不同萃取头固相微萃取分析小米清酒挥发性成分的研究

李少辉，赵 巍，张爱霞，刘莹莹，张佳丽，张玉宗，刘敬科*

（国家谷子改良中心 河北省农林科学院 谷子研究所 河北省杂粮研究实验室，河北 石家庄 050035）

谷子（Setaria italicaBeauv.）为我国北方地区传统特色作物，有7 300年的栽培历史，具有抗旱耐脊、生育期短、适应广等特点，富含淀粉、脂肪、维生素、矿物质等营养成分，在调整农业产业结构和满足人民营养需求方面起到重要的作用[1-2]。小米是谷子脱壳碾制后的产品，主要用作煮粥食用，消费相对较少，市场拉动力不足，因此，大力发展谷子深加工，延长谷子产业链，才能更好地发挥谷子的优势作用。

小米清酒是我国新型黄酒，采用液态发酵技术酿造而成，相对于传统小米黄酒具有酒液晶莹，风味独特的特点，深受广大消费者喜爱[3]。风味对小米清酒的感官品质具有决定性影响，李少辉等[4-6]对传统小米黄酒的风味进行了研究，已经明确了传统小米黄酒风味成分由醇、酯、含苯、碳氢、酸、醛、酮、烯、酚和杂环类化合物构成，并确定了苯乙醇、丁二酸二乙酯等相关气味特征，对传统小米黄酒品质分析和工艺控制具有重要指导意义，然而关于新型小米清酒风味的研究却鲜见报道。

固相微萃取（solid phase microextraction，SPME）技术是一种挥发性风味物质分析的前处理技术，该技术集采样、萃取、浓缩、进样于一体[7]，具有装置简单、操作简便、测试快、重现性好、费用低等优点，已广泛应用于黄酒[8]、啤酒[9-10]、白酒[11-14]、葡萄酒[15-16]等酒类的挥发性风味成分分析。萃取头是SPME的核心，不同萃取头萃取的灵敏度和选择性有较大差异，已有学者采用不同萃取头SPME对茶叶[17]、橄榄油[18]、茶油[19]等样品挥发性成分进行分析，明确了采用不同萃取头SPME分析结果存在差异，并全面了解了样品挥发性成分构成及其风味特征。

本研究采用PA、PDMS、PDMS/DVB、CAR/PDMS、DVB/CAR/PDMS 5种萃取头SPME萃取小米清酒中挥发性成分，通过气相色谱-质谱联用（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）仪对挥发性成分进行分析鉴定，并运用聚类热图分析这5种萃取头SPME萃取结果的差异，以期全面了解小米清酒挥发性成分构成，为小米清酒品质分析及工艺控制提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

小米清酒（酒精度12%vol，贮藏于4℃）：河北瑞禾庄园酒业有限公司；C8～C20的正烷烃标准品（色谱纯）：美国Sigma公司。

1.2 仪器与设备

7890A-5975C气相色谱-质谱联用仪：美国安捷伦仪器有限公司；57330-Supelco固相微萃取手动进样手柄：美国Supelco公司；PA（85 μm）、PDMS（100 μm）、CAR/PDMS（75μm）、PDMS/DVB（65μm）和DVB/CAR/PDMS（50/30μm）萃取头：美国Supelco公司；10 mL萃取瓶：上海安谱科学仪器有限公司。

1.3 方法

实验方法参考文献[5]、[13]，参考优化后的萃取条件，并适当增加了萃取平衡时间，取6 mL样品于10 mL萃取瓶中，在60℃恒温水浴条件下插入已老化好的萃取头平衡45 min，然后将此萃取头在GC进样口于250℃条件下解吸5 min，同时进行GC-MS数据采集。

1.3.1 气相色谱条件

DB-5 ms毛细管色谱柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm），柱箱程序升温过程为初温40℃，保持2 min，以5℃/min升至240℃，保持5 min。进样口温度为250℃。载气为氦气（He），流速1.0 mL/min，不分流进样。

1.3.2 质谱条件

电离方式为电子电离（electron ionization，EI）源，电子能量为70eV，灯丝发射电流为200μA，离子源温度为230℃，接口温度为250℃，质量扫描范围为33～450 m/z。

1.3.3 数据处理

定性：试验数据处理由Xcalibur软件系统完成，C8～C20的正烷烃标准参考化合物经过与样品相同的升温程序，由保留时间计算得到的保留指数（rententionindex，RI）再经计算机检索美国国家标准技术研究院（national institute of standards and technology，NIST）谱库和Wiley谱库（320 k compounds version 6.0）共同定性。

定量：用峰面积表示挥发性物质的绝对含量，面积归一法计算物质的相对含量。

运用HemI1.0软件对数据进行聚类分析和热图绘制。

2 结果与分析

2.1 小米清酒挥发性成分组成

不同萃取头SPME萃取小米清酒挥发性成分分析结果见表1。由表1可知，不同萃取头SPME共检测到54种挥发性成分，其中醇3种、酯22种、醛4种、碳氢化合物17种、含苯衍生物6种、其他化合物2种，共有11种相同的主要挥发性成分。PA、PDMS、PDMS/DVB、CAR/PDMS和DVB/CAR/PDMS萃取头分别检测到21、25、30、33和40种挥发性成分。其中PA萃取头检测到2种醇（83.77%）、10种酯（12.35%）、5种碳氢化合物（2.70%）、4种含苯衍生物（1.18%），主要挥发性成分（相对含量＞5%）为1-戊醇（41.75%）、苯乙醇（42.01%）、丁二酸二乙酯（7.98%）；PDMS萃取头检测到2种醇（42.83%）、11种酯（31.22%）、9种碳氢化合物（22.58%）、2种含苯衍生物（3.24%）、1种酮（0.12%），主要挥发性成分为1-戊醇（36.73%）、苯乙醇（6.10%）、正己酸乙酯（5.22%）、丁二酸二乙酯（13.46%）、辛酸乙酯（5.00%）、十六烷（10.56%）；PDMS/DVB萃取头检测到2种醇（52.68%）、1种醛（0.08%）、14种酯（31.46%）、11种碳氢化合物（14.81%）、5种含苯衍生物（0.97%），主要挥发性成分为1-戊醇（28.08%）、苯乙醇（24.60%）、丁二酸二乙酯（19.59%）、十六烷（6.67%）；CAR/PDMS萃取头检测到3种醇（65.90%）、2种醛（0.30%）、12种酯（31.91%）、9种碳氢化合物（1.26%）、4种含苯衍生物（0.63%），主要挥发性成分为1-戊醇（21.12%）、苯乙醇（44.74%）、正己酸乙酯（6.86%）、丁二酸二乙酯（18.54%）；DVB/CAR/PDMS萃取头检测到3种醇（43.91%）、3种醛（0.49%）、16种酯（31.43%）、13种碳氢化合物（15.17%）、含苯衍生物4种（1.39%）、酚类1种（0.04%），主要挥发性成分为1-戊醇（19.42%）、苯乙醇（30.91%）、丁二酸二乙酯（18.59%）辛酸乙酯（5.30%）、十六烷（6.39%）。

表1 不同萃取头SPME小米清酒挥发性成分分析结果Table 1 Analysis results of volatile components in millet sake by SPME with different extractors

续表

2.1.1 醇类化合物

醇类化合物是小米清酒中含量最高的化合物，5种萃取头固相微萃取共检测到3种醇类物质，分别为苯乙醇、1-戊醇和2-乙基己醇，CAR/PDMS萃取头检测到3种醇，其他萃取头分别检测到2种醇，苯乙醇在不同萃取头都被检测到。醇类化合物是酵母细胞在发酵过程中次级代谢产生的，一般呈清香和果香味，苯乙醇是小米清酒的主要挥发性成分，通常具有花香香气，这能使黄酒醇香，口感清甜，是黄酒国标的重要检测指标[20]。1-戊醇呈水果香气和青草香气，可能对小米清酒气味有贡献。

2.1.2 酯类化合物

酯类化合物是小米清酒中种类丰富的化合物，共有22种酯类化合物被检测到。不同萃取头检测到3种相同的酯类化合物：正己酸乙酯、丁二酸二乙酯、辛酸乙酯。DVB/CAR/PDMS萃取头对酯类吸附能力最强，PA萃取头对酯类吸附能力最差。酯类物质大多为发酵过程和陈酿过程中酸与醇的反应产物，其中正己酸乙酯、丁二酸二乙酯、辛酸乙酯等乙酯类化合物含量相对较高，这些酯类具有较低的阈值，大多为令人愉快的香气[21]，如丁二酸二乙酯呈花香、癸酸乙酯呈水果香、月桂酸乙酯呈脂香，这些都赋予清酒怡人的香气，这些物质可能是小米清酒香味的重要来源。

2.1.3 醛类化合物

醛类是成品黄酒老化的重要物质，被检测到的醛类物质共有4种，PA和PDMS没有检测到，而复合涂层萃取头CAR/PDMS、PDMS/DVB和DVB/CAR/PDMS分别检测到2、1、3种，DVB/CAR/PDMS萃取到的醛类物质种类、含量最高。醛类物质是一类羰基化合物，系美拉德反应或高级醇氧化的产物[22]，苯甲醛和苯乙醛都呈甜花香气味，是黄酒中常见的气味特征成分[5]，可能对小米清酒的气味有一定贡献。

2.1.4 碳氢化合物、含苯衍生物及其他

小米清酒中还检测到17种碳氢化合物，为种类最丰富的化合物。PDMS萃取头吸附效果最强，PDMS/DVB、DVB/CAR/PDMS吸附化合物种类最多。碳氢化合物通常具有阈值较高，对风味贡献可能不大，但含量较高的碳氢化合物可能对风味成分平衡协调起到较大作用。检测到6种含苯衍生物，2-甲基萘在不同萃取头都被检测到。含苯衍生物的来源与小米清酒的原料特性相关，其中1-甲基萘和2-甲基萘被鉴定为小米的风味成分[23]，可能和产品萘香气味有关。另外，分别有1种酚类和1种酮类在PDMS和DVB/CAR/PDMS中被检测到，但它们的气味特征尚不明确。

2.2 小米清酒挥发性成分聚类热图分析

不同萃取头SPME萃取小米清酒挥发性成分聚类热图分析见图1所示。由图1可知，5种类型萃取头SPME萃取小米清酒中挥发性成分差异明显，根据热图分析可分为PA萃取头、PDMS萃取头和复合萃取头（PDMS/DVB、CAR/PDMS和DVB/CAR/PDMS）3类。复合萃取头DVB/CAR/PDMS、CAR/PDMS与PDMS/DVB 3者萃取到的成分相近，PDMS/DVB、CAR/PDMS和DVB/CAR/PDMS萃取头对中等极性的酯和含苯类衍生物等吸附能力较好，DVB/CAR/PDMS萃取头检测到的挥发性成分种类和数量最多。

图1 不同萃取头SPME萃取小米清酒挥发性成分聚类热图Fig.1 Cluster heatmap of volatile components in millet sake by SPME with different extractors

3 结论

本研究使用PA、PDMS、PDMS/DVB、CAR/PDMS、DVB/CAR/PDMS 5种萃取头SPME结合GC-MS对小米清酒挥发性成分进行分析鉴定，共检测到54种挥发性成分，主要有醇类3种、酯类22种、醛类4种、碳氢化合物17种、含苯衍生物6种和其他化合物2种。确定1-戊醇、苯乙醇、正己酸乙酯、丁二酸二乙酯、辛酸乙酯和十六烷为小米清酒主要挥发性特征成分。聚类热图分析显示，不同萃取头提取到的风味成分差别较大，按萃取效果可分为3类：PA萃取头、PDMS萃取头、复合萃取头（PDMS/DVB、CAR/PDMS和DVB/CAR/PDMS）。使用不同种萃取头，可全面了解小米清酒挥发性成分的构成，对小米清酒产品品质分析及其质量控制具有重要指导意义。