工业制麦过程挥发性醛类的鉴定与变化规律分析

董 亮，李 峰，付 月，徐 凯，苏宏旭，赵长新，史仲平

（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.抚顺师范高等专科学校生化系，辽宁抚顺113000；4.沈阳化工学校应用化学系，辽宁沈阳110122；5.中粮麦芽大连有限公司研发中心，辽宁大连116000）

工业制麦过程挥发性醛类的鉴定与变化规律分析

董 亮1，2，李 峰3，付 月4，徐 凯5，苏宏旭5，赵长新2，史仲平1，*

（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.抚顺师范高等专科学校生化系，辽宁抚顺113000；4.沈阳化工学校应用化学系，辽宁沈阳110122；5.中粮麦芽大连有限公司研发中心，辽宁大连116000）

利用固相微萃取与气质联用技术分析鉴定了酿造大麦工业制麦过程中挥发性醛类物质的组成。共分析鉴定出15种挥发性醛类物质，绝大部分醛类都存在于整个制麦过程。通过对醛类挥发物的定量分析发现，热干燥和焙焦过程对醛类含量影响较大，主要表现为使其含量减少，正己醛、壬醛、反-2-辛烯醛含量在整个制麦过程呈现出先增加后减少的趋势；乙醛、异丁醛、正辛醛的含量在整个制麦过程呈现出波动下降的趋势；2-甲基丁醛的含量在制麦开始时基本保持不变，制麦后期其含量快速增加后又迅速降低；异戊醛的含量基本上保持不变。

制麦，麦芽，挥发性物质，醛类

啤酒是当今世界上产量最大的饮料酒，鉴于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]。啤酒主体的风味主要由其原料麦芽决定，麦芽作为大麦发芽的制成品，无论工业化还是实验室规模的制麦过程大体上都包括浸麦、发芽、干燥和焙焦四个过程，整个的制麦周期在6d左右。研究表明：麦芽中的风味物质大部分来源于热干燥和焙焦过程中的美拉德反应，而该反应同时也是麦芽色泽的主要来源[2]。因此，制麦过程对麦芽的品质和风味起到决定性的作用。

研究发现醛类作为羰基类化合物在啤酒的贮藏过程中是引起啤酒老化的一类重要物质。乙醛是最早被发现在啤酒老化过程中浓度增加的醛类化合物之一，反-2-壬烯醛（纸板味）被广泛的认为是引起啤酒老化的重要物质，并一度作为啤酒老化味的主要检测指标，而其他的线性醛类分子也具有与反-2-壬烯醛相似的味道。例如线性C4-C10的烷醛、烯醛、二烯醛，特别是从2-庚烯醛开始的长链醛在啤酒贮藏中含量有一定程度增加。研究同时发现，二烯醛，如：（顺，反）-2，-二烯醛和（顺，顺）-2，4-癸二烯醛在啤酒老化过程中也起到重要的作用。在啤酒贮藏过程中引起老化的醛类物质还有2-甲基丙醛、2-甲基丁醛、异戊醛、苯甲醛和苯乙醛[3]。

无论是原料大麦还是成品麦芽挥发性醛类都是其风味化合物的主要组成部分[4]。鉴于醛类挥发性风味物质在啤酒风味老化过程中的作用，开展制麦过程中醛类物质的研究是十分必要的。本文首先应用固相微萃取/气相色谱-质谱联用技术分析鉴定了工业化制麦过程中的挥发性醛类物质的组成，然后对其中关键性的醛类物质进行定量分析，从中找到各风味醛类的物质产生及变化规律，这无疑将深化现阶段对啤酒风味老化起因的认识。同时，本文样品皆来自于工业化制麦生产现场，所得结果有望服务于工业化生产。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

大麦Metacalfe 产自加拿大；所有供试样品 由中粮麦芽大连有限公司馈赠。

固相微萃取装置 美国Supelco公司；复合DVBCAR-PDMS（二乙烯苯-碳分子筛-聚二甲基硅氧烷共聚物，涂层厚度为50/30μm）萃取头 美国Supelco公司；Agilent 6890气相色谱仪、Agilent 5975质谱仪美国安捷伦公司；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；HT12型氮吹浓缩仪 北京精诚华泰仪表有限公司；无水乙醇和无水Na2SO4为分析纯，购自于大连北疆化学试剂公司。

1.2 实验方法

1.2.1 制麦工艺 麦芽制造由塔式制麦系统完成，浸麦30h（湿浸6h—干浸16h—湿浸5h—干浸3h），浸麦度达到45%，麦层温度16～18℃，相对湿度90%，发芽114h，干燥后得成品麦芽。取样点设在24、48、72、96、120、144h，各取样点样品取出后加入一定量液氮装入组织粉碎机中粉碎至10目左右，-20℃冷冻保存。

1.2.2 样品预处理 精确称量粉碎后的样品3.0g装入20mL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 2mL与大麦粉末混合均匀后，置于（18±1）℃恒温水浴锅平衡30min，插入装有萃取头的手动SPME进样器进行采样吸附60min，采样完毕立即进入气相色谱仪在250℃解吸5min进行GC-MS分析[4]。

1.2.3 嗅感物质的GC-MS检测分析

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

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

1.2.3.3 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[5-6]。

1.2.4 嗅感物质的定量分析 准确称量粉碎后的样品5g置于索式提取器中，40℃水浴无水乙醚回流8h。提取液加入过量的无水Na2SO4过夜去除水分，后将乙醚提取液利用韦氏分离柱及氮吹仪浓缩至1mL，冷冻保存待进行气相色谱分析[7]。

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

1.2.4.2 嗅感化合物的定量 本文采用各化合物外标法对其进行定量分析[8]。具体计算公式为：

化合物的质量（微克/100g干物质简写为μg/100g DW）=峰面积/单位质量浓度化合物的峰面积响应值×该化合物的浓度。

2 结果与讨论

2.1 工业制麦过程中挥发性醛类物质的鉴定

由表1所示，应用固相微萃取/气-质联用技术分析工业制麦过程中挥发性醛类物质取得了良好的效果，总共分析鉴定出15种挥发性醛类物质。图1所示为固相微萃取/气-质联用分析制麦过程各阶段挥发性醛类物质的总离子流图。

根据董亮等[4]报道，醛类物质是构成大麦主体风味的重要化合物，其含量接近总挥发物含量的四分之三。本文总共分析鉴定出15种挥发性醛类物质，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、正-2-庚烯醛、苯甲醛、正辛醛、反-2-辛烯醛、壬醛、正癸醛和反-2-壬烯醛。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发芽和焙焦过程中不饱和脂肪酸的氧化作用[9]。

由表1可以清楚的看出不同醛类物质在制麦过程中产生的时间及相对变化的趋势，从大麦-制麦-成品麦芽整个麦芽生产过程来看，鉴于不同醛类物质产生的时间，大致将其分成6大类化合物：第一类化合物为只存在于原料大麦中，而鉴定出的醛类物质没有该类型的化合物；第二类为只存在于原料大麦和制麦过程中，这类化合物只有正辛醛，该化合物具有一定的脂香味；第三类为在制麦过程中产生并且只存在于该过程，这类化合物只有正癸醛，该化合物具有一定的皂香和柠檬味；第四类化合物为产生于制麦过程中并且能够经受住干燥过程中的极端环境留在成品麦芽中，这类化合物有2-己烯醛、正-2-庚烯醛，2-己烯醛具有青苹果味；第五类化合物为只在干燥过程中产生，而鉴定出的醛类物质没有该类型的化合物；第六类化合物为存在于整个制麦过程，余下的11种醛类物质都属于该型化合物。由于麦芽是啤酒酿造的主要原料，因此能够经受住热干燥和焙焦过程，并且留在成品麦芽中的醛类化合物相对于其他类型的化合物显得更加的重要，也就是第四类和第六类化合物，这两类化合物也是本文研究的重点。

根据Cramer等[10]的报道，异戊醛、正己醛和2-甲基丁醛是大麦的关键性风味化合物。其中异戊醛具有浓厚的麦香气，是麦芽风味的重要组成物质之一；2-甲基丁醛具有浓浓的可可味；正己醛具有淡淡的青草味儿。根据Schieberle等[11]研究，反-2-壬烯醛作为能够啤酒风味老化的重要物质，通常带来纸张的味道。

图1 制麦各阶段挥发性醛类物质总离子流图Fig.1 Total ion current chromatogram in the analysis of volatile aldehydes during malting by SPME/GC-MS

表1 固相微萃取/气-质联机分析制麦过程中挥发性醛类结果Table 1 Analysis of volatile aldehydes during malting by SPME/GC-MS

2.2 工业制麦过程中关键醛类物质的变化

为了更好的探讨制麦过程中挥发性醛类物质的变化规律，本文对所鉴定出的醛类物质进行了定量分析，由于所使用定量分析的方法的限制，致使部分醛类没有检出。因此，本文对其中8种醛类进行了定量分析。

由图2（A）所示，乙醛在整个制麦过程中呈现出波动式下降的趋势，发芽72h时其含量达到最大3.39mg/100g DW，干燥后其含量略有降低，在成品麦芽中其含量为2.58mg/100g DW。正己醛的含量在制麦过程中呈先上升后降低的趋势，其在原料大麦中的含量为0.3mg/100g DW，制麦开始后其含量逐渐的升高，144h时达到最大为2.38mg/100g DW，焙焦后其含量迅速的下降至0.18mg/100g DW。异丁醛在整个制麦过程中其含量呈下降的趋势，成品麦芽中其含量为36.31mg/100g DW（图2B）。壬醛的含量在制麦过程中先大幅度的升高，后逐步的降低，热干燥和焙焦过程对其含量影响很大，在此过程中壬醛含量降至零。

图2 制麦过程中挥发性醛类物质的变化Fig.2 Curve of volatile aldehydes during malting process

由图2（C）可以看出，异戊醛的含量在整个发芽过程中基本保持不变。干燥结束后，麦芽中的含量在300μg/100g DW左右，而正辛醛在发芽开始后其含量呈波动式的下降，干燥和焙焦过程又使其含量迅速的降低至零。反-2-辛烯醛在原料大麦中含量为0，发芽开始24h后其含量快速的增长到最大值194.21μg/ 100g DW，然后其含量相对保持稳定，热干燥开始后其含量大幅度的降低至0（图2D）。而2-甲基丁醛在制麦开始后其含量保持相对稳定，96h后其含量快速的升高至256μg/100g DW，后逐渐的下降，干燥后其含量快速的降到97μg/100g DW。

2.3 工业制麦过程中醛类物质的变化机制

在大麦发芽过程中，醛类挥发性物质主要来源于酯类的氧化和水解作用，因此，发芽过程中酯类代谢物的走向对醛类物质的含量产生重大的影响。在正常发芽条件下，绝大部分酯类物质的代谢物通过糖的异生作用转化为蔗糖，蔗糖被转运到根和生长快速的组织中，为幼苗的生长和发育提供碳源和能量[12]；而被水解或氧化生成醛类化合物酯类的量相对较小。因此，部分醛类挥发物性物质的含量总体上呈现出逐渐下降的趋势或含量基本保持不变，如：异丁醛、正己醛、正辛醛（下降趋势）；异戊醛（保持不变）等物质在发芽过程含量的变化；当酯类物质的水解氧化作用大于其糖的异生作用的时候，相应醛类挥发性物质的含量则表现出逐渐上升的趋势，如：壬醛和反-2-辛烯醛在发芽过程中含量阶段性增加的趋势；而2-甲基丁醛含量的变化在发芽96h以前基本保持不变，96h后其含量明显的增加，这说明在制麦过程的前期种子萌发剧烈，绝大部分酯类物质通过糖的异生作用转化为蔗糖为幼苗的生长和发育提供碳源和能量，而发芽的后期随着绿麦芽生长作用的减弱，酯类物质通过糖的异生作用转化为蔗糖的作用也随之减弱，这时部分酯类被氧化水解成挥发性的醛类物质。综上，正是大麦发芽过程中酯类物质糖的异生作用和氧化水解作用的相互竞争构成了挥发性醛类挥发性物质含量的变化的内因。

另外，干燥和焙焦过程是对各挥发性醛类的含量影响较大的一个工艺过程，所有检测出的醛类物质的含量在此过程都呈现出下降的趋势。而此过程中，各化合物含量变化实质是一个动态变化的过程，也就是说促使各物质生成的酶解作用和各化合物损失的热蒸发作用同时存在，当热蒸发作用大于酶解作用时使得各化合物在干燥过程中含量逐渐的减少。

3 结论

利用固相微萃取与气-质联用技术分析鉴定了酿造大麦工业制麦过程中挥发性醛类物质的组成。实验结果表明，固相微萃取与气-质联用技术可以快速鉴定制麦过程中的挥发性醛类物质。实验取得了良好效果，共分析鉴定出15种挥发性醛类物质，绝大部分醛类都存在于整个制麦过程，且为成品麦芽的主要风味化合物。通过对醛类挥发物的定量分析揭示了挥发性醛类在整个制麦过程中含量变化的趋势，正己醛、壬醛、反-2-辛烯醛含量在整个制麦过程呈现出先增加后减少的趋势；乙醛、异丁醛、正辛醛的含量在整个制麦过程呈现出波动下降的趋势；2-甲基丁醛的含量在制麦开始时基本保持不变，制麦后期其含量快速增加后又迅速降低；异戊醛的含量基本上保持不变。大麦发芽过程中，酯类代谢物糖的异生作用和其氧化水解作用的相互竞争构成了挥发性醛类挥发性物质含量变化的内因。而热干燥和焙焦过程是影响醛类挥发物含量的重要工艺过程，主要表现为使醛类的含量减少。

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Analysis of the changing pattern of volatile aldehydes from an industrial scale malting process

DONG Liang1，2，LI Feng3，FU Yue4，XU Kai5，SU Hong-xu5，ZHAO Chang-xin2，SHI Zhong-ping1，*
（1.Jiangnan University，School of Biotechnology，Wuxi 214122，China；2.Dalian Polytechnic University，School of Biotechnology，Dalian 116034，China；3.Fushun Teachers College，Fushun 113000，China；4.Shenyang Chemical Industry School，Department of Applied Chemistry，Shenyang 110122，China；5.COFCO Malt（Dalian）Co，Ltd，Researching Center，Dalian 116000，China）

Volatile aldehydes identified from malting process were investigated by solid phase microextraction（SPME）combined with GC-MS.A total of fifty volatile aldehydes were identified，and most of these aldehydes survived in the whole malting process.As a result，it had a big influence for the kilning and roasting process to the content of aldehydes，which made the content of aldehydes deceased during this process. The concentration of hexanal，nonanal，E-2-octenal increased at the beginning of malting，then decreased in the following stage.Meanwhile，the content of acetaldehyde，octanal，2-methyl-propanal deceased steply. The concentration of 2-methly-butanal did not changed at the beginning of malting，then jumped to a high level at the end of malting.And the concentration of 3-methyl-butanal did not change during the whole process.

malting；malt；volatile compound；aldehydes

TS207.3

A

1002-0306（2014）08-0122-05

10.13386/j.issn1002-0306.2014.08.018

2013－07－22 *通讯联系人

董亮（1981-），博士在读，讲师，主要从事酿造大麦生理生化及风味特性方面的研究。