基于GC-IMS分析四种刺梨发酵酒中挥发性成分差异

张 厅,王欣颖*,李黔艳,高昂泽,杨俊兰,汪应伟

(贵州初好农业科技开发有限公司,贵州六盘水 553000)

摘 要:该研究以刺梨为研究对象,采用不同预处理方式获得其果浆、清汁、原汁、浓缩汁,以酵母为发酵菌种,分别制备刺梨果浆发酵酒(GF)、刺梨清汁发酵酒(QF)、刺梨原汁发酵酒(YF)、刺梨浓缩汁发酵酒(SF)。采用气相色谱-离子迁移谱(GC-IMS)技术结合正交偏最小二乘-判别分析(OPLS-DA)及层次聚类分析(HCA)对4种刺梨发酵酒中挥发性风味物质进行差异化分析。结果表明,4种刺梨发酵酒共检测出51种挥发性风味化合物,其中酯类20种,醇类10种,酮类8种,醛类6种、烯萜类5种,其他类2种。GC-IMS指纹图谱和OPLS-DA结果表明,4种刺梨发酵酒挥发性风味物质组成存在明显差异,利用变量重要性投影(VIP)值筛选出12种特征风味物质标志物(VIP值>1),YF样品中主要的特征风味物质为乙酸乙酯,QF样品中主要的特征风味物质为2-戊酮,SF样品中主要的特征风味物质为顺-3-己烯醇,GF样品中主要的特征风味物质为异戊醇。

关键词:刺梨;发酵酒;气相色谱-离子迁移谱;挥发性风味化合物

刺梨(Rosa roxburghii Tratt.)属蔷薇科,是一种球形多刺水果,主要分布在贵州、四川和云南等西南地区。刺梨含有丰富的营养成分,如维生素C(vitamin C,VC)、多糖、类黄酮、超氧化物歧化酶、氨基酸、有机酸和矿物质等,因其具有良好的食用价值和药用价值受到广泛关注[1-3]。刺梨发酵酒是刺梨的一种重要加工产品,酒精度较低,具有刺梨独特的果香味和酒香味,不仅具有抗氧化、调节代谢、降低胆固醇等保健作用[4-5],还可以促进刺梨产业链健康发展,促进农民增产增收。

果酒中风味物质的成分和含量是影响果酒风味品质的关键因素,目前食品中风味物质常用的检测方法有电子鼻、气相色谱-质谱联用法(gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS)等[6]。气相色谱-离子迁移谱(gas chromatography-ion mobility spectrometry,GC-IMS)是一种用于食品香气或挥发性成分检测的萃取和分离检测技术。相较于GC-MS,GC-IMS具有灵敏度高、分析速度快、操作方便、无需进行样品预处理、数据可视化等优点,因此在产品的质量控制、溯源分析、探究加工过程中成分变化等方面具有重要的应用价值[7-8]。不同原料处理方式对刺梨果酒的风味影响不同,姚敏[9]采用刺梨原汁发酵制得的刺梨干酒中风味物质的含量和种类均高于刺梨浸泡酒;李小惠[4]研究表明,糖腌果汁发酵法制得的金刺梨酒的总酯含量损失明显低于糖腌混合发酵法。

本研究以刺梨为研究对象,采用不同预处理方式获得其果浆、清汁、原汁、浓缩汁,以酵母为发酵菌种,分别制备刺梨果浆发酵酒(GF)、刺梨清汁发酵酒(QF)、刺梨原汁发酵酒(YF)、刺梨浓缩汁发酵酒(SF)。采用气相色谱-离子迁移谱(GC-IMS)结合正交偏最小二乘-判别分析法(orthogonal partial least squares-discriminant analysis,OPLS-DA)及层次聚类分析(hierarchical cluster analysis,HCA)对其挥发性风味物质进行分析,利用变量重要性投影(variable importance in projection,VIP)值筛选特征挥发性风味物质,解析刺梨发酵酒样品间挥发性风味化合物差异,以期对刺梨发酵酒的风味组成及差异性进行探究,为相关企业开发刺梨酒提供理论支撑和数据参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

刺梨果浆、刺梨原汁、刺梨清汁、三倍刺梨浓缩汁:贵州初好农业科技开发有限公司(贮藏于1~4 ℃冷库);刺梨鲜果(贵农五号):贵州省六盘水市水城区;安琪酵母SY:安琪酵母股份有限公司;氢氧化钠:以达科技(泉州)有限公司;2,6-二氯靛酚:上海蓝季生物试剂有限公司。本研究所用试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

WYA-2W阿贝折射仪、PHS-3E型pH计:上海仪电光学仪器有限公司;BSA12S分析天平:上海卓精电子科技有限公司;303-3BE恒温培养箱:上海精其仪器有限公司;JJ-2B组织捣碎机:宁波采臣电气有限公司;SHA-C水浴恒温振荡器:上海比朗仪器制造有限公司;FlavourSpec食品风味分析仪:德国G.A.S公司。

1.3 方法

1.3.1 不同原料处理方式刺梨发酵酒制作工艺

选取新鲜、无病虫害的刺梨鲜果,洗净沥干后去籽去蒂切成小块,按质量比1∶1添加纯净水进行机械破碎制得刺梨果浆;不添加水的刺梨鲜果经压榨后制得刺梨原汁;刺梨原汁过纳米膜制得刺梨清汁;刺梨清汁过反渗透膜浓缩制得三倍刺梨浓缩汁;将灭菌(85 ℃,15 s)后的样品立刻置入冰水浴至常温后,接入0.2%酵母液(将安琪酵母SY加入10 mL温水(37 ℃),在35~40 ℃条件下活化30 min制得酵母液),摇匀后置于22℃培养箱中发酵7 d,静置澄清后经0.1μm滤袋过滤得到刺梨原汁发酵酒(YF)、刺梨清汁发酵酒(QF)、刺梨浓缩汁发酵酒(SF)和刺梨果浆发酵酒(GF)。

1.3.2 理化指标的测定

酒精度:参照GB 5009.225—2023《酒和食用酒精中乙醇浓度的测定》第一法测定;VC含量:参照GB 5009.86—2016《食品中抗坏血酸的测定》第三法测定;总酸含量:参照GB 12456—2021《食品中总酸的测定》第一法测定;可溶性固形物:参照GB/T 12143—2008《饮料通用分析方法》的折光法测定;pH:采用PHS-3E型pH计测定。

1.3.3 刺梨发酵酒挥发性成分GC-IMS分析

参考严红光等[10]的方法,采用GC-IMS仪检测样品的挥发性成分。

样品预处理:称取样品3.0 g放置在20 mL顶空瓶中,在50 ℃、500 r/min的条件下孵化15 min,使其中的挥发性成分充分挥发到顶空瓶上部,顶空吸取顶部气体500 μL进样分析。

GC条件:采用MAX-WAX毛细管柱(30 m×0.53 mm ID,1 μm),柱温60 ℃,以高纯氮气(N2)(99.99%)作为载气,载气程序为0~2min,2mL/min;2~5min,10 mL/min;5~25 min,100 mL/min;25~30 min,100 mL/min。

IMS条件:漂移管长度9.80 cm,管内线性电压5 000 V,漂移管温度60 ℃,漂移气为N2(99.99%),漂移气的流速为150 mL/min。

定性定量分析:将保留指数(retention index,RI)和漂移时间与GC-IMS库的漂移时间进行比较,采用美国国家标准技术研究所(national institute of standards and technology,NIST)和IMS数据,根据保留时间/迁移时间对不同样品间挥发性化合物进行鉴定,并根据峰值强度对挥发性化合物的含量进行定量。

1.3.4 数据处理

使用SPSS Statistics 26.0进行显著性分析和数据标准化,SIMCA14.1软件包(Umetrics)评估相似性和差异性,使用仪器配套的VOCal插件分析图谱和数据定量(软件内置NIST数据库和IMS数据库),Reporter插件对比样品的谱图差异,Gallery Plot插件作指纹图谱分析。

2 结果与分析

2.1 刺梨发酵酒理化指标分析

4种刺梨发酵酒的理化指标检测结果见表1。由表1可知,酒样SF中酒精度、VC、总酸以及可溶性固形物含量最高,分别为12.86%vol、2 714.06 mg/100 mL、30.08 g/L、24.40%,这是由于刺梨汁经过三倍浓缩使营养物质得到富集。酒样YF与QF中VC含量、总酸含量以及可溶性固形物含量差异不显著(P>0.05),说明刺梨原汁和刺梨清汁作为原料制得的发酵酒理化指标较相近。酒样QF中各指标含量均最低,这是由于QF是采用刺梨鲜果添加纯净水1∶1打浆,营养物质经稀释后含量偏低的原因。

表1 刺梨发酵酒理化指标的检测结果
Table 1 Determination results of physicochemical indicators of fermented Rosa roxburghii wine

注:同列不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。

酒样 酒精度/%vol VC/(mg·100 mL-1)总酸/(g·L-1)可溶性固形物/%pH值YF QF SF GF 10.43±0.01b 10.24±0.01c 12.86±0.00a 8.17±0.02d 1 404.64±23.81b 1 523.68±47.61b 2 714.06±47.61a 714.23±0.00c 18.88±0.32b 20.48±0.64b 30.08±0.64a 11.20±0.32c 19.35±0.05b 19.55±0.00b 24.40±0.05a 17.45±0.05c 3.65±0.00a 3.52±0.01c 3.57±0.01b 3.35±0.01d

2.2 刺梨发酵酒中挥发性风味成分分析

2.2.1 刺梨发酵酒中挥发性风味成分差异对比

采用GS-IMS分析4种刺梨发酵酒中挥发性成分三维谱图见图1。

图1 刺梨发酵酒中挥发性风味成分的三维GC-IMS谱图
Fig.1 Three dimensional GC-IMS spectra of volatile flavor compounds in fermented Rosa roxburghii wine

由图1可知,y轴表示保留时间,x轴表示鉴定的离子漂移时间,z轴表示定量的峰高[11]。不同原料类型发酵酒中挥发性风味成分存在差异,但在样品间具体成分的差异性较难分辨。为了更好分析样品间的差异性,对三维图谱进行降维处理,二维谱图见图2。由图2可知,x轴0.5处的红色垂直线表示反应离子峰(reaction ion peak,RIP)。位于RIP两侧每个点代表样品中的一种挥发性化合物,以样品YF为扣减参比,其余4个样品扣除参比的谱图,扣除的背景为白色,红色越深表示该成分浓度较参比高,蓝色越深表示该成分浓度较参比低。在漂移时间0.75~1.00 ms和保留时间400~800 s内,样品间的挥发性风味成分存在明显差异,样品QF和SF中部分挥发性挥发性风味成分(图2红框)均高于YF,而GF则相反。

图2 刺梨发酵酒中挥发性风味成分的二维GC-IMS谱图
Fig.2 Two dimensional GC-IMS spectra of volatile flavor compounds in fermented Rosa roxburghii wine

2.2.2 刺梨发酵酒中挥发性风味成分GC-IMS定性分析

刺梨发酵酒中挥发性风味成分的GC-IMS分析结果见表2。在电离过程中,单个化合物通过所分析的离子和中性分子之间的加合反应产生多个信号或斑点,使同一物质能够检测到单体或二聚体[12]。由表2可知,GC-IMS共检出54个信号峰,共鉴定出了51个典型的化合物(包括单体和二聚体)。其中酯类20种、醇类10种、酮类8种、醛类6种、烯萜类5种,还检出乙酸和4-异丙基甲苯,确定刺梨酒中的挥发性风味成分主要为酯类、醇类、酮类、醛类、烯萜类。

表2 刺梨发酵酒中挥发性风味成分GC-IMS分析结果
Table 2 Results of volatile flavor components in fermented Rosa roxburghii wine analysis by GC-IMS

相对含量/%YFQFSFGF序号化合物气味特征[14-16]a1234567891 0 11 12 13 14 15 16酯类己酸丁酯-D己酸丁酯-M反-2-己烯酸乙酯乙酸己酯乙酸异戊酯乙酸丁酯-M乙酸丁酯-D丁酸乙酯乙酸异丁酯乙酸乙酯乙酸甲酯乙酸丙酯丙酸异丁酯-D丙酸异丁酯-M庚酸乙酯癸酸乙酯2.863 3 1.005 1 5.374 5 1.011 7 14.140 8 0.278 4 0.393 6 5.459 8 3.489 8 10.771 0 0.988 4 0.267 8 0.321 1 0.382 0 0.307 4 0.827 5 4.119 3 1.036 6 7.642 9 2.810 3 12.445 6 0.217 5 0.239 4 4.832 7 2.823 9 9.997 1 0.757 5 0.153 6 0.465 1 0.408 4 0.546 6 0.839 2 3.470 6 0.888 5 8.140 0 4.694 2 12.313 2 0.206 1 0.216 4 4.554 1 2.804 4 9.531 4 0.837 1 0.177 8 0.242 1 0.286 4 0.705 0 1.078 1 1.624 3 1.130 3 0.586 3 0.264 8 10.527 6 0.576 9 0.214 6 4.053 7 1.678 0 13.920 1 1.102 4 0.100 3 0.340 2 0.405 7 0.405 4 0.694 5果香果香青香和果香梨和苹果样香气梨香、香蕉香愉快果香愉快果香菠萝香、芳香水果香苹果香、香蕉香芳香果香苹果香苹果香苹果香椰子香、果香、酒香

续表

注:“-”表示物质风味未知。

序号化合物气味特征[14-16]相对含量/%YFQFSFGF 17 18 19 20 0.127 6 0.031 7 0.191 4 0.271 1 48.504 1 0.060 5 0.025 2 0.181 5 0.283 3 49.886 1 0.061 2 0.022 5 0.186 1 0.283 4 50.698 5 0.391 0 0.114 7 0.654 5 0.476 5 39.262 1芳香水果香苹果香芳香b 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 3.680 1 17.119 4 10.842 6 4.861 6 1.535 2 0.122 5 0.135 5 0.212 4 0.076 5 0.175 4 38.761 3 4.886 5 15.307 6 9.888 0 4.537 9 1.302 6 0.245 1 0.287 6 0.214 8 0.147 6 0.210 2 37.028 0 5.352 0 13.766 8 9.336 3 4.221 2 1.147 5 0.308 6 0.527 5 0.329 9 0.289 6 0.214 1 35.493 5 0.873 5 12.729 9 17.086 3 8.643 1 0.891 3 0.352 0 0.115 7 0.657 5 0.067 3 0.599 2 42.015 7草香面包香、果香、酒香果香和花香酒香-植物香、芳香草香、果香酒香酒香果香、蔬菜香c 31 32 33 34 35 36 37 38 1.236 8 0.709 3 0.583 4 0.491 2 1.210 1 0.100 9 0.079 4 0.423 5 4.834 5 1.814 9 0.707 8 0.394 2 0.318 9 1.078 8 0.138 5 0.057 2 0.419 7 4.930 1 1.694 5 0.744 9 0.400 0 0.235 9 1.003 0 0.159 6 0.076 7 0.419 4 4.734 0 0.614 8 1.231 6 1.010 3 0.079 8 1.483 7 1.016 2 0.439 5 0.520 7 6.396 6甜香、醚香、香蕉香甜香、辛辣坚果香、青香-弱甜香和果香乳脂香泥土、蘑菇、蔬菜香奶油、焦糖香d 39 40 41 42 43 44 0.616 6 0.674 7 0.131 9 0.424 6 0.201 6 0.054 3 2.103 7 0.680 8 0.541 1 0.097 3 0.427 1 0.207 4 0.047 4 2.001 0 0.666 0 0.643 1 0.086 8 0.512 4 0.217 9 0.049 2 2.175 3 0.196 7 0.328 2 0.300 4 1.344 6 0.440 8 0.254 9 2.865 6青香、黄瓜香、西瓜香发酵香、果香柑橘香、脂肪香脂肪香、肥皂香柠檬、香茅香柠檬、香茅香e 45 46 47 48 49 1.3517 0.193 4 0.483 7 0.409 4 0.170 0 2.608 3 1.255 8 0.102 5 0.404 3 0.444 4 0.231 2 2.438 2 1.274 3 0.094 8 0.393 2 0.497 9 0.303 7 2.563 9 1.997 5 0.356 4 0.348 1 0.201 5 0.046 3 2.949 9-樟香松木香、松节油香药草香、花香木香、柠檬香f 50 51丙酸乙酯2-甲基丙酸乙酯异戊酸异戊酯丙二酸二乙酯相对含量小计醇类顺-3-己烯醇1-戊醇异戊醇2-甲基-1-丙醇顺-2-戊烯醇芳樟醇1-己醇4-甲基戊醇-M 4-甲基戊醇-D 1-戊烯-3-醇相对含量小计酮类2-戊酮2-丙酮2-丁酮2-己酮3-戊酮2-庚酮1-辛烯-3-酮2,3-戊二酮相对含量小计醛类反-2-庚烯醛正戊醛正庚醛正辛醛β-香茅醛-M β-香茅醛-D相对含量小计烯类1-辛烯莰烯α-蒎烯β-罗勒烯γ-松油烯相对含量小计其他乙酸4-异丙基甲苯2.501 7 0.686 4 2.986 1 0.730 5 3.312 1 1.022 6 4.829 6 1.682 3-芳香味

酯类物质在发酵刺梨果酒中种类最多(20种),其包含3种二聚体。酯类物质的含量和丰富度对发酵酒的风格和质量产生重要影响,有的酯类物质还能有益于人体健康,如乙酸乙酯可以促进新陈代谢[15]。刺梨原汁发酵酒(YF)、刺梨清汁发酵酒(QF)、刺梨浓缩汁发酵酒(SF)、刺梨果浆发酵酒(GF)中酯类物质的相对含量分别为48.50%、49.89%、50.70%、39.26%。其中乙酸异戊酯和乙酸乙酯的相对含量较高,分别达9.53%~13.92%、10.52%~14.14%,赋予发酵酒浓郁的梨香、香蕉香和苹果香味[13-14]。刺梨原汁发酵酒中乙酸异戊酯相对含量最高,刺梨果浆发酵酒中乙酸乙酯的相对含量最高。

醇类物质是检测出的第二大类挥发性风味物质。这些高级醇是在果酒的发酵过程中由微生物通过代谢分解氨基酸形成的产物之一。高级醇不仅具有独特的香气特征,还具有良好的溶剂作用,能够溶解其他的挥发性化合物,使得发酵刺梨果酒具有不同香味[17-18]。刺梨原汁发酵酒(YF)、刺梨清汁发酵酒(QF)、刺梨浓缩汁发酵酒(SF)、刺梨果浆发酵酒(GF)中醇类物质的相对含量分别为38.76%、37.02%、35.49%、42.02%,其中正戊醇和异戊醇相对含量较高,分别达12.73%~17.12%、9.33%~17.08%,呈面包香、果香、花香和酒香[14]。刺梨原汁发酵酒中正戊醇相对含量最高,刺梨果浆发酵酒中异戊醇的相对含量最高。

酮类物质是检测出的第三大类挥发性风味物质,酮类物质具有气味浓烈的特点,多数酮类物质是由脂肪酸的微生物氧化脂肪酸或脱羧途径产生[19]。刺梨原汁发酵酒(YF)、刺梨清汁发酵酒(QF)、刺梨浓缩汁发酵酒(SF)、刺梨果浆发酵酒(GF)中酮类物质的相对含量分别为4.83%、4.93%、4.73%、6.40%,其中相对含量最多的是2-戊酮和3-戊酮,分别达0.61%~1.81%、1.00%~1.48%。2-戊酮呈现甜香、醚香、香蕉香[15],3-戊酮主要呈现甜香、奶香和脂肪香味[20]。刺梨清汁发酵酒中2-戊酮相对含量最高,刺梨果浆发酵酒中3-戊酮的相对含量最高。

醛类物质是检测出的第四大类挥发性风味物质,其中包含1种二聚体。醛类物质风味阈值较低[21],浓度较低时呈现醛类的特征香味,浓度高于一定值时则会产生不良的刺激性气味[22]。刺梨原汁发酵酒(YF)、刺梨清汁发酵酒(QF)、刺梨浓缩汁发酵酒(SF)、刺梨果浆发酵酒(GF)中醛类物质的相对含量分别为2.10%、2.00%、2.18%、2.87%,其中反-2-庚烯醛、戊醛相对含量较高,分别达0.20%~0.68%、0.33%~0.67%,呈青香、黄瓜香、西瓜香和果香味[16]。刺梨清汁发酵酒中庚烯醛相对含量最高,刺梨原汁发酵酒中戊醛的相对含量最高。

烯萜类物质是检测出的第五大类挥发性风味物质。烯萜类物质在果蔬中常以糖缀合的形式存在,天然植物中其种类非常丰富[23]。刺梨原汁发酵酒(YF)、刺梨清汁发酵酒(QF)、刺梨浓缩汁发酵酒(SF)、刺梨果浆发酵酒(GF)中烯萜类物质的相对含量分别为2.61%、2.44%、2.56%、2.95%。其中1-辛烯和α-蒎烯相对含量较高,分别达1.27%~1.99%、0.35~0.48%,其中α-蒎烯呈松木香、松节油香。刺梨果浆发酵酒中1-辛烯相对含量最高,刺梨原汁发酵酒中α-蒎烯的相对含量最高。

2.2.3 刺梨发酵酒中挥发性风味成分的指纹图谱分析

为进一步比较4种刺梨发酵酒中挥发性风味成分的具体差异,利用可视化的指纹图谱识别不同刺梨发酵酒的特征峰区域。每一行代表一个样本不同挥发性风味成分的信号峰;每一列代表同一挥发性风味成分在不同样品中的信号峰,每个特征峰的颜色代表强度,蓝色为背景,红色代表物质成分,红色越深、颜色越亮就表示物质的浓度越高,反之则越低。由于不同样品挥发性风味成分的种类及含量差异较大,将明显差异的物质从左往右分为A、B、C三个区域。不同刺梨发酵酒样品挥发性风味成分的指纹图谱见图3。

图3 刺梨发酵酒中挥发性风味成分的指纹图谱
Fig.3 Fingerprint of volatile flavor compounds in fermented Rosa roxburghii wine

图4 刺梨发酵酒的正交偏最小二乘-判别分析得分散点图(a)和200次置换检验结果图(b)
Fig.4 Scatter plot of orthogonal partial least squares discriminant analysis scores (a) and 200 permutation test results (b) for fermented Rosa roxburghii wine

由图3可知,样品GF与其他三个样品差异明显,样品SF和QF中香味成分斑点分布较为相似,但颜色深浅存在差异,表明这两种发酵酒香气类型相似。样品GF中1-辛烯-3-酮、β-香茅醛(单体和二聚体)、异戊酸异戊酯、2-己酮、2-甲基丙酸乙酯、丙酸乙酯、1-戊烯-3-醇、正辛醛、正庚醛、莰烯、4-甲基戊醇-M、乙酸丁酯-M、2-丁酮、丙二酸二乙酯相对含量均高于其他三个样品(C区域);样品SF中4-甲基戊醇-Dγ-松油烯、1-己醇、乙酸己酯、芳樟醇、庚酸乙酯、癸酸乙酯、β-罗勒烯、反-2-己烯酸乙酯、己酸丁酯-D、2-戊酮、顺-3-己烯醇相对含量较高(B区域);而样品YF中α-蒎烯、2-己酮、乙酸丙酯、乙酸丁酯-D相对含量较高(A区域)。以上结果均表明,不同原料前处理方式制得的刺梨发酵酒中挥发性风味物质存在差异,其中酯类物质相对含量在样品SF中相对含量最高,醇类、酮类和醛类物质相对含量在样品QF中最高,4种刺梨发酵酒指纹图谱与定性分析结果相符。

2.2.4 刺梨发酵酒的正交偏最小二乘-判别-分析

正交偏最小二乘-判别分析是一种有监督分类的多元判别统计分析方法,主要用于不同类别样品之间的差异性识别[24-25]。为进一步分析4种刺梨发酵酒中的香气特征变化,采用OPLS-DA对刺梨发酵酒进行差异性分析,模型参数R2X=0.993,R2Y=0.995,Q2=0.991。R2越接近1表示拟合度越高,Q2越接近1表示预测性越好,综上得出本模型拟合良好[27]。采用置换检验来验证OPLS-DA模型,经过200次交叉验证排列检验R2=0.105,小于原始模型,R2=-0.77,截距为负值,表明模型可靠,不存在过拟合现象[28]。OPLS-DA结果表明,4种刺梨发酵酒分布在三个象限中,酒样SF在第一象限,酒样YF在第二象限,酒样QF介于第一象限和第二象限,说明酒样QF的风味类型与酒样SF和酒样YF风味类型较相近;酒样GF处在第四象限,说明酒样GF的风味类型与其他三个样品存在明显差异,差异分析结果与指纹图谱分析结论一致,说明刺梨酒的风味类型明显受到原料处理方式的影响,OPLS-DA能较好地判别和区分不同刺梨发酵酒样品。

2.2.5 热图分析

变量重要性投影(VIP)是用于量化变量对于分类贡献的参数,VIP值越大表示变量对分类贡献度越高,通常将VIP值>1的化合物作为特征标志物的筛选标准[27]。根据OPLS-DA模型VIP值筛选结果,4种刺梨发酵酒共筛选出12种特征挥发性风味物质(VIP值>1),分别是2-戊酮、丙酸异丁酯、丁酸乙酯、反-2-己烯酸乙酯、己酸丁酯、顺-3-己烯醇、乙酸、乙酸己酯、乙酸乙酯、乙酸异丁酯、乙酸异戊酯、异戊醇。为了直接识别4种刺梨发酵酒中特征挥发性成分的具体差异,根据所筛选挥发性风味成分的峰值强度进行层次聚类分析,并绘制热图,结果见图5。由图5可知,通过层次聚类分析(HCA)可以将4种酒样可以大致分为三类,酒样YF聚为一类,酒样QF和SF一类,酒样GF一类,说明酒样QF和SF中特征挥发性风味成分的种类和含量较为相似。其中刺梨果浆发酵酒主要的特征挥发性风味物质为异戊醇,刺梨浓缩汁发酵酒主要的特征挥发性风味物质为顺-3-己烯醇,刺梨原汁发酵酒主要的特征挥发性风味物质为乙酸乙酯,刺梨清汁发酵酒主要的特征挥发性风味物质为2-戊酮。HCA能较好地区分不同刺梨发酵酒样品。

图5 刺梨发酵酒中特征风味物质的层次聚类分析热图
Fig.5 Heat map of hierarchical cluster analysis of characteristic flavor substances in fermented Rosa roxburghii wine

3 结论

本研究利用气相色谱-离子迁移谱技术探究刺梨前处理方式对刺梨发酵酒中挥发性风味成分的影响。结果表明,4种刺梨发酵酒共检测出51种挥发性风味化合物,其中,酯类20种、醇类10种、酮类8种、醛类6种、烯萜类5种,其他类2种。GC-IMS指纹图谱和OPLS-DA结果表明,4种刺梨发酵酒挥发性风味物质组成存在明显差异,利用变量重要性投影(VIP)值筛选出12种特征风味物质标志物(VIP值>1),刺梨原汁发酵酒主要的特征风味物质为乙酸乙酯,刺梨清汁发酵酒主要的特征风味物质为2-戊酮,刺梨浓缩汁发酵酒主要的特征风味物质为顺-3-己烯醇,刺梨果浆发酵酒主要的特征风味物质为异戊醇。本研究可为刺梨发酵酒的原料预处理方式选择及品质控制提供理论参考。

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Differences of volatile components in four kinds of fermented Rosa roxburghii wines based on GC-IMS analysis

ZHANG Ting,WANG Xinying*,LI Qianyan,GAO Angze,YANG Junlan,WANG Yingwei
(Guizhou Chu Hao Agricultural Science and Technology Development Co.,Ltd.,Liupanshui 553000,China)

Abstract:Using Rosa roxburghii as research object, the fruit pulp, clear juice, raw juice and concentrated juice were obtained by different pretreatment methods.The fermented R.roxburghii fruit pulp wine(GF),fermented clear R.roxburghii juice wine(QF),fermented raw R.roxburghii juice wine(YF),and fermented concentrated R.roxburghii juice wine(SF)were prepared by using yeast as the fermentation strain.The differences of volatile flavor components in 4 fermented R.roxburghii wines were analyzed by gas chromatography-ion migration spectrometry(GC-IMS) combined with orthogonal partial least squares discriminant analysis(OPLS-DA)and hierarchical cluster analysis(HCA).The results showed that a total of 51 volatile flavor compounds were detected in 4 fermented R.roxburghii wines,including 20 esters,10 alcohols,8 ketones,6 aldehydes,5 terpenes and 2 others.The results of GC-IMS fingerprint and OPLS-DA showed that there were significant differences in the volatile flavor components in 4 fermented R.roxburghii wines.The 12 characteristic flavor substance markers were selected using variable importance in the projection(VIP)value(VIP value>1),and the main characteristic flavor substances were ethyl acetate,2-pentanone,cis-3-hexenol and isoamyl alcohol in samples YF,QF,SF and GF,respectively.

Key words:Rosa roxburghii;fermented wine;gas chromatography-ion migration spectrometry;volatile flavor compound

中图分类号:TS262.7文章编号:0254-5071(2024)11-0242-07doi: 10.11882/j.issn.0254-5071.2024.11.038

引文格式:张厅,王欣颖,李黔艳,等.基于GC-IMS分析四种刺梨发酵酒中挥发性成分差异[J].中国酿造,2024,43(11):242-248.

收稿日期:2024-03-20修回日期:2024-05-30

基金项目:贵州省科技计划项目(黔科合支撑[2022]重点015号)

作者简介:张 厅(1997-),女,硕士,研究方向为食品加工与安全。

*通讯作者:王欣颖(1997-),女,高级工程师,本科,研究方向为刺梨研究与开发。