JAFC：瑞士芬美意Frédéric Begnaud研究团队首次提出“嗅觉相机”解决气味代表性问题

前言

2019年1月19日，全球最大的香精香料企业-瑞士芬美意Frédéric Begnaud的研究团队在Journal of Agricultural and Food Chemistry发表了题为“From the Representativeness of Sampled Odors to an Olfactive Camera”的研究论文，该文首次提出了一种嗅觉相机（Olfactive Camera）的气味感知概念，用于解决样品气味代表性问题，特别新颖。

第一作者：Alain Chaintreau

通讯作者：Frédéric Begnaud

通讯单位：瑞士芬美意

DOI: 10.1021/acs.jafc.8b06383

摘要

虽然代表性通常是采样气味的先决条件，但所用的方法从未同时从分析和感官的角度进行评估。本文验证了用于采样气味的方法中的几个关键创新，从先前开发的静态和捕获的顶空（S＆T-HS）设备开始，以最小化吸收偏差并允许对捕获的气味进行热解吸。添加解吸炉允许恢复和测试不仅由S＆T-HS采样的气味，还包括其他技术（固相微萃取，顶空吸附萃取，吹扫捕集顶空）。S＆T-HS设备表现出令人满意的代表性，远高于其他三种技术。这是第一次建议使用这项技术作为嗅觉相机来捕捉和恢复气味。该方法在复杂的新鲜烟灰缸气味样品上进行测试。

背景介绍

I、代表性分析

许多学者已经对存在于固体或液体基质中的挥发性成分的回收率进行了研究。特别是液/液萃取的情况，加速溶剂萃取，同时蒸馏提取，在高真空转移，溶剂辅助香味蒸发，和搅拌棒吸附萃取。这些回收率通常因成分而异，因此收集的样本是通常不代表基质中挥发性成分的相对比例。相反，尽管HS代表了样品的气味，但从顶空（HS）收集的气相中的回收率鲜有研究。验证这种方法需要准确了解最初进行采样的HS组成，因为气味成分之间的平衡直接与感知的全局气味相关。为了实现这一目标，必须产生一个具有标准组成的受控气流，例如来自渗透管。这个设置允许仅从具有稳定的气味成分的空气中测量回收率，或来自封闭的HS，不含任何能够产生气味更新的气味剂气相中。因此，代表性气味仅从源气味周围的气味收集仍然是有问题的。采样可以施加到HS技术如图所示，（1）试样的直接采样的等分HS：静态HS（S-HS）; （2）气体和吸附相之间的静态分配：HS固相微萃取（HS-SPME）和HS吸附萃取（HSSE）; （3）通过使用解吸气体从基质中动态解吸挥发物并随后进行陷入吸附材料：吹扫捕集HS（P＆T-HS）; （4）浓度从静态HS到吸附剂的气味剂：静态和捕获的HS（S＆T-HS）。

第四种技术不如其他技术常见，今后描述其原理。将液体或固体样品放入管状容器底部的空腔中由活塞关闭（装置，图1A）。然后它的挥发性成分与其平衡HS（图1B）和Tenax捕集器连接到活塞的出口。之后，通过按下活塞（图1C）来加载Tenax阀芯，HS通过疏水阀排空带有保留挥发物的滤筒（图1D）。

图1 直接顶空（D-HS）（A-D）的取样和加载的Tenax盒重新吸收到空的HS单元（E-H）中以恢复HS（恢复的HS，R-HS）。

S＆T-HS装置最初是为物理化学应用而开发的，因此它也是由内部容积，活塞运动，和工作温度下精确地控制，在使用气相色谱法之前，该技术被提议用于气味采样-嗅觉测定法（GC-O）并应用于酸奶和咖啡。

因为许多作者认为HS-SPME和P＆T-HS代表性地采样气味，这些技术被广泛用于科学文献报道的香气和香精组合物。图S1对这两者使用S-HS和S＆T-HS的技术进行了比较。从先前发表的方法开始这些方程式，从上面的HS中回收的不同分析物的比例可以容易地计算低浓度水溶液。S-HS代表了未经修饰的样品上方的气味成分，并作为参考。从该模拟中，只有S＆T-HS看起来与S-HS相同，这是合乎逻辑的，因为这些技术的区别仅在于采样的HS体积大小，因此他们的灵敏的。相比之下，SPME，它基于一个阶段分区，过度收集大部分HS成分。这是常数所固有的从溶液中释放化合物以补偿被捕获的量纤维直到达到纤维和液相之间的平衡（而不是在纤维和HS之间，经常假设）。相反，P＆T-HS主要是曲解疏水性和亲水性成分之间的HS平衡（见公式2和图S1）。

作为结论，模拟的回收率表明S-HS和S＆T-HS是最多的代表性抽样方式。不幸的是，S-HS仅收集一小部分HS，这会危害GC分析的灵敏度。相比之下，P＆T-HS和HS-SPME扭曲了原始的顶空成分，从而扭曲了感知的气味。然而，这些观察结果从未通过实验评估得到证实。因此，本工作旨在通过分析和感觉评估这些采样方法和开发S＆T-HS技术以确保稳健的分析代表性。

II、感官代表性

采样HS的分析代表性并不意味着它代表原始气味。可能会遗漏次要的高效成分通常的检测器（FID，MS），因为它们低于仪器检测限，或隐藏，因为它们与主要峰值共存，尽管它们对整体香味有显著贡献。有时会检测到这些成分仅使用多维GC系统和/或通过嗅觉检测。评估通过各种方式收集的气味的代表性（例如，真空水蒸气蒸馏，气体注射器，动态HS采样器），可以将样品注入气体配有毛细管或去活柱的色谱仪中。然后出口插入（1）气密玻璃注射器或（2）采用含有少量的水的玻璃烧瓶来捕获挥发物或（3）聚四氟乙烯袋。所有这些HS收集方法有一个主要缺点：玻璃器件容易被吸附，即使在硅烷化后; 在水中捕获的HS会在烧瓶和HS之间产生分隔，导致原始HS组合物的失真 ; 聚四氟乙烯是一种渗透性材料。这些系统都不允许控制HS温度和体积。

到目前为止，最可靠的技术，没有吸附风险，似乎是直接GC-O（D-GC-O）。它包括将样品注入连接到GC进样器较短的去活化柱，其出口连接到嗅探口。但是，它提供简短的嗅觉刺激（几秒钟），不允许比较在相同条件下的原始气味或由几位小组成员一起评估。

但是，只用上述的技术的进行感官代表性测试，香料师和调香师都知道可能相同的气味会产生不同的化学成分，所以在这项工作中研究感官和分析代表性。

III、嗅觉相机的概念

据我们所知，嗅觉相机的概念从未被提出过科学文献。它包括以最小的失真捕获和还原气味，类似于相机捕获和恢复图像。英文单词“相机”来自拉丁语，意思是“房间，住处。”这意味着，在这些之后两个步骤，还原的气味仍然代表分析和感觉方面。虽然现有的采样技术都没有证明了这样的能力，S＆T-HS装置可以填补这一空白。

图文解析

图1 与D-HS采样相比，R-HS采样后恶臭模型的成分回收率是各种改进的函数：S.S. =不锈钢，Sulf. = Sulfinert，2-IPMP = 2-异丙基-3-甲氧基吡嗪，2-MIB = 2-甲基异冰片醇。

图2 臭气模型的D-HS和相应的R-HS的相对比例（条）和R-HS相对于D-HS（线）的恢复。

图3 由30名专门小组成员在两个相同的D-HS细胞（蓝色条，三个重复）和D-HS和R-HS细胞（红色条）之间进行相似性测试。

图4 HS-SPME，HSSE和P＆T-HS样本之间的欧几里德距离的演变和初始HS组成（对数标度）。

图5 不同抽样方法之间的感官比较：小组成员的意见

论文链接

https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/acs.jafc.8b06383

延伸阅读

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