基于HS-SPME-GC-MS分析三种酒曲发酵对黍米黄酒香气成分的影响

薄 涛1,2,张娇娇3,吕 娜1,白宝清2,3,张锦华2,3,范三红2,3,贾丽艳4,田 翔5*

(1.山西大学 生物技术研究所 化学生物学与分子工程教育部重点实验室 生物工程山西省重点实验室,山西 太原 030006;2.山西大学 杏花村学院,太原 030006;3.山西大学 生命科学学院,山西 太原 030006;4.山西农业大学 食品科学与工程学院,山西 晋中 030801;5.山西农业大学 农业基因资源研究中心,山西 太原 030031)

摘 要:为了探索使用不同酒曲酿造黍米黄酒对酒体风味产生的影响,使用三种不同酒曲(安琪黄酒曲、大曲、红曲)酿制黍米黄酒,采用顶空-固相微萃取-气相色谱-质谱(HS-SPME-GC-MS)技术对三种黍米黄酒中的挥发性风味物质进行检测。结果表明,在大曲、红曲、安琪黄酒曲酿造的黍米黄酒中分别检测到235、239、165个峰信号,对从不同酒样中鉴定出的32种高丰度挥发性风味物质进一步分析,其中11种挥发性风味物质为三种黍米黄酒所共有;安琪黄酒曲酿造的黍米黄酒中特有的挥发性风味物质为庚醇、苯乙醛和苯乙酮,大曲酿造的黍米黄酒中特有的挥发性风味物质为γ-丁内酯和糠醛,红曲酿造的黍米黄酒中特有的挥发性风味物质为2-壬酮。使用不同酒曲对黍米黄酒风味影响大,主要体现在通过变量重要性投影(VIP)值>1筛选出的异戊醇、苯甲醛、糠醛等9种差异挥发性风味物质中。

关键词:气相色谱-质谱;黍米黄酒;挥发性物质;酒曲

黄酒具有数千年酿造历史,与啤酒、葡萄酒并称为世界三大古酒[1],主要以大米、黍米等为原料,经过蒸煮、摊凉、拌曲、糖化发酵、压榨过滤等工艺酿制而成[2]。黄酒中富含低聚糖、γ-氨基丁酸、酚类、活性肽、维生素、矿物质等营养成分,因此黄酒也被誉为“液体蛋糕”[3]。随着饮食观念的转变,具有多种健康效益的黄酒逐渐成为关注焦点。

黄酒品类较多,南派黄酒以浙江绍兴黄酒、福建红曲酒,客家黄酒为代表;北派黄酒是以山西代县黄酒、山东即墨老酒为代表的,各派所酿黄酒的风味具有明显的地域特征。在以红曲黄酒为主要代表的福建客家流派中,3-羟基己酸乙酯被鉴定为红曲黄酒的独特芳香成分[4];而以绍兴黄酒为代表的江浙流派中,4-乙烯基愈创木酚是酒体中最丰富的酚类,有烟熏的香气特征,它可能是绍兴黄酒中的关键气味成分[5];菠萝酮具有非常典型的焦糖香气,此类物质可能与北派的山东、辽宁等地区酿制黍米黄酒中焦糖风味有联系[6]。根据不同地区黄酒的香气特征可发现黄酒具有明显的地域性差异,而除不同地区的气候、原料及制作工艺不同会引起香气地域差异外,这些具有不同香气特征的黄酒还以所用酒曲的不同而被明显区分[7]

黄酒风味主要是通过酶促反应和微生物代谢产生的[8]。酒曲作为酿造黄酒的糖化发酵剂,是多种微生物的混合载体,主要含酵母、霉菌、细菌及原料分解所需的酶等,各种酶将原料转化为被微生物所利用的碳源、氮源,同时微生物之间以及微生物与环境的相互作用,共同推动了功能微生物产生繁杂的黄酒特征挥发性风味物质[9]。如在黄酒酿造小曲发酵体系中,优势菌片球菌属(Pediococcus)和魏斯氏菌属(Weissella)与丁酸乙酯水平正相关,非优势菌属ApibacterRosenbergiella对乙酸乙酯和3-甲基-1-丁醇含量有显著贡献[10]。而红曲黄酒优势真菌属中的红曲霉菌(Monascus),主要由黄酒酿造过程中添加的红曲引入,红曲霉的发酵促进了黄酒中具吸引力的颜色的形成,对提升小分子肽和游离氨基酸的浓度具有积极作用,同时红曲与其他优势菌属共同促进了乙酸、2-庚烯醛等特征挥发性风味物质的形成[11]。因此表明,黄酒酿造酒曲对成品中不同风味的形成尤为重要。

南方以稻米为原料所酿的黄酒品种丰富,而北方以黍米为原料酿造的黄酒风味及品种较为单一。具有不同风味特色的稻米黄酒在酿造工艺中的一个显著特点是所用酒曲不同。绍兴黄酒、福建沉缸酒和广东客家黄酒所用酒曲分别为麦曲、红曲和小曲[12-13]。因此,对于黍米黄酒风味品种单一可能的原因之一是用曲的种类较少。利用不同酒曲酿制黍米黄酒是否会产生不同的风味,如果能够产生差异,这种差异又是由哪些风味化合物决定的仍然未知。本研究选用三种不同酒曲(大曲、红曲及安琪黄酒曲)分别进行黍米黄酒的酿制,通过顶空固相微萃取(solid-phase microextraction,HS-SPME)技术对黄酒中的香气进行富集,使用气相色谱质谱联用(gaschromatography-massspectrometry,GC-MS)技术对三种黍米黄酒产生的挥发性风味物质进行检测分析,根据比对不同酒曲酿制的黍米黄酒的挥发性风味物质,来分析常用的几种酒曲对黍米黄酒酒体成品的风味影响,为新品种黍米黄酒产品开发提供了数据支撑和理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

黍米:市售,产自山西省繁峙县;安琪黄酒曲:安琪酵母股份有限公司;大曲:市售,产自山西省吕梁市;红曲:古田县帝源红曲厂;2-辛醇(内标;色谱纯):美国Sigma公司;NaCl(分析纯):国药集团化学试剂有限公司;其他试剂均为国产色谱纯或分析纯。

1.2 仪器与设备

FA2004电子天平:上海舜宇恒平科学仪器有限公司;HJ-1磁力加热搅拌装置:郑州长城科工贸有限公司;7890A-5975C气相色谱-质谱联用仪:美国安捷伦公司;57310-U固相微萃取头、PDMS/DVB萃取头:美国Supelco公司。

1.3 方法

1.3.1 黍米黄酒酿造工艺及操作要点

操作要点:

黍米浸泡:称取黍米150 g,经过清洗,浸米24 h;

蒸煮糊化:将浸泡后的黍米蒸1 h,期间浇淋三次开水以保证黍米内无夹生;

摊凉拌曲:将蒸好的黍米进行摊晾拌曲,相对于黍米含量,分别添加安琪黄酒曲、大曲和红曲,质量分数分别为0.5%、10%、10%;按料液比1∶1.5(g∶mL)的比例加入纯净水;

发酵:前发酵温度25 ℃、主发酵时间7 d,期间适时地缓慢开耙搅拌,降温至后发酵温度,进入后发酵阶段,后发酵温度15 ℃、后发酵时间15 d;

压榨过滤:发酵结束后,使用无纺布过滤网压榨、澄清、过滤并煎酒灭菌,得到黍米黄酒。

1.3.2 挥发性风味物质的提取

利用顶空固相微萃取(SPME)技术对不同酒曲发酵的黄酒挥发性香气成分进行富集[14]。准确吸取5 mL不同黍米黄酒酒样,置于15 mL的固相微萃取样品瓶中,加入2 g氯化钠,在样品瓶中加入磁力转子,加入5 mL内标溶液(质量浓度为89.65 μg/L 2-辛醇),用封盖器封好,50 ℃水浴30 min,通过加热升温使得挥发性组分从样本中挥发出来;在顶空瓶里面的气液两相中达到热力学平衡之后,将已经老化处理过的萃取针插入样品瓶的顶空部位,推出萃取头使其暴露于顶空萃取瓶中进行萃取,吸附30 min。当样品萃取平衡后,缩回纤维头,吸附后的萃取针头迅速插入气相色谱进样口,推出纤维头于250 ℃解吸5 min。

1.3.3 挥发性香气物质检测

采用气相色谱-质谱(GC-MS)法对挥发性风味物质进行测定。

气相色谱条件:色谱柱为DB-WAX柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm);升温程序:初始温度35 ℃,以3.5 ℃/min升至230 ℃,保持10 min;载气为氦气(He),流速1.0 mL/min,不分流进样,进样口温度250 ℃。

质谱条件:电子电离(electron ionization,EI)源,离子源温度230 ℃,电子能量70 eV,四级杆温度150 ℃,质量扫描范围22~500 m/z[15]

定性定量方法:以保留时间及保留指数为定性依据,通过Mass Hunter B.06.00、MZmine 2.53及美国国家标准与技术研究院(National Institute of Standards and Technology,NIST)11数据库对原始数据进行物质比对,并按面积归一化法统计各组分的相对含量。

1.3.4 数据分析

结果以黍米黄酒样品三次重复的平均值进行分析。采用SIMCA 14.1进行主成分分析(principal components analysis,PCA)及正交偏最小二乘法判别分析(orthogonal partial least squares-discriminant analysis,OPLS-DA),R语言进行层次聚类分析(hierarchical cluster analysis,HCA),Origin 2021进行作图,SPSS20.0软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 基于HS-SPME-GC-MS技术对三种酒曲黍米黄酒的香气识别

通过GC-MS检测三种不同酒曲黄酒中的挥发性风味物质,得到总离子流色谱图(图1)。由图1可知,大曲与红曲酿造的黍米黄酒总离子流图检测出的特征峰较多,安琪黄酒曲酿造的黍米黄酒中检测到的特征峰最少,丰度也明显低于大曲和红曲酿造的黍米黄酒,这一结果表明不同酒曲在相同发酵条件下酿造出的黍米黄酒香气风味特点明显不同,也暗示了利用不同酒曲酿造黍米黄酒能够开发出不同风格特点的产品。

图1 不同酒曲酿造的黍米黄酒挥发性风味物质GC-MS分析的总离子流图
Fig.1 Total ion chromatograms of volatile flavor substances in millet Huangjiu brewed by different Jiuqu analysis by GC-MS

2.2 不同酒曲黍米黄酒挥发性风味物质的相对含量和组成比较

2.2.1 挥发性风味物质的相对含量分析

在大曲、红曲、安琪黄酒曲酿制的黍米黄酒中分别检测到235、239、165个峰信号,根据NIST11数据库进行定性定量分析,主要挥发性风味物质结果见表1。由表1可知,从三种黍米黄酒中得到32种高丰度的挥发性风味物质。红曲和大曲酿造的黍米黄酒中分别获得24种高丰度的挥发性风味物质,安琪黄酒曲酿造的黍米黄酒中得到21种主要挥发性风味物质。

表1 不同酒曲黍米黄酒特征风味物质测定结果
Table 1 Determination results of characteristic flavor substances in millet Huangjiu brewed by different Jiuqu

注:“-”表示未检出。

编号 化合物A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 B9 B10 B11 B12 B13 B14 B15 C1 C2 D1 D2 D3 E1 E2 E3相对含量/%大曲 红曲 安琪黄酒曲2,3-丁二醇异戊醇正己醇苯乙醇辛醇2-十六醇庚醇七甘醇叔十六硫醇辛酸乙酯丁二酸二乙酯乙酸苯乙酯棕榈酸甲酯癸酸乙酯棕榈酸乙酯油酸苄酯油酸乙酯亚油酸乙酯己酸乙酯肉豆蔻酸酯γ-丁内酯庚酸乙酯己酸-2-苯乙酯2-己基-1,1-双环丙烷-2-辛酸甲酯13.12 33.83 2.23 6.18 1.47--5.78-1.94 42.22 0.59 0.34--2.38 36.08 0.08 37.71 0.36 0.80 0.28 0.32-0.25 0.63 3.15 1.11 0.31-0.28 0.09 0.31 0.33-- - -0.03辛酸乙酸糠醛苯甲醛苯乙醛2-辛酮苯乙酮2-壬酮3.21 0.60 0.94 6.64-0.53-16.35 0.27 12.27 7.40-0.75 8.39 0.40 1.03 0.29 0.28 0.45 13.38 38.63-2.54-- ---0.09 1.68 3.15 0.74 0.06 0.17 7.79-3.81 3.91 0.83 0.61-0.09 0.02 0.19 0.94 1.33-17.31-0.82-1.35 1.70 0.27-3.58-

2.2.2 三种酒曲黍米黄酒差异风味物质分析

三种酒曲黍米黄酒挥发性风味物质韦恩图结果见图2。由图2可知,检测出的物质中有11种挥发性物质为三种黍米黄酒所共有,分别为2,3-丁二醇、正己醇、苯乙醇、辛醇、辛酸乙酯、丁二酸二乙酯、棕榈酸甲酯、油酸乙酯、亚油酸乙酯、2-己基-1,1-双环丙烷-2-辛酸甲酯、苯甲醛。三种酒曲酿造黍米黄酒中都有其特有的香气物质,其中安琪黄酒曲酿造的黍米黄酒产生的特有的挥发性风味物质数量最多,特有的挥发性风味物质为庚醇、苯乙醛和苯乙酮,大曲酿造的黍米黄酒中特有的挥发性风味物质为γ-丁内酯和糠醛,红曲酿造的黍米黄酒中特有的挥发性风味物质为2-壬酮。

图2 不同酒曲黍米黄酒挥发性风味物质韦恩图
Fig.2 Venn diagram of volatile aroma substances in millet Huangjiu brewed by different Jiuqu

2.2.3 三种酒曲黍米黄酒挥发性风味物质种类比较分析

不同酒曲黍米黄酒中主要挥发性风味物质组成见图3。由图3可知,三种酒曲酿造的黍米黄酒中的挥发性风味物质主要集中于酯类,主要有辛酸乙酯、己酸乙酯、油酸乙酯、棕榈酸乙酯等,其次是醇类,醇酯类化合物占总挥发性风味物质种类数的75%,酸和醛酮类物质种类及含量较少。谷晓东等[16]对红谷黄酒中风味物质进行分析,结果表明醇酯类物质在风味物质中占比最多,占总代谢物质种类的84%,该结果与本实验结果相似。大曲和红曲酿造的黍米黄酒中酸、醛、酮类挥发性风味物质比安琪黄酒曲种类丰富,使得大曲和红曲酿造的黍米黄酒较安琪黄酒曲酿造的黍米黄酒口感更为醇厚、浓郁。

图3 不同酒曲黍米黄酒中挥发性风味物质种类测定结果
Fig.3 Determination results of volatile flavor compounds in millet Huangjiu brewed by different Jiuqu

酯类物质主要产生于微生物代谢过程,由葡萄糖和氨基酸衍生的醇和酸在酶的催化作用下反应而生成[9]。大曲酿造的黍米黄酒中酯类物质中含量最高是油酸乙酯、棕榈酸乙酯及亚油酸乙酯,相对含量分别为12.27%、16.35%、7.40%,这三种酯类物质具有“淡花果香”,且三种脂肪酸酯的形成均主要来自发酵过程[17]。在黄酒酿造过程中,内酯类物质主要由酯化反应产生,常赋予黄酒水果香甜气味,但本研究结果仅在大曲酿造的黍米黄酒中检测到γ-丁内酯[18]。安琪黄酒曲酿造的黍米黄酒中,酯类物质在挥发性风味物质中占优势,检测到的酯类物质占安琪黄酒曲黄酒挥发性风味物质种类总数的47.6%。三种酒曲黍米黄酒中红曲酿造的黍米黄酒中酯类物质种类最为丰富,可见红曲发酵更利于黍米黄酒中的酯类物质生成。

醇类物质对黄酒风味影响显著,是构成黄酒风味的重要成分[19]。三种酒曲中安琪黄酒曲的醇类物质种类最为丰富,共检测出8种醇类物质。三种不同酒曲酿造的黍米黄酒中异戊醇、苯乙醇在醇类物质占主导地位,这些高级醇会让黄酒增加风味,使黄酒口感更加绵柔醇厚,但是高级醇含量过多易产生异杂味和较强的致醉性[20]。大曲、红曲、安琪黄酒曲黍米黄酒中异戊醇的相对含量分别为33.83%、0、36.08%,苯乙醇的相对含量分别为6.18%、42.22%、37.71%。苯乙醇具有芳香气味,黄酒中的玫瑰芳香风味由苯乙醇产生[21],对黄酒的醇香口感起到重要作用,同时苯乙醇也是黄酒中重要的高级醇,是黄酒国标中规定的检测指标之一[22]。异戊醇可通过亮氨酸降解产生,为黄酒提供典型的香蕉香气和醇香风味[23]

酸类物质可以促进黄酒中酯类等风味化合物的形成,还可作为碳源被黄酒酿造过程中产生的微生物利用。其中丁酸、辛酸和己酸是黄酒中重要的风味成分[24]。本研究鉴定出的酸类物质分别为辛酸和乙酸,两种酸类物质在红曲酿造的黍米黄酒中分布最多,相对含量分别为0.94%、1.33%。相比鉴定到的其他挥发性风味物质,酸类物质相对含量较低,尤其是安琪黄酒曲酿造的黄酒中未鉴定到酸类物质。虽然酸类化合物的含量微乎其微,但酸类物质可以通过调节黄酒的甜、涩、苦涩,以协调黄酒的香气和口感,使酒体更加清爽,醇香绵软。因此酸类化合物也是形成黄酒的独特风味至关重要的部分[25]

醛类物质可能是由脂肪酸脱羧、氧化并还原而成,也可能是酒曲内微生物代谢产生[25]。在三种黄酒中鉴定到的醛类物质分别为苯甲醛、糠醛和苯乙醛,糠醛和苯甲醛两种醛类物质主要在大曲酿造的黍米黄酒中检测出,相对含量分别为13.38%、38.63%。苯甲醛和糠醛在绍兴黄酒中醛类物质的含量、气味强度均较高,赋予绍兴黄酒焦香风味[26]。仅在安琪黄酒曲酿造的黍米黄酒中检测到苯乙醛。醛类物质在黄酒中起到协调香气的作用,其中苯甲醛和糠醛具有协同作用,赋予黄酒特有的杏仁和甜香风味[27]

综上可知,黍米黄酒中挥发性风味物质的组成复杂,这些化合物共同赋予黄酒怡人风味。同时发现不同酒曲黍米黄酒挥发性风味物质的相对含量有明显差异,这些差异主要体现在醇酯类物质上。

2.3 三种酒曲酿造黍米黄酒挥发性风味物质多元统计分析

2.3.1 基于无监督多变量分析的不同酒曲黍米黄酒挥发性风味物质分析

为了分析不同酒曲黍米黄酒的香气区域分布特征,用三种不同酒曲黍米黄酒的挥发性风味物质测定结果构建PCA模型,主成分得分结果及聚类分析结果见图4和图5。

图4 不同酒曲黍米黄酒挥发性风味物质主成分分析
Fig.4 Principal component analysis of volatile flavor substances in millet Huangjiu brewed by different Jiuqu

图5 不同酒曲黍米黄酒挥发性风味物质层次聚类分析热图
Fig.5 Heatmap of hierarchical cluster analysis volatile flavor substances in millet Huangjiu brewed by different Jiuqu

由图4可知,所有样品均处于95%置信区间内,累计方差贡献率为93%,累计预测率为59.1%,这一结果表明PCA模型良好;三种黍米黄酒平行样本聚在一起,不同酒曲黍米黄酒样本能够被明显区分,这一结果表明使用不同酒曲进行黄酒酿造对酒体的香气具有显著影响。

图5聚类分析结果再次印证三种酒曲黍米黄酒被明显区分,其中大曲酿造的黍米黄酒单独聚为一支,红曲黍米黄酒和安琪黄酒曲黍米黄酒聚为一大支,表明红曲黍米黄酒与安琪黄酒曲黍米黄酒中的挥发性风味物质较为相似。三种酒曲黍米黄酒中挥发性风味物质的相对含量各不相同,相较于安琪黄酒曲和红曲酿造的黄酒,大曲酿造的黍米黄酒中挥发性风味物质含量更为丰富,在热图中表现为黑色部分占比更多。大曲、红曲产酯类物质的能力较安琪黄酒曲强,与大曲酿造的黍米黄酒相比,红曲黄酒和安琪黄酒曲酿造的黍米黄酒中醇酯类含量相对丰富,这些结果表明三种酒曲在酿造过程中的发酵性能有一定差异。

2.3.2 基于有监督多变量分析的不同酒曲黍米黄酒标志挥发性风味物质的筛选

为了进一步分析不同酒曲对黍米黄酒挥发性风味物质的影响,对三种黍米黄酒样品的检出峰强度数据进行有监督分析。OPLS-DA是一种基于降维的多维向量分析方法,是一种多因变量对多自变量的回归建模方法,使分类信息主要集中在一个主成分中,其判别效果及主成分得分图的可视化效果更加明显[28]。对三种酒曲黄酒挥发性香气数据进行OPLS-DA分析,通过200个交叉验证和替换检验对已构建的模型进行可信度分析,结果见图6。

图6 不同酒曲黍米黄酒挥发性风味成分正交偏最小二乘法判别分析得分图(a)及置换检验结果(b)
Fig.6 OPLS-DA scores diagram (a) and permutation test results (b)of volatile flavor components in millet Huangjiu brewed by different Jiuqu

对于生物模型,置换检验的横坐标代表模型随机分组的Y与原始分组Y的相关性,纵坐标代表R2和Q2的得分,其中R2X和R2Y分别表示模型对X和Y矩阵的解释率,Q2表示模型的预测能力[29],由图6a可知,不同酒曲黄酒中挥发性风味物质组成存在差异,模型可以将不同酒曲的黄酒进行区分;图6b置换结果显示,R2和Q2高于原始OPLS-DA模型模拟的R2和Q2值分布,模型的Q2的一元线性回归曲线在纵轴上的截距<0,说明该OPLS-DA模型不存在过拟合现象,表明构建的OPLS-DA模型有效。利用三种大曲酿造的黄酒中检测到的挥发性组分数据建立OPLS-DA模型(R2Y=0.95,Q2Y=0.89),OPLS-DA模型显示不同酒曲黄酒样本组在空间上具有明显的区域性分布特征。

2.3.3 不同酒曲黍米黄酒特征挥发性风味物质的筛选

通过OPLS-DA分析,每个挥发性风味物质获得一个变量重要性投影(variable importance in projection,VIP)值,VIP值越大,代表该物质对于区分不同组别所具有的贡献越大,作为潜在的特征标记[30]。不同酒曲黍米黄酒的差异挥发性风味物质的VIP值及相对含量见图7和图8。

图7 不同酒曲黍米黄酒挥发性风味物质的变量重要性投影值
Fig.7 Variable importance in the projection values of volatile flavor components in millet Huangjiu brewed by different Jiuqu

图8 不同酒曲黍米黄酒标志挥发性风味物质的相对含量
Fig.8 Relative contents of volatile flavor components in millet Huangjiu brewed by different Jiuqu

由图7可知,VIP值>1的化合物有9种,包含3种醇(异戊醇、苯乙醇、2,3-丁二醇),2种醛(苯甲醛、糠醛),4种酯(棕榈酸乙酯、油酸乙酯、γ-丁内酯、亚油酸乙酯),1种酮(苯乙酮),说明在三种酒曲黍米黄酒中存在9种贡献度大的差异性风味物质,这些化合物对区分不同酒曲黍米黄酒的香气成分尤为重要。由图8可知,这些差异标志风味物质在大曲黍米黄酒中含量丰富,在安琪黄酒曲黍米黄酒中含量最低。

不同酒曲黍米黄酒中挥发性风味物质的种类和含量差异较大,这些差异的形成主要是由酒曲中的微生物引起。黄酒在开放环境下由多种微生物共同发酵酿造,因此酿造过程中黄酒的微生物群落在风味化合物的生产中起着决定性的作用[31]。微生物在发酵过程中逐渐富集,与分解酶参与众多代谢反应,这种多菌微生态体系提高了酒体的风味复杂性[32]

黍米黄酒酿造用曲中,红曲和大曲中的微生物群落结构差异大[33],红曲黄酒中红曲霉为优势真菌属,红曲霉与酯、醇、醛酮等风味物质的形成呈正相关[34],与该结论相同,本研究发现红曲酿造的黍米黄酒在三种酒曲黍米黄酒中酯类物质种类数最多。大曲表现出更复杂的细菌和真菌结构组成,主要细菌属为乳杆菌属(Lactobacillus)、魏斯氏菌属(Weissella)、明串珠菌属(Leuconostoc)等,主要真菌属为覆膜孢酵母属(Saccharomycopsis)、伊萨酵母属(Issatchenkia[35],制作大曲的原料丰富,微生物对原料进行代谢降解,其产生的代谢产物在满足微生物自身生长代谢的同时,还生成大量的风味物质及其前体[36],这也解释了筛选出的9种差异风味物质主要富集在大曲黍米黄酒中的原因。安琪黄酒曲是由多种活性微生物及酶制剂组成的复合酒曲,是将现代微生物技术与传统黄酒酿造工艺融合而开发的新的糖化剂[37],糖化力酒化力好,优势微生物为芽孢杆菌属、乳酸杆菌属。安琪黄酒曲与大曲尽管有着相似的微生物群落结构,但安琪黄酒曲酿造的黄酒中挥发性风味物质的丰度仍明显低于大曲酿造的黄酒[16]。因此导致安琪黄酒曲酿造的黍米黄酒中检测出的挥发性风味物质少,仅有异戊醇、苯甲醛等4种差异风味物质在安琪黄酒曲黍米黄酒种检测到,并且相对含量较另外两种黍米黄酒低,使得黄酒风味单一,口感没有大曲和红曲酿造的黍米黄酒丰富、柔润。

3 结论

本研究通过GC-MS定性定量分析不同黄酒酿造酒曲对黄酒风味和品质的影响。在大曲、红曲、安琪黄酒曲酿制的黍米黄酒中分别检测到235、239、165个峰信号,对其中32种高丰度挥发性风味物质进行分析发现,三种黍米黄酒的香气物质中以醇酯类物质占主导,醇酯类占总挥发性风味物质种类数的75%,大曲酿造的黍米黄酒中醇类物质最丰富,红曲更利于黍米黄酒中酯类物质的生成,尤其是棕榈酸乙酯。多元统计分析得出三种不同酒曲黍米黄酒中的挥发性风味物质存在差异,通过VIP值筛选出异戊醇、苯乙醇、苯甲醛、棕榈酸乙酯、糠醛、油酸乙酯、2,3-丁二醇、γ-丁内酯、亚油酸乙酯9种差异风味物质。本研究结果丰富了黍米黄酒风味化学的理论数据,为开发不同酒曲黍米黄酒的可行性提供了数据支撑,也为其他传统发酵食品在发酵剂与风味之间的关系研究提供了参考。

参考文献:

[1]CHEN G M,HUANG Z R,WU L,et al.Microbial diversity and flavor of Chinese rice wine(Huangjiu):an overview of current research and future prospects[J].Curr Opin Food Sci,2021,42:37-50.

[2]GUAN Z,REN X,BIAN S, et al.Study on the relationship between the degradation degrees of enzymatically extruded glutinous rice and the qualities of fermented Chinese rice wine[J].J Cereal Sci,2022,105:103476.

[3]GUAN Z, ZHANG Z, REN X, et al.Study on the relationship between the degradation degrees of glutinous rice starch extruded with different α-amylases and the qualities of Chinese rice wine[J].Int J Food Sci Technol,2022,57(8):4792-4803.

[4]CHEN G M,LI W L,TONG S G,et al.Effects of the microbial community on the formation of volatile compounds and biogenic amines during the traditional brewing of Hongqu rice wine[J].Curr Res Food Sci,2022,5:1433-1444.

[5]LIU S P,MAO J,LIU Y Y,et al.Bacterial succession and the dynamics of volatile compounds during the fermentation of Chinese rice wine from Shaoxing region[J].World J Microbiol Biotechn,2015,31(12): 1907-1921.

[6]蒋彰.黍米黄酒关键风味物质研究[D].无锡:江南大学,2021.

[7]李博艺.山楂黄酒生产工艺的研究[D].天津:天津科技大学,2018.

[8]WANG K, WU H, WANG J, et al.Microbiota composition during fermentation of broomcorn millet Huangjiu and their effects on flavor quality[J].Foods,2023,12(14):2680.

[9]LI M, ZHAN P, WANG P, et al.Characterization of aroma-active compounds changes of Xiecun Huangjius with different aging years based on odor activity values and multivariate analysis[J].Food Chem,2023,405(Pt A):134809.

[10]XIAO R,CHEN S,WANG X,et al.Microbial community starters affect the profiles of volatile compounds in traditional Chinese Xiaoqu rice wine: Assement via high-throughput sequencing and gas chromatography-ion mobility spectrometry[J].LWT-Food Sci Technol,2022,170(1):114000.

[11]QIAN M,RUAN F,ZHAO W,et al.The dynamics of physicochemical properties,microbial community,and flavor metabolites during the fermentation of semi-dry Hakka rice wine and traditional sweet rice wine[J].Food Chem,2023,416:135844.

[12]PENG Q,ZHENG H,LI S,et al.Analysis on driving factors of microbial community succession in Jiuyao of Shaoxing Huangjiu(Chinese yellow rice wine)[J].Food Res Int,2023,172:113144.

[13]HUANG Z R,GUO W L,ZHOU W B,et al.Microbial communities and volatile metabolites in different traditional fermentation starters used for Hong Qu glutinous rice wine[J].Food Res Int,2019,121:593-603.

[14]PENG Q, ZHENG H, MENG K, et al.The way of Qu-making significantly affected the volatile flavor compounds in Huangjiu(Chinese rice wine)during different brewing stages[J]. Food Sci Nutr,2022,10(7):2255-70.

[15]田翔,乔治军.固相微萃取-气质联用法分析黄酒中挥发性成分[J].现代农业科技,2019(16):191-194,196.

[16]谷晓东,刘怡琳,席晓丽,等.基于高通量测序技术对6种黄酒酒曲中微生物多样性的研究[J].食品工业科技,2022,43(16):148-57.

[17]王娜.基于组学技术的中国黄酒陈酿香气组分分析及酒龄识别的研究[D].无锡:江南大学,2020.

[18]刘少璞,周志磊,姬中伟,等.全二维与一维气相色谱质谱联用技术解析苏派黄酒挥发性组分[J].食品与发酵工业,2022,48(9):223-229.

[19]黄晓媛,钱敏,阮凤喜,等.黄酒中醇类物质的研究进展[J].食品工业,2022,43(1):237-40.

[20]康新玥,魏敏,江森,等.糖诱导型启动子调控ALD6基因表达降低黄酒中的高级醇生成量[J].食品与发酵工业,2022,48(23):17-24.

[21]YANG Y,AI L,MU Z,et al.Flavor compounds with high odor activity values(OAV>1)dominate the aroma of aged Chinese rice wine(Huangjiu)by molecular association[J].Food Chem,2022,383:132370.

[22]陈双.中国黄酒挥发性组分及香气特征研究[D].无锡:江南大学,2013.

[23]卢丽娜.外加氮源、环境温度对黄酒品质影响的研究[D].杭州:浙江农林大学,2022.

[24]LIU C,HOU H,LU X,et al.Production of an innovative mixed Qu(fermentation starter)for waxy maize brewing and comparison of the quality of different waxy maize wines[J].J Sci Food Agr,2021,101(6):2328-2336.

[25]ZHANG W,REN Q,WANG Z,et al.Analysis of the microbial community structure and volatile metabolites of Jiuyao in Fangxian, China[J].Fermentation,2022,8(12):7437.

[26]解铜.绍兴地区传统黄酒的香气特征及其协同作用的研究[D].上海:上海应用技术大学,2020.

[27]YU H,XIE T, XIE J, et al.Aroma perceptual interactions of benzaldehyde,furfural,and vanillin and their effects on the descriptor intensities of Huangjiu[J].Food Res Int,2020,129:108808.

[28]KANG C,ZHANG Y,ZHANG M,et al.Screening of specific quantitative peptides of beef by LC-MS/MS coupled with OPLS-DA[J].Food Chem,2022,387:132932.

[29]王振涛.大气PM2.5暴露对哮喘小鼠肺和肝组织损伤的代谢组学研究[D].太原:山西大学,2019.

[30]YUE Y,WANG C,CHEN Y,et al.Aroma characteristics of flaxseed milk via GC-MS-O and odor activity value calculation:Imparts and selection of different flaxseed varieties[J].Food Chem,2024,432:137095.

[31]YANG Y, HU W, XIA Y, et al.Corrigendum: flavor formation in chinese rice wine(Huangjiu):impacts of the flavor-active microorganisms,raw materials,and fermentation technology[J]. Front Microbiol,2021,12:636810.

[32]郭伟.不同环境温度条件下传统绍兴黄酒发酵过程中菌群结构及香气物质变化的研究[D].上海:上海应用技术大学,2022.

[33]李斌,陈亚楠,孙旭,等.Illumina MiSeq高通量测序分析红谷黄酒酒曲微生物菌群多样性[J].中国酿造,2022,41(9):86-92.

[34]LIU A, YANG X, GUO Q, et al.Microbial communities and flavor compounds during the fermentation of traditional hong qu glutinous rice wine[J].Foods,2022,11(8):1097.

[35]ZONG E,BO T,DANG L,et al.Different functions can be provided by low temperature Daqu with different appearance features due to variations in the microbial community structure during fermentation[J].LWT-Food Sci Technol,2024,193:115763.

[36]张清玫,赵鑫锐,李江华,等.不同香型白酒大曲微生物群落及其与风味的相关性[J].食品与发酵工业,2022,48(10):1-8.

[37]刘杰,陈国飞,李峰齐,等.黄酒曲和麦曲在机械化黄酒酿造中的应用比较[J].酿酒科技,2016(5):83-85.

Effects of three kinds of Jiuqu on the aroma components of millet Huangjiu based on HS-SPME-GC-MS

BO Tao1,2,ZHANG Jiaojiao3,LV Na1,BAI Baoqing2,3,ZHANG Jinhua2,3,FAN Sanhong2,3,JIA Liyan4,TIAN Xiang5*
(1.Shanxi Key Laboratory of Biotechnology,Key Laboratory of Chemical Biology and Molecular Engineering of Ministry of Education,Institute of Biotechnology,Shanxi University,Taiyuan 030006,China;2.Xinghuacun College,Shanxi University,Taiyuan 030006,China;3.School of Life Science,Shanxi University,Taiyuan 030006,China;4.College of Food Science and Engineering,Shanxi Agricultural University,Jinzhong 030801,China;5.Center for Agricultural Genetic Resources Research,Shanxi Agricultural University,Taiyuan 030031,China)

Abstract:In order to explore the effect of different Jiuqu on the flavor of the millet Huangjiu,millet Huangjiu was brewed using three different Jiuqu(Angel Huangjiuqu,Daqu,and Hongqu),and the volatile flavor compounds in the three types of millet Huangjiu were detected by HS-SPME-GC-MS.The results showed that 235,239,and 165 peak signals were detected in the millet Huangjiu brewed with Daqu,Hongqu,and Angel Huangjiuqu,respectively.The 32 volatile flavor compounds with high abundance identified from different Huangjiu samples were analyzed, among which 11 volatile flavor compounds were common to the three millet Huangjiu.The unique volatile flavor compounds in the millet Huangjiu brewed with Angel Huangjiuqu were heptanol, phenylacetaldehyde, and acetophenone, while the unique volatile flavor compounds in the millet Huangjiu brewed with Daqu were γ-butanone and furfural,and the unique volatile flavor compounds in the millet Huangjiu brewed with Hongqu were 2-nonone.The use of different Jiuqu had a significant impact on the flavor of millet Huangjiu,mainly reflected in the 9 different volatile flavor compounds such as isoamyl alcohol,benzaldehyde,furfural and so on which were screened by variable importance in the projection(VIP)value>1.

Key words:gas chromatography-mass spectrometry;millet Huangjiu;volatile flavor compound;Jiuqu

中图分类号:TS262.4

文章编号:0254-5071(2024)08-0274-07

doi:10.11882/j.issn.0254-5071.2024.08.040

引文格式:薄涛,张娇娇,吕娜,等.基于HS-SPME-GC-MS分析三种酒曲发酵对黍米黄酒香气成分的影响[J].中国酿造,2024,43(8):274-280.

收稿日期:2023-11-14

修回日期:2024-01-08

基金项目:山西大学杏花村学院开放基金项目(XCSXU-KF-202203,XCSXU-KF-202201,XCSXU-KF-202208,XCSXU-KF-202211);山西省基础研究计划青年科学研究项目(202103021223148);山西农业大学学术恢复科研专项(2020xshf64)

作者简介:薄 涛(1986-),男,副教授,博士,研究方向为酿造微生物及应用。

*通讯作者:田 翔(1982-),女,副研究员,硕士,研究方向为农作物加工及品质研究。