GC-MS法分析西瓜精釀啤酒中的風味物質

王松廷，楊生玉，張彭湃*

（河南大學生命科學學院，河南開封475004）

GC-MS法分析西瓜精釀啤酒中的風味物質

王松廷，楊生玉，張彭湃*

（河南大學生命科學學院，河南開封475004）

為了研究分析西瓜精釀啤酒中的風味物質，采用靜態-頂空固相微萃取（HS-SPME）結合氣相色譜-質譜（GC-MS）聯用的方法，對西瓜精釀啤酒及普通精釀啤酒中的風味物質進行了對比分析。結果表明，從西瓜精釀啤酒中共分離出48種物質，確定了其中的36種物質；從普通精釀啤酒中共分離出42種物質，確定了其中的41種物質。與普通精釀啤酒確定風味成分相比，己酸乙酯、癸醛、可卡醛、壬酸乙酯、癸酸乙酯等11種物質僅在西瓜精釀啤酒中檢出，這些成分賦予了西瓜精釀啤酒獨有風味。

西瓜精釀啤酒；風味物質；氣質聯用

西瓜俗稱“寒瓜”，因其含有多種對人體有益的營養成分，又被稱為“瓜果之王”。據營養專家測定，除去占西瓜90%以上的水分，西瓜還含有蛋白質、纖維素、無機鹽、多種微量礦物質元素和多種維生素等人體所必需的營養物質[1]。我國是世界上西瓜種植面積最大的國家，已經成為很多地方的支柱產業，但是，到目前為止還沒有一條切實可行的西瓜深加工途徑，產品的附加值比較低，瓜農始終沒有擺脫幾千年來“看天賣瓜”的尷尬境地[2]。

風味物質是產品品質的核心和靈魂，是衡量產品質量的一個至關重要的因素，通過對產品中的風味物質進行定性定量的分析，可以量化產品質量，確定產品等級，指導工藝優化。然而，迄今為止對西瓜深加工方面的研究大都集中在工藝、配方方面的優化，對西瓜汁中的揮發性風味物質進行分析只有零星報道[3]。其他水果啤酒的國內外研究已開展不少，但是市場上出現的大部分為香精調制的果味啤酒，而不是由真正的水果釀造，水果啤酒的風味物質分析也不多見[4-5]。本研究采用靜態頂空-固相微萃取（head space-solid phase micro-extractions，HS-SPME）法分別提取西瓜精釀啤酒和相應的普通精釀啤酒中的風味物質，并采用氣相色譜-質譜（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）聯用的方法對提取到的風味物質進行定性定量的分析，以期為我國西瓜深加工產業迅速打開局面提供科學依據。

1　材料與方法

1.1材料與試劑

西瓜精釀啤酒與相應的普通精釀啤酒均為本實驗室釀制，普通精釀啤酒除未添加西瓜汁外，其原料選擇和發酵工藝均與西瓜精釀啤酒一致。采用的工藝及參數在文獻[6]基礎上略有修改，不同之處在于：本實驗中原麥汁濃度為13°P，西瓜精釀啤酒在主酵期間加入15%的西瓜汁。西瓜精釀啤酒由于添加西瓜汁，因此實際麥汁濃度為12°P左右，最終所得西瓜精釀啤酒酒精度3.82%vol、殘糖量1.26 g/L、總酸含量1.8 g/100 mL；普通精釀啤酒酒精度4.42%vol、殘糖量1.56 g/L、總酸含量1.6 g/100 mL。風味物質測定為直接測定原酒處理液。

1.2儀器與設備

50/30 μm DVB/CAR/PDMS固相微萃取頭及萃取手柄：美國Supelco公司；6890N-5973I氣質聯用儀：美國Agilent公司。

1.3實驗方法

1.3.1樣品中揮發性風味物質的提取

將固相微萃取頭插入氣相色譜的進樣口中，270℃老化1 h，之后老化30 min，并進行空白試驗，直至無色譜峰出現。將樣品裝入樣品瓶，裝液量為整個樣品瓶容積的1/3～1/2，將固相微萃取頭插入樣品瓶中，40℃萃取40 min，在溫度為270℃的氣質聯用儀進樣口中解吸5 min，進樣分析。

1.3.2GC-MS分析條件

氣相色譜（GC）條件：HP-INNOWAX MS型色譜柱（30m×250μm×0.25μm）；載氣為氦氣（He），流速1 mL/min；柱溫起始為50℃，保持5 min，以6℃/min升溫至160℃，保持3 min，再以20℃/min升溫至230℃；不分流進樣。

質譜（MS）條件：電離方式為電子電離（electron ionization，EI）源，電子能量70 eV，發射電流為200 μA，離子源溫度為230℃，四級桿150℃，全掃描模式，掃描質量范圍50～550 amu，無溶劑延遲。

1.3.3定性定量方法

定性分析方法：經過分析得到的圖譜和美國國家標準技術研究所（national institute of standards and technology，NIST）譜庫中的標準圖譜進行比對，保留下匹配度＞80%的組分。

定量分析方法：采用峰面積歸一化法計算各組分的相對含量，進行定量分析。

2　結果與分析

圖1　西瓜精釀啤酒(A)及普通精釀啤酒(B)中風味物質GC-MS分析總離子流色譜圖Fig.1　Total ions chromatogram of flavor compounds in watermelon craft beer(A)and common craft beer(B)by GC-MS

表1　西瓜精釀啤酒中風味物質GC-MS分析結果Table 1　GC-MS analysis results of flavor compounds in watermelon craft beer

西瓜精釀啤酒及普通精釀啤酒中揮發性成分經靜態頂空-固相微萃取和氣質聯用分析，其GC-MS分析總離子流色譜圖見圖1，揮發性成分的分析鑒定結果分別見表1和表2。

由表1可知，從西瓜精釀啤酒中共分離出48種物質，確定了其中的36種物質，占分離出的風味物質的75%，其中主要的風味物質為辛酸乙酯、乙酸異戊酯、癸酸乙酯、正己酸乙酯、乙酸苯乙酯、癸酸酯等酯類物質；由表2可知，從普通精釀啤酒中共分離出42種物質，確定了其中的41種物質，占分離出的風味物質的98%，其中主要的風味物質為辛酸乙酯、乙酸異戊酯、癸酸乙酯、乙酸苯乙酯、己酸等。

與普通精釀啤酒相比，西瓜精釀啤酒中共發現了11種物質未在普通精釀啤酒中檢出，這些風味物質主要為己酸乙酯、癸醛、可卡醛、壬酸乙酯、癸酸酯等酯類和醛類。由于兩種精釀啤酒僅在是否添加西瓜汁上有所區別，所以這些未在普通精釀啤酒中發現的風味物質，需要進一步深入研究其是否來自西瓜汁或是西瓜汁中的風味物質經微生物發酵作用轉化而來。這種轉化作用或來自于微生物的直接作用如生物氧化、參與微生物的某個代謝環節等[7]，或是和啤酒原有的某些物質發生化學反應如酯化反應、羥基化反應等，或是西瓜汁中的風味物質經外界作用轉化而來如氧化反應等[8]。這些風味物質很多都有自己獨特的香味特征，如正己酸乙酯具有曲香、菠蘿香[9]；癸醛具有強烈的花香、柑橘香等香味[10]；壬酸乙酯具有果香、酒香、玫瑰香[11]；癸酸酯具有果香、花香[12]；可卡醛具有新鮮的果香香氣[13]。西瓜精釀啤酒區別于普通精釀啤酒的本質就在于所含特定風味物質的不同，如果上述物質在日后的實驗中被確證是來源于西瓜或是其降解物，則這些風味特征物質就成為了西瓜精釀啤酒區別其他種類啤酒的本質和靈魂，在量化西瓜精釀啤酒產品質量，優化生產工藝方面成為重要指標。

續表

表2　普通精釀啤酒中風味物質GC-MS分析結果Table 2GC-MS analysis results of flavor compounds in common craft beer

續表

另外，在西瓜精釀啤酒所特有的物質中，有些物質具有特殊的藥用功效，如2,6-二叔丁基苯醌（ditertbutylbenzoquinone，DTBQ），該物質可作為一種降壓藥，且降壓效果顯著、副作用小[14]；又如，4-仲丁基-2,6-二叔丁基苯酚，該物質是一種強抗氧化劑，它很容易與油類或其他液體混合，并能增加產品的熱穩定性[15]；這些物質的降壓與抗氧化功效與西瓜的藥用功效相吻合，也提示這些物質可能來源于西瓜或是其降解物；此外，還發現了羥甲唑啉，這是一種高效的減充血劑，能夠迅速收縮鼻血管，從而改善鼻塞癥狀[16]。以上藥用物質的出現表明，西瓜精釀啤酒不僅僅只是一種酒飲料，其具有類似西瓜的藥用成分也增強了該啤酒的營養性和保健性。當然，這些物質是否來源于西瓜或是西瓜成分的降解物，還是來源于微生物的其他代謝途徑，進入人體后，其殘余含量是否還具有明顯藥用功效，還需要以后的實驗加以論證。

3　結論

本研究采用固相微萃取結合氣相色譜-質譜聯用的方法，分別對西瓜精釀啤酒和普通精釀啤酒中主要的風味物質進行了定性定量的分析，并對兩種啤酒的主體風味物質進行了對比研究。實驗結果表明，從西瓜精釀啤酒中共分離出48種物質，其中的36種物質得以確定；普通精釀啤酒中共分離出42種物質，確定了其中的41種物質。與普通精釀啤酒確定成分相比，己酸乙酯、癸醛、可卡醛、壬酸乙酯、癸酸酯等11種物質僅在西瓜精釀啤酒中檢出，這些物質中，部分成分具有特定的風味或具有藥用價值，其共同作用下或成為構成西瓜啤酒的特征風味物質。

[1]張守濤.西瓜的營養與藥用[J].蔬菜，2000（3）：34-35.

[2]胡曉冰，楊生玉，張彭湃，等.西瓜酒發酵工藝的研究[J].釀酒，2007，34（3）：82-86.

[3]何聰聰，劉夢雅，劉建彬.SPME和SAFE結合GC-O-MS分析鮮榨西瓜汁揮發性香氣成分[J].食品工業科技，2014，35（2）：49-54.

[4]董德武，盧存龍，曹圓圓，等.我國果汁啤酒生產現狀及發展戰略[J].食品安全質量檢測學報，2015，6（7）：2626-2632.

[5]朱晨昱.果味鮮啤的開發研究[D].杭州：浙江工業大學，2012.

[6]王松廷，張彭湃，楊生玉.西瓜啤酒制作工藝的研究[J].中國釀造，2015，34（9）：159-163.

[7]苗芳，康健，王德良.果啤的研究進展[J].釀酒，2007，34（3）：82-86.

[8]劉曉光，謝和，屈直.醬香型白酒風味物質的形成與微生物關系的研究現狀與進展[J].貴州農業科學，2007，35（2）：131-134.

[9]李超豪，胡強，吳蔚，等.氣相色譜法同時測定白酒中甲醇和乙（己）酸乙酯[J].食品與機械，2013，29（1）：83-84.

[10]秦改花，黃文江，張虎平，等.采收期對南果梨晚熟果實香氣組成的影響[J].食品科學，2012，33（2）：248-252.

[11]聶慶慶，范文來，徐巖，等.洋河系列綿柔型白酒香氣成分研究[J].食品工業科技，2012，33（12）：68-72.

[12]李維新，魏巍，何志剛，等.釀酒酵母JP2發酵枇杷汁的有機酸代謝及其產香特征分析[J].中國食品學報，2016，16（2）：251-256.

[13]和紅州.福建工夫紅茶創新工藝研究[D].福州：福建農林大學，2012.

[14]李麗娟.2,6-二叔丁基對苯醌合成工藝研究[J].河北化工，2001（4）：24-25.

[15]臧陽陵，徐建兵，陽永強，等.2,6-二叔丁基對仲丁基苯酚的合成[J].精細化工，2012，29（1）：70-72.

[16]黃慶琳，陳劍波.羥甲唑啉噴霧劑治療慢性鼻炎60例[J].醫藥導報，2007，26（10）：15-17.

Analysis of the flavor compounds in watermelon craft beer by GC-MS

WANG Songting,YANG Shengyu,ZHANG Pengpai*
(College of Life Science,Henan University,Kaifeng 475004,China)

In order to research and analysis flavor compounds in watermelon craft beer,the flavor compounds in watermelon craft beer and common craft beer were compared and analyzed by headspace-solid-phase microextraction(HS-SPME)combined with gas chromatography-mass spectrometry(GC-MS).The results showed that 48 kinds of compounds were separated from watermelon craft beer,and 36 compounds were identified.42 kinds of compounds were separated from common craft beer,and 41 compounds were identified.Compared to the common craft beer,11 kinds of compounds(such as ethyl caproate,decanal,cocal,pelargonic acid ethyl ester,decanoic acid ethyl ester,etc)were only detected in watermelon craft beer,which gave the beer unique flavor.

watermelon craft beer;flavor compounds;GC-MS

TS262.5

0254-5071（2016）10-0171-04

10.11882/j.issn.0254-5071.2016.10.038

2016-06-06

河南大學科研基金項目（2015YBZH004）；河南省科技攻關項目（162102210025）

王松廷（1989-），男，碩士研究生，研究方向為食品發酵。

張彭湃（1978-），男，副教授，博士，研究方向為工業微生物育種及發酵工程。