基于顶空固相微萃取-气质联用分析燕麦黄酒与藜麦黄酒的挥发性成分

刘　浩，刘晓杰，任贵兴，*

（1.中国农业科学院作物科学研究所/国家杂粮加工技术研发分中心，北京100081；2.吉林博大东方藜麦发展有限公司，吉林长春130041）

基于顶空固相微萃取-气质联用分析燕麦黄酒与藜麦黄酒的挥发性成分

刘浩1，刘晓杰2，任贵兴1，*

（1.中国农业科学院作物科学研究所/国家杂粮加工技术研发分中心，北京100081；2.吉林博大东方藜麦发展有限公司，吉林长春130041）

通过顶空固相微萃取结合气相色谱-质谱联用技术对燕麦与藜麦黄酒进行挥发性成分分析，共鉴定出挥发性成分86种，其中藜麦黄酒57种，燕麦黄酒55种，有26种是两种黄酒共有的。藜麦黄酒的挥发性物质组成为芳香族（64.09%，15种）、醇类（29.36%，7种）、酯类（4.37%，13种）、其他类（2.18%，22种）。燕麦黄酒的挥发性成分组成为（芳香族43.77%，14种）、醇类（27.39%，6种）、酯类（22.66%，15种）、其他类（6.18%，22种）。两种黄酒的含量较高的组分均为苯乙醇与异戊醇，同时在挥发性成分中均检测到具有抗氧化能力的物质，可以推测两种黄酒可能有抗氧化活性。

顶空固相微萃取，气质联用，藜麦黄酒，燕麦黄酒，挥发性成分

燕麦（Avena Sativa L.），又名莜麦，为禾本科（Gramineae）、早熟禾亚科（Pooideae）、燕麦属（Avena）一年生草本植物，可饲用、食用。燕麦的营养与医疗保健价值很高，籽粒中β-葡聚糖、酚酸、蒽酰胺（Avenanthramides）、类黄酮、维生素E等化合物的含量十分丰富，这使得燕麦及其制品有多种生物活性，如降血脂、降血糖、抗氧化、免疫增强等[1]。燕麦按照稃性状可以分为皮燕麦与裸眼燕麦两类，裸燕麦的营养价值比皮燕麦高[2]，我国多种植裸燕麦。国际上燕麦主要是谷物早餐形式食用，而国内大部分燕麦用于制粉以制作莜麦传统食品。近年来含有或使用燕麦作为主要原料制作的谷物饮料、豆浆、酸奶等饮品也有出现[3]。汪建国等[4]、涂璐等[5]对传统工艺酿造燕麦红曲黄酒进行了研究。藜麦（Chenopodium quinoa willd.），又称南美藜、奎藜等，为苋科（Amaranthaceae）、藜亚科（Chenopodiaceae）、藜属（Chenopodium）一年生自花授粉植物。藜麦籽粒营养价值极高，联合国粮农组织推荐藜麦为适宜人类食用的“全营养食品”[6]。藜麦籽粒蛋白质氨基酸组成极为均衡，不饱和脂肪酸、微量元素、维生素B族、多酚、甾醇、皂苷等功能性物质含量较高[7]，藜麦制品具有无麸质过敏、抗氧化、抗菌、抗炎等生物活性[8]。藜麦的食用方式主要以粥、沙拉等原粮初加工形式为主，深加工产品极少。

黄酒的挥发性成分是决定黄酒质量的重要因素之一，影响黄酒的感官评价质量与风格确定。黄酒的香气来源主要有原料本身、发酵过程的微生物活动与陈化等[9]。酒类香气成分分析技术成熟且研究较多，常见的预处理技术有液液萃取、蒸馏萃取、顶空法（动态或静态）、固相萃取和固相微萃取等[10]。其中固相微萃取（Solid-Phase Micro-extraction，SPME）结合顶空分析（Head Space，HS）建立起来的样品预处理技术集采样、萃取、浓缩于一体，绿色环保、方便快捷、成本低，已成为酒类挥发性成分分析最主流的技术之一。郭翔等[11]采取顶空固相微萃取技术测定黄酒中挥发性物质，比较不同黄酒中的醇、酯等成分的构成，并对这些成分进行系统的分析。郑春亮等[12]采用顶空固相微萃取法提取了5种不同成熟期黄酒的香气成分，并用气质联用仪对各组分进行了分离、鉴定和定量。罗涛等[13]采用顶空固相微萃取与气质联用法分析了不同地区生产的商品黄酒中的54种挥发性香气物质。此外顶空固相微萃取技术在白酒[14]、葡萄酒[15]、果酒[16]、发酵薏米酒[17]等样品的挥发性成分分析中也有应用。但有关燕麦黄酒与藜麦黄酒挥发性成分分析未见有报道。本文采用顶空固相微萃取和气质联用分析燕麦黄酒与藜麦黄酒挥发性成分，旨在为燕麦黄酒与藜麦黄酒的香气特征研究提供科学依据。

1　材料与方法

1.1材料与仪器

燕麦黄酒[18]、藜麦黄酒[19]均为国家杂粮加工技术研发分中心（北京）实验室自制；氯化钠分析纯，国药集团化学试剂有限公司。

Agilent 7890A GC-5975C inert XL MSD安捷伦科技有限公司；SPME手动进样手柄上海安谱科学仪器有限公司；50/30μm DVB/CAR/PDMS固相微萃取头Supelco Inc.，Bellefronte，PA；HH-S数显恒温水浴锅常州翔天实验仪器厂。

1.2实验方法

1.2.1萃取头的老化将新固相微萃取的萃取纤维头在气相色谱的进样口老化，老化温度为250℃，老化时间为1h。

1.2.2挥发性成分的提取40mL顶空进样瓶中装入16mL酒样（装液率40%），加入氯化钠4g，密封后超声1min。60℃水浴加热平衡30min后插入萃取头萃取30min。

1.2.3气相色谱条件Agilent HP-5MS 60m×0.25mm× 0.25μm；不分流进样，溶剂延迟5min，解析6min；载气高纯He（99.999%），流速为1mL/min；进样口温度250℃；程序升温：初始温度35℃，保持5min，5℃/min升温至60℃，保持2min；4℃/min升温至160℃，保持2min；5℃/min升温至250℃，保持3min。

1.2.4质谱条件接口温度280℃；EI电离源，离子源温度230℃，电离电压70eV，四级杆温度150℃；质量扫描范围为30～550amu。

1.2.5挥发性成分的分析未知化合物质谱图通过与NIST 08.L Database（Agilent Technologies Inc.）谱库进行比对，通过与标准样品质谱图比对综合相关参考资料对物质进行定性分析；采用面积归一法计算各成分的相对含量。

2　结果与分析

2.1藜麦黄酒与燕麦黄酒挥发性成分组成

藜麦黄酒与燕麦黄酒挥发性成分的GC-MS总离子流图见图1。两种黄酒的挥发性成分鉴定结果表明，共鉴定出挥发性成分86种，其中醇类12种、脂肪酸类6种、酯类（包括脂肪酸酯与内酯）24种、醛酮类6种、芳香族类（包括芳香烃及其衍生物）20种、酚类4种、醚类3种、杂环类3种、烃类8种，有26种是两种黄酒共有的。

图1　藜麦黄酒与燕麦黄酒挥发性成分的GC-MS总离子流图Fig.1　Total ion current chromatography of Chinese quinoa wine and Chinese oat wine for volatile compounds analysis

在藜麦黄酒中，共检测出57种化合物，占总峰面积的94.07%。物质类别按含量比重由高到低排列依次为芳香族64.09%、醇类29.36%、酯类4.37%、烃类0.63%、醛酮类0.61%、酚类0.36%、酸类0.28%、醚类0.25%、杂环类0.04%，芳香族与醇类物质是藜麦黄酒的最主要挥发性成分类别。具体到挥发性物质，苯乙醇、异戊醇、乙酸苯乙酯、2-叔丁基-4-羟基茴香醚、琥珀酸二乙酯、乳酸乙酯的相对含量分别为58.98%、27.94%、1.80%、1.47%、0.98%、0.86%，共计92.03%，这几种物质是藜麦黄酒的主要挥发性成分。

表1　藜麦黄酒与燕麦黄酒的挥发性成分组成Table.1　Composition of volatile compounds in Chinese quinoa wine and Chinese oat wine

续表

对于燕麦黄酒，共检测到挥发性成分55种，占总峰面积的94.65%。从相对含量来看，芳香族（43.77%）、醇类（27.39%）和酯类（27.39%）是燕麦黄酒主要的挥发性成分类别，其余物质如酸类（3.53%）、烃类（1.16%）、杂环类（0.79%）、醛酮类（0.37%）、酚类（0.28%）醚类、（0.06%）含量较低。苯乙醇（38.19%）、异戊醇（17.45%）、α-戊基-γ-丁内酯（14.27%）、正己醇（7.33%）、辛二酸二乙酯（3.13%）、丁酸丁酯（2.25%）、2-叔丁基-4-羟基茴香醚（1.97%）、正己酸（1.62%）、α-丁基-γ-丁内酯（1.47%）、正辛醇（1.18%）、苯甲醛（1.16%）、3-苯丙酸乙酯（1.00%）是含量较高的挥发性成分物质，共计91.02%，是燕麦黄酒的主要的挥发性成分组分。

2.2藜麦黄酒与燕麦黄酒挥发性成分中的醇类物质分析

醇类物质主要是由糖代谢、氨基酸脱氢脱羧作用产生[20]。藜麦黄酒与燕麦黄酒中共检测出醇类物质12种。两种黄酒中醇类物质虽总含量相近但是物质种类差距极大，藜麦黄酒中的醇类物质结构相对复杂，而燕麦黄酒中的醇类多为直链脂肪醇。异戊醇是两种黄酒唯一共有的醇类，且在醇类物质中含量最高，异戊醇具有青草植物香气，但略有刺激性，为杂醇油组份之一。藜麦黄酒中含有微量的2，3-丁二醇具有改善酒体风味的作用，3-甲硫基丙醇具有发酵产品的发酵香味，外还含有具有橙花香味的橙花叔醇等。燕麦黄酒中正己醇的含量（7.33%）也较高，正己醇具有水果与青草香气，此外含有微量具有特殊柏木香气的柏木脑（2，6，6，8-四甲基三环[5.3.1.0]十一烷-8-醇）。

2.3藜麦黄酒与燕麦黄酒挥发性成分中的酯类物质分析

酯类物质主要来源于醇类的酯化，酵母发酵与陈酿过程是酯类物质形成的主要途径[21]，大多数酯类具有花香或水果香。两种黄酒中共检测出酯类物质24种，藜麦黄酒有13种，燕麦黄酒有15种，共同存在的有4种。两种黄酒的酯类物质含量差距极大，作为燕麦黄酒的主要挥发性成分酯类含量达22.66%，α-戊基-γ-丁内酯是燕麦黄酒主要的酯类成分（14.27%），有独特的椰子香气、辛二酸二乙酯、具有水果香气的丁酸丁酯、具有甜草药香的α-丁基-γ-丁内酯含量也较高。而藜麦黄酒中仅含有4.37%，主要酯类物质为琥珀酸二乙酯、乳酸乙酯、异丁酸乙酯、己酸乙酯等。琥珀酸二乙酯有令人愉悦的酒香，乳酸乙酯优雅的果香气味，己酸乙酯具有青苹果、果香、茴香气味[22]。

2.4藜麦黄酒与燕麦黄酒挥发性成分中的芳香族物质分析

芳香族物质含量在两种黄酒中均为最高，分别为藜麦黄酒64.09%、燕麦黄酒43.77%，具有玫瑰香等多种特殊风味的苯乙醇含量极高[23]。藜麦黄酒中共有芳香族物质15种类，除去苯乙醇，还有较高含量的具有甜玫瑰花香的乙酸苯乙酯。燕麦黄酒中共有芳香族物质14种，除去苯乙醇外，还有含量较高的杏仁气味的苯乙醛。此外，两种黄酒中均含有一些特殊风味的物质，如两种黄酒中共有的具有香樟木气味的萘类物质，藜麦黄酒中具有的甜玫瑰花香的苯乙酸乙酯、具有冬青叶气味的水杨酸甲酯，燕麦黄酒中具有芳香气味的异香草醛，这些物质赋予了两种黄酒特殊的香气风格。值得注意的是两种黄酒中均含有2-叔丁基-4-羟基茴香醚（BHA）[24]，这说明两种黄酒可能有抗氧化活性。

2.5藜麦黄酒与燕麦黄酒挥发性成分中的醛酮类物质分析

醛酮类物质常常具有特殊的香气，同时能使得酒体香气趋于融合、协调[17]。两种黄酒中共检测出醛酮类物质6种，藜麦黄酒中全部含有，燕麦黄酒中仅含有3种，这些成分含量均不高。3种共有的成分为癸醛、香叶基丙酮、壬醛，分别呈果香、青香与甜橙气味。藜麦酒中还含有具有果香的2-壬酮、具有愉悦玫瑰香气的大马酮和具有特殊花香的2-苯基巴豆醛等挥发性成分。

2.6藜麦黄酒与燕麦黄酒挥发性成分中其他类别的物质分析

酚类物质共检测出4种，藜麦黄酒均含有，燕麦黄酒只含有2，6-二叔丁基对甲酚一种。两种黄酒中的酚类物质含量相近且较低，但是鉴定得到的2，6-二叔丁基对甲酚和2，4-二叔丁基苯酚均具有强抗氧化作用。藜麦黄酒中含有的邻甲氧基苯酚有特殊芳香气味，4-乙烯基-2-甲氧基苯酚有似发酵与炒花生的香气。脂肪酸是酒体的协调成分，可由酒精和乳酸发酵过程产生[25]。两种黄酒共检测出酸类物质6种，其中燕麦黄酒5种，藜麦黄酒2种，共有正己酸1种。烃类化合物共检测出8种，其含量很低，且烃类化合物一般气味微弱，可忽略[26]。此外，杂环类和醚类物质也有检测到，燕麦酒中含有的微量糠醛具有苦杏仁味道，藜麦酒中的二乙二醇乙醚具有令人愉悦的气味。

3　结论与讨论

使用顶空固相微萃取法，通过气质联用技术对藜麦黄酒与燕麦黄酒的挥发性成分进行鉴定。共鉴定得到挥发性成分86种，其中藜麦黄酒57种，燕麦黄酒55种，有26种是两种黄酒共有的。藜麦黄酒的香气物质组成为芳香族（64.09%，15种）、醇类（29.36%，7种）、酯类（4.37%，13种）、其他类（2.18%，22种）。燕麦黄酒的香气组成为（芳香族43.77%，14种）、醇类（27.39%，6种）、酯类（22.66%，15种）、其他类（6.18%，22种）。苯乙醇（58.98%）、异戊醇（27.94%）、乙酸苯乙酯（1.80%）、2-叔丁基-4-羟基茴香醚（1.47%）是藜麦黄酒的主要挥发性成分。而燕麦黄酒的挥发性成分为主要是苯乙醇（38.19%）、异戊醇（17.45%）、α-戊基-γ-丁内酯（14.27%）、正己醇（7.33%）、辛二酸二乙酯（3.13%）、丁酸丁酯（2.25%）、2-叔丁基-4-羟基茴香醚（1.97%）。此外，两种黄酒中存在2-叔丁基-4-羟基茴香醚（BHA）和2，6-二叔丁基对甲酚（BHT）等抗氧化物质，因此两种黄酒可能具有抗氧化活性。

本研究结果表明藜麦发酵酒与燕麦发酵酒的挥发性成分为芳香族、酯类、醇类、醛酮类、酸类以及其他化合物等，这些物质共同形成了藜麦黄酒与燕麦黄酒独特的香气物质组成。但是黄酒香气特征是由各种挥发性成分的含量、感官阈值、以及物质间相互作用决定的，香气特征的鉴定还需人体嗅觉感官的参与才能完成[27]。因此，对两种黄酒香气组分的研究，可进一步结合感官评定等技术手段形成评价体系的进行。采用顶空固相微萃取方法研究杂粮发酵酒中的挥发性成分，能简易、快速地检测出酒体中大部分挥发性成分，但是其中不易挥发的组分是很难检测到的，因此可结合其他方法仅进一步对挥发性成分进行评价。

[1]Singh R，De S，Belkheir A.Avena sativa（Oat），a potential neutraceutical and therapeutic agent：an overview[J].Critical Reviews in Food Science and Nutrition，2013，53（2）：126-144.

[2]Biel W，Bobko K，Maciorowski R.Chemical composition and nutritive value of husked and naked oats grain[J].Journal of Cereal Science，2009，49（3）：413-418.

[3]任长忠，胡新中.中国燕麦产业发展报告2010[D].西安：陕西科学技术出版社，2011.

[4]汪建国，沈玉根，黄炎远，等.燕麦红曲黄酒的研制[J].中国酿造，2013，32（2）：152-154.

[5]涂璐，王爱莉，李再贵.燕麦红曲黄酒多酚含量及抗氧化性研究[J].中国酿造，2012，31（1）：43-45.

[6]White P L，Alvistur E，Dias C，et al.Nutritive values of crops，nutrient content and protein quality of quinua and cañihua，edible seed products of the andes mountains[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry，1955，3（6）：531-534.

[7]James A，Lilian E.Quinoa（Chenopodium quinoa Willd.）：Composition，chemistry，nutritional and functional properties[J]. Advances in Food and Nutrition Research，2009，58：1-31.

[8]周海涛，刘浩，么杨，等.藜麦在张家口地区试种的表现与评价[J].植物遗传资源学报，2014，15（1）：222-227.

[9]胡健，池国红，何喜红.黄酒发酵过程中主要香气成分的变化[J].酿酒科技，2007，162（12）：60-63.

[10]Cabredo-Pinillos S，Cedrón-Fernández T，Sáenz-Barrio C. Comparison of different extraction methods applied to volatile compounds in wine samples previous to the determination by gas chromatography[J].Analytical Letters，2004，37（14）：3063-3084.

[11]郭翔，胡普信，徐岩，等.黄酒挥发性风味物质的研究[J].酿酒科技，2004，125（5）：79-81.

[12]郑春亮，郑睿行，黄韬睿，等.黄酒香气成分的研究[J].生命科学仪器，2008，6（5）：30-35.

[13]罗涛，范文来，徐岩，等.我国江浙沪黄酒中特征挥发性物质香气活力研究[J].中国酿造，2009，203（2）：14-19.

[14]张明霞，赵旭娜，杨天佑.黄正阳顶空固相微萃取分析白酒香气物质的条件优化[J].食品科学，2009，32（12）：49-53.

[15]Marti M P，Mestres M，Sala C，et al.Solid-phase microextraction and gas chromatography olfactometry analysis of successively diluted samples.A new approach of the volatile extract dilution analysis applied to the characterization of wine volatile[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry，2003，51（27）：7861-7865.

[16]张妮，肖作兵，于海燕，等.顶空固相微萃取-气质联用测定樱桃酒中的挥发性成分[J].食品科学，2011，32（10）：97-102.

[17]危晴，李晔，王晓杰，等.发酵型薏米酒香气成分的GC-MS分析[J].食品科技，2012，37（3）：297-304.

[18]任贵兴，刘浩.一种燕麦黄酒及其酿造工艺：中国，201410162715.7[P].2014-04-22.

[19]任贵兴，刘浩.一种藜麦黄酒及其制备方法：中国，201410010656.1[P].2014-03-26.

[20]Hernandez-Orte P，Cersosimo M，Loscos N，et al.The development of varietal volatile from non-floral grapes by yeasts of different genera[J].Food Chemistry，2008，107（3）：1064-1077.

[21]Comuzzo P，Tat L，Tonizzo A，et al.Yeast derivatives（extracts and autolysates）in winemaking：Release of volatile compounds and effects on wine volatile volatility[J].Food Chemistry，2006，99（2）：217-230.

[22]李华.葡萄酒品尝学[M].北京：科学出版社，2006.

[23]刘树文.合成香料技术手册[M].北京：中国轻工业出版社，2000.

[24]孙艳华，黄桂华，韩勇.气相色谱法测定抗氧剂叔丁基茴香醚中异构体的含量[J].山东化工，2010，39（3）：44-45.

[25]Mato I，Suárez-Luque S，Huidobro J F.A review of the analytical methods to determine organic acids in grape juices and wines[J].Food Research International，2005，38（10）：1175-1188.

[26]张莉，王华.桑椹汽酒挥发性成分的气相色谱-质谱分析[J].蚕业科学，2010，36（1）：152-156.

[27]陈娟，阚建全，杜木英，等.不同品种桑椹的蜂蜜发酵酒香气成分的GC-MS分析[J].食品科学，2009，30（4）：169-173.

Analysis of volatile composition of Chinese oat wine and Chinese quinoa wine by headspace solid phase micro-extraction and gas chromatography-mass spectrometry

LIU Hao1，LIU Xiao-jie2，REN Gui-xing1，*
（1.Institute of Crop Science，Chinese Academy of Agricultural Sciences/National R&D Center For Coarse Cereal Processing，Beijing 100081，China；2.Jilin Oriental Broad Quinoa Development Company Limited，Changchun 130041，China）

The volatile characteristics of Chinese oat wine and Chinese quinoa wine were investigated using headspace solid phase micro-extraction and gas chromatography-mass spectrometry.A total of 86 volatile components were identified with 26 kinds existing simultaneously in both.And there were 57 and 55 volatile components in Chinese oat wine and Chinese quinoa wine respectively.The volatile composition of Chinese quinoa wine was 15 kinds of volatile compounds（64.09%），7 kinds of alcohols（29.36%），13 kinds of esters（4.37%）and 22 kinds of other compounds（2.18%）while the Chinese oat wine was composed of 14 kinds of volatile compounds（43.77%），6 kinds of alcohols（27.39%），15 kinds of esters（22.66%）and 22 kinds of others（6.18%）.The volatile compounds in high content were phenylethyl alcohol and 3-methyl-1-butanol.Some compounds such as BHA and BHT were also detected in both two wines and which suggested that Chinese oat wine and Chinese quinoa wine might have strong anti-oxidant activity.

solid phase micro-extraction；gas chromatography-mass spectrometry；Chinese quinoa wine；Chinese oat wine；volatile compound

TS262.4

A

1002-0306（2015）04-0061-06

10.13386/j.issn1002-0306.2015.04.004

2014－06－03

刘浩（1989-），男，硕士研究生，研究方向：杂粮加工及品质评价。

任贵兴（1962-），男，博士，研究员，研究方向：粮食作物功能成分评价和产品开发。

十二五农村领域国家科技支撑计划课题（2012BAD34B05-11）；科技部科技伙伴计划（KY201402023）。