青稞原料與青稞酒風(fēng)味物質(zhì)相關(guān)性分析

賈福晨，辜雪冬，薛潔，薛蓓*，張玉紅，張曉蒙，于佳俊，孫志偉

1(西藏農(nóng)牧學(xué)院 食品科學(xué)學(xué)院，西藏 林芝, 860000)2(中國食品發(fā)酵工業(yè)研究院有限公司，北京, 100015)3(酒類品質(zhì)與安全國際聯(lián)合研究中心，北京, 100015)4(西藏自治區(qū)農(nóng)牧科學(xué)院，西藏 拉薩，850032)

俗語說“高粱產(chǎn)酒香、玉米產(chǎn)酒甜、大米產(chǎn)酒凈，糯米產(chǎn)酒綿，小麥產(chǎn)酒糙”，說明了不同糧食品種對(duì)酒質(zhì)的影響不同。青稞屬禾本科，大麥屬，又稱米麥、裸麥和裸大麥，其主要分布于西藏、青海、甘肅、四川阿壩及甘孜州[1]。目前國內(nèi)外關(guān)于大米、小麥、玉米、高粱香氣成分的研究相對(duì)較多，而青稞原料香氣的研究目前還比較少[2-9]。

西藏是我國青稞重要的產(chǎn)區(qū)之一，青稞酒以青稞為原料進(jìn)行釀造生產(chǎn)，酒體具有清雅純正、綿甜爽凈、香味協(xié)調(diào)的獨(dú)特風(fēng)格特點(diǎn)[10-13]。目前國內(nèi)對(duì)于飲料酒中風(fēng)味物質(zhì)的研究多采用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法[14-16]，但氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法在青稞原料及青稞酒的風(fēng)味研究中應(yīng)用較少。因此本文主要采用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用，分析研究了不同品種的青稞原料及傳統(tǒng)青稞酒的主體風(fēng)味物質(zhì)，探索青稞原料和青稞酒中主體風(fēng)味物質(zhì)種類及相對(duì)含量，并比較了兩者間的差異，以期為青稞酒質(zhì)量控制提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

7種不同品種青稞(隆子黑、芶芝黑、藏青2000、喜拉22、QB14、藏青25、藏青27)青稞，西藏自治區(qū)農(nóng)牧科學(xué)院；安琪釀酒曲，安琪酵母股份有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

LRH-250生化培養(yǎng)箱，上海一恒科學(xué)儀器有限公司；ST180-A蘇格電磁爐，廣東艾詩凱奇智能科技有限公司；PerkinElmer Clarus 600氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀、7890 A-Sniffer 9000-7000氣相色譜儀、質(zhì)譜儀、DB-WAX ETR、CP-WAX毛細(xì)管色譜柱，珀金埃爾默企業(yè)管理(上海)有限公司；HH-1數(shù)顯電子恒溫水浴鍋，北京科偉永興儀器有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 西藏傳統(tǒng)青稞酒釀造工藝流程及操作要點(diǎn)

選擇飽滿青稞作為原料生產(chǎn)西藏傳統(tǒng)青稞酒，每種青稞原料同時(shí)進(jìn)行3組平行生產(chǎn)。具體工藝流程如下：

青稞原料→挑選→清洗、去雜→泡糧→蒸糧→補(bǔ)水→攤涼→接曲→糖化→補(bǔ)水→發(fā)酵→過濾→灌裝→成品

操作要點(diǎn)：

(1)挑選、清洗、去雜：挑選顆粒完整且飽滿的青稞，去除雜物。

(2)泡糧：向清洗好的青稞中加入3倍質(zhì)量55 ℃泡糧水浸泡24 h。

(3)蒸糧、補(bǔ)水：將泡好的青稞，平整的鋪在蒸屜上蒸4 h，自開鍋后，每隔0.5 h進(jìn)行淋撒補(bǔ)水。

(4)攤涼、接曲：將蒸好的青稞放置在無菌環(huán)境下攤涼，按照蒸好后青稞質(zhì)量的0.6%活化并添加安琪釀酒曲，添加好酒曲后攪拌均勻，在容器中輕輕壓實(shí)后從中間向兩邊成斜坡狀，形成窩槽。

(5)糖化：將容器密封后放入恒溫培養(yǎng)箱中28 ℃糖化培養(yǎng)2 d。

(6)補(bǔ)水、發(fā)酵：向糖化好的青稞酒醅中按1∶2(g∶mL)加入釀造水，攪拌均勻后密封，將密封好的容器繼續(xù)放入恒溫培養(yǎng)箱32 ℃發(fā)酵2 d。

(7)過濾、灌裝、成品：將發(fā)酵好的青稞酒用4層紗布過濾，將過濾好的青稞酒進(jìn)行分瓶灌裝。

1.3.2 測定方法

氣相色譜質(zhì)譜儀特征風(fēng)味剖析的方法:

樣品的前處理方法：稱取粉碎好的青稞原料3 g或5 mL青稞酒樣品到20 mL萃取瓶中，加蓋密封置于35℃水浴鍋中平衡15 min，固相微萃取后插入氣相色譜進(jìn)樣口解析5 min。

GC-MS分析條件：氣相色譜柱溫箱程序升溫條件：初始溫度30 ℃，恒溫2 min，以4 ℃/min升至230 ℃，保持7 min。進(jìn)樣口溫度為250 ℃，載氣為He，不分流。

質(zhì)譜條件：電子轟擊(electron impact，EI)離子源，電子能量70 eV，傳輸線溫度230 ℃，離子源溫度為230 ℃。

化合物定性分析方法：化合物在GC-MS上采集信息，通過質(zhì)譜軟件處理。采用NIST(The national institute of standards and technology， NIST)譜庫2.0檢索和保留指數(shù)這兩種方法共同定性揮發(fā)性香氣成分。

化合物定量分析方法：通過添加內(nèi)標(biāo)化合物2-壬基醇(472 μg/L)在GC-MS上采集到的信息，各類風(fēng)味物質(zhì)含量通過公式(1)計(jì)算：

(1)

式中：X1、M1表示待測組分的含量和峰面積；X2、M2表示內(nèi)標(biāo)物的含量和峰面積。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同品種的青稞原料特征風(fēng)味分析

2.1.1 青稞原料主要風(fēng)味物質(zhì)鑒定結(jié)果

通過NIST數(shù)據(jù)庫對(duì)比和物質(zhì)保留指數(shù)分析發(fā)現(xiàn)，目前可鑒定出青稞原料中的50種風(fēng)味物質(zhì)，主要包括了醇類、醛類、酸類、酯類、烷烴類、烯烴類、其他類(酮類、苯類、萘類、酚類)，共計(jì)7大類風(fēng)味物質(zhì)，表1結(jié)果顯示，不同品種青稞原料中均含有上述7大類風(fēng)味物質(zhì)，品種間無顯著差異。

表1 七種青稞原料的主要風(fēng)味物質(zhì)鑒定結(jié)果 單位：%(相對(duì)含量)

注：表中,1,隆子黑;2,芶芝黑;3,藏青2000;4,喜拉22;5,QB14;6,藏青25;7,藏青27。表中不同小寫字母代表差異顯著(下同)

2.1.2 七種青稞原料中各類風(fēng)味物質(zhì)相對(duì)含量差異對(duì)比分析

由圖1可知，不同品種青稞原料均含有7大類化合物，但是每一類風(fēng)味化合物在相對(duì)含量上卻有著明顯不同。這也可能是不同青稞釀造青稞酒后風(fēng)味存在差異的原因之一。在7類風(fēng)味化合物的相對(duì)含量上，醛類>醇類>酯類、烷烴類>烯烴類>酸類、其他類。其中醛類的相對(duì)含量在35%～65%，含量最高。其次是醇類化合物，相對(duì)含量在15%～26%。兩者相加已普遍占據(jù)整體風(fēng)味物質(zhì)含量的60%以上。其他物種風(fēng)味化合物相對(duì)含量占剩余的30%以上。

圖1 七種青稞原料風(fēng)味化合物相對(duì)含量分布Fig.1 Relative content distribution of seven kinds ofhighland barley flavor compounds

在7種青稞原料中共檢測出5種醛類、14種醇類、6種酯類、9種烷烴類、5種烯烴類、4種酸類、7種其他類，共50種風(fēng)味化合物。藏青25中醛類化合物相對(duì)含量最高達(dá)到65.01%。喜拉22中醇類、酯類、烷烴類、烯烴類及其他類化合物相對(duì)含量最高，分別為25.66%、10.34%、11.04%、8.88%、5.45%。藏青2000中酸類化合物相對(duì)含量最高，可達(dá)到5.39%。

2.1.3 不同青稞原料風(fēng)味的主成分分析

通過對(duì)不同青稞原料主體風(fēng)味物質(zhì)的分析，為研究每種青稞原料相對(duì)含量之間的差異，采用SIMCA-P軟件對(duì)風(fēng)味物質(zhì)相對(duì)含量進(jìn)行主成分分析，如圖2所示。由圖2可知，PC1的貢獻(xiàn)率為56.3%，PC2的貢獻(xiàn)率為17%。PCA圖將7種青稞劃分為5類：第1類是的藏青25和藏青27，2種青稞在PCA圖上距離接近，說明兩者在風(fēng)味物質(zhì)的相對(duì)含量上是相接近的；第2類是喜拉22；第3類是QB14；第4類是隆子黑；第5類是芶芝黑和藏青2000，2種青稞在PCA圖上距離較近，說明兩者在風(fēng)味物質(zhì)的相對(duì)含量上是相接近的。

結(jié)合前期對(duì)風(fēng)味物質(zhì)成分及相對(duì)含量的分析，PCA得分圖可以有效支撐前面得到的結(jié)論，即5類青稞的主體風(fēng)味物質(zhì)在相對(duì)含量上存在明顯差異，但藏青25和藏青27、芶芝黑和藏青2000風(fēng)味物質(zhì)的相對(duì)含量是相接近的。

圖2 七種青稞的PCA圖Fig.2 PCA plot of seven kinds of highland barley

2.2 西藏傳統(tǒng)青稞酒特征風(fēng)味分析

2.2.1 青稞酒的主要風(fēng)味物質(zhì)鑒定結(jié)果

通過NIST數(shù)據(jù)庫對(duì)比和物質(zhì)保留指數(shù)分析發(fā)現(xiàn)，目前可鑒定出青稞酒中的50余種主要風(fēng)味物質(zhì)，主要包括了醇類、醛類、酸類、酯類、烷烴類、烯烴類、酚類，共計(jì)7大類風(fēng)味物質(zhì)結(jié)果如表2所示。

2.2.2 青稞酒中各類風(fēng)味物質(zhì)含量差異對(duì)比分析

由圖3可知，7種青稞酒在每一類風(fēng)味化合物在含量上有著顯著差異。由圖3可知，在7類風(fēng)味化合物的含量上，醇類>酯類>酸類、酚類>烷烴類、烯烴類、醛類。其中醇類的含量在76%～88%，含量最高。其次是酯類化合物，含量在6%～13%。兩者相加已普遍占據(jù)整體風(fēng)味物質(zhì)含量的85%以上。其他物種風(fēng)味化合物含量總和占比不到15%。

圖3 七種青稞酒風(fēng)味化合物含量分布Fig.3 Relative content distribution of seven kinds of barley liquor flavor compounds

醇類化合物是7種青稞酒中總含量最高的風(fēng)味化合物，遠(yuǎn)高于其他6類化合物，在7種青稞酒中共檢測出17種醇類化合物。青稞酒中含適量的高級(jí)醇可賦予酒體一些特殊的香味，而且對(duì)酒中的酯香有促進(jìn)作用，使青稞酒的香氣組成更加飽滿立體。這些醇類物質(zhì)在青稞酒中既是芳香成分，又是呈味成分，氣味持續(xù)時(shí)間長。7種青稞酒中醇類化合物的總含量最高的是喜拉22，總含量為3 851.04 μg/L。

表2 七種青稞酒的主要風(fēng)味物質(zhì)鑒定結(jié)果Table 2 Identification results of main flavor substances of seven kinds of barley liquor

注：“*”，2-壬基醇為內(nèi)標(biāo)物，濃度為472 μg/L;-表示無

酯類化合物是7種青稞酒中總含量僅次于醇類的風(fēng)味化合物，在7種青稞酒中共檢測出20種酯類化合物。這20種酯類化合物在7種青稞酒均能檢測到，同時(shí)在芶芝黑和藏青2000這2款青稞酒中還單獨(dú)檢測到了琥珀酸單乙酯。芶芝黑青稞酒中酯類化合物的總含量最高為418.01 μg/L。

7種青稞酒中共檢測到5種酸類化合物和3種酚類化合物。但是在隆子黑青稞酒中并沒有檢測出辛酸。酸類化合物總含量最高的為藏青25青稞酒，總含量為287.34 μg/L。酚類化合物總含量最高的是藏青2000青稞酒，為202.77 μg/L。同時(shí)還檢測出5種烷烴類、1種烯烴類和3種醛類化合物。

2.2.3 七種青稞酒風(fēng)味物質(zhì)聚類分析結(jié)果

采用NIST數(shù)據(jù)庫對(duì)比和物質(zhì)保留指數(shù)分析，及內(nèi)標(biāo)所法得到的每類風(fēng)味物質(zhì)的絕對(duì)含量作為輸入，執(zhí)行聚類分析，結(jié)果見表3及圖4。

表3 七種青稞酒風(fēng)味物質(zhì)聚類分析Table 3 Cluster analysis of seven kinds of barley liquor

圖4 七種青稞酒風(fēng)味物質(zhì)聚類分析樹狀圖Fig.4 Cluster analysis tree graph of seven kinds of barley liquor

通過聚類分析的樹狀圖，可以發(fā)現(xiàn)每種傳統(tǒng)青稞酒中風(fēng)味物質(zhì)含量的相似程度。其差異大小由圖4上方坐標(biāo)(0～25)表示，7種青稞酒風(fēng)味物質(zhì)各自分類，在差異度25時(shí)聚為一類，這說明7種青稞酒在風(fēng)味物質(zhì)含量上存在差異。其中喜拉22和藏青27、隆子黑和QB14、芶芝黑和藏青25在風(fēng)味物質(zhì)含量上相接近，相似度約為1，故若將7種青稞酒分為4類，喜拉22和藏青27聚為一類，隆子黑和QB14聚為一類，芶芝黑和藏青25聚為一類，藏青2000單獨(dú)為一類。若將7種青稞酒聚為兩類，則喜拉22、藏青27、隆子黑和QB14聚為一類，芶芝黑、藏青25和藏青2000聚為一類。與表3結(jié)果吻合，因此，通過聚類分析，很直觀地可以看出7種青稞酒在風(fēng)味物質(zhì)含量上的相近性與差異性。

2.3 青稞原料與青稞酒中風(fēng)味物質(zhì)相關(guān)性分析

糧食在蒸煮過程中產(chǎn)生大量香氣成分，不同糧食香氣成分區(qū)別很大，同一糧食的不同品種，香氣成分也會(huì)有區(qū)別，這主要是由于不同品種的原料中蛋白質(zhì)、淀粉、脂肪等物質(zhì)的含量不同，如糧食中適量的蛋白含量是保證微生物生命活動(dòng)的必要物質(zhì)，但過量時(shí)也會(huì)造成某些發(fā)酵副產(chǎn)物的增多，給酒體帶來邪雜味，影響產(chǎn)品質(zhì)量。而原料中支鏈淀粉越高，原料易糊化，降低微生物的利用難度，不利于發(fā)酵生香。本課題比較了青稞原料和青稞酒中的香氣物質(zhì)的種類和含量變化，結(jié)果如表4所示。

表4 青稞與青稞酒中香氣物質(zhì)對(duì)比Table 4 The contrast of aroma substance between highland barley and barley wine

注：—表示無

表4可知，青稞原料和青稞酒中風(fēng)味物質(zhì)既有相似性，也存在顯著差異。相似性在于青稞原料和青稞酒中風(fēng)味物質(zhì)的類別均含有表4中的7類化合物，且在7大類風(fēng)味化合物中，均檢出部分相同成分，差異性在兩者間不同的風(fēng)味物質(zhì)種類更多，如青稞原料中檢測出14種醇類但相應(yīng)青稞酒中卻檢測出17種醇類，在具體醇類化合物的含量上也各不相同。在青稞原料中主要是以醛類物質(zhì)為主，這主要是由于醛類物質(zhì)賦予了原料濃郁的麥香味，正己醛被認(rèn)為是對(duì)大麥芽風(fēng)味影響最大的化合物之一，而青稞屬于禾本科、大麥屬[17]，所以在青稞原料中醛類物質(zhì)也是主體風(fēng)味物質(zhì)，在7個(gè)品種青稞原料中也均檢測到了正己醛且含量遠(yuǎn)高于檢測到的其他風(fēng)味化合物。在相同的發(fā)酵條件下，青稞原料的風(fēng)味會(huì)影響青稞酒的質(zhì)量，但對(duì)青稞酒質(zhì)量影響較大的還是原料的理化指標(biāo)[18]，本研究分析了7種青稞原料理化指標(biāo)的差異，如表5所示。結(jié)果說明在青稞酒的生產(chǎn)過程中，微生物代謝消耗青稞原料中的淀粉、氨基酸、蛋白質(zhì)等，最終形成了傳統(tǒng)青稞酒中的醇類、酯類和酸類風(fēng)味化合物[19-21]，在發(fā)酵參數(shù)相同的條件下，理化指標(biāo)越接近，青稞酒的風(fēng)味越相似。

表5 七種青稞原料理化指標(biāo) 單位：%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))

3 結(jié)論

在本論文得出的最優(yōu)工藝條件下，利用7種種植廣泛的青稞原料釀造青稞酒[22]，通過固相微萃取和氣相色譜——質(zhì)譜聯(lián)用法分析研究，通過譜庫進(jìn)行檢索和保留指數(shù)驗(yàn)證，在青稞原料中共鑒定出7大類、50種主要風(fēng)味物質(zhì)，主要包括了醇類、醛類、酸類、酯類、烷烴類、烯烴類、其他類(酮類、苯類、萘類、酚類)。在傳統(tǒng)青稞酒中共鑒定出7大類、50余種主要風(fēng)味物質(zhì)，主要包括了醇類、醛類、酸類、酯類、烷烴類、烯烴類、酚類。

7種青稞原料都具有上述青稞原料中檢測到的7大類物質(zhì)。7種青稞酒的風(fēng)味化合物種類差異也都具有上述青稞酒中檢測到的7大類物質(zhì)。這表明青稞原料和傳統(tǒng)青稞酒在風(fēng)味化合物的種類方面具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性和一致性。通過SIMCA-P軟件對(duì)青稞原料風(fēng)味物質(zhì)相對(duì)含量進(jìn)行主成分分析，以及IBM.SPSS Statistics 23.0軟件對(duì)青稞酒風(fēng)味物質(zhì)含量進(jìn)行聚類分析，可以發(fā)現(xiàn)青稞原料和傳統(tǒng)青稞酒風(fēng)味化合物雖然在種類上沒有明顯差異，但是在具體風(fēng)味化合物的含量上存在明顯差異。綜上所述，從釀酒原料的角度分析，在相同的發(fā)酵條件下，青稞原料的風(fēng)味對(duì)青稞酒的風(fēng)味影響較小，對(duì)青稞酒質(zhì)量影響較大的還是原料的理化指標(biāo)，這是由于在青稞酒的生產(chǎn)過程中，微生物代謝消耗青稞原料中的營養(yǎng)物質(zhì)，最終形成了傳統(tǒng)青稞酒中的醇類、酯類和酸類風(fēng)味化合物。