全二维气相色谱飞行时间质谱在酒类分析中的应用综述

◎ 周 茜，周胜银，王 红，朱宽正，彭 瑾，鲁西亚，刘 力，周 蓉，王 喆，刘源才

（1.湖北省产品质量监督检验研究院，湖北 武汉 430060；

2. 湖北省质监局机关后勤服务中心，湖北 武汉 430060；

3.劲牌有限公司中药保健食品质量与安全湖北省重点实验室，湖北 黄石 435000）

酒是社交礼仪和人们生活中不可缺少的重要组成部分。几乎所有酒的主体部分都是乙醇和水，占到98%～99%，剩下1%～2%的微量元素属于呈香成分，包括酯类、醇类、酸类、酚类及羰基化合物等物质。微量元素的含量、相互间的量比是赋予酒体口感和香型的关键所在，对确定酒品质的差异至关重要[1]。气相色谱、气质联用、液相色谱等分析技术在酒类的微量物质的分离分析中发挥了重要的作用。然而，以传统一维色谱作分离基础的分析技术存在峰容量不足的缺陷，使得质谱定性非常困难，远远不能满足研究酒中上千种微量成分的需要。

近年来，全二维气相色谱与飞行时间质谱联用（GC×GC-TOFMS）因具有高分辨率、高灵敏度、高峰容量等优点，引起了人们的广泛关注。它将两根分离机理不同而又相互独立的色谱柱串联，一维柱分离后的每一个馏分经调制器聚集以脉冲方式进入二维色谱柱进一步分离，通过温度和色谱柱极性的变化实现分离，能够有效解决一维气质灵敏度低、分辨能力不足等问题[2-3]。目前，该技术已被广泛用于分析成分复杂的样品，如石油[4]、环境[5-6]、酒[7]等。本文将对全二维气相色谱飞行时间质谱在酒类分析中的应用进行综述。

1 国内研究进展

白酒传承于中国，沉淀于历史，是中华民族特有的传统食品。近年来，国内学者利用GC×GC/TOFMS对国内各种香型的白酒的风味成分进行了分析。2006年，季克良等[8]在国际上首次采用GC×GC/TOFMS对蒸馏白酒成分进行剖析，建立了包括样品前处理在内的一整套白酒检测分析技术，此项技术使得茅台酒中可检测成分由2004年从GC/MS检测到的231种增加到873种。同样的方法检测出白兰地440个峰，威士忌264个峰。2007年，季克良等[9]使用GC×GCTOFMS比较了主要传统香型白酒的微量成分。在相同条件下，分别在酱香、浓香和清香型白酒中检测出873、342和178种化合物，证实了茅台酒是世界微量成分最丰富的蒸馏白酒。

2009年，徐占成等[10]采用GC×GC-TOFMS全面分析了剑南春酒体中的1 700多种物质成分，发现剑南春中含有近百种萜烯类化合物，其中又以金合欢烯、古芸烯、香橙烯、香柠檬烯、雪松烯、蛇床烯、罗汉柏烯、榄烯和杜松烯等倍半萜居多，这类化合物普遍存在于植物体中，是具有较强香气和特殊功效的生理活性物质。2012年，徐占成等[11]将搅拌吸附萃取和GC×GC/TOFMS结合使用，对剑南春酒中的香味成分进行详细的研究。试验过程中共检测到1 800多个色谱峰，能够可靠鉴定成分的有1 227种微量物质，此次研究成果极大地提高了白酒中微量成分的检测种类和数量。该课题组还全面剖析了剑南春酒体中有益于体健康的成分，作者应用液液萃取法从酒液中将微量香味物质萃取出来，然后应用正相色谱分离技术，将香味化合物按极性分离浓缩，再运用GC×GC-TOFMS和HPLC进行分析检测。研究结果显示，剑南春酒体中含有洛伐他汀、当归内酯、ω-3脂肪酸、四甲基吡嗪（川芎嗪）、酚类化合物等100余种功能性成分[12]。

李俊等[13]利用顶空固相微萃取（HS-SPME）与GC×GC/TOFMS结合的方法，对2012年份、2013年份贵州传统工艺酱香型白酒生产的不同轮次基酒进行了检测分析。通过对比分析发现，不同轮次酒的挥发性风味物质差异明显，为酱香型白酒勾兑和酒品质相关性研究提供方法基础。

陈双等[14]采用顶空固相微萃取结合GC×GCTOFMS在景芝芝麻香型白酒中检测到1 029个色谱峰，进一步采用多级鉴定策略确认了可信度较高的挥发性化合物340种。在芝麻香型白酒中鉴定出的挥发性组分主要包括酯类130种，醇类26种，有机酸类15种，醛、酮、缩醛类88种，含氮化合物16种，呋喃类20种，含硫化合物25种，萜烯类14种，其他类6种。其中，首次鉴定出挥发性含硫化合物11种和萜烯类化合物12种。周庆伍等[15]利用类似方法全面分析了古井贡酒中的风味成分。结果显示，在古井贡酒中鉴定出包含醇类、酸类、酯类、醛酮类以及健康功能成分在内的挥发性风味成分800余种，正是在这些物质的共同作用下，才赋予了古井贡酒集风味、口感、健康于一体的完美品质。许和强等[16]用GC×GC/TOFMS对我国几种典型性露酒中微量成分进行了分析。在相同条件下，露酒1分出512个峰，露酒2分出686个峰，露酒3分出615个峰。其中包括酯类、醇类、酸类、醛酮类、N类、S类和萜烯类等。定性分析了多种有利于人体健康的氨基酸类、酮类、萜烯类等物质。

洪泽淳等[17]采用GC×GC-TOFMS对广州某酱香系列白酒中微量成分进行检测分析，从该系列3个酒样中鉴定到有效风味化合物分别为737种、783种、794种，包含酯类、酸类、醇类、酮类、醛类、含氮类和含硫类等化合物，赋予了其酱香型白酒特有的滋味和风格，同时也为酒体载入了不饱和脂肪酸、吡嗪类化合物等多种对人体健康有益的生物活性成分。

除了上述定性研究之外，GC×GC-TOFMS还可用于酒中风味物质的定量测定。周庆伍等[18]利用GC×GC-TOFMS结合液液萃取同时检测白酒中10种吡嗪类物质。实验结果表明，所有物质的标准曲线线性相关系数R2均大于0.99，相对标准偏差RSD在3.1%～11.3%，加标回收率在79%～96%，满足白酒中吡嗪类痕量物质的定量要求。

2 国外研究进展

国外研究者也尝试用GC×GC-TOFMS分析其他酒体的风味成分。Weldegergis等[19]以碳分子筛/聚二甲基硅氧烷（CAR/PDMS）为吸附剂，采用HS-SPME模式萃取葡萄酒中的挥发性成分，并用GC×GC-TOFMS对提取的九种葡萄酒中的挥发性成分进行了鉴定。通过此方法，共鉴别出206种化合物，包括酯类、醇类、醛类、酮类、酸类、内酯类、呋喃类和缩醛类。这些化合物中，既有9种酒共有的成分，也包含这些酒中的独特组分。作者将SPE与GC×GC-TOFMS结合，分离出276种挥发性成分。相较HS-SPME，SPE对萜烯类、挥发性酚及内酯类有更好的提取效果[20]。

Robinson等[21]采用类似方法，也在酒中检测出350种化合物，包括单萜类、萜烯类、倍半萜烯类和烷基甲氧基吡嗪类等。Perestrelo等[22]利用HS-SPMEGC×GC-TOFMS分析马德拉酒的年份标志物，发现通过对马德拉酒中的缩醛、呋喃、挥发性分类物质等（如二乙氧基甲烷、1,1-二乙氧基乙烷等）进行PCA分类，可有效区分出3、5、7年等不同年份的马德拉酒。

Welke等[23]利用 HS-SPME-GC×GC-TOFMS，定性分析出334种巴西梅洛酒中的挥发性组分，包括94种酯、80种醇、29种酮、29种酸、23种醛、23种萜烯、16种内酯、14种呋喃、9种含硫化合物、7种酚类化合物、5种吡咯、3种C13-降异戊二烯衍生物和2种吡喃。通过比较梅洛酒与其他品牌酒的图谱差别，作者发现，梅洛酒中的十二酸乙酯、正己醇、壬酸乙酯、癸酸乙酯、脱氢-2-甲基-3（2H）噻吩酮、3-甲基丁酸、十四酸乙酯、辛酸甲酯、1,4-丁二醇和6-甲基-1-辛醇是其特征成分。作者还利用HS-SPME-GC×GC-TOFMS结合PCA计算，建立了5种酒的判别模型，建立了食品或饮料中挥发性成分与原材料、材料来源地、生产过程等环节有关[24]。

3 结语

全二维色谱大大扩展了一维色谱的分离能力，为复杂体系分析开辟了新途径。可以预见，GC×GC将会在复杂体系的分析中占据重要地位。

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