張　涵,秦　磊,周　哲,徐獻(xiàn)兵,杜　明,王震宇,朱蓓薇,董　亮,*

(1.大連工業(yè)大學(xué)食品學(xué)院,國(guó)家海洋食品工程技術(shù)研究中心,遼寧大連 116034;2.大連工業(yè)大學(xué),生物工程學(xué)院,遼寧大連 116034)

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國(guó)產(chǎn)釀造大麥風(fēng)味構(gòu)成的特點(diǎn)

張涵1,2,秦磊1,周哲1,徐獻(xiàn)兵1,杜明1,王震宇1,朱蓓薇1,董亮1,*

(1.大連工業(yè)大學(xué)食品學(xué)院,國(guó)家海洋食品工程技術(shù)研究中心,遼寧大連 116034;2.大連工業(yè)大學(xué),生物工程學(xué)院,遼寧大連 116034)

本文利用固相微萃取與氣-質(zhì)聯(lián)用技術(shù)分析了國(guó)產(chǎn)釀造大麥中揮發(fā)性嗅感物質(zhì)的組成。從7種釀造大麥中共鑒定出37種揮發(fā)性化合物,包括醛類12種,醇類10種,酮類4種,有機(jī)酸類2種,其它類型揮發(fā)物9種。對(duì)上述揮發(fā)物進(jìn)行定量分析并應(yīng)用主成分分析法確定了各大麥品種風(fēng)味構(gòu)成的特點(diǎn)。結(jié)果表明,不同國(guó)產(chǎn)大麥品種的風(fēng)味構(gòu)成明顯不同,其中醛類、醇類和酮類化合物是種間風(fēng)味差異的主要物質(zhì)。

釀造大麥,嗅感物質(zhì),固相微萃取,氣質(zhì)聯(lián)用

風(fēng)味是優(yōu)質(zhì)釀造大麥的一項(xiàng)重要參考指標(biāo)[1],其風(fēng)味的構(gòu)成直接影響啤酒的風(fēng)味。釀造大麥種類繁多,且世界各啤酒生產(chǎn)大國(guó)都在開發(fā)適合本國(guó)消費(fèi)者口味的釀造大麥品種[2]。我國(guó)是世界第一啤酒生產(chǎn)大國(guó),而我國(guó)麥芽國(guó)產(chǎn)化率還相對(duì)較低,這主要是因?yàn)槲覈?guó)的釀造大麥品種較國(guó)際優(yōu)良品種還存在一定的差距,諸如蛋白質(zhì)含量比較高,浸出率低,麥皮較厚所帶來的麥汁多酚含量較高及麥汁色度較大等問題。另外,我國(guó)釀造大麥的種植較分散,主要位于甘肅、內(nèi)蒙古、東北及江蘇南部的部分地區(qū),地區(qū)間的差異也造成了不同品種間質(zhì)量和風(fēng)味的較大差異。

固相微萃取是一種快速富集風(fēng)味代謝物的技術(shù)[3],它是一種集采樣、萃取、濃縮和進(jìn)樣于一體的無溶劑樣品微萃取新技術(shù)。與固相萃取技術(shù)相比,其操作更簡(jiǎn)單,攜帶更方便,操作費(fèi)用也更加低廉,是目前應(yīng)用最為廣泛的樣品前處理技術(shù)之一[4],多應(yīng)用于大麥、果酒、葡萄酒、化妝品、煙、茶以及水污染等揮發(fā)物的檢測(cè)[5-10]。麥芽的風(fēng)味構(gòu)成復(fù)雜,主要由醛、醇、酮、有機(jī)酸、芳香族及少量的呋喃類化合物所構(gòu)成[11-12]。輔料大麥的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的構(gòu)成見Cramer等[13]的報(bào)道。針對(duì)國(guó)產(chǎn)釀造大麥風(fēng)味的構(gòu)成研究相對(duì)較少，本課題組報(bào)道了進(jìn)口釀造大麥品種風(fēng)味的構(gòu)成，并應(yīng)用固相微萃取與氣-質(zhì)聯(lián)用技術(shù)對(duì)國(guó)產(chǎn)釀造大麥中揮發(fā)性嗅感物質(zhì)的組成進(jìn)行分析,以確定不同大麥品種風(fēng)味構(gòu)成的特點(diǎn),為減小品種地區(qū)間的差異提供理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

釀造大麥單二、甘四、甘五、蘇三、蘇四、墾二、墾七由中糧麥芽大連有限公司饋贈(zèng);乙醛、異丁醛、異戊醛、2-甲基丁醛、正己醛、糠醛、正庚醛、正辛醛、反-2-辛烯醛、壬醛、異丁醇、環(huán)戊醇、異戊醇、正戊醇、正己醇、2,3-丁二酮、2,3-戊二酮、2-庚酮、正庚酮、甲基庚烯酮、乙酸、己酸、正庚酸、乙酸乙酯、苯甲醛、2-戊基呋喃、苯乙醛以上藥品均為分析純以上級(jí)別，大連北疆化學(xué)儀器有限公司。

固相微萃取裝置美國(guó)Supelco公司;復(fù)合DVB-CAR-PDMS(二乙烯苯-碳分子篩-聚二甲基硅氧烷共聚物,涂層厚度為50/30 μm)萃取頭美國(guó)Supelco公司;Agilent 6890氣相色譜儀、Agilent 5975質(zhì)譜儀美國(guó)安捷倫公司;HH-8型水浴鍋國(guó)華電器有限公司;FA1004A型分析天平上海精天科貿(mào)有限公司;索式提取器大連北疆化學(xué)儀器有限公司。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1GC-MS檢測(cè)大麥揮發(fā)性嗅感物質(zhì)30 m×0.25 mm×0.25 μm HP-5 ms彈性石英毛細(xì)管柱;載氣He氣,流速2 mL/min;進(jìn)樣口以及檢測(cè)器溫度為250 ℃;程序升溫:起始溫度40 ℃,保持5 min,以2 ℃/min升至50 ℃,后以5 ℃/min升至250 ℃。EI源電子轟擊能量70 eV;離子源溫度230 ℃;掃描間隔0.25 s;四極桿150 ℃;掃描范圍40～400 u。

1.2.2化合物的定性化合物結(jié)構(gòu)采用計(jì)算機(jī)Nist 08譜庫檢索、色譜保留指數(shù)、人工解析及和標(biāo)準(zhǔn)化合物比對(duì)鑒定。

1.2.3大麥揮發(fā)性嗅感物質(zhì)的定量檢測(cè)

1.2.3.1溶劑法提取大麥揮發(fā)性嗅感物質(zhì)準(zhǔn)確稱量大麥樣品3 g置于索氏提取器中,50 ℃水浴乙醚回流10 h提取大麥中的風(fēng)味物質(zhì)。加入無水Na2SO4除去提取液中的水分,后將乙醚提取液濃縮至2 mL,冷凍保存待進(jìn)行氣相色譜分析[16]。

1.2.3.2大麥揮發(fā)性嗅感物質(zhì)的氣相色譜定量檢測(cè)a.色譜條件:選用30 m×0.25 mm×0.25 μm HP-5彈性石英毛細(xì)管柱;載氣氮?dú)?流速2 mL/min;進(jìn)樣口以及檢測(cè)器溫度為250 ℃;程序升溫:起始溫度40 ℃,保持5 min,以2 ℃/min升至50 ℃,后以5 ℃/min升至250 ℃。

b.嗅感化合物的定量:本文采用單點(diǎn)外標(biāo)法對(duì)化合物進(jìn)行定量分析。具體計(jì)算見如下公式:待測(cè)化合物的含量(μg/100 g·DW)=標(biāo)準(zhǔn)化合物濃度×待測(cè)化合物峰面積/標(biāo)準(zhǔn)化合物的峰面積

1.2.4統(tǒng)計(jì)學(xué)分析應(yīng)用SPSS 18.0 統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)定量數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析(Principal Component Analysis,PCA)。

2　結(jié)果與討論

2.1國(guó)產(chǎn)釀造大麥GC-MS定性分析檢測(cè)結(jié)果

應(yīng)用固相微萃取/氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用分析7種國(guó)產(chǎn)釀造大麥風(fēng)味構(gòu)成結(jié)果見表1。實(shí)驗(yàn)取得了較好的效果,共鑒定出37種揮發(fā)性嗅感物質(zhì),包括醛類12種,醇類10種,酮類4種,有機(jī)酸類2種,芳香族化合物4種,呋喃化合物1種,其他類型揮發(fā)物4種。本課題組在前期的研究中測(cè)定了不同進(jìn)口大麥品種的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)組成,具體結(jié)果見參考文獻(xiàn)[11]。進(jìn)口大麥的揮發(fā)物組成同樣包括醛類、醇類、酮類、有機(jī)酸類、芳香族類及少量呋喃類化合物。由此可見,釀造大麥的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的組成基本相同,其差異主要在于品種間不同揮發(fā)物的含量。各國(guó)產(chǎn)釀造大麥品種揮發(fā)性成分的總離子流圖見圖1。

表1　國(guó)產(chǎn)品種大麥揮發(fā)性嗅感物質(zhì)定性分析結(jié)果

圖1　固相微萃取/氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用分析各大麥品種揮發(fā)性成分的總離子流色譜圖Fig.1　Total ion current chromatogram in the analysis of volatiles of barleys by SPME/GC-MS

注:峰面積值為三次測(cè)量平均值;“nd”表示沒有檢出;“tr”表示含量為痕量。

由表1可知,醛類物質(zhì)是國(guó)產(chǎn)釀造大麥中檢測(cè)出的數(shù)量最大的一類化合物。這些化合物分別是:乙醛、異丁醛、異戊醛、2-甲基丁醛、戊醛、正己醛、正庚醛、順-2-庚烯醛、正辛醛、反-2-辛烯醛、壬醛和反-2-壬烯醛。其中以正己醛在七種大麥品種中的相對(duì)含量較高。正己醛具有淡淡的青草味和水果的特有香氣,存在于草莓、蘋果等的抽出物中,是大麥氣味的重要組成物質(zhì)之一。異戊醛和2-甲基丁醛是僅次于正己醛的在大麥中相對(duì)含量較高的兩種醛類物質(zhì),并且異戊醛和2-甲基丁醛在這7種國(guó)產(chǎn)大麥中均有檢出,異戊醛具有濃烈的麥香味,是麥類特征風(fēng)味化合物之一。而其他的醛類化合物相對(duì)含量較低。大麥中的醛類物質(zhì)多來源于不飽和脂肪酸的氧化作用[14]。脂肪酸的氧化長(zhǎng)期以來都被認(rèn)為是成品啤酒在儲(chǔ)藏過程中風(fēng)味劣化的重要原因之一[15],大麥和麥芽中的脂肪酸氧化酶對(duì)不飽和脂肪酸的氧化是影響啤酒風(fēng)味穩(wěn)定性的因素之一。

在7種國(guó)產(chǎn)大麥中檢測(cè)出來的醇類物質(zhì)的數(shù)量?jī)H次于醛類物質(zhì),共有10種化合物,分別是:乙醇、異丁醇、1-戊烯-3-醇、異戊醇、2-甲基-1-丁醇、正丁醇、正戊醇、正己醇、1-辛烯-3-醇和順-2-壬烯-1-醇。其中正戊醇和正己醇在7種大麥品種中相對(duì)含量高于其它醇類。正戊醇具有濃烈的香脂味,而正己醇具有花的香味和植物的清香。常見的乙醇則具有微甜的醇香味。1-辛烯-3-醇具有濃郁的蘑菇氣味,素有“蘑菇醇”稱號(hào)的它廣泛存在于各種食用菌當(dāng)中。醇類物質(zhì)也被認(rèn)為是脂肪酸氧化的產(chǎn)物[16]。

在7種國(guó)產(chǎn)大麥中共檢測(cè)出酮類4種,有機(jī)酸類2種,分別為丙酮、2-庚酮、甲基庚烯酮、3-辛烯-2-酮、乙酸、庚酸;相對(duì)于醛類和醇類而言,酮類和酸類化合物數(shù)量明顯減少,丙酮相對(duì)含量比其他3種酮高出很多,酸類化合物中乙酸比庚酸的相對(duì)含量高,它們?cè)诖篼溨袚]發(fā)出的氣味不如醛類和醇類,有強(qiáng)烈的溶劑味兒和酸敗的味道。酮類物質(zhì)也來源于脂肪酸的氧化作用,而乙酸可能來自于大麥表面的微生物作用[17]。

除此之外還鑒定出9種其他類型化合物。其中包括4種芳香族化合物(甲苯、二甲苯、苯甲醛、苯乙烯),2種脂類化合物(己酸乙酯和乙酸乙酯),1種呋喃化合物(2-戊基-呋喃),1種烯烴物質(zhì)(3-乙基-2-甲基-1,3-己二烯),1種稠環(huán)類物質(zhì)(萘)。在這些化合物中苯乙烯、乙酸乙酯和3-乙基-2-甲基-1,3-己二烯的峰面積相對(duì)較高。其中苯甲醛具有焦糖的味道,其主要來源于微生物對(duì)氨基酸的降解,3-乙基-2-甲基-1,3-己二烯具有堅(jiān)果的味道,乙酸乙酯有果香的味道,陳酒的香味也是來源于酒中的乙酸乙酯。

2.2釀造大麥嗅感風(fēng)味物質(zhì)定量檢測(cè)結(jié)果

對(duì)已經(jīng)鑒定出來的37種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)應(yīng)用溶劑萃取法對(duì)其進(jìn)行提取,并應(yīng)用氣相色譜對(duì)其含量進(jìn)行檢測(cè),確定了其中18種風(fēng)味物質(zhì)的含量,具體結(jié)果見表2。

表2　國(guó)產(chǎn)品種大麥揮發(fā)性嗅感物質(zhì)定量分析結(jié)果

2.3國(guó)產(chǎn)釀造大麥風(fēng)味構(gòu)成特點(diǎn)分析

以18種揮發(fā)性嗅感物質(zhì)的定量數(shù)據(jù)為參數(shù),對(duì)國(guó)產(chǎn)釀造大麥品種進(jìn)行主成分分析,提取4個(gè)主成分,累積方差貢獻(xiàn)率為100%,其中主成分1和主成分2累積方差貢獻(xiàn)率為60.9%。各嗅感物質(zhì)在前兩個(gè)主成分的載荷圖以及各國(guó)產(chǎn)釀造大麥品種的得分圖分別見圖2和圖3。

圖2　國(guó)產(chǎn)釀造大麥嗅感物質(zhì)主成分分析載荷圖Fig.2　Principal component analysis loading plots of volatiles from domestic barley cultivars

由圖2可知,14種嗅感物質(zhì)位于第一主成分的正載荷區(qū)域,4種嗅感物質(zhì)位于第一主成分的負(fù)載荷區(qū)域;10種嗅感物質(zhì)位于第二主成分的正載荷區(qū)域,8種嗅感物質(zhì)位于第二主成分的負(fù)載荷區(qū)域。在第一主成分中正載荷較高的物質(zhì)(載荷因子≥0.5)為異丁醛、異戊醛、正己醛、壬醛、環(huán)戊醇、異戊醇、2,3-戊二酮、乙酸和乙酸乙酯;在第一主成分中負(fù)載荷較高的物質(zhì)(載荷因子<-0.5)為乙醛和己酸;在第二主成分中正載荷較高的物質(zhì)(載荷因子≥0.5)為乙醛、苯乙醛、正己醇和2-庚酮。

圖3　國(guó)產(chǎn)釀造大麥品種主成分分析得分圖Fig.3　Principal component analysis of different domestic barley cultivars

由圖3可以看出,國(guó)產(chǎn)品種大麥的風(fēng)味構(gòu)成明顯不同。甘五、蘇四、蘇三、墾七、單二和墾二6個(gè)品種大麥全部分布在第一主成分的正載荷區(qū),也就是第一、四象限,這一區(qū)域中2-庚酮、正己醇、苯乙醛、2,3-丁二酮、異戊醇、異丁醛、乙酸、壬醛、異戊醛、環(huán)戊醇、乙酸乙酯、正己醛、2,3-戊二酮和苯甲醛對(duì)6種大麥風(fēng)味構(gòu)成有較大貢獻(xiàn);而在第一主成分的負(fù)載荷區(qū),也就是第二、三象限,只有甘四分布,這一區(qū)域中己酸對(duì)甘四風(fēng)味構(gòu)成有較大貢獻(xiàn)。即第一主成分是區(qū)分甘四和其它6個(gè)大麥品種的主要變量。第二主成分是區(qū)分蘇三、蘇四、甘五、墾七、單二、墾二這6種大麥的主要變量。蘇四和甘五風(fēng)味構(gòu)成較相似,位于第一象限。正己醇、2,3-丁二酮、2-庚酮、苯乙醛對(duì)甘五風(fēng)味的貢獻(xiàn)較大,而異丁醛、壬醛、異戊醇和乙酸對(duì)蘇四風(fēng)味的貢獻(xiàn)較大。墾七、蘇三、單二和墾二風(fēng)味構(gòu)成較相似,位于第四象限。苯甲醛和2,3-戊二酮對(duì)墾二風(fēng)味構(gòu)成有較大的貢獻(xiàn),異戊醛、正己醛、環(huán)戊醇和乙酸乙酯對(duì)單二風(fēng)味構(gòu)成有較大的貢獻(xiàn)。

3　結(jié)論

本文利用固相微萃取與氣-質(zhì)聯(lián)用技術(shù)分析了國(guó)產(chǎn)釀造大麥中揮發(fā)性嗅感物質(zhì)的組成,實(shí)驗(yàn)得到了較好的結(jié)果。從7種釀造大麥中共鑒定出37種揮發(fā)性嗅感物質(zhì),包括醛類12種,醇類10種,酮類4種,有機(jī)酸類2種,其他類型揮發(fā)物9種。應(yīng)用主成分分析法分析各大麥品種風(fēng)味構(gòu)成的特點(diǎn),結(jié)果表明不同國(guó)產(chǎn)大麥品種的風(fēng)味構(gòu)成明顯不同。其中醛類、醇類和酮類化合物是造成其品種間風(fēng)味差異的主要物質(zhì)。其中,己酸對(duì)甘四風(fēng)味構(gòu)成有較大貢獻(xiàn);正己醇、2,3-丁二酮、2-庚酮、苯乙醛對(duì)甘五風(fēng)味的貢獻(xiàn)較大;異丁醛、壬醛、異戊醇、乙酸對(duì)蘇四風(fēng)味的貢獻(xiàn)較大;墾七、蘇三、單二和墾二風(fēng)味構(gòu)成較相似,苯甲醛和2,3-戊二酮對(duì)墾二風(fēng)味構(gòu)成有較大的貢獻(xiàn);異戊醛、正己醛、環(huán)戊醇和乙酸乙酯對(duì)單二風(fēng)味構(gòu)成有較大的貢獻(xiàn)。

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Characterization of the flavor composition in different domestic brewing barley cultivars

ZHANG Han1,2,QIN Lei1,ZHOU Zhe1,XU Xian-bing1,DU Ming1,WANG Zhen-yu1,ZHU Bei-wei1,DONG Liang1,*

(1.Dalian Polytechnic University,School of Food Science and Technology,National Engineering Research Center of Seafood,Dalian 116034,China;2.Dalian Polytechnic University,School of Biotechnology,Dalian 116034,China)

The flavor composition from seven domestic malting barley cultivars was investigated by solid phase microextraction(SPME)combined GC-MS. A total of thirty-seven volatile compounds were isolated and identified,including twelve aldehydes,ten alcohols,four ketones,two acids and nine kinds of other compounds. The flavor characterization of these barley cultivars was determined by using principal component analysis. The results showed that there were significant differences in the composition of different domestic barley cultivars,which mainly causing by aldehydes,alcohols and ketones.

brewing barley;volatile compounds;SPME;GC-MS

2016-03-11

張涵(1991-),女,在讀碩士,研究方向:風(fēng)味化合物分析檢測(cè)工作,E-mail:15842687350@163.com。

董亮(1981-),男,博士,講師,研究方向:食品發(fā)酵風(fēng)味研究,E-mail:dongliang@dlpu.edu.cn。

大連工業(yè)大學(xué)青年科學(xué)基金(QNJJ201403)。

TS207.3

A

1002-0306(2016)18-0089-06

10.13386/j.issn1002-0306.2016.18.009