不同萃取頭固相微萃取分析小米清酒揮發(fā)性成分的研究

李少輝，趙 巍，張愛霞，劉瑩瑩，張佳麗，張玉宗，劉敬科*

（國家谷子改良中心 河北省農(nóng)林科學(xué)院 谷子研究所 河北省雜糧研究實(shí)驗(yàn)室，河北 石家莊 050035）

谷子（Setaria italicaBeauv.）為我國北方地區(qū)傳統(tǒng)特色作物，有7 300年的栽培歷史，具有抗旱耐脊、生育期短、適應(yīng)廣等特點(diǎn)，富含淀粉、脂肪、維生素、礦物質(zhì)等營養(yǎng)成分，在調(diào)整農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和滿足人民營養(yǎng)需求方面起到重要的作用[1-2]。小米是谷子脫殼碾制后的產(chǎn)品，主要用作煮粥食用，消費(fèi)相對(duì)較少，市場(chǎng)拉動(dòng)力不足，因此，大力發(fā)展谷子深加工，延長谷子產(chǎn)業(yè)鏈，才能更好地發(fā)揮谷子的優(yōu)勢(shì)作用。

小米清酒是我國新型黃酒，采用液態(tài)發(fā)酵技術(shù)釀造而成，相對(duì)于傳統(tǒng)小米黃酒具有酒液晶瑩，風(fēng)味獨(dú)特的特點(diǎn)，深受廣大消費(fèi)者喜愛[3]。風(fēng)味對(duì)小米清酒的感官品質(zhì)具有決定性影響，李少輝等[4-6]對(duì)傳統(tǒng)小米黃酒的風(fēng)味進(jìn)行了研究，已經(jīng)明確了傳統(tǒng)小米黃酒風(fēng)味成分由醇、酯、含苯、碳?xì)洹⑺帷⑷⑼⑾⒎雍碗s環(huán)類化合物構(gòu)成，并確定了苯乙醇、丁二酸二乙酯等相關(guān)氣味特征，對(duì)傳統(tǒng)小米黃酒品質(zhì)分析和工藝控制具有重要指導(dǎo)意義，然而關(guān)于新型小米清酒風(fēng)味的研究卻鮮見報(bào)道。

固相微萃取（solid phase microextraction，SPME）技術(shù)是一種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)分析的前處理技術(shù)，該技術(shù)集采樣、萃取、濃縮、進(jìn)樣于一體[7]，具有裝置簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、測(cè)試快、重現(xiàn)性好、費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于黃酒[8]、啤酒[9-10]、白酒[11-14]、葡萄酒[15-16]等酒類的揮發(fā)性風(fēng)味成分分析。萃取頭是SPME的核心，不同萃取頭萃取的靈敏度和選擇性有較大差異，已有學(xué)者采用不同萃取頭SPME對(duì)茶葉[17]、橄欖油[18]、茶油[19]等樣品揮發(fā)性成分進(jìn)行分析，明確了采用不同萃取頭SPME分析結(jié)果存在差異，并全面了解了樣品揮發(fā)性成分構(gòu)成及其風(fēng)味特征。

本研究采用PA、PDMS、PDMS/DVB、CAR/PDMS、DVB/CAR/PDMS 5種萃取頭SPME萃取小米清酒中揮發(fā)性成分，通過氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）儀對(duì)揮發(fā)性成分進(jìn)行分析鑒定，并運(yùn)用聚類熱圖分析這5種萃取頭SPME萃取結(jié)果的差異，以期全面了解小米清酒揮發(fā)性成分構(gòu)成，為小米清酒品質(zhì)分析及工藝控制提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

小米清酒（酒精度12%vol，貯藏于4℃）：河北瑞禾莊園酒業(yè)有限公司；C8～C20的正烷烴標(biāo)準(zhǔn)品（色譜純）：美國Sigma公司。

1.2 儀器與設(shè)備

7890A-5975C氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀：美國安捷倫儀器有限公司；57330-Supelco固相微萃取手動(dòng)進(jìn)樣手柄：美國Supelco公司；PA（85 μm）、PDMS（100 μm）、CAR/PDMS（75μm）、PDMS/DVB（65μm）和DVB/CAR/PDMS（50/30μm）萃取頭：美國Supelco公司；10 mL萃取瓶：上海安譜科學(xué)儀器有限公司。

1.3 方法

實(shí)驗(yàn)方法參考文獻(xiàn)[5]、[13]，參考優(yōu)化后的萃取條件，并適當(dāng)增加了萃取平衡時(shí)間，取6 mL樣品于10 mL萃取瓶中，在60℃恒溫水浴條件下插入已老化好的萃取頭平衡45 min，然后將此萃取頭在GC進(jìn)樣口于250℃條件下解吸5 min，同時(shí)進(jìn)行GC-MS數(shù)據(jù)采集。

1.3.1 氣相色譜條件

DB-5 ms毛細(xì)管色譜柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm），柱箱程序升溫過程為初溫40℃，保持2 min，以5℃/min升至240℃，保持5 min。進(jìn)樣口溫度為250℃。載氣為氦氣（He），流速1.0 mL/min，不分流進(jìn)樣。

1.3.2 質(zhì)譜條件

電離方式為電子電離（electron ionization，EI）源，電子能量為70eV，燈絲發(fā)射電流為200μA，離子源溫度為230℃，接口溫度為250℃，質(zhì)量掃描范圍為33～450 m/z。

1.3.3 數(shù)據(jù)處理

定性：試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理由Xcalibur軟件系統(tǒng)完成，C8～C20的正烷烴標(biāo)準(zhǔn)參考化合物經(jīng)過與樣品相同的升溫程序，由保留時(shí)間計(jì)算得到的保留指數(shù)（rententionindex，RI）再經(jīng)計(jì)算機(jī)檢索美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院（national institute of standards and technology，NIST）譜庫和Wiley譜庫（320 k compounds version 6.0）共同定性。

定量：用峰面積表示揮發(fā)性物質(zhì)的絕對(duì)含量，面積歸一法計(jì)算物質(zhì)的相對(duì)含量。

運(yùn)用HemI1.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析和熱圖繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 小米清酒揮發(fā)性成分組成

不同萃取頭SPME萃取小米清酒揮發(fā)性成分分析結(jié)果見表1。由表1可知，不同萃取頭SPME共檢測(cè)到54種揮發(fā)性成分，其中醇3種、酯22種、醛4種、碳?xì)浠衔?7種、含苯衍生物6種、其他化合物2種，共有11種相同的主要揮發(fā)性成分。PA、PDMS、PDMS/DVB、CAR/PDMS和DVB/CAR/PDMS萃取頭分別檢測(cè)到21、25、30、33和40種揮發(fā)性成分。其中PA萃取頭檢測(cè)到2種醇（83.77%）、10種酯（12.35%）、5種碳?xì)浠衔铮?.70%）、4種含苯衍生物（1.18%），主要揮發(fā)性成分（相對(duì)含量＞5%）為1-戊醇（41.75%）、苯乙醇（42.01%）、丁二酸二乙酯（7.98%）；PDMS萃取頭檢測(cè)到2種醇（42.83%）、11種酯（31.22%）、9種碳?xì)浠衔铮?2.58%）、2種含苯衍生物（3.24%）、1種酮（0.12%），主要揮發(fā)性成分為1-戊醇（36.73%）、苯乙醇（6.10%）、正己酸乙酯（5.22%）、丁二酸二乙酯（13.46%）、辛酸乙酯（5.00%）、十六烷（10.56%）；PDMS/DVB萃取頭檢測(cè)到2種醇（52.68%）、1種醛（0.08%）、14種酯（31.46%）、11種碳?xì)浠衔铮?4.81%）、5種含苯衍生物（0.97%），主要揮發(fā)性成分為1-戊醇（28.08%）、苯乙醇（24.60%）、丁二酸二乙酯（19.59%）、十六烷（6.67%）；CAR/PDMS萃取頭檢測(cè)到3種醇（65.90%）、2種醛（0.30%）、12種酯（31.91%）、9種碳?xì)浠衔铮?.26%）、4種含苯衍生物（0.63%），主要揮發(fā)性成分為1-戊醇（21.12%）、苯乙醇（44.74%）、正己酸乙酯（6.86%）、丁二酸二乙酯（18.54%）；DVB/CAR/PDMS萃取頭檢測(cè)到3種醇（43.91%）、3種醛（0.49%）、16種酯（31.43%）、13種碳?xì)浠衔铮?5.17%）、含苯衍生物4種（1.39%）、酚類1種（0.04%），主要揮發(fā)性成分為1-戊醇（19.42%）、苯乙醇（30.91%）、丁二酸二乙酯（18.59%）辛酸乙酯（5.30%）、十六烷（6.39%）。

表1 不同萃取頭SPME小米清酒揮發(fā)性成分分析結(jié)果Table 1 Analysis results of volatile components in millet sake by SPME with different extractors

續(xù)表

2.1.1 醇類化合物

醇類化合物是小米清酒中含量最高的化合物，5種萃取頭固相微萃取共檢測(cè)到3種醇類物質(zhì)，分別為苯乙醇、1-戊醇和2-乙基己醇，CAR/PDMS萃取頭檢測(cè)到3種醇，其他萃取頭分別檢測(cè)到2種醇，苯乙醇在不同萃取頭都被檢測(cè)到。醇類化合物是酵母細(xì)胞在發(fā)酵過程中次級(jí)代謝產(chǎn)生的，一般呈清香和果香味，苯乙醇是小米清酒的主要揮發(fā)性成分，通常具有花香香氣，這能使黃酒醇香，口感清甜，是黃酒國標(biāo)的重要檢測(cè)指標(biāo)[20]。1-戊醇呈水果香氣和青草香氣，可能對(duì)小米清酒氣味有貢獻(xiàn)。

2.1.2 酯類化合物

酯類化合物是小米清酒中種類豐富的化合物，共有22種酯類化合物被檢測(cè)到。不同萃取頭檢測(cè)到3種相同的酯類化合物：正己酸乙酯、丁二酸二乙酯、辛酸乙酯。DVB/CAR/PDMS萃取頭對(duì)酯類吸附能力最強(qiáng)，PA萃取頭對(duì)酯類吸附能力最差。酯類物質(zhì)大多為發(fā)酵過程和陳釀過程中酸與醇的反應(yīng)產(chǎn)物，其中正己酸乙酯、丁二酸二乙酯、辛酸乙酯等乙酯類化合物含量相對(duì)較高，這些酯類具有較低的閾值，大多為令人愉快的香氣[21]，如丁二酸二乙酯呈花香、癸酸乙酯呈水果香、月桂酸乙酯呈脂香，這些都賦予清酒怡人的香氣，這些物質(zhì)可能是小米清酒香味的重要來源。

2.1.3 醛類化合物

醛類是成品黃酒老化的重要物質(zhì)，被檢測(cè)到的醛類物質(zhì)共有4種，PA和PDMS沒有檢測(cè)到，而復(fù)合涂層萃取頭CAR/PDMS、PDMS/DVB和DVB/CAR/PDMS分別檢測(cè)到2、1、3種，DVB/CAR/PDMS萃取到的醛類物質(zhì)種類、含量最高。醛類物質(zhì)是一類羰基化合物，系美拉德反應(yīng)或高級(jí)醇氧化的產(chǎn)物[22]，苯甲醛和苯乙醛都呈甜花香氣味，是黃酒中常見的氣味特征成分[5]，可能對(duì)小米清酒的氣味有一定貢獻(xiàn)。

2.1.4 碳?xì)浠衔铩⒑窖苌锛捌渌?/p>

小米清酒中還檢測(cè)到17種碳?xì)浠衔铮瑸榉N類最豐富的化合物。PDMS萃取頭吸附效果最強(qiáng)，PDMS/DVB、DVB/CAR/PDMS吸附化合物種類最多。碳?xì)浠衔锿ǔ＞哂虚撝递^高，對(duì)風(fēng)味貢獻(xiàn)可能不大，但含量較高的碳?xì)浠衔锟赡軐?duì)風(fēng)味成分平衡協(xié)調(diào)起到較大作用。檢測(cè)到6種含苯衍生物，2-甲基萘在不同萃取頭都被檢測(cè)到。含苯衍生物的來源與小米清酒的原料特性相關(guān)，其中1-甲基萘和2-甲基萘被鑒定為小米的風(fēng)味成分[23]，可能和產(chǎn)品萘香氣味有關(guān)。另外，分別有1種酚類和1種酮類在PDMS和DVB/CAR/PDMS中被檢測(cè)到，但它們的氣味特征尚不明確。

2.2 小米清酒揮發(fā)性成分聚類熱圖分析

不同萃取頭SPME萃取小米清酒揮發(fā)性成分聚類熱圖分析見圖1所示。由圖1可知，5種類型萃取頭SPME萃取小米清酒中揮發(fā)性成分差異明顯，根據(jù)熱圖分析可分為PA萃取頭、PDMS萃取頭和復(fù)合萃取頭（PDMS/DVB、CAR/PDMS和DVB/CAR/PDMS）3類。復(fù)合萃取頭DVB/CAR/PDMS、CAR/PDMS與PDMS/DVB 3者萃取到的成分相近，PDMS/DVB、CAR/PDMS和DVB/CAR/PDMS萃取頭對(duì)中等極性的酯和含苯類衍生物等吸附能力較好，DVB/CAR/PDMS萃取頭檢測(cè)到的揮發(fā)性成分種類和數(shù)量最多。

圖1 不同萃取頭SPME萃取小米清酒揮發(fā)性成分聚類熱圖Fig.1 Cluster heatmap of volatile components in millet sake by SPME with different extractors

3 結(jié)論

本研究使用PA、PDMS、PDMS/DVB、CAR/PDMS、DVB/CAR/PDMS 5種萃取頭SPME結(jié)合GC-MS對(duì)小米清酒揮發(fā)性成分進(jìn)行分析鑒定，共檢測(cè)到54種揮發(fā)性成分，主要有醇類3種、酯類22種、醛類4種、碳?xì)浠衔?7種、含苯衍生物6種和其他化合物2種。確定1-戊醇、苯乙醇、正己酸乙酯、丁二酸二乙酯、辛酸乙酯和十六烷為小米清酒主要揮發(fā)性特征成分。聚類熱圖分析顯示，不同萃取頭提取到的風(fēng)味成分差別較大，按萃取效果可分為3類：PA萃取頭、PDMS萃取頭、復(fù)合萃取頭（PDMS/DVB、CAR/PDMS和DVB/CAR/PDMS）。使用不同種萃取頭，可全面了解小米清酒揮發(fā)性成分的構(gòu)成，對(duì)小米清酒產(chǎn)品品質(zhì)分析及其質(zhì)量控制具有重要指導(dǎo)意義。