使用DART和ACQUITY QDa质谱检测器对风味物质进行实时分析

风味化合物的分析极具挑战性且非常耗时，因为它涉及需要在实验室中执行的若干种检测。不同来源的（例如天然或合成）风味剂中可能含有数百种溶解性、挥发性、浓度和稳定性都各不相同的化合物。食品风味物质的鉴定和定量分析通常采用气相色谱(GC)和液相色谱(LC)与质谱(MS)联用的方法。此类方法要求分析人员在仪器分析之前对食品基质中的风味化合物进行分离和浓缩。 

本应用纪要介绍了将DART（实时直接分析技术）与ACQUITY QDa质谱检测相结合用于食品风味物质表征的实用性，该方法能够快速、准确且经济有效地表征风味物质，从而有效监控产品质量并降低生产成本。我们选取含有不同特征性风味物质的几种样品（威士忌、口香糖和烟草），使用DART-MS方法表征了其中的挥发性和半挥发性风味物质。相较于传统方法，DART等常压电离技术提高了进样灵活性，与ACQUITY QDa质谱检测器的高灵敏度优势相结合，可以有效缩短分析时间并提升结果可信度，因此该方法更加适用于食品、饮料和消费品行业的质量控制应用。

优势

• 使用质谱检测技术直接分析食品风味物质
• 实时筛查挥发性及半挥发性化合物
• 极少甚至无需样品制备步骤
• 无需色谱操作
• 操作简单

为了让食品的香气、风味、质量给消费者留下良好印象并树立产品品牌形象，表征食品中的风味物质至关重要。要让食品保持始终如一的风味，必须执行质量控制检测，确保产品中的风味化合物添加量适宜，同时保证产品未受污染且没有异味。

风味化合物的分析极具挑战性且非常耗时，因为它涉及需要在实验室中执行的若干种检测。不同来源的（例如天然或合成）风味剂中可能含有数百种溶解性、挥发性、浓度和稳定性都各不相同的化合物。食品风味物质的鉴定和定量分析通常采用气相色谱(GC)和液相色谱(LC)与质谱(MS)联用的方法。此类方法要求分析人员在仪器分析之前对食品基质中的风味化合物进行分离和浓缩。

本应用纪要介绍了将DART（实时直接分析技术）与ACQUITY QDa质谱检测相结合用于食品风味物质表征的实用性，该方法能够快速、准确且经济有效地表征风味物质，从而有效监控产品质量并降低生产成本。我们选取含有不同特征性风味物质的几种样品（威士忌、口香糖和烟草），使用DART-MS方法表征了其中的挥发性和半挥发性风味物质。相较于传统方法，DART的常压电离技术提高了进样灵活性，与ACQUITY QDa质谱检测器的高灵敏度优势相结合，可以有效缩短分析时间并提升结果可信度，因此该方法更加适用于食品、饮料和消费品行业的质量控制应用^1-3。

样品分析

威士忌、口香糖和嚼烟样品通过商购获得。采用DART-MS系统分析样品之前，无需样品前处理。采用三种采样技术对不同类型的样品进行采样（图1A–1C）。本研究评估了四种不同口味的口香糖（原味薄荷、留兰香、热带水果和肉桂）。口香糖以固体形式采样：用镊子夹起一片口香糖，置于DART离子源产生的加热电离氦气束路径中（图1A）。威士忌样品（苏格兰威士忌、波旁威士忌、加拿大威士忌和爱尔兰威士忌）以液体形式采样：将5 μL威士忌点样至Quickstrip卡上，并让此卡穿过氦气束自动移动（图1B）。我们使用DART-MS研究了四种不同风味的嚼烟样品（天然、经典薄荷、经典纯粹和经典鹿蹄草）。采集嚼烟样品上方顶空中的挥发性物质（图1C），以完成香气成分采样。在本例中，我们直接将打开的嚼烟罐置于氦气流束下方。

方法开发和优化

使用DART和ACQUITY QDa进行分析时，必须针对待分析的每种样品类型优化数个重要参数，包括锥孔电压和DART采样温度。优化锥孔电压时，需要确定选用低锥孔电压（约5～10 V）还是高锥孔电压（约30 V）。高锥孔电压可诱使化合物碎裂，有利于生成样品独特的质谱图。图2所示的威士忌样品质谱图展示了高锥孔电压和低锥孔电压对分析结果的影响。

采样温度也是一个非常重要的参数，必须针对各种样品类型优化此参数。它将决定化合物的解吸和电离效率。图3所示为四种不同的采样温度下，相同威士忌样品的质谱图。某些离子只在特定温度下才会出现，而其它离子的强度则随温度而改变。

威士忌分析

我们使用经过优化的DART-MS条件分析了不同品牌的威士忌。在威士忌生产工艺中，发酵和陈化过程会极大影响其风味。谷物类型、酒桶类型/烤桶工艺和陈化时长等因素都使得每个品牌的威士忌独一无二。图4所示为采用DART-MS分析四个不同品牌的威士忌得到的独特指纹图谱。某些离子同时存在于几个样品中（m/z 342、198、127、97），但是相对强度和比率有所不同。其它离子则为某一类型的样品所独有（例如波旁威士忌中的m/z 209和249）。在四个威士忌样品中，波旁威士忌的风味特征最为独特。

我们使用名义质量数初步鉴定了其中一些离子以表征风味特征。波旁威士忌样品在m/z 209处有一个非常明显的峰，该峰可以归属为芥子醛，这是木质陈化桶中的木质素的分解产物。苏格兰调制威士忌、加拿大威士忌和爱尔兰威士忌谱图中均出现了m/z 145的离子。该离子可归属为己酸乙酯，该化合物将赋予威士忌水果香味。这种DART-MS分析方法不能鉴定和确证未知风味化合物，但可以用作快速鉴定样品及样品类型间差异的工具。如需确证由DART-MS数据得到的风味物质鉴定结果，应使用风味物质标准品和传统方法。

口香糖分析

将合适的风味物质和甜味剂添加到胶基中，是生产风味持久的高品质口香糖的关键步骤。原味薄荷、留兰香、热带水果和肉桂是当下最受消费者喜爱的四种口味。通过将样品置于DART离子源和ACQUITY QDa进样口之间，我们对同一品牌以上四种口味的口香糖进行了直接分析。

如图5所示，DART-MS分别为这四种不同风味的口香糖生成了其独有的质谱指纹图谱。m/z 159、236和237处的峰为所有口香糖样品所共有，可以将其归属为口香糖基质。肉桂味口香糖的质谱图中存在其特征性风味成分肉桂醛(m/z 133)。m/z 172、212和270离子代表热带水果、留兰香和原味薄荷口香糖中常用的清凉剂。留兰香口香糖的质谱图中存在其特征性风味物质香芹酮(m/z 150)。此外，留兰香和原味薄荷口香糖样品中均检出了水杨酸甲酯(m/z 153)。

嚼烟分析

将打开的烟草罐置于DART离子源和ACQUITY QDa进样口之间，直接分析顶空中的挥发性物质。图6所示为DART-MS分析得到的鹿蹄草、纯粹、薄荷和天然风味无烟烟草制品的质谱指纹图谱。无论添加的是何种风味物质，尼古丁峰（m/z 163，加氢分子离子）在这些烟草样品的挥发性顶空物质中都占主导地位。尼古丁在室温下容易挥发（25 ℃下的蒸气压为5.5 Pa），是质谱图中的基峰。所有烟草样品的谱图中都能观察到m/z 80、86、108、132、136、276和325的峰，它们可归属为烟草基质。

水杨酸甲酯(m/z 152)是鹿蹄草的特征性风味物质，在鹿蹄草烟草制品的质谱图中可以观察到该化合物的加氢分子离子(m/z 153)。纯粹风味的烟草样品中检出了特征性风味成分水杨酸乙酯（m/z 167，加氢分子离子）。薄荷风味烟草样品的质谱图中包括痕量的若干种风味标志物，表明其中添加有天然来源的薄荷油，这些化合物包括柠烯(m/z 137)、薄荷酮(m/z 155)、痕量水杨酸甲酯(m/z 153)和水杨酸乙酯(m/z 167)。天然风味烟草样品中未鉴定出主要的风味标志物，其质谱图最简单且信号强度相对较低，表明该产品中添加的风味物质很少。

本应用纪要展示了DART与ACQUITY QDa质谱检测器联用的实用性，该方法可以快速监测食品风味物质并进行经济有效的指纹图谱分析，适用于食品产品的真伪鉴别以及质量控制应用。本研究使用三种不同的采样技术分析了三种类型样品的风味特征。各样品组（威士忌、口香糖和烟草）中的不同样品都有其独特的质谱指纹图谱。威士忌样品中检出了可能决定所分析的威士忌样品类型的风味成分。口香糖和烟草样品中都检出了特定产品中常用的风味物质，例如留兰香味产品中的水杨酸甲酯。

诸如DART的常压电离技术提高了进样灵活性，与ACQUITY QDa质谱检测器相结合，可缩短研发和生产质控环境下的总体分析时间和决策制定时间。该系统无需样品制备，非常适合食品、饮料和消费品行业的研发和质控实验室用于快速监测和质控。

1. K Organtini, G Astarita, and G Cleland.Rapid screening of fatty acids in oil supplements using ambient ionization (DART) and mass detection, Waters Application Note 720005724en, 2016.
2. K Organtini and Gareth Cleland.Rapid profiling and authentication of cinnamon samples using ambient ionization (DART) and single quadrupole mass spectrometry.Waters Application Note 720005725en, 2016.
3. F Li.Screening of PDE-5 inhibitors in illicit dietary supplements using DART source equipped with Waters ACQUITY QDa mass detector.Ion Sense Application Note, 2016.