齐洛克啤酒花品种的挥发性成分分析

李玉晶，刘玉梅*

（新疆大学化学化工学院，新疆乌鲁木齐830046）

齐洛克啤酒花品种的挥发性成分分析

李玉晶，刘玉梅*

（新疆大学化学化工学院，新疆乌鲁木齐830046）

采用顶空固相微萃取（HS-SPME）和水蒸气蒸馏（SD）结合气相色谱-质谱（GC-MS）法对齐洛克啤酒花的挥发性成分进行分析，以质谱谱库检索并参考保留指数定性，峰面积归一化法定量。顶空固相微萃取法鉴定出94种化合物，其中萜类49种（相对含量76.59%）、酯类22种、醇类10种，还含有少量醛、酮、酸及萜类氧化物。水蒸气蒸馏法鉴定出了82种化合物，其中萜类30种（相对含量71.73%）、酯类17种、醇类19种、萜类氧化物6种，而醛、酮、酸类化合物与顶空法接近。齐洛克啤酒花中主要挥发性成分以β-月桂烯（24.57%，5.37%）、α-葎草烯（14.71%，19.79%）、反式-石竹烯（9.13%，12.11%）等萜烯类化合物为主，香气特征以辛辣、树脂型的草本香气为主，且伴有花香和水果香。

齐洛克啤酒花；挥发性成分；顶空固相微萃取；水蒸气蒸馏；气质联用

啤酒花（HumuluslupulusL.）别名蛇麻草、陀得草、唐草花等，是荨麻目大麻科葎草属植物。对啤酒花的认识历史悠久，《本草纲目》中已有记载。啤酒花性苦，微凉，有健胃、安神、化痰止咳、抗结核菌等功能[1]。啤酒花中含有树脂类、挥发油、黄酮类、多酚类、鞣质等化合物，其中黄酮类，多酚类化合物具有很强的抗氧化能力[2]。啤酒花是啤酒酿造的重要原料之一，在赋予啤酒独特的香味和苦味特征的同时，还可以提供抑菌防腐作用，从而稳定和协调啤酒的风味和质量[3-5]。

传统的精油提取方法有溶剂萃取、水蒸气蒸馏法（steam distillation，SD）等[6-7]，上述方法费时费力，需要大量的样品。近年来各种新的提取方法得到了发展，超声波辅助萃取（ultrasonic-assisted extraction，UAE）[8-9]、微波辅助萃取（microwave-assisted extraction，MAE）[10]、超临界流体萃取（supercritical fluid extraction，SFE）[11]等相继出现，但上述方法的局限性也都逐渐显现。如超声波辅助萃取由于空化作用往往局部会产生极高的温度和压力，微波辅助萃取提取精油操作繁琐、过程不易控制，超临界流体萃取需高压设备、且价格昂贵。为了更好的获得样品中低沸点挥发性成分的信息，顶空固相微萃取（headspace solid-phase microextraction，HS-SPME）分析技术在20世纪80年代末出现并迅速发展起来[12-13]。HS-SPME是一种非溶剂萃取技术，具有自动化、高通量分析、高萃取效率、高选择性、操作简单方便、可在分析系统直接脱附等优点[14]。采用顶空固相微萃取结合气相色谱-质谱（gas chromatography-mass spectrometer，GC-MS）评价低酒精度啤酒和啤酒花中香味成分等都获得了很好的实验结果[15-16]。

齐洛克（Chinook）啤酒花是一个新培育的啤酒花品种，其树脂含量高，同时兼具香型花的特征，近年来已得到国外各大啤酒厂商的认可，销量逐年递增[17]。本研究采用HS-SPME-GC-MS技术分析了新疆三宝乐农业科技有限公司引种培育的齐洛克啤酒花品种中的挥发性成分，采用质谱谱库检索和保留指数计算相结合的方法进行定性，峰面积归一化进行定量，并与传统的SD得到精油挥发性成分作比较，获得了齐洛克啤酒花主要挥发性成分的组成和含量信息，为其进一步利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

齐洛克（Chinook）压缩啤酒花：新疆三宝乐农业科技开发有限公司提供；C6～C26正构烷烃混合标准品：美国Sigma-Aldrich公司；蒸馏水：实验室制备。

1.2 仪器与设备

100μmPDMS萃取头的手动SPME进样器：美国Supelco公司；Finnigan Trace MS气相色谱-质谱联用仪：美国菲尼根公司；水蒸气蒸馏装置：实验室自制。

1.3 方法

1.3.1 水蒸气蒸馏提取

取100 g粉碎的啤酒花样品，采用试验室常用水蒸汽蒸馏装置常压煮沸4 h，得到啤酒花精油，精油清亮透明，出油率1.27%，相对密度0.901 2（20℃）。

1.3.2 顶空固相微萃取

取2 g酒花样品粉碎后放入15 mL顶空瓶中，于50℃的水浴中用已老化至无杂质峰的萃取头吸附30 min，然后进行GC-MS分析。

1.3.3 分析条件

色谱条件：PEG20M毛细管色谱柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；载气为氦气（He）；进样口温度250℃；检索谱库：美国国家标准技术研究所（national institute of standards and technology，NIST）2005，Wiley7.0；程序升温：起始温度45℃，保持3min，以10℃/min升温至100℃，然后以5℃/min的速度升温至190℃，再以10℃/min升温至230℃，保持3 min，不分流进样，恒流0.8 mL/min。

质谱条件：离子源温度200℃，电子电离（electronionization，EI）源，电子能量70eV，发射电流200 μA，检测器电压350 V，扫描质量范围33～453 u。

1.3.4 定性定量分析

通过谱库检索，保留值数的计算与文献进行比较，对成分进行定性，定量依据峰面积归一化计算[18]。

1.3.5 风味特征分析

根据齐洛克啤酒花香气成分的分析结果，将香气成分分成五个典型的风味类型，采用Origin9.1软件绘图分析。

2 结果与分析

2.1 齐洛克啤酒花的挥发性成分

在质谱解析中，一些化合物在质谱图中的碎片峰非常相似，为了提高检索结果的可靠性，在借助质谱数据库来定性的同时，还应该考虑色谱保留行为[19-20]。本实验选择C6～C26的正构烷烃标准品来计算化合物的保留指数。齐洛克啤酒花的挥发性成分分析结果见表1。其中香气特征根据参考文献[21-23]查得。

表1 齐洛克啤酒花的主要挥发性成分Table 1 Main volatile compounds of Chinook hops

续表

续表

由表1可知，齐洛克啤酒花的挥发性成分以萜烯类物质为主，此外还含有烷烃，芳香烃、醇、醛、酮、酸等，两种方法获得的齐洛克啤酒花的挥发性物质的种类和含量均有一定差异，各类化合物的具体分类结果见表2。

表2 齐洛克啤酒花中主要挥发性成分的分类Table 2 Classification of the main volatile components of Chinook hop

由表2可知，由SD-GC-MS定性化合物82种，HS-SPMEGC-MS方法定性94种化合物，是SD-GC-MS定性的化合物种类的1.15倍，其中β-月桂烯、α-葎草烯、反式-石竹烯、δ-杜松烯、γ-依兰油烯等是赋予啤酒花特征风味的代表性萜烯类化合物[24]。由表1可知，HS-SPME-GC-MS和SD-GC-MS共同检测出32种萜烯类化合物，以β-月桂烯（24.57%，5.37%）、α-葎草烯（14.71%，19.79%）、反式-石竹烯（9.13%，12.11%）、γ-依兰油烯（2.70%，4.81%）、α-蛇床烯（2.59%，3.10%）等为主；其中异长叶烯、β-花柏烯、巴伦西亚橘烯、1S，顺-去氢白菖烯、脱氢香树稀、α-二去氢菖蒲烯等化合物，两种方法测定的含量结果接近；而β-月桂烯、α-萜品油烯等由于性质不稳定，在SD法中的含量下降，但是反式-石竹烯、α-葎草烯等物质在SD法中含量升高，这与加热的过程中存在萜烯类化合物的异构化和风味转化过程有关[25]。此外，含量相对较低的一些萜烯类化合物在SD法得到的精油中均未检测出来，如α-蒎烯、2,6-二甲基-2,4,6-辛三烯、紫苏烯、柏木烯-V6、马兜铃烯、（+）-苜蓿烯、4,5-脱氢-异长叶烯，说明其在较长时间的蒸馏提取过程中被损失。

由表2数据还可看出，HS-SPME法检测到的22种酯类化合物含量仅次于萜烯类，含量为15.89%；而SD法仅有17种化合物，质量分数下降了约50%。这主要是由于SD法提取精油过程中相对较高的温度可能使某些低沸点的萜烯类化合物损失或结构发生变化，部分酯类化合物会因出现水解而含量下降；与此同时，SD法获得的挥发性组成中含氧化合物醇和萜烯醇类物质明显增加[26]，而这类物质也是赋予啤酒酒花特征风味的重要组成，对啤酒风味的贡献和影响更大[27]。如SD法定性了19种醇类化合物，比HS-SPME-GC-MS增加了10种，仅萜烯醇类化合物的含量就上升了7.72%，萜类氧化物种类和含量也分别增加了5种和3.67%。相比而言，其他一些含量相对较低的化合物两者的结果差异不大。在HS-SPME-GC-MS和SD-GC-MS共同检测出的57种化合物（85.34%，83.94%）中，除萜烯类化合物外，还含有脂类化合物12种（12.72%，6.86%）、醇类化合物10种（1.8%，7.42%）、酸类化合物1种（0.07%，0.08%）、氧化物1种（0.05%，0.42%）。

2.2 齐洛克啤酒花的香气特征

挥发性成分的种类和含量比例的差异会赋予啤酒花特征的酒花香气和独特的风味品质。根据表1定性的挥发性成分的风味特征，可按照草本香型/草药香型、水果香型、花香型、辛辣香型、柑橘香型等几个风味类型对齐洛克啤酒花的风味特征进行分析，结果见图1。

图1 齐洛克啤酒花挥发性成分的香气特征Fig.1 Aroma characteristics of volatile compounds of Chinook hop

由图1可知，齐洛克啤酒花的辛辣香型、草本/草药型的香气较为突出，并伴有水果和花香。如β-月桂烯具有清淡的香酯香气，β-蒎烯特有的松木香气和树脂香气，反式-石竹烯具有温和的丁香香气，α-葎草烯赋予啤酒花特有的油脂和草本香气，香叶醇、芳樟醇甜润清新的玫瑰和铃兰花香及具有梨和菠萝香气的丁酸丁酯等，都是啤酒中酒花香气的特征组分[28-29]，这些化合物会赋予啤酒甘甜清爽的香气，提高啤酒的风味品质。

3 结论

采用HS-SPME-GC-MS的方法对齐洛克啤酒花中挥发性成分的组成和含量进行分析，并与传统的SD法所得到的精油成分进行了比较。结果表明，齐洛克啤酒花中的主要挥发性成分为萜烯类为主的碳氢化合物，其次为酯类化合物和醇类化合物，还有少量的酮、酸、醛类等化合物。其中，萜烯类化合物以β-月桂烯、α-葎草烯、反式-石竹烯、γ-依兰油烯、α-蛇床烯、δ-杜松烯、反式-α-古巴烯、3，7（11）-桉叶二烯、β-蛇床烯、依兰烯、α-萜品油烯、1S，顺-去氢白菖烯、γ-杜松烯、大根香叶烯D等为其主要成分，酯类化合物以6-甲基庚酸甲酯、4-葵烯酸乙酯、丁酸-3-甲基丁酯、3,5-二甲基庚酸甲酯、芳樟醇乙酯、辛酸乙酯等的含量较高。在水蒸气蒸馏得到的酒花精油中，对啤酒风味有重要影响的萜烯醇类化合物橙花叔醇、杜松醇、荜澄茄油烯醇等含量明显提高，且萜烯氧化物的含量也明显增加。上述风味物质赋予了齐洛克啤酒花较为明显的辛辣、草本/草药香气，并伴有水果香和花香。

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Analysis of volatile components from Chinook hop

LI Yujing,LIU Yumei*
(College of Chemistry and Chemical Engineering,Xinjiang University,Urumqi 830046,China)

The volatile components of the Chinook hop were analyzed by headspace solid-phase microextraction(HS-SPME)and steam distillation combined with gas chromatography-mass spectrometry(GC-MS),the main chemical compositions were qualitatively analyzed by mass spectral library retrieval combined with Kovats retention indices(RI)and quantitative determined by area normalization method.A total of 94 volatile components were identified by HS-SPME-GC-MS,49 kinds of terpenoids were identified(relative content 76.59%),followed by 22 esters,10 alcohols,and little aldehydes,ketones,acids and terpene oxides.A total of 82 volatile constituents were identified by SD-GC-MS,among which were 30 kinds of terpenoids(71.73%),followed by 17 esters,19 alcohols,6 terpene oxides,and similar results were obtained for aldehydes,ketones and acids.The major volatile compounds in Chinook hop were terpene,such as β-mycrene(24.57%,5.37%),α-humulene(14.71%,19.79%),trans-caryophyllene(9.13%, 12.11%),etc.The main aroma of Chinook hops was spicy and resin herbal,combined with floral and fruity aroma.

Chinook hop;volatile components;HS-SPME;steam distillation;GC-MS

TS261.2；TS262.5

0254-5071（2017）04-0168-06

10.11882/j.issn.0254-5071.2017.04.035

2016-11-10

国家自然科学基金项目（31360403）

李玉晶（1992-），男，硕士研究生，研究方向为天然产物功能因子及分析检测。

*通讯作者：刘玉梅（1965-），女，教授级高级工程师，博士，研究方向为天然产物功能因子及分析检测。