工業(yè)制麥過程揮發(fā)性醛類的鑒定與變化規(guī)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(xué)生物工程學(xué)院，江蘇無錫214122；2.大連工業(yè)大學(xué)生物工程學(xué)院，遼寧大連116034；3.撫順師范高等?？茖W(xué)校生化系，遼寧撫順113000；4.沈陽化工學(xué)校應(yīng)用化學(xué)系，遼寧沈陽110122；5.中糧麥芽大連有限公司研發(fā)中心，遼寧大連116000）

工業(yè)制麥過程揮發(fā)性醛類的鑒定與變化規(guī)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(xué)生物工程學(xué)院，江蘇無錫214122；2.大連工業(yè)大學(xué)生物工程學(xué)院，遼寧大連116034；3.撫順師范高等?？茖W(xué)校生化系，遼寧撫順113000；4.沈陽化工學(xué)校應(yīng)用化學(xué)系，遼寧沈陽110122；5.中糧麥芽大連有限公司研發(fā)中心，遼寧大連116000）

利用固相微萃取與氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)分析鑒定了釀造大麥工業(yè)制麥過程中揮發(fā)性醛類物質(zhì)的組成。共分析鑒定出15種揮發(fā)性醛類物質(zhì)，絕大部分醛類都存在于整個(gè)制麥過程。通過對醛類揮發(fā)物的定量分析發(fā)現(xiàn)，熱干燥和焙焦過程對醛類含量影響較大，主要表現(xiàn)為使其含量減少，正己醛、壬醛、反-2-辛烯醛含量在整個(gè)制麥過程呈現(xiàn)出先增加后減少的趨勢；乙醛、異丁醛、正辛醛的含量在整個(gè)制麥過程呈現(xiàn)出波動下降的趨勢；2-甲基丁醛的含量在制麥開始時(shí)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(fā)性物質(zhì)，醛類

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

研究發(fā)現(xiàn)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(zhì)。乙醛是最早被發(fā)現(xiàn)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(rèn)為是引起啤酒老化的重要物質(zhì)，并一度作為啤酒老化味的主要檢測指標(biāo)，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(shí)發(fā)現(xiàn)，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(zhì)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(fā)性醛類都是其風(fēng)味化合物的主要組成部分[4]。鑒于醛類揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)在啤酒風(fēng)味老化過程中的作用，開展制麥過程中醛類物質(zhì)的研究是十分必要的。本文首先應(yīng)用固相微萃取/氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)分析鑒定了工業(yè)化制麥過程中的揮發(fā)性醛類物質(zhì)的組成，然后對其中關(guān)鍵性的醛類物質(zhì)進(jìn)行定量分析，從中找到各風(fēng)味醛類的物質(zhì)產(chǎn)生及變化規(guī)律，這無疑將深化現(xiàn)階段對啤酒風(fēng)味老化起因的認(rèn)識。同時(shí)，本文樣品皆來自于工業(yè)化制麥生產(chǎn)現(xiàn)場，所得結(jié)果有望服務(wù)于工業(yè)化生產(chǎn)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

大麥Metacalfe 產(chǎn)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(fù)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(zhì)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(mào)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(xué)試劑公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

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

1.2.2 樣品預(yù)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(jìn)樣器進(jìn)行采樣吸附60min，采樣完畢立即進(jìn)入氣相色譜儀在250℃解吸5min進(jìn)行GC-MS分析[4]。

1.2.3 嗅感物質(zhì)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(xì)管柱；載氣He氣，流速2mL/min；進(jìn)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(zhì)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(jié)構(gòu)采用計(jì)算機(jī)Nist 08譜庫檢索、色譜保留指數(shù)、人工解析鑒定及和標(biāo)準(zhǔn)化合物比對鑒定[5-6]。

1.2.4 嗅感物質(zhì)的定量分析 準(zhǔn)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(jìn)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(xì)管柱；載氣氮?dú)?，流?mL/min；進(jìn)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(biāo)法對其進(jìn)行定量分析[8]。具體計(jì)算公式為：

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

2 結(jié)果與討論

2.1 工業(yè)制麥過程中揮發(fā)性醛類物質(zhì)的鑒定

由表1所示，應(yīng)用固相微萃取/氣-質(zhì)聯(lián)用技術(shù)分析工業(yè)制麥過程中揮發(fā)性醛類物質(zhì)取得了良好的效果，總共分析鑒定出15種揮發(fā)性醛類物質(zhì)。圖1所示為固相微萃取/氣-質(zhì)聯(lián)用分析制麥過程各階段揮發(fā)性醛類物質(zhì)的總離子流圖。

根據(jù)董亮等[4]報(bào)道，醛類物質(zhì)是構(gòu)成大麥主體風(fēng)味的重要化合物，其含量接近總揮發(fā)物含量的四分之三。本文總共分析鑒定出15種揮發(fā)性醛類物質(zhì)，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(zhì)來源于發(fā)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(zhì)在制麥過程中產(chǎn)生的時(shí)間及相對變化的趨勢，從大麥-制麥-成品麥芽整個(gè)麥芽生產(chǎn)過程來看，鑒于不同醛類物質(zhì)產(chǎn)生的時(shí)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(zhì)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(chǎn)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(chǎn)生于制麥過程中并且能夠經(jīng)受住干燥過程中的極端環(huán)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(chǎn)生，而鑒定出的醛類物質(zhì)沒有該類型的化合物；第六類化合物為存在于整個(gè)制麥過程，余下的11種醛類物質(zhì)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(jīng)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(diǎn)。

根據(jù)Cramer等[10]的報(bào)道，異戊醛、正己醛和2-甲基丁醛是大麥的關(guān)鍵性風(fēng)味化合物。其中異戊醛具有濃厚的麥香氣，是麥芽風(fēng)味的重要組成物質(zhì)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(jù)Schieberle等[11]研究，反-2-壬烯醛作為能夠啤酒風(fēng)味老化的重要物質(zhì)，通常帶來紙張的味道。

圖1 制麥各階段揮發(fā)性醛類物質(zhì)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(zhì)聯(lián)機(jī)分析制麥過程中揮發(fā)性醛類結(jié)果Table 1 Analysis of volatile aldehydes during malting by SPME/GC-MS

2.2 工業(yè)制麥過程中關(guān)鍵醛類物質(zhì)的變化

為了更好的探討制麥過程中揮發(fā)性醛類物質(zhì)的變化規(guī)律，本文對所鑒定出的醛類物質(zhì)進(jìn)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(jìn)行了定量分析。

由圖2（A）所示，乙醛在整個(gè)制麥過程中呈現(xiàn)出波動式下降的趨勢，發(fā)芽72h時(shí)其含量達(dá)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(shí)達(dá)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(gè)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(fā)性醛類物質(zhì)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(gè)發(fā)芽過程中基本保持不變。干燥結(jié)束后，麥芽中的含量在300μg/100g DW左右，而正辛醛在發(fā)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(fā)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(wěn)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(wěn)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(yè)制麥過程中醛類物質(zhì)的變化機(jī)制

在大麥發(fā)芽過程中，醛類揮發(fā)性物質(zhì)主要來源于酯類的氧化和水解作用，因此，發(fā)芽過程中酯類代謝物的走向?qū)θ╊愇镔|(zhì)的含量產(chǎn)生重大的影響。在正常發(fā)芽條件下，絕大部分酯類物質(zhì)的代謝物通過糖的異生作用轉(zhuǎn)化為蔗糖，蔗糖被轉(zhuǎn)運(yùn)到根和生長快速的組織中，為幼苗的生長和發(fā)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(fā)物性物質(zhì)的含量總體上呈現(xiàn)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(zhì)在發(fā)芽過程含量的變化；當(dāng)酯類物質(zhì)的水解氧化作用大于其糖的異生作用的時(shí)候，相應(yīng)醛類揮發(fā)性物質(zhì)的含量則表現(xiàn)出逐漸上升的趨勢，如：壬醛和反-2-辛烯醛在發(fā)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(fā)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(fā)劇烈，絕大部分酯類物質(zhì)通過糖的異生作用轉(zhuǎn)化為蔗糖為幼苗的生長和發(fā)育提供碳源和能量，而發(fā)芽的后期隨著綠麥芽生長作用的減弱，酯類物質(zhì)通過糖的異生作用轉(zhuǎn)化為蔗糖的作用也隨之減弱，這時(shí)部分酯類被氧化水解成揮發(fā)性的醛類物質(zhì)。綜上，正是大麥發(fā)芽過程中酯類物質(zhì)糖的異生作用和氧化水解作用的相互競爭構(gòu)成了揮發(fā)性醛類揮發(fā)性物質(zhì)含量的變化的內(nèi)因。

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

3 結(jié)論

利用固相微萃取與氣-質(zhì)聯(lián)用技術(shù)分析鑒定了釀造大麥工業(yè)制麥過程中揮發(fā)性醛類物質(zhì)的組成。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，固相微萃取與氣-質(zhì)聯(lián)用技術(shù)可以快速鑒定制麥過程中的揮發(fā)性醛類物質(zhì)。實(shí)驗(yàn)取得了良好效果，共分析鑒定出15種揮發(fā)性醛類物質(zhì)，絕大部分醛類都存在于整個(gè)制麥過程，且為成品麥芽的主要風(fēng)味化合物。通過對醛類揮發(fā)物的定量分析揭示了揮發(fā)性醛類在整個(gè)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(gè)制麥過程呈現(xiàn)出先增加后減少的趨勢；乙醛、異丁醛、正辛醛的含量在整個(gè)制麥過程呈現(xiàn)出波動下降的趨勢；2-甲基丁醛的含量在制麥開始時(shí)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(fā)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(gòu)成了揮發(fā)性醛類揮發(fā)性物質(zhì)含量變化的內(nèi)因。而熱干燥和焙焦過程是影響醛類揮發(fā)物含量的重要工藝過程，主要表現(xiàn)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，F(xiàn)U 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，F(xiàn)ushun 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(lián)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(fēng)味特性方面的研究。