不同品种梨酒挥发性成分的SPME-GC-MS结果比较

李丽梅,郑振山,何近刚,冯云霄,程玉豆,关军锋

(河北省农林科学院遗传生理研究所,河北石家庄 050051)



不同品种梨酒挥发性成分的SPME-GC-MS结果比较

李丽梅,郑振山,何近刚,冯云霄,程玉豆,关军锋*

(河北省农林科学院遗传生理研究所,河北石家庄 050051)

以河北省大面积栽培的品种雪梨、鸭梨、黄冠梨、五九香梨、圆黄梨、黄金梨、香水梨和安梨为原料酿制梨酒,通过固相微萃取技术(Solid Phase Micro-extraction,SPME),结合GC-MS分析,比较了不同品种梨酒的挥发性成分。结果表明在8种梨酒中共鉴定出22种挥发性成分,其中3-甲基1-丁醇、己酸乙酯、辛酸乙酯、癸酸乙酯、月桂酸乙酯、棕榈酸乙酯在8种梨酒中均有检出。以1 μg/mL为界定值,确定了8个品种梨酒的主要挥发性成分。3-甲基-1-丁醇、辛酸乙酯、癸酸乙酯是除圆黄梨酒和黄金梨酒外其它6个品种梨酒的全部或部分主要挥发性成分,并且3-甲基-1-丁醇是除圆黄梨酒外的其它7个品种梨酒中含量最高的挥发性成分。除了主要挥发性成分外,梨酒中还含有微量的其他挥发性成分,如乙酸异戊酯、苯乙醇、琥珀酸二乙酯、正己醇、辛酸等。梨酒和葡萄酒的挥发性成分有相似之处,具有开发前景。

梨酒,固相微萃取技术(SPME),GC-MS,挥发性成分

梨酒是以梨为原料经发酵而成的低酒精度饮料,具有成本低、纯天然、果香浓郁、营养丰富的特点,能够发挥调节人体新陈代谢,促进血液循环、控制体内胆固醇水平、抗衰老等保健作用[1]。目前市面上常见的梨加工品主要是罐头、梨干、梨膏糖等传统产品,梨酒较为少见。河北省是梨果生产大省,栽培面积和产量居全国之首。加工梨酒可以消耗残次和产销过剩的梨果,提高产品的附加值,增加收益。关于梨酒的研究,集中在酵母的选择优化[2-3]、工艺条件的优化[4-5]等方面。香气成分是构成果酒质量典型性的主要因素,开展梨果酒的香气成分研究,有助于梨果酒的研发和品质提高。固相微萃取技术(Solid Phase Micro-extraction,SPME)集采样、萃取、浓缩于一体,萃取纤维可以直接插入GC 进样口解析成分,克服了液-液萃取法步骤多、易污染的缺点,被广泛应用于食品、烟草等行业。宋柬[6]采用固相微萃取-气相色谱-嗅辨-质谱法对京白梨酒的特征性香气成分进行了分析,陈计峦[7]采用固相微萃取-气相色谱-质谱法分析了库尔勒香梨酒的挥发性物质,但仅就单一品种梨酒香气成分进行研究,并且使用的都是面积归一化法,各成分的含量不能和其他品种果酒香气成分进行比较;何义[8]采取先用溶剂萃取香气物质,再用气相色谱-质谱法分析了鸭梨酒的香气成分,缺点是溶剂萃取的过程会造成香气物质损失。本研究以目前在河北省大面积栽培的品种雪梨、鸭梨、黄冠梨、五九香梨、圆黄梨、黄金梨、香水梨和安梨为原料分别酿制梨酒,采用SPME技术,结合GC-MS分析,采用内标法对不同品种梨酒的挥发性成分进行定量分析,比较了不同品种梨酒的挥发性成分,确定了8个品种梨酒的主要挥发性成分,旨在为梨的精深加工和梨酒的品质鉴定提供理论参考。

1　材料与方法

1.1材料与仪器

鸭梨河北省晋州市周家庄、雪梨河北省赵县范庄、五九香梨河北省晋州市贺家寨、黄冠梨河北省晋州市段家庄、黄金梨河北省赵县范庄、圆黄梨河北省赵县范庄、香水梨河北省昌黎县河北省农科院昌黎果树研究所基地和安梨河北省青龙县官场乡。

JM251D型榨汁机广东美的股份有限公司;53020型糖度计日本Atage公司;手动SPME进样器美国Supelco公司;100 μm Polydimethylsiloxane(PDMS)萃取针美国Sigma-Aldrich公司;TRACE GC ULTRA DSQ П 型气相色谱-质谱联用仪美国Thermo Scientific公司

1.2实验方法

1.2.1梨酒酿制将梨洗净后榨汁,根据梨汁自身的可溶性固形物含量(SSC)加入蔗糖调整SSC至22°Brix,加入温水溶解的安琪酿酒酵母(湖北安琪酵母股份有限公司),根据产品使用说明添加量为1.5%(w/w),在室温22 ℃发酵。当酒精度连续3 d无明显变化时,主发酵结束。倒罐,去除酒中的沉淀物。后发酵在20 ℃进行,时间为20 d。

1.2.2固相微萃取(SPME)操作参照文献[7-9]方法略有改进,在15 mL样品萃取瓶中,加入2.2 g NaCl和8 mL果酒,于45 ℃水浴中平衡10 min;将PDMS萃取针插入萃取瓶中,使之与梨酒液面保持1.5 cm距离,45 ℃萃取30 min。然后迅速将萃取针插入气相色谱仪的进样口,推出纤维头热解析5 min,同时启动气相色谱仪采集数据。

1.2.3GC-MS条件气相色谱条件:进样口温度250 ℃,不分流进样模式,起始温度38 ℃,保留10 min,以3 ℃/min升温至140 ℃,再以4 ℃/min升温至200 ℃。载气流速为1.2 mL/min。

色谱柱:HP-1(规格30 m×0.25 mm×0.25 μm)

质谱条件:电离方式EI,电离电压70 eV,离子源温度230 ℃,传输线温度280 ℃,四级杆温度为150 ℃,扫描范围为15～300 amu。

1.2.4样品定性定量各组分的质谱经人工通过计算机在质谱库NIST/EPA/NIH(version 2.0 build Apr 26.2005)中进行检索(仅报道匹配度大于75%的鉴定结果),并结合有关文献资料进行定性分析鉴定。

参照陈美霞[10]方法,采用内标法定量。以2-辛酮为内标物,将已知浓度的内标物加入到定量果酒中,通过内标物的峰面积和果酒中各个组分的峰面积比值,计算各个组分的相对浓度。

其中:Cc:果酒中某组分的相对浓度;Cs:内标物的浓度;Ss:内标物的峰面积;Sc:果酒中某组分的峰面积。

2　结果与分析

图1为黄冠梨酒挥发性成分的GC-MS总离子流色谱图,各组分的质谱经人工通过计算机在质谱库中进行检索和分析,结果如表1所示。在8种梨酒中共鉴定出22种化合物,其中香水梨酒所检出的挥发性成分种类最多,为16种,其次是安梨酒,检出15种挥发性成分,再次是圆黄梨酒,检出14种挥发性成分。黄冠梨酒、黄金梨酒和鸭梨酒中各检出13种挥发性成分,雪梨酒和五九香梨酒中各检出11种挥发性成分。

图1　黄冠梨酒挥发性成分的GC-MS总离子流色谱图Fig.1　GC-MS total ion chromatogram of volatile components in Huangguan pear wine

3-甲基1-丁醇、己酸乙酯、辛酸乙酯、癸酸乙酯、月桂酸乙酯、棕榈酸乙酯在8种梨酒中均有检出。其中3-甲基1-丁醇、己酸乙酯、癸酸乙酯在库尔勒香梨酒中检出[7]。

表1　不同品种梨酒挥发性成分的GC-MS结果比较

注:“-”表明含量低于最低检测限。

根据Guadagni 的香气值理论[11],香气成分含量较高且阈值低的成分可能是特征香气物质,但由于阈值测定受实验方法、香气物质的纯度和存在的介质、评定人员的经验等因素影响[12],已有的对某一香气成分的阈值报道差别较大,如正己醇的阈值分别为2500 μg/kg和500 μg/kg,所以本研究把含量较高的物质认定为主要挥发性成分。如果以1 μg/mL为界定值,高于此值的化合物被认定为主要挥发性成分,那么不同品种梨酒的主要挥发性成分的名称、数量和含量见表2。

由表2可知,香水梨酒和鸭梨酒的主要挥发性成分各有7种,五九香梨酒和圆黄梨酒各有5种,黄冠梨酒和安梨酒各有4种,雪梨酒和黄金梨酒分别有3种和2种。每个品种梨酒的主要挥发性成分的种类和含量都有所不同,构成了各自独特的品种特性。

3-甲基-1-丁醇、辛酸乙酯、癸酸乙酯是除圆黄梨酒和黄金梨酒外其它6个品种梨酒的全部或部分主要挥发性成分,并且3-甲基-1-丁醇是除圆黄梨酒外的其它7个品种梨酒中含量最高的挥发性成分。该物质具有苹果白兰地香气和辛辣味,在库尔勒香梨酒中检出[7]。在本研究的8个品种梨酒中均检出辛酸乙酯,且含量较高,是梨酒的主要挥发性成分之一。辛酸乙酯具有白兰地酒香味,主要用于调味品、香料制造。陈计峦报道辛酸乙酯既是梨的特征芳香成分,同时也是香梨蒸馏酒的主要香气成分[13]。说明梨酒发酵过程中保留了鲜梨的特征性香气物质。除黄金梨酒外,本研究的其它7个品种的梨酒中均检出癸酸乙酯,且含量均大于1 μg/mL。在库尔勒香梨酒中也检出了癸酸乙酯[7]。辛酸乙酯和癸酸乙酯是Conquister干红葡萄酒[14]、霞多丽干白葡萄酒[15]和雷司令干白葡萄酒[16]中相对含量较高的香气成分。月桂酸乙酯具有花果香气,是鸭梨、香水梨酒的主要挥发性成分之一;棕榈酸乙酯呈微弱蜡香和奶油香气,是鸭梨酒、黄冠梨酒、香水梨酒的主要挥发性成分之一。这两种物质都在葡萄酒中检出[17]。上述结果表明梨酒和葡萄酒的香气成分具有相似之处,易于被消费者接受,有开发利用的前景。

己酸乙酯具有强烈的果香和酒香,是五九香梨酒、鸭梨酒、圆黄梨酒和香水梨酒的主要挥发性成分,在库尔勒香梨酒中检出[7]。9-癸烯酸乙酯是鸭梨酒和圆黄梨酒的主要挥发性成分,在京白梨酒中检出[6]。本实验结果中梨酒的部分主要挥发性成分,如己酸乙酯、辛酸乙酯、癸酸乙酯、9-癸烯酸乙酯与京白梨酒的部分特征性香气物质[6]重合,说明本研究所采用的界定值具有可信度。

己酸乙酯和辛酸乙酯既是圆黄梨的香气成分[18],又是所酿梨酒的部分主要挥发性成分,但两者的成分又不完全相同,说明梨酒除了具有鲜梨的香气成分外,发酵过程又赋予了其独特的香气物质。如9,12-十八碳二烯酸乙酯是圆黄梨酒、香水梨酒和安梨酒的主要挥发性成分之一。

表2　不同品种梨酒的主要挥发性成分

除了上述主要挥发性成分外,梨酒中还含有微量的其他挥发性成分。如乙酸异戊酯具有较强的类似梨、香蕉、苹果等果实香味,在干红葡萄酒中含量较高[14]。在本研究中,该香气物质在除圆黄梨酒之外的其他7种梨酒中都有检出,但仅在五九香梨酒中含量大于1 μg/mL。苯乙醇具有柔和、愉快而持久的玫瑰香气,在除鸭梨酒外的7个品种梨酒中检出,其中在黄金梨酒中含量最高,圆黄梨酒中含量最低。琥珀酸二乙酯在圆黄、黄金和香水梨所酿梨酒中检出。正己醇在五九香和安梨酒中检出。上述四种物质均为京白梨酒的部分特征性香气物质[6],其中正己醇和苯乙醇同时还是库尔勒香梨酒的香气成分[7]。此外,本研究所用梨酒中还含有在其他品种梨酒中未被报道的挥发性成分,如在五九香、圆黄梨所酿梨酒中含有辛酸,辛酸是赤霞珠干红葡萄酒中相对含量排在前十位物质之一[19]。辛酸异戊酯在鸭梨、圆黄、安梨和香水梨所酿梨酒中检出;肉豆蔻酸乙酯在鸭梨、黄冠和安梨所酿梨酒中检出,这两种物质均存在于葡萄酒中[17]。再次说明梨酒和葡萄酒的挥发性成分有所重合。

另外,在鸭梨和安梨所酿梨酒中检出十五酸异戊酯;在黄冠梨酒中检出十五酸乙酯;在雪梨、五九香、圆黄和香水梨酒中检出14-甲基十五酸甲酯;在鸭梨、黄冠和安梨酒中检出9-十六碳烯酸乙酯;在雪梨、圆黄、黄金和香水梨酒中检出硬脂酸乙酯。说明不同品种梨酒的挥发性成分既有相似之处,又各具特色。

在鸭梨和黄冠梨酒中检出6,10,14-三甲基-2-十五烷酮,这种物质存在于青天葵挥发油中,且含量最高,有清肺止咳作用[20]。可能是梨的功效成分之一。

3　结论

本研究对不同品种梨酒的挥发性成分进行了分析比较,并对梨酒的主要挥发性成分进行了界定。但由于对梨酒的研究起步较晚,有关其挥发性成分的研究较少,没有查阅到有关梨酒中所含挥发性成分阈值的完整、确切的可参考文献,因此本研究未能确定梨酒的主要挥发性成分是否为其特征性挥发性成分,还需要开展后续研究进行验证和完善。

梨酒既具有鲜梨的香气成分,发酵过程又赋予了其独特的挥发性成分。各品种梨酒的主要挥发性成分的种类和含量都有所不同,构成了各自独特的品种特性。梨酒和葡萄酒的挥发性成分有相似之处,易于被消费者接受,具有开发利用的前景。

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Comparison of volatile components of different pear wine by SPME-GC-MS

LI Li-mei,ZHENG Zhen-shan,HE Jin-gang,FENG Yun-xiao,CHENG Yu-dou,GUAN Jun-feng*

(Institute of Genetics and Physiology,Hebei Academy of Agricultural and Forestry Science,Shijiazhuang 050051,China)

Studies were carried out with different kinds of pear wine brewed by varieties of pears mainly cultivated in Hebei Province,such as Snow pear,Ya pear,Huangguan,Wujiuxiang,Wonhwang,Whangkeumbae,Xiangshui pear,Anli pear,through solid phase micro-extraction(SPME)combined with GC-MS to compare volatile components in them.The results showed that 22 kinds of volatile components were identified in 8 kinds of pear wine,of which 1-butanol,3-methyl-,hexanoic acid,ethyl ester,octanoic acid,ethyl ester,decanoic acid,ethyl ester,dodecanoic acid,ethyl ester and hexadecanoic acid,ethyl ester were detected in all the 8 kinds of pear wine.If 1 μg/mL was affirmed as the critical value,main volatile components were determined in the 8 kinds of pear wine,of which 1-butanol,3-methyl-,octanoic acid,ethyl ester and decanoic acid,ethyl ester were fully or partly main volatile components of the 6 kinds of pear wine except for Wonhwang and Whangkeumbae pear wine,and 1-butanol,3-methyl-was the highest content of volatile components in these pear wine except for Wonhwang pear wine.There were also other trace volatile components in these pear wine,such as 1-butanol,3-methyl-,acetate,phenylethyl alcocol,butanedioic acid,diethyl ester,1-hexanol and octanoic acid.Pear wine has a good propect for development for the similarity of volatile components between it and wine.

pear wine;solid phase micro-extraction(SPME);GC-MS;volatile components

2015-08-07

李丽梅(1972-)，女，硕士，副研究员，研究方向：果品采后生理与贮藏加工，E-mail：lilimeizhang@163.com。

关军锋(1966-)，男，博士，研究员，主要从事梨、苹果、桃等果实的采后生理与贮藏保鲜技术研究工作，E-mail：junfeng-guan@263.net。

国家梨产业技术体系(CARS-29-20)；河北省农科院基本科研业务费(A2015110101)。

TS255.46

A

1002-0306(2016)11-0314-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.11.056