TD–GC–TOF MS与Select eV可变能量电子电离技术对啤酒花香气特征的比较

啤酒中含有许多种类的有机成分，其浓度有好几个数量级。许多植物含有含有芳香活性碳氢化合物的精油，如倍半萜(C15)和单萜(C10)。

有趣的是，这些碳氢化合物存在于啤酒花中，使成品啤酒具有典型的苦味。单萜β-月桂烯在啤酒中起主要作用，其次是α-葎草烯、β-法尼烯和倍半萜石竹烯。除了这些化合物外，可能还存在无数其他萜烯，这些萜烯会影响最终的风味和香气。

由于这些化合物表现出极低的气味阈值，需要一种高度敏感的分析方法来评估啤酒花的质量，然后才开始酿造过程。啤酒花的挥发性有机化合物含量会受到多种因素的影响，如陈年、包装、储存和季节差异。因此，应采用稳健的质量控制。

本文展示了一个TD-GC-TOF女士系统帮助研究啤酒花复杂的香气概况。在这里，Markes的微室/热萃取器™(µ-CTE™)用于啤酒花“锥”的动态顶空采样，随后进行热解吸(TD)分析。

热解吸提供香气化合物的预浓缩。通过链接到飞行时间MS检测与选择ev^®采用变能电离技术，可以在一个序列中研究完整的香气图谱。

BenchTOF系统的背景

marks公司的BenchTOF™飞行时间质谱仪是专门为气相色谱(GC)设计的。这些仪器允许快速、可靠和痕量检测啤酒花中的化合物，原因如下:

• 灵敏度:使用先进的直接提取技术，台式系统能够获得与SIM类似灵敏度的全范围光谱，因此可以在一次运行中识别未知和痕量目标，这在四极仪上是不可能的，或者可能证明是困难的。

• 速度:BenchTOF系统能够记录密度极高的全范围质谱数据，每秒可记录高达10,000次瞬态谱积累。这允许数据挖掘算法和复杂的频谱反褶积从弱信号和被矩阵掩盖的信号中获得最大的数据量。

• 光谱质量:BenchTOF创建的参考质量光谱与Wiley或NIST等商业图书馆中发现的光谱紧密匹配。该功能允许快速和确定的匹配分析物。

实验框架

图1显示了分析工作流的概述。

图1所示。用于酒花香气表征的分析方法。

抽样

借助Markes的µ-CTE，对三种啤酒花进行动态顶空取样，即Target、Goldings和Fuggle。

大约1g啤酒花被放置在罐子里，这些罐子由温度控制，分别密封在袋子-CTE内。然后，使用动态顶空过程，挥发分在30°C温度下获得约30min，同样的挥发分被收集到一个惰性涂层不锈钢吸附剂管中，填充Tenax®TA。

然后使用TD-GC-TOF MS技术在以下条件下分析试管:

道明:

• 仪器:mark International的TD-100™
• 预吹扫:1分钟，以20mL/min的速度分离
• 干燥清洗:在50mL/min的条件下1min
• 管解吸:280°C 10min, 50mL/min疏水阀流量(无分流)
• 预捕火净化:在50mL/min的条件下1分钟
• 聚焦陷阱:Tenax TA
• 存水弯高：280°C
• 陷阱低:25°C
• 陷阱加热速率:最大保持5min
• 分流流量:150mL/min，收集到清洁的Tenax TA吸附剂管上

GC:

• 色谱柱:HP-5ms™，30m × 0.25mm × 0.25µm
• 载气：氦气，1.2mL/min
• 总运行时间：70分钟
• 烤箱温度:40°C 5分钟，然后4°C/min至280°C(保持5分钟)

TOF MS:

• 仪器：选择台™ （Markes国际）
• 质量范围:m/z 35-500
• 数据速率:5赫兹
• 离子源：230°C传输线：280°C灯丝电压：1.8 V

软件：

在数据处理和仪器控制方面，使用了Markes公司的TOF-DS™软件包。

结果和讨论

采用µ- ct - td - gc - tof MS对3个啤酒花品种进行了香气图谱分析(图2)。与预期一致，3个样品中主要含有石竹烯、β-月桂烯和α-腐竹烯;但β-法尼烯仅在Fuggle品种中发现，表明该品种可能具有较高的花香水平。

图2。每个酒花品种的TD-GC-TOF MS (TIC)色谱图和饼图显示了5种主要香气化合物的相对丰度。

在分析过程中，由于全面的TOF-DS，进行了近实时数据处理™ 软件套件。当样本仍在采集时，对色谱图进行背景差减、合并、去卷积，最后进行库搜索。

这有助于减少用于数据审查的时间。随着采集的进行，整个样品被筛选到NIST 14文库，并对得到的峰表进行比较。所有鉴定的匹配因子均大于750。这些识别可以通过色谱展开来选择(图3)。

图3。扩展了TD-GC-TOF MS色谱图，比较了三个品种的啤酒花的香气概况，并显示了关键化合物。啤酒花，关键化合物显示。

可见，Goldings和Fuggle品种在含量上有相似之处，而Target品种在含量上有显著差异。相反，我们发现这三种品种都因这些化合物的可获得性而有所不同，这是一个有助于形成其典型香气的因素。表1提供了三个酒花品种香气组成的完整细节，表明某些化合物的存在可能导致香气的差异。

表1。3个啤酒花品种的香气曲线，按复合等级排序，然后按保留时间排序。报告的香味指示。

名称	保留时间（分钟）	峰面积			香气
		“胡戈儿”	“戈登”	“目标”
酸
2-Methylpropanoic酸	4.818	- - - - - -	7.92×105	1.78×105	的腐臭黄油3.
酮类
Butan-2-one	2.475	- - - - - -	2.85×104	- - - - - -	巧克力，奶酪，黄油，飘逸，气体1
甲基异丙基酮	3.057	6.58 × 104	- - - - - -	- - - - - -	含糖的4
乙偶姻	3.821	1.29×105	1.36×105	- - - - - -	奶甜,黄油1
甲基异丁基甲酮	4.495	1.66×105	- - - - - -	- - - - - -	尖锐，溶剂状，绿色，草本，果味1
Nonan-2-one	17.455	2.47×106	1.02 × 106	2.01×106	清漆4
Decan-2-one	21.207	1.26×106	2.89×105	2.73×106	柑橘类1
Undecan-2-one	24.743	5.68×106	4.32×106	1.56×107	果味、发霉、灰尘、绿色1
Tridecan-2-one	31.178	- - - - - -	- - - - - -	2.07×106	辛辣的，草本的1
硫化物
二甲基二硫	4.555	1.09×104	- - - - - -	- - - - - -	硫磺的、卷心菜、令人厌恶的1
S-Methyl 2-methylpropanethioate	7.865	- - - - - -	- - - - - -	2.97×105	奶酪、奶酪、熟蔬菜5
S-Methyl 3-methylbutanethioate	11.328	- - - - - -	- - - - - -	8.90×105	奶酪、奶酪、熟蔬菜5
单萜
α-蒎烯	11.025	3.75×105	- - - - - -	3.49 × 106	萜烯的1
莰烯	11.590	3.35×105	5.35×105	3.04 × 106	松树、油松、草本1
β蒎烯	12.719	1.04×106	1.22×106	1.40 × 107	发霉的、绿色的、甜的、松树的1
月桂烯	12.938	4.41×105	8.12×105	5.38 × 107
β-月桂烯	13.442	2.83×108	3.56×108	9.38×108	发霉、甜味、柠檬味、辛辣、木质1
α-Phellandrene	13.870	- - - - - -	1.70×105	- - - - - -	萜烯、柑橘、酸橙、绿色3.
α-Thujene	13.888	- - - - - -	- - - - - -	5.89×106
Sylvestrene	14.844	5.24×106	1.35 × 107	6.55×107
反式-β-Ocimene	15.328	4.75×105	1.01×106	1.65 × 107	绿色、热带、木质、花卉3.
α-Ocimene	15.721	2.22 × 106	6.02×106	5.96 × 107
γ萜品烯	16.068	3.74 × 105	4.95×105	6.26×106	柑橘类、草本、果味、甜味1
δ萜品烯(异松油烯)	17.205	5.15×105	9.14×105	1.20×107	甜,松树,柑橘3.
芳樟醇	17.719	1.53 × 106	5.89×106	8.33×106	绿色、花卉、柠檬、薰衣草1
倍半萜烯
Ylangene	27.247	3.37 × 105	7.41 × 105	1.85 × 106	水果1
α-Copaene	27.395	2.27×106	4.39 × 106	9.06×106	伍迪,泥土1
石竹烯	28.784	3.77×107	8.24×107	1.05×108	油,水果,伍迪1
α蛇麻烯	29.847	1.72 × 108	2.28 × 108	1.83×108	发霉的,辛辣的,伍迪1
β-法尼烯	29.978	3.00 × 107	- - - - - -	- - - - - -	油性，果味，柑橘味，木质1
γ-Muurolene	30.570	1.69×106	2.83×106	1.04×107	油,草本1
β-Selinene	30.853	8.14 × 105	1.10×106	5.98×106
α-己烯	31.125	- - - - - -	- - - - - -	9.78×106	胡椒粉像,橙色1
杜松烯	31.703	1.69×106	3.57 × 106	9.69×106
cis-Calamenene	31.971	8.30×105	7.26×105	1.53 × 106	香淡，花淡1
δ杜松烯	31.987	5.14 × 106	7.54×106	1.90 × 107	木材、草本1
α-卡丁烯	32.394	3.27×105	5.41×105	- - - - - -	干木，弱药1
α-Calacorene	32.553	- - - - - -	1.16×105	3.25 × 105	木质的，果味的，甜的，松木的1
Caryophyllenyl酒精	33.369	4.79 × 105	2.94×105	2.33×105	温暖,摩斯所穿的那种,辣3.
酯类
2-Methylpropyl propanoate	8.242	- - - - - -	- - - - - -	1.43×105	甜、果味、苦3.
乙酸2-甲基丁酯	9.110	1.46×105	1.86×105	1.57×106	草本，飘逸，朗姆酒，果味1
2-Methylpropyl 2-methylpropanoate	10.453	3.93×106	4.71×104	3.97×107	菠萝3.
3-Methylbutyl 2-methylpropanoate	14.372	2.00×106	- - - - - -	5.98×107
2-Methylbutyl 2-methylpropanoate	14.512	2.14×107	–	6.82×107
甲基辛酸酯	18.705	8.59 × 105	1.63×106	2.98×106	橙、水果、绿1
2-甲基丁基3-甲基丁酸酯	18.089	1.48×106	- - - - - -	1.54×106	草本，果味，甜3.
辛酸乙酯	21.397	- - - - - -	2.90×105	- - - - - -	果香、花香、杏香3.
甲基nonanoate	22.342	1.90 × 105	5.00×105	1.46×106	果味、坚果味、椰子味1
甲基geranate	25.733	1.84×105	2.87×105	2.95×106	绿色、水果、花卉1
辛基2-methylpropanoate	26.468	- - - - - -	- - - - - -	7.99×104	果味的、油腻的、葡萄味的3.
醇
2-Methylpropan-1-ol	2.702	1.25×105	8.06 × 104	- - - - - -	令人讨厌的，像酒一样的3.
3-Methylbutan-2-ol	3.323	- - - - - -	1.12×105	- - - - - -	水果、新鲜3.
3-甲基丁烷-1-醇	4.344	- - - - - -	9.80×105	1.29×105	威士忌，辛辣，香脂，酒精1
2-甲基丁烷-1-醇	4.436	1.16×106	5.33×106	4.10×105	麦芽、香脂、葡萄酒、成熟洋葱1
Pentan-1-ol	5.287	- - - - - -	- - - - - -	1.49×105	果味、绿色、甜味、辛辣1
（Z） -十六进制-3-en-1-ol	8.189	4.02×105	1.33×106	1.77×105	绿色草本3.
苯甲醇	15.094	- - - - - -	5.10 × 105	- - - - - -	芳香,花卉,水果1

以下是一些显著的区别：

• 目标含有大量的十一烷-2-酮化合物。这与Collin和Lermusieau提出的研究结果相吻合，该化合物的高丰度有助于将目标啤酒花与其他欧洲啤酒花区分开来。

• s - 3-甲基丁硫酸甲酯和s - 2-甲基丙硫酸甲酯是含硫化合物。这些只在塔吉特品种中发现，可能会给人一种不愉快的奶酪或煮过的蔬菜的味道。

• Target和Fuggle都含有2-甲基丙醇，会产生不受欢迎的葡萄酒般的香气。

增加信心与选择ev

虽然BenchTOF系统可以提供优良的光谱质量，但由于光谱相似和分子离子较弱，如果使用标准电离，分离的萜类化合物的检测仍然很困难。

为了解决这一问题，使用新鲜的吸附剂管收集单个样品TD分析的分离流动，并在12eV下使用Select-eV软电离重复分析。图4显示了光谱比较的选择。

图4。在70 eV和12 eV时的光谱比较，以选择对啤酒花特有香气贡献重要的单和倍半萜。

软电离不仅为分子离子提供了较强的电离强度，而且降低了分子离子的碎裂程度。这导致光谱既简单又更有选择性。增加的诊断离子的强度提供了更好的检测限度和更有信心的痕量检测相同的成分。与其他软电离方法不同，Select-eV还保留了一定的碎片，因此易于库匹配和辅助结构描述。

结论

TD-GC-TOF MS可有效地用于啤酒花等强烈芳香植物物质的研究。欧洲杯足球竞彩马克斯台式系统提供了参考质量光谱，有助于详细表征三种啤酒花中的VOCs。

Select eV允许对单萜和倍半萜以及其他类似的复杂分析物进行可靠的鉴定。这些高性能功能有助于在样本之间进行快速、稳健的比较，最终使该方法有助于酿酒行业的稳健质量控制。

参考文献

1. “结合顶空固相微萃取、质谱和多元分析的强大方法学方法，用于分析啤酒原料的挥发性代谢模式”欧洲杯足球竞彩， J.L. Gonçalves等，食品化学，2014。

2. 顶空固相微萃取-气相色谱-质谱/嗅觉法表征单品种含氧倍半萜酒花油， F. Van Opstaele等，J. Agr Food Chem, 2013。

3. 《Fenaroli香料配料手册》，G.A.Burdock，CRC出版社（第五版），2004年

4. 《啤酒花精油:分析、化学成分及气味特征》， G. Eyres和J. Dufour，第22章“啤酒健康与疾病预防”，ed.V.R.Preedy，学术出版社，2009年。

5. 啤酒花和啤酒花油中挥发性有机硫化合物的研究进展，T.L.Peppard，J I Brewing，1981年。

6. “啤酒花香气提取与分析”， G. Lermusieau和S. Collin，第五章味道和香气分析(植物分析分子方法，第21卷)J.F. Jackson和H.F. Linskens，施普林格，2002

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