一种呼吸代谢气体结合模拟咀嚼胃消化检测葱属产品刺激性的系统和方法与流程

本发明属于检测方法及检查系统技术领域，具体涉及一种呼吸代谢气体结合模拟咀嚼胃消化检测葱属产品刺激性的系统和方法。

背景技术：

葱属作物是中国传统的调味品，以其独特的味道、丰富的营养、药食两用的功效而受到人们的广泛喜爱，葱属作物因其含有丰富的硫化物而具有良好的生理活性，脂溶性硫化物大蒜素分解产生的硫醚类化合物是葱属最主要的风味物质，具有强烈嗅觉刺激，其含量的高低决定着葱属产品的刺激风味程度。另外，大蒜素虽有诸多活性，但食用后机体(呼吸、排汗、尿液等)会散发出强烈的刺激性气味令有些消费者无法接受，尤其是对于有消化道溃疡的消费者更需要严格限制摄入量；但是从相反角度，有些情况下又是需要强化葱属产品的刺激风味程度，比如用作调味品或香辛料使用时。我们日常生活中有些葱属产品加工是为了减弱刺激风味，比如制作糖蒜、腊八蒜；有些加工处理是为了强化刺激风味，比如人为打破新蒜休眠成老蒜、蒜泥蒜蓉制作。

呼吸代谢检测原理源自中医闻诊，呼出气体本是人体血液的一部分，携带了大量能反映生理状态的人体代谢产物。近年来，无需样品预处理的呼出气体直接质谱分析在临床诊断和代谢组学研究领域日益受到关注，使呼出气体成为一类取样方便、实时可得、具有重要诊断价值的生物样品。呼吸代谢气体含有大量能反映食品经人体初步消化分解的代谢产物，体现了食品与人体的交互作用的最早过程，对呼吸代谢物的分析能体现食品对人体的直接影响，尤其是强刺激性食品，如葱蒜、烟酒、咖啡、熏味食品等。

通常对食品风味评价的方法分为仪器分析和感官检验两大类。仪器分析目前主要使用电子鼻/嗅觉检测器或电子舌等。电子鼻/嗅觉检测器用于气味检测，其特点是将气味归类检出，比如香味类别、腐臭味类别、酸味类别、甜味类别等，但缺少刺激味类别，并且无法将每一类别气味细分到分子种类；电子舌用于味觉检测，同样也是归类检测，如酸、甜、苦、咸、鲜等基本味觉大类，不能对麻、辣味等刺激性味觉检测，由于麻、辣味等刺激性风味是痛感、灼烧感等多种感觉的综合，目前电子鼻/电子舌等仪器还无法实现对此类气味及味觉的检测。感官检验方法是检验评价食品产品风味强弱的主要方法，这种纯主观的评价方法的缺点是评价员需要培训，只能通过语言描述感知程度，对产品风味强弱很难实现数字量化表示，而且存在评价员主观个体差异导致的误差。

为了解决现有技术中存在的问题和难点，本发明提供了一种呼吸代谢气体结合模拟咀嚼胃消化检测葱属产品刺激性的系统和方法，以人体呼吸代谢气体检测为基础，结合模拟咀嚼、模拟胃消化代谢气体检测数据，利用模拟人体及仪器分析的方法，对人体主观感官检验数据以客观量化表达，巧妙地将主观检验过程与客观仪器分析相结合。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种将感官刺激性强弱进行量化表示，对不同刺激强弱产品进行标注，为商家及消费者生产和选择产品提供参考的呼吸代谢气体结合模拟咀嚼胃消化检测葱属产品刺激性的系统和方法。

一种呼吸代谢气体结合模拟咀嚼胃消化检测葱属产品刺激性的系统包括：嚼食模拟装置、胃消化模拟装置、呼吸代谢采集装置、gc-ms检测装置。

优选的，所述嚼食模拟装置包括：恒温水浴装置、螺旋搅碎装置、三口烧瓶。

优选的，所述胃消化模拟装置包括：气体过滤装置、恒温震荡装置、三口烧瓶；所述气体过滤装置与所述三口烧瓶的入口端连接，且所述三口烧瓶的出口端与所述呼吸代谢采集装置连接。

优选的，所述呼吸代谢采集装置包括：人体呼吸采集端、呼吸排气端、呼吸代谢采集瓶顶空固相微萃取装置。

一种呼吸代谢气体结合模拟咀嚼胃消化检测葱属产品刺激性的方法，采用前述任意一项所述的系统检测葱属产品刺激性。

优选的，所述一种呼吸代谢气体结合模拟咀嚼胃消化检测葱属产品刺激性的方法包括以下步骤：

①葱属产品预处理：去掉葱属产品包装及外皮，用万分之一精度分析天平称取样品，并将所述样品放入小烧杯中备用；所述样品每份为5g；

②模拟人体呼吸代谢气体制备和采集：检查所述嚼食模拟装置的气密性，之后将一份步骤①中所述样品放入恒温水浴装置的三口烧瓶中，在37℃恒温水浴条件下，利用所述螺旋搅碎装置将所述样品高速匀浆1min，之后在所述三口烧瓶中加入唾液淀粉酶溶液，利用所述螺旋搅碎装置低速匀浆模拟人体嚼食过程2～3min；之后将所述三口烧瓶转移至所述胃消化模拟装置中，高纯氮气经过所述气体过滤装置中的磷酸盐缓冲液过滤后进入所述三口烧瓶的入口端，所述三口烧瓶的出口端与所述呼吸代谢采集装置的人体呼吸采集端连接采样，整个采集过程保持5min，之后立即关闭所述人体呼吸采集端和呼吸排气端；

③顶空固相微萃取：在步骤②操作的同时，将所述顶空固相微萃取装置的萃取头通过所述呼吸代谢采集瓶上方的固相萃取小孔伸入所述呼吸代谢采集瓶中，并在室温下进行吸附30～50min；

④gc-ms检测：将吸附完毕的所述萃取头，插入所述gc-ms装置的进样口，使其在250℃下解析3～5min，之后拔出所述萃取头，进行gc-ms检测，得到呼吸代谢气体的tic图谱和ms图谱；

⑤香气的定性定量分析：将呼吸代谢气体的ms图谱与nist标准谱库进行匹配并定性，识别出呼吸代谢气体中含硫化合物组分，之后利用呼吸代谢气体的tic图谱进行面积归一化分析，以含硫化合物各组分峰面积的总和判别葱属产品刺激性强弱的程度。

优选的，步骤③中所述在室温下进行吸附的时间为50min。

优选的，步骤④中所述gc-ms检测过程中的gc检测条件为：色谱柱为hp-5ms色谱柱，进样量为1μl，分流比为不分流，进样口温度为250℃，监测器温度为250℃，载气为纯度99.999％的he，流速为1ml/min，电子能量为70ev，离子源温度为230℃，四级杆温度为450℃，升温程序为40℃保持2min、4℃/min速度升温至60℃保持1min、5℃/min升温至150℃保持0min、后运行为260℃保持5min。

优选的，步骤④)中所述gc-ms检测过程中的ms检测条件：离子源为化学惰性、溶剂延迟为0min，电离方式为ei，电子能量为70ev，离子源温度为230℃，四级杆温度为250℃。

本发明的有益之处在于：

(1)本发明的一种呼吸代谢气体结合模拟咀嚼胃消化检测葱属产品刺激性的系统和方法提供了一种将感官刺激性强弱进行量化表示的方法；

(2)本发明的一种呼吸代谢气体结合模拟咀嚼胃消化检测葱属产品刺激性的系统和方法将传统中医理论应用于现代食品分析技术；

(3)本发明的一种呼吸代谢气体结合模拟咀嚼胃消化检测葱属产品刺激性的系统提供了一种结合模拟咀嚼、模拟胃消化、呼吸代谢气体采集与分析的装置；

(4)本发明的一种呼吸代谢气体结合模拟咀嚼胃消化检测葱属产品刺激性的系统和方法通过强调食品对人体的刺激以及人体对食品的感知，将这一主观生理过程转化为客观仪器分析过程；

(5)本发明的一种呼吸代谢气体结合模拟咀嚼胃消化检测葱属产品刺激性的系统和方法实现了对不同刺激强弱产品进行标注，为商家及消费者生产和选择产品提供参考的目的；

(6)本发明的一种呼吸代谢气体结合模拟咀嚼胃消化检测葱属产品刺激性的系统和方法实现了将刺激性这一主观指标进行客观化的构想。

附图说明

图1是实施例1中一种呼吸代谢气体结合模拟咀嚼胃消化检测葱属产品刺激性的系统的结构示意图；

图2是图1中的嚼食模拟装置的结构示意图；

图3是图1中的胃消化模拟装置的结构示意图；

图4是图1中的呼吸代谢采集装置和gc-ms检测装置的结构示意图；

图5是实施例1中的对照组生蒜呼吸代谢气体成分分析的总离子流图；

图6是实施例1中的对照组腊八蒜呼吸代谢气体成分分析的总离子流图；

图7是实施例1中的对照组糖醋蒜呼吸代谢气体成分分析的总离子流图；

图8是实施例1中的对照组水晶蒜呼吸代谢气体成分分析的总离子流图；

图9是实施例1中的对照组酒蒜呼吸代谢气体成分分析的总离子流图；

图10是实施例1中实验组的五种蒜呼吸代谢气体中的五种硫化物峰面积图；

图11是实施例1中实验组的五种蒜产品的刺激性风味强度图。

图中附图标记的含义为：1-嚼食模拟装置，2-胃消化模拟装置，3-呼吸代谢采集装置，4-gc-ms检测装置，1-1-恒温水浴装置，1-2-螺旋搅碎装置，1-3-三口烧瓶，2-1-气体过滤装置，2-2-恒温震荡装置，3-1-人体呼吸采集端，3-2-呼吸排气端，3-3-呼吸代谢采集瓶，3-4-顶空固相微萃取装置。

具体实施方式

一种呼吸代谢气体结合模拟咀嚼胃消化检测葱属产品刺激性的系统，包括：嚼食模拟装置1、胃消化模拟装置2、呼吸代谢采集装置3、gc-ms检测装置4。其中嚼食模拟装置1包括：恒温水浴装置1-1、螺旋搅碎装置1-2、三口烧瓶1-3；胃消化模拟装置2包括：气体过滤装置2-1、恒温震荡装置2-2、三口烧瓶1-3，所述气体过滤装置2-1与所述三口烧瓶1-3的入口端连接、且所述三口烧瓶1-3的出口端与所述呼吸代谢采集装置3连接；呼吸代谢采集装置3包括：人体呼吸采集端3-1、呼吸排气端3-2、呼吸代谢采集瓶3-3顶空固相微萃取装置3-4。

一种呼吸代谢气体结合模拟咀嚼胃消化检测葱属产品刺激性的方法，采用前述的系统检测葱属产品刺激性，具体包括以下步骤：

①葱属产品预处理：去掉葱属产品包装及外皮，用万分之一精度分析天平称取样品，并将所述样品放入小烧杯中备用；所述样品每份为5g；所使用的葱属产品为生蒜、腊八蒜、水晶蒜、糖醋蒜、酒蒜。

②人体呼吸代谢气体制备及收集对照组：首先检查所述呼吸代谢采集装置3的气密性，评价员漱口清洁，之后将一份步骤①中所述样品放入评价员口中仔细嚼食，整个咀嚼过程保持2～3min后吞咽，自吞咽5min内，对准人体呼吸采集端3-1呼气，利用所述呼吸代谢采集装置3采集呼吸代谢气体，整个采集过程保持5min，之后立即关闭所述人体呼吸采集端3-1和呼吸排气端3-2。

③模拟人体呼吸代谢气体制备和采集实验组：检查所述嚼食模拟装置1的气密性，之后将一份步骤①中所述样品放入恒温水浴装置1-1的三口烧瓶中，在37℃恒温水浴条件下，利用所述螺旋搅碎装置1-2将所述样品高速匀浆1min，之后在所述三口烧瓶中加入唾液淀粉酶溶液，利用所述螺旋搅碎装置1-2低速匀浆模拟人体嚼食过程2～3min；之后将所述三口烧瓶转移至所述胃消化模拟装置2中，高纯氮气经过所述气体过滤装置2-1中的磷酸盐缓冲液过滤后进入所述三口烧瓶的入口端，所述三口烧瓶的出口端与所述呼吸代谢采集装置3的人体呼吸采集端3-1连接采样，整个采集过程保持5min，之后立即关闭所述人体呼吸采集端3-1和呼吸排气端3-2。

④顶空固相微萃取：在步骤②、③操作的同时，将所述顶空固相微萃取装置3-4的75car-pdms萃取头通过所述呼吸代谢采集瓶3-3上方的固相萃取小孔伸入所述呼吸代谢采集瓶3-3中，并在室温下进行吸附50min。

⑤gc-ms检测：将吸附完毕的所述75car-pdms萃取头，插入所述gc-ms装置的进样口，使其在250℃下解析5min，热脱附进行gc-ms检测；之后拔出所述萃取头，进行gc-ms检测，得到呼吸代谢气体的tic图谱和ms图谱。gc-ms检测过程中的gc检测条件为：色谱柱为hp-5ms色谱柱，进样量为1μl，分流比为不分流，进样口温度为250℃，监测器温度为250℃，载气为纯度99.999％的he，流速为1ml/min，电子能量为70ev，离子源温度为230℃，四级杆温度为450℃，升温程序为40℃保持2min、4℃/min速度升温至60℃保持1min、5℃/min升温至150℃保持0min、后运行为260℃保持5min；ms检测条件：离子源为化学惰性、溶剂延迟为0min，电离方式为ei，电子能量为70ev，离子源温度为230℃，四级杆温度为250℃。

⑥香气的定性定量分析：将呼吸代谢气体的ms图谱与nist标准谱库进行匹配并定性，识别出呼吸代谢气体中含硫化合物组分，之后利用呼吸代谢气体的tic图谱进行面积归一化分析，以含硫化合物各组分峰面积的总和判别葱属产品刺激性强弱的程度。

1)对照组呼吸代谢气体成分分析：对生蒜、腊八蒜、水晶蒜、糖醋蒜、酒蒜分别食用后产生的五种的人体呼吸代谢气体成分进行分析，生蒜实验结果见图5及表1，腊八蒜实验结果见图6及表2、糖醋蒜实验结果见图7及表3、水晶蒜实验结果见图8及表4，酒蒜实验结果见图9及表5。

表1生蒜呼吸代谢气体成分汇总

由图5和表1的呼气成分汇总可知，生蒜中有20种物质含量比较明显，主要为硫化物和烷烃，含量由大到小依次为二烯丙基二硫醚、5,7-二甲基十一烷、1,3-二噻烷、二烯丙基硫醚、2,3,5,8-四甲基十烷、4-甲基十烷、2,6-二甲基十一烷、正十烷、癸酸乙酯、硫化丙烯、正十九烷、4,8-二甲基十一烷、甲基丙烯基二硫醚、2,6,10-三甲基十二烷、正十九烷、正十四烷、2,6,10-三甲基十四烷、2,3,5-三甲基己烷，6-甲基十八烷，出现在图5中1号峰、3号峰、4号峰、6-8号峰、10-18号峰，20-24号峰。

表2腊八蒜呼吸代谢气体成分汇总

由图6和表2的呼气成分汇总可知，腊八蒜中有16种物质含量比较明显，主要为硫化物和烷烃，含量由大到小依次为二烯丙基二硫醚、正十一烷、2,3,5,8-四甲基十烷、1,3-二噻烷、2,6,10-三甲基十二烷、2,6-二甲基十一烷、4-甲基十烷、6-甲基十八烷、4,8-二甲基十一烷、正十九烷、正十烷、正十四烷、2,6,11-三甲基十二烷、2,6,10-三甲基十四烷、2-甲基十一烷，二烯丙基硫醚，出现在图6中1号峰、2号峰、4号峰、5号峰、7-17号峰、19号峰。

表3水晶蒜呼吸代谢气体成分汇总

由图7和表3的呼气成分汇总可知，水晶蒜中有11种物质含量比较明显，主要为硫化物和烷烃，含量由大到小依次为正十一烷、l-薄荷醇、4,6,8-三甲基-1-壬烯、2,6,11-三甲基十二烷、二烯丙基二硫醚、癸酸乙酯、正十六烷、4,8-二甲基十一烷、2,6,10-三甲基十四烷、2,6,10-三甲基十二烷，出现在图7中1-5号峰、8号峰、9号峰、5号峰、7-17号峰、19号峰。

表4糖醋蒜呼吸代谢气体成分汇总

由图8和表4的呼气成分汇总可知，糖蒜中有12种物质含量比较明显，主要为硫化物和烷烃，含量由大到小依次为正十一烷、2,6,10-三甲基十二烷、2,3,5,8-四甲基十烷、2,6,10-三甲基十四烷、正十九烷、6-甲基十八烷、癸酸乙酯、4-甲基十烷、2,6-二甲基十烷，4,8-二甲基十一烷、二烯丙基二硫醚，出现在图8中1-12号峰。

表5酒蒜呼吸代谢气体成分汇总

由图9和表5的呼气成分汇总可知，酒蒜中有17种物质含量比较明显，主要为硫化物和烷烃，含量由大到小依次为二烯丙基二硫醚、乙酸乙酯、2,6,11-三甲基十二烷、1,3-二噻烷、2,3,5,8-四甲基十烷、二烯丙基硫醚、2,6,10,15-四甲基十七烷、5-十三烯、癸酸乙酯、2,6-二甲基十一烷、2,6-二甲基十烷、2,3,5,8-四甲基十烷、正十二烷、6-甲基十八烷、4,8-二甲基十一烷、4-甲基辛烷，正十九烷，出现在图9中1-15号峰、16-18号峰。

2)对照组呼吸代谢气体成分分析：对生蒜、腊八蒜、水晶蒜、糖醋蒜、酒蒜分别采用一种呼吸代谢气体结合模拟咀嚼胃消化检测葱属产品刺激性的系统进行实验，并对产生的五种的人体呼吸代谢气体成分进行分析：

2.1)生蒜模拟实验结果：与对照组人体呼吸代谢检测结果相类似，生蒜共分析出24种物质，包括16种烷烃5,7-二甲基十一烷、1,3-二噻烷、2,3,5,8-四甲基十烷、4-甲基十烷、2,6-二甲基十一烷、正十烷、正十九烷、4,8-二甲基十一烷、2,6,10-三甲基十二烷、正十九烷、正十四烷、2,6,10-三甲基十四烷、2,3,5-三甲基己烷、6-甲基十八烷、正十一烷，正十八烷、4种醚二烯丙基二硫醚、二烯丙基硫醚、甲基丙烯基二硫醚、烯丙基甲基硫醚、1种酯癸酸乙酯、1种烯烃硫化丙烯，一种噻吩环类物质2，5-二甲基噻吩。

2.2)腊八蒜模拟实验结果：与对照组人体呼吸代谢检测结果相类似，腊八蒜共分析出19种物质，包括16种烷正十一烷、2,3,5,8-四甲基十烷、1,3-二噻烷、2,6,10-三甲基十二烷、2,6-二甲基十一烷、4-甲基十烷、6-甲基十八烷、4,8-二甲基十一烷、正十九烷、正十烷、正十四烷、2,6,11-三甲基十二烷、2,6,10-三甲基十四烷、2-甲基十一烷，2,3二甲基辛烷，2,6二甲基辛烷、一种酯癸酸乙酯，两种醚二烯丙基硫醚，二烯丙基二硫醚。

2.3)水晶蒜模拟实验结果：与对照组人体呼吸代谢检测结果相类似，水晶蒜共分析出15种物质，包括11种烷烃正十一烷、2,6,11-三甲基十二烷、正十六烷、4,8-二甲基十一烷、2,6,10-三甲基十四烷、2,6,10-三甲基十二烷、2,3,5,8-四甲基十烷、2-甲基十一烷、正十四烷、正十九烷、一种醇l-薄荷醇、一种烯烃4,6,8-三甲基-1-壬烯、一种醚二烯丙基二硫醚，一种酯癸酸乙酯。

2.4)糖醋蒜模拟实验结果：与对照组人体呼吸代谢检测结果相类似，糖醋蒜中共分析出12种物质，包括10种烷烃正十一烷、2,6,10-三甲基十二烷、2,3,5,8-四甲基十烷、2,6,10-三甲基十四烷、正十九烷、6-甲基十八烷、4-甲基十烷、2,6-二甲基十烷，4,8-二甲基十一烷、1种醚二烯丙基二硫醚，1种酯癸酸乙酯。

2.5)酒蒜模拟实验结果：与对照组人体呼吸代谢检测结果相类似，酒蒜中共分析出18种物质，包括13种烷烃2,6,11-三甲基十二烷、1,3-二噻烷、2,3,5,8-四甲基十烷、2,6,10,15-四甲基十七烷、2,6-二甲基十一烷、2,6-二甲基十烷2,3,5,8-四甲基十烷、正十二烷、6-甲基十八烷、4,8-二甲基十一烷、4-甲基辛烷，正十九烷，2,6,10-三甲基十二烷、2种醚二烯丙基二硫醚、二烯丙基硫醚、1种烯5-十三烯，2种酯癸酸乙酯、乙酸乙酯。

3)定性定量分析：根据挥发物的峰面积确定每种成分浓度，具体结果参见表6和图10、图11。并以总硫化物含量数据确定刺激性气味总强度。

表6不同蒜产品呼吸代谢的总硫化物含量以峰面积表示

应当理解，以上所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。由本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于发明的保护范围之中。