蒙古王酒風味成分的G C-O-M S聯用分析

喬翠紅，歐婷婷，周銳麗，仝佳平，張生萬

(1.陸軍勤務學院訓練基地，湖北武漢 430035；2.山西大學生命科學學院，山西太原 030006)

蒙古王酒產于水質優良、土地肥沃，素有“內蒙古糧倉”美稱的科爾沁草原，有著深厚的草原文化與蒙古文化底蘊，其窖香濃郁、入口綿甜、諸味協調、余味悠長的品質，深受消費者的青睞。目前，國內外對蒙古王酒的研究較少，僅國內的陳繼平[1]對蒙古王酒的目標市場戰略進行了研究，而對決定其品質的風味成分的研究至今未見報道。

氣相色譜-嗅聞-質譜(gas chromatography-olfactometry-mass spectrometry,GC-O-MS)聯用技術集分離、結構鑒定與風味成分識別等優點于一體，既能對復雜體系得到有效分離，又可鑒定其物質結構，還能有效地鑒別食品中關鍵的氣味活性成分，與氣味活度值(odor activity value,OAV)結合分析,還可以了解樣品中各化合物對食品氣味的貢獻程度。這項技術現已廣泛應用于酒類[2-3]、肉類[4-5]、蔬菜[6]及香精[7]等易揮發成分分析。但用GC-O-MS聯用分析蒙古王酒風味成分的研究未見報道。

本研究采用直接進樣法，利用GC-O-MS聯用技術，對蒙古王酒風味成分進行了研究。經GCMS分析，共檢出43種化合物，并經MS、保留指數和嗅聞3種方法確定化合物結構40種，占總風味成分的93.02 %；同時利用GC-三內標法測定了各化合物的含量，并結合氣味活度值和直接強度法評價了其主要成分對總體風味的貢獻。結果表明：己酸乙酯、乳酸乙酯、乙酸乙酯、丁酸乙酯、戊酸乙酯、辛酸乙酯、癸酸乙酯、丁酸、異戊酸、戊酸、己酸、丙醇、正丁醇為蒙古王酒的特征香氣成分。該結果為研究蒙古王酒的風味和品質控制提供了一定的理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑及儀器

酒樣：蒙古王酒(52%vol)，市售。

試劑及耗材：叔戊醇、乙酸正戊酯，天津市光復精細化工研究所；2-乙基丁酸，美國Acros Organics公司；C7～C40正構烷烴，上海安譜科學儀器有限公司；所用試劑均為色譜純。

內標溶液的配制：稱取0.0513 g叔戊醇、0.054 g乙酸正戊酯和0.0303 g 2-乙基丁酸加入52%vol乙醇定容至10 mL，搖勻即為內標溶液。

儀器設備：7890A-5975C氣相色譜-質譜聯用儀，美國Agilent公司；GC-010氣相色譜儀，日本島津公司；10 μL微量進樣器，上海安亭微量進樣器廠；ODP3嗅聞儀，德國Gerstel公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 GC-O-MS分析條件

氣相色譜條件：進樣口溫度250 ℃；分流比10∶1；載氣He，流速1.3 mL/min；進樣量1 μL，Rtx-Wax色譜柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm)；程序升溫條件：初溫40 ℃保持4 min，6 ℃/min升至60 ℃保持4 min，3 ℃/min升至103 ℃保持1 min，之后3 ℃/min升至160 ℃，10 ℃/min升至200 ℃保持2 min，最后以8 ℃/min升至230 ℃保持5 min。

質譜條件：電子電離源(elector ionization,EI)；電子電離能量70 eV；離子源溫度230 ℃；四極桿溫度150 ℃；質量掃描范圍m/z 29～500；質譜庫為NIST 05；掃描模式為全掃描。

嗅聞方法：ODP3嗅聞儀的傳輸線溫度250 ℃，補充氣為N2，接口溫度為200 ℃。

1.2.2 GC分析條件

氣相色譜條件：除使用氫火焰離子化檢測器(flame ionization detector,FID)，溫度為250 ℃外，其他條件同1.2.1節氣相色譜條件。

1.2.3 定性與定量分析方法

1.2.3.1 定性分析方法

按1.2.1節分析條件對蒙古王酒進行測定。定性分析通過對質譜解析與標準質譜庫(NIST 05)進行對照，并在相同色譜條件下，通過對C7～C40正構烷烴的色譜掃描，按文獻[8]方法計算得到各化合物的保留指數(retention index,RI)值，并與相應文獻值對照。同時，經嗅聞評價員描述的化合物香味特征與文獻報道結果對比，驗證質譜解析結果。

1.2.3.2 定量分析

準確吸取1.1節配好的內標溶液0.1 mL置于10 mL的容量瓶中，用被測樣品定容，利用內標法將風味組分分為三段[9]，即按出峰順序，乙酸之前的醇類組分為第一組，以叔戊醇為內標計算；乙酸之前除乳酸乙酯的其他組分為第二組，以乙酸正戊酯為內標計算；乙酸之后的組分為第三組，以2-乙基丁酸為內標計算。通過比較待測組分與內標物峰面積的比值，算出每一種組分的含量，計算公式如下：

其中：xi為組分含量；ms為內標化合物濃度；Ai為化合物的色譜峰面積；As為內標物色譜峰面積；fi為欲測組分（i）對內標物（s）的質量校正因子。

1.2.4 GC-O分析中的OAV法和時間強度法

1.2.4.1 OAV法

根據內標法對蒙古王酒香氣成分進行的定量分析結果和各化合物在46%vol酒精-水溶液中的嗅覺閾值，按下式計算OAV[10]。

OAV法按公式計算：OAV=C/OT

式中：C是根據內標法計算出的該化合物的質量濃度，μg/L。

OT是該化合物在46%vol酒精-水溶液中的嗅覺閾值，μg/L。

1.2.4.2 時間強度法

由3名嗅聞評價員進行嗅聞強度分析，嗅聞評價員嗅聞前經專業訓練，熟悉各種香味并掌握一定量術語描述香味與香氣特征。香氣強度記為0、1、2、3、4五個等級，每個樣品被3名評價員重復嗅聞2次（為了防止嗅覺疲勞，每次嗅聞由兩名評價員完成，1名評價員完成前25 min，另一名完成后25 min）。嗅聞時嗅聞評價員對相應物質的感官特征進行描述，與文獻報道的化合物香氣特征進行對比，并記錄保留時間香氣強度，“0”表示無，“1”表示微弱，“2”表示中等，“3”表示較明顯，“4”表示非常明顯。每個化合物的香氣強度為6次聞香結果的平均值。

本實驗采用OAV法結合各香氣成分嗅聞強度確定蒙古王酒的特征香氣成分，即OAV值大于1且嗅聞強度大于1的化合物確定為蒙古王酒的特征香氣成分。

2 結果與分析

2.1 色譜分離條件的選擇

以所得色譜峰數、總峰面積和分離度為考察指標，對影響色譜分離的色譜柱、程序升溫條件、分流比、載氣流速等主要因素進行選擇。首先，在其他實驗條件不變的情況下，分別在弱極性HP-5MS(30 m×0.25 mm,0.25 μm)色譜柱和強極性Rtx-Wax(30 m×0.25 mm,0.25 μm)色譜柱上進行測定，結果表明，Rtx-Wax色譜柱所得峰個數、總峰面積和分離度均優于HP-5MS色譜柱。這一結果正好驗證了白酒揮發性成分主要以酯類、酸類、醇類、醛酮類等物質為主的事實[11]。根據相似相溶的原則，選擇了極性強、耐高溫的Rtx-Wax色譜柱。然后分別對分流比、載氣流速、程序升溫條件進行選擇。分流比的選擇是以分流比為5∶1，10∶1，15∶1時分別進行實驗，結果表明，隨著分流比增加，色譜峰的分離度提高，但也會導致靈敏度降低，一些含量低的物質無法檢出，為保證較好的分離度且盡可能多的檢出物質，故選擇分流比為10∶1。載氣流速的選擇以載氣流速為1.5 mL/min、1.3 mL/min、1.0 mL/min時分別進行實驗，結果表明：載氣流速為1.5 mL/min時，色譜峰之間存在堆疊現象，載氣流速為1.0 mL/min時，色譜峰形變差，存在拖尾現象；載氣流速為1.3 mL/min時，色譜峰分離度和對稱性均較理想，因此選用載氣流速1.3 mL/min。最后對其程序升溫條件進行了考察，發現升溫速率較快時，分離度不夠好，最后選定了初溫40 ℃保持4 min，6 ℃/min升至60 ℃保持4 min，3 ℃/min升至103 ℃保持1 min，之后3 ℃/min升至160 ℃，10 ℃/min升至200 ℃保持2 min，最后以8 ℃/min升至230 ℃保持5 min的程序升溫條件。

2.2 蒙古王酒風味成分分析

按1.2.1節GC-O-MS分析條件對蒙古王酒的風味成分進行測定，其總離子流色譜圖如圖1所示，并在1.2.2節的色譜條件下，按1.2.3節方法進行定性定量分析，其結果見表1。

從圖1和表1可知，從蒙古王酒中共分離得到43種化合物，其中確定結構的有40種，占蒙古王酒總風味成分的93.02 %，其中酯類(13種) 是測得化合物中數量最多的一類，均為乙酯，占總量的52.48%，這是由于酒中乙醇含量較高，在發酵和陳釀過程中生成大量乙酯類化合物[18]，其中己酸乙酯、乳酸乙酯、乙酸乙酯和丁酸乙酯含量依次減少，四大酯合計占總酯含量的97.89 %，是酯類的主要組成部分；酸類(10種)占總量的22.35%，是酯類的前驅物質，主要由發酵過程微生物與有機物發生生化反應所產生[26-27]，其中乙酸、丁酸、己酸含量較高，合計占總酸含量的98.79%，是酸類的主要組成部分；醇類(8種)占總量的9.72%，是呈味助香劑的

主要來源，其中丙醇和2-丁醇含量較高，兩者合計占總醇含量的74.63%，是醇類的主要組成部分，有研究表明，白酒中的高級醇如2-丁醇一般由發酵過程中氨基酸的降解和葡萄糖經糖酵解的轉化而生成[28]；醛酮類(7種)占總量的12.16%，其中乙醛、乙縮醛含量較高，合計占總醛酮類含量的91.06%，是醛酮類的主要組成部分；烴類化合物（2種）種類少、含量低，占總量的1.55%，是酒中的重要協調成分。這些風味成分中含量在500000 μg/L以上的有5種，分別是乙酸乙酯、己酸乙酯、乳酸乙酯、乙酸、己酸。

表1 直接進樣分析蒙古王酒風味成分結果

2.3 蒙古王酒特征香氣成分分析

按1.2.4節實驗方法對蒙古王酒香氣強度和氣味活度值進行了分析，其結果見圖2和表2。

由圖2和表2可知，通過嗅聞確定的香味物質有23種，包括酯類、酸類、醇類和醛酮類。酯類化合物（10種）為主要香氣成分，呈窖香、水果香、花香，除庚酸乙酯、壬酸乙酯和丁二酸二乙酯，其OAV值均較大，對蒙古王酒的典型風格起著關鍵作用[31]。其中己酸乙酯OAV值最大且香氣強度最高，呈窖香，乳酸乙酯呈濃厚的水果香，香氣強度僅次于己酸乙酯，己酸乙酯和乳酸乙酯物質對蒙古王酒香氣貢獻最大，是此酒的骨架香氣成分；乙酸乙酯、丁酸乙酯和戊酸乙酯含量較高，而辛酸乙酯、癸酸乙酯含量雖低、但閾值也低，所以，檢測到的5種化合物的OAV值和香氣強度在1以上，是蒙古王酒的主體香氣成分。酸類化合物是白酒香氣的重要協調成分，適量的酸可對酒起緩沖作用，協調、烘托酒的主體香氣，起到呈香、助香、減少刺激和緩沖平衡的作用，還有利于酒體復合香氣的產生和酒質的提高。蒙古王酒中乙酸的閾值未檢測到，庚酸和辛酸的OAV值小于1，丁酸、異戊酸、戊酸和己酸的OAV值和香氣強度均在1以上，是蒙古王酒的主體香氣成分。其中：丁酸、己酸呈奶酪臭味，異戊酸、戊酸呈脂肪臭，庚酸、辛酸呈汗臭味，入口有刺激感；乙酸具有醋香味，可以減弱丁酸、異戊酸、戊酸、己酸等難揮發性酸帶來的臭味，改善酒體的口感，賦予酒爽快感。另有研究報道，己酸對白酒中的奶酪香氣有貢獻[32]，也是產生窖香的主要成分之一[33]。醇類是白酒的主要助香成分，同時也是香與味的過渡橋梁，起到協調作用，包括丙醇、正丁醇、異戊醇和苯乙醇，是蒙古王酒的醇甜和助香劑的重要來源，也是酯類的前驅物質，其中，異戊醇和苯乙醇因其含量較低，閾值大，OAV值小于1，而丙醇和正丁醇的OAV值和香氣強度均大于1，且均屬于飽和脂肪醇，可賦予蒙古王酒花香、醇香等氣味[34]，是蒙古王酒的主體香氣成分，另有研究認為苯乙醇是玫瑰香葡萄酒的特征香氣成分[35]。醛酮類賦予酒體水果、蜂蜜等愉快的香氣，3-羥基-2-丁酮呈淡淡的奶香味，豐富了蒙古王酒的香氣層次，糠醛呈甜香和杏仁香，依照OAV值分析，雖對蒙古王酒香氣的整體貢獻不大，但能使蒙古王酒的整體香氣更加愉悅。

3 結論

通過GC-O-MS對蒙古王酒風味成分進行了分析，共檢出43種化合物，確定結構的有40種。含量高于500000 μg/L的有乙酸乙酯、己酸乙酯、乳酸乙酯、乙酸、己酸，這些化合物構成了蒙古王酒風味的主要成分。

經OAV法結合香氣強度值對蒙古王酒香氣成分的分析，測定蒙古王酒的特征主體香氣成分為：己酸乙酯、乳酸乙酯、乙酸乙酯、丁酸乙酯、戊酸乙酯、辛酸乙酯、癸酸乙酯、丁酸、異戊酸、戊酸、己酸、丙醇、正丁醇，這些物質相互協調，最終賦予蒙古王酒獨特的香氣和口感。

表2 蒙古王酒香氣成分聞香特點及OAV值