新型水果时尚黄酒中风味物质的GC-MS检测分析及指纹图谱构建

姚烨岑，郭 明，叶 博，许丹丹，郑云峰，江 涛

（1.浙江农林大学化学与材料学院，浙江杭州 311300；2.绍兴市食品药品检验研究院，浙江绍兴 312000）

黄酒为我国的特色食品，含有丰富的葡萄糖、醇类、酯类和18 种氨基酸及多种微量元素等，对人体健康十分有益[1]。同时，黄酒中含有的糖化胶质，是一种有保健功效的绿色食品。研究表明，黄酒的多种营养成分具有功能性，例如：①抗氧化物质，包括酚类、硒、类黑精和谷胱甘肽等；②降高血压物质，黄酒中的血管紧张素转换酶(Angiotensin Converting Enzyme Inhibtion，ACE)在肾素-血管紧张素系统中能显著降低血压；③抑制性神经递质，黄酒中的γ-氨基丁酸(GABA)[2]参与多种代谢活动，可降低血压、改善脑功能、增强长期记忆、抗焦虑、高效减肥及提高肝、肾机能等[3]，所以黄酒在食药领域长期得到广泛应用。

近年来，我国黄酒行业在经历快速发展期后面临消费市场渐趋饱和的现状，由于地域性较强，市场拓展较难；同时由于黄酒为传统食品行业，加工技术相对较低，进入的门槛较低等原因，企业数量大量增长，无序竞争导致价值被低估，科技含量不高。另一方面，啤酒、葡萄酒作为竞争者都纷纷加大科技投入，研发时尚新品种，对传统黄酒冲击较大，传统黄酒缺乏时尚元素，难以吸引年轻消费者。研发时尚黄酒现已成为行业关注的共识热点，经业界一些企业努力，目前市场上已有时尚黄酒，但检测标准未见明确报道。所以现开发新型时尚黄酒，推陈出新，提升生产技术，拓展新消费市场，树立品牌观念，规范行业秩序[4]。但是目前对于新型时尚黄酒的行业标准以及检测技术尚未完全统一，故利用现代分析检测技术建立气相色谱-质谱联用的方法是一个新的突破。

气相色谱-质谱联用(Gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS)是一种结合色谱高分离能力和质谱高鉴别能力的在线分离、定性和定量检测技术，可以检测10-12～10-3mg/L 的痕量有机物[5]，适用于新型时尚水果黄酒挥发性成分的分析。由于新型水果黄酒成分复杂，针对不同目标物采取不同的前处理技术能够有效减少分析过程中的实验误差[6-7]，故采用的前处理净化技术有：①顶空技术（Headspace technology）：通过直接捕集样品上空的挥发性成分进行检测的方法，按照捕集方式可被分为静态和动态顶空技术；②固相微萃取技术（Solid phase micro extraction，SPME）：一种新型挥发物萃取技术，能够通过熔融石英纤维从气体或者液体样品中富集挥发成分,跟传统萃取技术比有操作简单、精度高、样品损耗小等优点[8]。

在GC-MS分析时尚黄酒中建立特征谱图是期望获得的结果。指纹图谱是指采用一定的分析手段得到的能够标示某些复杂化学特征的色谱图或光谱图[9]，已在中药研究领域广泛应用。色谱指纹图谱作为一种综合的、可量化的色谱鉴定手段，在产品质量品质评判和真伪鉴别中都起到了重要作用。本试验所研究的新型水果时尚黄酒中挥发性风味物质的指纹图谱分析借鉴了中药指纹图谱的分析方法，将谱学分析法与化学计量学处理方法相结合，具有整体性、模糊性和可量化等特点，在新型水果时尚黄酒感官审评、种类识别、品质鉴定、真伪判别等方面都具有广阔的应用前景[10]。

1 材料与方法

1.1 材料、仪器

新型水果时尚黄酒：2020 年1 月、3 月、6 月、9月、12 月，5 个批次的桂花、蜜桃、杨梅和青梅黄酒，均取自浙江塔牌绍兴酒业有限公司。

仪器设备：7890A/5975C 气相色谱-质谱联用仪、DB-17MS 色谱柱（30 m×250 μm×0.25 μm）（Agilent公司，美国）；AL204电子天平（检定分度值为0.001 g，梅特勒公司）；SPME 手柄、顶空瓶及固相微萃取头（50/30 μm DVB/CAR/PDMS）（Supelco美国）；常规玻璃仪器。

1.2 实验方法

顶空瓶内的黄酒为2020 年5 个批次的桂花、蜜桃、杨梅和青梅黄酒。依次将装有样品的顶空瓶放置在固相微萃取装置上（设置温度为45 ℃），然后将萃取头（实验前先将此萃取头在色谱仪250 ℃进样口老化30 min）插入手动进样器进行顶空萃取，萃取时间为15 min，萃取结束后在气相色谱进样口解析24 min。

色谱条件：色谱柱为DB-17MS石英毛细管柱，柱长30 m，内径0.25 mm；进样口温度为230 ℃，ECD 检测器温度为250 ℃；载气为高纯氦气，流速1.0 mL/min；柱温起始为40 ℃，保持1 min，以5 ℃/min 升至120 ℃，保持1 min，再以10 ℃/min 升至230 ℃，保持3 min，不分流模式进样。

质谱条件:EI 电子源，电离能量为70 eV；质量扫描范围(M/Z)为50～550 amu；离子源温度为230 ℃；质谱传输线温度为220 ℃。

2 结果与分析

2.1 数字化多元化学指纹图谱的建立及共有峰的确认

由GC-MS 检测分析得到20 个黄酒样品的基础质谱数据，分析其基峰、质核比和相对丰度，分别得出各峰所代表的挥发性物质的化学结构和名称，参考NISTO8aL 质谱数据库检索结果及相关化合物的保留指数、分析匹配度对黄酒中的挥发性物质进行定性分析，采用峰面积归一法计算各成分的相对含量[11-12]。

对不同批次的黄酒样品进行GC-MS 分析，共检测出27 种物质，醇类和酯类在挥发性成分中含量最高，其后依次为醛酮类、其他类、烃类和酚类。

利用Origin2017 软件绘制同一批次的4 种不同风味的新型黄酒挥发性物质GC-MS 总离子图，通过图谱的对照可以看出，有13 个共有峰，虽然丰度大小不同，但都在同一时间出峰，故筛选出13 个共有峰作为指纹图谱的特征指纹峰，如图1 所示。这13 个共有峰依次为苯丙酸乙酯、十六烷、十六酸乙酯、2,4-二叔丁基-6-硝基苯酚、丁二酸-乙基-3-甲基丁酯、2-己酸乙酯、α-亚乙基-苯乙醛、丁二酸二乙酯、苯乙酸乙酯、苯甲酸乙酯、苯乙醇、甲氧基苯基肟和苯甲醛。

图1 桂花、蜜桃、杨梅和青梅黄酒挥发性成分GC-MS总离子图

分别计算桂花、蜜桃、杨梅、青梅以及所有样品汇总后的13 个共有峰面积之和占总峰面积的百分比，从而得到相对保留面积，发现其值介于72.53 %～81.06 %之间，分别为76.52 %、81.06 %、75.56 %、73.86 %和72.53 %，平均值为75.91 %，如表1所示。

在比较这13 个共有峰时，发现保留时间为19.582 min 的苯乙醇的峰面积最大且相对稳定，具有良好的对照效果，选其为参照峰，将苯乙醇的保留时间和相对峰面积都定为1，并在此基础上计算其他所有共有峰的相对保留值。各共有峰的相对保留面积和相对保留时间分别如表1 和表2 所示。由表2 可知，特征共有峰的相对保留时间RSD%都小于3 %，说明它们在GC-MS 谱图中具有相对稳定性。

表1 各共有峰的相对保留面积

表2 各共有峰的相对保留时间

2.2 指纹图谱特征峰的相对保留时间和平均相对峰面积

通过分析，所构建的新型黄酒挥发性风味物质的数字化特征指纹图谱如表3 所示。从表3 可知，新型黄酒的挥发性物质的指纹图谱峰相对保留时间主要集中在0.4984～2.4081 之间，其相对含量从大到小的顺序依次为苯乙醇、苯甲醛、丁二酸二乙酯、苯乙酸乙酯、甲氧基苯基肟、α-亚乙基-苯乙醛、十六酸乙酯、苯乙酸乙酯、2-己酸乙酯、2,4-二叔丁基-6-硝基苯酚、苯丙酸乙酯、丁二酸-乙基-3-甲基丁酯、十六烷。黄酒的挥发性物质主要是醇类、酯类和醛类化合物，主要香气成分来自醇类化合物，酯类化合物主要是在酵母发酵与陈酿过程中产生，赋予黄酒芬芳香味。

表3 新型黄酒的挥发性物质数字化指纹图谱

2.3 新型黄酒指纹图谱的相似度分析

采用夹角余弦法和相关系数法对新型黄酒挥发性风味物质GC-MS 指纹图谱进行相似度分析。对桂花、蜜桃、杨梅、青梅和汇总之后的样品的GCMS 色谱图进行分析，利用13 个特征峰的相对峰面积进行相似度计算，结果如表4所示。由表4可知，13 个特征峰夹角余弦的相关系数在0.9436～0.9876 之间，相似度的相关系数在0.9124～0.9750之间，说明不同品种的黄酒样品具有较好的相似度，可用于建立新型黄酒的GC-MS指纹图谱。

表4 新型黄酒指纹图谱的相似度分析

采用Origin2017 软件，对20 个新型黄酒的离子色谱图原始数据进行分析，建立新型黄酒挥发性风味物质的GC-MS 指纹图谱，如图2 所示，1—5 是5个批次的桂花黄酒，6—10 是蜜桃黄酒，11—15 是杨梅黄酒，16—20是青梅黄酒。可以看出每种风味的黄酒除共有峰以外都有其特征出峰位置，如表5所示。表明新型风味黄酒具有除了传统型黄酒的固有风味之外的其他水果的特征风味。

表5 新型黄酒特征挥发性成分

图2 新型黄酒挥发性成分GC-MS指纹图谱

3 结论

采用指纹图谱共有峰来确定新型黄酒的风味物质，计算特征峰组的相似度均达到了0.9124 以上，说明标准指纹图谱可以作为新型风味黄酒的质量分析与鉴别的依据。分析得出的13 个共有峰以及新型风味黄酒的特征挥发成分表明新型黄酒既有传统型黄酒的风味，也具有创新的果味的特征风味。