香精剖析技術及其安全性問題初探

2022年02月14日中外香料香精第一資訊瀏覽量：0

一香料香精概述

1 香料香精的分類

香料：具有一定特征氣息、符合人類安全健康需求的化合物或混合物

天然香料：以天然動植物資源為主要原料通過物理、物化、生化等方法制備的單體化合物或

混合物

合成香料：以化學單體原料通過有機合成的方法制備得到的單體化合物

香精：多種天然或合成的化合物。按一定的配方和工藝制備而成的具有一定特征香氣的混合物。

2 香料香精的制備方法

香料

化學合成：有機化學合成反應（苯乙醇）

生物合成：微生物發酵、植物細胞組織培養（苯乙醇）

天然提取：溶劑萃取、二氧化碳超臨界萃取、蒸餾法、冷軋法、冷磨法（薰衣草精油）

香精

調配合成法：根據香精特征香氣和香韻結構來合成（調配）所需要的香精

反應合成法：酶解、美拉德反應、脂肪氧化、微膠囊技術（粒徑大小不一）

二香精的剖析方法

1 香精剖析的前處理方法

香精中風味物質剖析的前處理方法主要有以下幾種：

(1) 同時蒸餾萃取（SDE）

同時蒸餾萃取（SDE）是比較經典的芳香物質的提取方法，

優點：提取量較多，重現性較好

缺點：高溫會使熱敏性物質分解

(2) 超臨界流體萃取(SCFE)

二氧化碳(CO2)超臨界流體萃取(SCFE)是香精香料行業中分離成分的首選方法。二氧化碳超臨界流體萃取可以在低壓和接近室溫的條件下進行，使其具有成本效益。此外，二氧化碳是無色、無味、安全的，即不易燃、無毒，而且是以純凈的形式提供。而且，二氧化碳可以從大氣中獲取，這使得二氧化碳SCFE成為一個生態友好的過程。溶劑萃取、機械分離和蒸餾是用于植物風味濃縮的其他三種方法。與蒸汽蒸餾相比，SCFE對植物樣品的作用很溫和，保持了原始的香味。另外，提取物更干凈、更新鮮、更清脆。水蒸汽蒸餾可以從化學角度改變提取的成分，而有機溶劑提取往往會改變成分的顏色和香氣。

(3) 攪拌棒吸附萃取(SBSE)

攪拌棒吸附萃取法是由Baltussen等人在1999年首次提出的，此后作為一種高效的樣品制備技術獲得了廣泛的認可，用于富集水樣中的溶質。SBSE-TD-GC-MS已被應用于諸如葡萄酒中的農藥和花卉化合物、生物液體中的有機溶質以及水溶液中農藥的快速篩選等多種應用。使用聚二甲基硅氧烷（PDMS）作為萃取相的SBSE可以實現高回收率和極低的檢測限（LOD），可以從水樣中提取和富集相對極性的溶質（log Kow > 3.0）。使用PDMS（Twister）的SBSE的優點之一是可以從水基食品基質中提取相對GC友好的溶質，而不富集非揮發性溶質，如氨基酸、糖類、糖苷、多酚等。事實上，從這種復雜的基質中提取后，攪拌棒可以在超純水中進行短暫的沖洗，以去除任何附著的物質，然后用無絨紙巾擦干。

(4) 吸附熱脫附吹掃捕集（ATD）

吹掃和捕集方法（動態技術）的基礎是用惰性氣體（通常是氦氣或氮氣）吹掃樣品（液體或固體）；然后將揮發性化合物吸附在捕集器上，捕集器立即被加熱，將其解吸到氣相色譜儀進樣器中。有許多吸附劑，如Porapaks、Chromosorbs或Tenax系列，都能滿足正確的熱解吸的必要要求；然而Tenax系列（基于2,6-二苯基對苯二胺的聚合物）非常適用于水醇樣品，如葡萄酒或類似的飲料。在這個意義上，已經提出使用吹掃和捕集方法來分析水果和果汁以及酒精飲料。

(5) 頂空固相微萃取（HS-SPME)

SPME是一種無溶劑的方法，集成了采樣、提取和濃縮分析物的功能。與溶劑萃取相比，SPME是一種非完全的萃取技術，只有一小部分目標分析物從樣品基質中被萃取出來。這種技術的好處是便于攜帶，有可能實現自動化，并提高靈敏度，此外，在頂空（HS）模式下使用時，被動采樣方法不會干擾樣品。

(6) 溶劑輔助風味萃取(safe)

溶劑輔助香味蒸發（SAFE）被認為是生產 "干凈的 "香味提取物的最佳整體方法，以避免在氣相色譜（GC）分析過程中損失易溶的香味化合物或形成熱產生的假象。

2 樣品分析常用的方法

風味物質分析常用的方法如下：

氣相色譜（GC）

氣相色譜-質譜聯用（GC-MS）

氣相色譜-嗅聞技術（GC-O）

電子鼻、電子舌

全二維氣相色譜-質譜聯用技術（GC×GC-MS）

3 天然香料及其鑒定方法-同位素法

同位素溯源技術在食品安全領域主要用于鑒別食品成分摻假、食品污染物來源、追溯產品原產地以及判斷動物飼料來源等方面。穩定同位素技術在鑒定精油的天然感方面也發揮著重要作用。

美國FEMA建立了同位素研究委員會（FEMA-ISC），它與美國佐治亞大學應用同位素研究中心進行廣泛合作，并向該中心提供資金援助，對一系列食品香料的天然度進行測定，為他們建立了13C及13C/12C的范圍，這些香料中主要有苯甲醛、肉桂醛、茴腦、水楊酸甲酯及各種脂肪酸酯類等。

肉桂醛

碳同位素分析技術用于香料的分析十分見效。

天然香蘭素十分昂貴，而合成香蘭素化學成分和天然香蘭素完全相同，很便宜。采自世界各地的香蘭素13C值多在-16.8和-20.4‰，而合成的香蘭素多在-16.8‰以下，因此，有人將天然和合成香蘭素的界定值定為-21‰，低于該值就認為加入了合成物質。

三香精安全性評估

1 香原料的安全性

香原料根據其來源不同可分為天然香料、合成香料（天然等同香料）

自從第一屆食用香料和提取物制造商協會（FEMA）專家小組實行對用在人類食物中的香料成分的安全性進行評估計劃以來已有55年之多。在那個時候FEMA GRAS計劃的主要的目的是用于評估香料工業想要用于香料的原料是否“一般認為是安全的”（GRAS）。

2 美拉德反應產物安全性的評估

美拉德反應機理：

Hodge于1953年解釋了包括Maillard反應在內的一系列反應，認為Maillard反應可分為三個階段：

（1）第一階段：葡基胺的生成和隨后的重排

（2）第二階段：脫氧生成呋喃衍生物，還原酮和其他羰基化合物

（3）第三階段：從這些呋喃和羰基中間產物到芳香化合物的轉變，常常通過與其他中間產物(如氨基化合物或氨基酸降解產物)發生反應而實現

Hursten將美拉德反應中的揮發性風味物質分為三種

?“簡單的”糖脫氫—裂解產物呋喃類、吡喃酮、環式烯、羰基化合物、酸.

?一般的氨基酸降解產物醛、含硫化合物(如H2S、甲硫醇)、含氮化合物(如氨、胺).

?由一步相互作用產生的揮發性物質吡咯、噻唑、吡啶、噻吩、吡嗪二硫雜烷、三硫雜烷、咪唑、二噻烷、三噻烷吡唑、呋喃硫醇、3—羥基丁醇縮合物.

歐陽晶晶通過動物實驗評價了美拉德反應香精的安全性，研究表明：肉味香精攝入量與小鼠血液脂質過氧化密切相關，并且灌食的香精劑量與其對小鼠血液脂質過氧化的影響有濃度依賴性。肉味香精的攝入也能對小鼠的肝臟和心肌細胞造成損傷，尤其是對肝臟作用明顯，表明美拉德反應香精對小鼠具有一定的毒性。（歐陽晶晶. 幾種美拉德反應產物分析方法的建立及其毒理學研究[D]. 上海應用技術學院, 2014.）

可能原因：美拉德反應產物的后期會生成較多的含氮、含硫的雜環類物質，食用濃度過高的這種MRPS可能會對人體有一定影響

解決方法：

在反應過程中控制反應速率和反應時間，防止過度反應生成可能對人體有害的物質

嚴格控制美拉德反應產物的添加量，防止過量使用以保證食品的安全性

3 食用香精香料存在的安全問題

3.1 食用香精存在的安全問題

(1)、原材料的安全性問題

食用香精的原材料是其安全性的最主要因素之一；食用香精的生產絕不可使用未經許可的品種，更不能使用化工原料的香料單體來替代食品級香料，以降低成本或提高產品的留香效果。

舉例分析

檸檬腈 Lemonile

3,7-Dimethyl-2(3),6-nonadienonitrile

CAS:61792-11-8

檸檬腈具有強烈的檸檬、古龍樣香氣。多用于檸檬、馬鞭草和白檸檬類香精配方，能產生新鮮和持久的效果，更具有天然感。

推薦用于美容用品、香皂、洗護用品和家居用品中。不宜用于食品或飲料中。

香豆素類 Coumarins

二氫香豆素、八氫香豆素、6-甲基香豆素是GB2760-2011允許使用的三種食用香料。根據國家食藥監的規定，香豆素不得添加于任何食品中。當飲料中因使用天然香料而導致天然香料本身所含香豆素殘留時，其含量應在2mg/kg以下。

黃樟素（Safrole）及異黃樟素（Isosafrole）

黃樟素是八角精油中的天然成分，有足夠的證據表明其具有致癌性。異黃樟素用于日化工業，具有八角和甘草似的香氣特征，少量存在不同精油中。

黃樟素，是一種有機化合物，化學式為C10H10O2，為無色油狀液體，但萃取時常含有雜質而呈微黃色，有樟木氣味，易溶于醇，能與氯仿、醚混溶，不溶于水和甘油，被列為第一類易制毒化學品管控。

2017年10月27日，世界衛生組織國際癌癥研究機構公布的致癌物清單初步整理參考，黃樟素在2B類致癌物清單中。

黃樟素通常由黃樟樹的根、樹皮、果實，或北美檫樹的根皮中提取，或是經由兒茶酚或其他相關亞甲二氧基的化合物化學合成所生產。一種在巴西成長的植物高貴綠心樟可制成棕色樟腦油（高貴綠心樟油），而黃樟素就是此油的主要成分。

黃樟素是許多合成物的前體，例如：殺蟲增效劑胡椒基丁醚（piperonyl butoxide）、透過異黃樟素生產的香氣劑胡椒醛及致幻同感劑MDMA。經動物實驗，確定在生物的代謝過程中，會有致癌的風險。

在1960年代研究指出，黃樟素是致癌物，造成動物的永久性肝臟損傷。因此美國食品和藥物管理局(FDA)禁止黃樟和黃樟素供人食用。美國食品和藥物管理局仍然認為黃樟素在老鼠是弱的致癌物質，黃樟素被美國政府認定為弱致癌物質，現今被美國禁止使用于食品添加物、肥皂、香水。然而一個1977研究黃樟素在大鼠和人類的代謝產物，在大鼠尿中發現的黃樟素兩種致癌代謝物，1,1'-羥基黃樟素和3'-羥基異黃樟腦，并沒有在人尿中發現。歐盟健康與消費者保護委員會假定黃樟素具有遺傳毒性和致癌性。它天然存在于各種香料，如肉桂，肉豆蔻，和黑胡椒和部分草藥羅勒，但含量較低。黃樟素同許多天然存在的化合物一樣，一般在使用原植物下較難發現顯著影響，但萃取物在嚙齒動物實驗中能誘導發生癌癥。不過對人類的影響尚未證實有致癌因果，由勞倫斯·伯克利國家實驗室估計，類似呼吸室內空氣或飲用市政供水帶來的風險。在美國曾經被廣泛用作根汁啤酒、黃樟茶，和其他常見的產品食品添加劑，其對大鼠的致癌性被發現后被美國食品和藥物管理局禁止使用。如今黃樟素也被國際香料協會禁止用于肥皂和香水。