一种利用SPME手段对香辛料精油质控的方法与流程

本发明涉及精油成本控制领域，具体涉及一种利用spme手段对香辛料精油质控的方法。

背景技术

天然香料指以动植物的芳香部位为原料，经过简单加工制成的原始状态香料，其形态大多保留了植物固有的一些外观特征。可将天然香料分为动物性天然香料和植物性天然香料。动物性天然香料是从动物的生殖腺分泌物中获得的有香物质。常用的有麝香、灵猫香、海狸香和龙诞香等，但动物性天然香料的产量极少、价格极高，多被用于香水和高级化妆品中。植物性天然香料是由植物的花、叶、茎、根和果实，或者树木的叶、树皮、树根、木质中提取出来的易挥发芳香组分的混合物。

天然香料在药理中具有一定的作用，如助消化、健胃、驱风、解痉挛、治风湿和利尿、抗肿瘤、芳香治疗等；在食品中，可用于调味调香，防腐抑菌，抗氧化。

法国是天然香料生产量最大、最为发达的国家。其天然香料的企业主要分布在东部地中海沿岸。法国的天然香料产商较多在巴西等地设立工厂，对天然香料进行粗品加工，然后再运回法国精制后远销他国。摩洛哥也是生产天然香料的重要国家之一，摩洛哥是以香料蒸馏与果汁浓缩同时进行生产为特点。美国每年进口和出口天然香料的数额都比较大，是天然香料的生产和消费大国。但美国每年生产的品种却并不多，如柠檬油、甜橙油等，但其销量均世界第一。除此之外还有保加利亚、意大利、日本、瑞士等国家对国际天然香料的生产和销量做出了重大的贡献。

近年来，较多发达国家对天然香料的应用研究都很活跃，主要的研究领域为天然香料的功能性，如抗衰老、抗癌性等；和提高生产天然香料的产率、回收率、综合利用、深度加工、开发具有特色功效的高效附加值产品。

我国全国占地面积大，地域宽广，但因气候和地形地貌的地理环境因素，天然香料主要产地集中在长江以南的地区，如广西、云南、江苏、湖南等。我国的天然香料主要出口至美国、日本两个国家，在国际上的市场所占的份额仍较少，与法国等已有深厚的天然香料文化的国家相比，中国的天然香料与天然香料加工品的生产工艺、产品质量、功效研究等仍有距离。随着人们的生活水平逐渐提高，“天然”的概念逐渐被人们所提出引用，对天然产品的需求也在不断的增加，如天然食品、天然化妆品、天然香水等；随着天然产品的发展趋势，国际天然香料市场对产品的要求也在提高，如产品安全、产品多样化、全天然、标准化等。近几年国际香料突飞猛进，世界天然香料产量正以每年10％至15％的速度递增。而我国是拥有丰富天然香料植物资源的国家，据不完全统计，我国现已被开发利用的天然香料近200种，待开发的种类约有100种。天然香料已在食品、医药、香烟、日用化工品领域得到了越来越广泛的应用。香料市场竞争激烈，国内香料的生产发展迅速，我国境内的香料植物品种多,分布广泛。天然香料精油也随之不断地被开发应用，但是作为香料的使用者，外界对新开发的香料认知仍存在欠缺，存在着一下一些问题：

(1)不同工艺、产地、季节、购买地等条件，对天然香料精油的质量具有不同的影响。

(2)市面上对不普及的香型精油普遍存在掺假、造假现象，如欧芹，称法国香菜，但在国内不普及，因此购买欧芹精油时，很多店家会使用中国芹菜精油代替欧芹精油。

(3)因命名不规范，而造成了市售香料混淆，如豆蔻，市售就有土豆蔻、草寇、红蔻、白蔻等。西餐常用料，牛至就有甘牛至和牛至两种，两种并不相同。

(4)对一些香料，不同采集部位甚至都有很大的成分差别

因此需要对精油进行精确的成分分析，但目前的香辛料通常都是不能直接用gc-ms进行分析的，通常的做法就是提取精油后进行分析。但这种做法费时费力，成本高，设备要求高，使用比较大量的有机溶剂。

有鉴于此，急需对现有的精油分析方法进行改进，以方便操作，提高分析结果和准确度。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是现有的精油定性方法存在结果不准确的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种利用spme手段对香辛料精油质控的方法，具体包括以下步骤：

对待检测的香辛料进行烘焙干燥，打粉过筛，装瓶，形成香精样品；

对萃取针老化至无污染状态；

对香精样品进行spme萃取；

对萃取饱和针头进行gc-ms分析，得到总离子流图，将测得数据形成的总离子流图与参考香料的总离子流图进行对比分析，根据就主峰重合度高和丰度确定检测香料和参考香料的成分是否一致。

在另一个优选的实施例中，在萃取前，待恒温装置温度升至预定温度后，将香精样品置入恒温装置中，水浴加热，进行香气平衡；

待香气平衡，对香精样品进行spme萃取，将萃取针从gc的前进样口的隔垫中取出，通过瓶盖上的塑料薄膜插入样品瓶中，推出纤维头，进行顶空萃取，纤维头不可碰到样品，顶空萃取结束后，将纤维头抽回，从样品瓶中拔出纤维头；

对萃取饱和针头进行gc-ms分析时，将纤维头插入gc的前进样口，将纤维头推出，使纤维头上所吸附的挥发性成分瞬间气化、解吸，同时启动ms采集数据，90s后将纤维头抽回，将顶空萃取装置取出。

在另一个优选的实施例中，前进样口温度为230℃～250℃，纤维头进行老化的温度为250℃，老化时间为60min。

在另一个优选的实施例中，香气平衡温度为60℃，平衡时间为40～60min，恒温介质为水，顶空萃取针萃取时间40～60min。

在另一个优选的实施例中，检测的香料为2g，样品瓶的容量为4g。

在另一个优选的实施例中，进样时间75s，载气为高纯氦气，载气流速1ml/min，10分流进样。

在另一个优选的实施例中，顶空萃取过程中的质谱条件：绝对真空，离子源为ei源，离子源温度为230℃，四级杆温度为150℃。

在另一个优选的实施例中，色谱条件：柱流速为1ml/min；滞留时间3.88min；柱箱参数设定：柱箱温度为50℃，平衡时间为3min，保持时间5min；第一阶段升温速率4℃/min，升至110℃，保持时间10min；第二阶段升温速率5℃/min，升至210℃，保持时间10min；第三阶段升温速率10℃/min，升至250℃，保持15min，整个样品运行时间79min。

在另一个优选的实施例中，质谱仪的参数设定为：溶剂延迟时间为2min；采集模式选择全扫描模式；扫描质量数范围为“33～350”；扫描开始时间为2min；阈值为150；频率为2。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、只需对香辛料进行打粉处理，免去了提取的过程，节省时间，避免使用有机溶剂，对设备零要求；

2、对香辛料建立企业内部谱图库，对假精油可以快速比对判定；

3、对因名称造成的混乱可以起到区分作用，有利于精油的规范化分类；

4、对不同产地的天然物起到鉴定鉴别作用。

附图说明

图1为迷迭香60℃，10分流spme与迷迭香油的总离子流图；

图2为香砂spme的三次平行实验的总离子流图；

图3为母丁香总离子流图和公丁香总离子流图；

图4为欧芹spme总离子流图和法国欧芹草油总离子流图；

图5为肉豆蔻、白豆蔻、草豆蔻、红豆蔻总离子流图；

图6为广东八角茴香油总离子流图和安徽八角茴香油总离子流图。

具体实施方式

本发明提供了一种利用spme手段对香辛料精油质控的方法，只需对香辛料进行打粉处理，免去了提取的过程，节省时间，避免使用有机溶剂，对设备零要求；对香辛料建立企业内部谱图库，对假精油可以快速判定；对因名称造成的混乱可以起到区分作用，有利于精油的规范化分类。下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明做出详细说明。

气质联用仪是指将气相色谱仪和质谱仪联合起来使用的仪器，这两者的有效结合为化学家及生物化学家提供一个进行复杂有机化合物高效的定性、定量分析工具。气质联用仪被广泛应用于复杂组分的分离与鉴定，其具有gc(气相色谱仪)的高分辨率和质谱仪的高灵敏度，是生物样品中药物与代谢物定性定量的有效工具。

如图1所示，本发明提供的一种利用spme手段对香辛料精油质控的方法，具体包括以下步骤：

对待检测的香辛料进行烘焙干燥，打粉过筛，装瓶，形成香精样品；

对萃取针老化至无污染状态；

对香精样品进行spme萃取；

对萃取饱和针头进行gc-ms分析，得到总离子流图，将测得数据形成的总离子流图与参考香料的总离子流图进行对比分析，根据就主峰重合度高和丰度确定检测香料和参考香料的成分是否一致。

其中，在萃取前，待恒温装置温度升至预定温度后，将香精样品置入恒温装置中，水浴加热，进行香气平衡；

待香气平衡，对香精样品进行spme萃取，将萃取针从gc的前进样口的隔垫中取出，通过瓶盖上的塑料薄膜插入样品瓶中，推出纤维头，进行顶空萃取，纤维头不可碰到样品，顶空萃取结束后，将纤维头抽回，从样品瓶中拔出纤维头；

对萃取饱和针头进行gc-ms分析时，将纤维头插入gc的前进样口，将纤维头推出，使纤维头上所吸附的挥发性成分瞬间气化、解吸，同时启动ms(质谱仪)采集数据，90s后将纤维头抽回，将顶空萃取装置取出。

其中，顶空萃取针形状类似色谱注射器，有手柄(holder)和萃取头两部组成，萃取头是涂油不同色谱固定相的石英纤维头(fiber)，而纤维头则被一根1cm长的不锈钢细管套着，在不锈钢细管的保护下，纤维头可以通过手柄自由伸缩，用于萃取、吸附样品，手柄则用于安装和固定萃取头，可永久使用。但纤维头一旦被样品污染了，则无法再对下一个样品进行使用。

优选的，前进样口温度为230℃～250℃，纤维头进行老化的温度为250℃，老化时间为60min。这个温度可以在待检测的香快速气化和吸收。

优选的，香气平衡温度为60℃，平衡时间为40～60min，恒温介质为水，顶空萃取针萃取时间40～60min，保证香气平衡，保持香气成分的稳定性，来确保组分的精确性。

优选的，检测的香料为2g，样品瓶的容量为4g，保证样品瓶的顶端设有空余空间，方便顶空萃取。

优选的，进样时间75s，载气为高纯氦气，载气流速1ml/min，10分流进样。

优选的，质谱条件：绝对真空，离子源为ei源，离子源温度为230℃，四级杆温度为150℃。

优选的，隔垫吹扫流量为3ml/min；吹扫模式为不分流；分流出口吹扫流量为15ml/min，0.75min。

优选的，色谱条件：色谱柱温度为50℃，色谱柱箱温度50℃；色谱柱参数设定：柱流速为1ml/min；滞留时间3.88min；柱箱参数设定：柱箱温度为50℃，平衡时间为3min，运行时间5min；第一阶段升温速率4℃/min，升至110℃，保持时间10min，运行时间30min；第二阶段升温速率5℃/min，升至210℃，保持时间10min，运行时间60min；第三阶段升温速率10℃/min，升至250℃，保持15min，运行时间79min。

优选的，质谱仪的参数设定为：溶剂延迟时间为2min；采集模式选择全扫描模式；扫描质量数范围为“33～350”；扫描开始时间为2min；阈值为150；频率为2。

优选的，重复以上步骤，对待检测的香料进行三次平行实验。

一、实验结果与分析

顶空固相微萃取技术被广泛应用于不同样品的检测，如水果中的有机化合物检测，水中的有机化合物检测，酒中易挥发成分分析，不同品种的花卉中挥发性成分的检测，中药中挥发性化合物的检测，不同茶叶中香气成分分析，还有植物油中挥发性成分检测和其他物质中有机化合物检测。

准备以下原材料和试剂：

迷迭香广州菜男电子商务有限公司

香砂广州菜男电子商务有限公司

欧芹广州菜男电子商务有限公司

八角茴香油广东八角茴香油广香园

安徽亳州八角茴香油郑州市雪麦龙食品香料有限公司

肉豆蔻广州菜男电子商务有限公司

草豆蔻广州菜男电子商务有限公司

红豆蔻广州菜男电子商务有限公司

白豆蔻广州菜男电子商务有限公司

1.实施例一

通过上述萃取浓缩和顶空法前处理方法步骤，对迷迭香精油和迷迭香固体香料的挥发性成分进行gc/ms，分别得到迷迭香精油和迷迭香spme总离子流图，如图1。

通过质谱分析系统、企业的香精香料谱库、nist谱库结合人工检索和相关的参考文献，对比迷迭香精油总离子流图和迷迭香60℃萃取-10分流spme总离子流图。可知，两者的主成分峰基本上能够达到重合。迷迭香spme的总离子流图中，主要的挥发性成分有20.215min峰为1,8-桉叶醇，20.077min峰为柠烯，26.175min峰为樟脑，27.557min峰为龙脑，35.604min峰为乙酸异龙脑酯，41.632min峰为石竹烯。以上成分在其他香料中均能获得，但判断出迷迭香的特征峰则从1,8-桉叶醇和柠烯的丰度比例和石竹烯的丰度来判断，在迷迭香中石竹烯的含量很高，且1,8-桉叶醇和柠烯的丰度都很高，且丰度比也相近。

在迷迭香油的总离子流图中的主峰跟迷迭香的spme基本重合，只是在丰度上有所不同，如迷迭香油谱图中的15.961min峰，迷迭香spme中的41.623min峰和40min-45min之间的低峰，这是因为前处理方法不同而造成的差异。

2.实施例二

通过上述顶空法的前处理方法步骤，对香砂的挥发性成分进行平行三次的gc/ms分析，得到以下总离子流图，如图2。

通过gc/ms的分析系统、谱图库结合人工检索,对香砂的总离子流图进行分析，可得第一针香砂的主要成分为18.021minβ-蒎烯、20.213min为罗勒烯、41.67min为石竹烯、44.999为杜松烯、44.77min为γ-杜松烯，再与第二针和第三针的总离子流图对比，三者的主峰是基本都能够重合的，主要成分的保留时间几乎都能够重合，从而说明顶空法是可行的，且具有较好的重现性。

3.实施例三

通过顶空法前处理实验步骤，分别对母丁香和公丁香的挥发性成分进行萃取，再经gc/ms分析得到总离子流图，如图3所示。

通过质谱分析系统、谱库图结合人工检索和相关的参考文献[12]，对比母丁香的总离子流图和公丁香的总离子流图，可知，两者的谱-图的主峰绝大部分都不能够重合的。母丁香谱图中的39.390、41.876min和44.994min峰与公丁香谱图中的39.599min、41.933min和44.979min峰是两者的共有成分，分别为丁香酚、石竹烯和乙酸丁香酚酯。母丁香和公丁香的挥发性成分主要区别在于母丁香中的38.817min峰(库巴烯)和43.778min峰(大根香叶烯)，还有49.608min峰为2,3,4三甲氧基苯乙酮，是果实中特有成分。因此可以判断出母丁香和公丁香是完全不同的两个品种，实际上母丁香为丁香果实，而公丁香为丁香的花蕊。

4.实施例四

通过gc/ms分析系统，将购买的欧芹spme-gc/ms分析所得的总离子流图与公司已有且正确的法国欧芹草油的总离子流图对比，如图4所示。

通过质谱分析系统、谱库图结合人工检索和相关的参考文献[13]，从欧芹spme的谱图中可知，44.816min为肉豆蔻醚峰，其丰度很低，说明购买的欧芹的肉豆蔻含量很低，这是中国西芹所特有的含量，而真正的欧芹所含有的肉豆蔻醚含量不低。在欧芹spme的谱图中，29.900min峰为龙蒿脑、48.602min峰为芹菜甲素、50.547min峰为新蛇床内脂、52.866min峰为新植二烯，这四个峰都是属于中国西芹的特征峰，在欧芹的谱图中是不存在的，从而可以判断出购买的欧芹是造假的，实际上是中国西芹而不是法国欧芹。

5.实施例五

通过上述顶空法的前处理步骤，分别对豆蔻(即肉豆蔻)、白豆蔻、草豆寇、红蔻、土豆蔻的挥发性成分进行萃取，再经gc/ms分析后得到总离子流图，如图5所示。

通过质谱分析系统、谱库图结合人工检索和相关的参考文献[14-16]，可知肉豆蔻的主要峰有，16.079minα-蒎烯、17.929min桧烯、18.064minβ-蒎烯、35.807min黄樟脑，39.877min叩巴烯，40.729min丁香酚甲醚、45.005min肉豆蔻醚、45.786min榄香素，肉豆蔻的特征成分为丁香酚甲醚，主要成分为肉豆蔻醚。因肉豆蔻醚的存在使得肉豆蔻拥有肉香，当肉豆蔻用量很大时，会呈现出药香；当肉豆蔻用量很少时，则呈现出肉香。

从白豆蔻的谱图中，可知白豆蔻的主要成分为1,8-桉叶醇(20.284min)，此成分亦是白豆蔻特征成分，为白豆蔻带来清凉感的主要成分。此外还有38.671min为乙酸松油酯，在白豆蔻的谱图中是不存在肉豆蔻醚。

从草豆蔻的谱图中，可知草豆蔻的主要成分是40.135min桂酸甲酯和42.859minα-石竹烯。因为α-石竹烯的存在，使得草豆蔻拥有淡淡的木香和茶香。

从红蔻的谱图中，可知红蔻的主要成分为44.547min甜没药烯和41.725min石竹烯；44.15min为十六烷，是红蔻的特征峰之一，可以说明红蔻是富含有纤维的，实际上红蔻的纤维量与其他蔻类相比是较高的。41.034min为姜烯，是红蔻的特征峰之一，使得红蔻拥有姜的香气。

6.实施例六

通过gc/ms分析系统，对比广香园所购买的广东八角茴香油经gc/ms分析所得的总离子流图和从雪麦龙购买的安徽亳州八角茴香油经gc/ms分析所得的总离子流图，如图6所示。

通过质谱分析系统、谱库图结合人工检索，从广东的八角茴香油和安徽亳州的八角茴香油的总离子流图可知，两者的总离子流图的峰几乎都能够重合，只是各自谱图的丰度不一致，这是因为不同产地的八角茴香的成分含量不同所造成的。广香园的八角茴香油主峰为34.543min，雪麦龙的八角茴香油主峰为35.131min，均为反-茴脑，这是所有八角茴香油的主要并共有的挥发性成分。但安徽亳州的八角茴香油的特征性成分为茴芹灵(保留时间为48.648min)，且含量较高。

二、结论

随着对天然香料的不断开发，企业若想能够对众多的天然香料有正确的认知，通过对不同渠道所得的天然香料进行分析鉴定，从而建立内部正确的质控谱图库就有着重大的意义，能够为企业之后原料的入库检测，为企业所进行的仿香、创香等研发工作起着重要的作用，确保企业所进行的一系列研发方向的正确性。

顶空分析专一性收集样品中易挥发的成分,与水蒸气蒸馏法、萃取浓缩法跟水蒸气蒸馏法、超临界co2萃取等前处理方法相比,可以避免通过减压蒸馏除去溶剂时所造成的挥发性成分损失,这使得顶空分析法相对于以上使用溶剂的提取方法而言，对样品中微量的有机挥发性物质分析具有更高的灵敏度和更快的分析速度。

通过对比分析迷迭香spme-gc/ms分析所得的总离子流图和萃取浓缩-gc/ms分析所得的总离子流图可知，spme-gc/ms得到的总离子流图，所获得的有效挥发性成分基本能够满足企业质控的需求。

顶空分析法具有萃取效率高、操作简便、无需溶剂和操作时间短等优点；而萃取浓缩法则无法避免消耗有机溶剂，且耗时较长，实验结束后还需进行溶剂回收等后续处理工作。顶空分析法在分析过程中对天然香料的挥发性成分进行提取无需采用有机溶剂，极大程度减少了实验操作对分析人员和环境的危害，是一种符合“绿色分析化学”要求的分析手段。在两种前处理方法所鉴定出的主要挥发性成分一致的前提下，出于质控的目的，选用spme-gc/ms联用技术较为快速高效，经济效益更高。

建立内部质控谱图库则是通过对不同的天然香料的挥发性成分进行萃取分析，通过质谱分析系统、企业的香精香料谱库、nist谱库结合人工检索和相关的参考文献从而定性分析出所检测的香料是否正确，若正确，则保存，在日后可作为标样对所购买的香料进行入库检测。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、只需对香辛料进行打粉处理，免去了提取的过程，节省时间，避免使用有机溶剂，对设备零要求；

2、对香辛料建立企业内部谱图库，对假精油可以快速比对判定；

3、对因名称造成的混乱可以起到区分作用，有利于精油的规范化分类。

4、对不同产地的天然物起到鉴定鉴别作用。

本发明并不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下做出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。