电子舌结合G C/M S分析黑糯米酒中风味物质

苏 伟，齐 琦，赵 旭，母应春，邱树毅

（1.贵州大学酿酒与食品工程学院，贵州贵阳550025； 2.贵州大学生命科学学院，贵州贵阳550025）

电子舌结合G C/M S分析黑糯米酒中风味物质

苏 伟1，齐 琦2，赵 旭1，母应春1，邱树毅1

（1.贵州大学酿酒与食品工程学院，贵州贵阳550025； 2.贵州大学生命科学学院，贵州贵阳550025）

采用静态顶空萃取法结合气相色谱-质谱联用技术（HS-SPME结合GC/MS）对黑糯米酒中挥发性物质进行定性鉴定和定量分析。结果表明，黑糯米酒共检测到50种香气成分，醇类8种，酯类11种，酸类2种，醛类4种，烷烃类20种，烯烃类1种，酚类3种，酮类1种。主要风味物质为2-甲基丙醇、2,3-丁二醇、1,3-丁二醇、丙三醇、苯乙醇，相对百分比含量分别为1.229%、1.19%、1.665%、1.326%、4.411%。

黑糯米酒； 电子舌； 气相色谱-质谱法(GC-MS)； 风味物质

黑糯米酒与普通的发酵酒或蒸馏酒有着不同的价值和意义，它是以苗家当地的特产黑糯米为原料，用世代相传的古老方法酿制而成的酒精度低和糖分含量高的一种民族特色美酒[1-3]。黑糯米酒含有人体所需的丰富营养成分[4-5]。黑糯米酒酒精度含量低而糖分含量高，从而饮用时口感甜度大，其甜味的主体物质是葡萄糖[6]，含量为60%～80%，其余为低聚糖。这些糖类增加了黑糯米酒的黏度、甜度，调节了黑糯米酒的口味，缓和了酒的刺激性，使黑糯米酒更为醇厚柔和。传统方法酿造的黑糯米酒酒精含量一般不会超过20%vol，因地区的差异，西北地区的略低，一般酒精含量在6%vol～8%vol之间。黑糯米酒澄清贮存期间，有机物之间易发生化学反应，如醇与酸发生反应后生成酯类化合物，与其他呈香物质（主要是挥发性风味物质）共同组成黑糯米酒特有的风味。黑糯米酒中的糖类主要是葡萄糖、麦芽糖和糊精等，主要是由黑糯米和发酵酒曲中的淀粉分解产生[7]。

黑糯米酒中富含各种特殊性风味物质，酒中除主要成分水、糖类、乙醇、可溶性物及酸类物质外，还有酯类、醛类、醇类和羰基化合物等多种成分。成品酒中感官分析可采用TS-5000Z电子舌模拟人体味觉系统，由人工脂膜传感器组成，可以通过静电作用和疏水作用量化几种基本味感：苦味、酸味、涩味、咸味、鲜味、甜味，还可以分析苦的回味、涩的回味和丰富度。测量时，传感器上的人工脂膜与各种呈味物质反应，导致传感器电信号的变化，由韦伯费希纳定律将变化的差值转化为味觉数值[8]。

黑糯米酒的贮存过程中，酒体中挥发性物质的变化作为评价其品质的重要指标之一，也是构成独特香气成分的物质基础。酒类风味物质分析方法较多，本实验主要采用静态顶空萃取法结合气相色谱-质谱联用技术（HS-SPME结合GC/MS）对黑糯米酒中挥发性物质进行定性鉴定和定量分析，该技术是研究酒类香气成分中应用最多的技术，可偶联多种检测器对挥发性物质进行检测[9]。GC/MS可准确分析各类风味物质组成及百分比含量，为改进传统酿造工艺提供理论与数据支撑。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂及仪器

黑糯米：贵州省永红酒业有限公司。

仪器设备：TS-5000Z电子舌系统，日本Insent公司；HP6890/5957C气相色谱/质谱联用仪，美国安捷伦公司；ZB-5MSI色谱柱，美国Supelco公司；2 cm-50/30 μDVB/CAR/PDMS StableFlex萃取纤维头；手动固相微萃取装置，美国Supelco公司。

1.2 实验方法

1.2.1 电子舌的测定方法

首先清洗90 s，下一参比液清洗120 s，另一参比液清洗120 s，清洗完毕后测量前传感器平衡30 s，平衡后测样30 s；测试完毕后自动形成相应的电信号数据，进入两个参比液中分别清洗3 s，清洗完毕，下一阶段测试回味，在新的参比液中测定30 s，如此6次平行。每一检测步骤所用液体（清洗液、参比液）均于不同样品杯中放置[10-11]。

1.2.2 GC/MS检测方法

采用静态顶空固相微萃取(HS-SPME)结合GC/MS进行分析测定。

1.2.3 样品制备

预处理方法采用顶空固相静态萃取法，二氯甲烷萃取1 h得到萃取液，吸取黑糯米酒萃取液200 μL置于50 mL固相微萃取仪采样瓶中，插入装有2 cm-50/30 DVB/CAR/PDMS StableFlex纤维头的手动进样器，温度控制在100℃左右顶空萃取约40 min后取出，快速移出萃取头并立即插入气相色谱仪进样口（温度35℃）中，由于发酵酒度数低，进样针插入深度为2 cm，热解3 min进样[12]。

1.2.4 色谱和检测条件

色谱和检测条件如下：色谱ZB/5MSI 5%Phenyl-95%DiMethylpolysiloxane(30 m×0.25 mm× 0.25 μm)弹性石英毛细管柱，初始柱温40℃保持5 min，以5℃/min升温至270℃，总分析时间为43min；DB-5(60 m×0.25 mm×0.25 μm)；SPME探针类型PDMS 100 μm；汽化室温度250℃；载气为高纯He (99.999%)；柱前压7.62 psi，载气流量1.0 mL/min；不分流进样；探针净化时间30 min；溶剂延迟时间1.5 min[13]。

离子源为EI源；离子源温度设置为230℃；四极杆温度为150℃；电子能量70 eV；发射电流34.6 μA；倍增器电压1125 V；接口温度280℃；质量范围20～450 amu[14]。

1.2.5 数据分析方法

采用SPSS 20.0和Origin 8.5软件对电子舌测试的原始数据进行分析，并选用雷达图易于理解的方式对结果进行展示[15]，充分显示样品的味觉感官特性。

GC/MS实验图谱分析及数据处理：核对Nist 2005和Wiley 275标准质谱图数据库，对总离子流图中的各个出峰进行检索，结合质谱计算机数据系统检索，确定多种挥发性化学成分，其方法是用峰面积归一化法，以各组分标准图谱峰面积与对应组分峰总面积之比表示，测定各化学成分的相对质量分数[16]。数据统计分析处理方法采用Office Excel 2013软件完成。

2 结果与分析

2.1 电子舌分析结果

2.1.1 5种味觉对比分析（见表1、图1）电子舌模拟人体味觉感官分析，直观反映出黑糯米酒的鲜味、酸味、苦味、涩味的差异性[17-18]。由图1可知，雷达图中坐标轴刻度为味觉单位，黑糯米酒的苦味和涩味较高，这是由于传统工艺采用的连续糖化发酵法，工序时间长，酒曲中的根霉先糖化后进行发酵，整个发酵过程所需时间较长，部分微生物将葡萄糖转化为乳酸、醋酸等，导致酸度过高；同时在微生物代谢过程中产生苦味和涩味物质，影响产品的品质。黑糯米酒的氨基酸含量是一项体现鲜味(AAE)的重要指标，微生物代谢产生相应的氨基酸和鲜味化合物，这为黑糯米酒发酵工艺的优化提供了数据支撑。

表1 电子舌对黑糯米酒的5种味觉分析

图1 黑糯米酒的味觉分析雷达图

2.1.2 回味结果分析(表2)

表2 电子舌分析两种工艺酿造黑糯米酒的回味分析

如表2所示，黑糯米酒苦味和涩味较重，回味值尤为低，原因主要是微生物发酵时间长、代谢副产物多，且传统酿造工艺选用菌种单一，发酵力小，周期长，产生苦味酸和单宁类等化合物，致使口感出现低值。

2.1.3 GC/MS分析结果

实验采用Agilent气相色谱-质谱联用仪对黑糯米酒的风味物质进行分析，总离子流色谱图见图2。

图2 黑糯米酒GC/MS总离子流图谱

对黑糯米酒进行GC/MS分析，由图2可知，对各项图谱峰进行积分处理后，可看出出峰时间与响应峰面积及出峰数量有显著差异，则需要结合Nist 2005和Wiley谱库检索，进一步确定每个峰值所对应的挥发性成分的名称和化学式，并用峰面积归一化法和Excel 2013统计分析法计算各挥发性组分的相对百分比含量[19]。

对比分析风味物质的组成，结果见表3，在黑糯米酒中共检出50种风味物质，其中主要构成风味的化合物包括醇类9种、酸类2种、酯类12种、烷烃23种、酚类3种、醛类4种、烯烃1种、酮类1种。

黑糯米酒香气成分种类及含量见表4。如表4所示，主体风味物质是酯类和醇类，酯类如乙酸乙酯、丁酸乙酯等一系列具有植物本身的独特香气，醇类有乙醇、苯乙醇、丙醇和丁醇等。挥发性成分中醛类是稻谷类香气的主要特征成分，而烷烃类有着突出的主体香。

黑糯米酒共检测到50种香气物质，包括醇类8种，酯类11种，酸类2种，醛类4种，烷烃类20种，烯烃类1种，酚类2种，酮类1种，其百分比含量分79.799%、2.877%、1.604%、0.641%、8.003%、1.114%、1.541%、0.041%。主要风味物质为2-甲基丙醇、2,3-丁二醇、1,3-丁二醇、丙三醇、苯乙醇，相对百分比含量分别为1.229%、1.19%、1.665%、1.326%、4.411%。黑糯米酒特有的香气成分有2, 4,5-三甲基-1,3-二氧戊烷、2-甲基-1-丁醇、5-羟甲基-2-呋喃甲醛。

表3 黑糯米酒GC/MS分析对照结果

表4 黑糯米酒香气成分种类及含量

表5 电子舌结合GC/MS对比分析

2.1.4 电子舌结合GC/MS分析

电子舌味觉感官指标结合GC/MS分析风味物质组分，通过呈味物质的味觉特征与其百分比含量的结果对照分析，如表5所示，鲜味主要由氨基酸、蛋白质、酯类等体现，咸味物质主体是NaCl和谷氨酸类，酸味的体现主要是有机酸。分析得知，黑糯米酒中的苦味主要是由于丁醇、糠醛、呋喃醛、多酚类化合物含量高；涩味是由于糠醛类及单宁类分解产生的酸类物质，如甲酸、丙酸和金属离子结合物。

3 结论

采用电子舌的5种味觉与回味分析黑糯米酒，结果表明，发酵过程主要是微生物代谢作用，生化反应过程产生的氨基酸、有机酸和其他有机化合物，丰富了酒中各种物质成分。可以对微生物添加量、微生物种类及酶类的添加进行处理，有效改善发酵条件，合理提升发酵效力，缩短发酵时间，使酒体纯、色、香等得以更好改进。

GC/MS分析黑糯米酒共检出50种香气成分，主要风味物质为2-甲基丙醇、2,3-丁二醇、1,3-丁二醇、丙三醇、苯乙醇，相对百分比含量分别为1.229%、1.19%、1.665%、1.326%、4.411%。

[1]陈世平,邹锁柱,吴惠芳,等.黑米黄酒工艺及产品稳定性研究[J].酿酒科技,2006(3)：75-76.

[2]苏伟,徐本刚,母应春.贵州不同地区黑糯米酒曲的品质比较[J].贵州农业科技,2012,40(2)：51-55.

[3]杨春芳,伍慧方.糯米酒生产工艺及质量控制的研究进展[J].轻工科技,2014(3)：8-9.

[4]陈世平,邹锁柱,吴惠芳,等.黑米黄酒工艺及产品稳定性研究[J].酿酒科技,2006(3)：75-76.

[5]黄晓康,郑欢庆.生料发酵生产黄酒的工艺研究[J].酿酒科技,2008(9)：81-84.

[6]康明官.中外著名发酵食品生产工艺手册[M].北京：化学工业出版社,1999.

[7]刘颖,陈丽红,袁松梅.女士黑米低醇饮料酒的研制[J].酿酒,2000(1)：84-85.

[8]邵燕,张宿义,祝成,等.浓香型白酒风味物质与感官评定相关性研究[J].中国酿造,2012,31(8)：92-95.

[9]尚柯,韩兴林,王德良,等.酱香白酒高温堆积酒醅挥发性风味物质的检测分析[J].中国酿造,2016,35(2)：139-143.

[10]RUDNITSKAYAA,SCHMIDTKE L M,REIS A,et al. Measurements of the effects of wine maceration with oak chips using an electronic tongue[J].Food chemistry,2017,229(15)：20-27.

[11]王胜威.基于抵场核磁共振及电子舌对羊肉品质安全判别研究[D].贵阳：贵州大学,2015.

[12]LOPEZ P,VAN SISSEREN M,DE MARCO S,et al.A straightforward method to determine flavouring substances in food by GC–MS[J].Food chemistry, 2015,174(1)：407-416.

[13]王松廷,杨生玉,张彭湃.GC-MS法分析西瓜精酿啤酒中的风味物质[J].中国酿造,2016,35(10)：171-174.

[14]李俊刚,郭文宇,罗英,等.利用GC-MS法对不同窖龄下浓香型白酒风味物质的研究[J].中国酿造,2015,34 (9)：141-144.

[15]于海燕,许春华.基于味觉特征的黄酒酒龄鉴别方法研究[J].食品工业科技,2011,32(10)：162-165.

[16]BOIDO E,LLORETA,MEDINA K,et al.Effect of beta-glycosidase activity of Oenococcus oeni on the glycosylated flavor precursors of Tannat wine during malolactic fermentation[J].Journal of agricultural and food chemistry,2002,50(8)：4-9.

[17]WESOŁY M,ZABADAJ M,AMELIAN A,et al. Tasting cetirizine-based microspheres with an electronic tongue[J].Sensors and actuators B:chemical,2017, 238：1190-1198.

[18]MARX I M G,RODRIGUES N,DIAS L G,et al. Quantification of table olives'acid,bitter and salty tastes using potentiometric electronic tongue fingerprints[J].LWT-Food science and technology, 2017,79：394-401.

[19]王家林,苏海荣,于秦峰.SHS-GC-MS分析黄酒中的挥发性风味物质[J].中国酿造,2012,31(5)：188-190.

Analysis of Flavoring Substances in Black Glutinous Rice Wine by Electronic Tongue Combined with GC/MS

SU Wei1,QI Qi2,ZHAO Xu1,MU Yingchun1and QIU Shuyi1
(1.School of Liquor and Food Engineering,Guizhou University,Guiyang,Guizhou 550025; 2.College of Life Sciences,Guizhou University,Guiyang,Guizhou 550025,China)

The qualitative identification and quantitative analysis of volatile substances in black glutinous rice wine was carried out by using static headspace extraction combined with gas chromatography-mass spectrometry(HS-SPME combined with GC/MS).The results showed that 50 kinds of flavoring substances were detected in black glutinous rice wine.The main flavoring compounds included 8 kinds of alcohols,11 kinds of esters,2 kinds of acids,4 kinds of aldehydes,20 kinds of alkanes,1 kind of olefins,3 kinds of phenols,and 1 kind of ketones.The main flavoring substances were 2-methylpropanol,2,3-butanediol,1,3-butanediol,glycerol,and phenylethyl alcohol,with their relative content of 1.229%,1.19%,1.665%,1.326%and 4.411%respectively.

black glutinous rice wine;electronic tongue;gas chromatography-mass spectrometry(GC-MS);flavoring substances

TS262.4；TS261.7；TS261.4

A

1001-9286（2017）09-0102-05

10.13746/j.njkj.2017119

广州市科技计划项目(201604020001)；贵州省科技厅农业公关项目(黔科合SY字[2013]3114号)。

2017-05-05

苏伟（1974-），男，副教授，博士，研究方向为应用生物技术，E-mail：suwei1886@163.com。

优先数字出版时间：2017-06-28；地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/52.1051.TS.20170628.1442.007.html。