不同釀酒原料青稞中揮發性物質差異性研究

李春揚，黃新望，張曉磊*，安紅梅，尹建軍，宋全厚

（中國食品發酵工業研究院，北京 100027）

白酒是我國傳統的飲料酒，因原料品種、地域、氣候及釀造工藝的差別而風格各異。青稞酒作為一種特殊的產地酒是以青藏高原盛產的青稞為主要原料釀造，具有香氣純正、口味綿甜的風格特征[1]。一直以來，青稞酒受到青藏地區廣大民眾的廣泛喜愛，為了滿足青稞酒消費群體日漸提高的消費需求，除在原有基礎上改進生產工藝外，從釀酒源頭出發設計出口感更加豐富的青稞酒對白酒企業來說無疑是推陳出新的好方法，擴大產品類型的同時也可迎合消費者的口感需求。而釀酒谷物原料的選擇就顯得尤為重要，不同的原料釀造出的成品酒的風格迥異，同屬青稞但不同種類釀造出的青稞酒的口感亦是有所差異。因此，對青稞原料的研究有助于指導生產、開發新產品。

青稞主要生長在我國西北、西南特別是西藏和青海等地，以往的研究大都集中在對原料的理化特性如蛋白質、脂肪的基礎研究上[2-5]，而對青稞的香味成分研究甚少[6]。青稞的香味組分是一類非常復雜，數目龐大的物質，其化學性質、結構各不相同，具有揮發性或半揮發性，而氣相色譜-質譜（gas chromalography-mass spectroretry，GC-MS）聯用技術是分離、分析揮發性組分最強有力的技術之一，其充分結合了2種分析技術的優點，即氣相色譜（gas chromatography，GC）的高效、快速、進樣量少和質譜（MS）的高靈敏度、可對未知化合物進行定性鑒定的功能，適用于青稞中復雜揮發性化合物的剖析。

本研究建立在以往研究的基礎上[7-8]，綜合2種樣品前處理方法—同時蒸餾萃?。╯imultaneous distillation and extraction，SDE）和頂空-固相微萃?。╤eadspace solid phase microextraction，HS-SPME）結合GC-MS分析瓦藍、肚里黃、白青稞、黑老鴨4種釀酒用青稞的香味組分并進行了比較，同時利用聚類分析（cluster analysis，CA）對4種青稞的種屬間的差異進行剖析，旨在對青稞原料的香味物質進行初探，為后續研究原料與成品酒的品質關系奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

瓦藍、肚里黃、白青稞、黑老鴨4種青稞原料由青?；ブ囡朴邢薰咎峁?。

二氯甲烷：色譜純，美國Baker公司；實驗用水為Milli-Q超純水。

1.2 儀器與設備

GC/MS-QP2010 Plus氣相色譜質譜聯用儀：日本島津公司；SUPELCO 57304-u固相微萃取裝置（配有85μm PA萃取頭）：美國SUPELCO公司；Milli-Q Reference超純水系統：美國Millipore公司；HAD2513同時蒸餾萃取裝置：北京恒奧德儀器儀表有限公司；98-1-B型電子調溫電熱套：天津市泰斯特儀器有限公司；SE812J水浴氮吹儀：北京帥恩科技有限責任公司。

1.3 方法

1.3.1 頂空-固相微萃?。℉S-SPME）條件和同時蒸餾萃?。⊿DE）條件

頂空-固相微萃取條件參見以往研究的實驗條件[7，9]，同時蒸餾萃取條件參見張曉磊等[8]關于同時蒸餾萃取技術分析釀酒原料青稞中揮發性化合物的研究一文中的實驗方法。

1.3.2 GC-MS分析條件

色譜條件：所用色譜柱為CP-Wax 57 CB毛細管柱（50m×0.25mm×0.2μm），柱溫采用程序升溫，初溫35℃，保持3min后以3℃/min升至80℃，再以9℃/min升至200℃，保持20min。進樣口溫度為230℃，不分流進樣1min，載氣為氦氣。

質譜條件：MS電離方式為電子點火（electron ignition，EI），電子能量70eV，離子源溫度230℃，質譜掃描范圍50m/z～500m/z，質譜分析用數據庫為美國國家標準技術研究所（national institute of standards and technology，NIST）2011年版本。

1.3.3 多元統計分析

所用統計軟件為：IBM.SPSS Statistics 19.0，帶有聚類分析模塊。

2 結果與討論

2.1 樣品前處理方法的確定

樣品前處理方法種類繁多，如何選擇要依據各自的優缺點綜合考慮。SPME法作為簡單易行的香味成分富集方法廣泛應用于食品及香精香料的香味物質分析[10-12]。不同于SPME方法，SDE方法建立在將青稞蒸煮的基礎上，一些敏感物質極易氧化，如一些不飽和脂肪酸，萜類等在高溫下常發生氧化反應[13-15]。鑒于青稞酒的制作工藝中首先是將青稞蒸煮后加曲發酵，因此通過將SDE法與SPME法相結合用于青稞的風味分析，從而在一定程度上反映青稞酒制作過程香氣成分的變化，并且為后續研究青稞種類以及青稞酒發酵工藝對成品青稞酒的品質的影響奠定理論基礎。因此，最終選擇頂空-固相微萃取和同時蒸餾萃取結合氣相色譜-質譜聯用技術同時分析青稞揮發性香味組分。

2.2 HS-SPME和SDE方法對香味組分的定性、定量及結果比較

分別采用HS-SPME法和SDE法對4種青稞的香味物質進行鑒別，相關數據參見以往研究[7-8]，因相同前處理方法得到4種青稞的色譜圖比較相似，因此僅列出具有代表性的瓦藍青稞中揮發性組分分別經HS-SPME-GC/MS和SDE-GC/MS分析得到的總離子流圖分別見圖1、圖2。

圖1 HS-SPME-GC/MS分析瓦藍青稞中揮發性組分的總離子流圖Fig.1 Total ion current (TIC) chromatogram of the volatile components in Walan by HS-SPME-GC/MS

圖2 SDE-GC/MS分析瓦藍青稞中揮發性組分的總離子流圖Fig.2 Total ion current (TIC) chromatograms of the volatile components in Walan by SDE-GC/MS

采用HS-SPME法和SDE法結合GC/MS對4種青稞樣品的香味成分定性，采用面積歸一化法進行初步定量。共鑒定出包括酸、醇、酯、酮和芳香族化合物在內的共30余種化合物[7-8]。采用2種方法鑒定的不同品種青稞的揮發性化合物種類部分相似又存在不同，同時其相對含量也有一定的差異，結果分別見表1和表2。

表1 4種青稞揮發性化合物HS-SPME法分析結果Table 1 Statistic table of volatile components in four kinds of highland barleys by HS-SPME

從表1可以看出，HS-SPME方法鑒定的4種青稞中：瓦藍酸類含量相對較高，而黑老鴨中醇類含量最高，同時肚里黃的酯類含量較其余3種青稞含量較高，而4種青稞的芳香族化合物、醛類化合物和酮類化合物含量均較低，差異不顯著。表1結果表明，不同種類青稞既有總體的相似度，又有突出的個體差異，這可能與青稞種類、不同地區的日照時間、海拔高度以及土壤肥沃程度等因素密切相關。頂空-固相微萃?。℉S-SPME）結合氣相色譜-質譜聯用技術分析青稞中揮發性化合物的技術可滿足青稞品種間的區分和篩選，有助于原料青稞與成品酒的相關性研究。

表2 4種青稞揮發性化合物SDE法分析結果Table 2 Statistic table of volatile components in four kinds of highland barleys by SDE

通過SDE方法鑒定的青稞的揮發性成分[8]化合物統計見表2。由表2可知，其中醛類化合物在4種青稞中所占比例最大，均超過60%，而肚里黃和黑老鴨中醛類化合物含量最高；其次芳香族化合物亦占有很大比重，瓦藍較其他3種青稞的芳香族化合物最高，為21.7%；最后醇類化合物中白青稞的含量最高，為13.83%，而酮類化合物和酯類化合物的含量較低，在此不做進一步討論。

表1、表2結果表明，同一青稞品種采用不同的前處理方式所獲得的定性組分差異很大，這也印證了不同前處理方式的分析重點有所不同，其中SPME法對低分子質量的醛、酸和醇等化合物檢出效果良好，對風味物質比較靈敏，由于前處理過程溫和，基本為青稞生粉的低沸點揮發性化合物，而SDE法沸點低、容易發生變化的化合物（如低分子質量的醇、酸等）檢出較少，而如長鏈的醛等高沸點的組分及低揮發性的組分較多，這是由于SDE長時間保持微沸狀態，使半揮發性風味物質更能充分溶于萃取劑中。因此，采用上述2種前處理方式結合GC-MS分析，可對不同品類的釀酒原料青稞中不同沸點范圍的風味成分進行比較全面的分析，并可用于不同品種的判定。

2.3 四種青稞香味物質的聚類分析

表3 4種青稞的聚類分析表Table 3 Cluster analysis of four kinds of highland barleys by SDE and HS-SPME

聚類分析是通過確定一些能夠度量樣品相似程度的統計量，將樣品按相似程度的大小區分為幾類，并最終逐級聚合為一類的分析方法[16]。采用HS-SPME和SDE前處理方法所得到的揮發性化合物分別作為輸入，執行聚類分析，所得結果一致，見表3和圖3。

圖3 4種青稞的聚類分析樹狀圖Fig.3 Cluster analysis of four kinds of highland barleys by SDE and HS-SPME

通過聚類分析的樹狀圖3可以更直觀的看出各樣品在相似程度上的大小關系，圖3顯示了考察的4種青稞樣品之間的相似程度，其差異大小可以由上方坐標（0～25）表示。從圖3可以得出如下結論：

（1）瓦藍、肚里黃、黑老鴨與白青稞各自分類并在相似度差異為25時才聚為一類，說明4種青稞之間存在顯著差異，即4種青稞明顯可以聚為4類；

（2）其中的黑老鴨與肚里黃之間的種屬距離最近，相似度差異約為1，若將其分為3類，則黑老鴨與肚里黃聚為一類；

（3）若將其聚為2類時則白青稞獨成一類，其他3種聚為一類，與表3結果吻合。

因此，通過聚類分析，很直觀地看出4種青稞的種屬相似性及差異性，為后續釀酒前期選擇青稞品種提供一定的科學根據。

3 結論

本研究建立了氣相色譜-質譜聯用技術結合頂空-固相微萃取和同時蒸餾萃取分析青稞中揮發性化合物的方法，方法簡便、有效、實用。瓦藍、肚里黃、白青稞和黑老鴨等4種青稞類釀酒原料的綜合分析。結果表明，不同品種青稞的揮發性組分總體接近又各具明顯特征。同時通過聚類分析的結果可以探究4種不同青稞之間的種屬相似性，為后續研究不同青稞品種的篩選、區分和成品酒的質量相關性提供了有效的技術手段，同時也拓展了氣相色譜-質譜聯用技術在白酒原料分析中的應用。

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