食品风味快速检测和质量控制

食品风味快速检测和质量控制格林德科技公司StefanieSielemannG.A.S.GesellschaftfüranalytischeSensorsystemembHDortmund,GermanyPerkinElmer9/10/2013FlavourSpec®风味仪采用顶空进样，检测液态与固态样品挥发出来的痕量有机组分离子迁移谱仪及应用GC-IMSandA-IMSBreathSpec®FlavourSpec®检测气体中痕量挥发性有机组分检测人体呼吸呼出的痕量挥发性有机组分顶空进样，检测液态与固态食品样品挥发出来的痕量挥发性有机组分应用在线监控过程控制环境监控应用直接检测人体呼吸出来的指示性组分应用采用物理工作原理是真正意义上的电子鼻FlavourSpec®风味仪的特点•独立的操作系统•远低于豁免值的放射性离子源•电子压力控制漂移气与载气•可设置方法开发的所有相关参数•自动清洗模式•正离子与负离子模式•色谱预分离•自动顶空进样仪器在质量控制上的应用仪器在质量控制应用上的优势检测结果公正操作简单，无数据结果波动可检测人不能够品尝的样品可检测半成品、提取物、非消费品监控生产中经常容易出现的异味GC-IMS在风味检测上的应用GC-IMS的优势•只需几分钟即可得到结果•检测限低于ppbv级•Easyoperation,mobile简单易用，可移动•相对于其他检测仪器来说二维谱图可以更好的展示检测结果•适合于质量评估--分析过程的确证•学习系统-经常使用会改善分析结果•分析结果与感官性质息息相关•组分浓度信号鉴定•低维护费用•低能耗、绿色的分析技术离子迁移谱技术（IMS–IonMobilitySpectrometry)FlavourSpec®风味仪离子迁移谱技术G.A.S.公司生产的离子迁移谱仪漂移气入口离子化区域漂移区域法拉第接收盘出口样品入口电场区BN-离子门+++++++++IMS工作原理IMS漂移管漂移气入口离子化区域漂移区域法拉第接收盘出口样品入口电场区BN-离子门++++++++++++IMS漂移管IMS工作原理漂移气入口离子化区域漂移区域法拉第接收盘出口样品入口电场区BN-离子门+++信号漂移时间/ms+++IMS漂移管IMS工作原理H2O+RIPH2O+RIP+analyteH2O+++Ions+++H2O+基于质子亲和原理的离子化方式(正离子模式)漂移气离子化产生反应离子(H2O)xH+,(H2O)yNO+,(H2O)zNH4++e-NNe22'(氮气)+水分子(NH3,NO)+H2O正离子模式负离子模式正离子模式•质子转移(H2O)xH++AAH++xH2O•电荷转移(H2O)yNO++AA++NO+yH2O•亲核附着(H2O)yNO++AANO++yH2O负离子模式捕获电子AB+e-AB-游离捕获电子AB+e-A+B-去质子ABH+(H2O)nO2-AB-+nH2O+HO2IMS工作原理:离子化机制芳香胺类930.0KJ/mol吡啶有机胺类899.0KJ/mol甲胺含磷组分890.6KJ/mol三甲基磷酸酯含硫组分884.4KJ/mol二甲亚砜853.6KJ/mol氨酮类832.7KJ/mol2-戊酮酯类821.6KJ/mol乙酸乙酯烯烃805.2KJ/mol1-己烯醇类789.2KJ/mol丁醇芳香族化合物750.4KJ/mol苯691.0KJ/mol水烷烃类543.5KJ/mol甲烷Source:GaryEiceman&ZeevKarpas,IonMobilitySpectrometry,CRCPress,2005,ISBN0-8493-2247-2在NIST化学网站上可以找到各种挥发性有机组分的质子亲和性能质子亲和能力挥发性有机物(VOC)的质子亲和能力IMS对大多数的挥发性化学组分具备高灵敏度，如：•酮类•醛类•醇类•醚类•酯类•胺类•芳香族化合物•有机磷组分•有机硫组分•有机氮组分•卤代化合物......检测限低于lowppbv采用离子迁移谱技术检测挥发性组分定性峰位置漂移时间~分子量定量信号峰面积IMS谱图:壬酮5-15ppb二聚体单体不同离子具有不同IMS特征谱图RIP反应离子(H2O)nH+离子迁移谱图提供的信息在离子源内发生离子-分子相互反应所以不能够精确的进行定性与定量单组分A-EABCDEABC/DE5种组分混合由于离子之间的化学反应使得单IMS的选择性能有限温度毛细管柱数量单根色谱柱尺寸微型毛细管柱直径流速长度固定相理论塔板数max.250°C~100043µm/200nm3mm20-150mL/min20cm非极性弱极性中等极性极性5000/m快速GC(5timesofclassicalColumns)OV-1(SE-30),OV-5(SE-54)OV-20,OV-35OV-215,OV-1301(OV-624),OV-1701,SKTFT-50X,OV-225Carbowax20M参数解决方案:GC预分离打开了在各领域的应用ABCDE混合物经过气相色谱预分离后避免了不同类型的离子与分子之间发生化学反应GC显著增强分离效果快速GC预分离(典型分析时间5to15min)IMS分离(30ms)GCseparationG.A.S.公司仪器配置:由GC与IMS构成的2-维分离系统IMSseparation以假色表示的IMS谱图3DIMS谱图单IMS谱图GCruntimeIMSsignalIMSdrifttime数据输出:由GCandIMS2-维分离谱图组分列表丙酮2-己酮2-庚酮2-辛醇柠檬烯1-辛酮2-壬酮异薄荷醇萘酚薄荷醇葵醛芹香酮1-葵醇百里酚2-十一醇复杂的混合挥发性有机物的经典IMS谱图retentiontimedrifttime可进行单种组分的定性与定量对于严格要求分离能力的应用来说GC-IMS显著增强选择效果10mL/min(nitrogen5.0)流速50°C温度1µm膜厚0.32mm内径DB5(5%diphenyl-,95%dimethylpolysiloxane)极性60m长度Capillarycolumn色谱柱具备出色的色谱分离能力全GC-IMS顶空进样分析分析评估数据处理软件LAV-LaboratoryAnalyticalViewer•二维谱图可视化•组织检测数据•实验条件参数列表•数据分析:•组分校正→定量•组分鉴定→组分库•数据输出(csv,excel,rapidminer,etc….)•生成报告QC-报告FlavourMatch软件•自动分析模式•相似度分析:•定量•质量控制•鉴定•分类•…..•生成报告软件:科学研究和质量控制-软件插件功能模块G.A.S.数据处理软件:LaboratoryAnalyticalViewer(LAV)浏览项目检测参数二维谱图离子迁移谱图离子流谱图任务组分鉴定（库）定量数据分析数据处理软件(LAV)可视化的单变量分析插件:Gallery应用:•信号模式分析•分类与鉴定•差异分析原理:•将选定的谱图区域粘贴并排列成谱图集•根据信号峰强度计算信号LAV_插件_Gallery多变量数据分析软件:主元分析（PrincipalComponentAnalysisPCA）应用:•大量数据组的差异分析•样品分类与鉴定•分析差异特性•简单易用原理:•首先选择该挥发性样品组分的信号峰，信号峰强度表示的是组分浓度，同时也表示主元分析的多维数据组。LAV_插件_PCA?IMS漂移时间[ms]GC保留时间[ms]LAV:根据可视化信号峰模式的直观分析方法FlavourMatch–简单易用/注重结果分析的软件处理复杂的3-维数据后将结果以一个数值输出相似度分析分类/鉴定质量控制定量相似度分析FlavourMatchIMS分辨率:75典型分析时间:3-10分钟离子源寿命:12.3年(半衰期)色谱柱寿命：2年放射性:低于欧洲原子能共同体准则规定的豁免值操作温度:色谱柱温度45°；离子迁移管温度40°C(默认设置)清洗：受到污染条件下自动清洗顶空进样温度:150°C电子压力控制漂流气与载气稳定性:3%维护/耗材:顶空进样瓶,高纯氮5.0,进样口密封垫GC-IMS技术数据/参数:0,351averageµ:±0,013±3,62%std.deviationmin:0,323-7,98%outlinermax:0,424+17,2%outliner:16,8averageµ:±0,10±0,60%std.deviationmin:16,3-2,91%outlinermax:17,1+1,44%outliner:12,94averageµ:±0,048±0,37%std.deviationmin:12,85-0,64%outlinermax:13,09+1,15%outliner稳定性:长时间检测(18天)被分析物:标准己酮渗透管12ppb;间隔5min检测次数:5138;LAV软件读取数据，非归一化处理PeakIntensity/VIMS-Drifttime/msGC-Retentiontime/s-10%+10%-10%+10%-10%+10%应用领域检测降解产物啤酒生产中的二乙酰检测洗涤剂中异味检测中国区域性酒类检测海产品的新鲜度检测FlavourSpec®:只需装入样品瓶中-无需样品前处理海产品新鲜度检测–检测指示性组分0h24h48h定义新鲜度指示性组分种类和浓度，用于鲜度检查产品鉴定：区域性黄酒FlavourSpec®:根据风味组分分析来验证酒样来源经常出现假冒的地理区域性酒类直接检测黄酒样品的地标性指示组分顶空进样：取1ml黄酒样本装入20ml顶空瓶中仪器条件:20mins@RT其中一个样本表现出独特的信号模式--其他省市生产的黄酒产品鉴定：区域性黄酒主元分析法（PCA）:其中一个样本表现出独特的信号模式--其他省市生产的黄酒产品鉴定：区域性黄酒矿泉水:饮料瓶盖橡胶密封垫释放的气体分析FlavourSpec®:接触不同的瓶盖密封垫后的矿泉水样品检测接触瓶盖密封垫后矿泉水中的明显可嗅到的气味物质分析直接检测矿泉水中的挥发性有机物顶空进样：20ml顶空瓶中装8ml矿泉水仪器条件：5分钟@60°C矿泉水:饮料瓶盖橡胶密封垫释放的气体分析密封垫I密封垫II密封垫III轻型密封垫III重型IIIIII低III高矿泉水:饮料瓶盖橡胶密封垫释放的气体分析污染最严重的是3号密封垫-高重型矿泉水:饮料瓶盖橡胶密封垫释放的气体分析接触不同的瓶盖密封垫后的矿泉水检测组分A组分BIIIIII低轻型III高重型IIIIII低轻型III高重型污染最严重的是3号密封垫-特别是高重型糖粉中的异味检测糖粉中杂质带来的显著异味直接检测糖样的挥发性组分FlavourSpec®:低浓度的异味检测顶空进样：取2.1g糖样装入20ml顶空瓶中仪器条件：20mins@60°C糖中异味检测GalleryNormalizedIntensitiesFlavourSpec®:糖粉样本顶空瓶中异味组分三甲胺检测炸薯片:降解产物检测•炸土豆片在世界范围内都是广受欢迎的点心之一•它们是在植物油锅中高温油炸生产的。•在光照与受热条件下油脂组分发生氧化反应是食品中异味/风味的主要来源（植物油受温度应力影响）•植物油氧化生成的第一次降解产物和第二次降解产物会产生难闻的异味，并导致食品腐败。•采用GC/MS鉴定这些组分为戊醛、己醛、庚醛和己酸(1)acetone,(2)aceticacid,(3)pentanal,(4)pentanol,(5)hexanal,(6)heptanal,(7)2-heptenal,(8)1-octen-3-ol,(9)hexanoicacid,(10)3-octen-2-one,(11)2-octenal,(12)2,3-octanedione,(13)2-decenal,(14)2,4-decadienal,(15)undecane**Fastdet