蒙古王酒风味成分的G C-O-M S联用分析

乔翠红，欧婷婷，周锐丽，仝佳平，张生万

(1.陆军勤务学院训练基地，湖北武汉 430035；2.山西大学生命科学学院，山西太原 030006)

蒙古王酒产于水质优良、土地肥沃，素有“内蒙古粮仓”美称的科尔沁草原，有着深厚的草原文化与蒙古文化底蕴，其窖香浓郁、入口绵甜、诸味协调、余味悠长的品质，深受消费者的青睐。目前，国内外对蒙古王酒的研究较少，仅国内的陈继平[1]对蒙古王酒的目标市场战略进行了研究，而对决定其品质的风味成分的研究至今未见报道。

气相色谱-嗅闻-质谱(gas chromatography-olfactometry-mass spectrometry,GC-O-MS)联用技术集分离、结构鉴定与风味成分识别等优点于一体，既能对复杂体系得到有效分离，又可鉴定其物质结构，还能有效地鉴别食品中关键的气味活性成分，与气味活度值(odor activity value,OAV)结合分析,还可以了解样品中各化合物对食品气味的贡献程度。这项技术现已广泛应用于酒类[2-3]、肉类[4-5]、蔬菜[6]及香精[7]等易挥发成分分析。但用GC-O-MS联用分析蒙古王酒风味成分的研究未见报道。

本研究采用直接进样法，利用GC-O-MS联用技术，对蒙古王酒风味成分进行了研究。经GCMS分析，共检出43种化合物，并经MS、保留指数和嗅闻3种方法确定化合物结构40种，占总风味成分的93.02 %；同时利用GC-三内标法测定了各化合物的含量，并结合气味活度值和直接强度法评价了其主要成分对总体风味的贡献。结果表明：己酸乙酯、乳酸乙酯、乙酸乙酯、丁酸乙酯、戊酸乙酯、辛酸乙酯、癸酸乙酯、丁酸、异戊酸、戊酸、己酸、丙醇、正丁醇为蒙古王酒的特征香气成分。该结果为研究蒙古王酒的风味和品质控制提供了一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂及仪器

酒样：蒙古王酒(52%vol)，市售。

试剂及耗材：叔戊醇、乙酸正戊酯，天津市光复精细化工研究所；2-乙基丁酸，美国Acros Organics公司；C7～C40正构烷烃，上海安谱科学仪器有限公司；所用试剂均为色谱纯。

内标溶液的配制：称取0.0513 g叔戊醇、0.054 g乙酸正戊酯和0.0303 g 2-乙基丁酸加入52%vol乙醇定容至10 mL，摇匀即为内标溶液。

仪器设备：7890A-5975C气相色谱-质谱联用仪，美国Agilent公司；GC-010气相色谱仪，日本岛津公司；10 μL微量进样器，上海安亭微量进样器厂；ODP3嗅闻仪，德国Gerstel公司。

1.2 实验方法

1.2.1 GC-O-MS分析条件

气相色谱条件：进样口温度250 ℃；分流比10∶1；载气He，流速1.3 mL/min；进样量1 μL，Rtx-Wax色谱柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm)；程序升温条件：初温40 ℃保持4 min，6 ℃/min升至60 ℃保持4 min，3 ℃/min升至103 ℃保持1 min，之后3 ℃/min升至160 ℃，10 ℃/min升至200 ℃保持2 min，最后以8 ℃/min升至230 ℃保持5 min。

质谱条件：电子电离源(elector ionization,EI)；电子电离能量70 eV；离子源温度230 ℃；四极杆温度150 ℃；质量扫描范围m/z 29～500；质谱库为NIST 05；扫描模式为全扫描。

嗅闻方法：ODP3嗅闻仪的传输线温度250 ℃，补充气为N2，接口温度为200 ℃。

1.2.2 GC分析条件

气相色谱条件：除使用氢火焰离子化检测器(flame ionization detector,FID)，温度为250 ℃外，其他条件同1.2.1节气相色谱条件。

1.2.3 定性与定量分析方法

1.2.3.1 定性分析方法

按1.2.1节分析条件对蒙古王酒进行测定。定性分析通过对质谱解析与标准质谱库(NIST 05)进行对照，并在相同色谱条件下，通过对C7～C40正构烷烃的色谱扫描，按文献[8]方法计算得到各化合物的保留指数(retention index,RI)值，并与相应文献值对照。同时，经嗅闻评价员描述的化合物香味特征与文献报道结果对比，验证质谱解析结果。

1.2.3.2 定量分析

准确吸取1.1节配好的内标溶液0.1 mL置于10 mL的容量瓶中，用被测样品定容，利用内标法将风味组分分为三段[9]，即按出峰顺序，乙酸之前的醇类组分为第一组，以叔戊醇为内标计算；乙酸之前除乳酸乙酯的其他组分为第二组，以乙酸正戊酯为内标计算；乙酸之后的组分为第三组，以2-乙基丁酸为内标计算。通过比较待测组分与内标物峰面积的比值，算出每一种组分的含量，计算公式如下：

其中：xi为组分含量；ms为内标化合物浓度；Ai为化合物的色谱峰面积；As为内标物色谱峰面积；fi为欲测组分（i）对内标物（s）的质量校正因子。

1.2.4 GC-O分析中的OAV法和时间强度法

1.2.4.1 OAV法

根据内标法对蒙古王酒香气成分进行的定量分析结果和各化合物在46%vol酒精-水溶液中的嗅觉阈值，按下式计算OAV[10]。

OAV法按公式计算：OAV=C/OT

式中：C是根据内标法计算出的该化合物的质量浓度，μg/L。

OT是该化合物在46%vol酒精-水溶液中的嗅觉阈值，μg/L。

1.2.4.2 时间强度法

由3名嗅闻评价员进行嗅闻强度分析，嗅闻评价员嗅闻前经专业训练，熟悉各种香味并掌握一定量术语描述香味与香气特征。香气强度记为0、1、2、3、4五个等级，每个样品被3名评价员重复嗅闻2次（为了防止嗅觉疲劳，每次嗅闻由两名评价员完成，1名评价员完成前25 min，另一名完成后25 min）。嗅闻时嗅闻评价员对相应物质的感官特征进行描述，与文献报道的化合物香气特征进行对比，并记录保留时间香气强度，“0”表示无，“1”表示微弱，“2”表示中等，“3”表示较明显，“4”表示非常明显。每个化合物的香气强度为6次闻香结果的平均值。

本实验采用OAV法结合各香气成分嗅闻强度确定蒙古王酒的特征香气成分，即OAV值大于1且嗅闻强度大于1的化合物确定为蒙古王酒的特征香气成分。

2 结果与分析

2.1 色谱分离条件的选择

以所得色谱峰数、总峰面积和分离度为考察指标，对影响色谱分离的色谱柱、程序升温条件、分流比、载气流速等主要因素进行选择。首先，在其他实验条件不变的情况下，分别在弱极性HP-5MS(30 m×0.25 mm,0.25 μm)色谱柱和强极性Rtx-Wax(30 m×0.25 mm,0.25 μm)色谱柱上进行测定，结果表明，Rtx-Wax色谱柱所得峰个数、总峰面积和分离度均优于HP-5MS色谱柱。这一结果正好验证了白酒挥发性成分主要以酯类、酸类、醇类、醛酮类等物质为主的事实[11]。根据相似相溶的原则，选择了极性强、耐高温的Rtx-Wax色谱柱。然后分别对分流比、载气流速、程序升温条件进行选择。分流比的选择是以分流比为5∶1，10∶1，15∶1时分别进行实验，结果表明，随着分流比增加，色谱峰的分离度提高，但也会导致灵敏度降低，一些含量低的物质无法检出，为保证较好的分离度且尽可能多的检出物质，故选择分流比为10∶1。载气流速的选择以载气流速为1.5 mL/min、1.3 mL/min、1.0 mL/min时分别进行实验，结果表明：载气流速为1.5 mL/min时，色谱峰之间存在堆叠现象，载气流速为1.0 mL/min时，色谱峰形变差，存在拖尾现象；载气流速为1.3 mL/min时，色谱峰分离度和对称性均较理想，因此选用载气流速1.3 mL/min。最后对其程序升温条件进行了考察，发现升温速率较快时，分离度不够好，最后选定了初温40 ℃保持4 min，6 ℃/min升至60 ℃保持4 min，3 ℃/min升至103 ℃保持1 min，之后3 ℃/min升至160 ℃，10 ℃/min升至200 ℃保持2 min，最后以8 ℃/min升至230 ℃保持5 min的程序升温条件。

2.2 蒙古王酒风味成分分析

按1.2.1节GC-O-MS分析条件对蒙古王酒的风味成分进行测定，其总离子流色谱图如图1所示，并在1.2.2节的色谱条件下，按1.2.3节方法进行定性定量分析，其结果见表1。

从图1和表1可知，从蒙古王酒中共分离得到43种化合物，其中确定结构的有40种，占蒙古王酒总风味成分的93.02 %，其中酯类(13种) 是测得化合物中数量最多的一类，均为乙酯，占总量的52.48%，这是由于酒中乙醇含量较高，在发酵和陈酿过程中生成大量乙酯类化合物[18]，其中己酸乙酯、乳酸乙酯、乙酸乙酯和丁酸乙酯含量依次减少，四大酯合计占总酯含量的97.89 %，是酯类的主要组成部分；酸类(10种)占总量的22.35%，是酯类的前驱物质，主要由发酵过程微生物与有机物发生生化反应所产生[26-27]，其中乙酸、丁酸、己酸含量较高，合计占总酸含量的98.79%，是酸类的主要组成部分；醇类(8种)占总量的9.72%，是呈味助香剂的

主要来源，其中丙醇和2-丁醇含量较高，两者合计占总醇含量的74.63%，是醇类的主要组成部分，有研究表明，白酒中的高级醇如2-丁醇一般由发酵过程中氨基酸的降解和葡萄糖经糖酵解的转化而生成[28]；醛酮类(7种)占总量的12.16%，其中乙醛、乙缩醛含量较高，合计占总醛酮类含量的91.06%，是醛酮类的主要组成部分；烃类化合物（2种）种类少、含量低，占总量的1.55%，是酒中的重要协调成分。这些风味成分中含量在500000 μg/L以上的有5种，分别是乙酸乙酯、己酸乙酯、乳酸乙酯、乙酸、己酸。

表1 直接进样分析蒙古王酒风味成分结果

2.3 蒙古王酒特征香气成分分析

按1.2.4节实验方法对蒙古王酒香气强度和气味活度值进行了分析，其结果见图2和表2。

由图2和表2可知，通过嗅闻确定的香味物质有23种，包括酯类、酸类、醇类和醛酮类。酯类化合物（10种）为主要香气成分，呈窖香、水果香、花香，除庚酸乙酯、壬酸乙酯和丁二酸二乙酯，其OAV值均较大，对蒙古王酒的典型风格起着关键作用[31]。其中己酸乙酯OAV值最大且香气强度最高，呈窖香，乳酸乙酯呈浓厚的水果香，香气强度仅次于己酸乙酯，己酸乙酯和乳酸乙酯物质对蒙古王酒香气贡献最大，是此酒的骨架香气成分；乙酸乙酯、丁酸乙酯和戊酸乙酯含量较高，而辛酸乙酯、癸酸乙酯含量虽低、但阈值也低，所以，检测到的5种化合物的OAV值和香气强度在1以上，是蒙古王酒的主体香气成分。酸类化合物是白酒香气的重要协调成分，适量的酸可对酒起缓冲作用，协调、烘托酒的主体香气，起到呈香、助香、减少刺激和缓冲平衡的作用，还有利于酒体复合香气的产生和酒质的提高。蒙古王酒中乙酸的阈值未检测到，庚酸和辛酸的OAV值小于1，丁酸、异戊酸、戊酸和己酸的OAV值和香气强度均在1以上，是蒙古王酒的主体香气成分。其中：丁酸、己酸呈奶酪臭味，异戊酸、戊酸呈脂肪臭，庚酸、辛酸呈汗臭味，入口有刺激感；乙酸具有醋香味，可以减弱丁酸、异戊酸、戊酸、己酸等难挥发性酸带来的臭味，改善酒体的口感，赋予酒爽快感。另有研究报道，己酸对白酒中的奶酪香气有贡献[32]，也是产生窖香的主要成分之一[33]。醇类是白酒的主要助香成分，同时也是香与味的过渡桥梁，起到协调作用，包括丙醇、正丁醇、异戊醇和苯乙醇，是蒙古王酒的醇甜和助香剂的重要来源，也是酯类的前驱物质，其中，异戊醇和苯乙醇因其含量较低，阈值大，OAV值小于1，而丙醇和正丁醇的OAV值和香气强度均大于1，且均属于饱和脂肪醇，可赋予蒙古王酒花香、醇香等气味[34]，是蒙古王酒的主体香气成分，另有研究认为苯乙醇是玫瑰香葡萄酒的特征香气成分[35]。醛酮类赋予酒体水果、蜂蜜等愉快的香气，3-羟基-2-丁酮呈淡淡的奶香味，丰富了蒙古王酒的香气层次，糠醛呈甜香和杏仁香，依照OAV值分析，虽对蒙古王酒香气的整体贡献不大，但能使蒙古王酒的整体香气更加愉悦。

3 结论

通过GC-O-MS对蒙古王酒风味成分进行了分析，共检出43种化合物，确定结构的有40种。含量高于500000 μg/L的有乙酸乙酯、己酸乙酯、乳酸乙酯、乙酸、己酸，这些化合物构成了蒙古王酒风味的主要成分。

经OAV法结合香气强度值对蒙古王酒香气成分的分析，测定蒙古王酒的特征主体香气成分为：己酸乙酯、乳酸乙酯、乙酸乙酯、丁酸乙酯、戊酸乙酯、辛酸乙酯、癸酸乙酯、丁酸、异戊酸、戊酸、己酸、丙醇、正丁醇，这些物质相互协调，最终赋予蒙古王酒独特的香气和口感。

表2 蒙古王酒香气成分闻香特点及OAV值