電子舌結合G C/M S分析黑糯米酒中風味物質

蘇 偉，齊 琦，趙 旭，母應春，邱樹毅

（1.貴州大學釀酒與食品工程學院，貴州貴陽550025； 2.貴州大學生命科學學院，貴州貴陽550025）

電子舌結合G C/M S分析黑糯米酒中風味物質

蘇 偉1，齊 琦2，趙 旭1，母應春1，邱樹毅1

（1.貴州大學釀酒與食品工程學院，貴州貴陽550025； 2.貴州大學生命科學學院，貴州貴陽550025）

采用靜態頂空萃取法結合氣相色譜-質譜聯用技術（HS-SPME結合GC/MS）對黑糯米酒中揮發性物質進行定性鑒定和定量分析。結果表明，黑糯米酒共檢測到50種香氣成分，醇類8種，酯類11種，酸類2種，醛類4種，烷烴類20種，烯烴類1種，酚類3種，酮類1種。主要風味物質為2-甲基丙醇、2,3-丁二醇、1,3-丁二醇、丙三醇、苯乙醇，相對百分比含量分別為1.229%、1.19%、1.665%、1.326%、4.411%。

黑糯米酒； 電子舌； 氣相色譜-質譜法(GC-MS)； 風味物質

黑糯米酒與普通的發酵酒或蒸餾酒有著不同的價值和意義，它是以苗家當地的特產黑糯米為原料，用世代相傳的古老方法釀制而成的酒精度低和糖分含量高的一種民族特色美酒[1-3]。黑糯米酒含有人體所需的豐富營養成分[4-5]。黑糯米酒酒精度含量低而糖分含量高，從而飲用時口感甜度大，其甜味的主體物質是葡萄糖[6]，含量為60%～80%，其余為低聚糖。這些糖類增加了黑糯米酒的黏度、甜度，調節了黑糯米酒的口味，緩和了酒的刺激性，使黑糯米酒更為醇厚柔和。傳統方法釀造的黑糯米酒酒精含量一般不會超過20%vol，因地區的差異，西北地區的略低，一般酒精含量在6%vol～8%vol之間。黑糯米酒澄清貯存期間，有機物之間易發生化學反應，如醇與酸發生反應后生成酯類化合物，與其他呈香物質（主要是揮發性風味物質）共同組成黑糯米酒特有的風味。黑糯米酒中的糖類主要是葡萄糖、麥芽糖和糊精等，主要是由黑糯米和發酵酒曲中的淀粉分解產生[7]。

黑糯米酒中富含各種特殊性風味物質，酒中除主要成分水、糖類、乙醇、可溶性物及酸類物質外，還有酯類、醛類、醇類和羰基化合物等多種成分。成品酒中感官分析可采用TS-5000Z電子舌模擬人體味覺系統，由人工脂膜傳感器組成，可以通過靜電作用和疏水作用量化幾種基本味感：苦味、酸味、澀味、咸味、鮮味、甜味，還可以分析苦的回味、澀的回味和豐富度。測量時，傳感器上的人工脂膜與各種呈味物質反應，導致傳感器電信號的變化，由韋伯費希納定律將變化的差值轉化為味覺數值[8]。

黑糯米酒的貯存過程中，酒體中揮發性物質的變化作為評價其品質的重要指標之一，也是構成獨特香氣成分的物質基礎。酒類風味物質分析方法較多，本實驗主要采用靜態頂空萃取法結合氣相色譜-質譜聯用技術（HS-SPME結合GC/MS）對黑糯米酒中揮發性物質進行定性鑒定和定量分析，該技術是研究酒類香氣成分中應用最多的技術，可偶聯多種檢測器對揮發性物質進行檢測[9]。GC/MS可準確分析各類風味物質組成及百分比含量，為改進傳統釀造工藝提供理論與數據支撐。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑及儀器

黑糯米：貴州省永紅酒業有限公司。

儀器設備：TS-5000Z電子舌系統，日本Insent公司；HP6890/5957C氣相色譜/質譜聯用儀，美國安捷倫公司；ZB-5MSI色譜柱，美國Supelco公司；2 cm-50/30 μDVB/CAR/PDMS StableFlex萃取纖維頭；手動固相微萃取裝置，美國Supelco公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 電子舌的測定方法

首先清洗90 s，下一參比液清洗120 s，另一參比液清洗120 s，清洗完畢后測量前傳感器平衡30 s，平衡后測樣30 s；測試完畢后自動形成相應的電信號數據，進入兩個參比液中分別清洗3 s，清洗完畢，下一階段測試回味，在新的參比液中測定30 s，如此6次平行。每一檢測步驟所用液體（清洗液、參比液）均于不同樣品杯中放置[10-11]。

1.2.2 GC/MS檢測方法

采用靜態頂空固相微萃取(HS-SPME)結合GC/MS進行分析測定。

1.2.3 樣品制備

預處理方法采用頂空固相靜態萃取法，二氯甲烷萃取1 h得到萃取液，吸取黑糯米酒萃取液200 μL置于50 mL固相微萃取儀采樣瓶中，插入裝有2 cm-50/30 DVB/CAR/PDMS StableFlex纖維頭的手動進樣器，溫度控制在100℃左右頂空萃取約40 min后取出，快速移出萃取頭并立即插入氣相色譜儀進樣口（溫度35℃）中，由于發酵酒度數低，進樣針插入深度為2 cm，熱解3 min進樣[12]。

1.2.4 色譜和檢測條件

色譜和檢測條件如下：色譜ZB/5MSI 5%Phenyl-95%DiMethylpolysiloxane(30 m×0.25 mm× 0.25 μm)彈性石英毛細管柱，初始柱溫40℃保持5 min，以5℃/min升溫至270℃，總分析時間為43min；DB-5(60 m×0.25 mm×0.25 μm)；SPME探針類型PDMS 100 μm；汽化室溫度250℃；載氣為高純He (99.999%)；柱前壓7.62 psi，載氣流量1.0 mL/min；不分流進樣；探針凈化時間30 min；溶劑延遲時間1.5 min[13]。

離子源為EI源；離子源溫度設置為230℃；四極桿溫度為150℃；電子能量70 eV；發射電流34.6 μA；倍增器電壓1125 V；接口溫度280℃；質量范圍20～450 amu[14]。

1.2.5 數據分析方法

采用SPSS 20.0和Origin 8.5軟件對電子舌測試的原始數據進行分析，并選用雷達圖易于理解的方式對結果進行展示[15]，充分顯示樣品的味覺感官特性。

GC/MS實驗圖譜分析及數據處理：核對Nist 2005和Wiley 275標準質譜圖數據庫，對總離子流圖中的各個出峰進行檢索，結合質譜計算機數據系統檢索，確定多種揮發性化學成分，其方法是用峰面積歸一化法，以各組分標準圖譜峰面積與對應組分峰總面積之比表示，測定各化學成分的相對質量分數[16]。數據統計分析處理方法采用Office Excel 2013軟件完成。

2 結果與分析

2.1 電子舌分析結果

2.1.1 5種味覺對比分析（見表1、圖1）電子舌模擬人體味覺感官分析，直觀反映出黑糯米酒的鮮味、酸味、苦味、澀味的差異性[17-18]。由圖1可知，雷達圖中坐標軸刻度為味覺單位，黑糯米酒的苦味和澀味較高，這是由于傳統工藝采用的連續糖化發酵法，工序時間長，酒曲中的根霉先糖化后進行發酵，整個發酵過程所需時間較長，部分微生物將葡萄糖轉化為乳酸、醋酸等，導致酸度過高；同時在微生物代謝過程中產生苦味和澀味物質，影響產品的品質。黑糯米酒的氨基酸含量是一項體現鮮味(AAE)的重要指標，微生物代謝產生相應的氨基酸和鮮味化合物，這為黑糯米酒發酵工藝的優化提供了數據支撐。

表1 電子舌對黑糯米酒的5種味覺分析

圖1 黑糯米酒的味覺分析雷達圖

2.1.2 回味結果分析(表2)

表2 電子舌分析兩種工藝釀造黑糯米酒的回味分析

如表2所示，黑糯米酒苦味和澀味較重，回味值尤為低，原因主要是微生物發酵時間長、代謝副產物多，且傳統釀造工藝選用菌種單一，發酵力小，周期長，產生苦味酸和單寧類等化合物，致使口感出現低值。

2.1.3 GC/MS分析結果

實驗采用Agilent氣相色譜-質譜聯用儀對黑糯米酒的風味物質進行分析，總離子流色譜圖見圖2。

圖2 黑糯米酒GC/MS總離子流圖譜

對黑糯米酒進行GC/MS分析，由圖2可知，對各項圖譜峰進行積分處理后，可看出出峰時間與響應峰面積及出峰數量有顯著差異，則需要結合Nist 2005和Wiley譜庫檢索，進一步確定每個峰值所對應的揮發性成分的名稱和化學式，并用峰面積歸一化法和Excel 2013統計分析法計算各揮發性組分的相對百分比含量[19]。

對比分析風味物質的組成，結果見表3，在黑糯米酒中共檢出50種風味物質，其中主要構成風味的化合物包括醇類9種、酸類2種、酯類12種、烷烴23種、酚類3種、醛類4種、烯烴1種、酮類1種。

黑糯米酒香氣成分種類及含量見表4。如表4所示，主體風味物質是酯類和醇類，酯類如乙酸乙酯、丁酸乙酯等一系列具有植物本身的獨特香氣，醇類有乙醇、苯乙醇、丙醇和丁醇等。揮發性成分中醛類是稻谷類香氣的主要特征成分，而烷烴類有著突出的主體香。

黑糯米酒共檢測到50種香氣物質，包括醇類8種，酯類11種，酸類2種，醛類4種，烷烴類20種，烯烴類1種，酚類2種，酮類1種，其百分比含量分79.799%、2.877%、1.604%、0.641%、8.003%、1.114%、1.541%、0.041%。主要風味物質為2-甲基丙醇、2,3-丁二醇、1,3-丁二醇、丙三醇、苯乙醇，相對百分比含量分別為1.229%、1.19%、1.665%、1.326%、4.411%。黑糯米酒特有的香氣成分有2, 4,5-三甲基-1,3-二氧戊烷、2-甲基-1-丁醇、5-羥甲基-2-呋喃甲醛。

表3 黑糯米酒GC/MS分析對照結果

表4 黑糯米酒香氣成分種類及含量

表5 電子舌結合GC/MS對比分析

2.1.4 電子舌結合GC/MS分析

電子舌味覺感官指標結合GC/MS分析風味物質組分，通過呈味物質的味覺特征與其百分比含量的結果對照分析，如表5所示，鮮味主要由氨基酸、蛋白質、酯類等體現，咸味物質主體是NaCl和谷氨酸類，酸味的體現主要是有機酸。分析得知，黑糯米酒中的苦味主要是由于丁醇、糠醛、呋喃醛、多酚類化合物含量高；澀味是由于糠醛類及單寧類分解產生的酸類物質，如甲酸、丙酸和金屬離子結合物。

3 結論

采用電子舌的5種味覺與回味分析黑糯米酒，結果表明，發酵過程主要是微生物代謝作用，生化反應過程產生的氨基酸、有機酸和其他有機化合物，豐富了酒中各種物質成分。可以對微生物添加量、微生物種類及酶類的添加進行處理，有效改善發酵條件，合理提升發酵效力，縮短發酵時間，使酒體純、色、香等得以更好改進。

GC/MS分析黑糯米酒共檢出50種香氣成分，主要風味物質為2-甲基丙醇、2,3-丁二醇、1,3-丁二醇、丙三醇、苯乙醇，相對百分比含量分別為1.229%、1.19%、1.665%、1.326%、4.411%。

[1]陳世平,鄒鎖柱,吳惠芳,等.黑米黃酒工藝及產品穩定性研究[J].釀酒科技,2006(3)：75-76.

[2]蘇偉,徐本剛,母應春.貴州不同地區黑糯米酒曲的品質比較[J].貴州農業科技,2012,40(2)：51-55.

[3]楊春芳,伍慧方.糯米酒生產工藝及質量控制的研究進展[J].輕工科技,2014(3)：8-9.

[4]陳世平,鄒鎖柱,吳惠芳,等.黑米黃酒工藝及產品穩定性研究[J].釀酒科技,2006(3)：75-76.

[5]黃曉康,鄭歡慶.生料發酵生產黃酒的工藝研究[J].釀酒科技,2008(9)：81-84.

[6]康明官.中外著名發酵食品生產工藝手冊[M].北京：化學工業出版社,1999.

[7]劉穎,陳麗紅,袁松梅.女士黑米低醇飲料酒的研制[J].釀酒,2000(1)：84-85.

[8]邵燕,張宿義,祝成,等.濃香型白酒風味物質與感官評定相關性研究[J].中國釀造,2012,31(8)：92-95.

[9]尚柯,韓興林,王德良,等.醬香白酒高溫堆積酒醅揮發性風味物質的檢測分析[J].中國釀造,2016,35(2)：139-143.

[10]RUDNITSKAYAA,SCHMIDTKE L M,REIS A,et al. Measurements of the effects of wine maceration with oak chips using an electronic tongue[J].Food chemistry,2017,229(15)：20-27.

[11]王勝威.基于抵場核磁共振及電子舌對羊肉品質安全判別研究[D].貴陽：貴州大學,2015.

[12]LOPEZ P,VAN SISSEREN M,DE MARCO S,et al.A straightforward method to determine flavouring substances in food by GC–MS[J].Food chemistry, 2015,174(1)：407-416.

[13]王松廷,楊生玉,張彭湃.GC-MS法分析西瓜精釀啤酒中的風味物質[J].中國釀造,2016,35(10)：171-174.

[14]李俊剛,郭文宇,羅英,等.利用GC-MS法對不同窖齡下濃香型白酒風味物質的研究[J].中國釀造,2015,34 (9)：141-144.

[15]于海燕,許春華.基于味覺特征的黃酒酒齡鑒別方法研究[J].食品工業科技,2011,32(10)：162-165.

[16]BOIDO E,LLORETA,MEDINA K,et al.Effect of beta-glycosidase activity of Oenococcus oeni on the glycosylated flavor precursors of Tannat wine during malolactic fermentation[J].Journal of agricultural and food chemistry,2002,50(8)：4-9.

[17]WESO?Y M,ZABADAJ M,AMELIAN A,et al. Tasting cetirizine-based microspheres with an electronic tongue[J].Sensors and actuators B:chemical,2017, 238：1190-1198.

[18]MARX I M G,RODRIGUES N,DIAS L G,et al. Quantification of table olives'acid,bitter and salty tastes using potentiometric electronic tongue fingerprints[J].LWT-Food science and technology, 2017,79：394-401.

[19]王家林,蘇海榮,于秦峰.SHS-GC-MS分析黃酒中的揮發性風味物質[J].中國釀造,2012,31(5)：188-190.

Analysis of Flavoring Substances in Black Glutinous Rice Wine by Electronic Tongue Combined with GC/MS

SU Wei1,QI Qi2,ZHAO Xu1,MU Yingchun1and QIU Shuyi1
(1.School of Liquor and Food Engineering,Guizhou University,Guiyang,Guizhou 550025; 2.College of Life Sciences,Guizhou University,Guiyang,Guizhou 550025,China)

The qualitative identification and quantitative analysis of volatile substances in black glutinous rice wine was carried out by using static headspace extraction combined with gas chromatography-mass spectrometry(HS-SPME combined with GC/MS).The results showed that 50 kinds of flavoring substances were detected in black glutinous rice wine.The main flavoring compounds included 8 kinds of alcohols,11 kinds of esters,2 kinds of acids,4 kinds of aldehydes,20 kinds of alkanes,1 kind of olefins,3 kinds of phenols,and 1 kind of ketones.The main flavoring substances were 2-methylpropanol,2,3-butanediol,1,3-butanediol,glycerol,and phenylethyl alcohol,with their relative content of 1.229%,1.19%,1.665%,1.326%and 4.411%respectively.

black glutinous rice wine;electronic tongue;gas chromatography-mass spectrometry(GC-MS);flavoring substances

TS262.4；TS261.7；TS261.4

A

1001-9286（2017）09-0102-05

10.13746/j.njkj.2017119

廣州市科技計劃項目(201604020001)；貴州省科技廳農業公關項目(黔科合SY字[2013]3114號)。

2017-05-05

蘇偉（1974-），男，副教授，博士，研究方向為應用生物技術，E-mail：suwei1886@163.com。

優先數字出版時間：2017-06-28；地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/52.1051.TS.20170628.1442.007.html。