Artykuł metodologiczny

Analiza aromatu herbaty w oparciu o wspomagane rozpuszczalnikiem wzbogacanie aromatu

4.2K wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/65522

⸱

26 maja 2023

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

W tym artykule

Podsumowanie

Przedstawiona tutaj jest metoda wzbogacania i analizy lotnych składników ekstraktów herbaty za pomocą wspomaganego rozpuszczalnikiem odparowywania smaku i ekstrakcji rozpuszczalnikowej, a następnie chromatografii gazowej i spektrometrii mas, która może być stosowana do wszystkich rodzajów próbek herbaty.

Streszczenie

Aromat herbaty jest ważnym czynnikiem wpływającym na jakość herbaty, ale jest trudny do analizy ze względu na złożoność, niskie stężenie, różnorodność i labilność lotnych składników ekstraktu herbacianego. W pracy przedstawiono metodę otrzymywania i analizy lotnych składników ekstraktu herbacianego z zachowaniem zapachu przy użyciu odparowywania smaku wspomaganego rozpuszczalnikiem (SAFE) i ekstrakcji rozpuszczalnikiem, a następnie chromatografii gazowej ze spektrometrią mas (GC-MS). SAFE to technika destylacji wysokopróżniowej, która może izolować lotne związki ze złożonych matryc spożywczych bez żadnych nielotnych zakłóceń. W tym artykule przedstawiono pełną procedurę analizy aromatu herbaty krok po kroku, w tym przygotowanie naparu herbacianego, ekstrakcję rozpuszczalnikiem, destylację SAFE, stężenie ekstraktu i analizę za pomocą GC-MS. Procedurę tę zastosowano do dwóch próbek herbaty (herbaty zielonej i herbaty czarnej) i uzyskano wyniki jakościowe oraz ilościowe dotyczące składu lotnego próbek herbaty. Metoda ta może być stosowana nie tylko do analizy aromatów różnego rodzaju próbek herbat, ale także do molekularnych badań sensorycznych na nich.

Wprowadzenie

Herbata jest ulubionym napojem wielu ludzi na całym świecie1,2. Aromat herbaty jest kryterium jakości, a także czynnikiem decydującym o cenie liści herbaty3,4. W związku z tym analiza składu zapachowego i zawartości herbaty ma ogromne znaczenie dla molekularnych badań sensorycznych i kontroli jakości herbaty. W rezultacie, analiza składu aromatycznego była ważnym tematem w badaniach nad herbatą w ostatnich latach5,6,7.

Zawartość składników aromatycznych w herbacie jest bardzo niska, ponieważ zazwyczaj stanowią one tylko 0,01%-0,05% suchej masy liści herbaty8. Ponadto duża ilość składników nielotnych w matrycy próbki znacząco zakłóca analizę metodą chromatografii gazowej9,10. Dlatego procedura przygotowania próbki jest niezbędna do wyizolowania lotnych związków w herbacie. Kluczową kwestią przy metodzie izolacji i wzbogacania jest minimalizacja interferencji matrycy i jednocześnie maksymalizacja zachowania pierwotnego profilu zapachowego próbki.

Solvent-assisted flavor evaporation (SAFE), pierwotnie opracowana przez Engela, Bahra i Schieberle, jest ulepszoną techniką destylacji wysokopróżniowej, używaną do izolowania lotnych związków ze złożonych matryc żywnościowych11,12. Kompaktowy zespół szklany połączony z pompą wysokopróżniową (przy typowym ciśnieniu roboczym 5 x 10−3 Pa) może skutecznie zbierać lotne związki z ekstraktów rozpuszczalnikowych, oleistych produktów spożywczych i próbek wodnych.

Ten artykuł opisuje metodę, która łączy technikę SAFE z ekstrakcją rozpuszczalnikiem w celu wyizolowania substancji lotnych z naparu z czarnej herbaty, a następnie analizę za pomocą GC-MS.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

1. Przygotowanie wzorca wewnętrznego i naparu herbacianego

  1. Roztwór podstawowy: Rozpuścić 10,0 mg paraksylenu-d10 (patrz tabela materiałów) w 10,0 ml bezwodnego etanolu, aby przygotować 1,000 ppm roztworu podstawowego wzorca wewnętrznego.
  2. Roztwór roboczy: Rozcieńczyć 1 ml roztworu podstawowego (krok 1.1) do 100 ml czystą wodą, aby przygotować 10 ppm roztworu roboczego wzorca wewnętrznego.
    UWAGA: Roztwór roboczy musi być przygotowany tego samego dnia co analiza.
  3. Umieścić 3 g liści herbaty (zarówno w przypadku herbaty zielonej, jak i czarnej, patrz Tabela Materiałów) w kolbie Erlenmeyera i dodać 150 ml wrzącej wody. Przykryć kolbę szklanym korkiem.
  4. Po 5 minutach szybko odfiltruj napar z herbaty przez sito o oczkach 300.
  5. Umyj zużyte liście herbaty dwukrotnie w 30 ml wody i połącz roztwór myjący z naparem herbacianym.
  6. Szybko schłodzić napar herbaciany do temperatury pokojowej w lodowatej kąpieli wodnej.
  7. Dodaj 1,00 ml roztworu roboczego (krok 1.2) do naparu herbacianego i dobrze wymieszaj.

2. Destylacja naparu herbacianego za pomocą BEZPIECZNEJ i płynnej ekstrakcji destylatu

  1. Przygotuj BEZPIECZNY montaż, wykonując poniższe czynności.
    1. Zainstaluj zestaw SAFE ( Rysunek 1) i podłącz butelkę do destylacji w lewym dolnym rogu ( Rysunek 1[3]) i butelkę zbiorczą w prawym dolnym rogu ( Rysunek 1 [4]). Podłącz rurkę z cyrkulującą wodą z tyłu zespołu szkła SAFE. Zamontuj wymrażarkę (Rysunek 1[5]) i podłącz rurkę do pompy próżniowej (patrz Tabela materiałów) w prawym górnym rogu zespołu szkła.
      UWAGA: Sprawdź podłączenie rurki z wodą obiegową; Upewnij się, że wlot wchodzi do góry, a wylot wychodzi od dołu. Użyj wody dejonizowanej do cyrkulacji, aby zapobiec blokowaniu białej rurki przez wagę w zespole SAFE, co skutkowałoby słabą cyrkulacją wody krążącej i ostateczną eksplozją zespołu SAFE. Dno destylacji (rysunek 1[3]) można mieszać za pomocą pręta mieszającego, aby ułatwić odparowanie próbki.
    2. Ustawić temperaturę wody krążącej na 50 °C, a temperatury łaźni wodnej dla kolby na próbkę na 40 °C. Zamknąć zawór podciśnienia (Rysunek 1[2]).
  2. Wykonaj operację pompy próżniowej.
    1. Włącz pompę próżniową.
    2. Stopniowo zwiększaj prędkość do maksymalnej prędkości 100%.
      UWAGA: Jeśli prędkość nie osiąga 100%, sprawdź, czy system jest szczelny i czy wewnątrz systemu nie ma pozostałości rozpuszczalnika.
    3. Po osiągnięciu wysokiej próżni (najlepiej 10-3 Pa)
      UWAGA: Próżnia poprawi się, gdy do wymrażarki zostanie dodany ciekły azot.
  3. Przeprowadzić destylację próbki.
    1. Uruchom cyrkulację wody.
    2. Dodaj ciekły azot do wymrażarki, aby przykryć zewnętrzną część butelki zbiorczej.
    3. Wlej napar z herbaty do lejka na próbkę w lewym górnym rogu (Rysunek 1[1]), a następnie przykryj go szklanym korkiem.
    4. Wprowadzić próbkę do kolby destylacyjnej kroplami. Kontroluj prędkość upuszczania próbki tak, aby próżnia była utrzymywana w odpowiednim zakresie około 10−3 Pa.
      UWAGA: Dodaj ciekły azot podczas procesu, aby upewnić się, że właściwa butelka zbiorcza jest zawsze zanurzona w ciekłym azocie. Staraj się unikać tworzenia się kondensatu w wymrażarce.
  4. Wyłącz pompę próżniową po zakończeniu destylacji.
    1. Naciśnij wyłącznik zasilania. Gdy "STOP" zacznie migać, naciśnij Enter, aby potwierdzić.
    2. Odłącz przewód zasilający, gdy prędkość pompy molekularnej spadnie do "0".
      UWAGA: Uruchom ponownie tylko wtedy, gdy prędkość spadnie do "0".
  5. Przywróć system do ciśnienia atmosferycznego.
    1. Wyjąć korek do mielenia znajdujący się nad butelką do pobierania próbek.
    2. Powoli odkręć pokrętło zaworu podciśnieniowego, aby przywrócić układ do ciśnienia atmosferycznego.
  6. Zdjąć butelkę zbiorczą z próbką.
    1. Usuń ciekły azot z butelki zbiorczej po przywróceniu systemu do ciśnienia atmosferycznego.
    2. Powoli odkręć butelkę zbiorczą. Ostrożnie zdjąć butelkę zbiorczą z próbką.
    3. Zamknij krążącą wodę.
  7. Przeprowadzić ekstrakcję ciecz-ciecz destylatu SAFE.
    1. Pozwól BEZPIECZNEMU destylatowi w butelce ogrzać się do temperatury pokojowej.
    2. Trzykrotnie ekstrahować destylat SAFE za pomocą 50 ml dichlorometanu (patrz tabela materiałów).
    3. Połączyć warstwy dichlorometanu. Wysuszyć ekstrakt bezwodnym siarczanem sodu (patrz Tabela Materiałów).
      UWAGA: Bezwodny siarczan sodu w rozpuszczalniku jest uważany za wystarczająco suchy, gdy nie jest już zacementowany i może swobodnie przepływać.
    4. Skoncentrować ekstrakt do około 2 ml za pomocą delikatnego strumienia azotu.
    5. Przenieść do fiolki z próbką o pojemności 1-2 ml i dalej zagęścić do 200 μl przy użyciu delikatnego strumienia azotu.

3. Analiza GC-MS i przetwarzanie danych

  1. Analizuj koncentraty aromatyczne przygotowane w sekcji 2 protokołu przy użyciu systemu GC-MS (Rysunek 2) wyposażonego w kolumny kapilarne ze stopionej krzemionki (patrz tabela materiałów).
  2. Użyj helu jako gazu nośnego o prędkości liniowej 40 cm/s.
  3. Wstrzyknąć 3 μl koncentratu w trybie wtrysku bez podziału.
  4. Ustaw program temperatury piekarnika GC: (1) przytrzymaj w temperaturze 40 °C przez 5 minut; 2) zwiększyć do 200 °C przy 5 °C/min; 3) wzrost do 280 °C przy 10 °C/min; (4) Utrzymywać w temperaturze 280 °C przez 10 minut.
  5. Uruchom detektor selektywny masy w dodatnim trybie EI13 z zakresem skanowania masowego od 30 m/z do 350 m/z przy 70 eV.
  6. Dekonwolucja danych GC-MS za pomocą Automatycznego Systemu Dekonwolucji i Identyfikacji Widma Mas (AMDIS, patrz Tabela Materiałów).
  7. Dopasuj i zakwalifikuj dane po dekonwolucji za pomocą programu wyszukiwania spektrometru masowego NIST (National Institute of Standards and Technology) 173.
  8. Oblicz wskaźnik retencji związków14 na podstawie wyniku zestawu n-alkanów (C5-C25, patrz Tabela materiałów) w tych samych warunkach GC.
  9. Zidentyfikuj piki GC za pomocą biblioteki spektrometrii mas NIST i bazy danych indeksu retencji na podstawie jednoczesnego dopasowania wskaźników masy i retencji.
  10. Obliczyć stężenie każdego składnika lotnego w próbce SAFE w stosunku do wzorca wewnętrznego, stosując powierzchnię piku TIC (chromatografia jonów całkowitych).
  11. Powtórz analizę trzy razy, zaczynając od przygotowania naparu herbacianego.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

Opisana powyżej procedura analityczna została przedstawiona w tej sekcji na przykładzie analizy aromatu próbek herbaty czarnej i zielonej.

Reprezentatywny chromatogram GC-MS przedstawiono na Rysunku 3. Rysunek 3A przedstawia zestaw n-alkanów, a Rysunek 3B pokazuje profil standardu wewnętrznego. Wyniki oceny ekstraktów z próbek zielonej herbaty i czarnej herbaty przedstawiono odpowiednio na

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

W artykule opisano skuteczną metodę analizy związków lotnych w naparach herbacianych z wykorzystaniem analizy SAFE i GC-MS.

Napary herbaciane mają złożoną matrycę z wysoką zawartością składników nielotnych. W literaturze opisano kilka metod izolowania składników lotnych z naparów herbacianych. Powszechną metodą jest jednoczesna ekstrakcja destylacyjna (SDE)15,16. Nie nadaje się jednak do analizy aromatów herbaty, ponieważ liście herbat...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Podziękowania

Te badania były wspierane przez Narodową Fundację Nauk Przyrodniczych Chin (32002094, 32102444), Chiński System Badań Rolniczych MOF i MARA (CARS-19) oraz Projekt Innowacyjny dla Chińskiej Akademii Nauk Rolniczych (CAAS-ASTIP-TRI).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Mieszanina alkanów (C10-C25)ANPELCDAA-M-690035
Mieszanina alkanów (C5-C10)ANPELCDAA-M-690037
AMDISNational Institute of Standards and Technologywersja 2.72Gaithersburg, MD
Waga analitycznaOHAUSEX125DH
Bezwodny etanolSinopharm
Bezwodny siarczan sodualadyn
herbataHerbata Qianhe Huangshan, prowincja Anhui, Chiny
KoncentratorBiotageTurboVap
Procesor danychAgilentMassHunter
DichlorometanTEDIA
Agilent7890B
GCAgilentDB-5MS
Zielona herbataQianhe TeaHuangshan, prowincja Anhui, Chiny
MSAgilent5977B
p-Xylene-d10Sigma-Aldrich
SAFEGlasblä serei Bahr
Ultraczysta woda dejonizowanaMiliporeMilli-Q
Pompa próżniowaEdwardsT-Station 85H
GC Kolumna

Bibliografia

  1. Liang, S., et al. Processing technologies for manufacturing tea beverages: From traditional to advanced hybrid processes. Trends in Food Science & Technology. 118, 431-446 (2021).
  2. Guo, X. Y., Ho, C. T., Schwab, W., Wan, X. C. Aroma profiles of green tea made with fresh tea leaves plucked in summer). Food Chemistry. 363, 130328(2021).
  3. Feng, Z. H., Li, M., Li, Y. F., Wan, X. C., Yang, X. G. Characterization of the orchid-like aroma contributors in selected premium tea leaves. Food Research International. 129, 108841(2020).
  4. Hong, X., et al. Characterization of the key aroma compounds in different aroma types of Chinese yellow tea. Foods. 12 (1), 27(2023).
  5. Flaig, M., Qi, S. C., Wei, G., Yang, X., Schieberle, P. Characterisation of the key aroma compounds in aLongjinggreen tea infusion (Camellia sinensis) by the sensomics approach and their quantitative changes during processing of the tea leaves. European Food Research and Technology. 246 (12), 2411-2425 (2020).
  6. Feng, Z., et al. Tea aroma formation from six model manufacturing processes. Food Chemistry. 285, 347-354 (2019).
  7. Wang, J. -Q., et al. Effects of baking treatment on the sensory quality and physicochemical properties of green tea with different processing methods. Food Chemistry. 380, 132217(2022).
  8. Zhai, X., Zhang, L., Granvogl, M., Ho, C. -T., Wan, X. Flavor of tea (Camellia sinensis): A review on odorants and analytical techniques. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety. 21 (5), 3867-3909 (2022).
  9. Chaturvedula, V. S. P., Prakash, I. The aroma, taste, color and bioactive constituents of tea. Journal of Medicinal Plants Research. 5 (11), 2110-2124 (2011).
  10. Ridgway, K., Lalljie, S. P. D., Smith, R. M. Sample preparation techniques for the determination of trace residues and contaminants in foods. Journal of Chromatography A. 1153 (1-2), 36-53 (2007).
  11. Engel, W., Bahr, W., Schieberle, P. Solvent assisted flavour evaporation - A new and versatile technique for the careful and direct isolation of aroma compounds from complex food matrices. European Food Research and Technology. 209 (3-4), 237-241 (1999).
  12. Wang, B., et al. Characterization of aroma compounds of Pu-erh ripen tea using solvent assisted flavor evaporation coupled with gas chromatography-mass spectrometry and gas chromatography-olfactometry. Food Science and Human Wellness. 11 (3), 618-626 (2022).
  13. Zou, C., et al. Zijuan tea- based kombucha: Physicochemical, sensorial, and antioxidant profile. Food Chemistry. 363, 130322(2021).
  14. Vandendool, H., Kratz, P. D. A generalization of the retention index system including linear temperature programmed gas-liquid partition chromatography. Journal of Chromatography. 11, 463-471 (1963).
  15. Khvalbota, L., Virba, M., Furdikova, K., Spanik, I. Simultaneous distillation-solvent extraction gas chromatography-mass spectrometry analysis of Tokaj Muscat Yellow wines. Separation Science Plus. 5 (8), 393-406 (2022).
  16. Ayalew, Y., et al. Volatile organic compounds of anchote tuber and leaf extracted using simultaneous steam distillation and solvent extraction. International Journal of Food Science. 2022, 3265488(2022).
  17. Zhu, M., Li, E., He, H. Determination of volatile chemical constitutes in tea by simultaneous distillation extraction, vacuum hydrodistillation and thermal desorption. Chromatographia. 68 (7-8), 603-610 (2008).
  18. Lau, H., et al. Characterising volatiles in tea (Camellia sinensis). Part I: Comparison of headspace-solid phase microextraction and solvent assisted flavour evaporation. Lwt-Food Science and Technology. 94, 178-189 (2018).
  19. Li, Z. W., Wang, J. H. Analysis of volatile aroma compounds from five types of Fenghuang Dancong tea using headspace-solid phase microextraction combined with GC-MS and GC-olfactometry. International Food Research Journal. 28 (3), 612-626 (2021).
  20. Dong, F., et al. Herbivore-induced volatiles from tea (Camellia sinensis) plants and their involvement in intraplant communication and changes in endogenous nonvolatile metabolites. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 59 (24), 13131-13135 (2011).
  21. Acena, L., Vera, L., Guasch, J., Busto, O., Mestres, M. Comparative study of two extraction techniques to obtain representative aroma extracts for being analysed by gas chromatography-olfactometry: Application to roasted pistachio aroma. Journal of Chromatography A. 1217 (49), 7781-7787 (2010).
  22. Kumazawa, K., Wada, Y., Masuda, H. Characterization of epoxydecenal isomers as potent odorants in black tea (Dimbula) infusion. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 54 (13), 4795-4801 (2006).
  23. Wu, H. T., et al. Effects of three different withering treatments on the aroma of white tea. Foods. 11 (16), 2502(2022).
  24. Wang, J., et al. Decoding the specific roasty aroma Wuyi rock tea (Camellia sinensis: Dahongpao) by the sensomics approach. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 70 (34), 10571-10583 (2022).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

Ekstrakcja rozpuszczalnikowatechnika SAFEzwi zki lotnechromatografia gazowaspektrometria masprzygotowanie naparu z herbatywzbogacanie aromatuanaliza sensoryczna

Powiązane artykuły