顶空固相微萃取结合全二维气...典型青稞酒中挥发性组分特征_张有香.pdf

DOI：10.13746/j.njkj.2022315作者简介：张有香（1987-），女，本科，一级品酒师，工程师，从事青稞酒产品研发，勾调工艺研究工作，E-mail：。通讯作者：冯声宝（1977-），男，湖北人，新加坡国立大学化学系博士，华中科技大学生命科学院博士后，E-mail：。顶空固相微萃取结合全二维气相色谱飞行时间质谱技术解析典型青稞酒中挥发性组分特征张有香，鲁水龙，叶晖春，赵国华，孙海浪，冯声宝（青海互助天佑德青稞酒股份有限公司，青海 互助 810599）摘要：为了进一步认识青稞酒挥发性组分及香气特征，明晰青稞酒独特风味特征形成的物质基础，采用顶空固相微萃取结合全二维气相色谱-飞行时间质谱技术解析典型青稞酒中挥发性组分。结果表明，采用该技术在典型青稞酒中共检测到挥发性组分1399种，其中酸类物质40种、酯类290种、醇类214种、醛酮类261种、呋喃及内酯类102种、硫化物48种、含氮化合物111种、酚类68种、萜烯91种、其他类129种、未知45种。该研究首次采用GCGC-TOFMS分析方法，从醇、酸、酯、醛酮、呋喃、含硫、含氮、萜烯、酚类9类物质比较了不同品种青稞酒挥发性组分之间的差异，特有物质种类总量排序依次为黑老鸦青稞酒、瓦蓝青稞酒、有机青稞酒、脱皮青稞酒。关键词：青稞酒；全二维气相色谱-飞行时间质谱；挥发性组分；萜烯类化合物；含硫化合物；含氮化合物中图分类号：TS262.3；TS261.7文献标识码：A文章编号：1001-9286（2023）03-0047-11Characterization of Volatile Components in Highland Barley Baijiu byHeadspace Solid-Phase Microextraction Combined withComprehensive Two-Dimensional GasChromatography/Time-of-Flight Mass SpectrometryZHANG Youxiang,LU Shuilong,YE Huichun,ZHAO Guohua,SUN Hailang and FENG Shengbao(Qinghai Huzhu Tianyoude Highland Barley Baijiu Co.Ltd.,Huzhu,Qinghai 810599,China)Abstract:In order to further understand the volatile components and aroma characteristics of highland barley Baijiu,and to clarifythe material basis of the unique flavor of highland barley Baijiu,headspace solid-phase microextraction combined with comprehen-sive two-dimensional gas chromatography/time-of-flight mass spectrometry was used to analyze the volatile components in highlandbarley Baijiu.A total of 1399 volatile components were detected in highland barley Baijiu,including 40 acids,290 esters,214 alco-hols,261 aldehydes and ketones,102 furans and lactones,48 sulfides,111 nitrogen compounds,68 phenols,91 terpenes,129 othercomponents,and 45 unknown components.In this study,GCGC-TOFMS was used for the first time to compare the differences involatile components between different varieties of highland barley Baijiu.The total number of unique substances was in the order ofHeilaoya highland barley Baijiu,Walan highland barley Baijiu,organic highland barley Baijiu,peeled highland barley Baijiu.Key words:highland barley Baijiu;comprehensive two-dimensional gas chromatography/time-of-flight mass spectrometry;volatilecomponents;terpenes;sulfur compounds;nitrogen compounds白酒作为一种蒸馏酒，主要成分为酒精和水，约占总量的98%，决定白酒风格特征的微量组分仅占2%，但这2%的风味组分中却包含了成百上千种挥发性物质1。目前在中国白酒、葡萄酒、啤酒酿酒科技2023年第3期（总第345期）LIQUOR-MAKING SCIENCE&TECHNOLOGY2023 No.3(Tol.345)4747酿酒科技2023年第3期（总第345期）LIQUOR-MAKING SCIENCE&TECHNOLOGY2023 No.3(Tol.345)及日本清酒挥发性组分研究中均分离鉴定出近1000种挥发性组分，已报道的青稞酒中挥发性化合物种类为112种2，远低于其他酒中的研究结果，与青稞酒复杂酿造工艺特征不相符。为了进一步认识青稞酒挥发性组分及香气特征，明晰青稞酒独特风味特征形成的物质基础，对青稞酒挥发性组分特征的研究手段和技术亟待提高。不仅能够更全面的解析青稞酒的活性成分,而且通过更深入的解析青稞酒的风格特征,为青稞酒的品质提升、功能价值挖掘、品类打造奠定重要的基础。由于白酒中挥发性组分组成的复杂性，目前主要的研究手段是采用传统气相色谱(GC)技术对复杂组分进行分离后结合质谱(MS)等检测技术进行定性、定量分析。传统一维色谱技术由于峰容量有限，一次仅能分离约100种挥发性组分，无法满足白酒中上千种物质的一次性分离分析。全二维气相色谱技术(GCGC)是近年开发出的一种多维色谱分离技术3，该技术将两种分离机理不同的毛细管色谱柱通过一个调制器实现串联结合形成二维气相色谱系统对样品进行分析。分析样品通过第一维色谱柱分离后连续转移至第二维色谱柱中进行再次分离。与常规一维气相色谱比较，具有分辨率高,灵敏度高,峰容量大等优点。与高灵敏度的飞行时间质谱(TOFMS)联合使用,是实现复杂样品挥发性组分分离鉴定的有力工具。目前 GCGC-TOFMS技术已经被用于多种酒精饮料挥发性组分的分析，是当前分析酒精饮料中挥发性组分最高效的技术手段。本研究采用 HS-SPME-GCGC-TOFMS分析技术用于典型青稞酒中微量特征成分分析，首次对青稞酒中挥发性组分构成进行了全面解析。1材料与方法1.1材料、试剂及仪器原料：本实验采用的青稞酒样品为黑老鸦品种秋酿一米查纯大曲工艺青稞原酒、瓦蓝品种秋酿一米查纯大曲工艺青稞原酒、脱皮青稞秋酿一米查纯大曲工艺原酒、有机青稞秋酿一米查纯大曲工艺原酒，均取自公司原酒库，存储时间为5年。试剂：纯氯化钠，分析纯，天津市大茂化学试剂厂；超 纯 水 由 纯 水 仪(Millipore,Badford,MA,USA)制备。仪器设备：2 cm 50/30 m 固相微萃取三相头（divinylbenzene/carboxen/poly(dimethylsiloxane)(DVB/CAR/PDMS)，上海 Sigma-Aldrich 贸易有限公司；全二维气相色谱-飞行时间质谱仪(GCGC-TOFMS，Pegasus 4D，Leco Corporation,USA)系统，GCGC系统由安捷伦 7890N 气相色谱和冷喷调制器KT-2001组成，本实验采用液氮冷喷调制器；质谱检测器为美国 LECO Pegasus 4D 飞行时间质谱。1.2实验方法1.2.1顶空固相微萃取(HS-SPME)实验方法参照文献5的方法进行。HS-SPME萃取及进样过程为手动进行，萃取头为2 cm 50/30 m DVB/CAR/PDMS三相萃取头。萃取温度50，样品平衡时间15 min，萃取时间50 min，恒温磁力搅拌器转速400 r/min。1.2.2样品前处理流程取2 mL白酒样品,8 mL超纯水及3.0 g氯化钠于20 mL顶空瓶混合均匀后密封，在50 温度下样品平衡15 min，萃取50 min，恒温磁力搅拌器转速400 r/min，进行顶空固相微萃取（HS-SPME）操作，完成萃取后萃取头于GC进样口250 解吸附5 min，进行GCGC-TOFMS分析。1.2.3GCGC-TOFMS分析方法色谱柱系统：一维色谱柱DB-FFAP(极性柱，60 m0.25 mm ID,0.25 m),二维色谱柱Rxi-17(中等级性柱，1.5 m0.18 mm ID,0.2 m)。色谱条件：GC进样口温度250，进样模式采用不分流模式进行；第一维柱温箱升温程序：起始温度40 保持2 min后，以5/min升温至230，保持5 min，调制器调制时间为 4 s，热调制时间为 1 s，调制补偿温度为 20；第二维柱温箱升温程序：起始温度 60 保持 2 min，以 5/min 升温至 250保持5 min，样品运行采用恒流模式，载气为高纯氦气(纯度99.9995%),流速为1 mL/min。1.2.4质谱条件4848EI离子源,电压为70 eV，离子源温度为230，传输线温度为280，检测器电压为1365 V，采集质量数范围为35500 amu，采集频率为100 spec-trum/s。数据采集由LECO公司 Pegasus 4D工作站控制。1.2.5GCGC-TOFMS数据处理实验采集的 TOFMS 数据由 LECO 公司 Chro-ma TOF工作站进行数据处理，自动识别信噪比大于 50 的色谱峰进行自动积分解卷积和质谱库比对,质谱库为NIST 14和Wiley 9，所有比对结果自动生成“峰表”。“峰表”经过进一步人工解谱及同系物二维色谱出峰规律比对验证后作为初步鉴定结果。剔除烷烃类等没有风味贡献的化合物，选择相似度大于 600，反相似度大于600，可能性大于2000的化合物作为最终鉴定结果4。2结果与分析2.1HS-SPME-GCGC-TOFMS用于典型青稞酒挥发性组分分离特性分析白酒作为一种组分十分复杂的体系，传统一维气相色谱质谱联用技术由于分离分析能力的局限无法完成白酒复杂样品中挥发性组分的有效分离，需要结合繁琐的样品预处理、预分离手段。全二维气相色谱技术的出现为白酒这种复杂样品的分离提供了新的解决方案6。根据全二维气相色谱分离方式，第一维长色谱柱所有组分经过调制器聚焦后进入第二维短色谱柱进行再次分离，再由高通量的飞行时间质谱进行检测。色谱柱的选择上第一维长色谱柱通常采用非极性色谱柱，依靠分离物沸点差异进行分离；第二维短色谱柱通常采用极性柱或中等极性柱，根据化合物的极性差异进行再次分离，最终获得具有结构特征的二维色谱图7。基于这一原则，本研究采用一维DB-5MS色谱柱搭配二维Rxi-200色谱柱对青稞酒中挥发性组分进行分析，获得图1所示全二维分析谱图。结果显示青稞酒中挥发性组分十分复杂，一维色谱图中有大量化合物存在共流出现象，通过进一步的二维色谱分离，共流的化合物在二维色谱图中得到了较好的分离。2.2青稞酒中挥发性组分的H