吴幼茹 1,2，刘诗宇 1,2，樊晓璐 1，杨继伟 1，江 伟 2,3,*，王德良 2,3，李 楠 1,*
（1.广西大学生命科学与技术学院，广西 南宁 530004；2.中国食品发酵工业研究院，北京 100015；3.酒类品质与安全国际联合研究中心，北京 100015）
摘 要：：采用固相微萃取和气相色谱-嗅闻-质谱联用法研究5 种不同酿酒原料的蒸煮香气成分，用谱库进行检索和保留指数验证。结果表明，在高粱、大米、糯米、小麦、玉米分别鉴定出106、96、93、87、80 种香气物质，嗅闻到的化合物分别为26、20、20、15、10 种。其中己酸乙酯、β-苯乙醇、壬醛、反-2-辛烯醛、糠醛、2-戊基呋喃是重要的香气活性物质，对原料香气有显著贡献，贡香比例分别为0.12%～4.73%、0.05%～0.55%、0.06%～1.65%、0.23%～1.64%、0.51%～4.82%和0.06%～1.65%。其中高粱的香气强度比其他原料更为显著。高粱的香气活性物质较多，以酯类、醛类和酮类为主，且萜类物质仅在高粱中嗅闻出。大米和糯米香气活性物质相似，以酯类和醛类物质为主。小麦和玉米香气活性物质少，以醛类物质为主。这些香气活性物质对选择不同的原料酿造白酒具有重要的指导意义。
关键词：白酒原料；固相微萃取；气相色谱-嗅闻-质谱联用；贡香成分；香气活性物质
吴幼茹, 刘诗宇, 樊晓璐, 等. GC-O-MS分析5 种酿酒原料中蒸煮香气成分[J]. 食品科学, 2016, 37(24): 94-98. DOI:10.7506/ spkx1002-6630-201624014. http://www.spkx.net.cn
WU Youru, LIU Shiyu, FAN Xiaolu, et al. Analysis of aroma components of fi ve different cooked grains used for Chinese liquor production by GC-O-MS[J]. Food Science, 2016, 37(24): 94-98. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-201624014. http://www.spkx.net.cn
白酒原料是决定白酒质量的第一物质基础 [1]。作为白酒的原料，主要是含有淀粉或糖分的植物及粮谷类作物。白酒酿制的原料丰富，主要包括高粱、玉米、大麦、糯米、大米、小麦等。白酒界有“高粱产酒香、玉米产酒甜、大麦产酒冲、糯米产酒绵、大米产酒净、小麦产酒糙”的说法，概括了几种原料与酒质的关系 [2]。不同原料除了理化指标的差异 [3-4]，其自身所含香气物质会对酿造产品的风味会产生不同的影响 [5]。原料经过蒸煮产生的香气成分包括酯类、醇类、醛类、酮类、芳香类等物质，这些蒸煮香气成分存在个体的差异使白酒的风格独具特色。五粮液就是以高粱、大米、糯米、小麦、玉米5 种粮食作为原料酿制而成，具有独特的风味与品质 [6]。
气相色谱-嗅闻-质谱（gas chromatographyolfactometry-mass spectrometry，GC-O-MS）联用 [7]技术在白酒风味 [8-11]和粮食、水果 [12-13]风味的研究中得到应用，并且取得成效。GC-O [14]是将仪器分析的能力和人类鼻子敏感的嗅觉相结合，从复杂的混合物中选择和评价气味活性物质的一种有效分析技术。目前GC-O-MS常用的方法有香气萃取稀释分析、峰后强度分析、检测频率分析和时间强度分析 [15-17]。食品中提取风味物质的方法有液液萃取、液液微萃取、固相萃取、固相微萃取（solid phase microextraction，SPME）和搅拌棒吸附萃取等方法。其中SPME是加拿大学者Arthur等 [18]在1989年提出，他们在固相萃取的基础上，进一步研究，发明了SPME技术。SPME现在已经广泛应用于食品中挥发性物质的测定 [19-21]。
目前，国内对白酒原料蒸煮香气物质的研究较少，仅有少数对原料的蒸煮香气 [22-25]进行分析，并且通过比较不同的萃取方法对粮食蒸煮香气的影响，但并没有对原料之间的香气成分进行对比分析。本实验采用SPME和GC-O-MS技术，对酿酒原料高粱、大米、糯米、小麦、玉米中的蒸煮香气进行定性和嗅闻，并且对比其差异成分。
1.1 材料与试剂
高粱、大米、糯米、小麦、玉米的原料产地分别为澳大利亚、四川、湖北、河南和甘肃，由某白酒厂提供。
C 8～C 40正构烷烃标准品（色谱纯） 美国Accustandard公司。
1.2 仪器与设备
DLFU盘式粉碎机 德国Buhler-Miag公司；ST180-A苏格电磁炉 广东省中山市苏格电器有限公司；7890 A-Sniffer 9000-7000 GC-MS联用仪美国Agilent公司；嗅闻仪 瑞士Brechbuhler公司；DB-WAX色谱柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）美国J&W公司；HH-1数显电子恒温水浴锅 金坛市至翔科教仪器厂；30 mL萃取瓶 北京玻璃仪器厂；手动SPME进样器、50/30 μm二乙基苯/碳分子筛/聚二甲基硅氧烷（divinylbenzene/carboxen/polydimethylsiloxane，DVB/CAR/PDMS）萃取头 美国Supelco公司。
1.3 方法
1.3.1 白酒原料处理
分别称取高粱、大米、糯米、小麦、玉米各50 g，用粉碎机粉碎粒度至1.5 mm。将粉碎后的原料各加入质量分数65%的热水（80 ℃），搅拌均匀，润粮堆积22 h。再将各原料进行蒸煮80 min，加入质量分数30%的冷水摊凉。
1.3.2 SPME提取挥发性成分
称取5 g蒸煮原料样品到30 mL萃取瓶中，加盖密封置于55 ℃水浴锅中平衡20 min，SPME吸附40 min后插入GC进样口，250 ℃条件下解吸5 min。
1.3.3 GC-O-MS条件
GC条件：DB-WAX色谱柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；升温程序：初始温度40 ℃，以2 ℃/min升至215 ℃，保持3 min；进样口温度250 ℃；载气为He，流速1.2 mL/min；压力145.82 kPa；不分流。
MS条件：电子电离源；电子能量70 eV；传输线温度280 ℃；离子源温度230 ℃；四极杆温度150 ℃；溶剂延迟4 min；质量扫描范围m/z 55～500。
嗅闻口接口温度200 ℃，通以湿空气，提高嗅闻人员的灵敏度和舒适度。
1.3.4 化合物定性
化合物在GC-O-MS上的采集信息通过Masshunter Workstation B.03.01软件处理。采用NIST谱库2.0检索、保留指数和气味特性3 种方法共同定性挥发性香气成分；部分物质通过与标准化合物的线性保留指数（line retention index，LRI）和芳香特性比较实现精确定性。
化合物LRI利用系列正构烷烃换算而成，按下式计算：
式中：t n＋1为碳数为n＋1的正构烷烃保留时间/min；t n是碳数为n的正构烷烃保留时间/min；t为未知物的气相保留时间/min；t n＜t＜t n＋1。
1.3.5 峰后强度法
选择3 位嗅闻人员，均已通过标准品的培训，其中有一位为白酒国家评委。感官评价员嗅闻时记录所闻到化合物的保留时间、气味强度以及对其气味特性进行适当的描述。气味强度共分为5 个等级来进行评价，即1：极弱；2：弱；3：中等；4：强；5：极强。当3 个评价员中至少有2 个得出相同的结论，评价方可算作有效，从而来确定嗅闻活性物质的强度。
2.1 5 种白酒原料样品蒸煮香气GC-O-MS分析结果
图1 5 种白酒原料蒸煮香气成分总离子流色谱图
Fig. 1 TIC chromatograms of aroma compounds in five cooked grains
图2 5 种白酒原料蒸煮香气成分定性结果分类
Fig. 2 Classification of the identified aroma compounds in five cooked grains
高粱、大米、糯米、小麦、玉米5 种白酒原料经粉碎、润粮、蒸煮后，经GC-O-MS检测得到总离子流图，如图1所示。通过NIST谱库2.0检索、保留指数进行定性分析鉴定，对结果进行分类，如图2所示。
从图1、2可知，高粱、大米、糯米、小麦、玉米蒸煮香气主要包括酯类、醇类、烷烃类、芳香类、醛类、酮类、杂环类、酸类、酚类、萜类及其他等。酯类、醇类、烷烃类、芳香类、醛类是组成白酒原料蒸煮的主要香气成分，其余的酮类、杂环类、酸类、酚类、萜类及其他类的物质则较少。其中高粱共鉴定出106 种香气物质，酯类、萜类的物质较其他原料多，分别为21种和3 种。大米共鉴定出96 种香气物质，醛类、酮类的物质较多，分别为13种和9 种。糯米共鉴定出93 种香气物质，其他类的物质较多为11 种。小麦共鉴定出87 种香气物质，醇类物质较多为18 种。玉米共鉴定出80 种香气物质，芳香类物质较多为16 种。5 种原料蒸煮香气种类的比较：高粱＞大米＞糯米＞小麦＞玉米。酯类和醛类均是5 种原料中组成最多的物质，而酚类和萜类是最少的。不同的原料之间，香气成分的差别很大 [26]。蒸煮香气成分之间的差异可能导致白酒品质的不同，这些物质可能在酿酒过程中转化成别的产物，或者是构成成品酒风味质量的来源之一。
表1 5 种原料蒸煮香气物质分析结果
Table 1 Aroma-active compounds identified in five cooked grains by SPME-GC-O-MS
注：MS.通过质谱检索；LRI.化合物根据文献线性保留指数鉴定；odour.嗅闻的气味特征定性；1～5.对应提取方法能鉴定并嗅闻到的香气强度级别；—.未嗅闻到。
?
2.2 5 种原料蒸煮香气嗅闻结果的分析
图3 5 种白酒原料蒸煮香气成分嗅闻结果分类
Fig. 3 Classification of the odorant compounds identified in five cooked grains
对5种白酒原料的蒸煮香气成分进行了分析鉴定。由表1和图3可知，在原料中分别嗅闻出高粱26 种、大米20 种、糯米20 种、小麦15 种、玉米10 种蒸煮香气成分。5 种原料的香气活性物质主要集中在酯类、醛类和酮类。其中己酸乙酯、β-苯乙醇、壬醛、反-2-辛烯醛、糠醛、2-戊基呋喃是5 种原料共有的香气活性物质，对原料香气起着显著贡献，香气贡献比例分别为0.12%～4.73%、0.05%～0.55%、0.06%～1.65%、0.23%～1.64%、0.51%～4.82%和0.06%～1.65%。6 种物质中醛类的贡香较显著。香气强度的比较中，高粱的香气强度则明显比其他原料显著。高粱的香气活性物质较多，是以酯类、醛类和酮类为主，贡献了较为明显的果香味和奶油香等；萜类物质仅在高粱中嗅闻出，贡献了松脂味和橙香味。大米和糯米所含的香气活性物质较为相似，酯类和醛类物质多，贡献了果香和其他香气；小麦的香气活性物质较大米和糯米少，醛类物质多，贡献了水果香和臭味；玉米的香气活性物质最少，醛类物质较多，贡献了果香。醇类和酚类物质在5 种原料中的数量基本一样，分别贡献了蘑菇香、花香和药香味。5 种原料中的香气活性物质种类的比较：高粱＞大米≈糯米＞小麦＞玉米。
本研究中，嗅闻中特有的9 种香气活性物质，包括高粱中的2-戊酮、β-蒎烯、右旋萜二烯、苯酚，大米中的丁醛、2-丁酮，小麦中的庚醛、噻唑、棕榈酸乙酯，糯米和玉米则没有。目前国内对于这5 种原料蒸煮的特征香气鲜见报道，仅有报道米饭的特征香气是2-乙酰基-1-吡咯啉 [28-30]，尚且无法将这些物质定义为原料的特征香气。因此还需要对这5 种原料的特征香气进一步研究。这些特有的香气物质对原料更具有贡献香气的意义，它们可能在原料酿造白酒中起着独特的作用，使得白酒的风味更具特色。
通过采用SPME技术结合GC-O-MS分析5 种白酒原料蒸煮的香气成分，共鉴定出香气物质：高粱106 种、大米96 种、糯米93 种、小麦87 种、玉米80 种。5 种原料蒸煮香气种类的比较：高粱＞大米＞糯米＞小麦＞玉米。酯类和醛类均是5 种原料中组成最多的物质，而酚类和萜类最少。
结合峰后强度法嗅闻出高粱26 种香气活性物质、大米20 种、糯米20 种、小麦15 种、玉米10 种。香气强度的比较中，高粱的香气强度则明显比其他原料显著。高粱中香气物质以酯类、醛类和酮类为主；萜类物质仅在高粱中嗅闻出。大米和糯米香气物质以酯类和醛类物质为主，小麦和玉米中香气物质以醛类物质为主。5 种原料中的香气活性物质种类的比较：高粱＞大米≈糯米＞小麦＞玉米；原料蒸煮嗅闻中特有香气活性物质包括：高粱中2-戊酮、β-蒎烯、右旋萜二烯、苯酚（4 种），大米中丁醛、2-丁酮（2 种），小麦中庚醛、噻唑、棕榈酸乙酯（3 种），糯米和玉米则没有。这些特有的香气活性物质对单一原料更具有贡香的意义。
5 种原料中，高粱在GC-O-MS定性和峰后强度法分析中，鉴定出的香气成分都比其他原料多。表明将高粱作为酿造白酒的主要原料有一定的依据。目前，白酒行业对原料质量的评价主要是宏观理化指标的分析和简单的感官鉴定，而蒸煮香气成分等微量成分的检测则非常之少。深入研究原料中的特征香气成分，对白酒选择原料方法的完善和白酒质量控制的发展具有重要的意义。
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Analysis of Aroma Components of Five Different Cooked Grains Used for Chinese Liquor Production by GC-O-MS
WU Youru
1,2, LIU Shiyu
1,2, FAN Xiaolu
1, YANG Jiwei
1, JIANG Wei
2,3,*, WANG Deliang
2,3, LI Nan
1,*
(1. College of Life Science and Technology, Guangxi University, Nanning 530004, China; 2. China National Research Institute of Food and Fermentation Industries, Beijing 100015, China; 3. International Joint Research Center of Quality and Safety of Alcoholic Beverages, Beijing 100015, China)
Abstract：This research was intended to characterize the aroma components of five different cooked grains used for Chinese liquor production using solid phase micro-extraction (SPME) combined with gas chromatography-olfactometrymass spectrometry (GC-O-MS) by NIST database and retention index. A total of 106, 96, 93, 87 and 80 aroma components were identifi ed from cooked sorghum, rice, glutinous rice, wheat and corn, respectively. In addition, GC-olfactometry analysis showed that 26, 20, 20, 15 and 10 odorant compounds were detected in cooked sorghum, rice, glutinous rice, wheat and corn, respectively. The results showed that ethyl caproate, phenethyl alcohol, nonanal, (E)-2-octenal and 2-pentylfuran were the most important aroma-active components, contributing to 0.12%–4.73%, 0.05%–0.55%, 0.06%–1.65%, 0.23%–1.64%, 0.51%–4.82% and 0.06%–1.65% of the total aroma composition, respectively. Cooked sorghum was identifi ed to have the strongest fl avor intensity and most diverse composition with the most abundant being esters, aldehydes and ketones among the studied grains. Moreover, terpene was only detected in cooked sorghum. Cooked rice and glutinous rice showed similar aroma composition, both of which were dominated by esters and aldehydes, but cooked wheat and corn produced were less rich in aroma-active compounds with aldehydes being the most predominant. Collectively, the results of the fl avor components of the fi ve different cooked grains can provide useful information for selecting raw materials for the production of Chinese liquor.
Key words：raw materials for Chinese liquor; solid phase micro-extraction (SPME); gas chromatography-olfactometry-mass spectrometry (GC-O-MS); aroma components; aroma-active compounds
DOI：10.7506/spkx1002-6630-201624014
中图分类号：TS261.2
文献标志码：A
文章编号：1002-6630（2016）24-0094-05
引文格式：
收稿日期：2016-06-05
基金项目：国家现代农业（大麦青稞）产业技术体系建设专项（CARS-05）
作者简介：吴幼茹（1991—），女，硕士研究生，研究方向为酿酒工艺及粮食香气。E-mail：514302150@qq.com
*通信作者：江伟（1982—），女，高级工程师，博士，研究方向为酒类检测分析。E-mail：jiangwei@163.com
李楠（1969—），男，副教授，博士，研究方向为食品微生物学及发酵工程。E-mail：linan97690612@163.com