黑米酒挥发性成分分析及其变化规律研究

王玉堂，牛雅杰，金宇枭，杨　烨，周宝龙，隋兆华，姜　莉*

（1.西北农林科技大学 食品科学与工程学院，陕西 杨凌 712100；2.呼和浩特市第二中学，内蒙古 呼和浩特 010010；3.陕西朱鹮酒业有限公司，陕西 洋县 723300）

黑米酒挥发性成分分析及其变化规律研究

王玉堂1，牛雅杰1，金宇枭2，杨烨3，周宝龙3，隋兆华3，姜莉1*

（1.西北农林科技大学 食品科学与工程学院，陕西 杨凌 712100；2.呼和浩特市第二中学，内蒙古 呼和浩特 010010；3.陕西朱鹮酒业有限公司，陕西 洋县 723300）

以不同酿造工艺制得的3种黑米酒为实验对象，采用顶空固相微萃取结合气相色谱-质谱联用（HS-SPME-GC-MS）技术分析黑米酒中的挥发性成分，并对贮藏期间3种黑米酒香气成分的变化规律进行了研究。结果表明，3种黑米酒共鉴定出66种香气成分，其中10°半干黑谷酒46种、传统型黑米酒51种、12°干红黑谷酒36种，挥发性物质主要包括醇类、酯类、醛酮类、酚类以及酸类物质等（醇类最高，酯类次之）。随着贮藏时间的延长，3种黑米酒香气成分含量均呈下降趋势，传统型黑米酒挥发性成分相对丰富且较为稳定，而采用现代新技术生产的12°干红黑谷酒风味物质变化最大且不稳定。

顶空固相微萃取；气相色谱-质谱联用；黑米酒；挥发性成分

黑米在民间有“珍贡米”、“药米”的美誉，它含有丰富的淀粉、蛋白质，而且氨基酸组成齐全，同时富含多种微量元素和维生素、花色苷等生理活性成分，能调节人体的多种生理功能，具有抗氧化、抗炎、预防心脑血管疾病等作用，是发展天然保健食品、功能食品的理想原料。据《本草纲目》记载，黑米具有滋阴补肾、健脾暖肝、明目活血等功效［1-2］。

黑米酒以黑米为主要原料，通过传统的发酵和勾兑工艺制成，富有保健功能，是一种甘甜醇和、酒香浓郁、营养丰富的低度发酵饮料酒，受到越来越多消费者的青睐［3-4］。已有文献对黑米酒中酚类活性物质的种类和含量进行了研究［5］，其具有防龋齿、防辐射、抗过敏、抗癌、抗血小板凝聚等作用。黑米酒的香气直接影响酒的感官评价与风格鉴定，是黑米酒质量的决定因素之一。其香气成分主要来源于发酵原料、发酵微生物代谢物和陈酿过程，同时在整个酿造过程中不同物质之间存在相互作用，使得香气成分的组成更加复杂。采用顶空固相微萃取（headspace-solidphase microextraction，HS-SPME）预处理样品，其具有方便快捷、成本低、集采样、萃取、浓缩和进样于一体的优点，成为目前国内外使用较多的对样品进行分离富集的方法之一，已在食品、生化、医学等领域得到广泛应用［6-7］，且气质联用（gas chromatography-mass spectrometer，GC-MS）法已经成为酒类香气成分最常见的分析技术之一，在果酒［8-12］、白酒［13-14］、啤酒［15-17］香气成分分析上已有较多应用。本研究采用顶空固相微萃取结合气质联用技术分析不同酿造工艺的3种黑米酒的香气成分，为黑米酒品质特性的研究提供科学依据。

1　材料与方法

1.1材料与试剂

10°半干黑谷酒、传统型黑米酒和12°干红黑谷酒：陕西朱鹮酒业公司。氯化钠（分析纯）：西安化学试剂厂。

1.2仪器与设备

手动固相微萃取进样器、100 μm聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane，PDMS）萃取头：美国Supelco公司；TRACE DSQ GC-MS联用仪：美国Finnigan公司；DB-WAX弹性石英毛细管柱（60 m×0.25 mm×0.25 μm）：安捷伦科技有限公司；HW-SY21-K8C恒温水浴锅：北京长风仪器仪表厂；FA2004电子天平：上海精密科学仪器有限公司。

1.3方法

1.3.1黑米酒酿造工艺流程

10°半干黑谷酒：洋县黑米→黑米色素萃取→高温蒸煮→恒温糖化（采用纯种生物酶和人工驯化酵母为糖化、发酵剂）→控温控糖发酵→低温贮存→除菌过滤→无菌冷灌装

传统型黑米酒：洋县黑米→浸米→蒸煮→摊凉→双边发酵（采用多菌种曲和人工驯化酵母为糖化、发酵剂）→压榨→澄清→贮存→冷冻→精滤→灌装

12°干红黑谷酒：洋县黑米→黑米色素萃取→高温糊化→恒温糖化（采用纯种生物酶为糖化、发酵剂）→控温脱糖发酵→低温贮存→除菌过滤→无菌冷灌装

1.3.2样品提取

准确移取8 mL黑米酒样于15 mL顶空瓶中，加入2.0 g NaCl，加盖密封，振摇，置于40℃水浴中平衡10 min；进样前将固相微萃取的萃取头在250℃气相色谱仪的进样口老化1 h，并将老化好的固相微萃取器插在样品瓶上，吸附40min后拔出，插入气相色谱仪进样口，于250℃解吸5min。

1.3.3GC-MS分析

色谱条件：DB-WAX弹性石英毛细管柱（60m×0.25mm× 0.25μm），程序升温：起始温度40℃，保持2.5min，以5℃/min升至230℃，保持8 min；进样口温度250℃；传输线温度230℃；载气氦气（He），流速1.0 mL/min；不分流进样。

质谱条件：电离方式为电子电离（electron ionization，EI），电子能量70eV，离子源温度250℃，质量扫描范围35～400 amu；发射电流100 μA，检测电压1.4 kV。

1.3.4数据处理

定性分析：利用随机Xcalibur工作站美国国家标准技术研究所（national institute of standards and technology，NIST）2002标准谱库自动检索各组分质谱数据，参考有关文献资料及标准谱图对机检结果进行核对和确认。

定量分析：采用峰面积归一化法计算各组分含量。

2　结果与分析

2.13种不同酿造工艺黑米酒挥发性风味成分

3种不同酿造工艺所得黑米酒的挥发性风味成分的GC-MS总离子流色谱图见图1，所得成分经谱库检索，分析鉴定结果见表1。

图1　10°半干黑谷酒（A）、传统型黑米酒（B）和12°干红黑谷酒（C）挥发性成分的GC-MS总离子流色谱图Fig.1 Total ions chromatogram of volatile components of semi dry black rice wine with alcohol 10%（A），traditional black rice wine（B）and dry red black rice wine with alcohol 12%（C）by GC-MS

由图1和表1可知，采用HS-SPME-GC-MS提取分析3种不同酿造工艺所得黑米酒中挥发性成分，共检测出66种挥发性成分，主要包括醇类（9种）、酯类（22种）、醛酮类（12种）、酸类（11种）、其他（12种），它们赋予了黑米酒丰富的味感和特有的香气。

10°半干黑谷酒中主要检出异丁醇、异戊醇、2，3-丁二醇、苯乙醇等9种醇类物质（70.92%）；传统型黑米酒中主要检出异丁醇、异戊醇、苯乙醇等8种醇类物质（69.31%）；12°干红黑谷酒中主要检出异丁醇、异戊醇、2，3-丁二醇、苯乙醇和丙三醇等7种醇类物质（64.7%）。酯类和酚类物质是黑米酒香气的重要成分，10°半干黑谷酒中主要检出乙酸乙酯、异丁酸乙酯、乙酸异戊酯、乳酸乙酯、2-羟基-4-甲基戊酸乙酯、琥珀酸二乙酯、醋酸苯乙酯、棕榈酸乙酯等17种酯类物质（8.69%）和2，4-二叔丁基苯酚（3.76%）；传统型黑米酒中主要检出乙酸乙酯、丁酸乙酯、乳酸乙酯、2-羟基-4-甲基戊酸乙酯、琥珀酸二乙酯、棕榈酸乙酯等16种酯类物质（14.68%）和2，4-二叔丁基苯酚（1.00%）；12°干红黑谷酒中主要检出乙酸乙酯、丁酸乙酯、乳酸乙酯、琥珀酸二乙酯、醋酸苯乙酯、棕榈酸乙酯等9种酯类物质（3.16%）和2，4-二叔丁基苯酚（2.45%）。醛酮类物质是黑米酒中重要的微量风味成分，影响其呈香呈味，10°半干黑谷酒中主要检出的醛酮类物质有糠醛、苯甲醛、5-羟甲基-2-呋喃甲醛和紫罗兰酮等8种（2.27%）；传统型黑米酒中主要检出乙缩醛、糠醛、苯甲醛、5-羟甲基-2-呋喃甲醛等11种醛酮类物质（4.39%）；12°干红黑谷酒中主要检出乙缩醛、糠醛、苯甲醛、5-羟甲基-2-呋喃甲醛等6种醛酮类物质（1.32%）。结果表明，3种不同酿造工艺黑米酒挥发性物质种类和含量存在较大差异，其中10°半干黑谷酒和传统型黑米酒中检测到挥发性成分较多，这是因为在传统生产工艺中，发酵温度低、周期长（传统型黑米酒），有利于酯类物质的合成，同时酵母的代谢会产生更多的风味物质（传统型黑米酒、10°半干黑谷酒），而随着新工艺、新技术的飞速发展，采用纯种生物酶使得发酵周期短，造成高级醇含量上升，挥发性酯类的含量下降（12°干红黑谷酒）。

表1　3种不同酿造工艺所得黑米酒挥发性成分的GC-MS分析结果Table 1 Analysis results of GC-MS for volatile components in black rice wine with three different brewing processes

续表

2.23种不同酿造工艺黑米酒香气成分随贮藏时间的变化

图2　10°半干黑谷酒（A）、传统型黑米酒（B）和12°半干黑谷酒（C）贮藏过程中香气成分的变化Fig.2 Changes of aroma components in semi dry black rice wine with alcohol 10%（A），traditional black rice wine（B）and dry red black rice wine with alcohol 12%（C）during storage

由图2A可知，10°半干黑谷酒中含量最高的酯类物质为乙酸乙酯和琥珀酸二乙酯，两者均随贮藏时间延长显著降低，异丁酸乙酯、乙酸异戊酯和乳酸乙酯也呈现下降趋势，棕榈酸乙酯有升高趋势。除乙醇外，异戊醇和苯乙醇含量高，其中异戊醇随贮藏期延长先升高后降低，苯乙醇变化规律不稳定，异丁醇、乙酸和2，4-二叔丁基苯酚均呈现缓慢下降的趋势。结果说明，由于酯酶的水解作用在贮藏过程中占主导，会造成酯类物质随着贮藏时间的延长，其含量呈现下降趋势。

由图2B可知，传统型黑米酒酯类物质中琥珀酸二乙酯含量最高，且随贮藏时间延长无显著变化，乙酸乙酯含量较低，前期有上升趋势，一年后含量较低。丁酸乙酯、乳酸乙酯、2-羟基-4-甲基戊酸乙酯随贮藏期延长有升高趋势，棕榈酸乙酯有所下降；异戊醇随贮藏期延长先升高后降低，苯乙醇较稳定，变化不大；异丁醇、乙酸和5-羟甲基-2-呋喃甲醛随贮藏期延长无显著变化。结果说明，采用传统发酵工艺，同时加入多菌种曲和酵母发酵，其风味物质含量较多，且在贮藏期间酯类和醇类物质变化相对稳定，酒香更为浓郁。

由图2C可知，12°半干黑谷酒中两种含量最高的酯类物质乙酸乙酯和琥珀酸二乙酯，且随贮藏时间延长显著降低。乳酸乙酯和醋酸苯乙酯含量相对稳定；棕榈酸乙酯、苯乙醇和丙三醇变化不稳定，有待进一步研究。异丁醇和异戊醇随贮藏期延长呈现下降趋势。

3　结论

本研究通过顶空固相微萃取结合气质联用技术对10°半干黑谷酒、传统型黑米酒和12°干红黑谷酒中的香气成分进行了分析，并对其贮藏期间香气成分的变化规律进行了研究。3种黑米酒中共鉴定出香气成分66种，其中10°半干黑谷酒46种、传统型黑米酒51种、12°干红黑谷酒36种。研究表明，黑米酒中含有醇类、酯类、醛酮类、酚类以及酸类物质等，它们赋予了黑米酒丰富的味感和特有的香气。贮藏过程中醇类及酯类等香味物质因发酵工艺不同呈现的变化趋势有所不同。采用传统发酵工艺，同时加入多菌种曲和酵母发酵，发酵周期长，其风味物质含量较多，且在贮藏期间酯类和醇类物质变化小，相对比较稳定，酒香更为浓郁。而采用现代新型纯种生物酶发酵工艺，可以大大缩短发酵时间，提高了生产效率，但是较快的发酵周期，会造成风味物质不丰富，且会造成产品在贮藏期其挥发性成分变化较大且不稳定等情况。研究不同酿造工艺所得黑米酒及其在贮藏过程中主要香气成分含量变化的规律，对黑米酒加工生产中，严格把控、改善香气、提高产品品质具有一定的理论指导意义。

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Analysis of volatile components in black rice wine and the change rules

WANG Yutang1，NIU Yajie1，JIN Yuxiao2，YANG Ye3，ZHOU Baolong3，SUI Zhaohua3，JIANG Li1*
（1.College of Food Science and Engineering，Northwest A&F University，Yangling 712100，China；2.Hohhot No.2 High School，Hohhot 010010，China；3.Shaanxi Crested Ibis Rice Wine Co.，Ltd.，Yangxian 723300，China）

With three kinds of black rice wine obtained by different brewing process as experimental object，the volatile components in black rice wine were analyzed by HS-SPME-GC-MS，and the change rules of aroma components in the rice wines were researched during the storage.The results showed that 66 kinds of aroma components in three kinds of black rice wine were identified，46 kinds of aroma components in 10°semi dry black rice wine，51 kinds of aroma components in the rice wine and 36 kinds of aroma components in dry red black rice wine with alcohol 12%，mainly includes alcohols，esters，aldehydes，ketones，phenols，acids and so on（alcohols content was the highest，and then esters）.The contents of aroma components in the rice wines were decreased with the prolonged storage time.The volatile components in traditional black rice wine were rich relatively and the contents were relatively stable，but the volatile components in dry red black rice wine with alcohol 12%obtained by modern new technology had greatest changes and the contents were unstable.

HS-SPME；GC-MS；black rice wine；volatile components

O657.63

0254-5071（2016）09-0059-05doi：10.11882/j.issn.0254-5071.2016.09.014

2016-03-31

中国博士后基金面上项目（K3080215804）

王玉堂（1980-），男，副教授，博士，主要从事食品化学与分析的教学与研究工作。

姜莉（1968-），女，高级实验师，硕士，主要从事食品化学与分析的教学与研究工作。