青稞原料與青稞酒風味物質相關性分析

賈福晨，辜雪冬，薛潔，薛蓓*，張玉紅，張曉蒙，于佳俊，孫志偉

1(西藏農牧學院 食品科學學院，西藏 林芝, 860000)2(中國食品發酵工業研究院有限公司，北京, 100015)3(酒類品質與安全國際聯合研究中心，北京, 100015)4(西藏自治區農牧科學院，西藏 拉薩，850032)

俗語說“高粱產酒香、玉米產酒甜、大米產酒凈，糯米產酒綿，小麥產酒糙”，說明了不同糧食品種對酒質的影響不同。青稞屬禾本科，大麥屬，又稱米麥、裸麥和裸大麥，其主要分布于西藏、青海、甘肅、四川阿壩及甘孜州[1]。目前國內外關于大米、小麥、玉米、高粱香氣成分的研究相對較多，而青稞原料香氣的研究目前還比較少[2-9]。

西藏是我國青稞重要的產區之一，青稞酒以青稞為原料進行釀造生產，酒體具有清雅純正、綿甜爽凈、香味協調的獨特風格特點[10-13]。目前國內對于飲料酒中風味物質的研究多采用氣相色譜-質譜聯用法[14-16]，但氣相色譜-質譜聯用法在青稞原料及青稞酒的風味研究中應用較少。因此本文主要采用氣相色譜-質譜聯用，分析研究了不同品種的青稞原料及傳統青稞酒的主體風味物質，探索青稞原料和青稞酒中主體風味物質種類及相對含量，并比較了兩者間的差異，以期為青稞酒質量控制提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

7種不同品種青稞(隆子黑、芶芝黑、藏青2000、喜拉22、QB14、藏青25、藏青27)青稞，西藏自治區農牧科學院；安琪釀酒曲，安琪酵母股份有限公司。

1.2 儀器與設備

LRH-250生化培養箱，上海一恒科學儀器有限公司；ST180-A蘇格電磁爐，廣東艾詩凱奇智能科技有限公司；PerkinElmer Clarus 600氣相色譜質譜聯用儀、7890 A-Sniffer 9000-7000氣相色譜儀、質譜儀、DB-WAX ETR、CP-WAX毛細管色譜柱，珀金埃爾默企業管理(上海)有限公司；HH-1數顯電子恒溫水浴鍋，北京科偉永興儀器有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 西藏傳統青稞酒釀造工藝流程及操作要點

選擇飽滿青稞作為原料生產西藏傳統青稞酒，每種青稞原料同時進行3組平行生產。具體工藝流程如下：

青稞原料→挑選→清洗、去雜→泡糧→蒸糧→補水→攤涼→接曲→糖化→補水→發酵→過濾→灌裝→成品

操作要點：

(1)挑選、清洗、去雜：挑選顆粒完整且飽滿的青稞，去除雜物。

(2)泡糧：向清洗好的青稞中加入3倍質量55 ℃泡糧水浸泡24 h。

(3)蒸糧、補水：將泡好的青稞，平整的鋪在蒸屜上蒸4 h，自開鍋后，每隔0.5 h進行淋撒補水。

(4)攤涼、接曲：將蒸好的青稞放置在無菌環境下攤涼，按照蒸好后青稞質量的0.6%活化并添加安琪釀酒曲，添加好酒曲后攪拌均勻，在容器中輕輕壓實后從中間向兩邊成斜坡狀，形成窩槽。

(5)糖化：將容器密封后放入恒溫培養箱中28 ℃糖化培養2 d。

(6)補水、發酵：向糖化好的青稞酒醅中按1∶2(g∶mL)加入釀造水，攪拌均勻后密封，將密封好的容器繼續放入恒溫培養箱32 ℃發酵2 d。

(7)過濾、灌裝、成品：將發酵好的青稞酒用4層紗布過濾，將過濾好的青稞酒進行分瓶灌裝。

1.3.2 測定方法

氣相色譜質譜儀特征風味剖析的方法:

樣品的前處理方法：稱取粉碎好的青稞原料3 g或5 mL青稞酒樣品到20 mL萃取瓶中，加蓋密封置于35℃水浴鍋中平衡15 min，固相微萃取后插入氣相色譜進樣口解析5 min。

GC-MS分析條件：氣相色譜柱溫箱程序升溫條件：初始溫度30 ℃，恒溫2 min，以4 ℃/min升至230 ℃，保持7 min。進樣口溫度為250 ℃，載氣為He，不分流。

質譜條件：電子轟擊(electron impact，EI)離子源，電子能量70 eV，傳輸線溫度230 ℃，離子源溫度為230 ℃。

化合物定性分析方法：化合物在GC-MS上采集信息，通過質譜軟件處理。采用NIST(The national institute of standards and technology， NIST)譜庫2.0檢索和保留指數這兩種方法共同定性揮發性香氣成分。

化合物定量分析方法：通過添加內標化合物2-壬基醇(472 μg/L)在GC-MS上采集到的信息，各類風味物質含量通過公式(1)計算：

(1)

式中：X1、M1表示待測組分的含量和峰面積；X2、M2表示內標物的含量和峰面積。

2 結果與分析

2.1 不同品種的青稞原料特征風味分析

2.1.1 青稞原料主要風味物質鑒定結果

通過NIST數據庫對比和物質保留指數分析發現，目前可鑒定出青稞原料中的50種風味物質，主要包括了醇類、醛類、酸類、酯類、烷烴類、烯烴類、其他類(酮類、苯類、萘類、酚類)，共計7大類風味物質，表1結果顯示，不同品種青稞原料中均含有上述7大類風味物質，品種間無顯著差異。

表1 七種青稞原料的主要風味物質鑒定結果 單位：%(相對含量)

注：表中,1,隆子黑;2,芶芝黑;3,藏青2000;4,喜拉22;5,QB14;6,藏青25;7,藏青27。表中不同小寫字母代表差異顯著(下同)

2.1.2 七種青稞原料中各類風味物質相對含量差異對比分析

由圖1可知，不同品種青稞原料均含有7大類化合物，但是每一類風味化合物在相對含量上卻有著明顯不同。這也可能是不同青稞釀造青稞酒后風味存在差異的原因之一。在7類風味化合物的相對含量上，醛類>醇類>酯類、烷烴類>烯烴類>酸類、其他類。其中醛類的相對含量在35%～65%，含量最高。其次是醇類化合物，相對含量在15%～26%。兩者相加已普遍占據整體風味物質含量的60%以上。其他物種風味化合物相對含量占剩余的30%以上。

圖1 七種青稞原料風味化合物相對含量分布Fig.1 Relative content distribution of seven kinds ofhighland barley flavor compounds

在7種青稞原料中共檢測出5種醛類、14種醇類、6種酯類、9種烷烴類、5種烯烴類、4種酸類、7種其他類，共50種風味化合物。藏青25中醛類化合物相對含量最高達到65.01%。喜拉22中醇類、酯類、烷烴類、烯烴類及其他類化合物相對含量最高，分別為25.66%、10.34%、11.04%、8.88%、5.45%。藏青2000中酸類化合物相對含量最高，可達到5.39%。

2.1.3 不同青稞原料風味的主成分分析

通過對不同青稞原料主體風味物質的分析，為研究每種青稞原料相對含量之間的差異，采用SIMCA-P軟件對風味物質相對含量進行主成分分析，如圖2所示。由圖2可知，PC1的貢獻率為56.3%，PC2的貢獻率為17%。PCA圖將7種青稞劃分為5類：第1類是的藏青25和藏青27，2種青稞在PCA圖上距離接近，說明兩者在風味物質的相對含量上是相接近的；第2類是喜拉22；第3類是QB14；第4類是隆子黑；第5類是芶芝黑和藏青2000，2種青稞在PCA圖上距離較近，說明兩者在風味物質的相對含量上是相接近的。

結合前期對風味物質成分及相對含量的分析，PCA得分圖可以有效支撐前面得到的結論，即5類青稞的主體風味物質在相對含量上存在明顯差異，但藏青25和藏青27、芶芝黑和藏青2000風味物質的相對含量是相接近的。

圖2 七種青稞的PCA圖Fig.2 PCA plot of seven kinds of highland barley

2.2 西藏傳統青稞酒特征風味分析

2.2.1 青稞酒的主要風味物質鑒定結果

通過NIST數據庫對比和物質保留指數分析發現，目前可鑒定出青稞酒中的50余種主要風味物質，主要包括了醇類、醛類、酸類、酯類、烷烴類、烯烴類、酚類，共計7大類風味物質結果如表2所示。

2.2.2 青稞酒中各類風味物質含量差異對比分析

由圖3可知，7種青稞酒在每一類風味化合物在含量上有著顯著差異。由圖3可知，在7類風味化合物的含量上，醇類>酯類>酸類、酚類>烷烴類、烯烴類、醛類。其中醇類的含量在76%～88%，含量最高。其次是酯類化合物，含量在6%～13%。兩者相加已普遍占據整體風味物質含量的85%以上。其他物種風味化合物含量總和占比不到15%。

圖3 七種青稞酒風味化合物含量分布Fig.3 Relative content distribution of seven kinds of barley liquor flavor compounds

醇類化合物是7種青稞酒中總含量最高的風味化合物，遠高于其他6類化合物，在7種青稞酒中共檢測出17種醇類化合物。青稞酒中含適量的高級醇可賦予酒體一些特殊的香味，而且對酒中的酯香有促進作用，使青稞酒的香氣組成更加飽滿立體。這些醇類物質在青稞酒中既是芳香成分，又是呈味成分，氣味持續時間長。7種青稞酒中醇類化合物的總含量最高的是喜拉22，總含量為3 851.04 μg/L。

表2 七種青稞酒的主要風味物質鑒定結果Table 2 Identification results of main flavor substances of seven kinds of barley liquor

注：“*”，2-壬基醇為內標物，濃度為472 μg/L;-表示無

酯類化合物是7種青稞酒中總含量僅次于醇類的風味化合物，在7種青稞酒中共檢測出20種酯類化合物。這20種酯類化合物在7種青稞酒均能檢測到，同時在芶芝黑和藏青2000這2款青稞酒中還單獨檢測到了琥珀酸單乙酯。芶芝黑青稞酒中酯類化合物的總含量最高為418.01 μg/L。

7種青稞酒中共檢測到5種酸類化合物和3種酚類化合物。但是在隆子黑青稞酒中并沒有檢測出辛酸。酸類化合物總含量最高的為藏青25青稞酒，總含量為287.34 μg/L。酚類化合物總含量最高的是藏青2000青稞酒，為202.77 μg/L。同時還檢測出5種烷烴類、1種烯烴類和3種醛類化合物。

2.2.3 七種青稞酒風味物質聚類分析結果

采用NIST數據庫對比和物質保留指數分析，及內標所法得到的每類風味物質的絕對含量作為輸入，執行聚類分析，結果見表3及圖4。

表3 七種青稞酒風味物質聚類分析Table 3 Cluster analysis of seven kinds of barley liquor

圖4 七種青稞酒風味物質聚類分析樹狀圖Fig.4 Cluster analysis tree graph of seven kinds of barley liquor

通過聚類分析的樹狀圖，可以發現每種傳統青稞酒中風味物質含量的相似程度。其差異大小由圖4上方坐標(0～25)表示，7種青稞酒風味物質各自分類，在差異度25時聚為一類，這說明7種青稞酒在風味物質含量上存在差異。其中喜拉22和藏青27、隆子黑和QB14、芶芝黑和藏青25在風味物質含量上相接近，相似度約為1，故若將7種青稞酒分為4類，喜拉22和藏青27聚為一類，隆子黑和QB14聚為一類，芶芝黑和藏青25聚為一類，藏青2000單獨為一類。若將7種青稞酒聚為兩類，則喜拉22、藏青27、隆子黑和QB14聚為一類，芶芝黑、藏青25和藏青2000聚為一類。與表3結果吻合，因此，通過聚類分析，很直觀地可以看出7種青稞酒在風味物質含量上的相近性與差異性。

2.3 青稞原料與青稞酒中風味物質相關性分析

糧食在蒸煮過程中產生大量香氣成分，不同糧食香氣成分區別很大，同一糧食的不同品種，香氣成分也會有區別，這主要是由于不同品種的原料中蛋白質、淀粉、脂肪等物質的含量不同，如糧食中適量的蛋白含量是保證微生物生命活動的必要物質，但過量時也會造成某些發酵副產物的增多，給酒體帶來邪雜味，影響產品質量。而原料中支鏈淀粉越高，原料易糊化，降低微生物的利用難度，不利于發酵生香。本課題比較了青稞原料和青稞酒中的香氣物質的種類和含量變化，結果如表4所示。

表4 青稞與青稞酒中香氣物質對比Table 4 The contrast of aroma substance between highland barley and barley wine

注：—表示無

表4可知，青稞原料和青稞酒中風味物質既有相似性，也存在顯著差異。相似性在于青稞原料和青稞酒中風味物質的類別均含有表4中的7類化合物，且在7大類風味化合物中，均檢出部分相同成分，差異性在兩者間不同的風味物質種類更多，如青稞原料中檢測出14種醇類但相應青稞酒中卻檢測出17種醇類，在具體醇類化合物的含量上也各不相同。在青稞原料中主要是以醛類物質為主，這主要是由于醛類物質賦予了原料濃郁的麥香味，正己醛被認為是對大麥芽風味影響最大的化合物之一，而青稞屬于禾本科、大麥屬[17]，所以在青稞原料中醛類物質也是主體風味物質，在7個品種青稞原料中也均檢測到了正己醛且含量遠高于檢測到的其他風味化合物。在相同的發酵條件下，青稞原料的風味會影響青稞酒的質量，但對青稞酒質量影響較大的還是原料的理化指標[18]，本研究分析了7種青稞原料理化指標的差異，如表5所示。結果說明在青稞酒的生產過程中，微生物代謝消耗青稞原料中的淀粉、氨基酸、蛋白質等，最終形成了傳統青稞酒中的醇類、酯類和酸類風味化合物[19-21]，在發酵參數相同的條件下，理化指標越接近，青稞酒的風味越相似。

表5 七種青稞原料理化指標 單位：%(質量分數)

3 結論

在本論文得出的最優工藝條件下，利用7種種植廣泛的青稞原料釀造青稞酒[22]，通過固相微萃取和氣相色譜——質譜聯用法分析研究，通過譜庫進行檢索和保留指數驗證，在青稞原料中共鑒定出7大類、50種主要風味物質，主要包括了醇類、醛類、酸類、酯類、烷烴類、烯烴類、其他類(酮類、苯類、萘類、酚類)。在傳統青稞酒中共鑒定出7大類、50余種主要風味物質，主要包括了醇類、醛類、酸類、酯類、烷烴類、烯烴類、酚類。

7種青稞原料都具有上述青稞原料中檢測到的7大類物質。7種青稞酒的風味化合物種類差異也都具有上述青稞酒中檢測到的7大類物質。這表明青稞原料和傳統青稞酒在風味化合物的種類方面具有較強的穩定性和一致性。通過SIMCA-P軟件對青稞原料風味物質相對含量進行主成分分析，以及IBM.SPSS Statistics 23.0軟件對青稞酒風味物質含量進行聚類分析，可以發現青稞原料和傳統青稞酒風味化合物雖然在種類上沒有明顯差異，但是在具體風味化合物的含量上存在明顯差異。綜上所述，從釀酒原料的角度分析，在相同的發酵條件下，青稞原料的風味對青稞酒的風味影響較小，對青稞酒質量影響較大的還是原料的理化指標，這是由于在青稞酒的生產過程中，微生物代謝消耗青稞原料中的營養物質，最終形成了傳統青稞酒中的醇類、酯類和酸類風味化合物。