تحليل رائحة الشاي على أساس إثراء تبخر النكهة بمساعدة المذيبات

تظهر هنا طريقة لإثراء وتحليل المكونات المتطايرة لمستخلصات الشاي باستخدام تبخر النكهة بمساعدة المذيبات واستخراج المذيبات متبوعا بقياس الطيف الكتلي اللوني للغاز ، والذي يمكن تطبيقه على جميع أنواع عينات الشاي.

تعتبر رائحة الشاي عاملا مهما في جودة الشاي ، ولكن من الصعب تحليلها بسبب التعقيد والتركيز المنخفض والتنوع وقابلية المكونات المتطايرة لمستخلص الشاي. تقدم هذه الدراسة طريقة للحصول على وتحليل المكونات المتطايرة لمستخلص الشاي مع الحفاظ على الرائحة باستخدام تبخر النكهة بمساعدة المذيبات (SAFE) واستخراج المذيبات متبوعا بكروماتوغرافيا الغاز - مطياف الكتلة (GC-MS). SAFE هي تقنية تقطير عالية الفراغ يمكنها عزل المركبات المتطايرة من مصفوفات الطعام المعقدة دون أي تدخل غير متطاير. يتم تقديم إجراء كامل خطوة بخطوة لتحليل رائحة الشاي في هذه المقالة ، بما في ذلك إعداد ضخ الشاي ، واستخراج المذيبات ، والتقطير الآمن ، وتركيز المستخلص ، والتحليل بواسطة GC-MS. تم تطبيق هذا الإجراء على عينتين من الشاي (الشاي الأخضر والشاي الأسود) ، وتم الحصول على نتائج نوعية وكمية على التركيب المتطاير لعينات الشاي. لا يمكن استخدام هذه الطريقة فقط لتحليل الرائحة لأنواع مختلفة من عينات الشاي ولكن أيضا للدراسات الحسية الجزيئية عليها.

الشاي هو المشروب المفضل لكثير من الناس في جميع أنحاء العالم ^1,2. رائحة الشاي هي معيار الجودة وكذلك عامل تحديد السعر لأوراق الشاي ^3,4. وبالتالي ، فإن تحليل تكوين رائحة الشاي ومحتواه له أهمية كبيرة للدراسات الحسية الجزيئية ومراقبة جودة الشاي. نتيجة لذلك ، كان تحليل تكوين الرائحة موضوعا مهما في أبحاث الشاي في السنوات الأخيرة⁵،^6،7.

محتوى مكونات الرائحة في الشاي منخفض جدا ، لأنها لا تمثل عموما سوى 0.01٪ -0.05٪ من الوزن الجاف لأوراق الشاي⁸. علاوة على ذلك ، تتداخل الكمية الكبيرة من المكونات غير المتطايرة في مصفوفة العينة بشكل كبير مع التحليل بواسطة كروماتوغرافيا الغاز ^9,10. لذلك ، يعد إجراء تحضير العينة ضروريا لعزل المركبات المتطايرة في الشاي. الاعتبار الرئيسي لطريقة العزل والتخصيب هو تقليل تداخل المصفوفة ، وفي الوقت نفسه ، تعظيم الحفاظ على ملف تعريف الرائحة الأصلي للعينة.

تبخر النكهة بمساعدة المذيبات (SAFE) ، الذي طوره في الأصل Engel و Bahr و Schieberle ، هو تقنية تقطير محسنة عالية الفراغ تستخدم لعزل المركبات المتطايرة من مصفوفات الطعام المعقدة^11،12. يمكن لمجموعة زجاجية مدمجة متصلة بمضخة عالية التفريغ (تحت ضغط تشغيل نموذجي يبلغ 5 × 10⁻³ باسكال) جمع المركبات المتطايرة بكفاءة من مستخلصات المذيبات والأطعمة الزيتية والعينات المائية.

وصفت هذه المقالة طريقة تجمع بين تقنية SAFE واستخراج المذيبات لعزل المواد المتطايرة من تسريب الشاي الأسود ، يليها التحليل باستخدام GC-MS.

1. إعداد المعيار الداخلي وتسريب الشاي

1. محلول المخزون: قم بإذابة 10.0 مجم من الباراكسيلين-d10 (انظر جدول المواد) في 10.0 مل من الإيثانول اللامائي لتحضير محلول مخزون 1000 جزء في المليون من المعيار الداخلي.
2. حل العمل: قم بتخفيف 1 مل من محلول المخزون (الخطوة 1.1) إلى 100 مل بالماء النقي لتحضير محلول عمل 10 جزء في المليون من المعيار الداخلي.
   ملاحظة: يجب إعداد حل العمل في نفس يوم التحليل.
3. ضع 3 جم من أوراق الشاي (لكل من الشاي الأخضر والشاي الأسود ، انظر جدول المواد) في دورق Erlenmeyer ، وأضف 150 مل من الماء المغلي. غطي القارورة بسدادة زجاجية.
4. بعد 5 دقائق ، قم بتصفية ضخ الشاي بسرعة من خلال غربال 300 شبكة.
5. اغسل أوراق الشاي المستهلكة مرتين ب 30 مل من الماء ، وامزج محلول الغسيل مع تسريب الشاي.
6. تبريد ضخ الشاي إلى درجة حرارة الغرفة بسرعة في حمام ماء مثلج.
7. أضف 1.00 مل من محلول العمل (الخطوة 1.2) في تسريب الشاي ، واخلطهم جيدا.

2. تقطير ضخ الشاي عن طريق استخراج SAFE والسائل السائل من نواتج التقطير

1. قم بإعداد مجموعة SAFE باتباع الخطوات أدناه.
   1. قم بتثبيت مجموعة SAFE (الشكل 1) ، وقم بتوصيل زجاجة التقطير في أسفل اليسار (الشكل 1 [3]) وزجاجة التجميع في أسفل اليمين (الشكل 1 [4]). قم بتوصيل أنبوب الماء المتداول في الجزء الخلفي من مجموعة الزجاج SAFE. قم بتركيب المصيدة الباردة (الشكل 1 [5]) ، وقم بتوصيل الأنبوب بمضخة التفريغ (انظر جدول المواد) في الجزء العلوي الأيمن من مجموعة الزجاج.
      ملاحظة: تحقق من توصيل أنبوب الماء المتداول ؛ تأكد من دخول المدخل إلى الأعلى وخروج المخرج من الأسفل. استخدم الماء منزوع الأيونات للدوران لمنع المقياس من سد الأنبوب الأبيض في مجموعة SAFE ، مما قد يؤدي إلى ضعف دوران المياه المتداولة والانفجار النهائي لتجميع SAFE. يمكن تقليب قاع التقطير (الشكل 1 [3]) بواسطة قضيب تقليب لتسهيل تبخر العينة.
   2. اضبط درجة حرارة المياه المتداولة على 50 درجة مئوية ودرجة حرارة الحمام المائي لقارورة العينة على 40 درجة مئوية. أغلق صمام التفريغ (الشكل 1 [2]).
2. قم بإجراء عملية مضخة التفريغ.
   1. قم بتشغيل مضخة التفريغ.
   2. قم بزيادة السرعة تدريجيا إلى السرعة القصوى البالغة 100٪.
      ملاحظة: إذا لم تصل السرعة إلى 100٪ ، فتحقق مما إذا كان النظام محكم الإغلاق وما إذا كانت هناك بقايا مذيب داخل النظام.
   3. بعد الوصول إلى فراغ عالي (يفضل ^10-3 باسكال)
      ملاحظة: سوف يتحسن الفراغ عند إضافة النيتروجين السائل إلى المصيدة الباردة.
3. إجراء تقطير العينة.
   1. بدء دوران المياه.
   2. أضف النيتروجين السائل إلى المصيدة الباردة لتغطية الجزء الخارجي من زجاجة التجميع.
   3. صب تسريب الشاي في قمع العينة في أعلى اليسار (الشكل 1 [1]) ، ثم قم بتغطيته بسدادة زجاجية.
   4. أدخل العينة في دورق التقطير بالتنقيط. تحكم في سرعة إسقاط العينة بحيث يتم الاحتفاظ بالفراغ في النطاق المناسب لحوالي 10⁻³ باسكال.
      ملاحظة: أضف النيتروجين السائل أثناء العملية لضمان غمر زجاجة التجميع الصحيحة دائما في النيتروجين السائل. حاول تجنب تكوين المكثفات في فخ البرد.
4. قم بإيقاف تشغيل مضخة التفريغ بعد اكتمال التقطير.
   1. اضغط على مفتاح الطاقة . عندما يومض "STOP" ، اضغط على مفتاح Enter للتأكيد.
   2. افصل سلك الطاقة عندما تنخفض سرعة المضخة الجزيئية إلى "0".
      ملاحظة: أعد التشغيل فقط عندما تنخفض السرعة إلى "0".
5. استعادة النظام إلى الضغط الجوي.
   1. قم بإزالة سدادة الطحن فوق زجاجة أخذ العينات.
   2. قم بفك مقبض صمام التفريغ ببطء لاستعادة النظام إلى الضغط الجوي.
6. قم بإنزال زجاجة التجميع مع العينة.
   1. قم بإزالة النيتروجين السائل خارج زجاجة التجميع بعد استعادة النظام للضغط الجوي.
   2. قم بفك زجاجة التجميع ببطء. قم بإنزال زجاجة التجميع مع العينة بعناية.
   3. أغلق المياه المتداولة.
7. إجراء استخراج السائل السائل من نواتج التقطير الآمنة.
   1. دع نواتج التقطير الآمنة في الزجاجة دافئة إلى درجة حرارة الغرفة.
   2. استخرج نواتج التقطير SAFE ثلاث مرات مع 50 مل من ثنائي كلورو الميثان (انظر جدول المواد).
   3. الجمع بين طبقات ثنائي كلورو الميثان. جفف المستخلص بكبريتات الصوديوم اللامائية (انظر جدول المواد).
      ملاحظة: تعتبر كبريتات الصوديوم اللامائية في المذيب جافة بدرجة كافية عندما لا يتم تثبيتها ويمكن أن تتدفق بحرية.
   4. ركز المستخلص إلى حوالي 2 مل باستخدام تيار نيتروجين لطيف.
   5. نقل إلى قنينة عينة من 1-2 مل ، ومزيد من التركيز إلى 200 ميكرولتر باستخدام تيار النيتروجين لطيف.

3. تحليل GC-MS ومعالجة البيانات

1. تحليل مركزات الروائح المحضرة في قسم البروتوكول 2 باستخدام نظام GC-MS (الشكل 2) المجهز بأعمدة شعرية من السيليكا المنصهرة (انظر جدول المواد).
2. استخدم الهليوم باعتباره غازا حاملا بسرعة خطية مقداره ٤٠ سم/ث.
3. حقن 3 ميكرولتر من التركيز في وضع الحقن بدون انقسام.
4. اضبط برنامج درجة حرارة فرن GC: (1) امسكه عند 40 درجة مئوية لمدة 5 دقائق ؛ (2) زيادة إلى 200 درجة مئوية عند 5 درجة مئوية / دقيقة ؛ (3) زيادة إلى 280 درجة مئوية عند 10 درجة مئوية / دقيقة ؛ (4) يمسك عند 280 درجة مئوية لمدة 10 دقائق.
5. قم بتشغيل الكاشف الانتقائي الشامل في وضع EI الإيجابي¹³ مع نطاق مسح جماعي من 30 م / ض إلى 350 م / ض عند 70 فولت.
6. قم بإزالة تعقيد بيانات GC-MS باستخدام نظام إزالة الالتفاف الطيفي الكتلي الآلي وتحديد الهوية (AMDIS ، انظر جدول المواد).
7. قم بمطابقة البيانات وتأهيلها بعد فك الالتفاف باستخدام NIST (المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا) 17 برنامج البحث عن مطياف^{الكتلة 3}.
8. احسب مؤشر الاحتفاظ بالمركبات¹⁴ بناء على نتيجة مجموعة من n-alkanes (C5-C25 ، انظر جدول المواد) في ظل نفس ظروف GC.
9. حدد قمم GC باستخدام مكتبة قياس الطيف الكتلي NIST وقاعدة بيانات مؤشر الاستبقاء بناء على المطابقة المتزامنة لفهارس الكتلة والاحتفاظ.
10. احسب تركيز كل مكون متطاير في عينة SAFE بالنسبة للمعيار الداخلي باستخدام منطقة ذروة TIC (كروماتوغرافيا الأيونات الكلية).
11. كرر التحليل ثلاث مرات ، بدءا من إعداد ضخ الشاي.

يتم توضيح الإجراء التحليلي الموضح أعلاه في هذا القسم باستخدام مثال تحليل رائحة الشاي الأسود وعينات الشاي الأخضر.

يظهر مخطط كروماتوجرام GC-MS تمثيلي في الشكل 3. يوضح الشكل 3A مجموعة من الألكانات n ، ويوضح الشكل 3B ملف تعريف معيار داخلي. تظهر نتائج تقييم المستخلصات من عينات الشاي الأخضر والشاي الأسود في الشكل 3C والشكل 3D ، على التوالي. من خلال تحليل المعايير الداخلية ، يمكن اكتشاف قمة نهائية واحدة ذات خط أساس مستقر (الشكل 3 ب). يظهر كروماتوجرام GC ملامح GC الكاملة التي تم الحصول عليها من مستخلصات تسريب الشاي الأخضر والشاي الأسود بعد العد الكلي للأيونات.

تم تحديد ما مجموعه 104 مركبات عطرية في عينات الشاي الأخضر والشاي الأسود عن طريق مطابقة قياس الطيف الكتلي جنبا إلى جنب مع مؤشر الاحتفاظ. تم حساب القياس الكمي النسبي من خلال منطقة الذروة للمركب بالنسبة للمعيار الداخلي. تظهر خريطة الحرارة ، المرسومة وفقا للنتائج النوعية والكمية ، محتويات مركب الرائحة بالنسبة للمعيار الداخلي لعينات الشاي الأخضر والشاي الأسود (الشكل 4).

الشكل 1: رسم تخطيطي لنظام SAFE. (1) زجاجة العينة لجمع العينات. (2) صمام فراغ. يجب أن يظل النظام مغلقا قبل إضافة العينات ، ويجب ضبط تدفق العينة بشكل مناسب. (3) زجاجة التقطير لتقطير العينة. (4) زجاجة التجميع لجمع العينة المقطرة. (5) المصيدة الباردة لاستعادة العينات التي لم يتم جمعها بواسطة زجاجة التجميع ولمنع المذيب من دخول مضخة التفريغ. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 2: رسم تخطيطي لنظام GC-MSD. تم تجهيز نظام GC / MS ب (1) منفذ حقن متعدد الأوضاع ، (2) وحدة تحكم في التدفق (PCM) تتحكم في تدفق حامل الهيليوم ، (3) عمود شعري 60 م × 0.25 م × 0.25 م 5 مللي ثانية ، و (4) فرن عمود GC. يتم فصل مستخلصات الشاي في العينة المحقونة في عمود GC ، والذي يتدفق من خلاله الغاز الحامل وتزداد درجة حرارة الفرن. يتم تأين المكونات بواسطة مصدر أيون EI ثم يتم تحليلها في محلل الكتلة. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 3: مخطط كروماتوجرام الأيونات الكلي النموذجي من تحليل GC-MS ناجح. أ: مخطط كروماتوجرام الألكانات n. يتم تعيين جميع قمم n-alkane لعدد الكربون المناظر. (ب) مخطط كروماتوجرام المعيار الداخلي (paraxylene-d10). (ج) صورة رائحة تمثيلية لتسريب الشاي الأخضر. د: صورة رائحة تمثيلية لتسريب الشاي الأسود. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 4: خريطة حرارية ل 104 مركبات عطرية تم تحديدها في عينات الشاي الأسود (BT) والشاي الأخضر (GT). يشير الرقم الموجود بجوار الملاحظة الملونة على الجانب الأيمن من الخريطة الحرارية إلى محتوى المركب (بالنسبة إلى المعيار الداخلي). يشير عمق اللون إلى مستوى محتوى المادة ؛ كلما كان اللون أعمق ، زاد المحتوى النسبي. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

توضح هذه المقالة طريقة فعالة لتحليل المركبات المتطايرة في دفعات الشاي باستخدام تحليل SAFE و GC-MS.

تحتوي دفعات الشاي على مصفوفة معقدة تحتوي على نسبة عالية من المكونات غير المتطايرة. تم وصف عدة طرق في الأدبيات لعزل المكونات المتطايرة من دفعات الشاي. الطريقة الشائعة هي استخراج التقطير المتزامن (SDE)^15,16. ومع ذلك ، فهي غير مناسبة لتحليل روائح الشاي لأنه يجب غلي أوراق الشاي بالماء لعملية التقطير / الاستخراج بأكملها ، مما يؤدي إلى خضوع مكونات الشاي لتفاعل كيميائي ، وبالتالي ، ينتج عنه ملف تعريف رائحة مختلف تماما عن العينة الأصلية¹⁷. يقوم SAFE بتقطير تسريب الشاي عند درجة حرارة منخفضة تحت فراغ عالي ، وبالتالي تقليل التغييرات في المواد التحليلية والسماح بالحفاظ على تركيبة الرائحة الأصلية.

الاستخراج الدقيق للمرحلة الصلبة (SPME) هو طريقة أخرى شائعة الاستخدام لتحليل رائحة الشاي^18,19. تكمن مزاياه في الإجراء البسيط والخالي من المذيبات. ومع ذلك ، فإن انتقائية امتصاص الألياف لمكونات الرائحة تجعل من الصعب الحصول على ملف تعريف كمي يعكس خصائص رائحة العينة ، مما يحد من تطبيق هذه الطريقة لتحليل رائحة^{الشاي 20}.

تم تطوير تقنية نقل الفراغ العالي (HVT) لتقليل فرصة تكوين القطع الأثرية في تحليلات الروائح²¹. ومع ذلك ، فإن HVT لديه عائد استخراج منخفض للمواد ذات نقاط الغليان العالية والقطبية القوية ، مما يحد من نطاق استخدامها.

على عكس الطرق المخصصة المذكورة أعلاه ، فإن نواتج التقطير الآمنة لتسريب الشاي خالية من أي مكونات غير متطايرة²²،^23،24. يمكن استخلاص الرائحة الموجودة في نواتج التقطير كميا باستخدام المذيبات العضوية ، مما يعني أنه يمكن الحصول على مستخلص ذو رائحة قريبة من العينة الأصلية. Engel et ^al.11 مخاليط مقطرة من n-alkanes باستخدام تقطير HVT أو SAFE للتحقق من الكفاءة. تم العثور على غلة نواتج التقطير باستخدام نظام SAFE لتكون أعلى بكثير من تلك الخاصة ب HVT لكل ألكان. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن استرداد الألكانات ذات نقاط الغليان أقل من 285 درجة مئوية بالكامل بواسطة SAFE.

يجب إيلاء اهتمام وثيق للتفاصيل التجريبية لمزيد من التحليلات الناجحة. (1) يمكن أن يؤثر ضغط الفراغ أثناء التقطير الآمن على استعادة المكونات المتطايرة ويجب الحفاظ عليه عند مستوى عال ، مثل إبطاء إضافة العينة. (2) من الضروري التأكد من غمر زجاجة التجميع في النيتروجين السائل قبل عودة النظام إلى الضغط الجوي لتجنب تكثيف المواد المتطايرة المذيبة بواسطة مصيدة البرد العلوية اليمنى أو دخول مضخة التفريغ. (3) يجب التأكد من تشغيل المياه المتداولة أولا وإيقاف تشغيلها أخيرا. يجب إيقاف تشغيل المياه المتداولة فقط بعد إزالة النيتروجين السائل ؛ خلاف ذلك ، سيتم تجميد الجهاز. (4) يجب تحريك الحمام المائي بمغناطيس للمساعدة في نقل الحرارة.

في هذه الدراسة ، تم إجراء التقطير الآمن قبل استخراج المذيب. الإجراء المعكوس ممكن أيضا ، وسيكون هذا مفيدا بشكل خاص إذا تم استخراج كمية كبيرة من تسريب الشاي أولا ثم يتم تقطير المستخلص الذي تم الحصول عليه بواسطة SAFE. التحدي المتمثل في استخراج التسريب باستخدام مذيب عضوي هو إمكانية تكوين مستحلب. في هذه الحالة ، هناك حاجة إلى خطوات إضافية لاستعادة الطبقة العضوية ، مثل الطرد المركزي أو اختيار مذيبات مختلفة. بعد التجربة ، يجب تنظيف مجموعة الزجاج SAFE. يمكن استخدام الإيثانول أو الأسيتون كمذيب للتنظيف. يجب تجفيف الأجزاء قبل الاستخدام.

باختصار ، يقترح هذا البروتوكول طريقة للحصول على مركز رائحة مع ملف تعريف رائحة قريب من عينة الشاي الأصلية باستخدام التقطير الآمن متبوعا باستخراج المذيبات. يمكن تطبيق هذه الطريقة على جميع أنواع عينات الشاي ، بما في ذلك ، على سبيل المثال ، مساحيق الشاي الفورية ومركزات الشاي ، وهي مناسبة تماما للدراسات الحسية الجزيئية للشاي.

ليس لدى المؤلفين ما يكشفون عنه.

تم دعم هذا البحث من قبل المؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين (32002094 ، 32102444) ، ونظام البحوث الزراعية الصيني التابع لوزارة المالية و MARA (CARS-19) ، ومشروع الابتكار للأكاديمية الصينية للعلوم الزراعية (CAAS-ASTIP-TRI).