在食品的脂质成分中n n因此，只对食物原材料中的有机流出物进行风味分析和研究是不全面的必须选择适当的分离手段，从天然原材料的组织细胞中尽可能完全地分离出所有的风味组分，才能全面地反映出食品本身所具有的风味特征n n选择适当的方法，把食物中的风味物质提取出来，制备成适于进行定性、定量分析的试样，这是食品风味分析的首要步骤，也是风味研究中的关键技术选择提取方法的原则：n n根据食品风味组分的挥发性和沸点来选择提取方式n n根据被分析化合物的极性来选择提取剂n n根据被测组分的稳定性来选择加热方式或减压方式提取方法提取方法n n溶剂萃取法n n蒸馏提取法n n吸附与解吸法n n顶空捕集法n n液体CO2提取法溶剂萃取法溶剂萃取法n n 溶剂萃取法是分析化学领域中经典的提取技术。

即利用某些有机溶剂对大部分食品风味物质所具有的良好溶解性，通过溶剂萃取，达到把风味物质从食物中完全提取出来的目的这种方法设备简单、操作方便．具有比较理想的分离效果n n常用溶剂：乙醚，丙酮，乙醇，二氯甲烷，三氯甲烷，四氯化碳等蒸馏提取法蒸馏提取法n n蒸馏提取法是食品风味分析中最普遍应用的提取技术这是一种在相同温度下利用液体混合物中各组分具有不同的蒸气压来气提宽沸程挥发性化合物的最有效的方法之一n n常压与减压蒸馏法n n高真空蒸馏法n n分子蒸馏法吸附与解吸法吸附与解吸法n n在风味研究中，为了避免风味组分与水蒸汽一起在风味研究中，为了避免风味组分与水蒸汽一起冷凝，通常利用某种固体吸附剂，对食品中的风冷凝，通常利用某种固体吸附剂，对食品中的风味组分进行选择性的吸附，从而达到排除其它组味组分进行选择性的吸附，从而达到排除其它组分的目的这也是食品风味分析中最常用的方法分的目的这也是食品风味分析中最常用的方法之之n n当食品中的风味化合物被捕集到吸附剂上以后，当食品中的风味化合物被捕集到吸附剂上以后，通过加热将被吸附的组分再解吸出来，然后直接通过加热将被吸附的组分再解吸出来，然后直接进入分析系统．这种方法特别适于富集痕量的风进入分析系统．这种方法特别适于富集痕量的风味分离物．并且具有良好的效果。

味分离物．并且具有良好的效果顶空捕集法顶空捕集法n n食品被加热以后，挥发性风味化合物逸出食品表食品被加热以后，挥发性风味化合物逸出食品表面，使人们嗅到强烈的食品香气如果把食品密面，使人们嗅到强烈的食品香气如果把食品密封在一个容器中，使加热后所产生的食品风昧物封在一个容器中，使加热后所产生的食品风昧物质富集在这个容器顶部空间，然后通过必要的设质富集在这个容器顶部空间，然后通过必要的设备直接或间接地将挥发性组分引入分析系统中备直接或间接地将挥发性组分引入分析系统中这种方法是食品风味研究中最现代化的分析手段这种方法是食品风味研究中最现代化的分析手段之一n n这种方法的特点是简便、快速；被分析的风味化这种方法的特点是简便、快速；被分析的风味化合物最接近人体映觉所能感觉到的气味但是样合物最接近人体映觉所能感觉到的气味但是样品的浓度是受分析系统条件所限制的品的浓度是受分析系统条件所限制的液体液体CO2提取法提取法n n液体CO2是一种良好的提取剂，其沸点为－78.5℃ ，在提取低沸点、易挥发的风味物质时显示出较高的选择性特别适于提取低分子量的酯类、醛类、酮类及醇类物质n n超临界CO2萃取第二节第二节 浓缩富集技术浓缩富集技术n n在一般情况下，经过提取后食品中的风味物质溶解在有机溶剂中。

由于风味物质在食品中含量甚微，提取液中的风味化合物必须经过浓缩富集才能满足各种分析方法的灵敏度要求n n在风昧研究中，浓缩的方法很多，可以根据样品的特性来选择最佳方案一、蒸发浓缩一、蒸发浓缩n n1．稀水溶液n n由于蒸馏法得到的风味提取物通常溶解在稀水溶液中，风味物质的浓度很低因此，必须采用适当的浓缩方法，提高风味物质的实际浓度n n2．有机溶剂n n对于溶于有机溶剂的风味物质来说，利用风味化合物与提取剂之间所存在的沸点差异，采取蒸发浓缩放术将提取液系统中低沸点的溶剂蒸发出去，使风味物质得以浓缩在食品风味分析中，这种方法被广泛应用n n 在风味研究中，样品经过蒸馏浓缩后，在蒸馏后的样品中通入氮气，并且控制氮气的流速进行溶剂吹扫，从而使风味物质得到彻底地干燥这是一种简便易行的方法二、冷冻浓缩二、冷冻浓缩n n冷冻浓缩法是将样品提取液中的水溶液冷冻凝结成固态冰，从而使风味提取物在局余的液相中得以浓缩的一种方法这种方法对于溶解在水溶液体系中的风味提取物是最理想的浓缩方法，可以减少提取液浓缩过程中风味物质的损失 三、吸附浓缩三、吸附浓缩n n对于溶解在水溶液体系中的风味化合物来说，也可以采用吸附浓缩的方法。

n n在活性碳、硅胶、氧化铝或高分子多孔聚合物等吸附剂的作用下，将风味化合物吸附过来，而水溶液及其它非风味物质被分离出去，然后再用少量的溶剂将风味化合物洗脱下来，从而实现了对风味物质的分离和浓缩四、气味回收四、气味回收n n气味回收装置可以回收并富集食品和食品浓缩物中所希望得到的挥发性风味组分在完全回收气态风味物质的过程中，必须将挥发性风味物质浓缩到适于分离要求的浓度n n目前，这种回收装置广泛应用于水果中挥发性香气成分的回收和富集系统中引入高真空技术，利用38℃的低温回收样品溶液中的挥发性气味组分n n这种回收方式可以使水果中的挥发性风味物质大约浓缩1000倍第三节第三节 分离技术分离技术n n采用各种技术从食品中提取出来的风味物质通常是一个复杂的混合体一般包括几百个甚至近千个风味组分必须进一步采用有效的分离手段．才能最终获得单个的组分的定性、定量信息一、化学分离技术一、化学分离技术n n酸－碱分离法n n是最简单的化学分离法这种方法将风味混合提取物分离成酸性、碱性和中性三个部分，然后再采用其它分离方法进一步分离成单个组分二、色谱分离技术二、色谱分离技术n n色谱法是利用物质在两相(固定相和流动相)之间所进行的反复、多次的分配，使得那些分配系效只有微小差别的组分产生出很好的分离效果。

n n吸附柱色谱法n n薄层色谱法n n气相色谱法n n液相色谱法吸附柱色谱法吸附柱色谱法n n柱色谱层析法是一种经典的色谱分离方法，可以用来分离复杂的有机混合物这种方法吸附剂和洗脱剂用量较少，并且简便、快速，在食品风味分析中是一种比较理想的预分离手段n n柱层析的工作原理是：在一根玻璃柱中充填吸附剂，将样品混合物溶液从柱子上端倒入柱中，使吸附剂和样品组分发生吸附作用然后在毛细渗透和重力的作用下，用洗脱剂将样品各级分自上而下进行色谱展开薄层色谱法薄层色谱法n n薄层色谱薄层色谱(Thin Layer Chromatography)(Thin Layer Chromatography)法是将吸法是将吸附剂涂敷在固体板上，然后用溶剂对样品混合物附剂涂敷在固体板上，然后用溶剂对样品混合物进行薄层展开的一种色谱分离方法进行薄层展开的一种色谱分离方法n n在风味研究中，薄层色谱法也是重要的预分离手在风味研究中，薄层色谱法也是重要的预分离手段n n薄层色谱法的基本原理：薄层色谱法的基本原理：薄层色谱利用各物质之薄层色谱利用各物质之间化学结构所存在的差异，选择合适的吸附剂，间化学结构所存在的差异，选择合适的吸附剂，使不同的物质对吸附剂产生不同的亲和力，从而使不同的物质对吸附剂产生不同的亲和力，从而达到分离的目的。

达到分离的目的1-载气钢瓶；2-减压阀；3-净化干燥管；4-针形阀；5-流量计；6-压力表；4-针形阀；5-流量计；6-压力表；7-进样口；8-色谱柱9-热导检测器；10-放大器；11-温度控制器；12-记录仪；载气系统进样系统色谱柱检测系统温控系统气相色谱仪结构流程气相色谱仪结构流程气相色谱法（气相色谱法（GC）） 液体进样器液体进样器 不同规格的专用注射器，填充柱色谱常用10μL；毛细管色谱常用1μL；新型仪器带有全自动液体进样器，清洗、润冲、取样、进样、换样等过程自动完成，一次可放置数十个试样 气化室气化室 将液体试样瞬间气化瞬间气化的装置无催化作用温度控制系统温度控制系统 温度是色谱分离条件的重要选择参数； 气化室、分离室、检测器三部分在色谱仪操作时均需控制温度； 气化室：保证液体试样瞬间气化； 检测器：保证被分离后的组分通过时不在此冷凝； 分离室：准确控制分离需要的温度当试样复杂时，分离室温度需要按一定程序控制温度变化，各组分在最佳温度下分离；气相色谱检测器气相色谱检测器检测器特性检测器特性1.检测器类型检测器类型 浓度型检测器：浓度型检测器： 测量的是载气中通过检测器组分浓度瞬间的变化，检测 信号值与组分的浓度成正比。

热导检测器； 质量型检测器：质量型检测器： 测量的是载气中某组分进入检测器的速度变化，即检测信号值与单位时间内进入检测器组分的质量成正比 广普型检测器：广普型检测器： 对所有物质有响应，热导检测器； 专属型检测器：专属型检测器： 对特定物质有高灵敏响应，电子俘获检测器； 氢焰检测器的结构氢焰检测器的结构 (1) 在发射极和收集极之间加有一定的直流电压（100—300V）构成一个外加电场 (2) 氢焰检测器需要用到三种气体： N2 ：载气携带试样组分； H2 ：为燃气； 空气：助燃气 使用时需要调整三者的比例关系，检测器灵敏度达到最佳高效液相色谱法的特点(三高一快一广）n n高柱效高柱效n n高灵敏度高灵敏度n n高选择性高选择性n n分析速度快分析速度快n n应用范围广泛（可分析应用范围广泛（可分析80%80%有机化合物有机化合物）液相色谱法（液相色谱法（LC））HPLC与GC差别üü相同：兼具分离和分析功能，均可以检测相同：兼具分离和分析功能，均可以检测 üü主要差别：分析对象的差别和流动相的差别主要差别：分析对象的差别和流动相的差别1 1．．．．分析对象分析对象分析对象分析对象 GC GC：能气化、热稳定性好、且沸点较低的样品，：能气化、热稳定性好、且沸点较低的样品， 高沸点、挥发性差、热稳定性差、离子型及高沸点、挥发性差、热稳定性差、离子型及 高聚物的样品不可检测高聚物的样品不可检测 占有机物的占有机物的20%20% HPLCHPLC：溶解后能制成溶液的样品，：溶解后能制成溶液的样品， 不受样品挥发性和热稳定性的限制不受样品挥发性和热稳定性的限制 分子量大、难气化、热稳定性差及高分子分子量大、难气化、热稳定性差及高分子 和离子型样品均可检测和离子型样品均可检测 用途广泛，占有机物的用途广泛，占有机物的80%80%2 2．流动相差别．流动相差别．流动相差别．流动相差别vvGCGC：：流动相为惰性气体流动相为惰性气体ØØ组分与流动相无亲合作用力，只与固定相作用组分与流动相无亲合作用力，只与固定相作用 vvHPLCHPLC：：流动相为液体流动相为液体ØØ流动相与组分间有亲合作用力，为提高柱的选择性、流动相与组分间有亲合作用力，为提高柱的选择性、 改善分离度增加了因素，对分离起很大作用改善分离度增加了因素，对分离起很大作用ØØ流动相种类较多，选择余地广流动相种类较多，选择余地广ØØ流动相极性和流动相极性和pHpH值的选择也对分离起到重要作用值的选择也对分离起到重要作用 选用不同比例的两种或两种以上液体作为流动相选用不同比例的两种或两种以上液体作为流动相 可以增大分离选择性可以增大分离选择性3 3．操作条件差别．操作条件差别．操作条件差别．操作条件差别 GCGC：加温操作：加温操作 HPLC HPLC：室温；高压：室温；高压流程及主要部件1、流程、流程2、主要部件、主要部件 (1) 高压输液泵高压输液泵©主要部件之一，压力：150～350×105 Pa。

©为了获得高柱效而使用粒度很小的固定相（<10μm），液体的流动相高速通过时，将产生很高的压力，因此高压、高速是高效液相色谱的特点之一©应具有压力平稳、脉冲小、流量稳定可调、耐腐蚀等特性(2)梯度淋洗装置梯度淋洗装置外梯度外梯度: 利用两台高压输液泵，将两种不同极性的溶剂按一定的比例送入梯度混合室，混合后进入色谱柱内梯度内梯度: 一台高压泵, 通过比例调节阀,将两种或多种不同极性的溶剂按一定的比例抽入高压泵中混合(3) 进样装置进样装置 流路中为高压力工作状态 通常使用耐高压的六通阀进样装置 其结构如图所示：(4) 高效分离柱高效分离柱 柱体为直型不锈钢管，常轨内径1～6 mm，柱长5～40 cm发展趋势是减小填料粒度和柱径以提高柱效(5) 液相色谱检测器液相色谱检测器 a. 紫外检测器紫外检测器 应用最广，对大部分有机化合物有响应 特点：特点： 灵敏度高； 线形范围高； 流通池可做的很小（1mm × 10mm ，容积 8μL）； 对流动相的流速和温度变化不敏感； 波长可选，易于操作； 可用于梯度洗脱。

b. 光电二极管阵列检测器光电二极管阵列检测器紫外检测器的重要进展光电二极管阵列检测器：1024个二极管阵列，各检测特定波长，计算机快速处理，三维立体谱图，如图所示光电二极管阵列检测器光电二极管阵列检测器c. 示差折光检测器示差折光检测器 除紫外检测器之外应用最多的检测器； 可连续检测参比池和样品池中流动相之间的折光指数差值差值与浓度呈正比； 通用型检测器（每种物质具有不同折光指数） 灵敏度低、对温度敏感、不能用于梯度洗脱 偏转式、反射式和干涉型三种第四节第四节 风味物质的鉴定风味物质的鉴定n n在食品风味研究的全过程中，提取、化学分离及在食品风味研究的全过程中，提取、化学分离及色谱分离技术只完成了对风味混合物的分离和定色谱分离技术只完成了对风味混合物的分离和定量任务n n尽管依据标准样品的保留值，气相色谱也可以提尽管依据标准样品的保留值，气相色谱也可以提供一些定性信息，然而这种方法所能得到的定性供一些定性信息，然而这种方法所能得到的定性信息毕竟是有限的信息毕竟是有限的n n对有机化合物进行鉴定主要依靠现代定性分析仪对有机化合物进行鉴定主要依靠现代定性分析仪器：器：质谱、红外光谱、紫外光谱和核磁共振质谱、红外光谱、紫外光谱和核磁共振。

n n从四大谱联合定性信息的综合分析中获得准确的从四大谱联合定性信息的综合分析中获得准确的鉴定结果．鉴定结果．一、质谱法（一、质谱法（MS））n n质谱法质谱法(Mass Spectrometry)(Mass Spectrometry)是最有效的定性手段是最有效的定性手段之一，在定性分析四大谱中占有非常重要的位置之一，在定性分析四大谱中占有非常重要的位置质谱法是根据有机化合物的分子离子和碎片离子质谱法是根据有机化合物的分子离子和碎片离子所提供的信息来推测化合物的分子量和分子结构所提供的信息来推测化合物的分子量和分子结构的n n 最早的质谱仪主要是用于测定原子质量和同位素最早的质谱仪主要是用于测定原子质量和同位素的相对丰度的目前，已经出现了高分辨的双聚的相对丰度的目前，已经出现了高分辨的双聚焦质谱仪这种仪器能够分析复杂的有机化合物，焦质谱仪这种仪器能够分析复杂的有机化合物，并且分辨率高、重现性好，因而成为有机化合物并且分辨率高、重现性好，因而成为有机化合物定性分析的重要手段定性分析的重要手段n n质谱是最早实现和气相色谱仪联用的定性分析仪器n n色谱—质谱联用仪发挥了气相色谱法对复杂混合物的高效分离特长和质谱在鉴定化合物中的高分辨能力，提高了质谱分析的工作效率，扩大了应用领城。

目前，质谱法在食品风味物质的鉴定中扮演了十分重要的角色工作原理工作原理n n将已经通过气相色谱法或其它手段分离而得到的将已经通过气相色谱法或其它手段分离而得到的单一组分的样品直接引入质谱系统中单一组分的样品直接引入质谱系统中n n经过电子轰击后，样品组分分子发生电离和链断经过电子轰击后，样品组分分子发生电离和链断裂，转变成带电荷的分子离子和碎片离子在质裂，转变成带电荷的分子离子和碎片离子在质量分析器中，这些离子按照质荷比的大小顺序被量分析器中，这些离子按照质荷比的大小顺序被检测器所接受，并且将化学信号转变成电信号检测器所接受，并且将化学信号转变成电信号n n经过数据处理系统，绘制出有规律的质谱图根经过数据处理系统，绘制出有规律的质谱图根据质谱图所提供的信息，可以得到分子离子和碎据质谱图所提供的信息，可以得到分子离子和碎片离子的质荷比，依此推断样品组分的分子结构片离子的质荷比，依此推断样品组分的分子结构色谱色谱—质谱联用技术质谱联用技术n n对于复杂的多组分混合物的分析往往需要两种或两种以上的分析手段才能圆满完成定性和定量的任务这势必给整个分析造成了一定的困难n n因此，近代分析仪器发展的重要趋势就是将两种仪器联用，减少了各种分析手段的中间环节，从而避免了由此引起的分析误差。

n n近几十年来，色谱—质谱联用技术迅速发展n n气相色谱法具有灵敏度高、分离效率高、定量分析准确等特点；而质谱法的特点是鉴别能力强、响应速度快、适于对单一组分进行定性分析n n由于色谱和质谱都具备较高的灵敏度，两种仪器的最小检出量十分接近；与此同时，两个分析系统都要求样品必须转换成气体状态n n因此色谱、质谱的共性特点为联用技术的成功奠定了基础GC－MS）n n色谱—质谱联用综合了两种分所技术的优势，弥补了相互问的不足之处，实现了多组分混合物的一次性定性、定量分析色谱—质谱联用技术已经发展成为剖析复杂未知化合物的最有效的近代分析手段之一 n n目前，色谱—质谱联用技术日趋成熟，特别在解决复杂化合物的分析中显示出其它任何分析手段都不能与之相比的优点n n因此，色谱—质谱联用技术在食品风味研究中表现出得天独厚的优势色谱色谱—质谱联用仪的工作原理质谱联用仪的工作原理n n一个复杂的多组分混合物样品经过色谱分离后，每个组分在载气的携带下按照不同的保留时间流出色谱柱，然后通过接口(中间装置)进入质谱仪的离子源，经过质谱快速扫描后得到单一组分的质谱图，以此作为定性分析的依据．二、红外光谱法二、红外光谱法n n红外光谱法(Infrared Spectroscopy)是利用物质对红外辐射(波长0.75μm－1000μm，波数1.0－13158cm-1)的吸收所给出的特征吸收光谱进行结构分析的一种手段。

n n单独使用红外光谱很难完成一个未知化合物的鉴定任务它的重要作用在于提供分子中可能存在的官能团、环和双键的结构信息和化合物的“指纹”特征n n因此，红外光谱是重要的结构分析手段之一GC－IR分析也在迅速发展工作原理工作原理n n 物质的分子总是在不停地运动，在正常的情况下物质的分子总是在不停地运动，在正常的情况下分子处在一定的能量状态中从量子化的观点出分子处在一定的能量状态中从量子化的观点出发，分子所具有的能量是量子化的，亦称为能级发，分子所具有的能量是量子化的，亦称为能级分子具有不同类型的运动，分子内各原子的运动分子具有不同类型的运动，分子内各原子的运动都具有相应的能极都具有相应的能极n n当分子受到一定波长的红外光谱照射时，如果与当分子受到一定波长的红外光谱照射时，如果与分子中某个官能团的振动频率相一致时，两者则分子中某个官能团的振动频率相一致时，两者则产生共振此时分子将选择性地吸收相应频率的产生共振此时分子将选择性地吸收相应频率的红外光于是，分子的能态将发生变化，由低能红外光于是，分子的能态将发生变化，由低能极向高能极跃迁极向高能极跃迁n n红外光谱主要反映了分子中振动能级的变化，因而又称为振动光谱。

n n绝大多数有机化合物的官能团的振动光谱都出现在中高红外区(4000-1300cm-1)在中低红外区(1300-400cm-1)出现的许多吸收场其位置、强度和形状随一个具体化合物而变化，好像每个人的“指纹”一样，称为分子的“指纹”区这就是红外光谱分析的基本原理．三、核磁共振法（三、核磁共振法（NMR））n n核磁共振法(Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy)是研究原子核与化学环境关系的，可以测量化合物不同能态间的差别，是有机化学结构分析的有力手段n n具有核磁性的原子系统处在某个静磁场中，受到相应频率的电磁波作用，于是核磁由从低能级向高能级跃迁称之为共振跃迁现象n n因此，通过核磁共振法获得的物理参数可以得到有机化合物的结构信息n n与大多数有机化合物一祥，食品风味物质普遍存在着的氢、碳原子，借助核磁共振，可以确定常见官能团的化学环境，由此跟踪化学反应的进程1952年诺贝尔物理奖年诺贝尔物理奖：授予Bloch和Purcell，以表彰他们观察到核磁共振现象(1945年)1991年诺贝尔化学奖年诺贝尔化学奖：授予Ernst教授，以表彰他对二维核磁共振理论及傅里叶变换核磁共振的贡献2002年诺贝尔化学奖年诺贝尔化学奖：授予维特里希，以表彰他发明利用核磁共振技术测定溶液中生物大分子三维结构的方法2003年诺贝尔医学奖年诺贝尔医学奖：授予劳特布尔和曼斯菲尔德，以表彰他们在核磁共振成像方面突破性成就诺贝尔奖与核磁共振诺贝尔奖与核磁共振四、四、 紫外光谱法紫外光谱法(UV)n n紫外吸收光谱(Ultraviolet Spectrophotometry)也可以提供有机化合物的一些结构信息。

n n紫外吸收光谱对含有生色团、助色团、共轭双键和芳环及其衍生化合物，具有特定的结构鉴别能力n n当食品风味研究需要这方面的定性信息时，紫外吸收光谱便成为不可缺少的工具。