工業制麥過程揮發性醛類的鑒定與變化規律分析

董 亮，李 峰，付 月，徐 凱，蘇宏旭，趙長新，史仲平

（1.江南大學生物工程學院，江蘇無錫214122；2.大連工業大學生物工程學院，遼寧大連116034；3.撫順師范高等專科學校生化系，遼寧撫順113000；4.沈陽化工學校應用化學系，遼寧沈陽110122；5.中糧麥芽大連有限公司研發中心，遼寧大連116000）

工業制麥過程揮發性醛類的鑒定與變化規律分析

董 亮1，2，李 峰3，付 月4，徐 凱5，蘇宏旭5，趙長新2，史仲平1，*

（1.江南大學生物工程學院，江蘇無錫214122；2.大連工業大學生物工程學院，遼寧大連116034；3.撫順師范高等專科學校生化系，遼寧撫順113000；4.沈陽化工學校應用化學系，遼寧沈陽110122；5.中糧麥芽大連有限公司研發中心，遼寧大連116000）

利用固相微萃取與氣質聯用技術分析鑒定了釀造大麥工業制麥過程中揮發性醛類物質的組成。共分析鑒定出15種揮發性醛類物質，絕大部分醛類都存在于整個制麥過程。通過對醛類揮發物的定量分析發現，熱干燥和焙焦過程對醛類含量影響較大，主要表現為使其含量減少，正己醛、壬醛、反-2-辛烯醛含量在整個制麥過程呈現出先增加后減少的趨勢；乙醛、異丁醛、正辛醛的含量在整個制麥過程呈現出波動下降的趨勢；2-甲基丁醛的含量在制麥開始時基本保持不變，制麥后期其含量快速增加后又迅速降低；異戊醛的含量基本上保持不變。

制麥，麥芽，揮發性物質，醛類

啤酒是當今世界上產量最大的飲料酒，鑒于其特殊的爽口風味深受廣大消費者的喜愛。啤酒的風味是啤酒重要的品質特征之一，現在的消費者對啤酒風味的要求越來越高。風味由一些能夠引起人的感官反應的物質所組成，包括能夠引起嗅覺的嗅感物質和能夠引起味覺的味感物質[1]。啤酒主體的風味主要由其原料麥芽決定，麥芽作為大麥發芽的制成品，無論工業化還是實驗室規模的制麥過程大體上都包括浸麥、發芽、干燥和焙焦四個過程，整個的制麥周期在6d左右。研究表明：麥芽中的風味物質大部分來源于熱干燥和焙焦過程中的美拉德反應，而該反應同時也是麥芽色澤的主要來源[2]。因此，制麥過程對麥芽的品質和風味起到決定性的作用。

研究發現醛類作為羰基類化合物在啤酒的貯藏過程中是引起啤酒老化的一類重要物質。乙醛是最早被發現在啤酒老化過程中濃度增加的醛類化合物之一，反-2-壬烯醛（紙板味）被廣泛的認為是引起啤酒老化的重要物質，并一度作為啤酒老化味的主要檢測指標，而其他的線性醛類分子也具有與反-2-壬烯醛相似的味道。例如線性C4-C10的烷醛、烯醛、二烯醛，特別是從2-庚烯醛開始的長鏈醛在啤酒貯藏中含量有一定程度增加。研究同時發現，二烯醛，如：（順，反）-2，-二烯醛和（順，順）-2，4-癸二烯醛在啤酒老化過程中也起到重要的作用。在啤酒貯藏過程中引起老化的醛類物質還有2-甲基丙醛、2-甲基丁醛、異戊醛、苯甲醛和苯乙醛[3]。

無論是原料大麥還是成品麥芽揮發性醛類都是其風味化合物的主要組成部分[4]。鑒于醛類揮發性風味物質在啤酒風味老化過程中的作用，開展制麥過程中醛類物質的研究是十分必要的。本文首先應用固相微萃取/氣相色譜-質譜聯用技術分析鑒定了工業化制麥過程中的揮發性醛類物質的組成，然后對其中關鍵性的醛類物質進行定量分析，從中找到各風味醛類的物質產生及變化規律，這無疑將深化現階段對啤酒風味老化起因的認識。同時，本文樣品皆來自于工業化制麥生產現場，所得結果有望服務于工業化生產。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

大麥Metacalfe 產自加拿大；所有供試樣品 由中糧麥芽大連有限公司饋贈。

固相微萃取裝置 美國Supelco公司；復合DVBCAR-PDMS（二乙烯苯-碳分子篩-聚二甲基硅氧烷共聚物，涂層厚度為50/30μm）萃取頭 美國Supelco公司；Agilent 6890氣相色譜儀、Agilent 5975質譜儀美國安捷倫公司；HH-8型水浴鍋 國華電器有限公司；FA1004A型分析天平 上海精天科貿有限公司；HT12型氮吹濃縮儀 北京精誠華泰儀表有限公司；無水乙醇和無水Na2SO4為分析純，購自于大連北疆化學試劑公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 制麥工藝 麥芽制造由塔式制麥系統完成，浸麥30h（濕浸6h—干浸16h—濕浸5h—干浸3h），浸麥度達到45%，麥層溫度16～18℃，相對濕度90%，發芽114h，干燥后得成品麥芽。取樣點設在24、48、72、96、120、144h，各取樣點樣品取出后加入一定量液氮裝入組織粉碎機中粉碎至10目左右，-20℃冷凍保存。

1.2.2 樣品預處理 精確稱量粉碎后的樣品3.0g裝入20mL萃取瓶中，用聚四氟乙烯襯里的硅橡膠墊密封，然后加入20%NaCl 2mL與大麥粉末混合均勻后，置于（18±1）℃恒溫水浴鍋平衡30min，插入裝有萃取頭的手動SPME進樣器進行采樣吸附60min，采樣完畢立即進入氣相色譜儀在250℃解吸5min進行GC-MS分析[4]。

1.2.3 嗅感物質的GC-MS檢測分析

1.2.3.1 GC-MS色譜條件 30m×0.25mm×0.25μm HP-5ms彈性石英毛細管柱；載氣He氣，流速2mL/min；進樣口以及檢測器溫度為250℃；程序升溫：起始溫度40℃，保持5min，以2℃/min升至50℃，后以5℃/min升至250℃。

1.2.3.2 質譜條件 EI源電子轟擊能量70eV；離子源溫度230℃；掃描間隔0.25s；四極桿150℃；掃描范圍40～400u。

1.2.3.3 化合物的定性 化合物結構采用計算機Nist 08譜庫檢索、色譜保留指數、人工解析鑒定及和標準化合物比對鑒定[5-6]。

1.2.4 嗅感物質的定量分析 準確稱量粉碎后的樣品5g置于索式提取器中，40℃水浴無水乙醚回流8h。提取液加入過量的無水Na2SO4過夜去除水分，后將乙醚提取液利用韋氏分離柱及氮吹儀濃縮至1mL，冷凍保存待進行氣相色譜分析[7]。

1.2.4.1 色譜條件 選用30m×0.25mm×0.25μm DB-5彈性石英毛細管柱；載氣氮氣，流速2mL/min；進樣口以及檢測器溫度為250℃；程序升溫：起始溫度40℃，保持5min，以2℃/min升至50℃，后以5℃/min升至250℃。

1.2.4.2 嗅感化合物的定量 本文采用各化合物外標法對其進行定量分析[8]。具體計算公式為：

化合物的質量（微克/100g干物質簡寫為μg/100g DW）=峰面積/單位質量濃度化合物的峰面積響應值×該化合物的濃度。

2 結果與討論

2.1 工業制麥過程中揮發性醛類物質的鑒定

由表1所示，應用固相微萃取/氣-質聯用技術分析工業制麥過程中揮發性醛類物質取得了良好的效果，總共分析鑒定出15種揮發性醛類物質。圖1所示為固相微萃取/氣-質聯用分析制麥過程各階段揮發性醛類物質的總離子流圖。

根據董亮等[4]報道，醛類物質是構成大麥主體風味的重要化合物，其含量接近總揮發物含量的四分之三。本文總共分析鑒定出15種揮發性醛類物質，這些化合物分別是：乙醛、異丁醛、異戊醛、2-甲基丁醛、戊醛、正己醛、2-己烯醛、正庚醛、正-2-庚烯醛、苯甲醛、正辛醛、反-2-辛烯醛、壬醛、正癸醛和反-2-壬烯醛。醛類通常賦予大麥以新鮮綠色的氣息，而脂肪醛類一般帶來淡淡的青草的香氣。麥芽中醛類物質來源于發芽和焙焦過程中不飽和脂肪酸的氧化作用[9]。

由表1可以清楚的看出不同醛類物質在制麥過程中產生的時間及相對變化的趨勢，從大麥-制麥-成品麥芽整個麥芽生產過程來看，鑒于不同醛類物質產生的時間，大致將其分成6大類化合物：第一類化合物為只存在于原料大麥中，而鑒定出的醛類物質沒有該類型的化合物；第二類為只存在于原料大麥和制麥過程中，這類化合物只有正辛醛，該化合物具有一定的脂香味；第三類為在制麥過程中產生并且只存在于該過程，這類化合物只有正癸醛，該化合物具有一定的皂香和檸檬味；第四類化合物為產生于制麥過程中并且能夠經受住干燥過程中的極端環境留在成品麥芽中，這類化合物有2-己烯醛、正-2-庚烯醛，2-己烯醛具有青蘋果味；第五類化合物為只在干燥過程中產生，而鑒定出的醛類物質沒有該類型的化合物；第六類化合物為存在于整個制麥過程，余下的11種醛類物質都屬于該型化合物。由于麥芽是啤酒釀造的主要原料，因此能夠經受住熱干燥和焙焦過程，并且留在成品麥芽中的醛類化合物相對于其他類型的化合物顯得更加的重要，也就是第四類和第六類化合物，這兩類化合物也是本文研究的重點。

根據Cramer等[10]的報道，異戊醛、正己醛和2-甲基丁醛是大麥的關鍵性風味化合物。其中異戊醛具有濃厚的麥香氣，是麥芽風味的重要組成物質之一；2-甲基丁醛具有濃濃的可可味；正己醛具有淡淡的青草味兒。根據Schieberle等[11]研究，反-2-壬烯醛作為能夠啤酒風味老化的重要物質，通常帶來紙張的味道。

圖1 制麥各階段揮發性醛類物質總離子流圖Fig.1 Total ion current chromatogram in the analysis of volatile aldehydes during malting by SPME/GC-MS

表1 固相微萃取/氣-質聯機分析制麥過程中揮發性醛類結果Table 1 Analysis of volatile aldehydes during malting by SPME/GC-MS

2.2 工業制麥過程中關鍵醛類物質的變化

為了更好的探討制麥過程中揮發性醛類物質的變化規律，本文對所鑒定出的醛類物質進行了定量分析，由于所使用定量分析的方法的限制，致使部分醛類沒有檢出。因此，本文對其中8種醛類進行了定量分析。

由圖2（A）所示，乙醛在整個制麥過程中呈現出波動式下降的趨勢，發芽72h時其含量達到最大3.39mg/100g DW，干燥后其含量略有降低，在成品麥芽中其含量為2.58mg/100g DW。正己醛的含量在制麥過程中呈先上升后降低的趨勢，其在原料大麥中的含量為0.3mg/100g DW，制麥開始后其含量逐漸的升高，144h時達到最大為2.38mg/100g DW，焙焦后其含量迅速的下降至0.18mg/100g DW。異丁醛在整個制麥過程中其含量呈下降的趨勢，成品麥芽中其含量為36.31mg/100g DW（圖2B）。壬醛的含量在制麥過程中先大幅度的升高，后逐步的降低，熱干燥和焙焦過程對其含量影響很大，在此過程中壬醛含量降至零。

圖2 制麥過程中揮發性醛類物質的變化Fig.2 Curve of volatile aldehydes during malting process

由圖2（C）可以看出，異戊醛的含量在整個發芽過程中基本保持不變。干燥結束后，麥芽中的含量在300μg/100g DW左右，而正辛醛在發芽開始后其含量呈波動式的下降，干燥和焙焦過程又使其含量迅速的降低至零。反-2-辛烯醛在原料大麥中含量為0，發芽開始24h后其含量快速的增長到最大值194.21μg/ 100g DW，然后其含量相對保持穩定，熱干燥開始后其含量大幅度的降低至0（圖2D）。而2-甲基丁醛在制麥開始后其含量保持相對穩定，96h后其含量快速的升高至256μg/100g DW，后逐漸的下降，干燥后其含量快速的降到97μg/100g DW。

2.3 工業制麥過程中醛類物質的變化機制

在大麥發芽過程中，醛類揮發性物質主要來源于酯類的氧化和水解作用，因此，發芽過程中酯類代謝物的走向對醛類物質的含量產生重大的影響。在正常發芽條件下，絕大部分酯類物質的代謝物通過糖的異生作用轉化為蔗糖，蔗糖被轉運到根和生長快速的組織中，為幼苗的生長和發育提供碳源和能量[12]；而被水解或氧化生成醛類化合物酯類的量相對較小。因此，部分醛類揮發物性物質的含量總體上呈現出逐漸下降的趨勢或含量基本保持不變，如：異丁醛、正己醛、正辛醛（下降趨勢）；異戊醛（保持不變）等物質在發芽過程含量的變化；當酯類物質的水解氧化作用大于其糖的異生作用的時候，相應醛類揮發性物質的含量則表現出逐漸上升的趨勢，如：壬醛和反-2-辛烯醛在發芽過程中含量階段性增加的趨勢；而2-甲基丁醛含量的變化在發芽96h以前基本保持不變，96h后其含量明顯的增加，這說明在制麥過程的前期種子萌發劇烈，絕大部分酯類物質通過糖的異生作用轉化為蔗糖為幼苗的生長和發育提供碳源和能量，而發芽的后期隨著綠麥芽生長作用的減弱，酯類物質通過糖的異生作用轉化為蔗糖的作用也隨之減弱，這時部分酯類被氧化水解成揮發性的醛類物質。綜上，正是大麥發芽過程中酯類物質糖的異生作用和氧化水解作用的相互競爭構成了揮發性醛類揮發性物質含量的變化的內因。

另外，干燥和焙焦過程是對各揮發性醛類的含量影響較大的一個工藝過程，所有檢測出的醛類物質的含量在此過程都呈現出下降的趨勢。而此過程中，各化合物含量變化實質是一個動態變化的過程，也就是說促使各物質生成的酶解作用和各化合物損失的熱蒸發作用同時存在，當熱蒸發作用大于酶解作用時使得各化合物在干燥過程中含量逐漸的減少。

3 結論

利用固相微萃取與氣-質聯用技術分析鑒定了釀造大麥工業制麥過程中揮發性醛類物質的組成。實驗結果表明，固相微萃取與氣-質聯用技術可以快速鑒定制麥過程中的揮發性醛類物質。實驗取得了良好效果，共分析鑒定出15種揮發性醛類物質，絕大部分醛類都存在于整個制麥過程，且為成品麥芽的主要風味化合物。通過對醛類揮發物的定量分析揭示了揮發性醛類在整個制麥過程中含量變化的趨勢，正己醛、壬醛、反-2-辛烯醛含量在整個制麥過程呈現出先增加后減少的趨勢；乙醛、異丁醛、正辛醛的含量在整個制麥過程呈現出波動下降的趨勢；2-甲基丁醛的含量在制麥開始時基本保持不變，制麥后期其含量快速增加后又迅速降低；異戊醛的含量基本上保持不變。大麥發芽過程中，酯類代謝物糖的異生作用和其氧化水解作用的相互競爭構成了揮發性醛類揮發性物質含量變化的內因。而熱干燥和焙焦過程是影響醛類揮發物含量的重要工藝過程，主要表現為使醛類的含量減少。

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Analysis of the changing pattern of volatile aldehydes from an industrial scale malting process

DONG Liang1，2，LI Feng3，FU Yue4，XU Kai5，SU Hong-xu5，ZHAO Chang-xin2，SHI Zhong-ping1，*
（1.Jiangnan University，School of Biotechnology，Wuxi 214122，China；2.Dalian Polytechnic University，School of Biotechnology，Dalian 116034，China；3.Fushun Teachers College，Fushun 113000，China；4.Shenyang Chemical Industry School，Department of Applied Chemistry，Shenyang 110122，China；5.COFCO Malt（Dalian）Co，Ltd，Researching Center，Dalian 116000，China）

Volatile aldehydes identified from malting process were investigated by solid phase microextraction（SPME）combined with GC-MS.A total of fifty volatile aldehydes were identified，and most of these aldehydes survived in the whole malting process.As a result，it had a big influence for the kilning and roasting process to the content of aldehydes，which made the content of aldehydes deceased during this process. The concentration of hexanal，nonanal，E-2-octenal increased at the beginning of malting，then decreased in the following stage.Meanwhile，the content of acetaldehyde，octanal，2-methyl-propanal deceased steply. The concentration of 2-methly-butanal did not changed at the beginning of malting，then jumped to a high level at the end of malting.And the concentration of 3-methyl-butanal did not change during the whole process.

malting；malt；volatile compound；aldehydes

TS207.3

A

1002-0306（2014）08-0122-05

10.13386/j.issn1002-0306.2014.08.018

2013－07－22 *通訊聯系人

董亮（1981-），博士在讀，講師，主要從事釀造大麥生理生化及風味特性方面的研究。