南京工业大学周浩力教授等:渗透汽化结合SLE-GC-MS分析乙醇对吐鲁浸膏特征香气物质提取的影响

2023-08-29作者:来源:责任编辑:食品界 字体A+AA-

吐鲁浸膏是采用乙醇溶剂浸提蝶形花科植物吐鲁香膏树干渗出液而得到的棕黄色黏稠状膏体。膏体呈桂甜和淡花香,带有香荚兰豆香韵和浓重的桂辛香味,香气似风信子样的花香和无花果样气息,留香持久且平和,其提取物常被用于食用香精、香水香精中。除了植物蜡、色素、糖类等难挥发组分外,吐鲁浸膏中挥发性、半挥发性物质是构成和影响其质量的主要因素。渗透汽化(PV)是一种以分离材料为基础的新型膜分离技术,具有分离条件温和、对热敏性香味物质无热破坏、能耗低、无需额外溶剂或吸附剂、可连续操作等优点,近年来逐渐成为分离科学与食品科学领域共同关注的热点。

南京工业大学的姚忠、周浩力*和江苏中烟工业有限责任公司的廖惠云*等人基于化学计量学在香味成分、代谢产物差异性等方面研究基础,使用PV技术对不同浓度吐鲁浸膏样品溶液进行处理,得到截留液和透过液,对其进行感官评价和GC-MS分析。得到样品溶液感官特征与香气化合物组成及含量信息后,利用PCA、聚类热图和正交偏最小二乘判别分析(OPLS-DA)等手段探究不同浓度样品目标组分差异,结合偏最小二乘回归(PLSR)分析感官属性与特征香气物质之间相关性,以香气特征为主导,明确关键特征成分对吐鲁浸膏风味的贡献程度,旨在为吐鲁浸膏感官品质研究和精细化加工提供指导。

1 分析方法重复性验证

以吐鲁浸膏样品TCS1为对象,按照上述样品前处理方法分别隔日进行3 次处理,透过液和截留液的GC-MS总离子流图如图1所示,计算共有色谱峰相对于内标色谱峰含量比值的相对标准偏差(RSD),考察分析方法的重复性。依据匹配度不小于80%的原则,透过液中鉴定出138 个共有色谱峰,其中有126 个组分的含量RSD介于0.07%~9.04%之间,其余12 个组分介于10.35%~17.44%之间;截留液中鉴定出129 个共有色谱峰,其中有119 个组分的含量RSD介于0.04%~9.38%之间,其余10 个组分介于10.49%~17.17%之间。以上结果表明,所有组分的RSD都小于18%,对于微量目标组分的量化分析而言,表明方法具有很好的稳定性和重复性,所采集的数据可用于进一步研究与分析。本研究认为通过多元数据分析造成的数据误差是由样品本身差异造成的,而非系统或分析造成的误差。

2 样品感官评价结果

对不同乙醇体积分数的吐鲁浸膏样品经PV处理得到的透过液和截留液,通过DSA手段对树脂香、清香、果香、辛香、木香、花香、豆香、奶香、膏香和甜香10 个呈香属性进行评价和比较,结果如图2所示。样品透过液以膏香、甜香和辛香为主,果香、清香、树脂香和奶香为辅,豆香、花香和木香香韵较弱,其中不同乙醇体积分数样品溶液之间膏香呈极显著差异,甜香、清香、辛香和木香呈显著差异;表现在随着乙醇体积分数增大,渗透液的膏香降低趋势明显,甜香、清香、辛香和木香也呈现一定降低趋势,其余香韵变化不显著。


3 样品挥发性、半挥发性物质测定

采用NIST17和FLAVOR2数据库,结合保留指数对吐鲁浸膏透过液和截留液中挥发性、半挥发化合物进行定性分析,结果如表1所示。吐鲁浸膏透过液和截留液中共检测出92种物质成分,其中醇类9种、酯类32种、醛类7种、酮类11种、酸类5种、酚类7种、烯烃类14种和其他类7种。

4 不同乙醇体积分数样品物质差异分析

PCA和聚类热图分析

采用metaboanalyst在线对5个不同乙醇体积分数吐鲁浸膏样品透过液和截留液进行无监督的PCA和聚类热图分析。如图3所示,根据PCA结果,2个PC的贡献率(PC1为55.6%,PC2为19.6%)占方差的75.2%,能反映出样品的总体特征。


如图4所示,低、中乙醇体积分数吐鲁浸膏样品整体上色块颜色强度要深于高乙醇体积分数吐鲁浸膏样品,说明前者样品中目标组分含量整体上要高于后者,同体积分数吐鲁浸膏样品的透过液和截留液较为一致,其中低、中乙醇体积分数吐鲁浸膏样品大体聚为一类,高乙醇体积分数吐鲁浸膏样品大体聚为另一类,这与PCA结果相对应。结果证明体积分数因素对样品目标组分分离的影响要大于PV技术本身的选择性。

OPLS-DA结果

OPLS-DA属于有监督的分析方法,可以剔除与样品分组无关的因素,能够准确地区分两组之间的差异。由模型得分情况(图5a)可知:所有样本均在95%置信区间内,低、中乙醇体积分数吐鲁浸膏样品分布在左侧,高乙醇体积分数吐鲁浸膏样品分布在右侧,得分图展示了不同乙醇体积分数样品能够得到有效区分。进一步,采用200 次响应的置换检验证模型是否过拟合。Q2分别为0.757、1.0和0.890,代表该模型较可靠。如图5b所示,Q2的回归线截距为负值,且所有的R2值和Q2值均是模拟值低于原始值,上述结果说明该模型稳定性较好,未出现过拟合现象,具有较好的预测能力。


VIP值通常可用于筛选对不同乙醇体积分数吐鲁浸膏样品透过液和截留液呈香轮廓有重要影响的关键物质组分。如图6a所示,43 个VIP值大于1的挥发性、半挥发性化合物在判别中具有重要作用,其中有22 个化合物属于酯类物质。方差分析结果表明,除了B22(脱氢枞酸甲酯)、B25(2-棕榈酸单甘油酯)、B8(肉桂酸乙酯)、A2(苏合香醇)、G4(异长叶烯)、E3(异香草酸)、B11(香草酸乙酯)、B4(苯甲酸乙酯)和H5(甲氧苄啶)等组分具有显著差异(P<0.05)外,其余组分都具有极显著差异(P<0.01)。结合因子载荷图(图6b),红色标记的为VIP值大于1的关键组分,除了右侧A2(苏合香醇)外,其余42 种组分皆位于左侧,其在低、中乙醇体积分数吐鲁浸膏样品(TS1~TS3)透过液和截留液中的含量都高于高乙醇体积分数样品,进一步证实了通过PV技术对吐鲁浸膏进行处理,可通过改变乙醇体积分数针对性分离目标物组分,为精细化加工吐鲁浸膏提供技术依据。


5 感官属性与物质组分相关性分析

为明确对吐鲁浸膏样品感官属性呈现显著贡献的香气物质,以92 种挥发性、半挥发性组分(表1中序号)为自变量(X),10 种感官属性为因变量(Y),运用PLSR(多因变量)对不同乙醇体积分数吐鲁浸膏样品透过液和截留液进行相关性分析。如图7所示,结果表明:前两个PC累计解释X变量的方差为62%,大部分组分位于内部和外部椭圆之间,r2分别为0.5和1.0,表明模型可很好地解释这些变量,但Y变量只有膏香属性位于两椭圆之间,其余感官属性位于内部椭圆内,说明模型对感官属性的解释性不强。膏香、清香、树脂香、辛香、花香和木香位于PC1的左侧,更大程度上凸显低、中乙醇体积分数吐鲁浸膏样品整体香韵,而甜香、奶香、果香和豆香位于PC1的右侧,更大程度上凸显高乙醇体积分数吐鲁浸膏样品整体香韵。

结论

使用PV技术对5 种不同乙醇体积分数处理的吐鲁浸膏样品溶液进行处理,得到截留液和透过液,感官评价表明,样品溶液以膏香和甜香为主,树脂香、果香、清香和辛香为辅,奶香、花香、豆香和木香香韵相对较弱;采用液液萃取-GC-MS对样品溶液中香气物质进行鉴定分析,共检出92 种物质,醇类9 种、酯类32 种、醛类7 种、酮类11 种、酸类5 种、酚类7 种、烯烃类14 种和其他类7 种,其中酯类、醇类物质含量较多,其含量占比大于55%,酸类、醛类、酚类、其他类和烯烃类紧随其后,酮类含量相对低;PCA和聚类热图分析显示低、中乙醇体积分数和高乙醇体积分数吐鲁浸膏样品分别聚为一类,且前者物质组分含量整体高于后者,证明了浓度因素对样品目标组分分离的影响要大于PV技术本身的选择性;OPLS-DA筛选出43 个VIP值大于1的挥发性、半挥发性化合物,且其在低、中乙醇体积分数吐鲁浸膏样品透过液和截留液中的含量都高于高乙醇体积分数样品;经PLSR分析,确定吐鲁浸膏中分别有24、6、2 种和19 种特征呈香物质与膏香、树脂香、清香和辛香对应呈显著正相关性,而与甜香、果香、奶香、花香、豆香和木香相关性不明显。研究结果为吐鲁浸膏感官品质研究和精细化加工提供技术依据,同时也为天然浸膏类提取物组分分离和香气物质研究提供思路借鉴。


本文《渗透汽化结合SLE-GC-MS分析乙醇对吐鲁浸膏特征香气物质提取的影响》来源于《食品科学》2023年44卷10期240-248,作者:姚忠,刘琪,张华,李炜,冒顾政,朱怀远,廖惠云,周浩力。DOI: 10.7506/spkx1002-6630-20220705-049。