主题：【第十一届原创】SPME-GCMS提取分析口香糖香气成分

SPME-gcMS提取分析口香糖香气成分

前  言
口香糖是一种常见而受大家喜欢的糖果，一般是由木糖醇和其它甜味剂、山梨糖醇、D-甘露糖醇、麦芽糖醇、阿拉伯胶、巴西棕榈蜡、色素、胶基和香精等组成。因为口香糖含有胶基、蜡等，无法直接用溶解进行gcMS分析其香气成分。其香气成分很复杂，基质干扰也很大，香气化合物的极性相差较大，沸点范围很宽，从很容易挥发的化合物到沸点高难以挥发的化合物，所涵盖的化合物这类很多。也无法直接进样，需要进行适当的提取后供gc-MS分析。所以必须选择适当的提取来得到香气成分，既能得到香气成分，又不会污染系统，然后再进行gcMS分析。有多种样品处理方式，例如静态顶空，对极易挥发的组分效果好，但灵敏度差，对稍高沸点化合物效果差。溶剂液液萃取，虽然可以萃取到有效成分，但胶基和蜡对进样口及其分流管路污染很大或损坏，基质也干扰测定。同时蒸馏萃取可能对有些成分提取不到或引起变化。固相萃取不是液体不好做。吸附搅拌子需要热脱附等设备。固相微萃取简单易于操作灵敏度高。本文探讨利用固相微萃取SPME提取分析口香糖香气成分。
1试验部分
1.1 仪器与装置
美国安捷伦6890N/5973I气相色谱-质谱联用仪，安捷伦6890N气相色谱仪（配FID检测器）。
固相微萃取萃取头采用DVB/CAR/PDMS，30/50μm,2cm(美国Supelco公司)。
1.2样品和标样、试剂
西瓜口味口香糖样品，市场样，来自某超市。
所有香气化合物标准品均来自Sigma-Aldrich等主要试剂公司，少数为实验室内部精制标样。C6-C30正构烷混合标准物来自安谱公司。
1.3 gc/MS条件

1.3.1 色谱条件:
色谱柱： HP-Innowax(60m×0. 25 mm ( i.d.)×0.25μm)毛细管柱（用于gcMS分离）；
HP-Innowax (30m×0. 25 mm( i.d.)×0.25μm)毛细管柱（用于gc-FID分离）；
升温程序： 40℃保持2 min，以5 ℃/min升至250℃，保持26 min；
载气（He, 纯度99.999%以上）流速1.8 mL/min（用于gcMS分离）;
载气（N2, 纯度99.999%以上）流速1.2 mL/min（用于gc-FID分离）;
进样口温度250℃，不分流进样；
检测器：FID， 氢气：30ml/min, 空气：350ml/min, 尾吹：N2，30ml/min, 温度：270℃。
1.3.2质谱条件:
电子轰击（EI）离子源；电子能量70eV；传输线温度280℃；离子源温度230℃；
四级杆温度150℃。SCAN扫描范围：29-400。EMV：1600V。
1.4样品处理及分析方法
1.4.1固相微萃取
取一颗口香糖切碎，约1g放入20ml顶空瓶中，插入萃取头。平衡时间：30min, 平衡温度：40，60，80度，提取时间：20，40，60min，解析温度：250度，解析时间1，2，3min,。萃取头：DVB/CAR/PDMS，65μm,2cm。（gc-FID和gcMS的SPME提取条件一样，分别进样。）
1.4.2在分析样品前，和样品分析完全相同的条件下，用0.05%的C6-C30的正构烷标样注射到gcMS，获得正构烷的保留时间，用于计算保留指数。分析样品后，用软件计算样品各个组分的保留指数，并和标样的保留指数对比来，结合质谱来定性。
事先也用同样方法测定标样的保留指数备用。
2 结果与讨论
2.1 固相微萃取SPME提取条件大致初步优化
2.1.1萃取头选择：在相同条件（平衡温度：60度；提取时间：40min）下比较三种萃取头，PDMS，PDMS/DVB, DVB/CAR/PDMS，发现DVB/CAR/PDMS提取得到的组分峰最多，可能是口香糖的香气化合物的极性相差较大，沸点范围很宽，从很容易挥发的化合物到沸点高难以挥发的化合物，所涵盖的化合物这类很多有关。并直接选用2cm长度的萃取头，没有选用1cm萃取头，以提高灵敏度。
2.1.2平衡温度：选择40，60，80度三种温度观察，40度对于后面沸点较高的组分的响应低一些，60度的高低沸点组分响应都要好一些，80度对于一些易挥发低沸点组分有所损失。最后选用60度提取。
2.1.3提取时间：选择20，40，60min，发现20min提取不完全，40和60min峰数目和响应差别不大，为节省时间，最后选用40min来提取。
2.1.4样品量：由于口香糖在水中的溶解性不高，不能放入太多的样品。0.5g样品量提取的峰响应略有点小，1g响应比较好，1.5g响应稍微大些，但并不成倍数比例增加，2g样品溶解不好。最后选1g样品量来提取。
2.1.5解析时间：选择1，2，3min进行观察，发现1min以上解析时间峰数或峰响应并未增加，说明1min时间足够。
2.2 固相微萃取SPME总离子色谱图（TIC）
固相微萃取SPME总离子色谱图（TIC）如下：

图1 西瓜味口香糖固相微萃取SPME总离子色谱图（TIC）

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从上面的TIC图看出来，固相微萃取SPME得到香气化合物比较丰富，峰数目较多。特别是后面的沸点高一些组分的提取效果也很好，响应高。总体灵敏度不错。

2.3数据处理：
先用Amdis质谱数据解卷积处理质谱数据，减少本底干扰，对共流出峰拆分，提取出大峰下面的峰或隐藏在里面的色谱峰。同时用Amdis的MSL质谱数据库和工作站的PBM（L）质谱数据库检索，并结合保留指数来鉴定峰。所有保留指数均由标准样品测定。极少数没有保留指数的化合物，参照其它资料和以往的经验，在保证良好匹配度的情况下确认。由于FID的动态线性范围很宽，香气样品的含量范围较宽，一般用气相色谱FID来定量，而不用质谱总离子(TIC)来定量。用FID检测器的结果计算西瓜口香糖样品组分的含量。

Amdis拆分了9对共流峰，例如18.78, 19.08, 20.07, 31.40, 32.28（靠基线小峰）,33.41（大峰里面小峰）, 34.43（大峰里面小峰）,42.01, 55.26min。

图2 Amdis拆分例子1

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图3 Amdis拆分例子2

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除去一些烷烃，萘类衍生物等基质带来的化合物外（已经删掉），这款口香糖共鉴定了112个组分。

含量参见下表。此西瓜味口香糖含清凉的薄荷酮，薄荷脑，WS23清凉剂，乙酸薄荷酯，柠稀，异松油烯，长叶烯及其它萜烯等薄荷油成分；含瓜香特征的西瓜醛，包括四个异构体和杂质；丰富的酯类香气物质，例如乙酸乙酯，丁酸乙酯，乙酸异戊酯，丁酸异戊酯，乙酸己酯，乙酸己烯酯异构体等。溶剂为三醋酸甘油酯，里面的二醋酸甘油酯，单醋酸甘油酯是其杂质。BHT为抗氧化剂。

2.4 口香糖成分

表 口香糖成分表

			FID
No	RT	Name	Area%
1	5.97	ETHYL ACETATE	0.403
2	7.46	ETHYL PROPIONATE	0.153
3	7.65	ETHYL ISOBUTYRATE	0.081
4	8.96	ISOBUTYL ACETATE	1.664
5	9.74	ETHYL BUTYRATE	7.625
6	10.19	ETHYL METHYLBUTYRATE-2	0.048
7	10.52	BIS-3-METHYLBUTYL ETHER	0.003
8	10.92	BUTYL ACETATE	0.267
9	12.84	ISOAMYL ACETATE	7.061
10	14.43	PHELLANDRENE ALPHA	0.006
11	14.84	AMYL ACETATE	0.004
12	15.41	METHYL CAPRONATE	0.048
13	15.82	LIMONENE	0.290
14	16.07	ISOAMYL ALCOHOL	0.039
15	16.13	EUCALYPTOL	0.014
16	16.22	PHELLANDRENE BETA	0.009
17	16.71	BUTYL BUTYRATE	0.056
18	17.39	ETHYL CAPRONATE	0.820
19	18.78	MENTHADIENE, 3,8-P-	0.012
20	18.78	ISOAMYL BUTYRATE	1.582
21	19.08	CYMENE, P-	0.007
22	19.08	HEXYL ACETATE	1.209
23	19.27	ISOAMYL METHYLBUTYRATE-2	0.007
24	19.49	TERPINOLENE	0.003
25	19.74	MENTHADIENE, 2,4(8)-P-	0.006
26	20.07	ISOAMYL ISOVALERIANATE	1.185
27	20.07	BUTYL 3-METHYLBUTYRATE, 2-METHYL-	1.136
28	20.64	HEXENYL ACETATE, 3E-	0.006
29	21.03	HEXENYL ACETATE, 3Z-	0.355
30	21.94	METHYL HEPTENONE, 6,5,2-	2.987
31	22.38	ALCOHOL C 6	0.009
32	22.63	MELONAL	0.763
33	23.80	HEXENOL, 3Z-	0.294
34	24.56	ETHLENE GLYCOL MONOBUTYL ETHER	0.007
35	25.98	ETHYL CAPRYLATE	0.010
36	26.56	Melonal isomer 1	0.092
37	26.94	ACETIC ACID	0.062
38	27.12	Melonal Isomer 2	0.227
39	27.27	MENTHONE	0.144
40	27.76	OCTYL ACETATE, 1-	0.244
41	28.00	SATIVENE, CYCLO-	0.045
42	28.16	MENTHOFURAN	0.009
43	28.45	ISOMENTHONE	0.025
44	28.72	LONGICYCLENE	0.416
45	29.63	Abitol I	0.541
46	29.73	LONGIFOLENE, ISO-	0.051
47	29.91	BENZALDEHYDE	0.563
48	30.69	Melonal isomer 3	0.404
49	31.03	METHYL 3E-NONENOATE	0.102
50	31.40	MENTHYL ACETATE	0.058
51	31.40	ISOPULEGOL, NEO-	0.063
52	31.70	ISOPULEGOL	5.353
53	32.09	MENTHANYL FORMATE, 2-P-NEO	0.244
54	32.28	Melonal isomer 4	0.033
55	32.28	NONADIENAL, 2E,6Z-	0.009
56	33.14	METHYL NONENOATE-2	14.300
57	33.14	Caryophyleine-(I3)	0.000
58	33.92	NONANAL 1,2-PROPYLENE GLYCOL ACETAL P.1	0.085
59	34.04	BUTYRIC ACID	0.026
60	34.43	MENTHOL	15.228
61	34.43	PANASINSENE, ALPHA-	0.010
62	35.04	1,3-Propanediol, diacetate	0.013
63	35.27	DOWANOL DPnB	0.020
64	35.43	CURCUMENE, DIHYDRO-AR-	0.023
65	36.53	TERPINEOL, ALPHA-	0.036
66	36.64	BORNEOL	0.007
67	37.07	HIMACHALENE, BETA-	0.025
68	37.29	ACETYLFURAN-2	0.003
69	37.45	ZINGIBERENE	0.006
70	37.61	MUUROLENE, ALPHA-	0.023
71	37.91	BENZYL ACETATE	1.906
72	38.02	CARVONE	0.012
73	38.29	DECANAL PROPYLENE GLYCOL ACETAL P.2	0.004
74	38.42	STYRALLYL  ISOBUTYRATE	0.022
75	38.78	GERANYL ACETATE	0.059
76	39.28	CADINENE, GAMMA-	0.016
77	39.46	CURCUMENE, ALPHA-	0.016
78	39.66	METHYL SALICYLATE	0.004
79	40.29	1-Methoxy propane-2,3-diol Diacetate	0.036
80	40.63	ARBOROMA	0.113
81	41.14	DAMASCENONE, BETA-	0.046
82	41.60	CALAMENENE, CIS-	0.030
83	42.01	ETHYL LAURATE	0.071
84	42.01	COOLING AGENT WS23	5.784
85	42.01	CAPRONIC ACID	0.082
86	42.19	IONONE, ALPHA-	0.020
87	42.90	HIMACHALENE, AR-	0.014
88	43.13	BENZYLALCOHOL	1.368
89	44.40	BHT	1.325
90	44.58	BORNYL SALICYLATE	0.038
91	47.72	ETHYLMALTOL	0.801
92	48.34	ETHYLGUAIACOL, 4-	0.026
93	49.18	CAPRYLIC ACID	0.066
94	49.84	TRIACETIN	16.488
95	50.42	MENTHOL, 8-HYDROXY, NEO-	2.309
96	52.04	DECALACTONE, GAMMA-	0.053
97	52.22	SCLAREOLOXIDE	0.058
98	52.52	PELARGONIC ACID	0.081
99	52.67	SCLAREOLOXIDE	0.032
100	52.93	MENTHOL, 8-HYDROXY-	0.922
101	53.47	MENTHANEDIOL, 2,8-P- P.1	0.089
102	54.38	GLYCERIN DIACETATE  (DIACETIN)	0.032
103	55.13	Abitol 4	0.025
104	55.26	PHENOL, 2-TERT.-BUTYL-5-METHYL-	0.027
105	55.26	MONOACETIN	0.007
106	55.46	GAMMA UNDECALACTONE	1.121
107	55.68	CAPRIC ACID	0.076
108	59.75	DODECALACTONE, DELTA-	0.012
109	59.99	BENZOIC ACID	0.025
110	60.67	LAURIC ACID	0.043
111	62.13	VANILLIN	0.043
112	64.06	MYRISTIC ACID	0.022
99.98