青稞原料与青稞酒风味物质相关性分析

贾福晨，辜雪冬，薛洁，薛蓓*，张玉红，张晓蒙，于佳俊，孙志伟

1(西藏农牧学院 食品科学学院，西藏 林芝, 860000)2(中国食品发酵工业研究院有限公司，北京, 100015)3(酒类品质与安全国际联合研究中心，北京, 100015)4(西藏自治区农牧科学院，西藏 拉萨，850032)

俗语说“高粱产酒香、玉米产酒甜、大米产酒净，糯米产酒绵，小麦产酒糙”，说明了不同粮食品种对酒质的影响不同。青稞属禾本科，大麦属，又称米麦、裸麦和裸大麦，其主要分布于西藏、青海、甘肃、四川阿坝及甘孜州[1]。目前国内外关于大米、小麦、玉米、高粱香气成分的研究相对较多，而青稞原料香气的研究目前还比较少[2-9]。

西藏是我国青稞重要的产区之一，青稞酒以青稞为原料进行酿造生产，酒体具有清雅纯正、绵甜爽净、香味协调的独特风格特点[10-13]。目前国内对于饮料酒中风味物质的研究多采用气相色谱-质谱联用法[14-16]，但气相色谱-质谱联用法在青稞原料及青稞酒的风味研究中应用较少。因此本文主要采用气相色谱-质谱联用，分析研究了不同品种的青稞原料及传统青稞酒的主体风味物质，探索青稞原料和青稞酒中主体风味物质种类及相对含量，并比较了两者间的差异，以期为青稞酒质量控制提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

7种不同品种青稞(隆子黑、芶芝黑、藏青2000、喜拉22、QB14、藏青25、藏青27)青稞，西藏自治区农牧科学院；安琪酿酒曲，安琪酵母股份有限公司。

1.2 仪器与设备

LRH-250生化培养箱，上海一恒科学仪器有限公司；ST180-A苏格电磁炉，广东艾诗凯奇智能科技有限公司；PerkinElmer Clarus 600气相色谱质谱联用仪、7890 A-Sniffer 9000-7000气相色谱仪、质谱仪、DB-WAX ETR、CP-WAX毛细管色谱柱，珀金埃尔默企业管理(上海)有限公司；HH-1数显电子恒温水浴锅，北京科伟永兴仪器有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 西藏传统青稞酒酿造工艺流程及操作要点

选择饱满青稞作为原料生产西藏传统青稞酒，每种青稞原料同时进行3组平行生产。具体工艺流程如下：

青稞原料→挑选→清洗、去杂→泡粮→蒸粮→补水→摊凉→接曲→糖化→补水→发酵→过滤→灌装→成品

操作要点：

(1)挑选、清洗、去杂：挑选颗粒完整且饱满的青稞，去除杂物。

(2)泡粮：向清洗好的青稞中加入3倍质量55 ℃泡粮水浸泡24 h。

(3)蒸粮、补水：将泡好的青稞，平整的铺在蒸屉上蒸4 h，自开锅后，每隔0.5 h进行淋撒补水。

(4)摊凉、接曲：将蒸好的青稞放置在无菌环境下摊凉，按照蒸好后青稞质量的0.6%活化并添加安琪酿酒曲，添加好酒曲后搅拌均匀，在容器中轻轻压实后从中间向两边成斜坡状，形成窝槽。

(5)糖化：将容器密封后放入恒温培养箱中28 ℃糖化培养2 d。

(6)补水、发酵：向糖化好的青稞酒醅中按1∶2(g∶mL)加入酿造水，搅拌均匀后密封，将密封好的容器继续放入恒温培养箱32 ℃发酵2 d。

(7)过滤、灌装、成品：将发酵好的青稞酒用4层纱布过滤，将过滤好的青稞酒进行分瓶灌装。

1.3.2 测定方法

气相色谱质谱仪特征风味剖析的方法:

样品的前处理方法：称取粉碎好的青稞原料3 g或5 mL青稞酒样品到20 mL萃取瓶中，加盖密封置于35℃水浴锅中平衡15 min，固相微萃取后插入气相色谱进样口解析5 min。

GC-MS分析条件：气相色谱柱温箱程序升温条件：初始温度30 ℃，恒温2 min，以4 ℃/min升至230 ℃，保持7 min。进样口温度为250 ℃，载气为He，不分流。

质谱条件：电子轰击(electron impact，EI)离子源，电子能量70 eV，传输线温度230 ℃，离子源温度为230 ℃。

化合物定性分析方法：化合物在GC-MS上采集信息，通过质谱软件处理。采用NIST(The national institute of standards and technology， NIST)谱库2.0检索和保留指数这两种方法共同定性挥发性香气成分。

化合物定量分析方法：通过添加内标化合物2-壬基醇(472 μg/L)在GC-MS上采集到的信息，各类风味物质含量通过公式(1)计算：

(1)

式中：X1、M1表示待测组分的含量和峰面积；X2、M2表示内标物的含量和峰面积。

2 结果与分析

2.1 不同品种的青稞原料特征风味分析

2.1.1 青稞原料主要风味物质鉴定结果

通过NIST数据库对比和物质保留指数分析发现，目前可鉴定出青稞原料中的50种风味物质，主要包括了醇类、醛类、酸类、酯类、烷烃类、烯烃类、其他类(酮类、苯类、萘类、酚类)，共计7大类风味物质，表1结果显示，不同品种青稞原料中均含有上述7大类风味物质，品种间无显著差异。

表1 七种青稞原料的主要风味物质鉴定结果 单位：%(相对含量)

注：表中,1,隆子黑;2,芶芝黑;3,藏青2000;4,喜拉22;5,QB14;6,藏青25;7,藏青27。表中不同小写字母代表差异显著(下同)

2.1.2 七种青稞原料中各类风味物质相对含量差异对比分析

由图1可知，不同品种青稞原料均含有7大类化合物，但是每一类风味化合物在相对含量上却有着明显不同。这也可能是不同青稞酿造青稞酒后风味存在差异的原因之一。在7类风味化合物的相对含量上，醛类>醇类>酯类、烷烃类>烯烃类>酸类、其他类。其中醛类的相对含量在35%～65%，含量最高。其次是醇类化合物，相对含量在15%～26%。两者相加已普遍占据整体风味物质含量的60%以上。其他物种风味化合物相对含量占剩余的30%以上。

图1 七种青稞原料风味化合物相对含量分布Fig.1 Relative content distribution of seven kinds ofhighland barley flavor compounds

在7种青稞原料中共检测出5种醛类、14种醇类、6种酯类、9种烷烃类、5种烯烃类、4种酸类、7种其他类，共50种风味化合物。藏青25中醛类化合物相对含量最高达到65.01%。喜拉22中醇类、酯类、烷烃类、烯烃类及其他类化合物相对含量最高，分别为25.66%、10.34%、11.04%、8.88%、5.45%。藏青2000中酸类化合物相对含量最高，可达到5.39%。

2.1.3 不同青稞原料风味的主成分分析

通过对不同青稞原料主体风味物质的分析，为研究每种青稞原料相对含量之间的差异，采用SIMCA-P软件对风味物质相对含量进行主成分分析，如图2所示。由图2可知，PC1的贡献率为56.3%，PC2的贡献率为17%。PCA图将7种青稞划分为5类：第1类是的藏青25和藏青27，2种青稞在PCA图上距离接近，说明两者在风味物质的相对含量上是相接近的；第2类是喜拉22；第3类是QB14；第4类是隆子黑；第5类是芶芝黑和藏青2000，2种青稞在PCA图上距离较近，说明两者在风味物质的相对含量上是相接近的。

结合前期对风味物质成分及相对含量的分析，PCA得分图可以有效支撑前面得到的结论，即5类青稞的主体风味物质在相对含量上存在明显差异，但藏青25和藏青27、芶芝黑和藏青2000风味物质的相对含量是相接近的。

图2 七种青稞的PCA图Fig.2 PCA plot of seven kinds of highland barley

2.2 西藏传统青稞酒特征风味分析

2.2.1 青稞酒的主要风味物质鉴定结果

通过NIST数据库对比和物质保留指数分析发现，目前可鉴定出青稞酒中的50余种主要风味物质，主要包括了醇类、醛类、酸类、酯类、烷烃类、烯烃类、酚类，共计7大类风味物质结果如表2所示。

2.2.2 青稞酒中各类风味物质含量差异对比分析

由图3可知，7种青稞酒在每一类风味化合物在含量上有着显著差异。由图3可知，在7类风味化合物的含量上，醇类>酯类>酸类、酚类>烷烃类、烯烃类、醛类。其中醇类的含量在76%～88%，含量最高。其次是酯类化合物，含量在6%～13%。两者相加已普遍占据整体风味物质含量的85%以上。其他物种风味化合物含量总和占比不到15%。

图3 七种青稞酒风味化合物含量分布Fig.3 Relative content distribution of seven kinds of barley liquor flavor compounds

醇类化合物是7种青稞酒中总含量最高的风味化合物，远高于其他6类化合物，在7种青稞酒中共检测出17种醇类化合物。青稞酒中含适量的高级醇可赋予酒体一些特殊的香味，而且对酒中的酯香有促进作用，使青稞酒的香气组成更加饱满立体。这些醇类物质在青稞酒中既是芳香成分，又是呈味成分，气味持续时间长。7种青稞酒中醇类化合物的总含量最高的是喜拉22，总含量为3 851.04 μg/L。

表2 七种青稞酒的主要风味物质鉴定结果Table 2 Identification results of main flavor substances of seven kinds of barley liquor

注：“*”，2-壬基醇为内标物，浓度为472 μg/L;-表示无

酯类化合物是7种青稞酒中总含量仅次于醇类的风味化合物，在7种青稞酒中共检测出20种酯类化合物。这20种酯类化合物在7种青稞酒均能检测到，同时在芶芝黑和藏青2000这2款青稞酒中还单独检测到了琥珀酸单乙酯。芶芝黑青稞酒中酯类化合物的总含量最高为418.01 μg/L。

7种青稞酒中共检测到5种酸类化合物和3种酚类化合物。但是在隆子黑青稞酒中并没有检测出辛酸。酸类化合物总含量最高的为藏青25青稞酒，总含量为287.34 μg/L。酚类化合物总含量最高的是藏青2000青稞酒，为202.77 μg/L。同时还检测出5种烷烃类、1种烯烃类和3种醛类化合物。

2.2.3 七种青稞酒风味物质聚类分析结果

采用NIST数据库对比和物质保留指数分析，及内标所法得到的每类风味物质的绝对含量作为输入，执行聚类分析，结果见表3及图4。

表3 七种青稞酒风味物质聚类分析Table 3 Cluster analysis of seven kinds of barley liquor

图4 七种青稞酒风味物质聚类分析树状图Fig.4 Cluster analysis tree graph of seven kinds of barley liquor

通过聚类分析的树状图，可以发现每种传统青稞酒中风味物质含量的相似程度。其差异大小由图4上方坐标(0～25)表示，7种青稞酒风味物质各自分类，在差异度25时聚为一类，这说明7种青稞酒在风味物质含量上存在差异。其中喜拉22和藏青27、隆子黑和QB14、芶芝黑和藏青25在风味物质含量上相接近，相似度约为1，故若将7种青稞酒分为4类，喜拉22和藏青27聚为一类，隆子黑和QB14聚为一类，芶芝黑和藏青25聚为一类，藏青2000单独为一类。若将7种青稞酒聚为两类，则喜拉22、藏青27、隆子黑和QB14聚为一类，芶芝黑、藏青25和藏青2000聚为一类。与表3结果吻合，因此，通过聚类分析，很直观地可以看出7种青稞酒在风味物质含量上的相近性与差异性。

2.3 青稞原料与青稞酒中风味物质相关性分析

粮食在蒸煮过程中产生大量香气成分，不同粮食香气成分区别很大，同一粮食的不同品种，香气成分也会有区别，这主要是由于不同品种的原料中蛋白质、淀粉、脂肪等物质的含量不同，如粮食中适量的蛋白含量是保证微生物生命活动的必要物质，但过量时也会造成某些发酵副产物的增多，给酒体带来邪杂味，影响产品质量。而原料中支链淀粉越高，原料易糊化，降低微生物的利用难度，不利于发酵生香。本课题比较了青稞原料和青稞酒中的香气物质的种类和含量变化，结果如表4所示。

表4 青稞与青稞酒中香气物质对比Table 4 The contrast of aroma substance between highland barley and barley wine

注：—表示无

表4可知，青稞原料和青稞酒中风味物质既有相似性，也存在显著差异。相似性在于青稞原料和青稞酒中风味物质的类别均含有表4中的7类化合物，且在7大类风味化合物中，均检出部分相同成分，差异性在两者间不同的风味物质种类更多，如青稞原料中检测出14种醇类但相应青稞酒中却检测出17种醇类，在具体醇类化合物的含量上也各不相同。在青稞原料中主要是以醛类物质为主，这主要是由于醛类物质赋予了原料浓郁的麦香味，正己醛被认为是对大麦芽风味影响最大的化合物之一，而青稞属于禾本科、大麦属[17]，所以在青稞原料中醛类物质也是主体风味物质，在7个品种青稞原料中也均检测到了正己醛且含量远高于检测到的其他风味化合物。在相同的发酵条件下，青稞原料的风味会影响青稞酒的质量，但对青稞酒质量影响较大的还是原料的理化指标[18]，本研究分析了7种青稞原料理化指标的差异，如表5所示。结果说明在青稞酒的生产过程中，微生物代谢消耗青稞原料中的淀粉、氨基酸、蛋白质等，最终形成了传统青稞酒中的醇类、酯类和酸类风味化合物[19-21]，在发酵参数相同的条件下，理化指标越接近，青稞酒的风味越相似。

表5 七种青稞原料理化指标 单位：%(质量分数)

3 结论

在本论文得出的最优工艺条件下，利用7种种植广泛的青稞原料酿造青稞酒[22]，通过固相微萃取和气相色谱——质谱联用法分析研究，通过谱库进行检索和保留指数验证，在青稞原料中共鉴定出7大类、50种主要风味物质，主要包括了醇类、醛类、酸类、酯类、烷烃类、烯烃类、其他类(酮类、苯类、萘类、酚类)。在传统青稞酒中共鉴定出7大类、50余种主要风味物质，主要包括了醇类、醛类、酸类、酯类、烷烃类、烯烃类、酚类。

7种青稞原料都具有上述青稞原料中检测到的7大类物质。7种青稞酒的风味化合物种类差异也都具有上述青稞酒中检测到的7大类物质。这表明青稞原料和传统青稞酒在风味化合物的种类方面具有较强的稳定性和一致性。通过SIMCA-P软件对青稞原料风味物质相对含量进行主成分分析，以及IBM.SPSS Statistics 23.0软件对青稞酒风味物质含量进行聚类分析，可以发现青稞原料和传统青稞酒风味化合物虽然在种类上没有明显差异，但是在具体风味化合物的含量上存在明显差异。综上所述，从酿酒原料的角度分析，在相同的发酵条件下，青稞原料的风味对青稞酒的风味影响较小，对青稞酒质量影响较大的还是原料的理化指标，这是由于在青稞酒的生产过程中，微生物代谢消耗青稞原料中的营养物质，最终形成了传统青稞酒中的醇类、酯类和酸类风味化合物。