固相微萃取/气相色谱-质谱联用分析麦芽挥发性风味物质组成

董亮，张笑，朴永哲，侯英敏，史仲平，赵长新

1(江南大学 生物工程学院，江苏无锡，214122)2(大连工业大学，生物工程学院，辽宁 大连，116034)3(大连甘井子区疾病预防控制中心，理化检验科，辽宁大连，116034)4(大连民族学院，生命科学院，辽宁 大连，116600))

啤酒是当今世界上产量最大的饮料酒，其特殊的爽口风味深受广大消费者的喜爱。啤酒的风味是啤酒重要的品质特征之一，现在的消费者对啤酒的风味的要求越来越高。风味由一些能够引起人的感官反应的物质所组成，包括能够引起嗅觉的嗅感物质和能够引起味觉的味感物质［1］。啤酒的风味多因原料、地域及生产环境而产生差异，即使是同一品牌在相同工艺条件下产出酒体的风味有时也存在较大的差异，因此，啤酒风味的稳定性已经成为啤酒生产企业的首要技术要求。麦芽作为啤酒生产的主要原料，其风味的稳定性直接的影响着最终啤酒的风味，因此现阶段啤酒生产企业除了保持生产工艺稳定外，还采取了稳定麦芽的供应链以及麦芽的加工工艺等手段来稳定酒体的风味，并取得了良好的效果。而用于食品辅料麦芽的挥发性嗅感物质的测定只见于Beal等［2］和Fickert等［3］人的报道，而专门针对于啤酒酿造使用的麦芽嗅感物质的测定目前报道较少。

固相微萃取技术是近十年来新型的挥发物质检测方法，由于其具备无需溶剂、快速简便、环保等优点，已广泛用于环境土壤、水、谷物、食品、香精香料及烟草等样品中挥发和半挥发性有机物的分析［4－5］。本文应用固相微萃取/气相色谱-质谱联用技术分析鉴定了酿造麦芽的挥发性风味物质的组成，以期为啤酒风味的稳定性研究提供借鉴。另外，本文选用的DVB-CAR-PDMS萃取头对化合物的极性具有宽广的吸附范围，尤其对极性小分子的吸附效果相对更好，被广泛地用于食品风味分析。

1 材料与方法

1.1 实验材料

1.1.1 原料

麦芽Sabastian，由大连中粮麦芽有限公司馈赠。

1.1.2 实验仪器

固相微萃取装置(美国 Supelco公司);复合DVB-CAR-PDMS(divinylbenzene-carboxen-polydimethylsiloxane，二乙烯苯-碳分子筛-聚二甲基硅氧烷共聚物，涂层厚度为50/30 μm)萃取头;Agilent 6890气相色谱仪;Agilent 5975质谱仪。HH-8型水浴锅(国华电器有限公司);FA1004A型分析天平(上海精天科贸有限公司)。

1.2 实验方法

1.2.1 样品预处理

精确称量粉碎后的麦芽3.0 g装入20 mL萃取瓶中，用聚四氟乙烯衬里的硅橡胶垫密封，然后加入20%NaCl 2 mL与大麦粉末混合均匀后，置于(18±1)℃恒温水浴锅平衡30 min，插入装有纤维头的手动SPME进样器进行采样吸附60 min，采样完毕立即进入气相色谱仪在250℃ 解吸5 min进行GC-MS分析。

1.2.2 嗅感物质的GC-MS检测分析

1.2.2.1 GC-MS色谱条件

30 m×0.25 mm ×0.25 μm HP －5ms弹性石英毛细管柱;载气He气，流速2 mL/min;进样口以及检测器温度为250℃ ;程序升温:起始温度40℃ ，保持5 min，以2℃ /min升至50℃，后以5℃ /min升至250℃。

1.2.2.2 质谱条件

EI源电子轰击能量70 eV;离子源温度230℃;扫描间隔0.25 s;四极杆150℃;扫描范围40～400 u。

1.2.2.3 化合物的定性

化合物结构采用计算机Nist 08谱库检索、色谱保留指数、人工解析鉴定及和标准化合物比对鉴定。各化合物的相对含量用其所占总峰面积的百分比来反映［6－7］。

2 结果与讨论

2.1 麦芽Sabastian理化性质检测结果

麦芽Sabastian的理化检测结果见表1。如表1所示，根据行业标准QB/T1686－2008对啤酒酿造麦芽质量标准的规定，本文所选麦芽除糖化后麦汁色度指标略高于行业标准对优级大麦的规定外，其它各项理化指标均符合行业对优级淡色麦芽的规定。因此，麦芽Sabastian属于优级酿造麦芽，完全可以作为优质麦芽的代表用于风味物质的分析。

表1 麦芽Sabastian理化性质检测结果Table 1 Results of the analysis of physico-chemical property of Sabastian malt

2.2 麦芽Sabastian GC-MS分析检测结果

由表2所示，应用固相微萃取/气相色谱-质谱联用分析麦芽中挥发性嗅感物质取得了良好的效果，总共分析鉴定出31种化合物，其中醛类物质13种，醇类物质7种，酮类物质2种，酸类物质1种，其它类型化合物8种。图1所示为固相微萃取/气相色谱-质谱联用分析麦芽挥发性成分的总离子流图。

图1 固相微萃取/气相色谱-质谱联用分析麦芽挥发性成分的总离子流色谱图Fig.1 Total ion current chromatogram in the analysis of volatiles of malt by SPME/GC-MS

2.2.1 醛类化合物对大麦风味的贡献

本文共检出13种醛类物质，为麦芽Sabastian中检测出的数量最大的一类化合物。这些化合物分别是:乙醛、异丁醛、异戊醛、2-甲基丁醛、戊醛、正己醛、2-己烯醛、正庚醛、反-2-辛烯醛、壬醛、正癸醛、反-2-壬烯醛和反-2-，顺6-壬二烯醛。其中以异戊醛的相对含量较高，其峰面积相对百分比达到26.31%，该化合物具有浓厚的麦香气，是麦芽风味的重要组成物质之一。由表2可知，正己醛和2-甲基丁醛是仅次于异戊醛在麦芽中相对含量较高的两种醛类物质，其峰面积相对百分比分别达到24.69%和12.87%，正己醛具有淡淡的青草味儿，而异戊醛则同样具有浓烈的麦香味，这3种醛类同时也是整个麦芽香味组成中相对含量较大的前3种物质。其他的醛类的相对含量较低，根据 Cramer等［8］的报道，异戊醛和2-甲基丁醛也是麦芽的特征风味化合物之一。根据 Schieberle等［9］研究，反-2-壬烯醛是引起啤酒风味老化的重要物质，通常带来纸张的味道，其在麦芽中的峰面积相对百分比也相对较高，达到了5.07%。

由表2可以看出醛类物质是构成大麦主体风味的重要化合物，其总峰面积相对百分比达到74.65%，接近总峰面积的3/4。醛类通常赋予大麦以新鲜绿色的气息，而脂肪醛类一般带来淡淡的青草的香气。麦芽中醛类物质来源于制麦过程和焙焦过程中不饱和脂肪酸的氧化作用［10］。

表2 固相微萃取/气-质联机分析麦芽的挥发性成分结果Table 2 Results of the analysis of volatiles of malt by SPME/GC-MS

续表2

2.2.2 醇类化合物对大麦风味的贡献

本文所检测出的醇类物质是仅次于醛类物质的一类化合物，共有7化合物，他们是:乙醇;异丁醇;正戊醇;异戊醇;正己醇;1-辛烯-3醇和1-戊烯-3醇。由表2可知，醇类物质是麦芽中数量仅次于醛类物质的一类化合物，其总峰面积相对百分比达到4.63%。醇类物质如乙醇通常具有微甜的醇香;异丁醇具有淡淡的酒香;1-戊烯-3醇通常带有刺激性的黄油的味道;异戊醇则带来焦香麦芽的味道;正戊醇具有浓烈的香脂味儿;正己醇具有植物的清香和花的味道;1-辛烯-3醇是八碳化合物的代表，八碳化合物对食用菌的风味有着直接的影响，这些短链的八碳化合物，是制麦过程中绿麦芽中的不饱和脂肪酸，尤以亚油酸及亚麻酸为主，经脂肪氧化酶催化转变而成的。1-辛烯-3醇具有浓郁的蘑菇风味，素有“蘑菇醇”称号，它几乎存在于所有品种的食用菌中。

醇类物质通常也被认为是脂肪酸氧化的产物［10，12］。

2.2.3 酮类和酸类化合物对大麦风味的贡献

本文共鉴定出两种酮类和一种酸类化合物。他们是2-庚酮;3，5-二辛烯-2-酮和乙酸。这3种物质的相对含量较小，其峰面积相对百分比分别为0.04%、0.14%和0.62%。他们给大麦带来了浓烈的溶剂味和酸败的味道。酮类物质通常也来源于脂肪酸的氧化作用。而乙酸作者认为由绿麦芽表面的微生物作用产生，焙焦后残留在麦芽中。

2.2.4 其它类化合物对大麦风味的贡献

本文分析鉴定出两种芳香醛苯甲醛和苯乙醛，一种酯类乙酸乙酯，两种呋喃化合物2-戊基-呋喃和糠醛，一种硫化物二甲基硫，一种烯烃物质3-乙基-2-甲基-1，3-己二烯，还有一种稠环芳烃物质萘。这些物质中以苯乙醛的质量分数最高，峰面积相对百分比达到了3.87%，具有花香的味道，但是其来源未见报道;二甲基硫的质量分数为2.04%，这种化合物的存在通常带来一种生青味，被认为是麦芽和啤酒中不成熟味道的来源之一。苯甲醛其通常带有一种焦糖的味道，峰面积相对百分比达到1.94%，据Mo等［11］的报道，这种物质来源于米酒曲中微生物对氨基酸的降解。

3 结论

利用固相微萃取与气相色谱-质谱联用分析了麦芽Sabastian中的挥发性风味物质组成。实验结果表明，固相微萃取与气相色谱-质谱联用技术可以快速准确地分析鉴定麦芽中的挥发性风味物质。结果共分析鉴定出31种挥发性物质，其中对酿造麦芽风味贡献较大的化合物有:醛类化合物13种占总峰面积的74.65%，醇类化合物7种占总峰面积的4.63%，酮类2种占总峰面积的0.18%，酸类一种占总峰面积的0.62%，其它类化合物8种占总峰面积的11.84%;含量较高的成分为异戊醛、2-甲基丁醛和正己醛，其峰面积相对百分比分别达到26.31%、24.69%和12.87，基本上搞清了酿造麦芽嗅感物质的组成。

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