不同品種梨酒揮發性成分的SPME-GC-MS結果比較

李麗梅,鄭振山,何近剛,馮云霄,程玉豆,關軍鋒

(河北省農林科學院遺傳生理研究所,河北石家莊 050051)

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不同品種梨酒揮發性成分的SPME-GC-MS結果比較

李麗梅,鄭振山,何近剛,馮云霄,程玉豆,關軍鋒*

(河北省農林科學院遺傳生理研究所,河北石家莊 050051)

以河北省大面積栽培的品種雪梨、鴨梨、黃冠梨、五九香梨、圓黃梨、黃金梨、香水梨和安梨為原料釀制梨酒,通過固相微萃取技術(Solid Phase Micro-extraction,SPME),結合GC-MS分析,比較了不同品種梨酒的揮發性成分。結果表明在8種梨酒中共鑒定出22種揮發性成分,其中3-甲基1-丁醇、己酸乙酯、辛酸乙酯、癸酸乙酯、月桂酸乙酯、棕櫚酸乙酯在8種梨酒中均有檢出。以1 μg/mL為界定值,確定了8個品種梨酒的主要揮發性成分。3-甲基-1-丁醇、辛酸乙酯、癸酸乙酯是除圓黃梨酒和黃金梨酒外其它6個品種梨酒的全部或部分主要揮發性成分,并且3-甲基-1-丁醇是除圓黃梨酒外的其它7個品種梨酒中含量最高的揮發性成分。除了主要揮發性成分外,梨酒中還含有微量的其他揮發性成分,如乙酸異戊酯、苯乙醇、琥珀酸二乙酯、正己醇、辛酸等。梨酒和葡萄酒的揮發性成分有相似之處,具有開發前景。

梨酒,固相微萃取技術(SPME),GC-MS,揮發性成分

梨酒是以梨為原料經發酵而成的低酒精度飲料,具有成本低、純天然、果香濃郁、營養豐富的特點,能夠發揮調節人體新陳代謝,促進血液循環、控制體內膽固醇水平、抗衰老等保健作用[1]。目前市面上常見的梨加工品主要是罐頭、梨干、梨膏糖等傳統產品,梨酒較為少見。河北省是梨果生產大省,栽培面積和產量居全國之首。加工梨酒可以消耗殘次和產銷過剩的梨果,提高產品的附加值,增加收益。關于梨酒的研究,集中在酵母的選擇優化[2-3]、工藝條件的優化[4-5]等方面。香氣成分是構成果酒質量典型性的主要因素,開展梨果酒的香氣成分研究,有助于梨果酒的研發和品質提高。固相微萃取技術(Solid Phase Micro-extraction,SPME)集采樣、萃取、濃縮于一體,萃取纖維可以直接插入GC 進樣口解析成分,克服了液-液萃取法步驟多、易污染的缺點,被廣泛應用于食品、煙草等行業。宋柬[6]采用固相微萃取-氣相色譜-嗅辨-質譜法對京白梨酒的特征性香氣成分進行了分析,陳計巒[7]采用固相微萃取-氣相色譜-質譜法分析了庫爾勒香梨酒的揮發性物質,但僅就單一品種梨酒香氣成分進行研究,并且使用的都是面積歸一化法,各成分的含量不能和其他品種果酒香氣成分進行比較;何義[8]采取先用溶劑萃取香氣物質,再用氣相色譜-質譜法分析了鴨梨酒的香氣成分,缺點是溶劑萃取的過程會造成香氣物質損失。本研究以目前在河北省大面積栽培的品種雪梨、鴨梨、黃冠梨、五九香梨、圓黃梨、黃金梨、香水梨和安梨為原料分別釀制梨酒,采用SPME技術,結合GC-MS分析,采用內標法對不同品種梨酒的揮發性成分進行定量分析,比較了不同品種梨酒的揮發性成分,確定了8個品種梨酒的主要揮發性成分,旨在為梨的精深加工和梨酒的品質鑒定提供理論參考。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

鴨梨河北省晉州市周家莊、雪梨河北省趙縣范莊、五九香梨河北省晉州市賀家寨、黃冠梨河北省晉州市段家莊、黃金梨河北省趙縣范莊、圓黃梨河北省趙縣范莊、香水梨河北省昌黎縣河北省農科院昌黎果樹研究所基地和安梨河北省青龍縣官場鄉。

JM251D型榨汁機廣東美的股份有限公司;53020型糖度計日本Atage公司;手動SPME進樣器美國Supelco公司;100 μm Polydimethylsiloxane(PDMS)萃取針美國Sigma-Aldrich公司;TRACE GC ULTRA DSQ П 型氣相色譜-質譜聯用儀美國Thermo Scientific公司

1.2實驗方法

1.2.1梨酒釀制將梨洗凈后榨汁,根據梨汁自身的可溶性固形物含量(SSC)加入蔗糖調整SSC至22°Brix,加入溫水溶解的安琪釀酒酵母(湖北安琪酵母股份有限公司),根據產品使用說明添加量為1.5%(w/w),在室溫22 ℃發酵。當酒精度連續3 d無明顯變化時,主發酵結束。倒罐,去除酒中的沉淀物。后發酵在20 ℃進行,時間為20 d。

1.2.2固相微萃取(SPME)操作參照文獻[7-9]方法略有改進,在15 mL樣品萃取瓶中,加入2.2 g NaCl和8 mL果酒,于45 ℃水浴中平衡10 min;將PDMS萃取針插入萃取瓶中,使之與梨酒液面保持1.5 cm距離,45 ℃萃取30 min。然后迅速將萃取針插入氣相色譜儀的進樣口,推出纖維頭熱解析5 min,同時啟動氣相色譜儀采集數據。

1.2.3GC-MS條件氣相色譜條件:進樣口溫度250 ℃,不分流進樣模式,起始溫度38 ℃,保留10 min,以3 ℃/min升溫至140 ℃,再以4 ℃/min升溫至200 ℃。載氣流速為1.2 mL/min。

色譜柱:HP-1(規格30 m×0.25 mm×0.25 μm)

質譜條件:電離方式EI,電離電壓70 eV,離子源溫度230 ℃,傳輸線溫度280 ℃,四級桿溫度為150 ℃,掃描范圍為15～300 amu。

1.2.4樣品定性定量各組分的質譜經人工通過計算機在質譜庫NIST/EPA/NIH(version 2.0 build Apr 26.2005)中進行檢索(僅報道匹配度大于75%的鑒定結果),并結合有關文獻資料進行定性分析鑒定。

參照陳美霞[10]方法,采用內標法定量。以2-辛酮為內標物,將已知濃度的內標物加入到定量果酒中,通過內標物的峰面積和果酒中各個組分的峰面積比值,計算各個組分的相對濃度。

其中:Cc:果酒中某組分的相對濃度;Cs:內標物的濃度;Ss:內標物的峰面積;Sc:果酒中某組分的峰面積。

2　結果與分析

圖1為黃冠梨酒揮發性成分的GC-MS總離子流色譜圖,各組分的質譜經人工通過計算機在質譜庫中進行檢索和分析,結果如表1所示。在8種梨酒中共鑒定出22種化合物,其中香水梨酒所檢出的揮發性成分種類最多,為16種,其次是安梨酒,檢出15種揮發性成分,再次是圓黃梨酒,檢出14種揮發性成分。黃冠梨酒、黃金梨酒和鴨梨酒中各檢出13種揮發性成分,雪梨酒和五九香梨酒中各檢出11種揮發性成分。

圖1　黃冠梨酒揮發性成分的GC-MS總離子流色譜圖Fig.1　GC-MS total ion chromatogram of volatile components in Huangguan pear wine

3-甲基1-丁醇、己酸乙酯、辛酸乙酯、癸酸乙酯、月桂酸乙酯、棕櫚酸乙酯在8種梨酒中均有檢出。其中3-甲基1-丁醇、己酸乙酯、癸酸乙酯在庫爾勒香梨酒中檢出[7]。

表1　不同品種梨酒揮發性成分的GC-MS結果比較

注:“-”表明含量低于最低檢測限。

根據Guadagni 的香氣值理論[11],香氣成分含量較高且閾值低的成分可能是特征香氣物質,但由于閾值測定受實驗方法、香氣物質的純度和存在的介質、評定人員的經驗等因素影響[12],已有的對某一香氣成分的閾值報道差別較大,如正己醇的閾值分別為2500 μg/kg和500 μg/kg,所以本研究把含量較高的物質認定為主要揮發性成分。如果以1 μg/mL為界定值,高于此值的化合物被認定為主要揮發性成分,那么不同品種梨酒的主要揮發性成分的名稱、數量和含量見表2。

由表2可知,香水梨酒和鴨梨酒的主要揮發性成分各有7種,五九香梨酒和圓黃梨酒各有5種,黃冠梨酒和安梨酒各有4種,雪梨酒和黃金梨酒分別有3種和2種。每個品種梨酒的主要揮發性成分的種類和含量都有所不同,構成了各自獨特的品種特性。

3-甲基-1-丁醇、辛酸乙酯、癸酸乙酯是除圓黃梨酒和黃金梨酒外其它6個品種梨酒的全部或部分主要揮發性成分,并且3-甲基-1-丁醇是除圓黃梨酒外的其它7個品種梨酒中含量最高的揮發性成分。該物質具有蘋果白蘭地香氣和辛辣味,在庫爾勒香梨酒中檢出[7]。在本研究的8個品種梨酒中均檢出辛酸乙酯,且含量較高,是梨酒的主要揮發性成分之一。辛酸乙酯具有白蘭地酒香味,主要用于調味品、香料制造。陳計巒報道辛酸乙酯既是梨的特征芳香成分,同時也是香梨蒸餾酒的主要香氣成分[13]。說明梨酒發酵過程中保留了鮮梨的特征性香氣物質。除黃金梨酒外,本研究的其它7個品種的梨酒中均檢出癸酸乙酯,且含量均大于1 μg/mL。在庫爾勒香梨酒中也檢出了癸酸乙酯[7]。辛酸乙酯和癸酸乙酯是Conquister干紅葡萄酒[14]、霞多麗干白葡萄酒[15]和雷司令干白葡萄酒[16]中相對含量較高的香氣成分。月桂酸乙酯具有花果香氣,是鴨梨、香水梨酒的主要揮發性成分之一;棕櫚酸乙酯呈微弱蠟香和奶油香氣,是鴨梨酒、黃冠梨酒、香水梨酒的主要揮發性成分之一。這兩種物質都在葡萄酒中檢出[17]。上述結果表明梨酒和葡萄酒的香氣成分具有相似之處,易于被消費者接受,有開發利用的前景。

己酸乙酯具有強烈的果香和酒香,是五九香梨酒、鴨梨酒、圓黃梨酒和香水梨酒的主要揮發性成分,在庫爾勒香梨酒中檢出[7]。9-癸烯酸乙酯是鴨梨酒和圓黃梨酒的主要揮發性成分,在京白梨酒中檢出[6]。本實驗結果中梨酒的部分主要揮發性成分,如己酸乙酯、辛酸乙酯、癸酸乙酯、9-癸烯酸乙酯與京白梨酒的部分特征性香氣物質[6]重合,說明本研究所采用的界定值具有可信度。

己酸乙酯和辛酸乙酯既是圓黃梨的香氣成分[18],又是所釀梨酒的部分主要揮發性成分,但兩者的成分又不完全相同,說明梨酒除了具有鮮梨的香氣成分外,發酵過程又賦予了其獨特的香氣物質。如9,12-十八碳二烯酸乙酯是圓黃梨酒、香水梨酒和安梨酒的主要揮發性成分之一。

表2　不同品種梨酒的主要揮發性成分

除了上述主要揮發性成分外,梨酒中還含有微量的其他揮發性成分。如乙酸異戊酯具有較強的類似梨、香蕉、蘋果等果實香味,在干紅葡萄酒中含量較高[14]。在本研究中,該香氣物質在除圓黃梨酒之外的其他7種梨酒中都有檢出,但僅在五九香梨酒中含量大于1 μg/mL。苯乙醇具有柔和、愉快而持久的玫瑰香氣,在除鴨梨酒外的7個品種梨酒中檢出,其中在黃金梨酒中含量最高,圓黃梨酒中含量最低。琥珀酸二乙酯在圓黃、黃金和香水梨所釀梨酒中檢出。正己醇在五九香和安梨酒中檢出。上述四種物質均為京白梨酒的部分特征性香氣物質[6],其中正己醇和苯乙醇同時還是庫爾勒香梨酒的香氣成分[7]。此外,本研究所用梨酒中還含有在其他品種梨酒中未被報道的揮發性成分,如在五九香、圓黃梨所釀梨酒中含有辛酸,辛酸是赤霞珠干紅葡萄酒中相對含量排在前十位物質之一[19]。辛酸異戊酯在鴨梨、圓黃、安梨和香水梨所釀梨酒中檢出;肉豆蔻酸乙酯在鴨梨、黃冠和安梨所釀梨酒中檢出,這兩種物質均存在于葡萄酒中[17]。再次說明梨酒和葡萄酒的揮發性成分有所重合。

另外,在鴨梨和安梨所釀梨酒中檢出十五酸異戊酯;在黃冠梨酒中檢出十五酸乙酯;在雪梨、五九香、圓黃和香水梨酒中檢出14-甲基十五酸甲酯;在鴨梨、黃冠和安梨酒中檢出9-十六碳烯酸乙酯;在雪梨、圓黃、黃金和香水梨酒中檢出硬脂酸乙酯。說明不同品種梨酒的揮發性成分既有相似之處,又各具特色。

在鴨梨和黃冠梨酒中檢出6,10,14-三甲基-2-十五烷酮,這種物質存在于青天葵揮發油中,且含量最高,有清肺止咳作用[20]。可能是梨的功效成分之一。

3　結論

本研究對不同品種梨酒的揮發性成分進行了分析比較,并對梨酒的主要揮發性成分進行了界定。但由于對梨酒的研究起步較晚,有關其揮發性成分的研究較少,沒有查閱到有關梨酒中所含揮發性成分閾值的完整、確切的可參考文獻,因此本研究未能確定梨酒的主要揮發性成分是否為其特征性揮發性成分,還需要開展后續研究進行驗證和完善。

梨酒既具有鮮梨的香氣成分,發酵過程又賦予了其獨特的揮發性成分。各品種梨酒的主要揮發性成分的種類和含量都有所不同,構成了各自獨特的品種特性。梨酒和葡萄酒的揮發性成分有相似之處,易于被消費者接受,具有開發利用的前景。

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Comparison of volatile components of different pear wine by SPME-GC-MS

LI Li-mei,ZHENG Zhen-shan,HE Jin-gang,FENG Yun-xiao,CHENG Yu-dou,GUAN Jun-feng*

(Institute of Genetics and Physiology,Hebei Academy of Agricultural and Forestry Science,Shijiazhuang 050051,China)

Studies were carried out with different kinds of pear wine brewed by varieties of pears mainly cultivated in Hebei Province,such as Snow pear,Ya pear,Huangguan,Wujiuxiang,Wonhwang,Whangkeumbae,Xiangshui pear,Anli pear,through solid phase micro-extraction(SPME)combined with GC-MS to compare volatile components in them.The results showed that 22 kinds of volatile components were identified in 8 kinds of pear wine,of which 1-butanol,3-methyl-,hexanoic acid,ethyl ester,octanoic acid,ethyl ester,decanoic acid,ethyl ester,dodecanoic acid,ethyl ester and hexadecanoic acid,ethyl ester were detected in all the 8 kinds of pear wine.If 1 μg/mL was affirmed as the critical value,main volatile components were determined in the 8 kinds of pear wine,of which 1-butanol,3-methyl-,octanoic acid,ethyl ester and decanoic acid,ethyl ester were fully or partly main volatile components of the 6 kinds of pear wine except for Wonhwang and Whangkeumbae pear wine,and 1-butanol,3-methyl-was the highest content of volatile components in these pear wine except for Wonhwang pear wine.There were also other trace volatile components in these pear wine,such as 1-butanol,3-methyl-,acetate,phenylethyl alcocol,butanedioic acid,diethyl ester,1-hexanol and octanoic acid.Pear wine has a good propect for development for the similarity of volatile components between it and wine.

pear wine;solid phase micro-extraction(SPME);GC-MS;volatile components

2015-08-07

李麗梅(1972-)，女，碩士，副研究員，研究方向：果品采后生理與貯藏加工，E-mail：lilimeizhang@163.com。

關軍鋒(1966-)，男，博士，研究員，主要從事梨、蘋果、桃等果實的采后生理與貯藏保鮮技術研究工作，E-mail：junfeng-guan@263.net。

國家梨產業技術體系(CARS-29-20)；河北省農科院基本科研業務費(A2015110101)。

TS255.46

A

1002-0306(2016)11-0314-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.11.056