原文
，卷:12(1)
顶空固相微萃取(HS-SPME)气相色谱-质谱联用(GC-MS)对拉子醇工业酒糟的分析
收到日期:2018年1月19日接受日期:2018年1月23日发表日期:2018年1月29日
引用:王志强，王志强，等。顶空固相微萃取(HS-SPME)气体色谱法DVB/CAR/PDMS纤维质谱(GC-MS)分析拉子酒糟中国生物化学杂志，2018;12(1):125
摘要
酒糟是酒精生产厂的副产品之一。在这项研究中，目的是确定酒糟中存在的挥发性化合物，这是造成恶臭的原因。以PDMS/CAR/DVB商用纤维为吸附剂，采用顶空固相微萃取法吸附挥发性化合物。将PDMS/CAR/DVB光纤暴露于样品上方顶空30 min，然后将光纤转移到气相色谱(GC)的进样口，分离其组分。采用频率百分比大于0.9%的质量检测器，通过仪器库和文献中Kovat指数的比较，测定了32种分离化合物。酒渣中的主要化合物为乙醇汽油(26.52%)、2-羟基苯甲酸(6.49%)、癸酸乙酯(5.32%)和柠檬烯(4.02%)。结果表明，采用顶空微萃取法可以较好地分离和检测酒糟中的挥发性物质。研究发现，检测到的化合物中有8种会产生酒糟的臭味。
关键字
Vinass;气相色谱/质谱仪;固相顶空微萃取;酒精生产工业
简介
在生产酒精的过程中，从甜菜糖蜜和甘蔗中，采用预浓缩系统，残留一种化合物，称为酒渣。事实上，vinasse指的是浪费酒精生产工业中酒精蒸馏后的残留物。平均每生产一堆酒精，可生产12升酒糟[1］．酒渣是一种深棕色化合物，有烧焦糖的气味，富含钾、钙、镁和一些氮和磷。
在拉丁美洲国家，酒糟的消费量在增加甘蔗质地较轻的农场提高了性能。由于酒糟酒含有丰富的钾元素，如果添加到土壤中，可以提高土壤对钾的吸收能力。甜菜根和甘蔗广泛应用于不同行业，包括畜禽饲料、化学和有机肥料生产、食品工业、化学工业和制药[2］．然而，在巴西，它作为农业肥料和动物饲料的应用是普遍的，尽管它在农场中产生的气味等问题很多，需要解决。
酒渣还显示出其他作用，包括杀虫，在农业中具有抑制作用，导致农业害虫的生物清除(方案1)．酒糟也可以作为肥料或与滤饼一起使用。酒糟也被用于生产沼气［2-5］．
方案1:不同阶段的表演甘蔗使变成酒精，从而产生酒糟作为副产品。
尽管酒糟有其优势，但如果它在自然界中被释放或储存不当，会产生和排放不良的气味，并随后因挥发性有机化合物和部分无机气体的降解或蒸发而导致滞留在风的下游。因此，酒糟的问题之一是产生不良气味，特别是在环境温度升高的情况下。为了能够去除这种气味，首先应该精确地检测酒糟中的挥发性化合物。
为了解决酒糟的问题，识别其有用化合物，防止有害气味排放到环境中，可以采取几种方法。然而，在所有的方法中，醇酸泻湖蒸汽中存在的化合物都需要进行测定和表征。检测这些化合物的最佳方法是使用质谱，因此气相色谱/质谱光谱法气相色谱质谱(GC/MS)是分离和检测其挥发性化合物的最佳方法[6，7］．已经进行了一些研究，用气体来测定固体酒渣中存在的化合物色谱法质量光谱法技术和大量有机化合物已被引入[8］．在这些研究中，通过不同的方法对蒸馏醪液进行蒸发，并对粉末状样品进行了表征。顶空微萃取技术是一种快速的方法，不需要样品制备，可以在其环境条件下测定酒渣中的挥发性化合物。
极端气象条件影响化合物的类型和水平。此外，正如所进行的研究表明，到目前为止还没有关于去除酒糟不良气味的研究。因此，本研究采用顶空微萃取后的气相色谱技术将拉子酵母厂酒糟中存在的挥发性化合物进行分离，这些挥发性化合物是该厂的废弃物之一，对其周围环境和邻近居民区已经产生了问题。然后通过质谱法检测和鉴定。在未来的研究中，需要提出最快、最便宜的方法将这些化合物转化为更有用的化合物，以及合适的去除气味的解决方案，使当地人民免受环境中散发的恶臭。
材料与方法
本研究采用顶空固相微萃取(HS-SPME)技术，不使用其他溶剂和材料。商用光纤DVB/CAR/PDMS 50/30 μm购自美国Supelco公司。从Razi酵母生产厂周围的池塘中制备酒糟，装入20升的容器中，相互混合，制备复合样品。样品被转移到实验室并保存在阴凉的地方，直到分析完成。本研究采用厚度为50/30 μm的DVB/CAR/PDMS商用纤维作为酒糟挥发性成分的吸收剂。
DVB/CAR/PDMS光纤的制备
为了去除吸收在纤维上的污染物并进行第一次制备，在气体注入口将感兴趣的纤维暴露在200°C下30分钟色谱法设备。然后，将纤维在相同的位置暴露在相同的温度下5分钟，记录对照色谱图色谱法运行程序并记录结果。在此阶段产生的色谱图可能含有化合物，如商用纤维粘合剂，需要时从样品色谱图中减去。
气相色谱-光谱法(GC / MS)
使用安捷伦(Agilent)生产的气相色谱仪(7890A)，配备质谱仪(5957C)。分离柱Hp5 ms，柱长30 m，横截面积250 mcm，固定相直径0.25 μm。辅助加热器温度275℃，注射口温度250℃。纯度为99.999%，流速为1 mL/min的氦通过色谱柱。柱温程序为:先将烘箱温度保持在40℃，保持1 min，然后以5℃/min的速率达到300℃，保持3 min。通过Chemstation软件5.51进行数据采集和设备控制。采用Wiley 7.1文库和NIST技术对化合物进行检测。
HS-SPME GC/MS方法
在从安捷伦公司购买的专门用于气相色谱分析气体蒸汽的20毫升小瓶中，倒入10毫升液体酒酸。接下来，将小瓶浸泡在超声波设备的水浴中。调整超声波功率，将酒渣溶液暴露在60°C下30分钟。然后，将经过预处理的感兴趣纤维放置在溶液顶部30分钟，使其吸收顶空中的挥发性化合物。最后将光纤置于GC/MS注入口2min，立即运行GC温度程序并记录数据。相关色谱图已在图1．在类似条件下，将含有8-32个碳的脂肪烃混合物(C8-C32 TPH)注入气相色谱装置中，测定科瓦特指数。图1将检测器放置在注射口酒精酒渣挥发性化合物吸收前，用类似程序进行分离，表示背景光谱。
图1:用气相色谱-质谱法分离的DVB/CAR/PDM纤维上吸收的组分与总离子色谱有关光谱法(色谱柱HP5MS 30 m，检测器温度:注射温度:250℃，热程序文中已提供)。
结果
与纤维上吸收的挥发性组分相关联的色谱图示于图1．表1提供在分离化合物上通过库搜索获得的化合物。在本表中，还明确了一些化合物已通过Kovat指数与可信文献资源中报道的病例进行了确认。从…中可以看出表1，采用DVB/CAR/PDMS纤维固相萃取，在60℃条件下，检测到酒渣蒸汽中存在32种化合物，其中19种化合物的频率超过2%。在化合物中，有八种化合物，如表2，产生异味，其中以苯醇为主，频率为26.52%。这种纤维分离出的化合物中约42%是有气味的化合物(表2)．
| 化合物。 | RT (分钟) |
Kovats指数 (吻) |
复合名称 | 规范化的百分比 | 鉴定方法 |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 3.173 | ------- | 肼1 1-dimethyl - | 0.86 | 一个 |
| 2 | 4.878 | 220.1361 | 呋喃、2、3,5-trimethyl - | 2.49 | 一个 |
| 3. | 8.700 | 860.1019 | 苯甲醛,Phenylmethan | 1.34 | 一个 |
| 4 | 10.726 | 1031.453 | dl-Limonene; | 4.02 | A b c d |
| 5 | 11.029 | 1042.027 | 苯甲醇;苯甲醇 | 2.39 | 一个 |
| 6 | 11.819 | 1068.285 | Ethanone, 1 - (1 h-pyrrol-2-yl) | 1.06 | 一个 |
| 7 | 12.402 | 1086.56 | Cyclotrisiloxane,六甲基- | 2.71 | 一个 |
| 8 | 12.551 | 1091.093 | 苯酚,2-methoxy - | 2.02 | 一个 |
| 9 | 13.318 | 1117.611 | Benzeneethanol;Phenethylalcohol | 26.52 | A b c d |
| 0 | 14.845 | 1170.931 | 苯酚,4-ethyl -;p-Ethylphenol | 1.16 | 一个 |
| 11 | 15.257 | 1184.378 | 1、2-Dihydropyridine 1 - (1-oxobutyl) | 1.43 | A c d |
| 12 | 15.572 | 1194.417 | 苯酚,2-methoxy-4-methyl - | 1.04 | 一个 |
| 13 | 15.624 | 1196.054 | 苯甲酸，2-羟基， | 6.49 | 一个 |
| 14 | 16.648 | 1237.643 | Benzenepropanol | 2.26 | 一个 |
| 15 | 16.728 | 1240.897 | Cyclotetrasiloxane octamethyl - | 1.05 | 一个 |
| 16 | 17.987 | 1290.159 | 苯酚,4-ethyl-2-methoxy - | 2.19 | 一个 |
| 17 | 18.925 | 1324.669 | 2-甲氧基-4-乙烯基苯酚， | 2.31 | a、b |
| 18 | 20.093 | 1365.324 | 苯酚,2-methoxy-3 - (2-propenyl) | 3.08 | 一个 |
| 19 | 20.207 | 1369.165 | 4-pentylbutan-4-olide | 1.43 | 一个 |
| 20. | 20.344 | 1373.752 | 苯酚,2-methoxy-4-propyl - | 2.86 | 一个 |
| 21 | 20.813 | 1389.224 | .beta.-Damascenone;2-Buten-1-one | 2.66 | 一个 |
| 22 | 20.899 | 1392.024 | 1-苯癸酸环己烷羧酸乙酯 | 1.04 | 一个 |
| 23 | 21.042 | 1396.653 | 癸酸，乙酯 | 5.32 | a、b |
| 24 | 22.994 | 1481.164 | Cyclodecane | 1.80 | 一个 |
| 25 | 25.574 | 1584.182 | Megastigmatrienone | 1.94 | A c d |
| 26 | 25.860 | 1594.956 | 十二酸乙酯 | 3.32 | A c d |
| 27 | 26.644 | 1631.943 | Megastigmatrienone | 1.64 | A c d |
| 28 | 27.543 | 1674.929 | 苯酚，2,4-二(1,1-二甲基乙基) | 2.93 | 一个 |
| 29 | 28.721 | 1729.178 | 2,6 10-Dodecatrien-1-ol 3 7 11-trimethyl | 2.47 | A c d |
| 30. | 33.785 | 1975.829 | e -11-十六烯酸乙酯 | 3.57 | a、b |
| 31 | 34.180 | 1994.803 | 十六烷酸，乙酯 | 3.60 | 一个 |
| 32 | 37.253 | 2165.388 | 亚油酸乙酯 | 0.98 | a、c |
a) MS Library搜索;b)文献检索;c)匹配KI的费洛基;d)亚当斯的书[9]
表1。采用DVB/CAR/PDMS光纤，采用HS-SPME GC/MS对60℃酒糟顶空中的化合物进行了检测。
| 不。 | 复合 | 规范化的百分比 |
|---|---|---|
| 1 | 柠檬烯 | 4.02 |
| 2 | Benzeneethanol | 26.52 |
| 3. | 苯基2-methoxy | 2.02 |
| 4 | 苯丙醇 | 2.26 |
| 5 | 苯酚4-ethyl | 1.16 |
| 6 | beta-Damascenone | 2.66 |
| 7 | 苯甲醇 | 2.39 |
| 8 | 癸酸，乙酯 | 5.32 |
| 总气味% | 46.35 |
表2。通过HS-SPME GC/MS法和PDMS/CAR/DVB纤维在Ahwaz Razi酵母公司生产的酒糟头部空间中检测气味化合物的列表。
讨论
在气相色谱瓶中将酒窖样品暴露于60°C。这个温度是拉兹酒精生产厂周围泻湖在夏季所能承受的平均温度。通常情况下，当城市温度达到45°C以上，特别是当风吹起时，这些泻湖会在周围空间散发出难闻的气味。因此，将60°C的温度施加到小瓶上1小时(0.5小时让酒酸蒸汽与酒酸溶液达到平衡，第二个0.5小时让纤维暴露在酒酸蒸汽中以获得最大的吸收)，并根据上述条件将纤维上吸收的化合物注入GC/MS装置。首先，通过对该装置的库检索列出了分离的化合物。然后，通过样品的色谱图和脂肪烃的色谱图，通过eqn计算化合物的Kovat指数。1.
碳原子数较低，n表示碳原子数和较多的烷烃中的碳原子数tr表示每种化合物的保留时间。将Kovat的索引与论文、Adam的书和Pherobase数据库进行比较，发现了这些化合物[6-14］．各化合物的检测方法已在表1
采用面积归一化法测定分离化合物的含量。这种方法相对地决定了目前纤维已经能够吸收的酒糟中挥发性化合物的水平。在这种方法中，每个峰的面积除以分离峰的整个面积之和，然后乘以100。结果以归一化百分比提供表1在每个检测到的化合物前面。注意，一些化合物在纤维上分离(表1)有多个异构体，其中一些已彼此分离，可在本表中观察到。在这些化合物中有meggastigmatrienone。这种化合物有五种异构体，烟草的主要味道就是由于这种化合物的存在。此外，该技术分离出的化合物比Lima等用酒渣干粉经Clevenger仪分离后检测到的化合物要多(17种化合物)[10］．在他们的研究中，苯乙醇(22.28%)被确定为主要化合物。在这项研究中，还发现了15种其他化合物，它们可能在干燥过程中降解。
中列出的有气味的化合物表2有不同的用途。苯醇是一种无色的有机液体，具有花的气味，是植物精油的主要化合物。因此，它被用作香水中的香料和肥皂中的防腐剂。它还具有抗菌特性[15，16］．醇苄用作油墨、蜡、染料等的溶剂。这种化合物也被用作肥皂制造、香水制造和调味工业的原料。浓度为10%时，它作为消毒剂和抗菌化合物用于伤口。它也被用于化妆品和治疗材料。其5%溶液已被FDA确认用于六个月以上儿童和成人的虱子治疗[17］．
柠檬烯是一种液态无色烃，是一种环状萜烯。它的d异构体有强烈的橙色气味。在化学合成中，它作为一种原料，作为一种新的化合物用于不同的家用洗涤剂。柠檬烯被广泛应用于化妆品中。由于柑橘化合物的极端气味，它们被广泛用于食品工业和一些药物。例如，它可以用来调味，以消除苦味生物碱并作为芳香生产香水或须后水，以及沐浴产品和其他类似的芳香化合物。它的d异构体作为草药杀虫剂效果更好，是一种很好的杀虫剂。在医学上，d-柠檬烯被用作抗反流和抗胃灼热[18］．除了健康而在医学上，它也被认为是一种生物燃料因为它有可能被烧毁。大马士革酮是提取物中存在的另一种化合物。它属于一组被称为玫瑰酮的化学物质，β -大马士革酮是存在于玫瑰花中的芳香化合物。甚至在低浓度，它有强烈的气味，用于生产香水和芳香材料[19］．
癸酸乙酯是一种调味剂，癸酸乙酯是由癸酸和乙醇反应产生的脂肪酸酯[20.］．
结论
因此，考虑到已知气味化合物的广泛应用，建议对其进行分离和利用。请注意，其中大多数是芳香族化合物，但当它们的气味相互混合时，就会变得令人讨厌和不利。该方法快速简便，无需任何萃取溶剂，可准确检测酒渣中挥发性物质。
鸣谢
本研究来源于Palash女士的论文，作者要感谢阿瓦兹Jundishapur医学科学大学研究和技术发展办公室学生委员会的财政支持(Gp95037)。
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