幾乎沒有任何一種調料制品能像香草香料那樣用來產生香味,這不僅只在用于圣誕節之際,在日常食物中也經常被使用,香草香料也同樣應用于香水、化妝品以及藥品之中。人們口口相傳這種香料有安撫精神和寬慰身體的功效。將這種調料制品加入到芳香療劑之中,據說將其吸入體內便能舒緩身體并恢復活力。在一杯礦泉水或者果汁飲料中稍加幾滴香草香料溶液,就足以使有灼熱感和神經過敏的胃安定下來。香草香料能夠中和辛辣、酸的食物,并同時增強其本身淡淡的芳香氣味。實際上,研究還延伸到芳草的主要成分是否還具有防癌的作用。據稱阿芝特克人在很久以前就發現在香草香料中含有一種眾位神仙喜愛飲用的瓊漿玉液。雖然這只是傳說,但應該不是子虛烏有。
而今香草香料已屬于世界上最重要、最受歡迎的,同時也可能是最昂貴的香料:這種調料制品價值高達每噸80 000 美元之多 。鑒于其如此高昂的價格,那么毫無疑問,必須對香料的好壞嚴加檢驗:重點是其味道和香氣、可信性和供貨來源,同樣還要關注是否有假冒偽劣、污染和質量缺陷等問題。這種檢驗事關終端消費者的利益,尤其是將香草香料加工成成品的企業的利益。儀器分析法在此也提供了獲取相關信息的獨一無二的方法。
香料組分研究需要集成的分析方法
的確,香草香料的研究是具有挑戰性的。Stephen J. Toth一語中的:“采用一種方法不可能對香草香料進行完全的定性鑒定,香草香料的化學組成太復雜了。”在他于美國國立新澤西州大學完成的博士學位論文《香草香料化學特征化分析方法的比較與集成》中,他致力于尋求一種集成的分析方法,旨在對完全發酵的香草莢和香草提取物中揮發性、難揮發性組成進行分析。最后,解決方案找到了,就是液相和氣相色譜的聯合,借此他賦予頂空技術和熱解吸方法又一重大的意義。

圖2.塔希提島的一種香草香料的色譜圖:香草醛于54.35min后被洗脫,香草香料的芳香味道是由多種化合物共同作用而形成的。
借助色譜法測定芳香組分
為了測定香草中難揮發物質的組成成分,例如 4-羥基-3-甲氧基-苯甲醛、香草酸和 4-羥基苯甲酸,可以采用HPLC法。Stephen J. Toth 在其學位論文中指出文獻中描述的HPLC法(特別是用于分析香草香料提取物的方法)對他的方法開發有定向作用。Toth將標準的HPLC(含UV檢測器)色譜儀器技術發揮到極限,大大提高了工作效率。正如他的實驗結論所述:通過引用UPLC (超高效液相色譜) 分析柱——具有細微填充物粒度的短柱(柱例:50mm長x 4.6mm內徑 x 1.8μm 粒度),提供了若干優化的潛能,借此可縮短分析時間。盡管只能在相同儀器參數、對硬件作若干改進的條件下,Toth卻最終實現了比檢測開始時要快7 倍的分離時間。香草酚的HPLC 分析時間已從原先的 13.45 min縮短到 1.86 min。“這絕對是采用傳統的HPLC 配置加UPLC 分析柱所能得到的最好結果,”Toth 這樣描述,“除此之外乙腈的用量也得減少三分之二。”
盡管通過HPLC分析法取得了這些成果,卻僅能在有限的條件下對香草香料中揮發性化合物的全體組分進行鑒定,更談不上對那些迄今為止仍然未知的芳香組分進行鑒定了,Toth這樣認為。而氣相色譜、頂空技術和質譜檢測的結合則能勝此大任。
為了能夠得出最佳結果,Toth 對下列技術進行了比較研究:包括固相微萃取技術(SMPE)、應用具有聚二甲基硅氧烷(PDMS)表面涂層的磁性攪拌棒(Gerstel-Twister)的Gerstel-PDMS-Twister頂空吸附萃取技術(HSSE)、以及動態頂空技術。此外還包括將深度冷凍研磨過的香草莢進行直接熱解吸(DTD)的方法。實驗對兩個波本香草莢樣品中的分析組成進行了研究,其中一個毫無疑問是“好的”等級的莢,另一個則是被商家拒絕的有酒精發酵氣味的“壞的”等級的莢。這個被拒絕的樣品意味著,在厭氧條件下香草被細菌降解,轉化為愈瘡木酚。
Toth這樣描述:在文獻中多次提到采用SPME技術對香草香料提取物進行鑒定,特別是關于乙醇基體中極性組分的鑒定。得益于大量可供使用的SPME 萃取相、簡單易行的自動化和凝聚的分析溶質快速熱解吸,這種SPME技術在頂空提取揮發性化合物的實驗中,顯示出選擇性和實用性。不足之處是其萃取相體積(0.5uL)過小。因此,SPME技術雖然具有實用性和多用性,但其吸附容量太小,也就是說,較不靈敏,尤其是對于難揮發性化合物。試圖采用混合相的試驗,即用二乙烯苯(DVD)、全氟二甲基環丁烷(CBXN)和聚二甲基硅氧烷(PDMS),可以在更大的極性帶寬上萃取分析溶質,可是靈敏度又變低了。如果不考慮此點,那么借助于這種SPME技術已能從香草香料中提取出 35種化合物,其中包括來自包裝材料中的有害物質,和8種至今尚未被鑒定的組分。
頂空吸附萃取技術熱解析溶質
這種頂空吸附萃取技術(HSSE)技術是SBSE技術的進一步發展而來,SBSE是一種行之有效的磁性攪拌棒吸附萃取法,并多次被用于測定包括芳香化合物在內的各種物質。SBSE基于使用Gerstel磁性攪拌棒作為被動收集手段的功能,在對樣品溶液進行混合攪拌的同時,通過磁性攪拌棒對分析溶質進行萃取。而使用HSSE技術時,磁性攪拌棒被安裝在樣品管中樣品上方的蒸汽空間里,分析溶質的萃取是在頂空中進行的,分析溶質在吸附相和頂空之間建立起穩定平衡的時候,將磁性攪拌棒取出,分析溶質被熱解析后轉移至GC的過程。如同SBSE法一樣,是借助于Gerstel 的熱解吸裝置(TDU) 、Gerstel 多功能進樣器(MPS)自動進行的。相對于萃取相體積過小的SPME法(0.5uL),HSSE法具有大得多的相容積(磁性攪拌棒的PDMS膜層125uL),顯示出從極性到非極性的化合物在其微量濃度范圍內較高的靈敏度。又有了一種鑲嵌有乙基-乙二醇-硅氧烷的磁性攪拌棒問世,可應用于極性和非極性化合物的萃取。鑒定出的19種化合物中有4種是新的化合物,在香草香料分析文獻中尚未被鑒定和記錄在案。
動態頂空技術用于特定化合物
Tuth 這樣說:“把某種載氣,在加壓或抽真空的條件下導入樣品的頂空室,可把樣品中的分析溶質置于合適的載體材料上(本文涉及的是Tenax TA 吸附劑)進行富集。與SPME法和HSSE法有所不同,這種Tenax TA 吸附劑對特定的化合物并無特別的親和力,它只是在更廣的沸點范圍和極性范圍內來富集分析溶質。不過對于3個或更少碳原子的化合物不適用。” 在昂貴的香草香料中,采用這種吹掃捕集頂空法,一共檢測到 24種化合物,其中10種是至今未曾被發現的組分。
直接熱解吸法(DTD):“將樣品加入到介于兩個玻璃棉塞子之間的玻璃內襯小管中,將熱解析裝置(TDU)按照一種升溫程序(30 ℃~60 ℃/分鐘 直至275 ℃)進行加熱。分析溶質在安捷倫GC 6890 的冷進樣系統(KAS)中進行冷凝,再通過溫度程序轉移至GC分離柱中。GC的電子壓力控制裝置(EPC)允許將載氣的流速不受溫度影響保持恒定。所以,我們獲得了最大的分離度”,Tuth 這樣描述。在對所研究的“好的”和“壞的”香草莢中,Toth 借助于DTD-TDU-GC/MS方法檢測出 74種化合物(更進一步的分析促成了30種香草莢中至今尚未被發現的化合物的面世)。

圖3.把所有頂空技術、直接熱解析技術和GC-MS組成一套完整系統聯用。
值得注意的是香草醛濃度上的差異:在“好的”香草莢中為1.2%, 而在“壞的”香草莢中僅為0.1%。在被商家接受的香草莢中,Tuth 發現含有高濃度的乙酸、2-甲基苯酚、麥芽酚羥基二氫、5-(羥基甲基)呋喃-2- 甲醛、4-羥基苯甲醛、香草醛、十六烷酸以及 1-十八碳醇。Tuth這樣寫道:波本香草莢樣品中所鑒定的化合物與那些原來在文獻中被記載的數據是一致的。其首次對香草莢中的化合物進行記錄的還包括有:丙酮、2-甲基丙醛、3-羥基-3-戊烯-2-酮、2(5H)-呋喃酮、2-羥基2-環戊烯-1-酮、4-羥基-5甲基-3(2H)-呋喃酮、2-呋喃羧酸、鈴蘭醛、4-(4-羥基酚)-3-丁烯-2-酮、4-(4-羥基-3-甲氧基酚)-3-戊烯-2-酮(E)、香草醛-苯甲醛甘油縮醛的兩種同分異構體、1- 十八碳醇、乙基-十七(烷)酸甲酯、乙基-十八(烷)酸甲酯、z-12-二十五碳烯以及z-14-十九碳烯。而在“壞的”香草莢中,Tuth 測出了高濃度的 2- 甲氧基酚、2- 甲氧基-4-甲基酚、香草醛、十六烷酸以及 1-十八碳醇。
多種技術聯用得到完整圖譜
Tuth這樣寫道:通過應用DTD-TDU-GC/MS分析表現出來的“好的”與“壞的”波本香草莢之間的最大差別在于:香草醛的損失和2- 甲氧基-4-苯酚和2- 甲氧基苯酚的提高,以及麥芽酚羥基二氫和羥基甲基呋喃甲醛的損失。在DTD-TDU-GC/MS方法中缺少了濃縮步驟,相對于其它的頂空方法而言,其結果可以通過雜醇油乙醇的漏檢加以說明,這種物質在采用SMPE、HSSE以及吹掃捕集實驗時均被檢出。但是和在被商家拒絕的香草莢中檢測出的雜醇油乙醇含量是不一致的,這表明了各種頂空技術的強度明顯的不一致。單個方法都有其固有的不足之處,那么將它們進行聯用,就會得到一種芳香樣品完整的總體圖譜。對于應用者而言,如果能夠將所有的頂空技術(SPME、HSSE、動態頂空法以及直接熱解吸技術)在必要時加以應用的話,就很完美了。當然,應用過程中任何情況下都需要自動化的系統。
關于香草香料的分析
香草醛是通過葡萄糖香草醛的水解發酵過程而形成的。這一過程的進行能夠對香草莢的芳香廓形、味道以及總體質量產生決定性的影響。許多香草種類盡管只有較小的香草醛濃度,也有不錯的整體味道,由此可得出結論:其它的內容物也參與了對整體味道的貢獻。