TỔNG QUAN TÀI LIỆU VỀ KỸ THUẬT GC O

Bảng 2.5: Các hợp chất tạo hương hoạt động xác định được trong các sản phẩm bơ bằng phương pháp GC-O.. Bảng 2.7: Các hợp chất tạo hương hoạt động xác định được trong sản phẩm bơ ngọt đượ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT HOÁ HỌC

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

TỔNG QUAN TÀI LIỆU VỀ

KỸ THUẬT GC-O

SVTH : NGUYỄN TIẾN ĐẠT

CBHD : TS NGUYỄN HOÀNG DŨNG

ThS LẠI QUỐC ĐẠT BỘ MÔN KỸ THUẬT THỰC PHẨM

TP Hồ Chí Minh, 01/2008

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày tháng năm

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày tháng năm

Trong suốt thời gian học tập tại trường Đại học Bách Khoa-Đại học quốc gia Thành phố Hồ

Chí Minh-được sự dạy bảo tận tình của các thầy cô trong trường, các thầy cô trong khoa Kỹ thuật Hóa học và đặc biệt là các thầy cô trong bộ môn Công nghệ Thực phẩm đã trang bị cho chúng em rất nhiều kiến thức, kỹ năng Đó là hành trang cho cuộc đời chúng em sau này Sau này, khi rời khỏi trường chúng em vẫn sẽ tiếp tục cố gắng học tập, làm việc tốt để không phụ công ơn dạy dỗ của thầy cô

Luận văn tốt nghiệp là sự tổng kết những kiến thức và kỹ năng đã được trang bị trong suốt hơn 4 năm trên ghế giảng đường Bên cạnh sự nỗ lực của bản thân là sự hướng dẫn, chỉ dạy tận tình của các thầy cô, sự động viên, giúp đỡ của gia đình, bạn bè Đó không chỉ là thành quả của bản thân mà trên hết đó là sự tri ân tới tất cả thầy cô, gia đình và bạn bè

Con xin cảm ơn ba mẹ đã sinh thành, nuôi dưỡng, dạy bảo, động viên con để con có được ngày hôm nay Con luôn tự hào vì được sinh ra là con của ba mẹ Em cũng cảm ơn các anh chị đã luôn quan tâm, động viên giúp đỡ em trong suốt thời gian qua

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong trường Đại học Bách khoa, các thầy cô trong khoa Kỹ thuật Hóa học và đặc biệt là các thầy cô trong bộ môn Công nghệ Thực phẩm Em cũng chân thành cảm ơn các anh chị ở phòng thí nghiệm cảm quan đã tạo điều kiện và giúp đỡ em hoàn thành luận văn này

Đặc biệt, em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới thầy Nguyễn Hoàng Dũng và thầy Lại Quốc Đạt, 2 thầy đã trực tiếp hướng dẫn em thực hiện đề tài này Đây là đề tài khá mới ở Việt Nam vì vậy khi thực hiện em gặp phải nhiều khó khăn, nhất là về mặt kiến thức và rất nhiều các thuật ngữ mới Vì vậy, nếu không có sự hướng dẫn, chỉ dạy tận tình của các thầy thì có lẽ em không thể hoàn thành luận văn này

Sau cùng, cho mình gửi lời cám ơn tới tất cả các bạn trong lớp HC03TP Trong suốt hơn 4 năm qua, lớp HC03TP đã trở thành ngôi nhà chung của mình và tất cả các bạn với biết bao kỷ niệm, bao niềm vui, những lúc học chung với nhau, những chuyến đi chơi chung Đó là những kỷ niệm không thể nào quên trong cuộc đời của mình Mình cũng cảm ơn rất nhiều người bạn của mình, có những bạn dù ở rất xa nhưng vẫn luôn động viên, giúp đỡ mình

Xin được tri ân tất cả!

GC-O là phương pháp phân tích kết hợp giữa phương pháp phân tích hóa lý GC (gas chromatography) và phương pháp phân tích cảm quan bằng việc dùng trực tiếp mũi người thử (olfactometry) để đánh giá hương và hoạt tính tạo hương cảm nhận được GC-O là phương pháp nghiên cứu để xác định các hợp chất hương hoạt động và các hợp chất tạo hương chính trong thực phẩm Trong thực phẩm, có rất nhiều hợp chất dễ bay hơi Nhưng trong đó, chỉ có một lượng nhỏ góp phần vào việc tạo ra hương (gọi là các chất hương hoạt động) Vì vậy, việc phân biệt giữa các hợp chất hương hoạt động và một lượng lớn các hợp chất dễ bay hơi trong sản phẩm thực phẩm là một việc quan trọng cho phân tích hương Kĩ thuật này được giới thiệu lần đầu tiên vào năm

1964, từ đó đến nay đã được nhiều nhà khoa học nghiên cứu và phát triển, hoàn thiện và ứng dụng Tuy nhiên, ở Việt Nam, đây vẫn là phương pháp mới, ít được quan tâm, sử dụng Ở nước ta hiện nay chỉ có 1 thiết bị phân tích GC-O duy nhất tại trường Đại học Bách khoa Hà Nội Vì vậy tổng hợp các tài liệu về phương pháp này là điều cần thiết và có ý nghĩa Trong luận văn này chúng tôi có gắng tổng hợp thật cụ thể, chi tiết những tài liệu có được, bao gồm:

Chương 1, tổng quan tài liệu gồm: lịch sử, khái niệm, nguyên tắc, hệ thống thiết

bị, các phương pháp phân tích, ứng dụng, các phương pháp chuẩn bị mẫu phân tích, các yếu tố ảnh hưởng, tính toán kết quả và xử lý số liệu, các ưu điểm và các khó khăn của phương pháp, xây dựng qui trình phân tích bằng phương pháp GC-O

Chương 2, giới thiệu ứng dụng phương pháp GC-O nghiên cứu hợp chất hương trong thực phẩm bao gồm trong sữa và các sản phẩm từ sữa, trong thịt và thủy sản, trong trái cây và trong cacao Ở chương này chúng tôi cũng cố gắng so sánh kết quả phân tích bằng GC-O với các phương pháp khác để thấy ưu điểm nổi bật của GC-O trong phân tích hương

Chương 3, giới thiệu ứng dụng phương pháp GC-O nghiên cứu hợp chất hương của cà phê và xây dựng phương pháp GC-O nghiên cứu đặc trưng của cà phê Daklak (Việt Nam) bao gồm các nghiên cứu về thành phần tạo hương của cà phê, ứng dụng các phương pháp GC-O phân tích hương cà phê và điều quan trọng nhất là phải tổng hợp tất cả các tài liệu để xây dựng phương pháp GC-O phân tích cà phê Daklak (Việt Nam)

MỤC LỤC

Trang

Lời cảm ơn i

Tóm tắt luận văn ii

Mục lục iii

Danh mục bảng vii

Danh mục hình x

Danh mục viết tắt xiii

Phần nội dung Chương 1: Tổng quan về GC-O 1

1.1 Giới thiệu 2

1.1.1 Lịch sử 2

1.1.2 Khái niệm về GC-O 2

1.2 Hệ thống GC-O 2

1.2.1 Nguyên tắc 2

1.2.2 Hệ thống GC 6

1.2.3 Hệ thống GC-MS 12

1.2.4 Hệ thống dẫn khí vào mũi người thử 13

1.3 Các phương pháp phân tích GC-O 14

1.3.1 Phương pháp phân tích pha loãng 14

1.3.2 Phương pháp tần số phát hiện 17

1.3.3 Phương pháp cường độ phía sau 19

1.3.4 Phương pháp cường độ-thời gian 20

1.3.5 So sánh và chọn phương pháp phân tích 22

1.4 Ứng dụng của phương pháp GC-O 24

1.4.1 Giới thiệu 24

1.4.2 Phát hiện các hợp chất có khả năng tạo hương 24

1.4.4 Ứng dụng trong quản lý chất lượng 29

1.4.5 Phân tích các hợp chất hương mất đi 29

1.5 Chuẩn bị mẫu phân tích GC-O 30

1.5.1 Giới thiệu 30

1.5.2 So sánh một số kỹ thuật trích ly hợp chất hương 31

1.5.3 Kỹ thuật HPME 33

1.6 Các yếu tố ảnh hưởng tới kết quả phân tích GC-O 36

1.6.1 Aûnh hưởng của phương pháp chuẩn bị mẫu 36

1.6.2 Aûnh hưởng của người thử và huấn luyện người thử 37

1.6.3 Aûnh hưởng của điều kiện phân tích 38

1.6.4 Aûnh hưởng của thiết bị GC 40

1.7 Tính toán kết quả và xử lý số liệu 41

1.7.1 Phương pháp ADEA 41

1.7.2 Phương pháp Charm 42

1.7.3 Phương pháp tần số phát hiện 42

1.7.4 Phương pháp cường độ phía sau 42

1.7.5 Phương pháp cường độ-thời gian 43

1.7.6 Xử lý số liệu 43

1.8 Kết luận 43

1.8.1 Ưu điểm của phương pháp GC-O 44

1.8.2 Một số khó khăn khi phân tích bằng phương pháp GC-O 45

Chương 2: Ứng dụng phương pháp GC-O nghiên cứu hợp chất hương trong thực phẩm 46

2.1 Ứng dụng phân tích hương trong sữa và các sản phẩm từ sữa 47

2.1.1 Giới thiệu 47

2.1.2 Xác định các cấu tử tạo hương trong sữa nguyên liệu 47

2.1.3 Xác định cấu tử taọ hương trong sản phẩm phomai 48

2.1.4 Xác định cấu tử tạo hương trong một số sản phẩm bơ 52

2.2.1 Giới thiệu 58

2.2.2 Xác định các cấu tử tạo hương trong sản phẩm thịt cừu hun khói 59

2.2.3 Một số nghiên cứu khác 60

2.3 Ứng dụng phân tích hương của một số sản phẩm thủy sản 62

2.4 Ứng dụng phân tích hương trong một số loại trái cây 65

2.4.1 Giới thiệu 65

2.4.2 Xác định cấu tử tạo hương trong tinh dầu của họ citrus 67

2.4.3 Xác định cấu tử tạo hương trong dâu tây 69

2.4.4 Xác định cấu tử tạo hương quả mâm xôi 70

2.4.5 Xác định cấu tử tạo hương trong carrot 71

2.4.6 Xác định cấu tử tạo hương trong trái mơ 73

2.4.7 Xác định cấu tử tạo hương nước ép đào lộn hột 75

2.4.8 Xác định cấu tử tạo hương cà chua 78

2.4.9 Một số nghiên cứu khác 81

2.5 Ứng dụng phân tích hương của sản phẩm bột cacao 82

Chương 3: Ứng dụng phương pháp GC-O nghiên cứu hợp chất hương của cà phê và xây dựng phương pháp GC-O nghiên cứu đặc trưng của cà phê Daklak (Việt Nam) 89

3.1 Một số nghiên cứu về các thành phần tạo hương của cà phê 90

3.2 Ứng dụng phương pháp GC-O trong nghiên cứu hợp chất tạo hương của cà phê 95

3.2.1 Ứng dụng phương pháp AEDA 95

3.2.2 Ứng dụng phương pháp tần số phát hiện 104

3.2.3 Ứng dụng phương pháp Charm 108

3.3 Xây dựng phương pháp GC-O nghiên cứu tính chất đặc trưng của cà phê DakLak (Việt Nam) 120

3.3.1 Giới thiệu 120

3.3.2 Phương pháp phân tích 121

3.3.4 Chọn chế độ rang 122

3.3.5 Trích ly 125

3.3.6 Chọn hóa chất chuẩn 127

3.3.7 Xây dựng phương pháp huấn luyện người thử 128

3.3.8 Xây dựng chương trình chạy GC-O 131

Tài liệu tham khảo 132

Bảng 1.1: So sánh tính năng của cột nhồi so với cột mao quản

Bảng 1.2: So sánh các phương pháp GC-O đánh giá cường độ của các hợp chất trong cùng một hỗn hợp

Bảng 1.3: Sai số của các phương pháp phân tích

Bảng 1.4: Các hợp chất tiền hương của một số hợp chất tạo tạo hương được xác định trong thực phẩm

Bảng 1.5: Kết quả của phản ứng Maillard giữa một số loại đường khử và một số acid amin

Bảng 1.6: Ví dụ ứng dụng phương pháp GC-O xác định các hợp chất tạo hương mất đi trong quá trình bảo quản

Bảng 1.7: Tần số phát hiện của các hợp chất trong mẫu thử và mẫu trắng sau 1, 2 và 4 tháng huấn luyện hội đồng trong phân tích bằng phương pháp GC-O

Bảng 1.8: Kết quả phân tích hợp chất furaneol và methylether trong quả dâu tây ảnh hưởng của các điều kiện phân tích khác nhau

Bảng 1.9: Ngưỡng cảm nhận (odor thresholds-ng/l không khí) của một số hợp chất được chọn ảnh hưởng của các loại cột tách khác nhau khi phân tích bằng phương pháp GC-O

Bảng 2.1: Nồng độ và giá trị OSV của các hợp chất có nồng độ lớn được xác định trong sữa bò nguyên liệu và sữa tiệt trùng UHT

Bảng 2.2: Các hợp chất tạo hương hoạt động xác định trong sữa và các sản phẩm từ sữa

Bảng 2.3: Khả năng phân tích các hợp chất tạo hương chính trong phomai bằng các phương pháp phân tích khác nhau

Bảng 2.4: Thuật ngữ mô tả các hợp chất hương xác định được trong sữa và các sản phẩm từ sữa

Bảng 2.5: Các hợp chất tạo hương hoạt động xác định được trong các sản phẩm bơ bằng phương pháp GC-O

Bảng 2.6: So sánh nồng độ và FD của các hợp chất tạo hương chính trong sản phẩm bơ ngọt

Bảng 2.7: Các hợp chất tạo hương hoạt động xác định được trong sản phẩm bơ ngọt được xử lý nhiệt bằng phương pháp GC-O

Bảng 2.9: Một số hợp chất tạo hương xác định trong sản phẩm thủy sản

Bảng 2.10: Nồng độ các hợp chất bay hơi có nồng độ lớn nhất và của các hợp chất tạo hương hoạt động trong sản phẩm cá hồi

Bảng 2.11: Tổng hợp các hợp tạo hương hoạt động đặc trưng trong các sản phẩm trái cây tươi được xác định bằng phương pháp GC-O

Bảng 2.12: Mô tả các hợp chất tạo hương xác định trong Kabosu và Mochiyu và FD của chúng

Bảng 2.13: Nồng độ và FD của các hợp chất tạo hương hoạt động xác định trong 2 giống carrot ‘Duke’ và ‘Cortez’

Bảng 2.14: Các hợp chất bay hơi chính xác định trong 20 loại mơ được nghiên cứu Bảng 2.15: Các hợp chất hương hoạt động xác định trong 6 loại mơ được nghiên cứu Bảng 2.16: Cường độ và diện tích peak của các hợp chất tạo hương xác định được từ nước ép đào lộn hột

Bảng 2.17: Đặc trưng của 4 loại cà chua

Bảng 2.18: Giá trị FD của các hợp chất xác định trong giống cà chua (FA-624)

Bảng 1.19: So sánh OAV của các hợp chất tạo hương trong 4 loại cà chua khác nhau Bảng 2.20: Các hợp chất tạo hương hoạt động (có FD≥8) xác định trong bằng phương pháp GC-O (AEDA)

Bảng 2.21: Nồng độ của các hợp chất hương hoạt động xác định trong bột cacao

Bảng 2.22: OAV của các hợp chất hương hoạt động xác định trong bột cacao

Bảng 2.23: Các hợp chất tạo hương có nồng độ, FD và OAV lớn nhất được xác định trong sản phẩm bột cacao

Bảng 2.24: Giá trị FD, OAV, nồng độ của 11 hợp tạo hương có FD lớn nhất được xác định trong sản phẩm bột cacao

Bảng 3.1: Các hợp chất tạo hương quan trọng trong cà phê

Bảng 3.2: Các hợp chất bay hơi trong cà phê được xác định bằng phương pháp GC-MS Bảng 3.3: Tổng hợp các hợp chất tạo hương thường gặp trong cà phê rang xay được phân tích bằng phương pháp GC-O

Bảng 3.4: Các hợp chất tạo hương hoạt động xác định được trong cà phê Arabica

Bảng 3.6: Nồng độ một số hợp chất quan trọng trong dịch trích cà phê Arabica và Robusta

Bảng 3.7: Giá trị OAV của một số hợp chất tạo hương quan trọng trong dịch trích cà phê Arbica và Robusta

Bảng 3.8: Các hợp chất tạo hương hoạt động quan trọng (FD≥32) trong dịch trích cà phê và trong dịch cà phê hòa tan

Bảng 3.9: Một số hợp chất tạo hương quan trọng trong cà phê nhân Arabica Mexico (pha phân cực) xác định bằng phương pháp tần số phát hiện

Bảng 3.10: Các hợp chất bay hơi xác định được trong cà phê rang xay Ethiopia(L23) dưới điều kiện trích ly Dynamic và Static SPME

Bảng 3.11: Diện tích peak của các hợp chất bay hơi ở 3 chế độ rang khác nhau và của

3 loại cà phê có nguồn gốc khác nhau (Ethiopia, Tanzania, Indonesia)

Bảng 3.12: Giá trị Charm và OVS của các hợp chất tạo hương xác định trong cà phê rang Ethiopia (L23) dưới điều kiện Dynamic và Static SPME

Bảng 3.13: Giá trị Charm value và OSV của các hợp chất tạo hương xác định trong 3 loại cà phê (Ethiopia, Tanzania, Indonesia) ở 3 chế độ rang L(26, 23, 18)

Bảng 3.14: Sự biến đổi màu sắc và hình dạng của cà phê trong quá trình rang cà phê

Bảng 3.14: Hóa chất chuẩn dùng sử dụng trong phương pháp GC-O khi phân tích hợp chất hương cà phê

Bảng 3.15: Chọn các hóa chất chuẩn dùng trong thí nghiệm huấn luyện người thử

Hình 1.1: Nguyên tắc của phương pháp GC-O

Hình 1.2: Hệ thống GC-O

Hình 1.3 : Hệ thống GC

Hình 1.4: Bộ phận cung cấp khí mang

Hình 1.5: Bộ phận bơm mẫu cĩ chia dịng

Hình 1.6: Cột sắc ký

Hình 1.7: Cấu tạo của các loại cột sắc kí khí

Hình 1.8: Một số đầu dò phổ biến dùng trong phân tích GC

Hình 1.9: Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của FID

Hình 1.10: Nguyên tắc phân tích GC-MS

Hình 1.11: Hệ thống GC-MS

Hình 1.12: Cấu tạo của hệ thống dẫn dòng khí vào mũi người thử

Hình 1.13: Hệ thống GC-O với nhiều hệ thống dẫn dòng khí vào mũi người thử

Hình 1.14: Kết quả phân tích bằng phương pháp AEDA

Hình 1.15: Nguyên tắc của phương pháp Charm

Hình 1.16: Kết quả phân tích của phương pháp Chram

Hình 1.17: Phương pháp xây dựng aromagram của phương pháp tần số phát hiện

Hình 1.19: Kết quả phân tích bằng phương pháp cường độ phía sau

Hình 1.20: Mô hình của phương pháp OSME

Hình 1.21: Kết quả phân tích bằng phương pháp OSME

Hình 1.22: Sắc ký đồ (A) và giá trị FD (B) của các hợp chất bay hơi phân tích được trong sản phẩm bánh mỳ trắng

Hình 1.23: Aromatogram và sắc ký đồ của các hợp chất bay hơi khi phân tích GC-O bằng phương pháp tần số phát hiện với các sản phẩm nho đỏ

Hình 1.24: Cơ chế của phản ứng Maillard

Hình 1.25: Giản đồ hệ thống trích ly bằng chất lỏng siêu tới hạn

Hình 1.26: Giản đồ hệ thống trích ly bằng kỹ thuật SAFE

Hình 1.27: Giản đồ hệ thống trích ly bằng Headspace

Hình 1.29: So sánh các loại sợi khác nhau dùng để trích ly các hợp chất bay hơi trong dịch trích cà phê

Hình 1.30: So sánh kết quả trích ly hợp chất bay hơi trong cà chua bằng 3 phương pháp: (A ) trích ly dynamic headspace, (B) trích ly headspace SPME, (C) trích ly bằng Freon lỏng-lỏng

Hình 1.31: Tần số phát hiện của các hợp chất trong hỗn hợp mẫu bằng phương pháp GC-O sử dụng vận tốc dòng hơi ẩm khác nhau phun vào hệ thống dẫn khí vào mũi người thử (3, 6, 12, 24 ml/phút)

Hình 1.32: Kết quả phân tích GC-O bằng phương pháp OSME

Hình 2.1: Đồ thị so sánh giá trị FD và nồng độ của các hợp chất tạo hương chính xác định trong sản phẩm bơ ngọt

Hình 2.2: Công thức cấu tạo của một số hợp chất tạo hương chính trong sữa và một số sản phẩm từ sữa

Hình 2.3: Aromagram của sản phẩm thịt cừu hun khói Tây Ban Nha được phân tích bằng phương pháp tần số phát hiện

Hình 2.4: Kết quả phân tích PCA xác định sự khác nhau giữa các loại thủy sản và thời gian bảo quản tới các hợp chất tạo hương hoạt động

Hình 2.5: Đồ thị so sánh nồng độ của hợp chất tạo hương hoạt động và hợp chất có nồng độ cao nhất

Hình 2.6: Công thức cấu tạo của một số hợp chất tạo hương chính trong một số sản phẩm thịt và thủy sản

Hình 2.7: Công thức cấu tạo của một số hợp chất tạo hương chính trong một số loại trái cây

Hình 2.8: Ảnh hưởng của quá trình xử lý nhiệt và việc thêm kem (cream) tới hương xác định trong quả mâm xôi Rasberry

Hình 2.9: Đồ thị so sánh giá trị hệ số pha loãng và nồng độ của 2 giống carrot ‘Duke’ và ‘Cortez’

Hình 2.10: Sắc ký đồ và Osmegram thu được bằng phân tích GC-MS và Osme

Hình 2.11: So sánh giá trị cường độ tạo hương và % diện tích peak của các hợp chất tạo hương hoạt động trong sản phẩm nước ép đào lộn hột

Hình 2.12: Đồ thị so sánh giá trị FD, OAV và nồng độ của 11 hợp chất tạo hương có

FD lớn

Hình 3.2: FD-Chromatogram của các hợp chất hương hoạt động của cà phê rang xay Arabica (cột OV-1701)

Hình 3.3: So sánh các hợp chất tạo hương xác định trong bột và dịch trích cà phê Arabica và Robusta

Hình 3.4: Sắc ký đồ thu được từ kết quả phân tích bằng GC-MS của các hợp chất bay hơi trong cà phê nhân Arabica Mexico (pha phân cực)

Hình 3.5: Kết quả phân tích GC-O (phương pháp tần số phát hiện) các hợp chất tạo hương trong cà phê nhân Arabica Mexico (pha phân cực)

Hình 3.6: Đồ thị so sánh sự tương quan giữa tần số phát hiện và % diện tích peak của các hợp chất tạo hương phân tích trong cà phê nhân Arabica Mexico

Hình 3.7: Hệ thống trích ly hương cà phê thoát ra từ quá trình nghiền

Hình 3.8: Đồ thị thay đổi profiles của các loại cà phê rang với các chế độ rang khác nhau

Hình 3.9: So sánh tổng giá trị Charm các nhóm mùi của các loại cà phê khác nhau ở cùng chế độ rang

Hình 3.10: Phân tích PCA với 10 nhóm mùi được mô tả

Hình 311: Phân tích PCA với 35 hợp chất hợp chất tạo hương hoạt động

Hình 3.12: Diễn biến sự thay đổi màu sắc của hạt cà phê trong quá trình rang

Hình 3.13: Mẫu cà phê được chọn đem phân tích

Hình 3.14: Quá trình trích ly mẫu bằng phương pháp SPME

Hình 3.15: Aûnh hưởng của nhiệt độ và thời gian trích ly tới tổng số các hợp chất bay hơi

AEDA Aroma extract dilution analysis

CAR CarboxenTM SPME fibre

Charm Combined hedonic and response measurement

FID Flame ionization detector

FD Flavor dilution (factor)

FFAP Free fatty acid phase

GC-O Gas chromatography-olfactometry

GC-MS Gas chromatography mass spectrometry

OAV Odor activity value

OSV Odor spectrum value

OV 101 Ohio valley apolar stationary phase for GC

OV 1701 Ohio valley medium polar stationary phase for GC

SE-54 Apolar stationary phase for GC

SPME Solid phase microextraction

SHS Static headspace

         

 

 

         

1.1 Giới thiệu [48, 49]

1.1.1 Lịch sử

Phương pháp GC-O lần đầu tiên được giới thiệu vào 1964 bởi tác giả Fuller

et al [36] Vào thời gian đầu, việc ngửi mùi của các chất tạo hương từ dòng khí nóng gây khó chịu cho người đánh giá Để giải quyết vấn đề này, năm 1971, Dravnieks và O’Donnell [36] đã đưa ra giải pháp kết hợp không khí ẩm vào dòng khí này để giảm thiểu việc mất nước của mũi

GC-O hay còn được gọi là “GC sniffing” là một trong những công cụ quan trọng trong việc nghiên cứu về mùi bởi vì đặc trưng của một nhóm hợp chất hay một hợp chất mùi được cảm nhận bằng mũi Mũi người là một đầu dò quan trọng và có độ nhạy rất cao trong việc cảm nhận và đánh giá mùi của sản phẩm Acree đã nghiên cứu và thấy rằng mũi người có thể phát hiện từ 50-500 hợp chất gây mùi [49]

1.1.2 Khái niệm về GC-O

GC-O là phương pháp phân tích kết hợp giữa phương pháp phân tích hóa lý

GC (gas chromatography) và phương pháp phân tích cảm quan bằng việc cùng trực tiếp mũi người thử (olfactometry) để đánh giá hương và hoạt tính tạo hương cảm nhận được GC-O là phương pháp nghiên cứu để xác định các hợp chất hương hoạt động trong thực phẩm. Trong thực phẩm, có rất nhiều hợp chất dễ bay hơi Nhưng trong đó, chỉ có một lượng nhỏ góp phần vào việc tạo ra hương (gọi là các chất hương hoạt động) Vì vậy, việc phân biệt giữa các hợp chất hương hoạt động và một lượng lớn các hợp chất dễ bay hơi trong sản phẩm thực phẩm là một việc quan trọng cho phân tích hương

Kinh nghiệm cho thấy rằng có nhiều loại hợp chất tạo mùi hoạt động có nồng độ rất thấp nhưng lại có ngưỡng cảm nhận mùi thấp, bên cạnh đó, nhiều hợp chất có nồng độ rất lớn nhưng có ngưỡng cảm nhận mùi cao nên cường độ hương cảm nhận được của người thử lại thấp Vì vậy, profile của các peak có được từ các detector hóa học không phản ánh chính xác profile hương của một sản phẩm thực phẩm Do đó, phương pháp GC-O giúp ta có thể đánh giá mùi đặc trưng của sản phẩm

1.2 Hệ thống GC/O [7, 16, 26, 31, 48, 49]

1.2.1 Nguyên tắc

Quá trình thực hiện một phân tích GC-O như sau: mẫu được bơm vào bộ phận tiếp nhận mẫu (injector), tại đây mẫu được gia nhiệt và chuyển hóa thành dạng khí, dòng khí mang sẽ dẫn mẫu vào cột sắc ký Trong cột, các thành phần của mẫu được phân bố luân chuyển giữa pha tĩnh và pha động Các cấu tử có ái lực mạnh hơn sẽ được pha tĩnh giữ lại lâu hơn trong cột sắc ký Ngược lại, các cấu tử có ái lực yếu hơn sẽ nhanh chóng được pha tĩnh lôi ra khỏi cột Thời gian mà cấu tử

bị giữ lại trong cột được gọi là thời gian lưu Thời gian lưu của mỗi cấu tử là do tính chất phân bố của các cấu tử với pha động và pha tĩnh khác nhau Các cấu tử khi bị dòng khí mang lôi ra khỏi cột sẽ chia thành 2 dòng:

- Dòng thứ nhất sẽ đi qua đầu dò là bộ phận nhận dạng cấu tử Các tín hiệu phát ra từ đầu dò được chuyển cho máy ghi, máy ghi sẽ hiển thị các kết quả nhận dạng cấu tử thành các peak Diện tích peak tỷ lệ thuận với hàm lượng cấu tử và khoảng cách từ điểm xuất phát tới các peak tương ứng là thời gian lưu của cấu tử trong cột Các máy ghi hiện đại có khả năng tự động xử lý kết quả và cho biết thời gian lưu, diện tích peak và tỷ lệ hàm lượng của các cấu tử phân tích

- Dòng thứ 2 sẽ đi qua bộ phận cung cấp hơi ẩm để giảm sự mất nước của mũi người thử Bề mặt bộ phận dẫn dòng khí mang và hơi ẩm sẽ được gia nhiệt tránh sự ngưng tự của hơi ẩm và các cấu tử dễ bay hơi Dòng này sẽ mang cấu tử trực tiếp đi vào mũi của người thử Với các phương pháp phân tích pha loãng, cường độ phía sau và cường độ-thời gian khi người thử cảm nhận được từng mùi sẽ bấm nút và giữ nút bấm tới khi không còn cảm nhận thấy mùi đó nữa thì thả nút bấm ra Còn với phương pháp tần số phát hiện, người thử sẽ chỉ bấm nút khi phát hiện ra mùi mà mình cảm nhận được và ngay sau đó thả ra mà không cần giữ nút bấm nữa Sau đó, người thử phải mô tả mùi cảm nhận được theo các thuật ngữ đã được huấn luyện trước đó Một số thiết bị còn có thể lưu trực tiếp giọng nói của người thử và có thang cường độ để người thử trực tiếp đánh giá cường độ mùi cảm nhận được hoặc trực tiếp dùng thiết bị (con chuột, thang cường độ chia thành 16 điểm) để đánh giá cường độ tùy theo mức độ cảm nhận của mình (không phải dùng thang cho điểm mà dùng trực tiếp thiết bị để điều chỉnh theo cường độ cảm nhận của mình, ví dụ khi cường độ cảm nhận tăng lên sẽ điều chỉnh đi lên…) Thời gian từ điểm xuất phát tới khi mũi cảm nhận được mùi tương ứng với thời gian lưu của cấu tử khi phân tích bằng hệ thống GC và căn cứ váo đó ta có thể định danh được các hợp chất tương ứng với sự cảm nhận và mô tả của người thử

Mỗi cấu tử khi phân tích bằng phương pháp GC-O ta có thể định danh, dựa vào diện tích peak của các cấu tử có thể xác định tỉ lệ phần trăm của cấu tử trong hỗn hợp, đánh giá được cường độ và mô tả mùi mà người thử cảm nhận được đồng thời xác định được các hợp chất bay hơi tạo hương hoạt động (odor-active) và các hợp chất tạo hương chính (key-odor) của từng mẫu đem phân tích Ngoài ra, nếu sử dụng chất chuẩn ta có thể xác định được nồng độ của hợp chất Tóm lại, phương pháp GC-O là một công cụ tốt nhất sử dụng trong việc phân tích hương, GC-O vừa có thể định tính và định lượng được từng cấu tử tạo hương

.1

Ta có thể hiểu nguyên tắc của phương pháp theo hình 1

Hình 1.1: Nguyên tắc của phương pháp GC-O

Hệ thống GC-O có 2 phần: phần chạy GC hoặc GC-MS sẽ cho ra kết quả là sắc kí đồ và phần chạy vào mũi (Olfactometry)để người thử đánh giá về mùi cảm nhận được (hình 1.2)

Hình 1.2: Hệ thống GC-O

1.2.2 Hệ thống GC [7, 26, 31, 50]

Sắc kí khí (Gas Chromatography – GC) là một bộ phận của kỹ thuật phân tích sắc kí nên nguyên tắc của nó cũng tương tự như các phương pháp phân tích sắc

kí khác nhưng có một số điểm khác biệt sau:

¾ Mẫu phân tích ở trạng thái khí

¾ Pha động: chất khí

¾ Pha tĩnh: có thể gồm 2 loại:

- Pha tĩnh là chất lỏng: GLC

- Pha tĩnh là chất rắn: GSC

Hiện nay, sắc ký khí sử dụng pha tĩnh là chất lỏng được áp dụng nhiều trong phân tích thực phẩm

Nguyên tắc hoạt động của hệ thống sắc kí khí:

- Nhờ có khí mang, mẫu từ buồng bay hơi (có lò để làm bay hơi mẫu) được dẫn vào cột tách nằm trong buồng điều nhiệt Quá trình tách diễn ra tại cột sắc kí Sau khi rời khỏi cột tách tại các thời điểm khác nhau, các cấu tử này lần lượt đi vào detector, tại đó chúng được chuyển thành tín hiệu điện Tín hiệu này được khuếch đại rồi chuyển sang bộ phận ghi

- Trên sắc ký đồ nhận được sẽ có các tín hiệu nhận được gọi là các peak Thời gian lưu của peak là đại lượng đặc trưng cho chất cần tách Còn diện tích peak là cơ sở định lượng cho từng chất trong hỗn hợp

Hình 1.3 : Hệ thống GC

Hệ thống sắc kí khí bao gồm những bộ phận sau:

Bộ phận cung cấp khí mang:gồm bình chứa khí mang, van điều chỉnh lưu lượng

khí mang (hình 1.4) Khí mang phải tinh khiết, trơ về mặt hóa học với bất cứ thành

phần nào của mẫu, tỉ khối nhỏ để tăng vận tốc, giảm thời gian phân tích Lưu lượng dòng khí mang có ảnh hưởng lớn tới khả năng tách của cấu tử vì vậy áp suất và vận

tốc dòng khí mang phải được kiểm soát

Hình 1.4: Bộ phận cung cấp khí mang

Một số loại khí mang thường sử dụng trong sắc ký khí:

- Khí hydro: trong phân tích vết, khi sử dụng hydro thì pha tĩnh dễ bị hỏng và trong điều chế cần thiết phải làm sạch và khơ khí

- Khí heli: rất thích hợp cho sắc ký khí nhiệt độ cao

- Khí argon: do độ nhớt của argon khá cao, nên thời gian lưu trong cột sắc khí lâu hơn các loại khí khác vì vậy quá trình phân tách tốt hơn Tuy nhiên, argon thường làm giảm độ dẫn nhiệt và độ nhạy của máy

- Khí nitơ: do khơng nguy hiểm, giá rẻ, dễ dàng làm tinh khiết nên nĩ được sử dụng nhiều trong sắc ký khí

- Khơng khí và oxy : trước khi sử dụng cần phải sấy khơ vì rất dễ lẫn nước trong bơm đựng khí

Bộ phận bơm mẫu

Mẫu khí, mẫu lỏng hay mẫu rắn hòa tan trong dung môi được bơm vào cột bằng micropipet dạng ống tiêm chuyên dụng Đầu injector có một màng chắn bằng cao su có tác dụng ngăn cột với bên ngoài và giữ áp suất trong cột ổn định khi bơm mẫu Lượng mẫu bơm vào rất nhỏ, thường nằm trong khoảng 1-10 µl Ngoài ra, khi bơm mẫu vào phải chú ý sao cho mẫu không khuếch tán thành vùng rộng mà tập trung ở đầu cột ở diện tích càng nhỏ càng tốt Vì vậy bộ phận tiêm mẫu tốt nhất hiện nay được sử dụng là bộ phận tiêm mẫu có chia dòng (hình 1.5)

Hình 1.5: Bộ phận bơm mẫu có chia dòng

Bộ phận lò: là buồng điều nhiệt có tác dụng gia nhiệt chuyển mẫu về trạng thái

khí Thường điều chỉnh nhiệt độ ở bộ phận bơm mẫu cao hơn nhiệt độ bay hơi của mẫu Nhiệt độ của hệ thống được tăng dần và giữ ổn định trong quá trình sắc ký Nhiệt độ và lưu lượng của khí mang được đo tại đầu ra của dòng khí Các hệ thống sắc ký hiện đại có mức độ tự động hóa cao có thể chương trình hóa nhiệt độ, chương trình hóa việc nhập mẫu theo thứ tự và thể tích định sẵn

Cột sắc kí: là nơi xảy ra quá trình tách các cấu tử trong hỗn hợp Trong kỹ thuật phân tích sắc kí khí người ta sử dụng 2 loại cột:

(a) (b)

Hình 1.6: Cột sắc ký

(a) Cột nhồi (b) Cột mao quản

- Cột nhồi: làm bằng kim loại làm bằng đồng, nhôm, inox đường kính 5mm, chiều dài từ 1-6m

2 Cột mao quản: thường làm bằng teflon, thạch anh Không có chất rắn mang Thành cột được chế tạo sao cho pha tĩnh có thể tráng một lớp mỏng ngay trên thành cột Có dạng hình xoắn, đường kính 0,2 - 0,5mm, chiều dài 10 - 100m

Hiện nay, người ta hay sử dụng cột mao quản thay cho cột nhồi

Hình 1.7: Cấu tạo của các loại cột sắc kí khí

Bảng 1.1: So sánh tính năng của cột nhồi so với cột mao quản

Aùp suất đầu vào của dòng khí mang

Có 2 loại cột mao quản chủ yếu:

- Cột mao quản phim mỏng (PLOT), có đường kính khoảng 0,2 – 0,5mm, pha tĩnh được tẩm trực tiếp lên thành trong cột tạo thành lớp phim mỏng

- Cột mao quản lớp mỏng (WCOT), có thêm một lớp mỏng chất hấp phụ (giống như chất mang) giữa thành trong cột tách và lớp phim pha tĩnh

Khi sử dụng cột sắc ký khí cần đảm bảo các yêu cầu sau:

- Đảm bảo khả năng trao đổi tốt nhất giữa pha động và pha tĩnh

- Độ giảm áp suất nhỏ với một tốc độ khí mang nhất định

- Phải có khoảng nhiệt độ sử dụng lớn, làm việc được ở nhiệt độ cao

Chất rắn mang: yêu cầu chất rắn mang phải trơ về mặt hóa học đối với các hợp

chất cần phân tích, bền cơ học và bền nhiệt để không bị biến đổi khi nhồi vào cột và trong quá trình sắc ký Kích thước hạt đồng đều, diện tích bề mặt lớn (1-20m2/g) Chất mang thường dùng là Kiselgur, Firebrick, Chromosorb là loại chất hấp phụ có bản chất SiO2

Pha tĩnh: pha tĩnh lỏng đóng vai trò quan trọng trong việc tạo nên tương tác cần

thiết để các cấu tử được tách ra khỏi nhau Qui tắc chung khi lựa chọn pha tĩnh là các chất giống nhau hoà tan tốt vào nhau Ngoài ra, pha tĩnh không được phản ứng bất thuận nghịch với khí mang, chất mang rắn, và các cấu tử cần tách Nhiệt độ sử dụng tối đa của pha tĩnh phải thấp hơn nhiệt độ sôi của nó khoảng 70oC, sao cho áp suất hơi khơng vượt quá 1 mmHg

Hiện nay có rất nhiều loại pha tĩnh được sử dụng trong sắc ký khí, tuy nhiên có thể chia theo các nhĩm sau dựa vào tính phân cực của chúng:

- Nhóm rất phân cực: glycol, glycerin,…

- Nhóm phân cực: alcol mạch thẳng, acid béo hữu cơ, phenol,

- Nhóm phân cực vừa: ete, ankanal, este, amin bậc 3,

- Nhóm ít phân cực: hydrocacbon thơm, anken,

- Nhóm không phân cực: ankan, sulfua,

Đầu dò: có rất nhiều loại detector được sử dụng trong phân tích sắc kí khí Tùy vào

đối tượng phân tích mà ta chọn loại detector sử dụng cho phù hợp Riêng trong phân tích các hợp chất sinh học thường sử dụng nhất là đầu dò dạng tế bào dẫn

nhiệt (TCD) và đầu dò quang phổ ion hóa ngọn lửa

Một số loại đầu dò phổ biến (hình 1.8):

- Detector dẫn nhiệt (TCD)

- Detector cộng kết điện tử (ECD)

- Detectơ quang kế ngọn lửa (FPD)

- Detector ion hoá ngọn lửa (FID)

- Detector phốtpho (PID) có độ nhạy rất cao với các hợp chất hữu cơ chứa phốtpho

- Detector Nitơ (NPD) có độ nhạy rất cao với các hợp chất hữu cơ chứa nitơ

Hình 1.8: Một số đầu dò phổ biến dùng trong phân tích GC

Mặc dù có nhiều loại đầu dò được sử dụng nhưng 2 loại đầu dò FID và TCD thường được sử dụng nhiều nhất Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của chúng như sau:

Nguyên tắc làm việc của FID: dựa trên sự biến đổi độ dẫn điện của ngọn lửa hydro đặt trong một điện trường khi có chất hữu cơ cần tách chuyển qua Nhờ nhiệt độ cao của ngọn lửa hydro, các chất hữu cơ từ cột tách đi vào detector bị ion hóa nhờ có oxi của không khí để tạo thành các ion trái dấu tương ứng Các ion trái dấu tạo thành được chuyển về các bản điện cực trái dấu nằm ở 2 phía của ngọn lửa tạo

ra dòng điện

Số lượng ion tạo thành phụ thuộc vào các yếu tố sau:

- Tỷ lệ thành phần hydro không khí

- Nhiệt độ ngọn lửa

- Cấu trúc của các phần tử mẫu cần xác định

Đặc điểm của FID:

- Áp dụng cho mọi đối tượng phân tích

- Độ nhạy cao gấp 100 - 1000 lần TCD

- Nhược điểm: phải sử dụng thêm hệ thống khí đốt Không được dùng cho các mẫu có chứa các khí sau: SO2, CO2, hơi H2O, NxOy

Đầu dò dẫn nhiệt (TCD): là một tế bào cấu tạo gồm các điện trở kim loại

(trơ và dẫn nhiệt tốt: Au, Pt, W) mắc nối tiếp dạng cầu Wheatstone Khi mẫu ra khỏi cột đi qua cầu nhiệt độ thay đổi làm thay đổi điện trở gây mất cân bằng tạo tín hiệu mũi sắc ký, tín hiệu sẽ mất đi khi mẫu đi qua Đầu dò TCD đơn giản, dùng cho cả mẫu vô cơ và hữu cơ nhưng kém nhạy

Máy ghi: máy ghi là nơi nhận tín hiệu từ đầu dò, xử lý số liệu chuyển thành dạng đồ thị Trên đồ thị có peak, mỗi peak được xác định bằng thời gian lưu

1.2.3 Hệ thống GC-MS [26]

Hệ thống GC-MS cũng gồm các bộ phận tương tự như hệ thống GC, chỉ khác là đầu dò dùng trong hệ thống GC-MS là đầu dò khối phổ (MS) Kết quả phân tích bằng GC-MS chính xác, nhanh và có thể xác định được cấu trúc của các chất

Hình 1.10: Nguyên tắc phân tích GC-MS

Nguyên tắc hoạt động của hệ thống GC-MS là khi một hợp chất đi qua nguồn phát ion Nguồn này sẽ phát ra các tia electron, các tia này sẽ đập vào các cấu tử làm các electron lớp ngoài của cấu tử mất đi, các cấu tử sẽ trở thành các ion mang điện (với các cấu tử có kích thước hình học lớn, dòng electron này có thể

va đập và làm vỡ các cấu tử thành nhiều phần, do đó 1 hợp chất phân tích có thể tạo thành nhiều mảnh phổ khác nhau) Các ion này khi đi vào một điện trường tùy thuộc vào khối lượng phân tử và cường độ giữa 2 cực của điện trường (m/z) mà vận tốc của các ion trong điện trường khác nhau Khi đó các ion ra khỏi điện trường với thời gian khác nhau và tới đầu dò (detector) vào thời điểm khác nhau

Do đó mỗi hợp chất chỉ có 1 khối phổ duy nhất trên sắc ký đồ

Hệ thống GC-MS bao gồm các bộ phận của hệ thống sắc ký khí (bộ phận cung cấp khí mang, bộ phận tiêm mẫu, lò, cột tách,…) chỉ khác hệ thống MS có nguồn phát ion, điện trường Chính nhờ những bộ phận này mà hệ thống GC-MS có thể phân tích được khối lượng và cấu trúc của phân tử Ưu điểm của phân tích GC-MS so với phân tích GC là trong sắc kí đồ của phân tích GC có nhiều peak rất gần nhau do đó việc xác định các hợp chất là khó khăn còn trong phân tích GC-

MS các peak rất dời nhau do đó việc xác định các hợp chất dễ dàng hơn rất nhiều

Hình 1.11: Hệ thống GC-MS

1.2.4 Hệ thống dẫn dòng khí vào mũi người thử[48, 49]

Hệ thống dẫn dòng khí vào mũi người thử bao gồm:

¾ Bộ phận cung cấp hơi ẩm để tránh mũi người thử bị khô và tăng khả năng cảm nhận mùi của người thử

¾ Bộ gia nhiệt cho bề mặt tránh việc ngưng tụ hợp chất bay hơi

¾ Bộ phận lưu thời gian cảm nhận mùi

¾ Bộ phận gắn trực tiếp với mũi người thử hình nón có thể điều chỉnh được tạo cảm giác thoải mái cho người thử

¾ Ngoài ra,còn một số bộ phận khác tùy thuộc vào mức độ hiện đại của thiết bị và phương pháp thực hiện GC-O như : thiết bị tạo tín hiệu analog để ghi cường độ mùi cảm nhận, máy vi tính, phần mềm, bộ phận ghi âm

của hệ thố

p GC-O, cóhống dẫn d

ó thể sử dudòng khí v

òng khí vàụng nhiềuvào mũi ng

u hệ thống, 12, 36]

hoặc 1:3) vcó được bằ

ao mũi ngư

u người thửgười thử (h

ười thử

ử cùng lúcình 1.13)

c

dẫn dòng khí

và tiêm vàang cách ng

o máy sắcgửi)

c

- Có hai phương pháp phân tích pha loãng: cả hai phương pháp này đều dựa trên nguyên tắc ngưỡng phát hiện mùi

AEDA (aroma extraction dilution analysis) [2, 36]: hệ số pha loãng (FD) đơn giản là lần pha loãng cuối cùng mà ở đó các hợp chất mùi hoạt động được phát hiện Kết quả thường được thể hiện theo log(FD) Gần đây, người ta sử dụng các mẫu ở dạng khí thay vì các dịch trích Các bước pha loãng được thực hiện bằng cách giảm thể tích mẫu mỗi lần tiêm mẫu để đánh giá việc đóng góp của một hợp chất đến tất cả các thành phần (Ullrich & Grosch, 1987)

Ví dụ đồ thị của AEDA: phân tích một hỗn hợp 8 chất dễ bay hơi có nồng độ khác nhau đối với một người đánh giá: 100 ng 2-butanone (1), 20 ng diacetyl (2),

500 ng ethyl acetate (3), 100 ng 3-methyl-1-butanol (4), 20 ng ethyl butyrate (5),

100 ng hexanal (6), 100 ng 2-heptanone (7) và 500 ng α-pinene (8) Các hợp chất 3,

7 and 8 người đánh giá không phát hiện được (hình 1.14)

Hình 1.14: Kết quả phân tích bằng phương pháp AEDA

Ưu, nhược điểm của phương pháp:

¾ Ưu điểm:

• Phương pháp đơn giản, dễ thực hiện, không cần nhiều thiết bị phụ trợ

• Không cần số lượng người thử lớn

• Thời gian phân tích thường lâu hơn các phương pháp khác

• Sai số khá lớn

Ứng dụng: phương pháp này đã được sử dụng xác định hợp chất tạo hương hoạt động trong một số sản phẩm như: cà phê rang xay, bò khô, bỏng ngô, rượu trắng, bột mùi, cá tuyết, nước luộc thịt heo (bò, gà), các loại trái cây như lê, táo, đào, citrus, sữa và các sản phẩm từ sữa…

Charm analysis (Acree, Barnard & Cunningham, 1984) [2, 4, 36]: việc pha loãng được thực hiện một cách ngẫu nhiên để tránh những nhận thức chủ quan và hiện tượng thích nghi về nồng độ các mẫu Người đánh giá chỉ ra điểm kết thúc của ngưỡng đối với từng mùi (có thể hiện sự bền mùi) với các từ mô tả cảm quan

Hình 1.15: Nguyên tắc của phương pháp Charm

Kết quả phân tích của phương pháp Charm được hiển thị bằng Charm chromatogram (hình 1.16)

Hình 1.16: Kết quả phân tích của phương pháp Charm

Sự khác nhau giữa AEDA và Charm là trong Charm độ bền của mùi được ghi lại, còn trong AEDA chỉ ghi lại điểm cuối cùng của việc pha loãng mẫu mà còn nhận được mùi Thực tế, giá trị pha loãng của peak tối đa trong sắc kí Charm giống với hệ số pha loãng FD của AEDA

Ưu, nhược điểm của phương pháp:

¾ Ưu điểm:

• Phương pháp đơn giản, không cần thiết bị hiện đại, dễ thực hiện

• Không cần số lượng người thử lớn

• Kết quả thu được ngẫu nhiên, tránh những nhận thức chủ quan về nồng độ các mẫu

¾ Nhược điểm:

• Pha loãng mẫu nhiều lần, phải pha loãng mẫu chính xác đảm bảo kết quả lặp lại

• Thời gian phân tích thường lâu hơn các phương pháp khác

• Sai số của phương pháp khá lớn

Ứng dụng: phương pháp này đã được sử dụng xác định hợp chất tạo hương hoạt động trong một số sản phẩm như: nước ép anh đào, nước ép cam, táo, nho, cà phê rang xay…

1.3.2 Phương pháp tần số phát hiện [4, 8, 36]

- Phương pháp này được Linssen [36] phát triển năm 1993 đã khắc phục nhược điểm của phương pháp phân tích pha loãng là sử dụng một nhĩm người đánh giá thay vì một hay hai người Người thử khi phát hiện ra mùi chỉ cần bấm nút mà không cần giữ cho tới khi không còn cảm nhận được mùi nữa (không cần xác định thời gian cảm nhận mùi mà chỉ cần xác định xem người thử có phát hiện ra mùi đó không)

- Số lượng người đánh giá phát hiện một hợp chất mùi hoạt động đồng thời được sử dụng như là thước đo cường độ của một chất

- Các chất thoát ra khỏi cột được chia thành nhiều điểm ngửi và một detector

Vì vậy, sẽ có nhiều người đánh giá đồng thời

- Một mẫu giả (mẫu trắng hoặc mẫu chuẩn) thường được dùng để xác định tín hiệu mức độ nhiễu của nhóm đánh giá Phương pháp tần số phát hiện được đánh giá cho nhiều lượng chất mùi khác nhau

- Nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng có sự tương quan tốt giữa số lượng người thử phát hiện ra hợp chất hương hoạt động và cường độ tạo hương thực của hợp chất đó, tức là hợp chất càng nhiều người phát hiện ra thì cường độ tạo hương của nó càng lớn

- Phương pháp xây dựng aromagram cho phương pháp này như sau (hình 1.17): giả sử ta có 4 người thử A , B C, D Sau mỗi lần phân tích ta có kết quả của mỗi người thử như hình 1.17 Hợp chất 1 và 3 được 4 người thử phát hiện ra trong khi đó hợp chất 2 chỉ được người thử B và C phát hiện ra còn hợp chất 4 chỉ người

thử B phát hiện ra Kết quả phân tích được tổng hợp từ 4 người thử Hợp chất 1 và 3 có tần số phát hiện là 100%, hợp chất 2 có tần số phát hiện là 50% còn hợp chất 4 là 25%

Hình 1.17: Phương pháp xây dựng aromagram của phương pháp tần số phát

hiện

Ví dụ đồ thị của phương pháp tần số phát hiện: phân tích một hỗn hợp gồm 8 chất dễ bay hơi cĩ nồng độ khác nhau của một nhóm gồm 8 người đánh giá: 100 ng 2-butanone (1), 20 ng diacetyl (2), 500 ng ethyl acetate (3), 100 ng 3-methyl-1-butanol (4), 20 ng ethyl butyrate (5), 100 ng hexanal (6), 100 ng 2-heptanone (7) và

500 ng α-pinene (8) Kết quả phân tích được các hợp chất 2, 3 và 6 được 6 người phát hiện ra, các hợp chất 3, 5, 8 có 5 người phát hiện ra, hợp chất 1 chỉ có 2 người phát hiện ra (hình 1.18) Các hợp chất có tần số phát hiện là 1 được coi là nhiễu (hình 1.18) Kết quả phân tích bằng phương pháp tần số có dạng như sau:

Hình 1.18: Kết quả phân tích bằng phương pháp tần số phát hiện

Ưu, nhược điểm của phương pháp:

¾ Ưu điểm:

• Nhiều người thử nên kết quả khách quan

• Không phải pha loãng mẫu nhiều lần

• Phương pháp tiến hành nhanh

• Phương pháp khá đơn giản, dễ thực hiện

• Kết quả có sự lặp lại

¾ Nhược điểm:

• Không dựa trên cường độ thực của mùi

• Thiết bị khá phức tạp

Ứng dụng: phương pháp này đã được sử dụng xác định hợp chất tạo hương hoạt động trong một số sản phẩm như: hạt tiêu, hạt đậu Pháp, tỏi tây khô, chocolate, phomai, nước khoáng, cà phê, cây cần núi (lovage)…

1.3.3 Phương pháp cường độ phía sau [36]. 

- Phương pháp này sử dụng nhóm người đánh giá (6-12 người) Người thử sẽ bấm nút khi cảm nhận được mùi và giữ nút đó tới khi không còn cảm nhận được nữa thì thả ra Sau đó người thử đánh giá cường độ mùi mà họ cảm nhận được bằng cách cho điểm (thang điểm 0-8) hoặc mô tả (0=rất yếu, 8=rất mạnh) và mô tả mùi mà họ cảm nhận được bằng các thuật ngữ

- Nhiệm vụ của người đánh giá trong phương pháp này khá phức tạp Người đánh giá được huấn luyện có khả năng nhận biết được mùi, khả năng nhớ, mô tả mùi, xác định được cường độ mùi

- Kết quả thu được là cường độ trung bình mà nhóm đánh giá cảm nhận được mùi

Hình 1.19: Kết quả phân tích bằng phương pháp cường độ phía sau

Ví dụ đồ thị của phương pháp cường độ phía sau: phân tích một hỗn hợp 8 chất dễ bay hơi có nồng độ khác nhau của một nhóm gồm 8 người đánh giá: 100 ng 2-

butanone (1), 20 ng diacetyl (2), 500 ng ethyl acetate (3), 100 ng butanol (4), 20 ng ethyl butyrate (5), 100 ng hexanal (6), 100 ng 2-heptanone (7) và

3-methyl-1-500 ng α-pinene (8) Kết quả đánh giá của người thử kí hiệu là HW và của giá trị trung bình của hội đồng thể hiện ở hình 1.19

Ưu, nhược điểm của phương pháp:

¾ Ưu điểm:

• Không phải pha loãng mẫu nhiều lần

• Nhiều người đánh giá nên kết quả khách quan

• Sai số thường nhỏ hơn các phương pháp khác

¾ Nhược điểm:

• Huấn luyện người thử mất nhiều thời gian

• Phương pháp thực hiện phức tạp hơn 2 phương pháp trên

Ứng dụng: phương pháp này đã được sử dụng xác định hợp chất tạo hương hoạt động trong một số sản phẩm như táo, nước cam, phomai, sữa nguyên liệu

 

1.3.4 Phương pháp cường độ –thời gian [4, 12, 36]. 

- Phương pháp này được McDaniel phát triển và được gọi là OSME Phương pháp này được mô tả như sau:

 

Hình 1.20: Mô hình của phương pháp OSME

- Người thử khi cảm nhận được mùi sẽ dùng trực tiếp thiết bị để điều chỉnh theo cường độ mà họ cảm nhận được Ví dụ khi cảm nhận được cường độ mùi lớn

sẽ điều chỉnh con chuột đi lên còn khi cảm nhận được cường độ mùi thấp sẽ điều khiển con chuột đi xuống Ngoài việc dùng con chuột phương pháp này còn có thể sử dụng một thiết bị chuyên biệt (gọi là thang 16 điểm) Thiết bị này có thể ghi lại một cách liên tục cường độ mùi mà họ cảm nhận được ví dụ khi không cảm nhận được thì thang ở mức 0, khi cường độ mùi cảm nhận tăng dần thì đẩy thang lên mức cao dần (1,2,3…), khi cường độ mùi cảm nhận giảm thì đẩy thang nhỏ lại Vì vậy, kết quả đánh giá của mỗi hợp chất là một peak (hình 1.20) Cường độ của mỗi hợp chất được xác định bằng diện tích của peak vừa thu được Ngoài ra, người thử còn đánh giá độ bền mùi (thời gian mà người đó còn cảm nhận được 1 mùi) và mô tả mùi đó (ví dụ mùi caramel, mùi vallin, mùi trái cây…)

- Phương pháp này nên sử dụng nhiều người đánh giá để đảm bảo độ chính xác cao Người đánh giá trong phương pháp này rất quan trọng đòi hỏi trình độ và được huấn luyện cẩn thận vì vậy việc chọn được hội đồng đánh giá là yếu tố quyết định thành công của phương pháp

- Đồ thị kết quả đánh giá bằng phương pháp cường độ-thời gian có dạng như sau:

Hình 1.21: Kết quả phân tích bằng phương pháp OSME

¾ Ưu điểm:

• Không phải pha loãng mẫu nhiều lần

• Nhiều người đánh giá nên kết quả khách quan

• Đánh giá được nhiều đặc tính của mùi

¾ Nhược điểm:

• Phải huấn luyện người thử, việc huấn luyện mất nhiều thời gian, phức tạp

• Sai số của phương pháp là rất lớn vì người cường độ được cảm nhận một cách liên tục theo cảm nhận của người thử

• Độ lặp lại của phương pháp không cao

• Người thử phải có trình độ vì phương pháp này khá phức tạp, nên chọn các

chuyên gia để thưcï hiện

• Thiết bị phức tạp, hiện đại, cần nhiều thiết bị hỗ trợ

Ứng dụng: phương pháp này đã được sử dụng xác định hợp chất tạo hương hoạt động trong một số sản phẩm như: táo, phomai Tuy nhiên, phương pháp này khá phức tạp và sai số lớn lên không được quan tâm nhiều

1.3.5 So sánh và chọn phương pháp phân tích [4, 8, 36]. 

So sánh các phương pháp phân tích. 

Chúng ta so sánh giữa 3 phương pháp phân tích pha loãng, tần số phát hiện và cường độ phía sau bằng các sử dụng một hỗn hợp phân tích gồm 8 hợp chất dễ bay hơi là: 100 ng 2-butanone (1), 20 ng diacetyl (2), 500 ng ethyl acetate (3), 100

ng 3-methyl-1-butanol (4), 20 ng ethyl butyrate (5), 100 ng hexanal (6), 100 ng heptanone (7) và 500 ng α-pinene (8) Dùng 3 phương pháp AEDA, tần số phát hiện và cường độ phía sau để đánh giá hỗn hợp này Phương pháp AEDA sử dụng một người đánh giá là HW, phương pháp tần số phát hiện sử dụng một hội đồng gồm 8 người trong đó có người thử HW, phương pháp cường độ phía sau cũng sử dụng hội đồng gồm 8 người và cũng có người thử HW Kết quả phân tích của các phương pháp thu được ở bảng 1.2

2-Bảng 1.2: So sánh các phương pháp GC-O đánh giá cường độ của các hợp

chất trong cùng một hỗn hợp

Hợp chất

Phương pháp phân tích pha loãng a

Phương pháp tần số phát hiện b

Phương pháp cường độ phía sau c

α-pinene 7 6,5 7

a: kết quả dựa trên hệ số pha loãng FD của người thử HW

b: kết quả dựa trên số người thử của hội đồng phát hiện được mùi, hội đồng 8 người thử bao gồm cả người thử HW

c: kết quả dựa trên cường độ trung bình được đánh giá bằng môt hội đồng 8 người trong đó có người thử HW (dùng thang cường độ 0-8 điểm)

Bảng trên so sánh kết quả thu được từ 3 phương pháp (phân tích pha loãng, tần số phát hiện và phương pháp cường độ phía sau) Ta thấy sự tương quan giữa phương pháp cường độ phía sau và phương pháp tần số phát hiện (hệ số tương quan R=0,822) lớn hơn sự tương quan giữa phương pháp cường độ phía sau và phương pháp pha loãng (R=0,667) Điều này chứng tỏ kết quả phân tích bằng phương pháp tần số phát hiện và cường độ phía sau khá giống nhau

Ta tính toán sai số của các phương pháp phân tích và so sánh sai số của 3 phương pháp với nhau (bảng 1.3)

Bảng 1.3: Sai số của các phương pháp phân tích

Hợp chất Cường độ

trung bình

Sai số (%) Phương pháp a Phương pháp b Phương pháp c

Phương pháp a: Phương pháp phân tích pha loãng

Phương pháp b: Phương pháp tần số phát hiện

Phương pháp c: Phương pháp cường độ phía sau

Từ kết quả tính toán trên ta thấy sai số của phương pháp cường độ phía sau là thấp nhất, sai số của phương pháp phân tích pha loãng là lớn nhất Tuy nhiên, sai số chênh lệch giữa phương pháp cường độ phía sau và tần số phát hiện là không lớn (trung bình mỗi hợp chất sai số chênh lệch 3%) trong khi đó sai số chênh lệch

giữa phương pháp cường độ phía sau và phân tích pha loãng rất lớn (9%) Từ đó ta thấy kết quả đánh giá bằng phương pháp cường độ phía sau và tần số phát hiện khá giống nhau Ta cũng thấy sai số trung bình của từng hợp chất phân tích bằng phương pháp cường độ phía sau là thấp nhất (19%), phương pháp phân tích pha loãng là cao nhất (27,8%)

Chọn phương pháp phân tích. 

Khi chọn phương pháp GC-O phân tích hương ta căn cứ vào các yếu tố sau:

9 Mục đích cần đạt được của nghiên cứu Đây là yếu tố quan trọng nhất

9 Các ưu, nhược điểm của các phương pháp

9 Kết quả và dữ liệu thu được của các phương pháp

9 Điều kiện có thể đáp ứng được: hệ thống thiết bị (hệ thống GC-O, thiết bị

trích ly, thiết bị hỗ trợ…), thời gian, nhân tố con người (có chuyên gia hay không, hội đồng được đã huấn luyện hay chưa, người thử có hiểu biết về cảm quan hay

không…), hóa chất chuẩn…

1.4 Ứng dụng của GC-O [4, 8, 16, 18, 32, 36]

1.4.1 Giới thiệu

Một trong những ứng dụng đầu tiên và quan trọng nhất của phương pháp GC-O là xác định các hợp chất có khả năng tạo hương Tuy nhiên, GC-O không chỉ dừng lại là một phương pháp phân tích thông thường mà nó đã phát triển trở thành một công cụ quản lý chất lượng trong các quá trình sản xuất, bảo quản, tồn trữ…Bên cạnh đó, GC-O được ứng dụng để nghiên cứu cơ chế của các phản ứng tạo hương (đặc biệt là phản ứng Maillard và phản ứng phân hủy Strecker) và xác định các hợp hương quan trọng mất đi trong quá trình bảo quản và chế biến Đây là các ứng dụng quan trọng giúp ta điều khiển phản ứng và đảm bảo chất lượng của sản phẩm Ở phần này, chúng tôi sẽ giới thiệu một cách khái quát các ứng dụng trên của phương pháp GC-O

1.4.2 Phát hiện các hợp chất có khả năng tạo hương  [4, 16]. 

Trong lần chạy GC-O đầu tiên, khả năng phát hiện các hợp chất gây mùi là lớn nhất so với những lần pha loãng sau đó Dựa vào sắc kí đồ thu được từ phân tích GC hoặc GC-MS ta có thể định danh được các hợp chất tạo hương, ví dụ dựa vào thời gian lưu (RI) và tỉ số m/z khi phân tích bằng phương pháp GC-MS Xác định được tên và cường độ các hợp chất mùi là dữ liệu quan trọng về mùi mà chúng

ta cĩ thể sử dụng để tạo ra các hợp chất cĩ mùi khác nhau