程明川,李晨,呂辰,江崢
賽默飛世爾科技(中國(guó))公司,上海,中國(guó) 201206
關(guān)鍵詞
Q Exactive;靜電場(chǎng)軌道阱高分辨質(zhì)譜;組學(xué)分析;白酒;香型鑒別
1.引言
白酒在中國(guó)有著悠久的生產(chǎn)歷史, 是我國(guó)優(yōu)秀而寶貴的民族遺產(chǎn),與白蘭地、威士忌、伏特加、朗姆酒、金酒并列為世界6大蒸餾酒。我國(guó)固態(tài)發(fā)酵白酒質(zhì)量的影響因素很多, 每個(gè)生產(chǎn)批次所產(chǎn)酒的酒質(zhì)是不一致的。為了統(tǒng)一達(dá)到本品所固有的各種微量成分和它們之間適宜的比例,就必須進(jìn)行勾兌。經(jīng)過(guò)勾兌后的成品白酒, 具有其固定的化學(xué)成分組成以及這些成分之間的固定量比關(guān)系,從而形成各自不同的香型和風(fēng)味[1]。目前對(duì)白酒香氣成分的分析多采用 GC 或 GC/MS的方法[2]。而對(duì)于香型的鑒定,主要依靠品酒師的感官鑒別。該方法簡(jiǎn)單快捷,但對(duì)人員要求較高,且較為主觀。也有采用電子舌技術(shù)對(duì)不同香型的白酒進(jìn)行區(qū)分[3],但電子舌技術(shù)尚有待進(jìn)一步發(fā)展且通用性較差。本實(shí)驗(yàn)采用超高效液相色譜(UHPLC)和基于Orbitrap高分辨質(zhì)譜技術(shù)的Q Exactive臺(tái)式質(zhì)譜儀,結(jié)合組學(xué)分析軟件SIEVE和統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件SIMCA對(duì)不同香型的白酒進(jìn)行了組學(xué)研究,利用多元統(tǒng)計(jì)分析建立了一種快速、準(zhǔn)確、客觀地鑒別白酒香型的新方法,并對(duì)找到的標(biāo)志物進(jìn)行了鑒定。
2.樣品信息及分析流程
實(shí)驗(yàn)分別收集了濃香型、醬香型和清香型三種香型的白酒樣品。每種香型內(nèi)均包含不同品牌,不同品質(zhì)等級(jí)等多個(gè)樣本。因白酒樣本復(fù)雜,在不同品牌或是同一品牌不同等級(jí)之間存在多樣性和差異性,為減少不確定因素,先將三個(gè)香型的樣本分成不同品牌和同一品牌不同等級(jí)兩個(gè)組,分別進(jìn)行分析和比較。
不同品牌組:每種香型包含各個(gè)名優(yōu)品牌中最具有代表性的高端酒樣,每個(gè)樣本均是對(duì)應(yīng)香型中的典型樣本。力求通過(guò)對(duì)該組的分析找出不同品牌之間按照香型區(qū)分的標(biāo)志物。具體樣品信息見表 1。
不同等級(jí)組:每種香型包含同一典型品牌中從高端到低端的不同等級(jí)的樣本。對(duì)該組的分析可以找出不同等級(jí)的樣本之間共有的可以區(qū)分其他香型的標(biāo)志性化合物,也可驗(yàn)證在對(duì)不同品牌組分析中找到的典型標(biāo)志性化合物是否存在于該品牌各個(gè)等級(jí)的樣品中。具體樣品信息見表 2。
為了最大程度地保留樣本內(nèi)的化學(xué)成分,樣本僅使用0.22µm的濾膜過(guò)濾后,即采用正負(fù)切換掃描的方式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。數(shù)據(jù)用 SIEVE 軟件進(jìn)行峰提取、過(guò)濾、對(duì)齊和差異化比較;使用 SIMCA 進(jìn)行 PCA、OPLS-DA 等多元統(tǒng)計(jì)分析,并利用建立的數(shù)學(xué)模型對(duì)未知樣品進(jìn)行判別預(yù)測(cè),分析流程見圖 1。
3.實(shí)驗(yàn)條件
3.1液相色譜條件
色譜儀:Thermo Scientific TM Ultimate 3000 RSLC
色譜柱:Thermo Scientific TM Accucore C8 (100×2.1, 2.6 µm)
流動(dòng)相組成和梯度洗脫條件見表 3。
4. 結(jié)果與討論
4.1 實(shí)驗(yàn)條件的選擇
為保證白酒樣品中盡可能多的成分能夠有效地被測(cè)定,本實(shí)驗(yàn)對(duì)不同型號(hào)的色譜柱進(jìn)行了考察,包括:AccucoreaQ、Accucore Hilic、Accucore C8、Syncronis C18 和Hypercarb。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明 Accucore C8 色譜柱在正離子模式下能夠?qū)Π拙茦悠分械幕衔镞M(jìn)行較好的分離和有較高的響應(yīng)(圖 2)。
4.2 數(shù)據(jù)重現(xiàn)性
在組學(xué)相關(guān)試驗(yàn)中,方法的重現(xiàn)性至關(guān)重要,需要保證數(shù)據(jù)在質(zhì)量精度、保留時(shí)間及響應(yīng)強(qiáng)度等方面具有很好的的重現(xiàn)性。本實(shí)驗(yàn)在進(jìn)樣序列中穿插了 QC 樣品,對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行了考察。在整個(gè)進(jìn)樣周期(48 小時(shí))內(nèi),保留時(shí)間(RT)偏差 <2 s,以某一化合物考察的響應(yīng)值(NL)RSD 為 10% 左右,質(zhì)量精度偏差在 1 ppm 以內(nèi)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,采用外標(biāo)法進(jìn)行一次校正后,系統(tǒng)有良好的穩(wěn)定性、重現(xiàn)性和質(zhì)量精度。
4.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析
采用 SIEVE 軟件對(duì)組分進(jìn)行提取、過(guò)濾(P-Value < 0.05)及統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。不同品牌組和不同等級(jí)組分別得到 486 個(gè)和1246 個(gè)化合物。通過(guò) SIMCA 軟件對(duì)上述化合物的 PCA 分析表明,在這兩個(gè)分析組中 3 種香型的白酒均能較好的分開,聚類趨勢(shì)明顯,無(wú)明顯離群組分且與其他組別有較明顯差異(圖 3)
采用 SIEVE 軟件找出所得化合物中ratio差別較大,且在XIC圖中有明確色譜峰的化合物,作為潛在標(biāo)志物,如圖 4 所示(以化合物 S1 示例)。最終在兩個(gè)分析組中分別確定的標(biāo)志物見表 5 和表 6。其中有 5 個(gè)化合物為兩個(gè)分析組的共有標(biāo)志物。以這 5 個(gè)共有標(biāo)志物為指標(biāo),采用 SIMCA 軟件進(jìn)行正交校正偏最小二乘法判別分析(OPLS-DA),最大化地凸顯模型內(nèi)部不同組別之間的差異。分析結(jié)果表明三種香型的白酒可以得到良好的區(qū)分(圖 5)。
4.4 建模與預(yù)判
以此 OPLS-DA 分析的模型對(duì)已知另一典型濃香型白酒樣品(沱牌曲酒,50°)進(jìn)行預(yù)判分析,來(lái)考察選取的5個(gè)標(biāo)志物對(duì)3種香型白酒的鑒別能力。結(jié)果表明,測(cè)試樣品可以很好的和濃香型樣品聚合在一起,和另外兩種組能很好的區(qū)分,判斷結(jié)果正確(圖 6)。
4.5 標(biāo)志物鑒定
根據(jù)標(biāo)志物的精確質(zhì)量數(shù)、同位素分布和二級(jí)碎片離子等信息,采用 Xcalibur 軟件、MassFrontier 軟件和 ChemSpider 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行了鑒定和確證,鑒定結(jié)果見表 7。
5. 結(jié)論
本實(shí)驗(yàn)展示了基于組學(xué)的分析方法在食品種類鑒別中的工作流程。結(jié)果表明 Orbitrap 高分辨質(zhì)譜技術(shù)結(jié)合組學(xué)分析軟件SIEVE 及統(tǒng)計(jì)學(xué)分析軟件 SIMCA,可以有效地鑒別濃香、醬香和清香三種香型的白酒。在實(shí)驗(yàn)中鑒定到了 5 個(gè)共有標(biāo)志物,其中包括濃香型白酒被廣為認(rèn)知的特征成分己酸乙酯,與既有研究一致,也表明所選標(biāo)志物具有極高的可信度。通過(guò)對(duì)已知樣本的預(yù)判測(cè)試,顯示出所建立模型可以很好的用于三種香型白酒的區(qū)分。標(biāo)志物未在清香型白酒中發(fā)現(xiàn),能與清香型白酒本身就分 3 種亞型有關(guān)。另外,通過(guò)樣本量的增加,所建立的模型進(jìn)行樣品預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確度可能會(huì)進(jìn)一步提高。后續(xù)還可采用該流程和方法對(duì) 12 種白酒香型中的其他香型和不同年份的白酒樣品進(jìn)行分析和比較。利用本文建立的這一套工作流程,可以推廣到食品組學(xué)研究領(lǐng)域更廣范圍的品種鑒別、產(chǎn)地溯源、質(zhì)量控制等各個(gè)研究方向。
參考文獻(xiàn)
[1] 周圍,等。名優(yōu)白酒質(zhì)量指紋專家鑒別系統(tǒng)。分析化學(xué),2006年4月,第32卷,735-740。
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[3] 王永維,等。基于電子舌的白酒檢測(cè)與區(qū)分研究。包裝與食品機(jī)械,2009年第27卷第5期,57-61。