十个浓香型大曲挥发性风味物质的主成分分析

姚霞，明红梅，周健，陈晓旭，陈蒙恩，朱莉莉

（四川理工学院生物工程学院，四川自贡643000）

十个浓香型大曲挥发性风味物质的主成分分析

姚霞，明红梅*，周健，陈晓旭，陈蒙恩，朱莉莉

（四川理工学院生物工程学院，四川自贡643000）

研究浓香型大曲的主要挥发性风味物质，并根据这些化合物对大曲风味做初步评定，采用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用（SPME-GC-MS）技术检测大曲中的挥发性物质，用乙酸丁酯作为内标物，半定量这些化合物的含量，并用主成分分析法对挥发性物质和大曲样进行分析。结果显示：从10个大曲样品检测出46种挥发性风味物质，主要以酯类、吡嗪类、芳香类为主；主要的挥发性化合物是2，3，5-三甲基吡嗪、十四酸乙酯、1-苯基-2-丙醇、2，5-二甲基吡嗪、棕榈酸乙酯、2，3，5，6-四甲基吡嗪等；对10个大曲样本进行主成份分析，6号样风味最好，10号样其次，1号风味最差。通过对大曲中主要挥发性风味物质研究，可为大曲风味质量判断提供一定的理论参考价值。

浓香型大曲；挥发性风味物质；顶空固相微萃取；气质联用；主成分分析

大曲是酿制大曲酒用的糖化剂、发酵剂和增香剂［1-3］，含有多种微生物及产生的多种酶类，降解的原料成分和微生物代谢产物直接或间接地构成了白酒的风味物质［4］，像氨基酸类、芳香族类等物质为白酒的香味呈现起着重要作用［5］，对曲酒的风味和口感都有极大的影响。

顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用（SPME-GCMS）是研究复杂体系挥发性物质的一项实用技术［6］，广泛被一些专家学者用于大曲、食品、药材等挥发性风味物质的检测［7-9］。本研究对选取的10个浓香型大曲样本先进行顶空固相微萃取，在气质联用仪上进行解析检测大曲中的挥发性风味物质，并对这些挥发性风味物质进行半定量分析，利用主成分分析法对检测的挥发性风味物质和10个浓香型大曲样本分别进行分析，对本次大曲样中的主要挥发性风味物质给以确认，也对这10个大曲样进行评价。这对研究大曲乃至大曲酒中风味物质提供一定的参考。

1材料与方法

1.1材料与仪器

大曲样品：泸州老窖制曲生态园提供。由有经验的工人在一批成曲中帮忙挑选10块大曲，编号1、2、3、4、5、6、7、8、9、10分别粉碎过40目筛，混合均匀，存入4℃冰箱保存备用。

50 μm/30 μmDVAB/CAR/PDMS固相微萃取头、手动SPME进样器、15 mL带硅橡胶垫的样品瓶：美国Supelco公司；Agligent 6890N-5975B气相色谱-质谱联用仪：美国安捷伦公司；KQ-500DE型超声波振荡仪：昆山市超生仪器有限公司。

1.2方法

1.2.1顶空固相微萃取（SPME）条件

选取50μm/30μmDVAB/CAR/PDMS固相微萃取头，第一次使用时需于气相色谱进样口230℃老化5 min。

样品处理：取3g样品和10μL内标溶液放入顶空瓶中，盖上瓶盖，60℃水浴超声波震荡仪中平衡15min，然后插入萃取头，再60℃水浴顶空萃取30 min；GCMS进样口解吸4 min，进行GC-MS分析。

1.2.2气相色谱-质谱（GC-MS）分析条件

气相色谱条件：毛细管色谱柱为DB-WAX，规格为（60 m×250 μm×0.25 μm）；手动无分流进样，进样口温度230℃；程序升温：40℃保持1 min，然后5℃/min升温到180℃，保持1 min，再8℃/min升温到230℃，保持7 min；载气：高纯度氦气，流速为1 mL/min。

质谱条件：EI电离源，电子能量70 eV，质量扫描范围20 u～550 u，离子源温度230℃，接口温度230℃。

1.2.3定性与半定量分析

定性：检出挥发性组分物质的质谱图，通过与标准谱库（NIST05a.L）对比鉴定，匹配度大于800的予以确认。

半定量：选择乙酸丁酯为内标，乙醇为溶剂，配制乙酸丁酯浓度为1.76×10-5g/mL，取10 μL与3 g样品混匀，再进行顶空固相微萃取。先将大曲样品中鉴定的化合物质的峰面积与乙酸丁酯峰面积之比来初步判断这些挥发性化合物的含量，再根据乙酸丁酯质量浓度来进一步计算这些挥发性化合物的含量［12］，由于没有多次重复实验，对挥发性香味物质定量分析为本次萃取条件下的相对含量，故称半定量。

1.3数据处理方法

采用主成分分析法确定贡献率较大的香味成分［10］。主成分分析法把原来众多具有一定相关的多个指标（比如P个指标）重新组合成一组新的互相无关的综合指标来代替原来的指标，使复杂的问题简单化，便于抓住主要矛盾进行分析［11-13］。

将香味成分数据录入SPSS19.0根据相关系数列出相关矩阵，求出特征根及其相应的特征向量，从特征根中选出几个较大的特征根及其特征向量，累积贡献率在80%以上的前几个成分作为主成分进行分析［14-15］，找出主要贡献的挥发性风味物质。

2结果与分析

2.1十个大曲样品挥发性风味物质分析

十个大曲样品挥发性风味物质通过计算机谱库查询，并结合相关文献［8-10，15］检索，共检出46种挥发性风味物质，分七类，其中醇类2种、酸类1种、醛类2种、烯类5种、吡嗪类11种、酯类16种、芳香类9种。大曲样品中的挥发性风味物质种类及含量，如表1所示，不同的大曲样品检测的挥发性风味物质的种类和含量有一定差别，6、10号样品检测到的最多，3号样其次，1号样品最少。

表1　大曲样品中挥发性风味物质成分及含量Table 1The volatiles flavor compositions and their cotents in Daqu sample

续表1大曲样品中挥发性风味物质成分及含量Continue table 1The volatiles flavor compositions and their cotents in Daqu sample

2.2十个大曲样品挥发性风味物质主成分分析

利用软件SPSS19.0对10个大曲样品的46种挥发性风味物质进行主成分分析（principal component analysis，PCA）。得到主成分的特征值和贡献率如表2，主成份分析碎石图如图1，主成分载荷矩阵如表3。

主成份确定一般根据因子的累计贡献率、特征值以及碎石图拐点的变化趋势等因素来确定［11］。根据表2，前四个主成分特征值分别为24.661、7.037、4.004、2.843均大于1，方差贡献率分别为53.612%、15.298%、8.704%、6.180%，其累计贡献率达到83.794%，根据主成分分析一般提取主成分包含80%以上信息原理，前四个主成分包含了46种挥发性香味物质的绝大部分信息；根据图1，前四个主成分折线趋势很陡，在第五个主成分开始折线开始变的平缓；因此取前四个主成分说明46种挥发性香味物质的变化趋势，根据贡献率的大小，依次定为第一、第二、第三、第四主成分。

表2　主成分的特征值及其贡献率Table 2Eigenvalues contribution and cumulative contribution of principal components

图1　主成分分析碎石图Fig.1The principal component analysis scree plot

表3　主成分载荷矩阵Table 3The principal component loading matrix

续表3主成分载荷矩阵Continue table 3The principal component loading matrix

由表3可知，第一主成分反映的指标主要有2，3，5-三甲基吡嗪、十四酸乙酯、1-苯基-2-丙醇、2，5-二甲基吡嗪、棕榈酸乙酯、2，3，5，6-四甲基吡嗪、苯基丙酮、苯乙酸乙酯、癸酸乙酯、亚油酸乙酯、油酸乙酯、月桂酸乙酯、9-十六碳烯酸乙酯、萘、环辛烯、十五酸乙酯、丁酸乙酯、2，3，5-三甲基-6-乙基吡嗪、辛酸乙酯、苯甲醛、2，6-二乙基吡嗪、异丁酸、2-甲基吡嗪、2-甲基丁酸乙酯，主要指向吡嗪类、酯类、芳香类物质；第二主成分反映的指标主要有1-十一烯、苯乙醇、E-11-十六烯酸乙酯、2-乙基-3，5-二甲基吡嗪、2-乙基-6-甲基吡嗪，主要指向吡嗪类、芳香类物质；第三主成分反映的指标主要有乙醛、2-丁烯醛、苯酚，主要指向醛类、芳香类物质；第四主成分反映的指标主要有正丁醇、1，2，4-三甲氧基苯，主要指向醇类、芳香类物质。因此可以初步判断以上挥发性风味物质为大曲的主要风味物质，主要指向吡嗪类、酯类、芳香类物质。

图2由10个大曲样的第一主成分为横坐标，第二主成分为纵坐标做散点图而得。

由图2可知，10个大曲样本可分为5簇，6号样和其他样品分开比较远，单独成一簇，命为1簇；2、3、5、10号样比较接近，可分为一簇，命为2簇；7、8号样比较接近，命为3簇；4、9号样比较接近命为4簇；1号样单独为一簇，命为5簇。

图2　10个样品的主成分散点图Fig.2PCA biplot for 10 samples

图3　46种香气物质主成分散点图Fig.3PCA biplot for 46 identified aroma components

图3由46种挥发性香味物质的第一主成分值为横坐标，第二主成分值为纵坐标（第一、第二主成分累计贡献率达68.910%）做散点图而得。综合图2、图3可知，影响1簇即6号样品的风味物质主要集中在第一象限，离原点较远的位置，按影响力大小依次为己酸乙酯、棕榈酸乙酯、二甲基吡嗪、月桂酸乙酯、油酸乙酯、十四酸乙酯、亚油酸乙酯、2，3-二甲基吡嗪、辛酸乙酯等；影响2簇样品的风味物质也集中在第一象限，离原点较近的位置，按影响力大小依次为（E，E，E）-1，4，8-十二碳三烯、苯酚、2，6-二甲基吡嗪等；影响3簇样品的风味物质集中在第一主成分的负半轴，主要影响物质为E-1，9-十四碳二烯；影响4簇的风味物质主要集中在第二成分的负半轴，主要影响物质为正丁醇；影响5簇的风味物质主要集中在第三象限，主要影响物质为2，3-二甲基-5-乙基吡嗪。

以每个主成分所对应的特征值占所提取的主成分总的特征值之和的比例作为权重，计算主成分综合得分，即F值，再根据F值大小对10个大曲样进行排序，如表4所示，综合得分越高说明大曲风味越好，如此可以对大曲风味进行评定，继而分级。

表410　个大曲样综合评价结果Table 4The comprehensive evaluation results of 10 Daqu samples

根据表4可知，6号大曲样得分最高，风味最好，其次是10号样大曲，再其次是3号大曲样，得分最低的是1号样，即1号样大曲风味最差。

3结论

利用顶空固相微萃取，结合气相色谱质谱法（GCMS）测定10个大曲样品中的挥发性风味物质成分，共检测出挥发性风味物质46种，包含酯类化合物，吡嗪类化合物、芳香族化合物、醛类化合物、烯类化合物、醇类化合物、酸类化合物。同时利用内标法对这些风味成分进行半定量分析，发现酯类物质、吡嗪类物质、芳香族类物质含量比较高。

对检测出的46种挥发性风味物质进行主成分分析，发现2，3，5-三甲基吡嗪、十四酸乙酯、1-苯基-2-丙醇、2，5-二甲基吡嗪、棕榈酸乙酯、2，3，5，6-四甲基吡嗪、苯基丙酮、苯乙酸乙酯、癸酸乙酯、亚油酸乙酯、油酸乙酯、月桂酸乙酯、9-十六碳烯酸乙酯、1-十一烯、苯乙醇为大曲的主要挥发性风味物质。对10个大曲样本进行主成份分析，6号样得分最高，风味最好，10号样其次，1号样品得分最少，风味最差。

本研究对10个大曲样本的挥发性风味物质进行萃取分析，利用主成分分析法分析大曲风味，为大曲风味质量的判断提供了一种新的方法。

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Principal Components Analysis of Volatile Flavor Components from Ten Luzhou-flavor Daqu

YAO Xia，MING Hong-mei*，ZHOU Jian，CHEN Xiao-xu，CHEN Meng-en，ZHU Li-li
（Sichuan University of Science&Engineering of Bioengineering Institute，Zigong 643000，Sichuan，China）

In order to study the main volatile flavor substances in Luzhou-flavor Daqu and do the primary evaluation on Daqu level of flavor according to these compounds，headspace solid phase micro-extraction coupled with gas chromatography mass spectrometry（SPME-GC-MS）detection method was used，and using butyl acetate as the internal standard substance，semi quantitative the content of volatile compounds，analyze the compounds and Daqu samples by principal component analysis（PCA）.The results showed that：there were 46 kinds of volatile flavor substances detected in 10 Daqu samples，mainly contend esters，pyrazines，aromatic. Volatile flavour compounds mainly contend trimethyl-Pyrazine，Tetradecanoic acid ethyl ester，1-Phenyl-2-propanol，2，5-dimethyl-Pyrazine，Hexadecanoic acid ethyl ester，tetramethyl-pyrazine and so on.Analyze 10 Daqu samples by PCA，the flavor of the best was sample 6，secondly was sample 10，No.1 had the worst flavor. Through the research on the main volatile flavor compounds of Daqu，it could provide some theory reference value for Daqu quality judgment.

Luzhou-flavor Daqu；volatile flavor components；headspace solid phase micro-extraction，gas chromatography-mass spectrometer（GC-MS）；principal component analysis（PCA）

10.3969/j.issn.1005-6521.2015.14.005

2015-05-09

泸州老窖科研奖学金项目（13ljzk04）；研究生创新基金项目（y2014028）

姚霞（1988—），女（汉），在读研究生，研究方向：酿酒微生物研究及应用。

明红梅（1971—），女，副教授，从事酿酒微生物研究。