顶空固相微萃取-气相色谱-质谱法测定北极虾虾头的挥发性成分

摘 要 [HTSS]为了测定北极虾（P. Borealis）虾头中的挥发性风味成分，采用顶空固相微萃取气相色谱质谱（HSSPMEGCMS）分离及初步鉴定，以C5～C20正构烷烃系列标准品进行Kovats保留指数（Rentention index, RI）验证，在此基础上利用未知物标准品匹配法最终确证。对虾头中的62种挥发性化合物进行了定性及半定量分析，主要有烃类18种（27.98%）、醇类6种（9.57%）、酮类14种（21.93%）、脂类5种（13.20%）、醛类8种（2.86%）、呋喃化合物1种（0.41%）、含氮化合物4种（19.58%）、含硫化合物1种（0.71%）及未知物4种（3.76%）。含量较高的（顺，反）3,5辛二烯2酮和（反，反）3,3辛二烯2酮以及1戊烯3酮、3戊烯2酮、6辛烯2酮等以甜的、新鲜的蘑菇风味成为虾头风味特征的主要贡献；醋酸乙酯等脂类化合物和1戊烯3醇、2乙基1己醇及1辛烯3醇等醇类化合物对虾头特征风味也有较大贡献。另外，虾头中含氮化合物（如三甲胺）的含量达12.61%，导致虾头明显的腥味和虾的特征风味。结果表明，以GCMS结合RI及Standard确证进行复杂未知物的定性鉴定，增加了结果的可信度。建立了北极虾虾头挥发性风味化合物的检测方法，为水产品复杂挥发性风味化合物的分析检测提供参考。

关键词 [HTSS]北极虾虾头； 挥发性风味； 顶空固相微萃取气相色谱质谱； 保留指数

1 引 言

天然化合物中香气物质具有复杂性和未知性，对其进行定性与定量分析存在很大难度。气相色谱质谱联用（GCMS）是目前常用的挥发性成分分离与鉴定方法[1,2]。但是， 对于复杂未知组分的分析，仅依靠质谱定性，可信度低。采用保留指数（Retention index, RI）与MS共同定性，使准确度大大提高[3～5]。Giri等[6]采用MS， RI及标准品对照多重筛选法，检测了发酵鱼酱的香气； Pontes等[7]采用GCMS结合RI定性，检测了百香果香料的51种香气化合物；连宗衍等[8]采用SPMEGCMS分析了广藿香中的挥发性成分。国内关于风味化合物的分析多采用MS直接定性，较少利用RI进行验证。但目前通常都要求GCMS分析未知挥发性化合物时计算其RI值，认为以GCMS结合RI及标准品（STD）匹配法进行定性分析是可信度最高的方法。

虾头是对虾加工中的副产品，占虾体重量的30%～40%，含有丰富的蛋白质、不饱和脂肪酸、类胡萝卜素及多种人体必须的微量元素等[9～12]，不仅营养丰富，而且具有浓郁的海鲜风味，是加工海鲜调味料的良好原料[13]。为了准确测定北极虾（P. Borealis）虾头中复杂的挥发性风味组分，采用顶空固相微萃取气相色谱质谱（HSSPMEGCMS）对其中的挥发性化合物进行分离与鉴定，选择C5～C20正构烷烃标准品，实验测得各未知化合物的保留指数RI，将实验测定值与文献值进行对比验证，结合MS鉴定与RI验证共同确定未知化合物，最终以未知物标准品进样确证。本研究通过GCMS结合RI及STD确证完善北极虾虾头挥发性化合物分析的手段，为天然化合物中挥发性风味化合物的研究提供参考。

2 实验部分

2.1 仪器与试剂

SHIMADZU QP2010 Plus气相色谱质谱仪（日本岛津公司）；HR 2027组织捣碎机（Philips公司）；FD1A50真空冷冻干燥机（上海比朗仪器有限公司）；AT 400分析天平（瑞士Mettler Toledo公司）；DHG 9000恒温烘箱（上海索域试验设备有限公司）。

正构烷烃标准品：C5～C20（德国Sigma公司）；内标化合物：2,4,6三甲基吡啶（＞98.0%）；挥发性香气化合物标准品系列（色谱纯），均购自TCI公司。

2.2 样品准备及顶空SPME捕集

取新鲜北极虾（P. Borealis）虾头（整虾购自湛江东风市场），采用塑料袋包装，500 g/袋，于－20 ℃冰箱冷冻保存。使用前解冻并打浆，冷冻干燥得到虾头粉（水分含量约5%）。

手动固相微萃取装置（美国Supelco 公司），选择50/30

SymbolmA@ m DVB/CAR/PDMS萃取头；初次使用前在气相色谱的进样口下老化1 h。称取冷冻干燥虾头粉1.5 g于15 mL顶空进样瓶中，顶空瓶首先在40 ℃烘箱平衡10 min，再进行静态顶空SPME萃取，时间40 min，然后GCMS进样，解吸温度250 ℃，解吸时间5 min。

2.3 GCMS分析条件

色谱柱为SupelcowaxTM10毛细管柱（30 m×0.25 mm，0.25

SymbolmA@ m，美国Supelco 公司）；程序升温：起始温度40 ℃，保持5 min，以2.5 ℃/min的速度升至250 ℃，保持10 min；载气（He）流速0.7 mL/min，压力25 kPa，不分流进样，气化室和进样口温度均为250 ℃。质谱采用电子轰击（EI）离子源；电子能量70 eV；传输线温度250 ℃；离子源温度200 ℃；质量扫描范围m/z 40～350，检测器电压350 V。

2.4 RI标准品曲线

取C5～C20正构烷烃标准品，以甲醇为溶剂配制浓度为0.1%的溶液，采取与样品相同的分析条件，测定其GC保留时间，以C5～C20正构烷烃的保留时间对应的相对保留指数（RI）值做曲线。

按照Kovats 计算式:

I＝100lgXi－lgXzlgXz＋1－lgXz（1）

式中， I为保留指数，在本文中是RI（相对保留指数），X为调整保留时间，i为被测物质，Z和Z＋1代表具有Z个和Z＋1个碳原子数的正构烷烃。被测物质的X值应恰在这两个正构烷烃的X值之间，即Xz＜X i＜XZ＋1。 以实验得到的保留时间进行RI值计算，得出各未知挥发性化合物的RI值。将文献值与实验值对照列表，得到系列测得保留指数和保留指数数据库值，二者比较进行验证。

分 析 化 学第39卷

第12期解万翠等： 顶空固相微萃取气相色谱质谱法测定北极虾虾头的挥发性成分

2.5 标准品确证

样品通过GCMS分离鉴定，并经RI值验证后， 得到一系列挥发性化合物，选择所测化合物的标准品，分别配制浓度约为20 mg/L的甲醇溶液GCMS分析。将标准品的图谱与样品中未知物的图谱进行对照，确证的未知化合物。

3 结果与讨论

3.1 GCMS分离及初步鉴定

北极虾虾头的挥发性化合物的总离子流色谱图见图1。从图1可见，在此分析条件下得到的图谱分离度和定量准确度均较好，通过MS谱库（NIST08. LIB）进行匹配度和图谱比较，得到虾头挥发性化合物GCMS分离鉴定的初步结果（表1），利用RI值和标准品进一步确证。

[TS（][HT5”SS]图1 虾头挥发性成分SPMEGCMS检测的总离子流色谱图

Fig．1 TIC of volatile compounds in shrimp head analyzed by SPMEGCMS

（A） 1.0－19.5 min; （B）19.5－42.0 min．[TS）]

3.2 Kovats保留指数（RI）验证

C5～C20正构烷烃标准品的保留时间与对应RI值的标准曲线如图2所示，这是进一步确定样品中各未知物RI值的前提条件。

按照Kovats计算式，得到各未知物的RI实验测得值。然后在相关数据库（www.省略.uk和www.省略等）及相关文献资料中检索各未知物的RI值，均列入表1中，[TS（][HT5”SS] 图2 C5～C20正构烷烃标准品的Kovats保留指数保留时间图

Fig．2 Kovats retention index （RI） and retention time （RT） relations of C5－C20 hydrocarbon standard compounds[TS）]进行比较，进一步确认。本实验所得RI是可信度最高的，但采用Kovats计算式要进行温度的校正，同时在进行RI值检索时，要匹配相同或相似的色谱柱，因为保留时间是不同色谱固定相分离特性的不同所造成的。本实验所用毛细管柱型号为Supelcowax10，可与DBWax, CW20M, Spwax, DBFFAP, FFAP, HPFFAP和HP20M等进行匹配。

3.3 Standard 确证

经过MS图谱鉴定与RI值验证，得到挥发性化合物的GCMS检测的初步结果，然后进行标准品的GCMS最终确证，以2乙基1己醇为例说明鉴定过程见图3。

保留时间为30.96的未知化合物，MS鉴定相似度最高91%的化合物为3,5,5三甲基 2 己烯，其RI实验值为1490。比较未知物与3,5,5三甲基2己烯的MS图谱，认为可能不是同一个化合物，通过检索已有文献结果[14]以及标准品对照，最终确认该未知物为2乙基己醇（RI为1491）。

3.4 北极虾虾头挥发性风味化合物的组成及特征风味化合物

经过GCMS分析鉴定、RI值验证和STD确定后，得到北极虾头挥发性化合物的结果列于表1。

从北极虾头中分离鉴定得到62种挥发性化合物，主要由烃类、醇类、酮类、脂类、醛类、含氮、含硫及呋喃类等化合物组成，各化合物的种类及相对百分含量见图4。

分析结果表明，北极虾虾头的挥发性风味成分的种类及含量中18种烃类化合物占27.98%，但烃类常具有较高的芳香阈值，尤其是正构烷烃，对于虾头特征风味的贡献与含量是不成正比的；14种酮类化合物含量为21.93%，具有甜味及新鲜蘑菇风味的（顺，反）3,5辛二烯2酮和（反，反）3,3辛二烯2酮的含

Fig．4 Types and contents of valitile compounds analyzed in shrimp head （P. Borealis）

A. 烃类（Hydrocarbons）； B. 醇类（Alcohols）； C. 酮类（Kotones）； D. 脂类（Esters）； E. 醛类（Aldehydes）； F. 含氮化合物（Nitrogen containing comp.）； G. 含硫化合物（Sulfurcontaining comp.）； H. 呋喃类（Furans）； I. 未知物（Unknowns）\.[TS）]

量分别为9.55 %和5.54%，同时还有2丁酮、1戊烯3酮、2,3戊二酮、3戊烯2酮、6 辛烯 2 酮、6 甲基 5 庚烯2酮等，因此丰富的酮类化合物贡献于虾的甜的花香和果香风味，通常由多不饱和脂肪酸的氧化或降解、氨基酸降解或微生物氧化产生；脂类化合物， 如醋酸乙酯（9.67%）和醋酸甲酯（1.18%），同样以甜的果香风味特征使北极虾的风味更加浓郁；含量较高的醇类化合物（9.3%），特别是具有蘑菇、肉味和温和油脂风味的1戊烯3醇（3.28%）、2乙基1己醇（3.09%）和1辛烯3醇（0.76%）等，具有低阈值和高风味活性的特点，可能由脂肪的氧化分解或由羰基化合物还原生成，对虾头风味也有较大的贡献[15]。虾头属于虾加工副产品，含氮化合物的含量较高（19.58%），造成了虾头明显的腥味和虾的特征风味，因此在虾头精深加工中需要脱腥处理，才可能得到更加宜人的虾风味产品；除此之外，虾头中还含有醛类化合物（2.86%）、呋喃化合物（0.41%）、含硫化合物（0.71%）及未知物（3.76%），构成虾头复杂的天然风味。

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Determination of Volatile Flavor Compounds of Shrimp Head

by Headspace Solid Phase Microextraction

Gas ChromatographyMass Spectrometry

XIE WanCui, YANG XiHong*, ZHANG ChaoHua, JI HongWu, ZHANG LiFeng

（Key Laboratory of Aquatic Product Advanced Processing of Guangdong Higher Education Institutes,

College of Food Science and Technology, Guangdong Ocean University, Zhanjiang 524088）

Abstract For determination the volatile flavor compounds of sweet shrimp heads （P. Borealis）, solid phase microextractiongas chromatographymass spectrometry was used to separate and identify, then standards of hydrocarbons of C5－C20 were adapted to verify by Kovats retention index （RI）, finally, the standard compounds of unknown were analyzed to confirm these identifications. Based on these, 62 kinds of volatile compounds in shrimp heads （P. Borealis） were analyzed by qualitative and semiquantitative method, in which include 18 hydrocarbons （27.98%）, 6 alcohols （9.57%）, 14 ketones （21.93%）, 5 esters （13.20%）, 8 aldehydes （2.86%）, 1 furan compound （0.41%）, 4 nitrogenous compounds （19.58%）, 1 sulphurs （0.71%）, and 4 unknowns （3.76%）. Considering the threshold perception and odour active values, ketones of （E,Z） 3,5octadien2one, （E,E） 3,5octadien2one, 1penten3one, 3penten2one （E）, and 6methyl2heptanone that have sweet, fresh mushroom flavor were identified as the key compounds for the shrimp head flavor. Esters （ethyl acetate） and alcohols （1penten3ol, 1octen3ol, and 2ethyl1hexanol） have high contribution to shrimp head flavor too. Moreover, the high concentration of nitrogenous compounds such as trimethylamine can cause a fishy flavor of shrimp head. The results indicated that by combining with GCMS, RI and standard confirm, the credibility of the data increased. The SPMEGCMS method could be used as a reference for analysis of complicated volatile flavor of aquatic products.

Keywords Shrimp head （P. Borealis）; Volatile flavor; Solid phase microextractiongas chromatographymass spectrometry; Retention index

（Received 4 January 2011; accepted 29 March 2011）