基于GC-FID、HS-SPME-GC-MS與電子鼻技術(shù)評(píng)價(jià)不同水果發(fā)酵酒的香氣特征

徐康，路遙，宋英琿，張召全，郭萌萌*

1(山東農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，山東省高校食品加工技術(shù)與質(zhì)量控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 泰安，271018) 2(山東省蓬萊市葡萄與葡萄酒技術(shù)研究推廣中心，山東 煙臺(tái)，265600) 3(山東億佳食品有限公司，山東 濰坊，262600)

果酒是以新鮮水果或果汁為原料，經(jīng)全部或部分發(fā)酵釀制而成，酒精度為7%～18%的各種低度飲料酒。目前市面上山楂酒、菠蘿酒等產(chǎn)品琳瑯滿目，果酒加工已成為解決水果產(chǎn)量過剩，提高果農(nóng)收益的重要途徑。

揮發(fā)性物質(zhì)是評(píng)價(jià)果酒品質(zhì)的重要指標(biāo)。以GC-MS和電子鼻技術(shù)為代表的儀器分析和電化學(xué)法是目前廣泛應(yīng)用的風(fēng)味評(píng)價(jià)手段，可快速準(zhǔn)確地區(qū)別果酒風(fēng)味特征。張亞寧等采用GC-MS法從青棗果酒中共鑒定出78種香氣物質(zhì)，其香氣物質(zhì)主要是異戊醇、辛酸乙酯、癸酸乙酯及癸酸[1]。彭傳濤等用GC-MS法在媚麗葡萄酒中檢出19種品種香氣，包括6種萜烯醇、3種去甲酯類異戊二烯化合物、2種C6化合物和8種苯衍生物、酚酸和肉桂酸化合物[2]。陳紅梅等采用GC-MS法分析認(rèn)為帶皮發(fā)酵有利于獼猴桃酒香氣物質(zhì)的積累，其中酯類、萜烯類、酮類物質(zhì)含量相對(duì)較高[3]。EDUARDO等采用GC-FID在菠蘿酒中檢出61種揮發(fā)性成分，包括18種含配位糖苷鍵的香氣物質(zhì)[4]。XIAO等優(yōu)化櫻桃酒香氣的萃取條件為50/30 μm的二乙烯基苯/碳分子篩/聚二甲基硅氧烷(divinylbenzene/carboxen/polydimethylsiloxane, DVB/CAR/PDMS)萃取頭50 ℃吸附45 min[5]，確定櫻桃酒中51種芳香族化合物，其中29種為特征風(fēng)味活性成分[6]。電子鼻技術(shù)目前也廣泛用于水產(chǎn)品、發(fā)酵食品的風(fēng)味評(píng)價(jià)[7-8]，尤其以GC-MS與電子鼻、感官嗅聞相結(jié)合評(píng)價(jià)食品風(fēng)味特征的研究報(bào)道日增月盛[6, 9]。

本文采用氣相色譜-氫火焰離子化檢測(cè)器法(gas chromatography with hydrogen flame ionization detection, GC-FID)、頂空固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜(headspace solid-phase microextraction coupled with gas chromatography-mass spectrometry，HS-SPME-GC-MS)和電子鼻技術(shù)定量定性分析果酒揮發(fā)性成分，結(jié)合感官特征評(píng)價(jià)不同果酒的揮發(fā)性物質(zhì)組成、相對(duì)含量及風(fēng)味輪廓特征，以期為果酒香氣研究及酒質(zhì)改善提供科學(xué)的數(shù)據(jù)參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

果酒樣品由山東農(nóng)業(yè)大學(xué)食品生物技術(shù)研究室提供，基礎(chǔ)品質(zhì)如表1所示。

叔戊醇、乙酸正丁酯、2-乙基丁酸、3-辛醇：色譜純，全國(guó)食品發(fā)酵標(biāo)準(zhǔn)化中心；其他試劑：分析純及以上級(jí)別，上海國(guó)藥集團(tuán)。

表1 果酒基礎(chǔ)品質(zhì)Table 1 Basic quality of fruit wines

1.2 儀器與設(shè)備

GC-2010色譜儀、GC-MS-QP 2010質(zhì)譜聯(lián)用儀：日本島津公司；固相微萃取裝置、50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取頭、頂空進(jìn)樣瓶：美國(guó)Supelco公司；VWRI444-0635集熱式恒溫加熱磁力攪拌器：美國(guó)VWR公司；PEN3電子鼻：德國(guó)Airsense公司。

1.3 分析方法

1.3.1 基礎(chǔ)品質(zhì)分析

總糖、還原糖、酒精度、干浸出物等指標(biāo)測(cè)定與感官評(píng)定參照GB/T 15038。

1.3.2 GC-FID分析

以叔戊醇、乙酸正丁酯、2-乙基丁酸為內(nèi)標(biāo)物，定量分析果酒蒸餾液中揮發(fā)性成分[4, 10]。GC-FID條件：Agilent CP-wax 57色譜柱(50 m×0.25 mm，0.2 μm)，氮?dú)饬魉? mL/min，分流比40∶1，起始溫度35 ℃，恒溫4 min，以4 ℃/min升溫至60 ℃，再以10 ℃/min升溫至130 ℃，然后以15 ℃/min升溫至205 ℃，恒溫15 min；進(jìn)樣口溫度240 ℃，檢測(cè)器溫度260 ℃；進(jìn)樣量1 μL。

1.3.3 HS-SPME-GC-MS分析

進(jìn)樣瓶中加入25 mL果酒，250 μL 3-辛醇，5.0 g NaCl，40 ℃攪拌溶解10 min，頂空吸附40 min，230 ℃解析5 min。GC條件：Agilent VF-Waxms色譜柱(60 m×0.25 mm，0.5 μm)，氦氣流速3 mL/min，分流比40∶1；初始溫度30 ℃，保持4 min，以3 ℃/min升溫至60 ℃，保持1 min，再以6 ℃/min升溫至150 ℃，然后以5 ℃/min升溫至230 ℃，保持3 min；進(jìn)樣口溫度230 ℃，檢測(cè)器溫度230 ℃。MS條件：接口溫度230 ℃，離子源溫度200 ℃，電子能量70 eV，質(zhì)譜掃描45.00～500.00 m/z，溶劑切除時(shí)間2 min[11-12]。

1.3.4 電子鼻分析

電子鼻傳感器特性詳見表2。取5 mL樣品于50 mL進(jìn)樣瓶中，傳感器清洗60 s，檢測(cè)240 s，頂空溫度25 ℃，內(nèi)部流量與進(jìn)樣流量300 mL/min[13-14]。

表2 電子鼻傳感器性能Table 2 Sensor properties of electronic nose

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

采用峰面積歸一法定量分析果酒揮發(fā)性成分；運(yùn)用計(jì)算機(jī)檢索與NIST11、NIST11s圖譜庫(kù)中標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜圖進(jìn)行比對(duì)，結(jié)合文獻(xiàn)中人工解析譜圖，鑒定果酒香氣物質(zhì)。使用電子鼻配置的Winmuster和SSPS17.0軟件進(jìn)行主成分分析(principal component analysis, PCA)。

2 結(jié)果與分析

2.1 GC-FID檢測(cè)結(jié)果

GC-FID定量測(cè)定果酒中28種揮發(fā)性成分(表3)，包括12種醇類，6種酯類，7種酸類，2種醛類，1種酮類。高級(jí)醇是果酒主要的揮發(fā)性成分，其中戊醇有典型的酒精和糖果味，支撐果酒的風(fēng)味與口感[15]。櫻桃李酒中異戊醇(236.5 mg/L)、活性戊醇(73.5 mg/L)、β-苯乙醇(21.2 mg/L)含量最高，木瓜酒中2,3-丁二醇(95.8 mg/L)含量最高，甜橙酒中異丁醇(79.1 mg/L)含量最高。酯類是果酒第二大香氣物質(zhì)，呈現(xiàn)濃郁的花香與果香。乙酸乙酯有清新的果香與酒香，總酯與乙酸乙酯的比值越高，果酒品質(zhì)越好[16]。櫻桃李酒中乙酸乙酯含量最低(13.9 mg/L)，總酯與乙酸乙酯比值較高，表明櫻桃李的果酒釀造潛力較好。呈現(xiàn)椰子果香的癸酸乙酯在木瓜酒中含量最高，為1.4 mg/L。月桂酸乙酯僅在木瓜酒、櫻桃李酒中檢出，丁酸乙酯僅在木瓜酒中檢出，己酸乙酯僅在菠蘿酒中檢出。酸類賦予酒體新鮮的果香，并保持酒體平衡、修飾果酒滋味。山楂酒和木瓜酒中乙酸含量最高；果酒中均有丁酸、異丁酸和己酸檢出，但山楂酒、木瓜酒和甜橙酒中未檢出戊酸，菠蘿酒和櫻桃李酒未檢出丙酸，櫻桃李酒未檢出辛酸。呈現(xiàn)愉快奶油香氣的3-羥基-2-丁酮在櫻桃李酒中含量最高，山楂酒、甜橙酒含量最少。

表3 揮發(fā)性成分定量結(jié)果 單位：mg/L

注：“-”表示該成分未檢出。

2.2 GC-MS檢測(cè)結(jié)果

GC-MS法從6種果酒中鑒定香氣成分94種(表4)，醇類23種，酯類43種，醛酮類10種，酸類8種，酚類2種，苯環(huán)類5種，烷烴類3種；共同香氣成分18種，香氣成分比例均占總峰面積的99.9%以上。櫻桃李酒香氣成分種類最，多為47種，包括10種醇類，21種酯類，4種醛酮類，6種酸類，3種苯環(huán)類，2種烷烴和1種酚類。除含呈現(xiàn)薰衣草香、花香、木香的2, 6-二甲基-4-庚醇，柔和冬青與金合歡香氣的水楊酸乙酯，輕盈果香與草藥香的蘋果酸二乙酯外，櫻桃李酒還含類似松葉油、橙油等酯香的月桂醛及癸酸、十一烷、3-甲基-5-丙基壬烷等特征芳香成分。其中呈現(xiàn)酒香和辛辣味的異戊醇，玫瑰花香的苯乙醇，茶花香的異丁醇，櫻桃、梅子等果香的苯甲酸乙酯，白蘭地酒香的辛酸乙酯、丁二酸二乙酯等醇、酯成分的相對(duì)含量占85%以上，與櫻桃李為“醇香型”和“酯香型”釀酒原料的測(cè)試結(jié)果一致[17]。

表4 揮發(fā)性成分GC-MS結(jié)果Table 4 Analytic results of volatile compounds identified by GC-MS

續(xù)表4

名稱CAS保留時(shí)間/min相對(duì)含量/%山楂酒菠蘿酒木瓜酒甜橙酒無花果酒櫻桃李酒26DL-2-己酸乙酯52089-55-139.41---0.07--273-甲硫基丙酸乙酯13327-56-540.70-1.09----28糠酸乙酯1335-40-643.13-0.130.23--0.0629癸酸乙酯110-38-343.330.305.083.371.352.891.0030辛酸異戊酯2035-99-644.14-0.13-0.060.13-31丁二酸二乙酯123-25-145.061.744.854.763.390.443.0632苯甲酸乙酯93-89-045.302.100.330.830.74-4.03339-碳烯酸乙酯67233-91-445.58-1.660.346.23--344-癸烯酸乙酯76649-16-645.62----0.120.1135苯乙酸乙酯101-97-349.890.270.153.210.08-0.5336乙酸苯乙酯103-45-751.100.140.100.060.131.770.2937水楊酸乙酯118-61-651.240.07----0.1938月桂酸乙酯106-33-251.440.060.510.49-0.610.0839乙基異戊基琥珀酸酯28024-16-053.770.100.12-0.17-0.2440肉豆蔻酸乙酯124-06-158.71--0.16--0.0841碳酸乙酯41114-00-558.73----0.37-42蘋果酸二乙酯7554-12-358.900.11----0.0343棕櫚酸乙酯628-97-765.510.230.640.490.272.48-醛酮類1乙醛75-07-05.94-0.350.41---23-庚烯-2-酮1119-44-416.44----0.30-3糠醛98-01-136.170.072.045.380.761.060.294苯甲醛100-52-739.241.410.413.521.000.682.7053-甲基苯甲醛104-87-043.66-0.07----6月桂醛112-54-946.59-----0.117L-香芹酮6485-40-148.16--0.22---8紫蘇醛2111-75-350.28--0.18---9大馬士酮23726-93-451.36----0.47-10異戊醛丙二醇縮醛18433-93-763.21-----0.07酸類1乙酸64-19-735.930.751.281.620.911.671.722異丁酸79-31-241.010.16--0.10-0.193丁酸107-92-643.58--0.79---49,12,15-十八碳三烯酸463-40-147.08-0.41----5己酸142-62-152.120.080.380.270.180.570.186對(duì)甲氧基苯乙酸104-01-852.570.12----0.267辛酸124-07-259.540.360.490.490.820.790.628癸酸334-48-566.69-----0.27酚類12,6-二叔丁基苯酚96-76-467.83---0.11-0.222對(duì)稀丙苯酚501-92-869.66-0.35----苯環(huán)類1甲苯108-88-316.45-----0.072乙基苯100-41-419.630.100.210.330.190.430.273鄰二甲苯95-47-620.230.551.231.771.122.311.584乙烯基-吡喃7392-19-018.76--0.14---5薄荷呋喃494-90-640.83--0.22---烷烴類1十一烷1120-21-421.93-----0.0423-甲基-5-丙基壬烷31081-18-241.28-----0.073正十七烷629-78-741.26---0.08-總計(jì)94344444453347

注：“-”表示該成分未檢出。

木瓜酒、甜橙酒、菠蘿酒中分別鑒定出44、45、44種香氣成分。醇類(46.13%)、酯類(38.14%)、醛酮類(9.66%)是木瓜酒香氣的主體，其特征香氣物質(zhì)有類似鈴蘭與香草香的芳樟醇，近似玫瑰和檸檬香的橙花醇，有濃郁花香、果香與奶香的正癸醇，有葛縷子和蒔羅油香氣的香芹醇，干酪般甜膩且不愉快氣味的丁酸，近似菠蘿香氣的丁酸乙酯，留蘭香氣的香芹酮和呈現(xiàn)花香、辛香的紫蘇醛以及乙烯基吡喃和薄荷呋喃等。較高含量的α-松油醇、異丁醇、苯乙酸乙酯、糠醛和苯甲醛等使木瓜酒較好保持了番木瓜的果香特征[18-19]。除含呈現(xiàn)胡椒、泥土和陳腐木香的4-萜烯醇和類似蘋果、菠蘿等水果香的甲酸乙酯、己酸乙酯外，庚醇和正丁醇等也是甜橙酒的特征香氣成分；尤其是異戊醇、異丁醇、苯乙醇和己酸乙酯、辛酸乙酯、碳烯酸乙酯及2, 6-二叔丁基苯酚等對(duì)甜橙酒的風(fēng)味貢獻(xiàn)較大，與同類研究結(jié)果一致[20]。菠蘿酒含淡淡甜味和花香的2-乙基己醇，散發(fā)酯香和甜香的3-甲硫基丙醇，呈現(xiàn)洋蔥、瓜果香的3-甲硫基丙酸乙酯及4-辛烯酸乙酯、3-甲硫基丙酸乙酯、十八碳三烯酸等特征香氣成分。

盡管山楂酒和無花果酒中香氣種類較少，但高于同類研究結(jié)果[21-22]。山楂酒有類似于櫻桃李酒的香氣物質(zhì)組成，其醇類含量最高(占88.09%)，酯類、醛酮類和酸類僅分別占8.31%、1.48%和1.47%。無花果酒除含呈現(xiàn)愉快花香、果香的乙酸己酯、辛酸甲酯、壬酸乙酯外，還含濃郁青草香的3-庚烯-2-酮和類似玫瑰花香的大馬士酮等特征香氣成分。山楂酒、無花果酒、木瓜酒中未檢出酚類、烷烴類物質(zhì)。

2.3 主成分分析(PCA)

主成分分析是將傳感器采集的信息進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和降維，得出貢獻(xiàn)率最大和最主要的因子，在PCA圖上體現(xiàn)測(cè)試樣品的差異性[23]。由圖1可知，第1主成分貢獻(xiàn)率為79.22%，可較好反映果酒的香氣特征。1、2主成分積累貢獻(xiàn)率為98.39%，受干擾較小，能反映樣品整體信息。不同果酒樣品區(qū)域無重疊現(xiàn)象，表明主成分分析能較好地反映不同種類果酒的香氣特征。PC1軸向上B、F分布區(qū)域距離最遠(yuǎn)，AED距離較近；PC2軸向上，E、B分布區(qū)域距離最遠(yuǎn)，CDA距離較近。主成分1的方差貢獻(xiàn)率遠(yuǎn)大于主成分2，表明PC1軸向上距離越大，樣品差異性越大；而樣品在PC2軸向上的距離即使很大，但因主成分2的方差貢獻(xiàn)率小，其實(shí)際差異也不大。由此判斷B與F在氣味上的差別最明顯，而E、D、A的香氣特征差別較小。

A-山楂酒；B-菠蘿酒；C-木瓜酒；D-甜橙酒；E-無花果酒； F-櫻桃李酒圖1 果酒香氣主成分分析圖Fig.1 Principal component analysis of wine aroma

2.4 氣味感應(yīng)強(qiáng)度

如圖2所示，對(duì)果酒氣味的響應(yīng)值由高到低的傳感器為W5S，W1S，W1W，W2S和W2W。響應(yīng)值反映傳感器對(duì)果酒香氣的區(qū)別能力，W5S的區(qū)分能力最強(qiáng)，其次是W1W和W1S，W2S和W2W區(qū)別能力較弱。因W5S對(duì)氮氧化合物敏感，W1W對(duì)硫化物、萜烯類敏感，W1S對(duì)甲烷類物質(zhì)敏感，W2S對(duì)乙醇、部分芳香族化合物敏感，W2W對(duì)有機(jī)硫化物敏感，所以果酒中氮氧化物、硫化物、萜烯類物質(zhì)的含量區(qū)別較明顯。以上結(jié)果與蘋果品種香氣的表征與識(shí)別報(bào)道結(jié)果一致[24]。

A-山楂酒；B-菠蘿酒；C-木瓜酒；D-甜橙酒；E-無花果酒； F-櫻桃李酒圖2 果酒香氣感應(yīng)雷達(dá)圖Fig.2 Radar graph of wine aroma

2.5 感官評(píng)價(jià)

由表5可知，果酒除原料固有的色澤和香氣外，山楂酒中焦糖和蘋果核、杏仁味突出，菠蘿酒有濃郁的蜜香、酯香和花香，木瓜酒呈現(xiàn)單一且突出的奶香，甜橙酒有類似于甜橙油的協(xié)調(diào)花香和脂香[11]；櫻桃李酒中山楂、櫻桃等深色漿果的香氣顯著，無花果酒卻帶有沉悶的蒸煮和泥土味，愉悅度較差。感官評(píng)價(jià)結(jié)果與GC-MS鑒定出揮發(fā)性物質(zhì)的香氣特征高度一致。

總之，菠蘿酒和櫻桃李酒口感更圓潤(rùn)，山楂酒、木瓜酒和甜橙酒酒體更醇厚，山楂酒和櫻桃李酒酸感更舒爽，菠蘿酒和山楂酒尾味更持久愉悅，但木瓜酒、無花果酒的酒體欠平衡，尤其無花果酒苦澀味較重。評(píng)分結(jié)果表明菠蘿酒、櫻桃李酒典型性更好，可接受度更高。

表5 果酒感官評(píng)價(jià)Table 5 Sensory evaluation of fruit wines

3 結(jié)論

6種果酒中揮發(fā)性成分的含量差異特征顯著，采用GC-MS法從果酒中共鑒定出香氣成分94種，其中醇類23種，酯類43種，醛酮類10種，酸類8種，酚類2種，苯環(huán)類5種，烷烴類3種。櫻桃李酒香氣成分種類最豐富，無花果酒香氣種類最少，山楂酒有類似于櫻桃李酒的特征香氣物質(zhì)。電子鼻區(qū)分不同果酒香氣的效果無重疊，傳感器W5S對(duì)果酒香氣的區(qū)分能力最強(qiáng)。比較而言，菠蘿酒、櫻桃李酒的香氣更協(xié)調(diào)，口感更圓潤(rùn)，典型性好，市場(chǎng)前景廣闊。以上研究?jī)?nèi)容可為果蔬發(fā)酵酒加工及其品質(zhì)評(píng)價(jià)提供科學(xué)的數(shù)據(jù)參考。