不同地區黃酒揮發性物質差異性分析

王培璇，毛 健,3,*，李曉鐘，劉蕓雅,3，孟祥勇,3

（1.江南大學食品學院，江蘇 無錫 214122；2.江南大學 糧食發酵工藝與技術國家工程實驗室，江蘇 無錫 214122；3.國家黃酒工程技術研究中心，浙江 紹興 312000）

不同地區黃酒揮發性物質差異性分析

王培璇1,2，毛 健1,2,3,*，李曉鐘1，劉蕓雅1,2,3，孟祥勇1,2,3

（1.江南大學食品學院，江蘇 無錫 214122；2.江南大學 糧食發酵工藝與技術國家工程實驗室，江蘇 無錫 214122；3.國家黃酒工程技術研究中心，浙江 紹興 312000）

比較不同地區黃酒中主要揮發性物質種類及其含量的差異，采用頂空固相微萃取和氣相色譜-質譜聯用技術對不同地區的12 個品牌黃酒的揮發性物質進行測定，并分別對黃酒中的揮發性物質進行主成分分析、對不同地區黃酒進行聚類分析。結果表明：從不同地區的12 種黃酒中共檢測出142 種揮發性物質，其中酯類、醇類、醛類、酮類、酸類、酚類、烴類占揮發性物質總量的比例分別為33.04%、39.26%、24.64%、0.37%、0.63%、0.28%、1.36%，其中13 種物質為12 種黃酒所共有；通過主成分分析發現黃酒中對整體風味以及口感的形成影響較大的揮發性物質為異丁醇、苯乙酸乙酯、乳酸乙酯、乙酸乙酯、苯乙 醇和糠醛；此外，通過聚類分析可將所研究的不同地區12 種黃酒分為3 類，各類黃酒的揮發性物質均有其顯著特征，客觀地反映了樣品的真實信息。

黃酒；揮發性物質；頂空固相微萃取；氣相色譜-質譜聯用；主成分分析；聚類分析

黃酒是我國的一種傳統發酵酒，具有悠久的歷史和獨特的工藝，其以谷物為原料，麥曲等為糖化劑，酵母、細菌（乳酸菌）為發酵劑發酵而成[1]，與啤酒、葡萄酒并稱世界三大古酒。中國黃酒香氣成分復雜，既有原料中固有的揮發性香氣物質，又有產生于發酵過程中的微生物代謝的產物，還有陳釀階段形成的風味物質。這些物質不僅氣味各異，而且相互間還存在累加、分離以及抑制等相互作用[2]，因而不同地區、不同風格黃酒香氣多種多樣，口感也各不相同，著名的有紹興加飯酒、蘇派黃酒、上海老酒、山東即墨老酒、閩派黃酒、客家娘酒等[3]。現如今，隨著人們物質文化生活水平的日益提高，消費者對黃酒這一產品的要求也不斷變化和提高，黃酒的營養價值和口感越來越受到消費者的重視，如何建立起一種有效的方法將不同地域的黃酒進行有效地分類已經勢在必行。

近年來，不少學者對黃酒風味物質尤其是其中的揮發性成分進行研究。頂空固相微萃取（headspace solid phase micro-extraction，HS-SPME）技術，以其萃取條件溫和、操作簡捷、綠色環保的特點廣泛應用于食醋[4]、蘋果酒[5-7]、葡萄酒[8]、白酒[9]等的揮發性香氣成分的分析，并使風味物質分析的穩定性和準確性得到提高。羅濤等[10]參考國內外飲料酒中風味物質的研究方法，成功把頂空固相微萃取技術應用于黃酒中揮發性和半揮發性成分的檢測，并且取得了顯著成效，一次性從黃酒中檢測到了63 種揮發性和半揮發性微量成分。Cao Yu等[11]利用HS-SPME分析了紹興黃酒的風味物質，檢測到包括高級醇、酯類、醛類在內的54 種風味物質，并利用主成分分析確定該地區的特征風味物質。氣相色譜-質譜（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）聯用技術，作為一種高效、簡捷的分析方法，已成功應用于酒類[12]、麥曲[13]、發酵調味品[14-15]等領域，也是應用于黃酒揮發性成分最廣泛的一種檢測手段。

主成分分析法是將眾多相關、重疊的信息進行合并綜合，將原始的多個指標轉換為較少的幾個綜合指標，這些綜合指標既互不相關，又能盡可能多的反映原指標信息[16]。目前基于SPSS軟件的主成分分析已廣泛應用于黃酒[17-18]、白酒[19]、肉制品[20]、饅頭[21]等風味物質的研究。聚類分析是根據研究對象的特征衡量不同數據源間的相似性，以及把數據源分到不同的簇中，從而揭示樣品間的相似性和差異性[22]，目前在果蔬品種差異性研究[23]、中藥[24]、農作物品種篩選[25]應用普遍。

本實驗采用HS-SPME技術與GC-MS技術聯用，對12 種不同地區黃酒的揮發性風味物質進行檢測，通過主成分分析和聚類分析尋求黃酒的主要揮發性成分與各個地區黃酒的相關關系，實現對不同地區黃酒的正確分類，以期為不同地區黃酒的道地性研究提供科學依據和理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

以從市場購得的12 種來自不同地域的典型黃酒作為實驗樣品，樣品產地、原料等信息見表1。

表 1 不同地域來源的12 種黃酒信息表Table 1 Information about the 12 CRW brands from different areas

1.2 儀器與設備

電子天平 梅特勒-托利多（上海）儀器有限公司；79-3型恒溫磁力攪拌器 上海司樂儀器廠；75 μm CAR/PDMS固相微萃取 頭 美國Suplco公司；Finnigan Trace MS氣相色譜-質譜聯用儀 美國Finnigan公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品處理

樣品處理參照韓笑等[26]的方法，略作修改。采用75 μm的CAR/PDMS SPME萃取頭對黃酒樣品中的揮發性成分進行萃取。在20 mL的頂空瓶中加入6 mL黃酒樣品，3 g NaCl，插入萃取頭，于45 ℃吸附萃取30 min，250 ℃（不分流模式）條件下解吸附 7 min，用于GC-MS的數據采集分析。

1.3.2 GC-MS條件

氣相色譜條件：進樣溫度250 ℃，載氣He，載流模式為恒流，不分流，流速0.8 mL/min。色譜柱型號為DBWAX（30 m×0.25 mm，0.25 μm），初始柱子溫度為40 ℃，保持3 min，以7 ℃/min的速率升溫，最終溫度為230 ℃，保持10 min。

質譜條件：電子電離正離子模式，發射電流200 ?A，電子能量70 eV，界面溫度250 ℃，源溫度200 ℃，探測器電壓360 V。

1.3.3 定量計算

利用NIST 2005和Wiley 07質譜數據庫檢索風味物質。采用歸一化法計算各個揮發性成分的相對含量。

1.3.4 統計分析

采用統計軟件IBM SPSS Statistics 20.0對本實驗中揮發性成分進行主成分分析和聚類分析。

2 結果與分析

2.1 不同地區黃酒中揮發性物質的種類及相對含量

從12 個不同地區黃酒樣品中共檢測出142 種揮發

性物質，包括酯類48種，醇類33 種，醛類18 種，酮類12 種，酸類6 種，烴類9 種，酚類6 種，醚類、吡嗪等其他物質10 種（表2）。其中13 種物質為12 個黃酒樣品所共有，分別是乙酸乙酯、乳酸乙酯、辛酸乙酯、苯乙酸乙酯、乙酸苯乙酯、苯甲酸乙酯、琥珀酸二乙酯、異丁醇、異戊醇、苯乙醇、乙醛、糠醛、萘。不同黃酒樣品中揮發性物質的種類和相對含量差異明顯，種類從34～55不等，其中種類最少的為樣品1，最多的為樣品12。

表 2 不同地區黃酒揮發性物質的含量Table 2 The contents of volatile components of CRW samples from different areas

續表2 %

續表2 %

由表3可以看出，在不同的黃酒樣品中，酯類、醇類物質相對含量最高，兩者總含量占揮發性物質總量的57.21%～95.92%，平均百分比為72.30%，是最主要的揮發性物質。酯類總量占揮發性物質總量的23.95%～48.88%，平均百分比為33.04%。結合表2看出，乙酯類種類最多，共29 種，占總酯類的52.73%，主要由于黃酒中乙醇含量高，在乙酰轉移酶等酶類作用下發生酯化反應[27]。其中含量最多的為乙酸乙酯、乳酸乙酯、己酸乙酯和辛酸乙酯，平均含量分別為12.57%、6.74%、1.31%、1.58%。醇類物質種類僅次于酯類，總量占揮發性物質總量的24.43%～54.98%，平均含量為39.26%。其中出現頻次較高的有異丁醇、異戊醇、2,3-丁二醇、正己醇、1-辛醇、1-壬醇和苯乙醇。黃酒中除乙醇含量最高外（未在表中列出），其他醇類中含量最高的有苯乙醇、異戊醇、異丁醇，平均含量分別占到15.15%、16.79%、4.78%。苯乙醇作為黃酒國標中特別列出的風味物質，其相對含量范圍3.69%～23.42%，差異顯著。醛類也是黃酒揮發性成分中重要的一類，總量占揮發性物質總量的0.73%～40.81%，平均含量為24.64%。其中出現頻次較高的有乙醛、糠醛、壬醛、苯甲醛、2-苯基巴豆醛、5-羥甲基糠醛。苯甲醛、乙醛和糠醛的相對含量最高，分別占到總量的12.64%、1.38%、11.82%，是黃酒中主要的揮發性醛類物質。酮類物質在黃酒中含量較低，總量占揮發性物質總量的0.05%～0.91%，平均含量為0.37%。其中苯乙酮是出現頻次最高的酮類物質，平均含量為0.11%。酸類物質中乙酸出現的頻次最高，在10 種黃酒樣品中都能檢測到，可能由于乙酸具有很好的揮發性而易被萃取。酚類物質含量很低，不同黃酒樣品中種類差異顯著。Mo Xinliang等[28]報道稱酚類物質雖然含量較低，但因其較低的香氣閾值而成為黃酒麥曲中重要的呈香物質。

表 3 不同黃酒揮發性物質的總含量Table 3 The total contents of different groups of volatile compounds identified from CRW samples from different areas

2.2 12 個不同地區黃酒揮發性物質的主成分分析

本研究對12 個不同地區黃酒樣品中共同含有的13 種揮發性物質進行主成分分析，以探尋黃酒中的主要揮發性物質。由相關矩陣出發，計算相關矩陣的特征值和特征向量，得到特征值和貢獻率如表4所示，成分載荷矩陣分析結果見表5。根據特征值大于1的原則，共分析出4 個主成分，貢獻率分別為43.079%、26.272%、12.334%、9.470%，累積貢獻率為91.156%。故前4 個主成分能代表12 種樣品中揮發性物質91.156%的信息。

表 4 4 個主成分的特征值和貢獻率Table 4 Eigenvalues of four principal components and their variance contribution and cumulative contribution

由表5可知，第1主因子在變量異丁醇、苯乙酸乙酯、異戊醇、琥珀酸二乙酯、辛酸乙酯、乙醛、乙酸苯乙酯、苯甲酸乙酯、苯乙醇、乙酸乙酯有較高的載荷系數，則說明這些變量與第1主因子有高的相關性；第2主因子在變量辛酸乙酯、乙酸苯乙酯、乳酸乙酯、萘、糠醛有較高的載荷系數，則說明變這些變量與第2主因子有高的相關性；第3主因子在變量乙醛、苯甲酸乙酯、乙酸乙酯有較高的載荷系數，則說明這些變量與第3主因子有高的相關性；第4主因子在變量苯乙醇、糠醛有較高的載荷系數，則說明這些變量與第4主因子有高的相關。由表4可知，總方差50%的貢獻率來自于第1主成分和第2主成分，對第1主成分貢獻最大的是異丁醇、苯乙酸乙酯，對第2主成分貢獻最大的是乳酸乙酯，這3 種物質被認為是黃酒中主要的揮發性物質，對黃酒風味及口感的形成影響最大。而在第3主成分中，乙酸乙酯的貢獻最大，并且乙酸乙酯在第1主成分有較高的載荷系數，在第4主成分中，苯乙醇和糠醛的貢獻最大，兩種物質在第1主成分、第2主成分也具有較高的載荷系數，因此乙酸乙酯、苯乙醇和糠醛也是黃酒中重要的揮發性物質。

表 5 主成分載荷矩陣Table 5 Principal component loading matrix

2.3 12 個不同地區黃酒揮發性物質的聚類分析

圖1 不同地區黃酒的聚類分析圖Fig.1 Clustering results of CRW samples from different areas

根據檢測到的142 種揮發性物質對黃酒進行聚類分析，結果見圖1。由圖1可知，12 個不同地區黃酒可分成3 個類群：第1類群有樣品1、4、3、11、7共5 個品種，第2類群有樣品5、8、6、9、10共5 個品種，第3類群樣品2、12兩個品種。結合表1、2可以看出，這3 個類群黃酒的揮發性物質均有顯著特征，并具有一定的地域差異性。

第1類群中包含樣品3和樣品4代表的紹興黃酒、樣品7代表的山東黃酒、樣品1代表的江西黃酒以及樣品11代表的安徽黃酒。這一類群中，各種黃酒中的揮發性物質所占比例相近，其中醇、酯類化合物相對含量在60%以上，并且其他揮發性物質如醛類、酸類、烴類種類豐富且含量較高，尤其是其中的酚類物質所占比例明顯高于其他地區黃酒，揮發性成分復雜，口感也更為醇厚、濃郁。第2類群中包含樣品5代表的蘇派黃酒、樣品8代表的閩派黃酒、樣品6代表的海派黃酒以及樣品9代表的客家黃酒和樣品10代表的陜西黑米酒。這一類群中，揮發性物質較豐富，但與第1類群相比偏少，且含量較低，屬于清爽型黃酒，其中烴類化合物所占比例明顯高于其他黃酒。其中，樣品8代表的閩派黃酒與樣品9代表的廣東客家黃酒均采用紅曲接種發酵[29]，這間接說明了黃酒中風味物質的形成與發酵原料和菌種有一定的相關性。第3類群中包含樣品2代表的廣西甜酒以及樣品12代表的東北黃酒。這兩種酒揮發性物質單一，醇、酯類化合物所占比例最大，口感沒有前兩類黃酒豐富、柔潤。

3 結 論

從12 種不同地區黃酒中共檢測到142 種揮發性成分，其中13 種物質為12 個黃酒樣品所共有，分別是乙酸乙酯、乳酸乙酯、辛酸乙酯、苯乙酸乙酯、乙酸苯乙酯、苯甲酸乙酯、琥珀酸二乙酯、異丁醇、異戊醇、苯乙醇、乙醛、糠醛、萘。揮發性成分主要包含酯類、醇類、醛類、酮類、酸類、烴類、酚類，其中酯類尤其是乙酯類化合物種類最多，含量也較高，其次是醇類、酮類，烴類、酚類等化合物雖然含量低，但有可能對黃酒整體風味的形成有影響。通過對樣品揮發性成分進行主成分分析，可以選取4 個主成分表示原始揮發性物質含量在樣品中的91.156%的信息。統計結果表明，異丁醇、苯乙酸乙酯、乳酸乙酯、乙酸乙酯、苯 乙醇和糠醛對黃酒的揮發性物質總含量貢獻較大，對黃酒風味及口感的影響最大。此外，12 個不同地區黃酒 中揮發性物質存在顯著差異，通過聚類分析可以將其聚成3 類，客觀地反映了樣品的真實信息。

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Comparative Analysis of Volatile Components of Chinese Rice Wines from Different Areas

WANG Pei-xuan1,2, MAO Jian1,2,3,*, LI Xiao-zhong1, LIU Yun-ya1,2,3, MENG Xiang-yong1,2,3
(1. School of Food Science and Technology, Jiangnan University, Wuxi 214122, China; 2. National Engineering Laboratory for Cereal Fermentation Technology, Jiangnan University, Wuxi 214122, China; 3. National Engineering Research Center of Chinese Rice Wine, Shaoxing 312000, China)

The volatile compounds of 12 brands of Chinese rice wines (CRW) from different areas were determined and compared by headspace solid phase micro-extraction in combination with gas chromatographymass spectrometry (HS-SPME-GC-MS). A total of 142 volatile compounds were detected in samples of these 12 CRW brands, including esters, alcohols, aldehydes, ketones, acids, phenols and hydrocarbons accounting for 33.04%, 39.26%, 24.64%, 0.37%, 0.63%, 0.28% and 1.36% of the total amount of identified compounds, respectively. Thirteen volatile compounds were common to these CRW brands. Principal component analysis (PCA) was adopted to investigate their main volatile components and cluster analysis was used to cluster the different CRW brands. The PCA results showed that isobutyl alcohol, benzyl acetate, ethyl lactate, ethyl acetate, phenethyl alcohol and furfural were the main volatile compounds, which are mainly responsible for the overall flavor an d taste of CRW. We established three clusters consisting of different volatile components according to cluster analysis, which could objectively reflect the real information.

Chinese rice wine; gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS); headspace solid phase micro-extraction (HS-SPME); volatile compounds; principal component analysis; cluster analysis

TS262.4

A

1002-6630（2014）06-0083-07

10.7506/spkx1002-6630-201406017

2014-02-26

國家高技術研究發展計劃（863計劃）項目（2013AA102203-06）

王培璇（1984—），女，博士研究生，主要從事食品生物技術研究。E-mail：peixuanwang@163.com

*通信作者：毛健（1970—），男，教授，博士，主要從事食品生物技術研究。E-mail：biomao@263.net