气相色谱-嗅闻-质谱联用仪(GC-O-MS)对黄酒麦曲中挥发性微量成分的研究

俞剑燊，江　伟，吴幼茹，5，胡　健，王德良，闫寅卓(1.上海金枫酒业股份有限公司，上海201501；2.上海石库门酿酒有限公司，上海201501；3.中国食品发酵工业研究院酿酒工程技术研究发展部，北京100015；4.中德发酵酒品质与安全国际联合研究中心，北京100015；5.广西大学生命科学与技术学院，广西南宁530004)



气相色谱-嗅闻-质谱联用仪(GC-O-MS)对黄酒麦曲中挥发性微量成分的研究

俞剑燊1，2，江伟3，4，吴幼茹3，4，5，胡健1，2，王德良3，4，闫寅卓3，4
(1.上海金枫酒业股份有限公司，上海201501；2.上海石库门酿酒有限公司，上海201501；3.中国食品发酵工业研究院酿酒工程技术研究发展部，北京100015；4.中德发酵酒品质与安全国际联合研究中心，北京100015；5.广西大学生命科学与技术学院，广西南宁530004)

摘要：麦曲是酿造黄酒重要的原料之一，对黄酒的风味起着重要的作用。通过固相微萃取结合气相色谱-闻香-质谱联用仪针对块曲、散生麦曲和爆麦曲进行定性分析，采用NIST质谱数据库和相对保留指数手段进行鉴定，发现麦曲中主要定性出50种化合物，包括酯类、醇类、醛类、烯类、酮类、烷烃类、苯环类和杂环类等，并能嗅闻出21种化合物。3种麦曲的香气存在着不同程度的差异，其中块曲和散生麦曲之间的差异较小，相对峰面积比例较高的物质主要包括醇类、烷烃类、杂环类和醛类；爆麦曲较其他2种麦曲的差异大，其主要物质为醇类、苯环类、醛类和杂环类。基于定性结果，针对麦曲中的19种化合物进行定量分析，采用固相微萃取结合气相色谱-质谱联用仪进行分析，发现自然接种的块曲中大多数酯类和醇类的风味含量最高；而经高温处理的爆麦曲中美拉德反应产物如2-甲基吡嗪、糠醛含量最高。以上说明不同种类的曲具有不同的特点，对于块曲，更有益于黄酒醇酯类风味的形成；而高温爆炒后的爆麦曲却有益于赋予黄酒特殊的风味。

关键词：黄酒；固相微萃取；气相色谱-闻香-质谱联用仪；气质色谱质谱联用仪；相对保留指数

麦曲作为黄酒酿造的传统糖化剂，对黄酒的风味起着重要的作用。曲作为“酒之骨”，主要功能是给黄酒的酿造提供多种酶资源，使米饭中的淀粉和蛋白质等分解溶出；同时麦曲中各种微生物(霉菌、酵母菌、细菌等)的代谢产物，对黄酒风味的形成起到了重要作用[1-2]。麦曲占原料的1/6，其本身的曲香还对黄酒风味的形成有直接的贡献。因此，麦曲应受到高度重视，其质量的优劣直接影响黄酒的质量和产量。

麦曲对黄酒风味的影响一直有研究，麦曲对酯类物质和氨基酸类物质的影响尤为明显。生麦曲对黄酒中的总酸、氨基酸、酯类和部分醇类等物质有较明显的影响[1，3]，尤其对芳香族化合物苯乙醇及大部分酚类的香气强度的影响更为明显[4]。多菌种混合制麦在保持黄酒风味的同时，挥发性物质总含量也有所增加[5]。生麦曲和熟麦曲的混合曲不仅有利于黄酒的发酵，还有利于提升黄酒的感官质量[6]。可见，麦曲对黄酒感官质量有着重要的影响。

然而，目前对麦曲的曲香方面并没有深入的研究。为深入了解麦曲曲香对黄酒风味的影响，需要对不同种类的麦曲曲香进行定性或定量分析。本研究拟采用目前最为完善的人工感官检测技术——气相色谱-嗅闻-质谱联用仪（GC-O-MS）对曲香进行定性及嗅闻分析，以期了解黄酒中的关键活性香气物质，并基于这些活性物质进行准确定量分析，为进一步分析曲香物质奠定了技术基础。

1　材料与方法

1.1原料

块曲、散生麦曲、爆麦曲，由上海金枫酒业股份有限公司提供。

1.2实验方法及器材

液化力分析：按照QB/T 4257—2011酿酒大曲通用分析方法中的5.5部分进行准备。

糖化力分析：按照QB/T 4257—2011酿酒大曲通用分析方法中的5.6部分进行准备。

定性分析：7890 A-Sniffer 9000-7000 B型气相色谱-嗅闻-质谱联用仪(GC-O-MS)(气相色谱仪、嗅闻仪、质谱仪分别为美国Agilent公司、瑞士Brechbuhler公司、美国Agilent公司生产)；DB-WAX(30 m×0.25 mm× 0.25 μm)型色谱柱(美国J&W公司)；HH-1超级恒温水浴锅(金坛市至翔科教仪器厂)；30 mL萃取瓶(北京玻璃仪器厂)；手动固相微萃取进样器、50/30 μm DVB-CARPDMS固相微萃取柱(美国Supelco公司)；HGC-12A氮吹仪(天津市恒奥科技发展有限公司)；RE-522AA旋转蒸发仪(上海雅荣生化仪器设备有限公司)。

定量分析：Clarus 600型气相色谱-质谱联用仪，配有EI离子源(PerkinElmer，美国)；万分之一天平(Shimadzu，日本)；固相微萃取装置配SPME手柄(Supelco，美国)；Xutemp恒温水浴锅(杭州雪中炭恒温技术有限公司，中国)；85 μm PA萃取头(Supelco，美国)。

定量分析：NaCl(分析纯)；乙醇(色谱级)；风味物质：乙酸乙酯、异戊醛、正己醛、异丁醇、2-庚酮、异戊醇、间乙基甲苯、2-戊基呋喃、己酸乙酯、正戊醇、2-甲基吡嗪、正己醇、壬醛、3-辛醇、糠醛、1-辛烯-3-醇、辛醇、愈创木酚、苯乙醇、γ-壬内酯，均从Fluka公司或Sigma-Aldrich公司购买。标准储备液的配制：移取适量的各个标准试剂至100 mL容量瓶中，配制成标准储备液，低温避光保存。

1.3实验条件

1.3.1GC-O-MS色谱条件

毛细管色谱柱：DB-WAX (30 m×0.25 mm×0.25μm)型色谱柱。

气相色谱柱温箱程序升温条件：初始温度45℃，以2℃/min升至215℃，保持3 min。进样口温度为250℃，载气为He，流速为1.2 mL/min，分流比1∶1。

1.3.2GC-O-MS质谱条件

质谱条件：电子轰击(electron impact，EI)离子源，电子能量70 eV，传输线温度280℃，离子源温度为230℃，四极杆温度为150℃，质量扫描范围55～500 m/z。

1.3.3GC-O-MS嗅闻分析条件

嗅觉检测器：接口温度为200℃，检测时为了防止实验员鼻腔干燥通入湿润的空气。定性采用全扫描模式(SCAN)，见图1。

1.3.4GC-O-MS化合物定性

通过Masshunter Workstation B.03.01数据处理软件处理化合物在GC-MS上的采集信息。NIST谱库2.0检索、保留指数定性和气味特性的三合一手段共同确定挥发性香气成分；部分物质通过与标准化合物的线性保留指数（LRI）和芳香特性的比较实现精确定性。各化合物相对含量通过面积归一化法确定。

化合物线性保留指数(LRI)值计算方法：利用系列正构烷烃换算而成：

注：tn+1为碳数为n+1的正构烷烃保留时间，tn为碳数为n的正构烷烃保留时间，t为未知物的气相保留时间（tn＜t＜tn+1）。

1.3.5GC-MS色谱条件

毛细管色谱柱：WAXETR 30 m×0.25 mm×0.50µm。

柱温程序：起始温度35℃，恒温2 min，以4℃/min升温至80℃，以2℃/min程序升温至140℃，以5℃/min程序升温至230℃。

载气(高纯氦气)：纯度≥99.999％，流速1 mL/min，不分流进样；进样口温度：220℃。

1.3.6GC-MS质谱条件

离子源温度：250℃，传输线温度：250℃，电子轰击源：70 eV；扫描范围：30～550 amu，定性采用全扫描模式(SCAN)，见图2。定量采用选择离子扫描模式(SIM)。通过NIST谱库的检索，所有组分的匹配度均在85％以上，定性结果可靠。

图1　采用GC-O-MS对麦曲的全离子扫描色谱图

图2　标准溶液和块曲的总离子流扫描图

表1　11种黄酒麦曲的理化检测结果

1.3.7固相微萃取(SPME)提取挥发性成分

称取3 g的麦曲置于30 mL顶空瓶中，加入3 g NaCl，放入磁力搅拌转子，加盖密封。在60℃水浴锅中平衡20 min，固相微萃取吸附40 min后插入气相色谱进样口，250℃条件下解析5 min。

2　结果与讨论

2.1麦曲的理化检测结果

11种黄酒麦曲是由上海黄酒金枫酒业有限公司提供。表1给出了11种黄酒麦曲的理化检测结果，从这些麦曲的理化分析来看，不同麦曲的糖化力和液化力各不相同，其中糖化力和液化力均较高的是块曲5、散生麦曲和爆麦曲。因此，挑选这3种麦曲作为重点研究对象进行风味分析。

2.2麦曲的风味化合物定性结果

针对理化指标较高的块曲5、散生麦曲和爆麦曲，本研究采用SPME结合GC-O-MS对3种麦曲进行定性分析和嗅闻，详情见表2。总体上看，通过质谱NIST谱库和LRI进行定性分析，发现麦曲中主要定性出50种化合物，包括酯类、醇类、醛类、烯类、酮类、烷烃类、苯环类和杂环类等，其中能通过嗅闻仪嗅闻出21种化合物。

3种麦曲的香气组分存在差异。由图3可知，不同麦曲中，各化合物的峰面积相对比例不同，其中块曲和散生麦曲之间化合物峰面积相对比例差异较小，而爆麦曲的化合物较其他2种麦曲中的化合物差异较大。块曲和散生麦曲中，峰面积比例较高的种类有醇类、烷烃类、杂环类和醛类，其比例分别为26.27％～29.53％、24.76％～30.67％、15.24％～16.81％和9.47％～14.61％；而爆麦曲中峰面积比例相对较高的种类有醇类、苯环类、醛类和杂环类，分别为38.65％、20.92％、15.52％和14.76％。由这些数据可知，麦曲中醇类和醛类所占的比例较大，这与黄酒中的风味成分存在一定的差异。通过比较前人对黄酒风味的研究结果[7-9]，发现酯类、醇类和酸类是黄酒中较为重要的风味物质，麦曲中与黄酒相似的风味化合物占黄酒的20％～40％的比例，这表明麦曲除了对黄酒风味的形成有一定的直接贡献外，还通过其中的各种微生物代谢产物影响黄酒的风味。

表2　采用SPME结合GC-O-MS定性分析3种麦曲的风味化合物

根据3种麦曲的相对峰面积分布情况、嗅闻仪嗅闻到的气味、可能是黄酒风味前体物质以及黄酒风味直接贡献物等，本研究目前主要筛选出19种化合物进行定量分析，这些物质包括乙酸乙酯、异戊醛、正己醛、异丁醇、2-庚酮、异戊醇、间乙基甲苯、2-戊基呋喃、己酸乙酯、正戊醇、2-甲基吡嗪、正己醇、壬醛、3-辛醇、糠醛、1-辛烯-3-醇、辛醇、苯乙醇和γ-壬内酯。

表3　麦曲的风味化合物定量方法评价结果

图3　3种麦曲的香气定性结果分类图

2.3麦曲的风味化合物定量结果

表3表示的是麦曲风味化合物的定量方法评价结果，总体上可以看出该方法的稳定性和准确性是可靠的且满足准确定量分析要求。

从3种麦曲的分析结果来看，大多数酯类和醇类的风味含量：自然接种的块曲＞纯种的散生麦曲和爆麦曲，这些化合物包括乙酸乙酯、己酸乙酯、正己醇、正戊醇、辛醇、β-苯乙醇、γ-壬内酯等。但对于异丁醇、异戊醇、壬醛、3-辛醇、1-辛烯-3-醇来说，自然接种的块曲＜纯种的散生麦曲和爆麦曲。而从美拉德反应产物如2-甲基吡嗪、糠醛来看，经高温处理的爆麦曲＞散生麦曲和块曲。由此可见，不同种类的曲具有不同的特点，对于块曲，更有益于黄酒醇酯类风味的贡献；而高温爆炒后的爆麦曲却有益于贡献黄酒特殊的风味。

3　结论

本研究采用固相微萃取结合GC-O-MS针对筛选出的3种麦曲(块曲5、散生麦曲和爆麦曲)进行了定性分析，通过质谱NIST谱库和LRI手段，共定性出50种风味化合物。基于定性分析结果，采用固相微萃取结合GCMS筛选出19种风味化合物进行下一步的定量分析。

通过定性结果可知，麦曲风味中包括了酯类、醇类、醛类、烯类、酮类、烷烃类、苯环类和杂环类等，其中能通过嗅闻仪嗅闻出21种化合物。研究发现不同麦曲中，各化合物的峰面积相对比例存在着不同，其中块曲和散生麦曲之间的差异相对较小，而爆麦曲较其他2种麦曲中的化合物差异较大。对于大多数酯类和醇类的风味含量：自然接种的块曲＞纯种的散生麦曲和爆麦曲，而从美拉德反应产物如2-甲基吡嗪、糠醛来看，经高温处理的爆麦曲＞散生麦曲和块曲。由此可见，不同种类的曲具有不同的特点，块曲有益于黄酒醇酯类风味的形成；而高温爆炒后的爆麦曲有益于赋予黄酒特殊的风味。

参考文献：

[1]冉宇舟,张雨,池国红,等.麦曲对黄酒风味影响的研究新方法[J].酿酒科技,2009(8)：91-93.

[2]寿虹志,凌志勇,杨旭,等.浅析黄酒麦曲中的微生物与黄酒风味的关系[J].中国酿造,2007(8)：55-57.

[3]张雨,冉宇舟,池国红,等.不同添加量的生麦曲对黄酒酿造和风味影响的研究[J].中国酿造,2009(12)：104-107.

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[5]余培斌,张波,陆健,等.多菌种混合制曲提高麦曲品质[J].食品与发酵工业,2015(4)：97-103.

[6]寿泉洪,生麦曲和熟麦曲在黄酒生产中的应用研究[D].无锡：江南大学,2006.

[7]江伟,李红,周梅,等.采用GC-MS同时检测啤酒中的醛酯类老化物质[J].食品与发酵工业,2010(10)：153-158.

[8]罗涛,范文来,郭翔,等.顶空固相微萃取(HS-SPME)和气相色谱-质谱(GC-MS)联用分析黄酒中挥发性和半挥发性微量成分[J].酿酒科技,2007(6)：121-124.

[9]Wang P X,Mao J,Meng X Y,et al.,Changes in flavour characteristics and bacterial diversity during the traditional fermentation of Chinese rice wines from Shaoxing region[J].Food Control,2014,44：58-63.

Analysis of Volatile Trace Compounds in Wheat Starter by GC-O-MS

YU Jianshen1,2,JIANG Wei3,4,WU Youru3,4,5,HU Jian1,2,WANG Deliang3,4and YAN Yinzhuo3,4
(1.Shanghai Jinfeng Wine Co.Ltd.,Shanghai 201501;2.Shanghai Shikumen Wine Co.Ltd.,Shanghai 201501;3.Research and Development Department of Brewing Engineering and Technology,China National Research Institute of Food and Fermentation Industries,Beijing 100015;4.Sino-Germany United Research Center of Fermented Alcohol Quality and Safety,Beijing 100015;5.College of Life Science and Technology,Guangxi University,Nanning,Guangxi 530004,China)

Abstract:Wheat starter is one of the most important raw materials for yellow rice wine production and it plays an important role in wine flavor.In this study,qualitative analysis of block starter,bulk wheat starter and stir-fried wheat starter were performed by GC-O-MS with NIST database and relative retention index for compounds identification.As a result,50 kinds of compounds were idntified in wheat starter including esters,alcohols,aldehydes,alkenes,ketones,alkanes,benzodiazepines and heterocycles,and 21 kinds of compounds were smelt by olfactory receptor.There was some difference in volatile trace compounds among the three kinds of starter.Block starter and bulk wheat starter only had small difference and their main compounds included alcohols,alkanes,heterocycles and aldehydes.Stir-fried wheat starter had significant difference from other starter and its main compounds included alcohols,benzodiazepines,aldehydes and heterocycles.Based on the qualitative analysis results,19 kinds of compounds were quantified by gas chromatograph-mass spectrometer with SPME,it was revealed that the content of ester compounds and alcohol compounds was the highest in naturally-inoculated block starter,the content of Maillard reaction products such as 2-methylpyrazine and furfural was the highest in stir-fried wheat starter.Generally,block starter produced more esters and alcohols in yellow rice wine,while stir-fried wheat starter produced more special volatile compounds in yellow rice wine.

Key words:yellow rice wine;solid phase micro extraction;GC-O-MS;GC-MS;relative retention index

通讯作者：江伟(1982-)，女，高级工程师，博士，研究方向为酒类检测分析研究。

作者简介：俞剑燊(1974-)，男，高级工程师，硕士，研究方向为发酵工艺与工程。

收稿日期：2015-11-05；修回日期：2015-12-02

基金项目：国家自然科学基金（31401680），窖泥中的微生物时空分布及代谢特性对其生命周期影响的研究；科技部院所基金项目（2014EG111217），饮料酒制造潜在有害物控制消减关键技术研发。

中图分类号：TS262.4；TS261.2；TS261.7；TS261.4

文献标识码：A

文章编号：1001-9286（2016）02-0032-05

DOI：10.13746/j.njkj.2015425

优先数字出版时间：2015-12-28；地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/52.1051.TS.20151228.1408.001.html。