Анализ аромата чая на основе обогащения ароматизатора с помощью растворителя

Резюме

Представлен метод обогащения и анализа летучих компонентов чайных экстрактов с использованием ароматизатора с помощью растворителя и экстракции растворителем с последующей газовой хромато-масс-спектрометрией, который может быть применен ко всем типам образцов чая.

Аннотация

Аромат чая является важным фактором качества чая, но его сложно проанализировать из-за сложности, низкой концентрации, разнообразия и лабильности летучих компонентов чайного экстракта. В данной работе представлен метод получения и анализа летучих компонентов чайного экстракта с сохранением запаха с помощью выпаривания ароматизатора с помощью растворителя (SAFE) и экстракции растворителем с последующей газовой хромато-масс-спектрометрией (ГХ-МС). SAFE — это метод высоковакуумной дистилляции, который позволяет изолировать летучие соединения из сложных пищевых матриц без каких-либо нелетучих помех. В этой статье представлена полная пошаговая процедура анализа аромата чая, включая приготовление чайного настоя, экстракцию растворителем, безопасную дистилляцию, концентрирование экстракта и анализ методом ГХ-МС. Эта процедура была применена к двум образцам чая (зеленый чай и черный чай), и были получены качественные и количественные результаты по летучему составу образцов чая. Этот метод может быть использован не только для анализа ароматов различных типов образцов чая, но и для молекулярно-органолептических исследований на них.

Введение

Чай является любимым напитком многих людей во всем мире ^1,2. Аромат чая является критерием качества, а также фактором, определяющим цену на чайные листья ^3,4. Таким образом, анализ ароматического состава и содержания чая имеет большое значение для молекулярно-органолептических исследований и контроля качества чая. В результате, анализ ароматического состава стал важной темой в исследованиях чая в последние годы ^5,6,7.

Содержание ароматических компонентов в чае очень низкое, так как они обычно составляют всего 0,01%-0,05% сухой массы чайных листьев⁸. Кроме того, большое количество нелетучих компонентов в матрице образца существенно затрудняет анализ методом газовой хроматографии ^9,10. Поэтому процедура пробоподготовки необходима для выделения летучих соединений в чае. Ключевым моментом при выборе метода выделения и обогащения является минимизация матричных помех и, в то же время, максимальное сохранение первоначального профиля запаха образца.

Выпаривание ароматизатора с помощью растворителя (SAFE), первоначально разработанное Энгелем, Баром и Шиберле, представляет собой усовершенствованный метод высоковакуумной дистилляции, используемый для выделения летучих соединений из сложных пищевых матриц^11,12. Компактный стеклянный узел, соединенный с высоковакуумным насосом (при типичном рабочем давлении 5 x 10⁻³ Па), может эффективно собирать летучие соединения из экстрактов растворителей, маслянистых пищевых продуктов и водных образцов.

В данной статье описан метод, сочетающий технику SAFE с экстракцией растворителем для выделения летучих веществ из настоя черного чая с последующим анализом с помощью ГХ-МС.

протокол

1. Приготовление внутреннего стандарта и чайного настоя

1. Исходный раствор: Растворите 10,0 мг параксилола-d10 (см. таблицу материалов) в 10,0 мл безводного этанола для приготовления исходного раствора 1000 ppm внутреннего стандарта.
2. Рабочий раствор: Разбавить 1 мл исходного раствора (шаг 1.1) до 100 мл чистой водой для приготовления рабочего раствора 10 ppm внутреннего стандарта.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Рабочий раствор должен быть приготовлен в тот же день, что и анализ.
3. Поместите 3 г чайных листьев (как для зеленого, так и для черного чая, см. Таблицу материалов) в колбу Эрленмейера и залейте 150 мл кипятка. Накройте колбу стеклянной пробкой.
4. Через 5 мин быстро процедите чайный настой через сито на 300 меш.
5. Отработанные чайные листья дважды промыть 30 мл воды и соединить промывочный раствор с чайным настоем.
6. Быстро остудите чайный настой до комнатной температуры на водяной бане с ледяной водой.
7. Добавьте в чайный настой 1,00 мл рабочего раствора (шаг 1.2) и хорошо перемешайте.

2. Дистилляция чайного настоя методом SAFE и жидкостно-жидкостной экстракции дистиллята

1. Подготовьте сборку SAFE, выполнив следующие действия.
   1. Установите узел SAFE (Рисунок 1) и подсоедините дистилляционную бутылку в левом нижнем углу (Рисунок 1[3]) и бутылку для сбора в правом нижнем углу (Рисунок 1[4]). Подсоедините трубку циркуляционной воды в задней части стеклянного узла SAFE. Установите холодную ловушку (Рисунок 1[5]) и подсоедините трубку к вакуумному насосу (см. Таблицу материалов) в правом верхнем углу стеклянного узла.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Проверьте соединение трубки циркуляционной воды; Убедитесь, что входное отверстие входит вверху, а выходное — снизу. Используйте деионизированную воду для циркуляции, чтобы предотвратить засорение накипью белой трубки в узле SAFE, что приведет к плохой циркуляции циркулирующей воды и, в конечном итоге, к взрыву узла SAFE. Дистилляционное дно (рис. 1[3]) может перемешиваться мешалкой для облегчения испарения пробы.
   2. Установите температуру циркулирующей воды на 50 °C, а температуру водяной бани для колбы с образцом на 40 °C. Закройте вакуумный клапан (Рисунок 1[2]).
2. Выполните операцию вакуумного насоса.
   1. Включите вакуумный насос.
   2. Постепенно увеличивайте скорость до максимальной скорости 100%.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Если скорость не достигает 100%, проверьте, герметична ли система и нет ли внутри системы остатков растворителя.
   3. После достижения высокого вакуума (предпочтительно ^10-3 Па)
      ПРИМЕЧАНИЕ: Вакуум улучшится, когда жидкий азот будет добавлен в холодную ловушку.
3. Выполните дистилляцию образца.
   1. Запустите циркуляцию воды.
   2. Добавьте жидкий азот в холодную ловушку, чтобы покрыть внешнюю часть бутылки для сбора.
   3. Перелейте чайный настой в воронку для образцов в левом верхнем углу (Рисунок 1[1]), а затем накройте ее стеклянной пробкой.
   4. Вводят пробу в дистилляционную колбу по каплям. Контролируйте скорость падения образца таким образом, чтобы вакуум поддерживался в надлежащем диапазоне около 10⁻³ Па.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Добавляйте жидкий азот во время процесса, чтобы гарантировать, что подходящая сборная бутылка всегда погружена в жидкий азот. Старайтесь не допускать образования конденсата в холодной ловушке.
4. Выключите вакуумный насос после завершения дистилляции.
   1. Нажмите выключатель питания . Когда "STOP" начнет мигать, нажмите клавишу Enter для подтверждения.
   2. Отключите шнур питания, когда скорость молекулярного насоса уменьшится до «0».
      ПРИМЕЧАНИЕ: Перезапускайте только тогда, когда скорость уменьшится до «0».
5. Восстановите в системе атмосферное давление.
   1. Снимите размолочную пробку над бутылкой для отбора проб.
   2. Медленно открутите ручку вакуумного клапана, чтобы восстановить в системе атмосферное давление.
6. Снимите бутылку для сбора с образцом.
   1. Удалите жидкий азот из емкости для сбора после восстановления системы до атмосферного давления.
   2. Медленно отвинтите флакон для сбора. Осторожно снимите бутылку для сбора с образцом.
   3. Закройте циркуляцию воды.
7. Выполните жидкостно-жидкостную экстракцию БЕЗОПАСНОГО дистиллята.
   1. Дайте дистилляту SAFE в бутылке нагреться до комнатной температуры.
   2. Трижды извлеките дистиллят SAFE с 50 мл дихлорметана (см. Таблицу материалов).
   3. Соедините слои дихлорметана. Высушите экстракт безводным сульфатом натрия (см. Таблицу материалов).
      ПРИМЕЧАНИЕ: Безводный сульфат натрия в растворителе считается достаточно сухим, когда он больше не цементируется и может свободно течь.
   4. Концентрируйте экстракт примерно до 2 мл, используя мягкую струю азота.
   5. Перелейте во флакон образца объемом 1-2 мл и далее концентрируйте до 200 мкл с помощью щадящей струи азота.

3. Анализ и обработка данных ГХ-МС

1. Проанализируйте ароматические концентраты, приготовленные в разделе 2 протокола, с помощью системы ГХ-МС (рис. 2), оснащенной капиллярными колонками из плавленого кремнезема (см. таблицу материалов).
2. Используйте гелий в качестве газа-носителя с линейной скоростью 40 см/с.
3. Ввести 3 мкл концентрата в режиме бесщепленного впрыска.
4. Установите программу температуры духовки GC: (1) держите при температуре 40 °C в течение 5 минут; (2) повышение до 200 °C при 5 °C/мин; (3) повышение до 280 °C при 10 °C/мин; (4) Держать при температуре 280 °C в течение 10 мин.
5. Масс-селективный детектор работает в режиме положительного ЭИ¹³ с диапазоном масс-сканирования от 30 м/з до 350 м/з при напряжении 70 эВ.
6. Деконволюция данных ГХ-МС с помощью Автоматизированной системы масс-спектральной деконволюции и идентификации (AMDIS, см. таблицу материалов).
7. Сопоставление и уточнение данных после деконволюции с помощью программы поиска масс-спектрометра NIST (Национальный институт стандартов и технологий)¹⁷ 3.
8. Рассчитайте индекс удержания соединений¹⁴ по результату набора н-алканов (С5-С25, см. таблицу материалов) при тех же условиях ГХ.
9. Определите пики GC с помощью библиотеки масс-спектрометрии NIST и базы данных индекса удержания на основе одновременного сопоставления индексов массы и удержания.
10. Рассчитайте концентрацию каждого летучего компонента в образце SAFE относительно внутреннего стандарта, используя пиковую площадь TIC (общая ионная хроматография).
11. Повторите анализ три раза, начиная с приготовления чайного настоя.

Результаты

Описанная выше аналитическая процедура проиллюстрирована в данном разделе на примере анализа аромата образцов черного чая и зеленого чая.

Репрезентативная хроматограмма ГХ-МС показана на рисунке 3. На рисунке 3A показан набор н-алканов, а ...

Обсуждение

В данной статье описан эффективный метод анализа летучих соединений в чайных настоях с использованием SAFE и GC-MS анализа.

Чайные настои имеют сложную матрицу с высоким содержанием нелетучих компонентов. В литературе описано несколько методов выделения летучих компоненто...

Материалы

Name	Company	Catalog Number	Comments
Alkane mix (C10-C25)	ANPEL	CDAA-M-690035
Alkane mix (C5-C10)	ANPEL	CDAA-M-690037
AMDIS	National Institute of Standards and Technology	version 2.72	Gaithersburg, MD
Analytical balance	OHAUS	EX125DH
Anhydrous ethanol	Sinopharm
Anhydrous sodium sulfate	aladdin
Black tea	Qianhe Tea		Huangshan, Anhui province, China
Concentrator	Biotage	TurboVap
Data processor	Agilent	MassHunter
Dichloromethane	TEDIA
GC	Agilent	7890B
GC column	Agilent	DB-5MS
Green tea	Qianhe Tea		Huangshan, Anhui province, China
MS	Agilent	5977B
p-Xylene-d10	Sigma-Aldrich
SAFE	Glasbläserei Bahr
Ultra-pure deionized water	Milipore	Milli-Q
Vacuum pump	Edwards	T-Station 85H