风味洞察:Vocus PTR鼻腔内气体分析

nose-space analysis

食物食用过程中实时获知消费者的风味感观

Luca Cappellin, Felipe Lopez-Hilfiker and Manuel Hutterli
TOFWERK, Thun, Switzerland

风味是消费者感受并评判食物的关键因素之一,是味觉感官和芳香气味、乃至视觉、文化和心态的一个复杂组合体。其中芳香气味准确来说,是与食品在入口前和食用过程中鼻腔接触到的挥发性有机物种类和浓度相关。因食物种类不同,芳香物质可能包含酯类、醇类、类萜、有机酸和有机硫等。可以想象,上述物质的组成或者浓度的微小变化都可能对整体风味产生不同程度的影响,尤其是那些人体感官阈值较低的物种。

鼻腔气体分析可以直接量化消费者感知到的香味物质,帮助将消费者体验转译成科学家可以研究和改善的信息。利用实时检测技术来实时检测志愿者鼻孔中的呼出气体,从而帮助理解食用过程中香味物质随时间的变化,从而进一步解析香味物质种类和浓度跟消费者感官感受的非线性关系。

从分析化学的角度看,鼻腔气体分析对仪器方法硬性要求非常高!一套合适的解决方案应该包括:(1)允许直接采样;(2)同时测量全部成百上千的VOCs;(3)拥有‘亚’秒级别的分析检测速度;(4)从亚pptV到ppmV区间的线性范围。

色谱,尤其是色谱-质谱连用,因其时间效率慢,物种选择性高等特性不适用于鼻腔分析这个应用案例。选择离子流动管质谱(SIFT-MS)灵敏度低,而且没有配备飞行时间(TOF)分析器,在秒级纬度只能检测少数的VOCs物种。传统的质子转移反应-飞行时间质谱(PTR-TOF)则线性区间达不到要求。简而言之,Vocus PTR-TOF是现在市面上唯一满足鼻腔气体分析所有需求的分析仪器。

基于市场领先的飞行时间质谱平台,Vocus PTR-TOF可在一秒不到的时间内同时检测鼻腔内从pptV到ppmV浓度分布的各种VOCs物种。不同于传统的四级管技术,Vocus无需在检测速度和可检测物种数目这两个分析指标上做选择题。

nose-space analysis

图1. 一套搭配有鼻腔气体分析装置的TOFWERK Vocus 2R PTR-TOF在食品风味实验中的装置图。志愿者鼻孔呼出的气体被即时检测并分析。

图1展示搭配有鼻腔分析装置的Vocus 2R PTR-TOF。鼻孔呼出气体,通过PFA管路,被引入到仪器进样口进行分析。图中仪器以5Hz的全谱采集频率进行下面的实验。

一个志愿者按照顺序吃了四口苹果和四口香蕉,整个实验持续了大概十五分钟。图2种画出了几种有代表性的物种浓度随时间的变化规律,包含有己醛及其同分异构体,丙酮,异戊二烯和乙酸异丁酯及其同分异构体。可以清楚地看到,在丙酮和异戊二烯浓度保持稳定的同时,来源于苹果和香蕉的芳香物质在实验过程中有着非常不同的时间变化序列,也就意味着它们各自的风味有着明显的区别。

Nose-space analysis

图2. 利用以5Hz采集频率运行的TOFWERK 2R PTR-TOF获得的志愿者在食用两种水果过程中的鼻腔气体分析结果。实验中该志愿者分别吃了四口香蕉和四口苹果。图中展示了己醛及其同分异构体,代表性酯类物质,丙酮和异戊二烯浓度的时间序列。

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