“看得见”的风味分析 ---FlavourSpec®在风味领

食品中风味物质浓度通常较低，大多数风味物质的含量 在ppb级别，目前的检测技术如GC、GC-MS需要固相微萃取的方式进行样品前处理，热敏性样品（如西瓜 汁），加热后风味成分发生变化，仪器检测到的结果并 非样品原有真实的气味；此外风味成分在食品加工、贮 藏、提取分离过程中的变化也是目前检测技术亟待解决 的问题；从食品风味的角度来看，并非所有仪器检测到的挥发性有机物都是同等重要的，有时我们只需找出有差异的成分进行分析即可。

FlavourSpec®风味分析仪结合了气相色谱的高分离度和离子迁移谱的高灵敏度，无需样品前处理，直接进样分析固体或液体样品的顶空成分，检出限可达到ppbv级 别。仪器可对单一化合物/标记物进行定性定量分析，亦 可对样品的挥发性有机物进行快速与结果导向的分析， 其原理如图1所示。

图1. FlavourSpec®风味分析仪原理图

FlavourSpec®风味分析仪在风味检测中的优势：

超高灵敏度，样品中痕量挥发性有机物“尽在掌握”； 

无需浓缩富集，样品检测速度快，典型分析时间在5-15分钟； 

数据处理省时省力，20个样品一 天便可得到报告； 

无需真空系统，开机稳定时间短，20分钟便可工作； 

强大的软件功能可得到丰富的数据结果：

1）Reporter插件在得到数据后可快速查看样品间风味物质的差异； 

2）GalleryPlot插件可得到产品/原材料的指纹图谱，数据直观可视化，风味差异“看得见”，适用于食品加工 工艺的优化或选择； 

3）PCA插件，用于聚类分析，帮助产品品控或分级，建立分类模型后可用于产品原产地的保护。

例如：M1-M5为不同浓度混标溶液（5ppb、20ppb、50ppb、75ppb、100ppb），软件处理所得谱图如图 2所示：

图2. 混标样品的气相离子迁移谱图和指纹谱图

图2中左下图为混标样品挥发性有机物的气相离子迁移谱图；右上图为M1-M5混标中选取的戊酮、己酮、庚 酮、辛酮、壬酮、癸醛的指纹谱图；

在指纹谱图中： 每一行代表一个样品中选取的信号峰；

每一列代表同一挥发性有机物在不同样品中的信号峰； 

每一个点代表一种挥发性有机物，点颜色的深浅表示物质含量的多少；

由指纹谱图可知：M5中6种醛酮含量Z低，M1中醛酮含量Z高，从M5至M1，醛酮含量逐渐升高，建立标准曲线后可对任一醛酮物质进行定量分析。

4）软件内置NIST气相保留指数（RI）数据库和G.A.S.迁移时间（Dt）数据库，定性时采用二维定性，数据更精 准，且两 个数据库均可扩展，用户可建立行业专有数据库。

例如：甜瓜中定性出的部分物质如下表：

FlavourSpec®在风味领域的应用：

地理标识性产品的保护

产品品种、品质的区分 

产品新鲜度和货架期的评估 

加工适用性的选择和优化 

蜂蜜蜜源的溯源及真假的识别 

加工过程中风味的变化

FlavourSpec®风味分析仪

1.精 准区分不同产地的稻花香，用于地理标识性产品的保护

“橘生淮南则为橘、生于淮北则为枳”，稻米因种植的产地水土不同，其风味亦有差异。直接取5g大米置于顶空瓶中 进样分析，15分钟后便可得到其挥发性有机物信息，软件分析后可快速判断稻花香稻米的产地，建立真实稻米产地的 分类模型后，可用于五常稻花香原产地的保护。

图3.不同产地稻花香稻米的挥发性有机物指纹图谱

注：1-17号样品为五常市不同乡镇采集的稻花香样品；18号样品为延寿县采集的稻花香样品。

图4.不同产地稻花香稻米的PCA分析图

从上图可知，五常稻花香稻米聚集在PCA的左侧，延寿稻花香在图谱的右侧。根据挥发性有机物信息建立真实产地 的稻花香稻米分类模型后，可以用于五常稻花香稻米的原产地保护。

Reference：农业部环境保护科研监测所《我国东北稻米溯源技术研究》

2.快速捕捉挥发性有机物差异，用于橄榄油等级的区分

《GB 23347-2009》橄榄油、油橄榄果渣油国家标准，橄榄油主要分为初榨橄榄油、精炼橄榄油、果渣油三大类， 橄榄油的等级不同，其价格不同。

根据挥发性有机物的信息，可以对橄榄油进行等级区分，图谱如下图所示。

图5.不同等级橄榄油的气相离子迁移谱图和PCA图

注：样品信息：A.果渣橄榄油、B.橄榄油、C.特级初榨橄榄油。 从上图知：特级初榨橄榄油（EVOO)产品中风味物质明显多于橄榄油（OO）和果渣橄榄油（POO）；本文中采用 两种技术（GC-IMS和UV-IMS）对EVOO、OO、和POO进行分类， 橄榄油等级区分的识别率高达95%。 Reference：Direct classifification of olive oils by using two types of ion mobility spectrometers. Anal. Chim.Acta（2011）.DOI: 10.1016/j.aca.2011.03.007.

3.直观看出不同储存时间样品风味的变化，用于评估鸡蛋的新鲜度和货架期

不同存储时间鸡蛋的风味变化如下图所示：

图6.不同存储时间的鸡蛋挥发性有机物指纹图谱 

鸡蛋在室温下放置0-144h过程中气味逐渐发生变化；0-24h过程中，鸡蛋风味几乎不变，说明此阶段鸡蛋品质没有明显变化。

图7.不同存储时间的鸡蛋的PCA分析

建立不同储存时间鸡蛋的分类模型后，可用于快速判断鸡蛋的新鲜度。 

Reference：Ion mobility spectrometry coupled to gas chromatography: A rapid tool toassess eggs freshness. Food Chemistry, 271 （2019）691-696.

4.据其猪肉挥发性有机物差异，判断伊比利亚黑猪的饲养方式

图8. 不同极性色谱柱检测伊比利亚火腿的气相离子迁移谱图及PCA图

采用两种不同极性色谱柱对不同饲养方式（饲料和橡实）的伊比利亚火腿进行分析，GC-IMS技术获得二维数据，采用化学计量学进行处理，对饲养方式的判别率高达1**%。 

Reference：Target vs spectral fingerprint data analysis of Iberian ham samples for avoiding label领 fraud using headspace–gas chromatography–ion mobility spectrometry. Food Chemistry, 2. 46(2018) 65-73.

5.精 准快速捕捉松茸加工前后风味的变化，用于加工适用性的优化选择

图9. 不同部位松茸烤干前后气相离子迁移谱图

注：a. 菌伞、b.菌柄、c.柄底；d.烤干菌伞、e.烤干菌柄、f.烤干柄底； 经谱图对比可知，松茸烤干后，不同部位的松茸样品红框中的标出的物质如1-Octene-3-ol（蘑菇醇）等消失。

将样品中挥发性有机物选取出来形成指纹图谱，如下图所示：

图10. 不同部位松茸烘干前后挥发性有机物指纹图谱

由上图知： 松茸部位不同，风味成分各不相同; 菌伞中含量Z高的成分在烤干后均消失，这是导致烤干前后松茸风味不同的主要原因；根据加工前后不同部位松茸风味变化对比，结合 感官评价及理化指标的数据，可用于选择Z好的食材，亦可用于加工工艺的优化。

Reference：Characteristic volatiles fingerprints and changes of volatile compounds in fresh and

dried Tricholoma matsutake Singer by HS-GC-IMS and HS-SPME-GC–MS. Journal of

Chromatography B, 1099.（2018）46-55.

6.直观看出蜂蜜风味的差异，用于蜜源的识别及掺伪判断。

图11. 不同蜜源蜂蜜挥发性有机物的气相离子迁移谱图

图12. 不同蜜源蜂蜜的PCA分析图

由上两图知：油菜花、金合欢花与蜜露蜂蜜挥发性有机物指纹图谱差异明显；HS-GC-IMS技术可以作为1H NMR蜂蜜样品溯源的可靠辅助工具。

Reference：Volatile-Compound Fingerprinting by Headspace-Gas-Chromatography Ion-Mobility

Spectrometry (HS-GC-IMS) as aBenchtop Alternative to 1H NMR Profi领 for Assessment of the

Authenticity of honey. Analytical Chemistry DOI: 10.1021/acs.analchem.7b03748 (2017)

7.发酵过程中风味的差异变化，用于优化发酵工艺及把控发酵时间

图13.不同发酵时间（每隔12h取样）红枣挥发性有机物的指纹图谱

红框中标出的物质随着发酵时间的延长，风味物质的种类和含量大幅减少；绿框中标出的物质随着发酵时间的延长，风味物质的种类和含量逐渐增多；结合感官评价和其他理化指标的检测，可用于发酵时间的优化和过程把控。

Reference：Content variations in compositions and volatile component in jujube fruits during the

blacking process. Food Sci Nutr. 2019;1-9.

FlavourSpec®风味分析仪在风味检测时，无需固相微萃取，在室温条件下快速捕捉样品的真实风味，检出限可达 ppbv级别，软件给出直观可视的挥发性有机物指纹图谱，风味差异“看得见”，结合感官评价及其他理化指标的分 析，可为地理标识性产品的保护、产品品种/品质的区分、产品新鲜度及货架期的评估、加工工艺的优化等提供科学的数据指导。

附录：

气相色谱-离子迁移谱在风味分析领域的文献目录

---英文文献

1.A green triple-locked strategy based on volatile-compound imaging,chemometrics, and markers to discriminate winter honey and sapium honey using headspace gas chromatography-ion mobility spectrometry[J]. Food Research International， https://doi.org /10.1016/j.foodres. 2019.01.004. 

2.Development of a flavor fingerprint by HS-GC–IMS with PCA for volatilecompounds of Tricholoma matsutake Singer. Food Chemistry, 290 (2019) 32-39. 

3.Characterization of the aroma release and perception of white bread during oral processing by gas chromatography-ion mobility spectrometry and temporal dominance of sensations analysis. Food Research International, 123 (2019) 612-622. 

4.robustness study of calibration models for olive oil classification: Targeted and non-targeted fingerprint approaches based on GC-IMS. Food Chemistry, 288 (2019) 315-324. 

5.Direct authentication of three Chinese materia medica species of the Lilii Bulbus family in terms of volatile components by headspace-gaschromatography-ion mobility spectrometry. Analytical Methods, 2019. DOI: 10.1039/c8ay02338g. 

6.Content variations in compositions and volatile component in jujube fruits during the blacking process. Food Sci Nutr. 2019. 1–9. 

7.Identification of terpenes and essential oils by means of static headspace gas chromatography-ion mobility spectrometry. Anal Bioanal Chem, 409 (2017) 6595–6603. 

8.Detection of Adulteration in Canola Oil by Using GC-IMS and Chemometric Analysis. International Journal of Analytical Chemistry, 2018, Article ID 3160265. 

9.Characteristic volatiles fingerprints and changes of volatile compounds in fresh and dried Tricholoma matsutake Singer by HS-GC-IMS and HS-SPMEGC–MS. Journal of Chromatography B, 1099 (2018) 46-55. 

10.Ion mobility spectrometry coupled to gas chromatography: A rapid tool to assess eggs freshness.Food Chemistry, 271 (2019) 691-696. 

11.Volatile-Compound Fingerprinting by Headspace-GasChromatography Ion-Mobility Spectrometry (HS-GC-IMS) as a Benchtop Alternative to 1H NMR Profi领 for Assessment of the Authenticity of Honey. Analytical Chemistry, DOI: 10.1021/acs.analchem.7b03748. 

12.Coup领 Gas Chromatography with Ion Mobility Spectrometry. LC*GC Europe, 2016. 294-303. 

13.Target identification of volatile metabolites to allow the differentiation of lactic acid bacteria by gas chromatography-ion mobility spectrometry. Food Chemistry, 220 (2017) 362-370.

（来源：济南海能仪器股份有限公司）