基于GC-IMS分析添加五谷对红茶菌奶酒挥发性风味物质的影响

谢 敬1,周嘉诺1,隆 瑞1,唐佳鑫1,宋 阳1,凌紫青1,2,陈泓帆1,2,罗琪琪3,聂 鑫1*

(1.四川旅游学院 烹饪与食品科学工程学院,四川 成都 610100;2.成都大学 食品与生物工程学院,四川 成都 610106;3.成都医学院 检验医学院,四川 成都 610500)

摘 要该研究以鲜牛奶为原料,接种红茶菌及酵母菌发酵制备红茶菌奶酒。以红茶菌奶酒为对照(CK),以添加五谷混合发酵的红茶菌五谷奶酒为实验组(WG),通过气相色谱-离子迁移谱(GC-IMS)技术测定其挥发性风味物质,并对结果进行主成分分析(PCA)及正交偏最小二乘-判别分析(OPLS-DA)。结果表明,两种奶酒样品共检出40种挥发性风味物质,包括醇类10种,酯类16种,酮类5种,醛类5种,烃类2种,杂环类1种,萜烯类1种。红茶菌五谷奶酒酯类物质占比(43.00%)高于对照(CK)(31.89%)。PCA及OPLS-DA能有效区分两种奶酒样品。 基于相对气味活度值(ROAV)及变量重要性投影值(VIP),筛选出6种关键挥发性风味物质(ROAV>1)及14种差异风味标志物(VIP>1)。 综上,添加五谷发酵增加了红茶菌奶酒的麦芽味、草药味、青香、苹果香。

关键词红茶菌奶酒;五谷;气相色谱-离子迁移谱;挥发性风味物质

中图分类号TS261.3;O657.7

文章编号:0254-5071(2025)05-0284-08

doi: 10.11882/j.issn.0254-5071.2025.05.042

引文格式谢敬,周嘉诺,隆瑞,等.基于GC-IMS分析添加五谷对红茶菌奶酒挥发性风味物质的影响[J].中国酿造,2025,44(5):284-291.

收稿日期2024-06-05

修回日期:2024-11-22

基金项目国家级大学生创新创业活动计划项目(202211552018);四川旅游学院博士训练营重点专项科研项目(2023SCTUBSZD05);四川旅游学院川味预制菜及营养功能开发创新团队项目(22SCTUTP01);四川旅游学院申硕专项项目(24SCTUZZ04)

作者简介谢 敬(2000-),女,本科生,研究方向为酿酒工程。

*通讯作者聂 鑫(1985-),女,副研究员,博士,研究方向为食品微生物开发与应用。

Effect of adding five grains on volatile flavor substances of Kombucha milk wine based on GC-IMS

XIE Jing1,ZHOU Jianuo1,LONG Rui1,TANG Jiaxin1,SONG Yang1,LING Ziqing1,2,CHEN Hongfan1,2,LUO Qiqi3,NIE Xin1*
(1.College of Culinary and Food Science Engineering,Sichuan Tourism University,Chengdu 610100,China;2.College of Food and Biological Engineering,Chengdu University,Chengdu 610106,China;3.Medical College of Laboratory Science,Chengdu Medical College,Chengdu 610500,China)

Abstract:Kombucha milk wine was prepared with fresh milk as the raw material and fermented by Kombucha and yeast.Using Kombucha milk wine as the blank group(CK),and the Kombucha five grains milk wine prepared by mixed fermentation with five grains as the experimental group(WG),the volatile flavor substances were determined by gas chromatography-ion mobility spectrometry (GC-IMS) technology, and principal component analysis(PCA)and orthogonal partial least squares-discriminant analysis(OPLS-DA)were performed based on the results.The results showed that a total of 40 volatile flavor substances were detected in the two milk wine samples,including 10 alcohols,16 esters,5 ketones,5 aldehydes,2 hydrocarbons,1 heterocyclic compound,and 1 terpene compound.The proportion of ester substances in the Kombucha milk wine(43.00%)was higher than that in the control(CK)(31.89%).PCA and OPLS-DA could effectively distinguish the two types of milk wine samples.Based on the relative odor activity value (ROAV) and variable importance in projection (VIP) value, 6 key volatile flavor substances (ROAV>1) and 14 differential volatile markers (VIP>1).To sum up, the malt flavor, herbal flavor, green flavor and apple flavor of the milk wine were increased by adding five grains fermentation.

Key words:Kombucha milk wine;five grains;gas chromatography-ion mobility spectrometry;volatile flavor compound

奶酒是以动物乳、乳清或乳清粉等为原料,添加发酵剂发酵而成的低度酒,是欧亚游牧民族的传统发酵乳制品。鲜奶杂质少,不含植物纤维,用其酿出的奶酒所含甲醇、异丁醇等有害成分极低,故而奶酒饮后不上头,不伤胃损肝,且风味独特,具有较高的营养和健康价值[1]。 夏亚男等[2]利用固相微萃取结合气相色谱-质谱联用(solid-phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry,SPME-GCMS)法和气味活度值(odor activity value,OAV)分析出奶酒主要风味物质为己酸乙酯、辛酸乙酯、丁酸乙酯等。武庆尉[3]研究表明,奶酒风味独特,奶香宜人,澄清透亮,酸甜适口。 牛奶作为一种营养成分丰富的食品,可作为红茶菌的发酵底物,郑有为等[4]选用新鲜的牛奶作为试验材料,研发出红茶菌酸奶,证实了红茶菌发酵牛奶的可行性。

红茶菌又名“海宝”、“胃宝”,是一种由醋酸菌、少量乳酸菌和不同酵母菌组成的共生菌,其发酵液具有解毒和提神的功效[5]。 红茶菌发酵液中富含各种有机酸、D-葡萄糖二酸、微量元素、茶多酚、维生素以及酚类等抗氧化性物质,具有促进新陈代谢、保肝护肝、增强机体免疫力和抗氧化等功效[6-7]。近年来红茶菌饮料市场的发展十分可观,但在发酵酒方面运用较少。孙永康等[8]利用红茶菌和葡萄酒酵母发酵红茶糖水,制备并改良得到红茶菌酒。 但单一红茶菌发酵存在发酵后酒体酒精度较低,口味偏酸,风味较为单一的问题[9]

五谷(稻、麦、黍、稷、菽)在我国的膳食中占有重要的地位,具有味甘性平、健脾和胃等特点。以五谷为原料酿造而成的五谷甜酒口味香甜醇美,与红茶菌奶酒混合发酵时,为微生物发酵提供多样营养物质,产生新风味物质并促进风味物质间反应融合,赋予红茶菌奶酒更醇厚独特的风味。目前关于五谷对红茶菌奶酒挥发性风味的影响的研究尚未见报道。

本研究以添加和不添加五谷混合发酵的红茶菌奶酒为研究对象,通过气相-离子迁移谱(gas chromatographyionmobilityspectrometry,GC-IMS)测定其挥发性风味组成,以期阐明添加五谷对红茶菌奶酒挥发性风味的影响,并为红茶菌奶酒品质和风味提升提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

红茶菌:山东支氏胃宝生物科技有限公司;甜酒曲、酵母菌:湖北安琪酵母有限公司;五谷(糯米、小麦、小米、黄米、红豆)、白砂糖、鲜牛奶、茶叶(红茶):市售。

1.2 仪器与设备

FlavourSpecR气相-离子迁移谱联用(GC-IMS)仪:德国G.A.S公司;PAL RSI自动进样器:瑞士思特斯分析仪器有限公司;FA2004E电子分析天平:常州幸运电子设备有限公司;MZ-ZG26Easy401电蒸锅:广东美的厨卫电器制造有限公司。

1.3 方法

1.3.1 红茶菌五谷奶酒制备工艺流程及操作要点

操作要点:

红茶菌菌种活化:按1∶10(g∶mL)的比例向沸水中加入白砂糖,搅拌至溶解,按照6∶100(g∶mL)的比例向糖水中加入茶叶,浸泡10 min后过滤茶渣,冷却至28 ℃;接种一定量红茶菌,于28 ℃恒温培养箱静置培养,直至长出菌膜。

酵母菌活化:于5 g/100 mL蔗糖溶液中加入2%酵母菌,30 ℃条件下活化30 min。

奶酒发酵:在鲜奶中加入60 g/L的白砂糖,按8%的接种量接种复合菌种(酵母菌∶红茶菌=3:1),于30 ℃恒温培养箱发酵2 d至发酵液酒精度稳定在10.5%vol,去除奶渣后得到红茶菌奶酒。

五谷浸泡、蒸煮:称取一定量混合五谷(糯米∶小麦∶小米∶黄米∶红豆=5:1∶1.5∶1.5∶1),淘洗,按料水比1∶2(g∶mL)的比例在室温条件下浸泡1 d,将五谷捞出沥干水分后蒸煮1 h。

淋饭、接种拌曲:蒸煮1 h的五谷冷却后加少量水揉散,加入2%甜酒曲后混合均匀。

搭窝糖化:将拌合均匀的五谷以四周高、中心低的方式装入发酵罐中,30 ℃发酵1 d。

混合发酵:将红茶菌奶酒加入糖化后的五谷中(五谷与奶酒的比例为1∶1),于室温条件下继续发酵至发酵液酒精度稳定在12.5%vol,去五谷渣得到红茶菌五谷奶酒(将红茶菌奶酒设定为CK组,红茶菌五谷奶酒设定为WG组)。

1.3.2 挥发性风味物质检测

取1.00 mL样品于20 mL顶空进样瓶中,密封,自动进样器参数设置为:顶空瓶孵化温度50 ℃,孵化时间10 min,孵化速度500 r/min,进样针温度85 ℃,进样体积100 μL,每个样品平行测定3次。

GC条件:MXT-WAX色谱柱(30 m×0.53 mm,1 μm),色谱柱温度60 ℃,载气为高纯氮气(N2)(纯度>99.999%),运行时间30 min,载气起始流速2 mL/min,保持2 min,2~5 min流速为10 mL/min,5~15 min流速为15 mL/min,15~20 min流速为50 mL/min,20~25 min流速为100 mL/min。

IMS条件:电离源为氚,载气为高纯氮气(N2)(纯度>99.999%),漂移管长度10 cm,管内电压400 V/cm,漂移气流速150 mL/min,IMS探测器温度45 ℃。

定性定量方法:通过GC-IMS系统内置美国国家标准与技术研究院(national institute of standards and technology,NIST)2014数据库和IMS数据库对挥发性物质进行定性分析。通过GC-IMS峰体积数据进行相对定量分析。

1.3.3 相对气味活度值分析

通过计算相对气味活度值(relative odor activity value,ROAV),可以确定奶酒中的挥发性风味物质的贡献程度。通常认为,ROAV>1为关键风味物质,0.1<ROAV≤1,对样品的整体风味起修饰作用[10],为重要挥发性风味物质。对样品挥发性风味成分贡献最大的化合物ROAV设定为100,其余各组分的ROAV计算公式如下:

式中:Cx表示化合物x的相对百分含量,%;Tx表示化合物x的香气阈值,mg/kg;TstanCstan分别是对样品风味贡献最大的化合物的香气阈值和相对百分含量,mg/kg和%。

1.3.4 数据处理

利用GC-IMS仪器配置的LAV软件进行GC-IMS数据分析。利用Microsoft office 2021进行数据处理,主成分分析(principal component analysis,PCA)和正交偏最小二乘-判别分析(orthogonalpartial least squares-discriminant analysis,OPLS-DA)通过SIMCA(14.1)完成,聚类分析通过R V4.2.3进行可视化。

2 结果与分析

2.1 两种奶酒挥发性风味物质GC-IMS分析结果

GC-IMS技术测定两种奶酒的挥发性风味物质二维谱图见图1。以化合物的离子迁移时间为横坐标,挥发性化合物的保留时间为纵坐标,横坐标0.5处的红色竖线为归一化后的反应离子峰(reactive ion peak,RIP)[11]。RIP峰两侧的每一个点代表一种挥发性有机物,颜色代表物质的含量,白色表示含量较低,红色表示含量较高,颜色越深表示浓度越大[12]。 由图1A可知,红茶菌奶酒和红茶菌五谷奶酒中的挥发性风味物质存在较大差异。以CK为对照,其余样品扣除对照,若挥发性风味成分含量相近则扣除背景后为白色,若挥发性风味成分含量高于或低于对照,则扣除背景后为红色或蓝色。由图1B可知,相较于CK组,WG组含有更丰富的挥发性风味物质。两种奶酒中的主要挥发性物质在迁移时间为0.5~1.0 ms,保留时间为280~900 s,但是在WG组中个别挥发性化合物信号保留时间为1 300~1 600 s,可能是由于这些化合物极性更低,导致这些挥发性成分在非极性柱上保留时间比极性化合物长[13]

图1 两种奶酒的GC-IMS二维谱图(A)和二维差异谱图(B)
Fig.1 GC-IMS two-dimensional spectra (A) and two-dimensional difference spectra (B) of 2 types of milk wines

利用LAV软件的GalleryPlot插件选取了两种样本谱图中物质信号峰形成指纹图谱,结果见图2。 由图2可知,A区域是两种奶酒共有且差异相对较小的挥发性风味成分,主要包括丙酸甲酯、莰烯、2-甲基丁酸乙酯、乙酸丁酯-M、丁醛等9种;B区域是CK样品中含量较高,WG样品中含量较低的挥发性风味成分,主要包括1-辛醇-M、1-戊醇-D、乙酸丁酯-D、3-甲基-2-丁烯醛、1-丁醇-M等12种;C区域是WG样品中含量较高,CK样品中含量较低的挥发性风味物质,主要包括乙酸异戊酯-D、2-甲基-1-乙酸丙酯、庚酸乙酯、辛酸乙酯、乙酸异戊酯-M等22种。 其中有机酸主要来源于红茶菌[14],莰烯是酿酒过程中重要的挥发性风味化合物,萜类化合物多存在于中草药和水果、蔬菜以及全谷粒食物中,其产生主要源于五谷中的芳香物质在发酵过程中的转化,酵母在发酵过程中会分解五谷中的糖分,产生乙醇和二氧化碳,并释放出各种挥发性化合物(包括莰烯),酵母菌的代谢作用和发酵条件是影响莰烯产生的关键因素[15]

图2 两种奶酒中挥发性风味物质指纹图谱
Fig.2 Fingerprint of volatile flavor compounds in 2 types of milk wines

两种奶酒挥发性风味物质GC-IMS分析结果见表1。

表1 两种奶酒挥发性风味物质气相色谱-离子迁移谱联用分析结果
Table 1 Results of GC-IMS analysis of volatile flavor substances in 2 types of milk wines

序号 保留时间/s种类 化合物A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 A11 A12 A13 A14 A15 A16 A17 A18 A19 A20 A21 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 B9 B10 B11 B12 B13 B14 B15 C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7酯类醇类酮类乙酸异戊酯-D乙酸异戊酯-M乙酸异丁酯2-甲基丁酸乙酯丁酸异丁酯-D丁酸异丁酯-M乙酸丁酯-D乙酸丁酯-M丁酸乙酯丙酸丁酯异丁酸乙酯乙酸乙酯己酸乙酯-D己酸乙酯-M庚酸乙酯辛酸乙酯-M辛酸乙酯-D戊酸乙酯丙酸乙酯丙酸己基酯丙酸甲酯桉叶油醇1-丁醇-D 1-丁醇-M 1-己醇-D 1-己醇-M 1-辛醇-D 1-辛醇-M 1-戊醇-D 1-戊醇-M 1-丙硫醇2-丁醇2-呋喃甲硫醇2-甲基丙醇-D 2-甲基丙醇-M己醇1-戊烯-3-酮2-丁酮-D 2-丁酮-M 2-庚酮-D 2-庚酮-M 2-戊酮3-羟基-2-丁酮538.47 539.62 374.80 387.71 614.83 619.22 454.06 455.08 408.10 534.45 333.32 291.95 860.84 862.30 1 162.49 1 531.69 1 517.84 565.99 332.82 1 185.00 287.05 749.71 593.38 594.97 1 255.64 1 251.25 961.02 999.96 938.75 939.27 265.47 335.06 1 394.85 481.89 482.31 468.30 413.21 296.97 298.06 686.21 690.77 348.33 1 029.65相对迁移时间/ms 1.75 1.30 1.61 1.23 1.80 1.33 1.61 1.24 1.56 1.28 1.56 1.34 1.79 1.34 1.41 1.48 2.03 1.27 1.46 1.43 1.09 1.32 1.38 1.18 1.64 1.33 1.40 1.38 1.51 1.25 1.17 1.32 1.11 1.37 1.17 1.25 1.32 1.25 1.06 1.63 1.26 1.37 1.33峰体积/a.u CK WG 61.33±4.78b 203.72±2.16b 64.27±9.20b 1 464.44±11.67a 162.44±10.56a 471.00±2.57b 88.48±1.49a 389.01±12.46a 18 026.73±338.56b 345.12±3.60a 34.47±0.40b 10 400.09±110.09b 1 183.77±16.20b 3 887.00±16.85b 69.79±1.22b 576.54±14.02b 253.71±29.92b 71.03±7.23a 6 417.01±107.22a 75.22±4.08a 495.60±12.03a 59.63±8.65b 10 692.33±101.30a 3 852.94±60.33a 4 860.18±125.85a 16 476.92±315.30a 171.35±10.42b 432.87±9.54a 195.83±7.08a 1 320.81±31.16a 376.87±7.51b 241.09±4.23b 2 685.32±1 535.54a 5 297.52±44.94b 1 654.68±30.00a 81.25±5.39b 646.43±16.33a 64.93±3.83b 216.90±50.93a 28.14±1.83a 296.29±3.40b 411.13±8.98a 45.77±4.09b 4 264.97±50.65a 485.28±19.54a 3 600.66±37.62a 1 095.83±35.35b 177.17±4.31a 1 310.97±19.41a 21.80±3.98b 283.79±10.02b 29 365.00±55.51a 312.88±14.60b 211.78±1.47a 15 422.83±107.92a 12 531.51±108.51a 5 823.97±114.56a 182.21±8.02a 961.55±82.47a 623.15±43.24a 57.26±3.59a 3 993.59±37.62b 46.62±1.60b 160.42±12.85b 1 363.29±13.20a 5 947.56±67.89b 2 038.10±36.21b 524.78±63.07b 5 827.28±150.46b 465.92±40.08a 219.98±12.15b 86.83±3.35b 969.69±11.16b 1 026.00±15.20a 555.77±6.66a 3 207.12±53.04a 9 909.93±161.11a 946.21±15.32b 863.22±3.58a 316.21±3.60b 77.74±1.62a 219.61±1.89a 23.99±2.77a 463.40±19.27a 381.87±11.98a 233.53±21.10a

续表

注:“D”代表二聚体;“M”代表单体;同行不同小写字母表示存在显著性差异(P<0.05)。

序号 保留时间/s种类 化合物D1 D2 D3 D4 D5 E1 E2 E3 F1 G1醛类烃类杂环萜烯香茅醛异丁醛异戊烯醛苯甲醛丁醛丁基苯丙基苯-D丙基苯-M 2-乙基-5-甲基吡嗪莰烯1 632.12 234.84 687.27 1 704.34 263.37 1 025.37 779.72 782.64 1 356.84 421.63相对迁移时间/ms 1.38 1.10 1.36 1.15 1.12 1.21 1.50 1.25 1.20 1.21峰体积/a.u CK WG 6 922.00±8 721.28a 168.76±72.15b 201.82±10.59a 3 165.75±2 461.95a 1 407.81±9.68b 110.72±11.59b 16 938.10±189.82b 8 224.01±253.64a 563.91±258.13a 4 008.39±49.76a 15 565.39±931.76a 919.57±32.93a 101.36±5.36b 4 643.18±56.73a 2 076.78±29.41a 1 280.43±89.09a 31 928.18±178.39a 3 969.40±45.26b 692.77±118.48a 2 853.26±45.65b

由表1可知,利用GC-IMS技术从两个样品中共检出54个物质峰,一些化合物可以以二聚体或三聚体的形式存在,从而产生部分信号峰。通过GC-IMS系统内置的NIST 2014和IMS数据库对检出的物质峰进行鉴定,共检出40种挥发性风味物质,包括酯类16种,醇类10种,酮类5种,醛类5种,烃类2种,2-乙基-5-甲基吡嗪、莰烯;其中13种挥发性风味物质存在单体和二聚体。 红茶菌五谷奶酒中酯类物质占比为43.00%,醇类物质占比为18.39%;红茶菌奶酒中的酯类物质占比为31.89%,醇类物质占比为35.05%。相较于红茶菌奶酒,红茶菌五谷奶酒中的醇类物质含量减少,酯类物质含量增加。在酵母菌生物合成酯类的过程中,脂肪酸可与辅酶A结合生成对应的脂酰辅酶A,并与乙醇在醇酰基转移酶的作用下生成乙基酯类[16]

酯类物质主要来源于醇和酸在非酶催化下的酯化反应以及微生物作用下的酶催化酯化反应[17],具有令人愉悦的果香,酯类物质阈值较低且气味浓郁,是两种奶酒中重要的挥发性风味来源。其中,丁酸乙酯具有草莓香气,乙酸异戊酯具有香蕉香气,己酸乙酯具有青苹果、紫罗兰等花香[18]。醇类物质主要来源于碳水化合物发酵、甲基酮还原、氨基酸代谢和脂质氧化等多种途径,是酒类的醇甜和香气的重要来源,也是酯类的前体物质,其香气特征主要是水果香和花香[19]。醛类物质通常阈值较低且气味具有叠加作用,主要来源于脂质氧化和不饱和脂肪酸的氧化裂解[20]。其中,香茅醛具有柠檬、薄荷以及玫瑰香气;异丁醛主要来源于红茶菌,是构成红茶果香、甜香、焦糖香的主体香气物质[21]。这些风味物质共同组成了两种奶酒的复杂香气特征[22-26]

相较而言,WG组香气成分更为丰富,果味更加浓郁,减少了醚味等刺激性气味,整体风味更为协调。

2.2 两种奶酒关键香气物质分析

酒类风味特征不仅与酒体中挥发性风味物质组成及含量有关,还与其在酒精溶液中的阈值息息相关[27]。通过查阅相关文献确定阈值,计算相对气味活度值,结果见表2。 由表2可知,CK组与WG组中贡献最大的物质均为2-呋喃甲硫醇,2-呋喃甲硫醇鲜少在酒类相关报导中出现,稀释后具有咖啡香气、焦糖香[28]。在两种奶酒样品中共筛选出6种关键挥发性风味物质(ROVA>1),其中,CK组、WG组奶酒样品中分别共筛选出5种、6种关键挥发性风味物质。

表2 两种奶酒中主要挥发性风味物质及其气味描述
Table 2 Main volatile flavor components and their odor descriptions in 2 types of milk wines

序号 化合物 CAS 阈值/(mg·kg-1) 气味描述ROAV CK WG 1 2 3 4 5 6 7乙酸异戊酯-D 2-甲基丁酸乙酯丁酸乙酯异丁酸乙酯己酸乙酯-D己酸乙酯-M丙酸乙酯123-92-2 7452-79-1 105-54-4 97-62-1 123-66-0 123-66-0 105-37-3 0.003 0.000 15 0.001 0.000 1 0.000 5 0.000 5 0.01 0.00 1.82 3.36 0.06 0.44 1.45 0.12 0.22 1.14 4.58 0.33 3.91 1.82 0.06香蕉香、甜香、苹果香果香菠萝香、果香水果香,花香菠萝香、香蕉香、酒香菠萝香、香蕉香、酒香香蕉香

续表

序号 化合物 CAS 阈值/(mg·kg-1) 气味描述ROAV CK WG 8 9 1 0 11 12 13 14 15桉叶油醇1-辛醇-D 1-辛醇-M 1-丙硫醇2-呋喃甲硫醇1-戊烯-3-酮香茅醛异丁醛470-82-6 124-13-0 124-13-0 107-03-9 98-02-2 1629-58-9 106-23-0 78-84-2 0.000 26 0.000 1 0.000 1 0.000 06 0.000 005 0.001 2 0.003 5 0.000 7 0.04 0.32 0.81 1.17 100.00 0.10 0.37 0.04 0.82 0.73 0.34 2.67 100.00 0.04 0.69 0.20桉叶油味、草药味、青香玫瑰花香、甜橙香、果香玫瑰花香、甜橙香、果香卷心菜味咖啡香、焦糖香醚味、胡椒味等刺激性气味香茅、柠檬、玫瑰样香气麦芽味

2.3 两种奶酒挥发性风味物质主成分分析

为进一步明确两种奶酒中挥发性风味物质的差异,以挥发性风味物质的峰体积为数据源,进行PCA,结果见图3。 由图3可知,PC1和PC2的方差贡献率分别为86.4%和8.24%,累计方差贡献率为94.64%,表明前两个主成分能较好地反映不同样品间的风味差异。两种奶酒分别位于坐标系的不同位置,各组间分离明显,无交叉重合,表明其风味差异显著,与指纹图谱分析结果相互印证;WG组样本3次重复均较好重叠在一起,表明实验重复性较好、具有信服力。

图3 两种奶酒的挥发性风味物质主成分分析得分散点图
Fig.3 Score scatter plot of principal component analysis of volatile flavor components in 2 types of milk wines

2.4 两种奶酒挥发性风味物质正交偏最小二乘-判别分析

为进一步分析两种奶酒的挥发性风味差异,通过OPLSDA对两种奶酒的风味物质进行分析,结果见图4A。由图4A可知,两种奶酒的样本点均位于95%的置信区间内,组间分离明显,无交叉重合,说明模型稳定可靠且存在较大差异,可用于分析两种奶酒风味物质的差异性。本次分析中的自变量拟合指数R2X为0.994,因变量拟合指数R2Y为0.999,模型预测指数Q2为0.997,R2和Q2超过0.5表示模型拟合效果较好。为进一步验证模型是否出现过拟合现象,采用200次循环迭代置换检验,结果见图4B。 由图4B可知,Q2回归线与纵轴的相交点在负半轴,说明模型不存在过拟合,模型验证有效[29]

图4 两种奶酒中挥发性风味物质的正交偏最小二乘法判别分析得分散点图(A)和200次置换检验结果(B)
Fig.4 Orthogonal partial least squares discriminant analysis score scatter plot (A) and 200 permutation test results (B) of volatile flavor components in 2 types of milk wines

通过变量重要性投影(variable importance projection,VIP)值对两种奶酒中的差异风味物质进行筛选,将VIP>1的组分定义为两种奶酒的差异风味标志物[30],结果见表3。由表3可知,两种奶酒筛选出丙基苯-M、己酸乙酯-D、丁酸乙酯等共14种差异风味标志物。

表3 两种奶酒的差异风味标志物及其气味描述
Table 3 Differential volatile markers and odor description of two milk wines

序号 名称 CAS VIP值 气味描述1 2丙基苯-M己酸乙酯-D 103-65-1 123-66-0 2.807 56 2.442 97辛香、药香菠萝香、香蕉香、酒香

续表

序号 名称 CAS VIP值 气味描述3 4 5 6 7 8 9 1 0 11 12 13 14丁酸乙酯1-己醇-M乙酸乙酯香茅醛1-丁醇-D 2-甲基丙醇-D 1-己醇-D丙基苯-M乙酸异戊酯-D乙酸异丁酯丙酸乙酯己酸乙酯-M 105-54-4 111-27-3 141-78-6 106-23-0 71-36-3 78-83-1 111-27-3 103-65-1 123-92-2 110-19-0 105-37-3 123-66-0 2.440 96 2.365 24 1.624 75 1.612 87 1.579 12 1.556 79 1.509 19 1.493 26 1.486 83 1.363 80 1.127 56 1.007 26菠萝香、果香水果香菠萝香,水果香香茅、柠檬、玫瑰样香气杂醇油味柔和果香水果香辛香、药香香蕉香、甜香、苹果香水果香香蕉香菠萝香、香蕉香、酒香

2.5 两种奶酒挥发性风味物质聚类分析热图

两种奶酒中的挥发性成分相对含量聚类分析热图见图5。由图5可知,两种奶酒之间不同化合物相对含量差异明显,其中红茶菌五谷奶酒中含量较高的风味物质包括乙酸异戊酯-D、2-甲基-1-乙酸丙酯、庚酸乙酯、辛酸乙酯、乙酸异戊酯-M、己醇、己酸乙酯、桉叶油醇、异丁醇、1-丙硫醇、己酸乙酯-M;红茶菌奶酒中含量较高的包括1-辛醇-M、1-戊醇-D、乙酸丁酯-D、3-甲基-2-丁烯醛、1-丁醇-M、2-甲基丙醇、苯甲醛、1-戊烯-3-酮、丙基苯-M、丙酸丁酯、1-丁醇-D。两种奶酒在挥发性风味成分组成及含量方面存在差异性和相似性,与指纹图谱分析结果及主成分分析结果相一致。

图5 两种奶酒中挥发性风味物质聚类分析热图
Fig.5 Heat map of volatile flavor components clustering analysis in 2 types of milk wines

3 结论

红茶菌奶酒和红茶菌五谷奶酒中共检出40种挥发性风味物质,筛选出6种关键风味物质(ROAV>1),其中2-呋喃甲硫醇(咖啡香)具有最高的相对气味活度值(ROAV)。PCA和OPLS-DA能够有效区分两种奶酒。通过VIP值共筛选出丙基苯-M、己酸乙酯-D、丁酸乙酯等14种差异风味标志物(VIP>1)。 与红茶菌相比,红茶菌五谷奶酒的挥发性风味物质更丰富,其香气特征主要为咖啡香、香蕉香、菠萝香、柠檬香、水果香、青香、玫瑰花香、香茅味,其他物质也带来药香、草本香、杂醇油味、醚味、坚果香、葡萄酒香以及其他特殊芳香气味。在红茶菌发酵奶酒的基础上引入五谷甜米酒改善了单一红茶菌发酵酒风味单一且口味偏酸的缺点,丰富了奶酒种类。 本研究为红茶菌奶酒工艺改进和风味品质提升提供了一定的理论依据。

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