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방법 논문

용매 보조 풍미 증발 농축을 기반으로 한 차 향 분석

4.2K 조회수

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DOI:

10.3791/65522

⸱

2023년 5월 26일

 ,  ,  , 
1Tea Research Institute Chinese Academy of Agricultural Sciences, 2State Key Laboratory of Tea Plant Biology and Utilization, Anhui Agricultural University

이 논문에서

요약

여기에 제시된 것은 모든 유형의 차 샘플에 적용할 수 있는 용매 보조 풍미 증발 및 용매 추출에 이어 가스 크로마토그래피-질량 분석법을 사용하여 차 추출물의 휘발성 성분을 농축하고 분석하는 방법입니다.

초록

차 향은 차 품질에 중요한 요소이지만 차 추출물의 휘발성 성분의 복잡성, 낮은 농도, 다양성 및 불안정성으로 인해 분석이 어렵습니다. 본 연구는 SAFE(Solvent-Assisted Flavor Evaporation)와 용매 추출에 이어 가스크로마토그래피-질량분석법(GC-MS)을 이용하여 냄새 보존이 가능한 차 추출물의 휘발성 성분을 구하고 분석하는 방법을 제시한다. SAFE는 비휘발성 간섭 없이 복잡한 식품 매트릭스에서 휘발성 화합물을 분리할 수 있는 고진공 증류 기술입니다. 이 기사에서는 차 주입 준비, 용매 추출, SAFE 증류, 추출물 농도 및 GC-MS에 의한 분석을 포함하여 차 향 분석을 위한 완전한 단계별 절차를 제시합니다. 이 과정을 두 개의 차 샘플(녹차 및 홍차)에 적용하고, 차 샘플의 휘발성 조성에 대한 정성적 및 정량적 결과를 얻었다. 이 방법은 다양한 종류의 차 샘플의 향 분석뿐만 아니라 분자 감각 연구에도 사용할 수 있습니다.

서론

차는 전 세계 많은 사람들이 선호하는 음료입니다 1,2. 차의 향은 찻잎의 가격 결정 요인 일뿐만 아니라 품질 기준입니다 3,4. 따라서 차의 향 조성 및 함량 분석은 분자 감각 연구 및 차의 품질 관리에 매우 중요합니다. 그 결과, 아로마 조성 분석은 최근 몇 년 동안 차 연구에서 중요한 주제가 되었습니다 5,6,7.

차의 향 성분 함량은 일반적으로 찻잎 건조 중량의 0.01%-0.05%만을 차지하기 때문에 매우 낮다8. 또한, 샘플 매트릭스 내의 다량의 비휘발성 성분은 가스 크로마토그래피 9,10에 의한 분석을 상당히 방해한다. 따라서 차에서 휘발성 화합물을 분리하기 위한 샘플 준비 절차가 필수적입니다. 분리 및 농축 방법에 대한 주요 고려 사항은 매트릭스 간섭을 최소화하는 동시에 샘플의 원래 냄새 프로파일 보존을 최대화하는 것입니다.

원래 Engel, Bahr 및 Schieberle에 의해 개발된 용매 보조 향미 증발(SAFE)은 복잡한 식품 매트릭스11,12에서 휘발성 화합물을 분리하는 데 사용되는 개선된 고진공 증류 기술입니다. 고진공 펌프에 연결된 소형 유리 어셈블리(5 x 10-3Pa의 일반적인 작동 압력 하에서)는 용매 추출물, 유성 식품 및 수성 샘플에서 휘발성 화합물을 효율적으로 수집할 수 있습니다.

이 기사에서는 SAFE 기술과 용매 추출을 결합하여 홍차 주입에서 휘발성 물질을 분리한 다음 GC-MS를 사용하여 분석하는 방법에 대해 설명했습니다.

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프로토콜

1. 내부 표준물질 준비 및 차 주입

  1. 원액: 파라자일렌-d10 10.0 mg( 재료표 참조) 10.0 mL를 무수 에탄올에 녹여 내부 표준물질의 1,000 ppm 원액을 제조하였다.
  2. 작업 용액: 원액 1 mL (단계 1.1)를 순수한 물 100 mL로 희석하여 내부 표준물질의 10 ppm 작업 용액을 제조한다.
    참고: 작업 용액은 분석과 같은 날에 준비해야 합니다.
  3. 삼각 플라스크에 찻잎 3g(녹차와 홍차 모두 재료 표 참조)을 넣고 끓는 물 150mL를 넣습니다. 플라스크를 유리 마개로 덮으십시오.
  4. 5 분 후, 300 메쉬 체를 통해 차 주입을 빠르게 걸러냅니다.
  5. 사용한 찻잎을 물 30mL로 두 번 씻고 세척액과 차 주입액을 결합하십시오.
  6. 차 주입을 얼음물 욕조에서 실온으로 빠르게 식히십시오.
  7. 차 주입 물에 1.00 mL의 작업 용액 (1.2 단계)을 넣고 잘 섞는다.

2. SAFE에 의한 차 주입의 증류 및 증류액의 액체-액체 추출

  1. 아래 단계에 따라 SAFE 어셈블리를 준비합니다.
    1. SAFE 어셈블리(그림 1)를 설치하고 왼쪽 하단의 증류 병(그림 1[3])과 오른쪽 하단의 수집 병(그림 1[4])을 연결합니다. SAFE 유리 어셈블리 후면에 순환 수관을 연결합니다. 콜드 트랩(그림 1[5])을 설치하고 튜브를 유리 어셈블리의 오른쪽 상단에 있는 진공 펌프(재료 표 참조)에 연결합니다.
      알림: 순환 수관의 연결을 확인하십시오. 흡입구가 상단으로 들어가고 배출구가 하단에서 나오는지 확인하십시오. 순환을 위해 탈이온수를 사용하여 스케일이 SAFE 어셈블리의 흰색 튜브를 막아 순환수의 순환이 불량하고 결국 SAFE 어셈블리가 폭발하는 것을 방지하십시오. 증류 바닥(그림 1[3])은 시료의 증발을 용이하게 하기 위해 교반 막대로 교반할 수 있습니다.
    2. 순환수의 온도를 50°C로 설정하고 샘플 플라스크의 수조의 온도를 40°C로 설정합니다. 진공 밸브를 닫습니다(그림 1[2]).
  2. 진공 펌프 작동을 수행하십시오.
    1. 진공 펌프의 전원을 켭니다.
    2. 최대 속도 100%까지 서서히 속도를 높입니다.
      알림: 속도가 100%에 도달하지 않으면 시스템이 밀폐되어 있는지, 시스템 내부에 용매 잔류물이 있는지 확인하십시오.
    3. 고진공에 도달 한 후 (바람직하게는 10-3 Pa)
      알림: 액체 질소가 콜드 트랩에 추가되면 진공이 향상됩니다.
  3. 샘플 증류를 수행합니다.
    1. 물 순환을 시작하십시오.
    2. 콜드 트랩에 액체 질소를 추가하여 수집 병 외부를 덮습니다.
    3. 왼쪽 상단의 샘플 깔때기(그림 1[1])에 차 주입을 붓고 유리 마개로 덮습니다.
    4. 샘플을 증류 플라스크에 적가합니다. 진공이 약 10-3Pa 의 적절한 범위로 유지되도록 샘플 드롭 속도를 제어합니다.
      알림: 공정 중에 액체 질소를 추가하여 올바른 수집 병이 항상 액체 질소에 잠기도록 합니다. 콜드 트랩에서 응축수가 형성되지 않도록 하십시오.
  4. 증류가 완료된 후 진공 펌프를 끕니다.
    1. 전원 스위치를 누릅니다. "STOP"이 깜박이면 Enter 키를 눌러 확인합니다.
    2. 분자 펌프의 속도가 "0"으로 감소하면 전원 코드를 뽑습니다.
      알림: 속도가 "0"으로 감소할 때만 다시 시작하십시오.
  5. 시스템을 대기압으로 복원합니다.
    1. s의 분쇄 플러그를 제거합니다.amp링 병.
    2. 진공 밸브의 손잡이를 천천히 풀어 시스템을 대기압으로 복원합니다.
  6. 샘플과 함께 수집 병을 내립니다.
    1. 시스템을 대기압으로 복구한 후 수집 병 외부의 액체 질소를 제거합니다.
    2. 수집 병의 나사를 천천히 풉니다. 샘플과 함께 수집 병을 조심스럽게 내리십시오.
    3. 순환하는 물을 닫으십시오.
  7. SAFE 증류액의 액체-액체 추출을 수행합니다.
    1. 병에 담긴 SAFE 증류액을 실온으로 데우십시오.
    2. SAFE 증류액을 디클로로메탄 50mL로 세 번 추출합니다( 재료 표 참조).
    3. 디클로로메탄 층을 결합합니다. 무수 황산나트륨으로 추출물을 건조시킵니다( 재료 표 참조).
      참고: 용매의 무수 황산나트륨은 더 이상 시멘트가 발라지지 않고 자유롭게 흐를 수 있을 때 충분히 건조한 것으로 간주됩니다.
    4. 부드러운 질소 스트림을 사용하여 추출물을 약 2 mL로 농축한다.
    5. 1-2 mL의 샘플 바이알로 옮기고, 부드러운 질소 스트림을 사용하여 200 μL로 농축한다.

3. GC-MS 분석 및 데이터 처리

  1. 융합 실리카 모세관 컬럼이 장착된 GC-MS 시스템(그림 2)을 사용하여 프로토콜 섹션 2에서 제조된 아로마 농축액을 분석합니다( 재료 표 참조).
  2. 헬륨을 40cm/s의 선속도로 운반 가스로 사용합니다.
  3. 3 μL의 농축액을 스플리스트리 주입 모드로 주입합니다.
  4. GC 오븐 온도 프로그램 설정: (1) 40°C에서 5분 동안 유지합니다. (2) 5 °C / min에서 200 °C로 증가; (3) 10°C/min에서 280°C로 증가; (4) 280°C에서 10분간 유지합니다.
  5. 질량 선택 검출기를13eV 에서 30m/z에서 350m/z까지의 질량 스캔 범위로 포지티브 EI 모드 70에서 작동합니다.
  6. AMDIS(Automated Mass Spectral Deconvolution and Identification System, 재료 표 참조)를 사용하여 GC-MS 데이터를 디콘볼루션합니다.
  7. NIST(National Institute of Standards and Technology) 17 질량분석기 검색 프로그램을 사용하여 디콘볼루션 후 데이터를 일치시키고 검증합니다3.
  8. 동일한 GC 조건 하에서 n-알칸 세트(C5-C25, 재료 표 참조)의 결과를 기초로 화합물14의 보유 지수를 계산한다.
  9. 질량 및 머무름 지수의 동시 매칭을 기반으로 NIST 질량 분석 라이브러리와 머무름 지수 데이터베이스를 사용하여 GC 피크를 식별합니다.
  10. TIC(총 이온 크로마토그래피) 피크 면적을 사용하여 내부 표준물질에 대한 SAFE 샘플의 각 휘발성 성분의 농도를 계산합니다.
  11. 차 주입 준비부터 시작하여 분석을 세 번 반복하십시오.

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결과

상술한 분석 절차는 홍차 및 녹차 샘플의 아로마 분석의 예를 사용하여 이 섹션에서 설명된다.

대표적인 GC-MS 크로마토그램이 그림 3에 나와 있습니다. 그림 3A는 n-알칸 세트를 보여주고, 그림 3B는 내부 표준물질의 프로파일을 보여줍니다. 녹차 및 홍차 시료로부터의 추출물에 대한 평가 결과를 각각 도 3C 및 도 3D에 나타내었다. 내부 표준물질을 분석하면 안정적인 기준선을 가진 하나의 최종 피크를 검출할 수 있습니다(그림 3B). GC 크로마토그램은 총 이온 계수 후 녹차 및 홍차 주입 추출물에서 얻은 완전한 GC 프로파일을 보여줍니다.

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토론

이 기사에서는 SAFE 및 GC-MS 분석을 사용하여 차 주입의 휘발성 화합물을 분석하는 효율적인 방법을 설명합니다.

차 주입은 비 휘발성 성분 함량이 높은 복잡한 매트릭스를 가지고 있습니다. 차 주입에서 휘발성 성분을 분리하기 위한 몇 가지 방법이 문헌에 설명되어 있습니다. 일반적인 방법은 동시 증류 추출 (SDE) 15,16입니다. 그러나, 차 향의 분석에는 적합하지 않은데, 그 이유는 찻잎이 전체 증류/추출 과정에서 물로 끓여야 하기 때문이며, 이로 인해 차 성분이 화학 반응을 일으켜 원래의 샘플(17)과 매우 다른 냄새 프로파일이 생성된다. SAFE는 고진공 상태에서 저온에서 차 주입을 증류하여 분석 물질의 변화를 최소화하고 원래의 아로마 조성을 보존할 수 있도록 합니다.

고체...

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공개 사항

저자는 공개 할 것이 없습니다.

감사의 글

이 연구는 중국 국립 자연 과학 재단 (32002094, 32102444), MOF와 MARA의 중국 농업 연구 시스템 (CARS-19), 중국 농업 과학원 혁신 프로젝트 (CAAS-ASTIP-TRI)의 지원을 받았다.

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재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
알칸 혼합물 (C10-C25)ANPELCDAA-M-690035
알칸 혼합물 (C5-C10)ANPELCDAA-M-690037
AMDISNational Institute of Standards and Technology버전 2.72Gaithersburg, MD
분석 저울OHAUSEX125DH
무수 에탄올Sinopharm
무수 황산나트륨알라딘
홍차Qianhe 차황산, 안후이성, 중국
농축기BiotageTurboVap
데이터 프로세서AgilentMassHunter
DichloromethaneTEDIA
GCAgilent7890B
GC 컬럼애질런트DB-5MS
녹차Qianhe 차황산, 안후이성, 중국
MS애질런트5977B
p-크실렌-d10시그마-알드리치
SAFEGlasblä serei Bahr
초순수 탈이온수MiliporeMilli-Q
진공 펌프EdwardsT-Station 85H

참고문헌

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