国产酿造大麦风味构成的特点

张　涵,秦　磊,周　哲,徐献兵,杜　明,王震宇,朱蓓薇,董　亮,*

(1.大连工业大学食品学院,国家海洋食品工程技术研究中心,辽宁大连 116034;2.大连工业大学,生物工程学院,辽宁大连 116034)



国产酿造大麦风味构成的特点

张涵1,2,秦磊1,周哲1,徐献兵1,杜明1,王震宇1,朱蓓薇1,董亮1,*

(1.大连工业大学食品学院,国家海洋食品工程技术研究中心,辽宁大连 116034;2.大连工业大学,生物工程学院,辽宁大连 116034)

本文利用固相微萃取与气-质联用技术分析了国产酿造大麦中挥发性嗅感物质的组成。从7种酿造大麦中共鉴定出37种挥发性化合物,包括醛类12种,醇类10种,酮类4种,有机酸类2种,其它类型挥发物9种。对上述挥发物进行定量分析并应用主成分分析法确定了各大麦品种风味构成的特点。结果表明,不同国产大麦品种的风味构成明显不同,其中醛类、醇类和酮类化合物是种间风味差异的主要物质。

酿造大麦,嗅感物质,固相微萃取,气质联用

风味是优质酿造大麦的一项重要参考指标[1],其风味的构成直接影响啤酒的风味。酿造大麦种类繁多,且世界各啤酒生产大国都在开发适合本国消费者口味的酿造大麦品种[2]。我国是世界第一啤酒生产大国,而我国麦芽国产化率还相对较低,这主要是因为我国的酿造大麦品种较国际优良品种还存在一定的差距,诸如蛋白质含量比较高,浸出率低,麦皮较厚所带来的麦汁多酚含量较高及麦汁色度较大等问题。另外,我国酿造大麦的种植较分散,主要位于甘肃、内蒙古、东北及江苏南部的部分地区,地区间的差异也造成了不同品种间质量和风味的较大差异。

固相微萃取是一种快速富集风味代谢物的技术[3],它是一种集采样、萃取、浓缩和进样于一体的无溶剂样品微萃取新技术。与固相萃取技术相比,其操作更简单,携带更方便,操作费用也更加低廉,是目前应用最为广泛的样品前处理技术之一[4],多应用于大麦、果酒、葡萄酒、化妆品、烟、茶以及水污染等挥发物的检测[5-10]。麦芽的风味构成复杂,主要由醛、醇、酮、有机酸、芳香族及少量的呋喃类化合物所构成[11-12]。辅料大麦的挥发性风味物质的构成见Cramer等[13]的报道。针对国产酿造大麦风味的构成研究相对较少，本课题组报道了进口酿造大麦品种风味的构成，并应用固相微萃取与气-质联用技术对国产酿造大麦中挥发性嗅感物质的组成进行分析,以确定不同大麦品种风味构成的特点,为减小品种地区间的差异提供理论依据。

1　材料与方法

1.1材料与仪器

酿造大麦单二、甘四、甘五、苏三、苏四、垦二、垦七由中粮麦芽大连有限公司馈赠;乙醛、异丁醛、异戊醛、2-甲基丁醛、正己醛、糠醛、正庚醛、正辛醛、反-2-辛烯醛、壬醛、异丁醇、环戊醇、异戊醇、正戊醇、正己醇、2,3-丁二酮、2,3-戊二酮、2-庚酮、正庚酮、甲基庚烯酮、乙酸、己酸、正庚酸、乙酸乙酯、苯甲醛、2-戊基呋喃、苯乙醛以上药品均为分析纯以上级别，大连北疆化学仪器有限公司。

固相微萃取装置美国Supelco公司;复合DVB-CAR-PDMS(二乙烯苯-碳分子筛-聚二甲基硅氧烷共聚物,涂层厚度为50/30 μm)萃取头美国Supelco公司;Agilent 6890气相色谱仪、Agilent 5975质谱仪美国安捷伦公司;HH-8型水浴锅国华电器有限公司;FA1004A型分析天平上海精天科贸有限公司;索式提取器大连北疆化学仪器有限公司。

1.2实验方法

1.2.1GC-MS检测大麦挥发性嗅感物质30 m×0.25 mm×0.25 μm HP-5 ms弹性石英毛细管柱;载气He气,流速2 mL/min;进样口以及检测器温度为250 ℃;程序升温:起始温度40 ℃,保持5 min,以2 ℃/min升至50 ℃,后以5 ℃/min升至250 ℃。EI源电子轰击能量70 eV;离子源温度230 ℃;扫描间隔0.25 s;四极杆150 ℃;扫描范围40～400 u。

1.2.2化合物的定性化合物结构采用计算机Nist 08谱库检索、色谱保留指数、人工解析及和标准化合物比对鉴定。

1.2.3大麦挥发性嗅感物质的定量检测

1.2.3.1溶剂法提取大麦挥发性嗅感物质准确称量大麦样品3 g置于索氏提取器中,50 ℃水浴乙醚回流10 h提取大麦中的风味物质。加入无水Na2SO4除去提取液中的水分,后将乙醚提取液浓缩至2 mL,冷冻保存待进行气相色谱分析[16]。

1.2.3.2大麦挥发性嗅感物质的气相色谱定量检测a.色谱条件:选用30 m×0.25 mm×0.25 μm HP-5弹性石英毛细管柱;载气氮气,流速2 mL/min;进样口以及检测器温度为250 ℃;程序升温:起始温度40 ℃,保持5 min,以2 ℃/min升至50 ℃,后以5 ℃/min升至250 ℃。

b.嗅感化合物的定量:本文采用单点外标法对化合物进行定量分析。具体计算见如下公式:待测化合物的含量(μg/100 g·DW)=标准化合物浓度×待测化合物峰面积/标准化合物的峰面积

1.2.4统计学分析应用SPSS 18.0 统计分析软件对定量数据进行主成分分析(Principal Component Analysis,PCA)。

2　结果与讨论

2.1国产酿造大麦GC-MS定性分析检测结果

应用固相微萃取/气相色谱-质谱联用分析7种国产酿造大麦风味构成结果见表1。实验取得了较好的效果,共鉴定出37种挥发性嗅感物质,包括醛类12种,醇类10种,酮类4种,有机酸类2种,芳香族化合物4种,呋喃化合物1种,其他类型挥发物4种。本课题组在前期的研究中测定了不同进口大麦品种的挥发性风味物质组成,具体结果见参考文献[11]。进口大麦的挥发物组成同样包括醛类、醇类、酮类、有机酸类、芳香族类及少量呋喃类化合物。由此可见,酿造大麦的挥发性风味物质的组成基本相同,其差异主要在于品种间不同挥发物的含量。各国产酿造大麦品种挥发性成分的总离子流图见图1。

表1　国产品种大麦挥发性嗅感物质定性分析结果

图1　固相微萃取/气相色谱-质谱联用分析各大麦品种挥发性成分的总离子流色谱图Fig.1　Total ion current chromatogram in the analysis of volatiles of barleys by SPME/GC-MS

注:峰面积值为三次测量平均值;“nd”表示没有检出;“tr”表示含量为痕量。

由表1可知,醛类物质是国产酿造大麦中检测出的数量最大的一类化合物。这些化合物分别是:乙醛、异丁醛、异戊醛、2-甲基丁醛、戊醛、正己醛、正庚醛、顺-2-庚烯醛、正辛醛、反-2-辛烯醛、壬醛和反-2-壬烯醛。其中以正己醛在七种大麦品种中的相对含量较高。正己醛具有淡淡的青草味和水果的特有香气,存在于草莓、苹果等的抽出物中,是大麦气味的重要组成物质之一。异戊醛和2-甲基丁醛是仅次于正己醛的在大麦中相对含量较高的两种醛类物质,并且异戊醛和2-甲基丁醛在这7种国产大麦中均有检出,异戊醛具有浓烈的麦香味,是麦类特征风味化合物之一。而其他的醛类化合物相对含量较低。大麦中的醛类物质多来源于不饱和脂肪酸的氧化作用[14]。脂肪酸的氧化长期以来都被认为是成品啤酒在储藏过程中风味劣化的重要原因之一[15],大麦和麦芽中的脂肪酸氧化酶对不饱和脂肪酸的氧化是影响啤酒风味稳定性的因素之一。

在7种国产大麦中检测出来的醇类物质的数量仅次于醛类物质,共有10种化合物,分别是:乙醇、异丁醇、1-戊烯-3-醇、异戊醇、2-甲基-1-丁醇、正丁醇、正戊醇、正己醇、1-辛烯-3-醇和顺-2-壬烯-1-醇。其中正戊醇和正己醇在7种大麦品种中相对含量高于其它醇类。正戊醇具有浓烈的香脂味,而正己醇具有花的香味和植物的清香。常见的乙醇则具有微甜的醇香味。1-辛烯-3-醇具有浓郁的蘑菇气味,素有“蘑菇醇”称号的它广泛存在于各种食用菌当中。醇类物质也被认为是脂肪酸氧化的产物[16]。

在7种国产大麦中共检测出酮类4种,有机酸类2种,分别为丙酮、2-庚酮、甲基庚烯酮、3-辛烯-2-酮、乙酸、庚酸;相对于醛类和醇类而言,酮类和酸类化合物数量明显减少,丙酮相对含量比其他3种酮高出很多,酸类化合物中乙酸比庚酸的相对含量高,它们在大麦中挥发出的气味不如醛类和醇类,有强烈的溶剂味儿和酸败的味道。酮类物质也来源于脂肪酸的氧化作用,而乙酸可能来自于大麦表面的微生物作用[17]。

除此之外还鉴定出9种其他类型化合物。其中包括4种芳香族化合物(甲苯、二甲苯、苯甲醛、苯乙烯),2种脂类化合物(己酸乙酯和乙酸乙酯),1种呋喃化合物(2-戊基-呋喃),1种烯烃物质(3-乙基-2-甲基-1,3-己二烯),1种稠环类物质(萘)。在这些化合物中苯乙烯、乙酸乙酯和3-乙基-2-甲基-1,3-己二烯的峰面积相对较高。其中苯甲醛具有焦糖的味道,其主要来源于微生物对氨基酸的降解,3-乙基-2-甲基-1,3-己二烯具有坚果的味道,乙酸乙酯有果香的味道,陈酒的香味也是来源于酒中的乙酸乙酯。

2.2酿造大麦嗅感风味物质定量检测结果

对已经鉴定出来的37种挥发性风味物质应用溶剂萃取法对其进行提取,并应用气相色谱对其含量进行检测,确定了其中18种风味物质的含量,具体结果见表2。

表2　国产品种大麦挥发性嗅感物质定量分析结果

2.3国产酿造大麦风味构成特点分析

以18种挥发性嗅感物质的定量数据为参数,对国产酿造大麦品种进行主成分分析,提取4个主成分,累积方差贡献率为100%,其中主成分1和主成分2累积方差贡献率为60.9%。各嗅感物质在前两个主成分的载荷图以及各国产酿造大麦品种的得分图分别见图2和图3。

图2　国产酿造大麦嗅感物质主成分分析载荷图Fig.2　Principal component analysis loading plots of volatiles from domestic barley cultivars

由图2可知,14种嗅感物质位于第一主成分的正载荷区域,4种嗅感物质位于第一主成分的负载荷区域;10种嗅感物质位于第二主成分的正载荷区域,8种嗅感物质位于第二主成分的负载荷区域。在第一主成分中正载荷较高的物质(载荷因子≥0.5)为异丁醛、异戊醛、正己醛、壬醛、环戊醇、异戊醇、2,3-戊二酮、乙酸和乙酸乙酯;在第一主成分中负载荷较高的物质(载荷因子<-0.5)为乙醛和己酸;在第二主成分中正载荷较高的物质(载荷因子≥0.5)为乙醛、苯乙醛、正己醇和2-庚酮。

图3　国产酿造大麦品种主成分分析得分图Fig.3　Principal component analysis of different domestic barley cultivars

由图3可以看出,国产品种大麦的风味构成明显不同。甘五、苏四、苏三、垦七、单二和垦二6个品种大麦全部分布在第一主成分的正载荷区,也就是第一、四象限,这一区域中2-庚酮、正己醇、苯乙醛、2,3-丁二酮、异戊醇、异丁醛、乙酸、壬醛、异戊醛、环戊醇、乙酸乙酯、正己醛、2,3-戊二酮和苯甲醛对6种大麦风味构成有较大贡献;而在第一主成分的负载荷区,也就是第二、三象限,只有甘四分布,这一区域中己酸对甘四风味构成有较大贡献。即第一主成分是区分甘四和其它6个大麦品种的主要变量。第二主成分是区分苏三、苏四、甘五、垦七、单二、垦二这6种大麦的主要变量。苏四和甘五风味构成较相似,位于第一象限。正己醇、2,3-丁二酮、2-庚酮、苯乙醛对甘五风味的贡献较大,而异丁醛、壬醛、异戊醇和乙酸对苏四风味的贡献较大。垦七、苏三、单二和垦二风味构成较相似,位于第四象限。苯甲醛和2,3-戊二酮对垦二风味构成有较大的贡献,异戊醛、正己醛、环戊醇和乙酸乙酯对单二风味构成有较大的贡献。

3　结论

本文利用固相微萃取与气-质联用技术分析了国产酿造大麦中挥发性嗅感物质的组成,实验得到了较好的结果。从7种酿造大麦中共鉴定出37种挥发性嗅感物质,包括醛类12种,醇类10种,酮类4种,有机酸类2种,其他类型挥发物9种。应用主成分分析法分析各大麦品种风味构成的特点,结果表明不同国产大麦品种的风味构成明显不同。其中醛类、醇类和酮类化合物是造成其品种间风味差异的主要物质。其中,己酸对甘四风味构成有较大贡献;正己醇、2,3-丁二酮、2-庚酮、苯乙醛对甘五风味的贡献较大;异丁醛、壬醛、异戊醇、乙酸对苏四风味的贡献较大;垦七、苏三、单二和垦二风味构成较相似,苯甲醛和2,3-戊二酮对垦二风味构成有较大的贡献;异戊醛、正己醛、环戊醇和乙酸乙酯对单二风味构成有较大的贡献。

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Characterization of the flavor composition in different domestic brewing barley cultivars

ZHANG Han1,2,QIN Lei1,ZHOU Zhe1,XU Xian-bing1,DU Ming1,WANG Zhen-yu1,ZHU Bei-wei1,DONG Liang1,*

(1.Dalian Polytechnic University,School of Food Science and Technology,National Engineering Research Center of Seafood,Dalian 116034,China;2.Dalian Polytechnic University,School of Biotechnology,Dalian 116034,China)

The flavor composition from seven domestic malting barley cultivars was investigated by solid phase microextraction(SPME)combined GC-MS. A total of thirty-seven volatile compounds were isolated and identified,including twelve aldehydes,ten alcohols,four ketones,two acids and nine kinds of other compounds. The flavor characterization of these barley cultivars was determined by using principal component analysis. The results showed that there were significant differences in the composition of different domestic barley cultivars,which mainly causing by aldehydes,alcohols and ketones.

brewing barley;volatile compounds;SPME;GC-MS

2016-03-11

张涵(1991-),女,在读硕士,研究方向:风味化合物分析检测工作,E-mail:15842687350@163.com。

董亮(1981-),男,博士,讲师,研究方向:食品发酵风味研究,E-mail:dongliang@dlpu.edu.cn。

大连工业大学青年科学基金(QNJJ201403)。

TS207.3

A

1002-0306(2016)18-0089-06

10.13386/j.issn1002-0306.2016.18.009