9种酿造原料蒸煮过程中香气成分分析

王晨慧，许文亮，梁 磊，张自军，辛 鹏，李 楠，宋英儒，李春扬*，张晓磊，彭 娟，程劲松

（1.中轻检验认证有限公司，北京 100015；2.国家食品质量检验检测中心，北京 100015；3.甘肃滨河食品工业(集团)有限责任公司，甘肃张掖 734000）

粮食是白酒酿造的基础，对白酒质量和风格具有重要影响[1]。目前国内多集中于研究高粱、大米蒸煮过程中形成的香气物质[2]，对小米、糯米、玉米、绿豆、藜麦、荞麦等蒸煮过程中香气成分的研究相对较少，随着我国白酒发展和新型白酒的兴起，这些酿造粮食也被应用于白酒酿造中[3]，这些粮食本身在蒸煮过程中主要香气成分有哪些？对白酒风味品质有哪些影响？这些问题的解析对白酒酿造风味的形成过程具有重要意义。

顶空固相微萃取是目前在食品香气成分或挥发性成分检测中常用的新型萃取分离技术,该技术可有效提高食品中香气成分的检测准确度,并可详细探查出不同种类食品主要的呈香组分[4]，练顺才等[5]采用同时蒸馏萃取和顶空固相微萃取技术检测到高梁蒸煮时的108 种香气成分；陈双[2]比较多种前处理方法提取分析蒸熟高粱中香气组分的效果，开发出基于瓶内蒸煮结合顶空固相微萃取-气相色谱质谱联用技术，测定出46种香气成分。

本试验以9 种酿造用粮为研究对象，通过比较基于瓶内同时蒸煮萃取和蒸煮后萃取（顶空固相微萃取）结合气相色谱-质谱（GC-MS）对高粱的提取效果，建立适用于粮食蒸煮香气测定的分析方法，并对高粱、大米、小米、糯米、玉米、小麦、藜麦、荞麦、绿豆等9 种酿造用粮的香气特征组分和关键呈味组分进行了深入研究，有助于企业对酿造用粮食风味价值的认识。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂及仪器

原料：高粱（L-1）、大米（L-2）、小米（L-3）、糯米（L-4）、玉米（L-5）、小麦（L-6）、藜麦（L-7）、荞麦（L-8）、绿豆（L-9）由甘肃滨河食品工业(集团)有限责任公司提供。

试剂及耗材：2-甲氧基-3-甲基吡嗪（内标），上海安谱实验科技股份有限公司；Milli-Q 超纯水，美国Millipore公司。

仪器设备：GCMS-QP2010 Plus 气相色谱-质谱联用仪，日本岛津公司；色谱柱：ZB-WAX plus（60 m×0.25 μm×0.25 mm），美国Phenomenex 公司；SPME 萃取头：DVB/CAR/PDMS，2 cm，50/30 μm，美国Supelco 公司；电热鼓风干燥箱，上海博讯实业有限公司医疗设备厂；电子天平，梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 润粮

模拟白酒润粮工艺进行酿造原料润粮，称取适量原料，加入20%蒸馏水搅拌均匀用保鲜膜封口，于30～35 ℃烘箱中润粮1 h。

1.2.2 顶空固相微萃取-1（HS-SPME-1）

取2 g 润粮的样品于20 mL 顶空瓶内，加1 mL超纯水，加入2-甲氧基-3-甲基吡嗪（5 mg/L）5 μL，密封，将萃取头插入顶空瓶内，置于水浴锅中沸水浴1 h，萃取结束后萃取头于进样口解吸5 min，进行GC-MS检测分析。

1.2.3 顶空固相微萃取-2（HS-SPME-2）

取2 g 润粮的样品于20 mL 顶空瓶内，加1 mL超纯水，加入2-甲氧基-3-甲基吡嗪（5 mg/L）5 μL，密封，置于水浴锅中沸水浴1 h，将萃取头插入顶空瓶内，70 ℃萃取60 min，萃取结束后萃取头于进样口解吸5 min，进行GC-MS检测分析。

1.2.4 GC-MS条件

GC 条件：进样口温度：250 ℃；载气为高纯He；柱流速：1 mL/min；分流模式：不分流；色谱柱为ZB-WAX plus（60 m×0.25 μm×0.25 mm）；升温程序：初始温度50 ℃，以4 ℃/min，升温至230 ℃，保持15 min。

MS 条件：模式：SIM 模式；电子轰击（EI）离子源，离子源温度：230 ℃。

1.2.5 数据分析

酿造原料蒸煮的香气化合物初步定性通过与NIST 14 质谱库中标准谱库比对匹配，再计算所测物质的保留指数（RI），并与文献中报道的RI 值进行比对定性。单个化合物的相对含量与其内标响应值的比进行半定量分析。

2 结果与分析

2.1 高粱蒸煮香气不同萃取方法的比较

本研究以高粱为研究对象，高粱在密封性好的顶空瓶内进行蒸煮，比较同时蒸煮萃取（HSSPME-1）和蒸煮后萃取（HS-SPME-2）对香味物质的提取效果，香气化合物的统计剔除无明显香气特征的化合物，以有香气特征的化合物作定性定量分析，如图1 所示。通过GC-MS 对萃取后的香气组分进行分析，HS-SPME-1 共检出56 种香气化合物，HS-SPME-2 检出46 种香气化合物，且利用HS-SPME-1 萃取多数化合物的峰面积优于HSSPME-2，表明同时蒸煮萃取可提高高粱蒸煮过程中的提取效果，其次同时蒸煮萃取可节约时间成本，有利于批量样品分析检测。

图1 高粱同时蒸煮萃取（红）和蒸煮后萃取（黑）总离子流图

2.2 酿造原料挥发性香气物质的检测

采用顶空固相微萃取（HS-SPME-1）与气相色谱-质谱联用的方法对9 种粮食蒸煮过程中风味组分进行分析，如表1 所示，共半定量挥发性风味组分63 种，包含19 种醛类、12 种醇类、9 种酯类、8 种酸类、2 种酚类和1 种呋喃化合物，其中高粱、大米、小米、糯米、玉米、小麦、藜麦、荞麦、绿豆分别定量56 种、52 种、51 种、54 种、52 种、55 种、59 种、54 种、56种，各化合物含量详见表1。

表1 酿造粮食挥发性风味物质含量分析结果

就整体而言，酿造原料在蒸煮过程中化合物种类相似，醛类化合物含量最高，约占整体化合物含量的34.9 %，其次为醇类化合物占17.8 %（不含乙醇），呋喃类占15.9 %，酯类占13.6 %，酮类化合物（9.3%）、酸类（5.5%）和酚类（2.9%）较少。以9 种酿造粮食各化合物平均含量来看，含量最高化合物为乙醇（1832.9 μg/kg）、2-戊基呋喃（227.5 μg/kg）、壬醛（125.6 μg/kg）、2-壬烯-1-醇（122.9 μg/kg）、棕榈酸乙酯（120.3 μg/kg）、苯甲醛、1-辛烯-3-醇、E-2-壬烯醛、E-2-辛烯醛、植酮、(E,E)-2,4-癸二烯醛、4-乙烯基愈创木酚、正己醇等。风味物质总量比较结果为小米（2.66 mg/kg）＞玉米（2.57 mg/kg）＞藜 麦（2.31 mg/kg）＞高粱（1.39 mg/kg）＞小麦（1.24 mg/kg）＞糯米（0.87 mg/kg）＞大米（0.76 mg/kg）＞荞麦（0.62 mg/kg）＞绿豆（0.49 mg/kg），小米、玉米和藜麦化合物总含量过高的原因与醛类总量过高相关。

2.3 酿造原料蒸煮过程中关键呈味组分分析

选取上述酿造粮食为分析对象，以各组分平均值除以其感官阈值，计算得各组分香味活力值（OAV 值），并按OAV 值大小进行分类，详见表1。构成酿造粮食的关键风味组分（OAV＞10）为(E,E)-2,4-壬二烯醛、E-2-壬烯醛、(E,E)-2,4-癸二烯醛、壬醛、2-戊基呋喃、1-辛烯-3-醇、辛醛、E-2-辛烯醛，与庚醛、2-十一烯醛、癸醛、正己醇、芳樟醇、(E,Z)-2,6-壬二烯醛、3-辛烯-2-酮、4-乙烯基愈创木酚、γ-壬内酯、己醛、异佛尔酮、正庚醇共20 种组分构成了酿造的主体风味组分（OAV＞1），其余组分的OAV值小于1，对粮香贡献较小。

在酿造用粮蒸煮过程中共检出9 种酯类化合物，包含7 种乙酯、1 种甲酯和γ-壬内酯，多数为长链酯，除苯甲酸乙酯对高粱有一定呈味贡献外（OAV=1.1），其余酯类对粮食呈香作用未有明显贡献（OAV＜1），多数乙酯是白酒中重要的呈味物质。壬酸乙酯和苯甲酸乙酯在高粱中含量较高，具有果香味；棕榈酸甲酯在藜麦中含量高，呈清雅的老酒香气；γ-壬内酯具有椰子香气，在藜麦和小麦中含量较高，是白酒的主要内酯类化合物；棕榈酸乙酯是小米（87%）和玉米（64%）中占比最大的酯类化合物，其余原料酯含量较低。

图2 酿造粮食整体化合物含量柱形图（不含乙醇）

醛类组分是酿造用粮蒸煮香气组分中种类最多、含量最高的化合物。2-己烯醛、水杨醛、2-十一烯醛、十四烷醛、十一烯醛为首次检出，仅2-十一烯醛对粮香略有贡献，具有醛香、脂肪香和青香，2-己烯醛仅在藜麦中检出，水杨醛和十一烯醛在荞麦中含量最高，达204.5 μg/kg 和10.4 μg/kg，十四烷醛在小米风味中略有贡献（OAV=1.2），呈油脂和鸢尾似桃子香气。E-2-壬醛(OAV=231.3)、壬醛(OAV=114.2)、辛醛(OAV=20.7)这3种脂肪醛在蒸煮粮食中具有较高OAV 值，多呈现类似青草、麦芽等香气，在玉米和小米中含量最高；壬醛平均含量最高，约125.6 μg/kg，其在水中阈值为1.1 μg/kg，被认为是粮香香气的关键成分[6]；不饱和脂肪醛(E,E)-2,4-壬二烯醛（OAV=253.2）、(E,E)-2,4-癸二烯醛(OAV=124.4)和E-2-辛烯醛(OAV=13.3)在蒸煮粮食中具有较高OAV 值，呈强烈的花果和油脂香气；(E,E)-2,4-壬二烯醛是高粱、大米、小米、糯米、玉米、小麦、藜麦的关键呈味组分，但在荞麦和绿豆中未检出；(E,E)-2,4-癸二烯醛(OAV=124.4)在8 种粮食中OAV 值均＞10，仅在绿豆中OAV=7.7；E-2-辛烯醛在9 种粮食中OAV＞1，在玉米中含量最高，为144.0 μg/kg。庄名扬等[7]提到酿造原料在蒸煮过程中会促进脂肪氧化生成脂肪醛类化合物，此外部分香型成品酒中也有该类化合物检出，这表明酿造粮食在蒸煮过程中会产生脂肪族类化合物，随乙醇蒸煮带入酒体中使“粮香”更加丰满。

研究发现1-辛烯-3-醇，又称蘑菇醇，是酿造原料的主要呈香贡献醇类化合物（OAV=32.8），具有典型的蘑菇气味的不饱和脂肪醇，在高粱（47.3 μg/kg）、糯米（105.1 μg/kg）和藜麦（67.1 μg/kg）中含量较高；其次为正己醇（OAV=5.1）、芳樟醇（OAV=4.4）和正庚醇（OAV=1.0），对酿造原料的呈味有一定贡献，呈现青草香、花香及水果香。酿造粮食中含有丰富的氨基酸，在发酵过程中氨基酸通过分解脱氨产生正己醇和正庚醇等杂醇油，对白酒有呈味作用[8]。芳樟醇有类似佛手（香柠檬）香味，具有甜嫩新鲜的花香，似铃兰香气，仅在藜麦和绿豆中有检出。

有机酸类化合物是白酒的重要呈味物质，在蒸煮粮食中共检测出8种重要的风味物质，对风味贡献值略低（OAV＜1），己酸和壬酸在高粱（17.3 μg/kg，36.7 μg/kg）和玉米（25.8 μg/kg，31.2 μg/kg）中含量较高，肉豆蔻酸在高粱（36.8 μg/kg）、糯米（83.5 μg/kg）、小麦（31.5 μg/kg）和藜麦（38.9 μg/kg）中含量较高，酸类化合物呈香作用在粮食香气表现上不十分明显，就其单一组分而言,主要呈现出酸刺激气味、脂肪臭和脂肪气味。

酚类化合物中共检测到2 种，4-乙烯基愈创木酚（OAV=2.7）属于愈创木酚类，呈强烈香辛料、丁香和发酵似香气等，在藜麦、小麦和高粱中含量最高，为101.1 μg/kg、32.7 μg/kg 和29.5 μg/kg；香兰素（OAV＜1）又称香草醛，具有强烈而又独特的香荚兰豆香气，在玉米中含量较高，为24.8 μg/kg，香兰素、4-乙烯基愈创木酚在白酒中均有检测出，对白酒药香、烟熏味有一定贡献。

杂环类化合物（呋喃类）只筛查出1 种组分，2-戊基呋喃是酿造原料的关键呈味组分（OAV=39.2），具有豆香、果香和青香，在玉米（681.6 μg/kg）、藜麦（401.3 μg/kg）、小 米（257.7 μg/kg）和高粱（171.4 μg/kg）中含量较高，呋喃类化合物与原料蒸煮时发生糖酵解反应有关[2]。

酮类化合物中植酮、3-辛烯-2-酮、2-十五烷酮和2-辛酮含量较高，但起主要呈味作用的是异佛尔酮，OAV=1.9，仅在大米和绿豆中有检出，有樟脑气味，此化合物一般用于农药、涂料和罐头涂层，在大米和绿豆中检出可能与农药助剂残留相关。

综上所述，9 种酿造原料中，玉米、小米、藜麦、高粱、小麦在蒸煮过程中挥发性风味化合物含量较高，醛类、呋喃类、醇类是粮食蒸煮过程中种类和含量占比高的类别，(E,E)-2,4-壬二烯醛、E-2-壬烯醛、(E,E)-2,4-癸二烯醛、壬醛、2-戊基呋喃、1-辛烯-3-醇、辛醛、E-2-辛烯醛是9 种粮食蒸煮对“粮香”有重要作用的风味组分。

3 结论

本研究通过比较同时蒸煮萃取和蒸煮后萃取两种前处理方式结合GC-MS 分析高粱中香气成分，建立了基于瓶内同时蒸煮萃取结合顶空固相微萃取-气相色谱质谱的香气成分分析方法，该方法结合内标物可实现对酿造用粮食的半定量分析并通过OAV 计算得出9 种粮食的关键呈味化合物。采用新建立的方法研究9 种酿造原料蒸煮香气化合物，共检出63 种挥发性香气化合物，含量较高的化合物包含乙醇、2-戊基呋喃、壬醛、2-壬烯-1-醇、棕榈酸乙酯、苯甲醛、1-辛烯-3-醇、E-2-壬烯醛、E-2-辛烯醛、植酮、(E,E)-2,4-癸二烯醛、4-乙烯基愈创木酚、正己醇；9 种酿造粮食蒸煮过程中风味化合物存在一定差异，关键呈味组分有(E,E)-2,4-壬二烯醛、E-2-壬烯醛、(E,E)-2,4-癸二烯醛、壬醛、2-戊基呋喃、1-辛烯-3-醇、辛醛、E-2-辛烯醛；2-十一醛在蒸煮粮食中首次检出，对玉米呈味有重要贡献。酯类和酸类对酿造原料未有明显贡献，呈味关键组分多为不饱和脂肪族醛类（(E,E)-2,4-壬二烯醛、E-2-壬烯醛、(E,E)-2,4-癸二烯醛），给予酿造原料脂肪香气和花果、青草香气；不饱和脂肪醇（1-辛烯-3-醇）给予酿造原料蘑菇香气；壬醛、辛醛带有类似青草、麦芽等香气；2-戊基呋喃具有豆香、果香和青香；4-乙烯基愈创木酚有香瓜香、发酵大豆香及丁香、甜香、坚果香和辛香等。这些化合物构成了粮食蒸煮的主要香气化合物，表明酿造原料本身在蒸煮过程中可以为酒体提供一定的呈味物质，且各酿造原料存在一定差异，企业利用多粮酿造可丰富酒体，为生产特色风味白酒打下基础。