红豆越橘果汁及发酵果酒香气成分的GC-MS分析

杨 华，刘亚娜，郭德军*

（黑龙江八一农垦大学 食品学院，黑龙江 大庆 163319）

红豆越橘（Vaccinium vitis-idaea）果实是一种营养价值很高的天然野生浆果，主要产自我国的大兴安岭地区；富含多种具有生物活性的天然成分（如单宁、花色苷、黄酮、VC、VE等）；具有抗氧化[1]、抗衰老、抗癌、抗辐射、抗菌、明目、治疗糖尿病等多种功效[2]。红豆越橘浆果不仅有较高的营养价值，而且具有较高的经济价值[3-5]。利用红豆越橘发酵生产的红豆越橘果酒，色泽鲜艳，呈绛红色、口感醇厚、果味香浓、体态丰盈，是一种具有很高保健价值的果酒。

气相色谱-质谱联用技术（gas chromatography-mass spectrometer，GC-MS）是目前国际上运用较多的挥发性香气成分的检测方法，被运用到多个领域[6-8]。吴继军等[9]采用吹扫捕集-气质联用方法对树莓蒸馏酒进行挥发性香气成分分析，确定了29种挥发性风味成分。盖禹含等[10]对3种不同酵母发酵生产的蓝莓果酒进行香气成分分析，共鉴定出76 种香气成分。但目前鲜见对红豆越橘及红豆越橘果酒进行挥发性香气成分检测的报道。本实验采用顶空固相微萃取（headspace solid-phase microextraction，HS-SPME）和气相色谱与质谱联用技术，分析红豆越橘原汁和红豆越橘果酒中的挥发性香气成分，希望为红豆越橘果酒的开发和进一步更好的利用红豆越橘资源提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

红豆越橘浆果（含糖量为53.15 g/L，含酸量为15.52 g/L（以酒石酸计））：大兴安岭超越野生浆果加工有限公司；酿酒酵母D15：黑龙江八一农垦大学食品学院微生物实验室保藏；红豆越橘果酒：实验室自制。

1.2 仪器与设备

7890A 气相色谱仪、5975 质谱仪：美国Agilent 公司；固相微萃取装置及PDMS/DVB 100 μm萃取头：美国Supelco公司。

1.3 方法

分别取红豆越橘果汁和主发酵结束后的红豆越橘果酒30 mL加入50 mL样品瓶中，在70 ℃水浴条件下萃取40 min，进样分析解析1.5 min，同时启动仪器采集数据。

1.3.1 气相色谱条件

程序升温条件：初始温度80 ℃，保持5 min；以5 ℃/min，升温至270 ℃。分析总时间43 min；色谱柱：DB-5（60 m×0.25 mm×0.25 μm）。

1.3.2 质谱条件

进样口：250 ℃；离子源为电子电离（electron ionization，EI）；四级杆：150 ℃；传输线：230 ℃；载气：He；进样模式：splitless；流速：1 mL/min；电离方式：EI，70 eV；质量扫描范围：50～550 amu。将得到的质谱图利用NIST08.L 谱库进行检索，并用气相色谱峰面积归一化定量计算出红豆越橘原汁及红豆越橘果酒中的挥发性香气成分的相对含量。

2 结果与分析

2.1 红豆越橘果汁及发酵果酒的香气成分GC-MS 分析

红豆越橘果汁及红豆越橘果酒香气成分的GC-MS总离子流色谱图见图1，各组分的鉴定结果见表1。

图1 红豆越橘果汁(A)及红豆越橘果酒(B)香气成分的GC-MS总离子流色谱图Fig.1 Total ion current chromatograms of Vaccinium vitis-idaea juice (A) and its fermented wine (B) for aromatic composition analysis by GC-MS

表1 红豆越橘果汁及红豆越橘果酒主要香气成分Table1 Aromatic composition of Vaccinium vitis-idaea juice and its fermented wine

续表

续表

由表1可知，采用HP-SPME 和GC-MS 技术来鉴定红豆越橘果汁及红豆越橘果酒，共检测出80 种香气成分，这些成分主要是醇类3种、酯类17种、酸类6种、醛酮类7种、烯类4种、酚类5种、苯环类5种、烷烃类15种、其他类18种。

在红豆越橘果汁中，共检测出41种香气成分，占总峰面积的95.84%。其中，醇类4.08%、酯类39.26%、酸类5.23%、醛酮类7.23%、烯类1.13%、酚类3.45%、苯环类1.87%、烷烃类17.54%、其他类16.05%。其主要香气成分为邻苯二甲酸二异丁酯、癸酸乙酯、1-氯-2-溴丙烷、邻苯二甲酸二丁酯、三甲基胺氧化物、2-甲基-1-（1,1-二甲基乙基）-2-甲基-1,3-丙二基酯丙酸、α-松油醇、2,6-二异丙基萘、1,2,3-三甲基-4-亲丙烯基-（E）-萘，相对含量分别为17.96%、9.02%、7.58%、3.98%、3.56%、3.44%、3.28%、3.18%、3.03%。

在红豆越橘果酒中，共检测出57种香气成分，占总峰面积的84.01%。其中，醇类12.12%、酯类20.10%、酸类4.72%、醛酮类2.04%、烯类2.1%、酚类3.77%、苯环类7.82%、烷烃类15.73%、其他类15.61%。其主要香气成分为3-甲基-1-丁醇、八甲基环四硅氧烷、1,3-二（三甲基甲硅烷基）苯、1,2,4-苯三甲酸-2,2-二甲基壬酯、六甲基环三硅氧烷、α,3,4-三[（三甲基甲硅烷基）氧基]-甲基酯苯乙酸、1-甲基-2-苯基吲哚，相对含量分别为11.47%、6.84%、4.85%、4.09%、3.41%、3.18%、3.13%。

2.2 红豆越橘果汁及红豆越橘果酒主要香气成分比较

在红豆越橘果汁及红豆越橘果酒有18种相同的挥发性香气成分。在这18种相同成分中，有些成分的含量差距很大，比如α-松油醇在红豆越橘果汁中的含量达3.28%，而在红豆越橘果酒中的含量却降至0.65%；癸酸乙酯的含量由红豆越橘果汁中的9.02%降至红豆越橘果酒中的0.49%；而邻苯二甲酸二异丁酯的含量更是由红豆越橘果汁中的17.96%降至红豆越橘果酒中的1.01%。在成酒过程中，某些相同成分的含量是有所增加的，如红豆越橘果酒中八甲基环四硅氧烷的含量为0.45%，而在红豆越橘果酒中其含量增加为6.84%。这些相同成分含量的减少或增加，也许就导致了红豆越橘果汁、果酒风味的大不相同。

在将红豆越橘果汁发酵成红豆越橘果酒的过程中，其香气成分减少了23种，同时也新增加了39种不同的香气成分，使得红豆越橘果酒的香气成分组成更加复杂，导致形成了红豆越橘发酵果酒特有的香气，但是同时由于红豆越橘果汁中减少了23种香气成分，则会导致红豆越橘果酒中不能最大程度地保留红豆越橘原果的香气。

2.2.1 醇类组分的比较

在红豆越橘果汁及红豆越橘果酒中共检测出3种醇类物质，其中α-松油醇是两者所共有的成分，在红豆越橘果汁中的相对含量为3.28%，在红豆越橘果酒中的相对含量为0.65%，两者的含量差异较大。在红豆越橘果汁中检测出2,6,6,8-四甲基三环[5.3.1.0]十一烷-8-醇，相对含量为0.80%，而在红豆越橘果酒中没有检测出该物质。在红豆越橘果酒中检测出的3-甲基-1-丁醇的相对含量高达11.47%，在红豆越橘果汁中没有检测出该物质。说明红豆越橘果酒中的主要醇类物质就是3-甲基-1-丁醇。一般的醇类物质呈现令人不愉快的气味，对果酒的香气质量呈负向贡献，但3-甲基-1-丁醇具有青草、植物香气，为红豆越橘果酒的酒香品质呈现正向贡献[11-12]，这很可能是红豆越橘果酒喝起来略带青草芬芳的主要原因。蓝莓果酒中的主要醇类物质也是3-甲基-1-丁醇，而李双石等[13]对几种葡萄酒的检测分析表明其主要醇类物质都是异戊醇，异戊醇则具有青草或香蕉的香气，可使葡萄酒具有白兰地的香型。这很可能导致红豆越橘果酒和蓝莓果酒喝起来比葡萄酒更具风味。

2.2.2 酯类组分的比较

在红豆越橘果汁及红豆越橘果酒中共检测出17种酯类物质，在红豆越橘果汁中酯类物质总的相对含量高达39.26%，其中相对含量最高的两种酯类物质为邻苯二甲酸二异丁酯和癸酸乙酯，它们的相对含量分别为17.96%和9.02%。而在红豆越橘果酒中酯类物质总的相对含量为20.10%，其中相对含量最高的两种酯类物质为1,2,4-苯三甲酸-2,2-二甲基壬酯和丙酸三甲基硅酯，它们的相对含量分别为4.09%和2.97%。红豆越橘果酒中的酯类物质的相对含量都比较少，但是与红豆越橘果汁相比，其种类较多。大多数酯类具有花、果香气[10，14]。在蓝莓果酒中主要的酯类成分是辛酸乙酯，辛酸乙酯具有令人愉快的花果香气、杏子香气，在葡萄酒中主要的酯类成分是乙酸乙酯，具有果香和奶油味。红豆越橘果酒中的酯类成分和蓝莓果酒及葡萄酒中的酯类成分具有较大的不同，这可能是红豆越橘果酒具有特殊风味的主要原因。此外，红豆越橘果汁的化学组成和所采用的酿造工艺，是影响红豆越橘果酒中酯类组成和含量的主要因素[15]。

2.2.3 酸类组分的比较

红豆越橘果汁中的主要酸类组分是2-甲基-1-（1,1-二甲基乙基）-2-甲基-1,3-丙二基酯丙酸，相对含量达到3.44%，这也可能是红豆果汁特酸的一个主要原因，其pH值为2.2。红豆越橘果酒中的主要酸类组分是α,3,4-三[（三甲基甲硅烷基）氧基]-甲基酯苯乙酸，相对含量为3.18%，其他酸类组分的含量都比较少。在红豆越橘果酒的酿造的过程中有部分酸被转化，这对红豆越橘果酒的品质有积极的贡献。红豆越橘果汁因为含酸量比较大，口感比较酸涩，酿造过程中酸含量的减少，会降低这种酸涩的口感。有机酸是保持果酒中酒体平衡和口感清爽特性的主要物质，如适宜的含酸量能使果酒带有新鲜的水果香，能修饰果酒的滋味和口感，并且有利于形成瓶贮酒香[16]。不同酿酒酵母酿出的蓝莓酒，酸类成分的种类也不同，主要为辛酸和癸酸。辛酸具有果味、桃子味、草莓味、菠萝味、糖果味、焦糖味、香水味等多种风味；癸酸具有愉快的脂肪气味。而葡萄酒中主要酸类成分是醋酸。红豆越橘果酒中的酸类成分和蓝莓、葡萄酒中的酸类成分都有很大区别。这可使得红豆越橘果酒别具风味。

2.2.4 醛酮类组分的比较

在红豆越橘果汁及红豆越橘果酒中所检测到的醛酮类组分差异比较大，在红豆越橘果汁中检测出的醛酮类组分总的相对含量为7.23%，在红豆越橘果酒中为2.04%。红豆越橘果汁中主要的醛酮类组分是2-溴-2,4,6-环庚三烯-1-酮，红豆越橘果酒中主要的醛酮类组分是2′-（三甲基硅氧基）-苯基乙基酮。醛酮类组分含量超过阈值水平时会产生不良气味，但与其他的氧化物结合时，它会增强酒的发酵香气。成为红豆越橘果汁及红豆越橘果酒香气的重要组成部分[17]。

2.2.5 烯类组分的比较

红豆越橘果汁中只检测到一种烯类组分是萜品油烯，其相对含量为1.13%。在红豆越橘果酒中检测到4种烯类组分，其中相对含量最高的是1,2-二氯丙烯，相对含量为0.78%。这些烯类组分的感官阈值非常低，虽然其含量低，但其香气值很高，香味独特，对红豆越橘果汁及红豆越橘果酒的香气组成起着不可忽视的作用。

2.2.6 其他类组分的比较

在红豆越橘果汁及红豆越橘果酒中酚类组分的含量也有所不同，红豆越橘果汁中主要的酚类物质是3,5-二叔丁基苯酚，红豆越橘果酒中主要的酚类物质是3,5-二叔丁基邻苯二酚。二者均检测到较多的烷烃类物质，红豆越橘果汁中检测到的苯环类总的相对含量为1.87%，红豆越橘果酒中检测到的苯环类总的相对含量为7.82%，差异较大。在红豆越橘果汁中检测到其他物质7种，相对含量为16.05%，在红豆越橘果酒中检测到其他物质12种，相对含量为15.61%。这些组分均对红豆越橘果汁及红豆越橘果酒的香气组成有很大影响。

3 结论

采用顶空固相微萃取法，通过GC-MS 分析红豆越橘果汁及红豆越橘果酒中的香气成分，共检测出80种香气成分。在红豆越橘果汁中检测出41种香气成分，在红豆越橘果酒中检测出57种香气成分；其中18种香气成分是红豆越橘果汁及红豆越橘果酒中所共有的；并用气相色谱峰面积归一化定量计算出各香气成分在红豆越橘果汁及果酒中的相对含量，两者之间的香气组分及含量差别均较大。红豆越橘果汁中的主要香气成分是邻苯二甲酸二异丁酯，相对含量为17.96%。红豆越橘果酒中的主要香气成分是3-甲基-1-丁醇，相对含量为11.47%。研究结果表明，红豆越橘果汁及其果酒香气成分差异显著。由于红豆越橘果汁及红豆越橘果酒中的各种香气成分的含量、感官阈值以及相互作用决定其最终的香气特征，所以红豆越橘果汁及果酒中的某些特征组分的鉴定还需有人体嗅觉感官分析的参与才能够完成[18]。如何将人体嗅觉感官分析运用到某些香气成分的鉴定上，是一个值得研究的问题。

[1]KYLLI P.Lingonberry (Vaccinium vitis-idaea)and European cranberry(Vaccinium microcarpon) proanthocyanidins:isolation,identification,and bioactivities[J].J Agr Food Chem,2011,59(7):3373-3384.

[2]EID H M.Stimulation of AMP-activated protein kinase and enhancement of basal glucose uptake in muscle cells by quercetin and quercetin glycosides,active principles of the antidiabetic medicinal plantVaccinium vitis-idaea[J].Mol Nutr Food Res,2010,54(7):991-1003.

[3]樊梓鸾，王振宇.红豆越橘体外抗氧化和抗细胞增殖活性研究[J].现代食品科技，2010（10）：1081-1086.

[4]陈 沙，罗秋水，张凤英.越橘粗提物体外抑菌活性及稳定性的研究[J].食品工业科技，2012（9）：158-162.

[5]BASSO N,CINI R,PIETRELLI A,et al.Protective effect of long2term angiotensinⅡinhibition[J].Am J Physiol Heart Circ Physiol,2007,293(3):1351-1358.

[6]XIAO Z,YU D,NIU Y,et al.Characterization of aroma compounds ofChinese famous liquors by gas chromatography-mass spectrometry and flash GC electronic-nose[J].J Chromatogr B,2014,945(4):92-100.

[7]MARQUEZ V,MARTINEZ N,GUERRA M,et al.Characterization of aroma-impact compounds in yerba mate (Ilex paraguariensis) using GC-olfactometry and GC-MS[J].Food Res Int,2013,53(10):808-815.

[8]USAMI A,ONO T,KASHIMA Y,et al.Comparison of agitake(Pleurotus eryngiivar.ferulae)volatile components with characteristic odors extracted by hydrodistillation and solvent-assisted flavor evaporation[J].J Oleo Sci,2014,63(1):83-92.

[9]吴继军，肖更生，徐玉娟，等.吹扫捕集-气质联用法检测树莓蒸馏酒中的挥发性成分[J].酿酒，2013（5）：57-59.

[10]盖禹含，辛秀兰，杨国伟，等.不同酵母发酵的蓝莓酒香气成分GC-MS分析[J].食品科学，2010，31（4）：171-174.

[11]李景明，于 静，吴继红，等.不同酵母发酵的赤霞珠干红葡萄酒香气成分研究[J].食品科学，2009，30（2）：185-189.

[12]刘树文.合成香料技术手册[M].北京：中国轻工业出版社，2000.

[13]李双石，李 浡，吴志明，等.不同酵母发酵对葡萄酒香气成分的影响[J].食品研究与开发，2012，33（11）：14-17.

[14]NOBLE A C.Evaluation of Chardonny wine obtained from sites with different soil components[J].Am J Enol Vatic,1979,30(3):214-217.

[15]SUMBY K M,GRBIN P R,JIRANEK V.Microbial modulation of aromatic esters in wine:current knowledge and future prospects[J].Food Chem,2010,121(1):1-16.

[16]鲍瑞峰，秦 丹，唐 明，等.刺葡萄酒香气成分的研究[J].酿酒科技，2010，188（2）：53-56.

[17]刘天明，壬 可，李记明，等.天然酵母菌株对赤霞珠葡萄酒香气构成的影响[J].中国酿造，2010，29（11）：176-179.