陳松蔚，李 鑫，鄧立高，毛瑞豐，李 一，贠琳琦，王瑞豐

(廣西大學(xué)輕工與食品工程學(xué)院，廣西南寧530004)

0 引言

膜法甘蔗清汁和甘蔗果酒的香氣在定性和定量兩方面都有極其復(fù)雜的化學(xué)模型。二者的特征風(fēng)味來源于特征性揮發(fā)性物質(zhì)的種類和相對含量，這些揮發(fā)性成分有酯類、高級(jí)醇類、脂肪酸類、醛類、酮類、萜烯類、酯類等。不同的揮發(fā)性化合物的組合形成了甘蔗發(fā)酵產(chǎn)品的不同的風(fēng)味。本研究使用頂空固相微萃取(HS-SPME)對甘蔗酒的揮發(fā)性成分進(jìn)行提取分析和鑒定，找出影響膜法甘蔗清汁和甘蔗果酒特征風(fēng)味的揮發(fā)性物質(zhì)，并對二者主要揮發(fā)性物質(zhì)進(jìn)行比較，對其變化規(guī)律做初步研究[1-2]。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

膜法甘蔗清汁收集南寧明陽糖廠，于 2017年12月份采用陶瓷膜過濾技術(shù)得到的膜清汁，陶瓷膜口徑為 50 nm。經(jīng)過檢測，通過陶瓷膜過濾的甘蔗清汁的糖度為16.8°Bx，pH為5.8。

甘蔗果酒，實(shí)驗(yàn)室自制。

NaCl (分析純)，成都金山化學(xué)試劑有限公司；陶瓷膜設(shè)備，江蘇久吾高科；GC-MS聯(lián)用儀(四級(jí)桿質(zhì)量分析器，電子電離源和化學(xué)電離源)，安捷倫科技有限公司；HS-SPME進(jìn)樣器、50/30 μm DVB/CAR/PDMS、65 μm PDMS/DVB、75 μm CAR/PDMS、100 μm PDMS萃取頭，美國Supelco公司。

1.2 方法

1.2.1 甘蔗果酒HS-SPME萃取工藝單因素試驗(yàn)

采用峰面積和峰個(gè)數(shù)為考察指標(biāo)，確定樣品裝液量(8、10、12、14、16 mL)、萃取時(shí)間(20、30、40、50、60 min)、萃取溫度(50、55、60、65℃)、解析時(shí)間(2、3、4、5、6 min)。采用控制變量法分別在其他因素不變的情況下，考察每一種因素對萃取效果的影響。

1.2.2 HS-SPME的分離富集

準(zhǔn)確量取單因素實(shí)驗(yàn)所需用量的甘蔗果酒置于40.0 mL頂空瓶中，加入1 g NaCl，后加入磁力攪拌子用帶有橡膠隔墊的瓶蓋密封，將其置于磁力攪拌器中，在50℃恒溫條件下攪拌平衡10 min，后將老化完畢的50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取頭插入頂空瓶中距液面1 cm處，萃取單因素實(shí)驗(yàn)所需時(shí)間，之后進(jìn)行GC-MS分析。

1.3 GC-MS分析條件

1.3.1 膜法甘蔗清汁

GC條件：進(jìn)樣口溫度 250℃，載氣為 He；流速1.0 mL/min；升溫程序：40℃保持12 min，以3℃/min升高至108℃，保持2 min，再以5℃/min升高至250℃，保持5 min。

MS條件：電子電離源；電子能量70 eV；離子源溫度230℃；四級(jí)桿溫度150℃。

1.3.2 甘蔗果酒

GC條件：進(jìn)樣口溫度為 250℃，起始溫度 45℃，保留5 min，以3℃/min升至 150℃，保留 10 min，以5℃/min升至230℃，保留5 min，載氣He，恒流1 mL/min，不分流。

MS條件：電子電離源；電子能量70 eV；離子源溫度230℃；四級(jí)桿溫度150℃。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用 NIST14譜庫(美國國家標(biāo)準(zhǔn)研究院 2014譜庫)對質(zhì)譜數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)檢索，根據(jù)各物質(zhì)的分子式、GAS編號(hào)及分子結(jié)構(gòu)確定物質(zhì)，采用峰面積歸一法計(jì)算各組分相對含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 HS-SPME條件的選擇

2.1.1 樣品用量對甘蔗果酒揮發(fā)性物質(zhì)萃取效果的影響

由圖1可知，樣品用量從8 mL增加到14 mL的過程中，峰面積和峰個(gè)數(shù)均持續(xù)增加，并且在14 mL的時(shí)候達(dá)到最高，當(dāng)超過14 mL之后，峰面積和峰個(gè)數(shù)均呈現(xiàn)下降態(tài)勢，這可能是因?yàn)闃悠酚昧吭黾佣鴮?dǎo)致色譜峰的分離度降低。所以樣品用量選為14 mL。

2.1.2 萃取時(shí)間對甘蔗果酒揮發(fā)性物質(zhì)萃取效果的影響

由圖2看出，當(dāng)萃取時(shí)間從20 min上升到60 min的過程中，峰面積整體上呈現(xiàn)持續(xù)增加的態(tài)勢，峰個(gè)數(shù)呈現(xiàn)先升高后降低再升高的趨勢。在萃取時(shí)間是60 min的時(shí)候，峰面積和峰個(gè)數(shù)均呈現(xiàn)最高的狀態(tài)，所以選用60 min為最佳的萃取時(shí)間。

2.1.3 解析時(shí)間對甘蔗果酒揮發(fā)性物質(zhì)萃取效果的影響

由圖3可看出，當(dāng)解析時(shí)間從2 min到6 min的過程中，雖然解析5 min時(shí)的峰面積最大但是峰個(gè)數(shù)相對解析2 min來說相對較少，綜合來看，解析5 min時(shí)，峰面積和峰個(gè)數(shù)整體上比其他解析時(shí)間好一些。當(dāng)解析時(shí)間超過5 min時(shí)，因?yàn)榻馕鰰r(shí)間的延長，導(dǎo)致萃取頭上的已經(jīng)吸附的物質(zhì)分解，進(jìn)而導(dǎo)致萃取物質(zhì)種類下降，峰個(gè)數(shù)減少。故選擇5 min為最佳的解析時(shí)間。

圖1 樣品用量對甘蔗果酒揮發(fā)性物質(zhì)萃取效果的影響

圖2 萃取時(shí)間對甘蔗果酒揮發(fā)性物質(zhì)萃取效果的影響

2.1.4 萃取溫度對甘蔗果酒揮發(fā)性物質(zhì)萃取效果的影響

由圖4看出，當(dāng)萃取溫度從50℃到60℃的過程中，當(dāng)萃取溫度為60℃時(shí)，峰面積和峰個(gè)數(shù)都呈現(xiàn)最佳狀態(tài)，這是由于當(dāng)萃取溫度不斷增高的時(shí)候，香氣揮發(fā)性物質(zhì)隨著溫度升高導(dǎo)致溢出的種類和總量增加。當(dāng)萃取溫度超過60℃時(shí)，峰面積和峰個(gè)數(shù)均開始減少，這是因?yàn)楫?dāng)萃取頭吸附量達(dá)到最大飽和時(shí)，如果再繼續(xù)升高溫度，萃取頭吸附香氣物質(zhì)的總量不會(huì)增加，而且導(dǎo)致萃取頭對含量較高的物質(zhì)吸附量繼續(xù)增加，同理，萃取頭對較低含量的物質(zhì)吸附量雖然也在增加，但是相對于含量較高較強(qiáng)的物質(zhì)實(shí)際上被萃取頭吸附的量是相對越來越少的，而且較強(qiáng)物質(zhì)的峰還有可能蓋過較弱物質(zhì)的峰，這就導(dǎo)致了峰的個(gè)數(shù)減少。故本組實(shí)驗(yàn)確定最佳的萃取溫度是60℃。

圖3 解析時(shí)間對甘蔗果酒揮發(fā)性物質(zhì)萃取效果的影響

圖4 萃取溫度對甘蔗果酒揮發(fā)性物質(zhì)萃取效果的影響

綜上所述，通過單因素試驗(yàn)確定最佳的萃取條件是：采用萃取頭50/30 μm DVB/CAR/PDMS，樣品用量14 mL，萃取時(shí)間60 min，解析時(shí)間5 min，萃取溫度60℃。

2.2 膜法甘蔗清汁和甘蔗果酒揮發(fā)性香氣成分分析與比較

通過對膜法甘蔗清汁和甘蔗果酒的揮發(fā)性成分進(jìn)行分析，二者 GC-MS總離子圖譜見圖 5和圖 6所示。從甘蔗膜清汁中鑒定出揮發(fā)性成分65種，包括醇類、酯類、芳香類、羧酸類、醛酮類、雜環(huán)類、含硫化合物和烴類8種物質(zhì)，占總峰面積的77.93%；甘蔗果酒中鑒定出揮發(fā)性成分47種，包括醇類、酯類、芳香類、羧酸類、烴類、雜環(huán)類、醛酮類總共7種物質(zhì)，占總峰面積的95.73%，在甘蔗果酒中并未檢測到含硫化合物，而在膜法清汁中檢測到較高含量的含硫化合物二甲基硫醚，其賦予甘蔗膜清汁濃郁的青香和果香[3]。

每個(gè)樣品做3次平行檢測，檢測結(jié)果如表1和表2所示。在膜法澄清的蔗汁中共檢測出13種醇類物質(zhì)，占總峰面積的 23.12%，相對含量大于 1%的物質(zhì)包括異戊醇(1.31%)、2-庚醇(6.61%)、正己醇(5.62%)、反式-3-己烯-1-醇(1.11%)、1-辛烯-3-醇(3.77%)、1-壬醇(2.16%)等，這些醇類物質(zhì)賦予膜法甘蔗清汁濃郁的花香、果香和甜香[4-5]；7種酯類物質(zhì)，占總峰面積的7.00%，相對含量大于1%的物質(zhì)包括乙酸乙酯(2.59%)(濃郁果香)、氯甲酸正辛酯(1.34%)(花香、果香)、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇二異丁酸酯(1.28%)(果香)等[6-8]；20種醛酮類物質(zhì)，占總峰面積的 13.01%，相對含量大于 1%的物質(zhì)包括己醛(4.05%)(果香)、2-庚酮(1.04%)(香蕉、藥香)、異戊醛(1.15%)(果香)、壬醛(1.07%)(橙子、玫瑰蠟香)等[9-10]；8種烯烴類物質(zhì)，占總峰面積的5.91%，相對含量大于1%的物質(zhì)包括己二烯(2.34%)等；8種芳香類物質(zhì)，占總峰面積的14.07%，相對含量大于1%的物質(zhì)包括甲苯(1.09%)、2,6-二叔丁基對甲酚(8.18%)、肟(1.28%)等。2種羧酸類物質(zhì)，2種呋喃類物質(zhì)(芳香)；雜環(huán)類物質(zhì)(芳香氣味)包括六甲基環(huán)三硅氧烷(2.11%)、八甲基環(huán)四硅氧烷(2.49%)、十甲基環(huán)五硅氧烷(3.13%)等，占總峰面積的8.84%，含硫化合物有二甲基硫醚，占到總峰面積的 5.99%，這些物質(zhì)占到所有揮發(fā)性物質(zhì)的69.09%，是膜法甘蔗清汁的主要香氣物質(zhì)。

圖5 膜法甘蔗清汁中揮發(fā)性成分的GC-MS總離子圖譜

圖6 甘蔗果酒中的揮發(fā)性成分的GC-MS總離子圖譜

表1 甘蔗果酒中各種香氣物質(zhì)的含量和風(fēng)味特征描述

表2 甘蔗膜清汁中各種香氣物質(zhì)的含量和風(fēng)味特征描述

注：“N”代表沒有查詢到氣味。

圖7 膜法甘蔗清汁和甘蔗果酒揮發(fā)性成分?jǐn)?shù)量比較

膜法甘蔗清汁和甘蔗果酒中揮發(fā)性物質(zhì)的數(shù)量和相對含量比較如圖7和圖8所示。在甘蔗果酒中檢測到主要的揮發(fā)性物質(zhì)有醇類物質(zhì)7種(32.17%)，酯類物質(zhì)22種(22.50%)，芳香類物質(zhì)6種(6.83%)，羧酸類物質(zhì)3種(3.01%)，相對含量較高的物質(zhì)分別是醇類物質(zhì)中的乙醇(27.56%)(醇香)、香葉醇(3.92%)(玫瑰花香)，酯類物質(zhì)中的二氯乙酸十三烷基酯(12.49%)(果香)、丙酸乙酯(2.15%)(果香、醚香)、正己酸乙酯(2.00%)(果香、酒香)，羧酸類物質(zhì)中的9-癸烯酸(2.78%)(蠟香、果香、乳香)，芳香類物質(zhì)的丁香酚(6.14%)(花香)，醛酮類物質(zhì)中的大馬士酮(1.46%)(玫瑰花香)。這些物質(zhì)占到總揮發(fā)性物質(zhì)的61.05%，是甘蔗果酒中的主要揮發(fā)性成分。二者相對比，共有物質(zhì)有酯類物質(zhì)中的癸酸乙酯(0.62%，0.11%)、月桂酸乙酯(0.62%，0.05%)，芳香類物質(zhì)中的4-乙基-2-甲氧基苯酚(0.08%，0.28%)、丁香酚(0.34%，6.14%)、4-乙烯基-2-甲氧基苯酚(0.19%，0.13%)和醛酮類物質(zhì)中的壬醛(1.07%，0.10%)。甘蔗果酒和膜法甘蔗清汁相比較，醇類物質(zhì)峰面積增加了 9.05%，膜法甘蔗清汁中的主要醇類物質(zhì)賦予清汁的花香、甜香和果香，而發(fā)酵后的甘蔗果酒中則是主要由香葉醇(3.92%)賦予甘蔗果酒的玫瑰花香；酯類物質(zhì)增加了 15.51%，增加了 15種酯類物質(zhì)，二氯乙酸十三烷基酯(12.49%)賦予了果酒濃郁的果香和香草香氣；醛酮類物質(zhì)減少了11.66%，減少了 14種物質(zhì)，清汁中己醛(4.05%)賦予其濃郁的果香，而在果酒中大馬士酮(1.46%)賦予其濃郁的玫瑰花香；芳香類物質(zhì)減少了 7.24%，減少了 2種物質(zhì)，甘蔗果酒中的丁香酚(6.14%)賦予其濃郁的丁香和甜辛香[11-14]。

圖8 膜法甘蔗清汁和甘蔗果酒揮發(fā)性成分相對含量比較

3 結(jié)論

本試驗(yàn)采用 HS-SPME技術(shù)萃取膜法甘蔗清汁和甘蔗果酒的香氣成分，并結(jié)合GC-MS進(jìn)行分析。通過對萃取工藝的優(yōu)化(萃取溫度、萃取時(shí)間、解析時(shí)間等參數(shù))，確定最佳的萃取工藝，并對二者進(jìn)行香氣成分分析。從甘蔗膜清汁中鑒定出揮發(fā)性成分65種，包括醇類、酯類、芳香類、羧酸類、醛酮類、雜環(huán)類、含硫化合物和烴類8種物質(zhì)，占總峰面積的 77.93%；甘蔗果酒中鑒定出揮發(fā)性成分 47種，包括醇類、酯類、芳香類、羧酸類、烴類、雜環(huán)類、醛酮類總共7種物質(zhì)，占總峰面積的95.73%。二甲基硫醚、正己酸乙酯、香葉醇、乙醇、二氯乙酸十三烷基酯、大馬士酮是甘蔗果酒的主要特征風(fēng)味的物質(zhì)來源，賦予其濃郁的醇香和酒香；2-庚醇、正己醇、乙酸乙酯、己醛、2,6-二叔丁基對甲酚是膜法甘蔗清汁的主要特征風(fēng)味的物質(zhì)來源，賦予其濃郁的果香和甜辛香。這些物質(zhì)的存在為進(jìn)一步研究膜法甘蔗清汁及其甘蔗汁下游產(chǎn)品的特征風(fēng)味研究提供參考。