当下,随着人民健康意识的增强、饮酒观念的转变以及酒类消费群体年轻化,健康、营养、低酒精度的产品已经成为酒类发展的潜力股。黄酒作为低酒精度、营养价值丰富以及具有特殊功能性的酿造酒顺应了这一时代趋势,得到了越来越多消费者的青睐[1]。同时也对黄酒产品多样性提出了新的要求,以满足消费者的个性化需求。新型松茸黄酒就是顺应市场发展及消费者需求产生的一种新型黄酒,是通过添加药食同源的原辅料(松茸)发酵酿制而成[2],通常具有一定松茸功能性和风味的黄酒。
香气组分是消费者衡量新型松茸黄酒品质的关键指标,可分为两类,分别为游离态香气物质与键合态香气物质[3]。其中,游离态香气化合物可以被人直接感知,对新型松茸黄酒风味形成具有重要作用。另外,新型松茸黄酒风味不仅来自游离态形式的挥发性物质,也来自糖苷结合的前体,即键合态香气化合物(主要来源于原料),由糖基(D-葡萄糖、L-阿拉伯糖等)和配基(单萜类、脂肪醇类、苯酚、苯基衍生物)组成,不会表现出香气特征,须通过酸解或酶解方式释放醛酮类、萜类、酯类、醇类等多种芳香物质。研究表明[4],通过酶解处理可使键合态香气特征得到表达,达到增香的目的,进而改变酒体风味。目前大多数研究集中在新型黄酒游离态香气成分研究上[5-6],关于新型黄酒发酵过程中键合态香气化合物研究较少。对此,本试验以不同发酵阶段新型松茸黄酒为研究对象,采用Cleanert PEP-SPE 固相萃取小柱对新型松茸黄酒游离态和键合态化合物进行分离,结合顶空固相微萃取技术结合气相色谱-质谱联用仪(headspace solid-phase microextraction combined with gas chromatography-mass spectrometry,HS-SPME-GC-MS)对不同发酵阶段的新型松茸黄酒中游离态、键合态挥发性物质的种类和含量进行检测分析;并通过聚类分析(hierarchical cluster analysis, HCA)和主成分分析(principal component analysis,PCA),比较不同发酵阶段的新型松茸黄酒键合态、游离态挥发性化合物的组成及含量差异,为新型松茸黄酒酿造过程中增香和保香调控提供研究思路,同时为松茸类新型黄酒的品质研究奠定理论基础。
松茸,干制后含水量为(6.7±0.5)%,购于云南香格里拉原产地食材中心;糯米(蛋白质7.7%,脂肪1.7%,碳水化合物76.3%,均为质量分数),购于京东超市。
官能化聚苯乙烯/二乙烯苯萃取柱(Cleanert polar enhanced polymer-solid phase extraction, Cleanert PEP-SPE)(200 mg/6 mL),Agela公司;β-葡萄糖苷酶,源叶生物有限公司;0.1 mol/L的柠檬酸-磷酸缓冲溶液(pH 5.0);柠檬酸(食品级),河南万邦实业有限公司;糖化曲和黄酒专用酵母,安琪酵母股份有限公司;纤维素酶(MO11)、果胶酶(MO12)、木瓜蛋白酶(MOO9),北京鸿润宝顺科技有限公司;葡萄糖(AR级)、浓硫酸(AR级)、重铬酸钾(AR级)、苯酚(色谱纯)、无水乙醇(色谱纯)、内标物2-辛醇(色谱纯)、二氯甲烷(色谱纯)、甲醇(色谱纯),成都煌羽实验器材有限公司。
7890A-5975C气相-质谱联用仪,美国安捷伦有限公司;DVB/CAR/PDMS萃取头、57330-U顶空固相微萃取装置,美国Supelco公司;DF-101S集热式恒温磁力搅拌器,北京科伟永兴仪器有限公司;MIX-2500涡轮振荡仪,杭州佑宁仪器有限公司;DG-24固相萃取仪,天津市富城科技有限公司;JC-WD-24水浴氮吹仪,青岛聚创环保集团;ST-04A粉碎仪,上海树立仪器仪表有限公司;HWS-26型恒温水浴锅、DHG-9240A电热鼓风干燥箱,上海一恒科学仪器有限公司;超声仪,昆山洁力美有限责任公司;TD-5Z离心机,四川蜀科仪器有限公司;UPT-1-10T超纯水,四川优普超纯科技有限公司;AX224ZH电子天平,常州奥豪斯仪器有限公司;HWS恒温恒湿培养箱,北京中兴伟业世纪仪器有限公司。
1.3.1 新型松茸黄酒制作工艺流程
新型松茸黄酒制作工艺流程如图1所示。
图1 新型松茸黄酒工艺流程图
Fig.1 Flow-process diagram with new-type of Tricholoma matsutake Huangjiu
1.3.2 试验材料制备
松茸前处理:挑选无虫害、无杂质、无霉变的干松茸,50 ℃热风恒温干燥(每隔30 min翻动1次,干燥后期1 h翻动1次)直至样品最终含水量为(6.7±0.5)%,粉碎过80目筛,称取适量松茸粉,按料液比1∶25(g∶mL)加入蒸馏水,进行超声波处理(超声时间为20 min,超声功率为400 W,超声温度为55 ℃),超声后加入10%(质量分数)柠檬酸溶液调节pH值为3.8~4.0,按质量分数3%[m(纤维素酶)∶m(果胶酶)∶m(木瓜蛋白酶)=1∶1∶1]加入复合酶进行酶解(酶解时间为70 min,酶解温度为55 ℃),酶解完成后90 ℃灭酶 10 min,过滤浓缩后得到松茸提取液,备用。
新型松茸黄酒制备:称取200 g糯米进行浸润处理2 d,蒸煮后摊凉至35 ℃左右,糖化处理2 d;待糖化阶段结束,进入前发酵阶段,0.08%(质量分数)柠檬酸溶液加至糖化液中,使pH<3.8以避免除酵母外其他微生物的生长,之后加入3 g/L黄酒酵母(在35~38 ℃下用2%葡萄糖溶液活化15~30 min),再加入6%(质量分数)松茸水解液在30 ℃的静止条件下发酵7 d;在后发酵阶段,将培养温度下降至15 ℃发酵15 d,发酵期间每天搅拌2次直至发酵酵母细胞达到稳定状态。
1.3.3 键合态香气成分分析
Cleanert PEP-SPE表面同时具有亲水性和憎水性基团,从而对各类极性、非极性化合物具有较均衡的吸附作用。目前广泛用于酒类键合态化合物的提取[7-9]。键合态香气成分提取参照已有文献并做出部分修改[10-12],将Cleanert PEP-SPE先用10 mL的甲醇匀速缓慢活化,随即用超纯水透过柱床;样品吸附:取5 mL的酒样缓慢倒入小柱中进行自然吸附;水溶性和游离态香气化合物洗脱:先用5 mL超纯水洗脱水溶液物质,再用10 mL二氯甲烷洗脱游离态物质,随后用20 mL甲醇洗脱,得到键合态化合物,流速均为2 mL/min。甲醇洗脱液(含目标物)收集后用氮吹仪(水浴35 ℃)吹干。酶解键合态化合物:干燥后用5 mL(0.1 mol/L)柠檬酸-磷酸缓冲溶液溶解于20 mL顶空瓶中,接着添加2.5 mL(20.01 U/mL)β-葡萄糖苷酶液,摇匀后在37 ℃恒温箱酶解2 d,进行HS-SPME-GC-MS分析检测前添加20 μL内标物(0.053 mg/mL)。
键合态各阶段松茸提取液、前发酵前期、前发酵后期,后发酵后期,分别简称为GBV1、GBV2、GBV3和GBV4(GBV指键合态香气物质,glycosidically bound volatile components),每个阶段取2个平行样(GBV1-1,GBV1-2…),试验结果以表示。
1.3.4 游离态香气成分分析
新型松茸黄酒发酵各阶段松茸水解液、主发酵前期、主发酵后期、后发酵后期分别简称为FV1、FV2、FV3和FV4(FV指游离态香气物质,free volatile components),每个阶段取2个平行样(FV1-1,FV1-2…),试验结果以表示。
HS-SPME条件:发酵液经5 000 r/min离心10 min,取上清液。采用50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取头对松茸黄酒发酵液中的挥发性成分进行萃取。取5 mL样液置于20 mL顶空瓶中,同时添加1.25 g NaCl、20 μL 2-辛醇溶液(0.053 mg/mL),密封备用;在45 ℃下平衡孵化15 min后萃取40 min。萃取完成后,将萃取头置于气相进样口250 ℃解析3 min。在连续进样时,需要保护萃取头以防止特异性涂层脱落,同时保持解析后继续在250 ℃下烘烤5 min,以防止不同样品间的交叉污染[7]。
GC-MS分析条件:挥发性物质的检测使用Agilent 7890气相质谱系统,采用HP-Innowax气相色谱柱(30 mm×250 μm×0.5 μm),以氦气(纯度>99.999%)为载气(流速1 mL/min)的条件下分析样品,SPME萃取头在气相进样口250 ℃解析3 min,不分流;程序升温如下:初始温度40 ℃保持5 min,以3 ℃/min升至120 ℃,保持0 min,再以10 ℃/min升至230 ℃,保持5 min。传输线和离子源温度分别为250 ℃和230 ℃,四级杆温度为150 ℃,接线口温度250 ℃,电子能量为+70 eV,以3.00 scans/s速度扫描35~450 m/z。
定性分析:进样完成检测后,利用 NIST 2020 谱库检索、文献报道及人工图谱解析进行匹配,并结合保留时间对酒样中检出化合物进行定性。定量分析:参考赵培城等[13]的方法稍作修改,采用无水乙醇稀释后的2-辛醇(0.053 mg/mL)为内标物进行半定量分析。采用OriginPro 2021和Excel 2016进行图表绘制, OriginPro 2021中插件进行HCA和PCA,IBM SPSS Statistics 22进行方差分析(ANOVA)和事后多重比较(Duncan法)。
新型松茸黄酒四个阶段的键合态香气成分如图2、附表1(https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1802.TS.20220713.1105.003.html)所示。共检测出77种键合态香气成分,其中醇类16种、酚类3种、含硫类2种、醛类14种、酸类8、萜类4种、酮类13类、酯类17种。随着发酵的进行,键合态化合物数量和含量都有所增加,其中醇类化合物在发酵不同阶段都保持着较高含量,其次为醛酮类,之后是酯类,萜类虽含量较少,但P-伞花烃、芳樟醇、橙花醇、雪松醇4种均能在后发酵结束检出,表明具有品种香的萜类化合物为保证新型松茸黄酒特征香气发挥一定作用。
图2 键合态挥发性物质的总离子流图
Fig.2 Total ion chromatogram of bonded volatile substances
附表1 新型松茸黄酒发酵过程中键合态香气成分
Table S1 Glycosidically bound volatile components of new-type Huangjiu of Tricholoma matsutake during fermentation
种类化合物名称保留时间CAS号处理组/(μg·L-1, n=2)GBV1GBV2GBV3GBV4异丁醇12.3978-83-11.27±0.15a0.97±0.00a1.38±0.47a1.88±0.72a异戊醇18.02123-51-324.49±0.84c22.04±2.37c36.20±1.69b48.46±2.86a正戊醇20.171-41-0---0.67±0.01a正己醇24.92111-27-31.18±0.24b3.45±0.44b3.71±0.38b2.99±0.25a1-己烯-3-醇29.264798-44-1--0.15±0.00a0.42±0.39a正庚醇29.46111-70-60.83±0.08a0.94±0.15a0.91±0.06a1.02±0.06a1-壬醇35.8143-08-84.19±0.08a4.93±2.03a3.92±0.95a3.94±0.00a辛醇35.8111-87-52.58±0.30a2.76±0.84a3.08±0.03a2.98±0.69a糠醇3698-00-00.46±0.00ab0.43±0.03b0.48±0.00ab0.70±0.18a3-甲硫基丙醇37.02505-10-2---0.07±0.00a正癸醇37.56112-30-1---0.28±0.32a2-苯基-2-丙醇37.69617-94-7-0.72±0.00ab0.99±0.05a0.56±0.23b苯甲醇39.42100-51-61.93±1.30a1.02±0.05a1.52±0.58a1.70±0.54aβ-苯乙醇39.881960-12-856.75±1.75d75.72±3.39c138.26±1.43b214.25±0.64a月桂醇40.27112-53-82.15±0.00a0.57±0.00a1.97±0.00a-3-苯丙醇41.43122-97-4---0.31±0.14a醇类总量95.85±1.57c113.55±9.25c185.56±13.62b270.22±18.35a2,6-二叔丁基对甲酚39.75128-37-03.23±0.33ab1.03±0.13b2.23±1.56ab3.56±0.31a百里酚42.7589-83-80.96±0.00a0.88±0.18a0.81±0.04a1.07±0.23a2,4-二叔丁基苯酚44.0296-76-418.54±5.00b17.27±5.09b31.62±0.98a34.64±1.21a酚类总量22.73±4.66b19.17±5.40b34.66±0.63a39.28±1.14a二甲基亚砜11.5667-71-0---0.01±0.00a4-甲基噻唑20.27693-95-8-0.14±0.00a-0.19±0.00a含硫类总量-0.14±0.00b-0.20±0.00a异丁醛2.9278-84-20.34±0.00a0.42±0.00a0.27±0.00a-乙缩醛4.35105-57-70.11±0.00a--0.17±0.00a2-甲基丁醛5.0396-17-30.48±0.07a0.30±0.02a0.38±0.16a0.70±0.30a异戊醛5.18590-86-30.80±0.04a0.63±0.02a0.69±0.45a1.15±0.67a正己醛11.9666-25-1-0.54±0.00a0.72±0.00a-壬醛26.79124-19-60.25±0.00c0.75±0.00a0.46±0.06b-糠醛30.251998-1-12.31±0.52ab2.63±0.16a2.78±0.00a1.38±0.50b苯甲醛32.6100-52-717.97±3.65c63.64±0.69a31.87±3.04b34.58±0.50b苯乙醛35.78122-78-19.75±0.66b3.63±0.35c9.70±0.00b37.53±2.42a水杨醛36.481990-2-80.28±0.00a0.16±0.01b0.14±0.05b0.17±0.00b2,5-二甲基苯甲醛38.295779-94-2-0.42±0.00a-0.41±0.00a2,4-二甲基苯甲醛38.2915764-16-6--0.63±0.00a0.38±0.00a3,4-二甲基苯甲醛38.675973-71-711.30±0.00b13.19±0.16b22.77±1.47a11.13±0.21b反式肉桂醛38.9214371-10-9-0.55±0.00b0.63±0.00a0.31±0.04c1-戊烯-3-酮28.511629-58-91.34±0.00a---2,3-丁二酮7.55431-03-80.31±0.00a--0.39±0.00a2,3-戊二酮11.09600-14-60.08±0.05b0.18±0.00a0.06±0.00b0.12±0.00ab2-庚酮16.92110-43-00.45±0.11b0.58±0.06b0.91±0.21ab1.29±0.33a3-辛酮20.25106-68-34.97±0.86a0.26±0.00b0.49±0.00b0.37±0.00b仲辛酮21.77111-13-7-3.82±0.00b4.94±0.00a6.04±0.80a3-羟基-2-丁酮21.96513-86-00.14±0.00c0.16±0.07c18.41±0.00a0.43±0.00b2-壬酮26.56821-55-61.15±0.19b1.37±0.17ab2.40±0.48a2.47±0.61a3-辛烯-2-酮27.471669-44-9-0.51±0.00a0.61±0.00a0.87±0.00a2-十一酮34.51112-12-9-0.65±0.38a--异佛尔酮34.5178-59-1-0.59±0.00b-2.69±0.51a苯乙酮35.998-86-21.07±0.00b0.67±0.19c1.37±0.00a1.14±0.00ab香叶基丙酮393796-70-10.11±0.00a0.14±0.06a0.13±0.00a0.17±0.01a
续附表1
种类化合物名称保留时间CAS号处理组/(μg·L-1, n=2)GBV1GBV2GBV3GBV4醛酮类·总量51.82±1.67b95.78±1.30a100.35±5.93a103.87±5.48a乙酸29.6864-19-71.81±0.42a2.02±0.13a2.71±0.05a2.91±1.36a异丁酸33.8979-31-20.55±0.07d0.69±0.04c0.95±0.04b1.13±0.00a异戊酸36.12503-74-2--1.43±0.00a1.30±0.00a正己酸38.85142-62-1-0.76±0.00b0.94±0.00a1.17±0.46a辛酸41.38124-07-23.89±0.21ab1.65±0.43c3.04±1.34bc5.49±0.66a壬酸42.48112-05-01.81±0.00a1.55±0.25a1.43±0.83a1.98±0.12a正十六酸43.5857-10-3-2.78±0.00a--正癸酸43.58334-48-56.56±1.17a4.20±0.00ab3.64±1.46b3.31±0.79b酸类总量14.63±1.45a13.65±0.58a14.13±3.73a17.28±1.83aP-伞花烃25.65535-77-3---0.20±0.00a芳樟醇33.1378-70-6---0.25±0.00a橙花醇41.12106-25-2-0.20±0.00a-0.50±0.00a雪松醇42.3677-53-22.44±0.00a--0.72±0.00b萜类总量3.78±0.01a0.20±0.00c-1.68±0.00b乙酸乙酯4.35141-78-60.25±0.04b0.19±0.04b0.20±0.00b0.45±0.13a丙酸-2-丙烯酯5.032408-20-0-0.32±0.00a--乙酸异戊酯13.89123-92-20.29±0.00b0.44±0.00ab0.27±0.08b0.76±0.32a己酸乙酯19.28123-66-04.68±0.47a5.25±0.77a4.79±1.34a5.17±1.19a辛酸乙酯28.51106-32-15.28±0.42a4.49±0.37a4.50±1.39a9.33±5.20a壬酸乙酯32.69123-29-53.12±0.64b3.00±1.00b2.12±1.09b7.37±0.13a癸酸甲酯34.4110-42-9--0.28±0.25a-癸酸乙酯35.34110-38-38.38±0.90ab5.61±0.39b6.01±2.11ab13.98±5.31a苯甲酸乙酯36.1693-89-00.16±0.01a0.19±0.00a0.31±0.13a0.28±0.09a9-癸酸乙酯36.4167233-91-4--0.24±0.00a0.62±0.00a乙酸苯乙酯38.6103-45-71.46±0.35b7.03±0.03a3.65±0.00ab7.02±3.99a月桂酸乙酯38.71106-33-23.80±0.93a3.44±1.25a3.05±0.23a3.33±0.03a肉豆蔻酸乙酯41.18124-06-12.42±1.68a2.16±0.98a2.46±0.30a2.13±0.46a(E)-肉桂酸甲酯41.89103-26-41.89±0.42ab2.00±0.74ab2.56±0.21a1.15±0.47b棕榈酸乙酯43.31628-97-715.78±2.43b27.01±0.16a25.81±0.86a24.03±1.51a酞酸二丁酯43.6484-74-23.27±0.26a-1.20±0.00c2.02±0.00b硬脂酸乙酯45.94111-61-51.31±0.37b2.96±0.84a2.17±0.55ab1.42±0.22b酯类总量 52.10±7.23b64.07±4.07ab59.62±4.52ab79.05±5.49a
注:“-”未检测到,同行无相同小写字母表示差异性显著(P<0.05)
由附表1可知,在松茸提取液阶段(GBV1)中共检出52种键合态挥发性物质,总含量达(240.91±16.59) μg/L,包括醇类10种、酚类3种、醛类10种、酸类5种、萜类1种、酮类9种、酯类14种,醇类含量最高,为(95.85±1.57) μg/L,占总键合态物质含量的40%,其次是酯类和醛酮类化合物分别为(52.10±7.23)、(51.82±1.67) μg/L,均占总键合态物质含量的23%。其中β-苯乙醇含量最高可达(56.75±1.75) μg/L,占总键合态物质含量的24%,其次是异戊醇(10%)、2,4-二叔丁基苯酚(8%)、苯甲醛(7%)和3,4-二甲基苯甲醛(5%)等。值得注意的是,萜类物质虽含量较少但能被检出,如雪松醇(2.44±0.00) μg/L。综上,松茸提取液未经发酵前(具体指发酵微生物内源酶作用),部分键合态风味成分已溶出,可能是柠檬酸(发酵前期pH调节)的加入,构成了酸性环境利于键合态香气成分的酸解溶出。
在前发酵初期(GBV2)共检出60种键合态挥发性物质,总含量达(306.56±20.60) μg/L,其中包含醇类11种、酚类3种、含硫化合物1种、醛类12种、酸类7种、萜类1种、酮类11种、酯类14种,醇类含量依然最高,为(113.55±9.25) μg/L,占37%,其次是醛酮类(31%)、酯类(21%)、酚类(6%)。与松茸提取液键合态组成相比,醛酮类物质种类和含量均增加,其中醛类增加了正己醛、反式肉桂醛及2,3-二甲基苯甲醛3种,酮类增加了仲辛酮、3-辛烯-2-酮、2-十一酮、异佛尔酮、香叶基丙酮5种,醛酮类物质是酒类产品的助香物质[14];且增加了一种含硫化合物二甲基砜,是一种营养强化剂[15]。
在前发酵结束(GBV3)共分析出59种键合态香气物质,总量达(394.32±28.43) μg/L,其中醇类12种、酚类3种、醛类12种、酸类7种、酮类9种、酯类16种,与前发酵初期相比,损失了含硫化合物和萜化合物,酯类化合物增加了癸酸乙酯类;从整个体系出发,前发酵结束键合态香气组分种类变化不大,含量有所增加。已有研究表明可能是生物转化造成这一结果[16]。
在后发酵结束(GBV4)共分析出68种键合态香气物质,总量达(511.58±32.29) μg/L,其中醇类15种、酚类3种、含硫化合物2种、醛类11种、酸类6种、萜类5种、酮类11种、酯类15种,键合态香气物质达到最高水平,醇类、酯类、醛酮类一直保持较高含量;萜类物质种类明显增多,P-伞花烃、芳樟醇、橙花醇、雪松醇均被检出。
在新型松茸黄酒发酵的4个阶段的键合态特征香气成分含量差异显著(P<0.05),E-肉桂酸甲酯一直保持稳定状态,但未检测出1-辛烯-3-醇等香气成分存在,且松茸中萜类化合物种类、含量变化较明显,但始终保持较低水平。造成这一结果可能是发酵阶段酸性环境及微生物作用,导致部分键合态化合物含量降低或损失[16]。
新型松茸黄酒4个阶段的游离态香气成分如图3、附表2(https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1802.TS.20220713.1105.003.html)所示,共检测出107种游离态香气成分,其中吡嗪3类、醇类18种、酚类3种、醛类13种、酸类12种、萜类8种、酮类7类、酯类36种、其他类7种(呋喃类、含硫化合物)。不同发酵阶段游离态香气成分种类和含量存在一定差异,醇类、酯类、酸类、酮类含量呈上升趋势,酚类、醛类呈波动状态;吡嗪类和萜类整体呈下降趋势,可能是因为吡嗪类产生于松茸干制过程中,萜类物质又来源于松茸本身,微生物发酵代谢引起这两类物质水解。同时,松茸特征性香气成分如E-肉桂酸甲酯(水果香)、1-辛烯-3-醇(蘑菇香)及3-甲硫基丙醇(肉汤香)均存在于发酵过程[17-20],表明松茸的引入,对黄酒香气成分具有一定丰富作用。
图3 游离态挥发性物质的总离子流图
Fig.3 Total ion chromatogram of free volatile substances
附表2 新型松茸黄酒发酵过程中游离态香气成分
Table S2 Free volatile components of new-type Huangjiu of Tricholoma matsutake during fermentation
种类中文名称保留时间CAS号处理组/(μg·L-1,n=2)FV1FV2FV3FV42,5-二甲基吡嗪22.83123-32-01.11±0.01b-2.08±0.16a-2,6-二甲基吡嗪23.11108-50-912.51±0.71a7.07±0.15c5.20±0.72d8.57±0.25b2,6-二乙基吡嗪29.0213067-27-10.36±0.02a-0.35±0.05a-吡嗪类总量13.99±0.71a7.07±0.15c7.62±0.50bc8.57±0.25b1-壬醇35.77143-08-81.36±0.02c8.02±0.32b8.03±0.57b11.05±0.64a1-辛烯-3-醇28.983391-86-43.43±0.14b-10.52±1.55a10.02±0.11a2,3-丁二醇32.9924347-58-8---20.56±4.33a2-乙基己醇30.73104-76-72.50±0.01b23.93±5.82a1.95±0.12b-3-苯丙醇41.43122-97-4-11.68±0.95c14.97±1.42b26.10±1.14a3-甲硫基丙醇37.02505-10-2-5.28±0.23ab4.98±0.23b5.88±0.64a苯甲醇39.42100-51-6-10.48±0.99b8.17±1.71b13.03±0.11a(-苯乙醇39.891960-12-813.44±2.11d5 432.89±63.34b4 841.79±49.34c5 932.64±26.10a糠醇3698-00-0-3.24±0.06a--辛醇33.33111-87-52.03±0.04c186.25±11.20b271.37±24.77a279.58±11.52a异丁醇12.3978-83-1-539.61±24.96b601.02±33.31a593.26±16.80ab异戊醇18.04123-51-3-3 148.37±23.05b3 127.53±77.42b3 263.75±27.34a正丙醇9.9471-23-8-24.04±2.77a30.01±4.42a25.98±3.51a正丁醇14.9471-36-3-4.54±0.37c5.38±0.31b7.81±0.48a正庚醇29.2111-70-61.19±0.01c8.17±0.56b7.34±0.01b10.57±1.05a正癸醇37.56112-30-1-17.49±0.36a20.30±5.21a27.55±1.80a正己醇24.34111-27-30.28±0.11d66.24±0.93c75.55±5.37b85.56±1.73a正戊醇18.9171-41-00.27±0.08b--6.67±0.39a醇类总量24.51±1.89d9 523.57±48.81b9 028.91±27.02c10 319.99±49.68a2,4-二叔丁基苯酚44.0496-76-45.90±0.14d42.41±0.87b88.97±8.95a22.28±2.38c百里酚42.7589-83-8-7.54±0.14b--对甲基苯酚40.91106-44-51.42±0.06b1.23±0.02c1.13±0.01c1.77±0.10a酚类总量7.32±0.08d51.18±1.03b90.09±8.94a24.05±2.28c3,4-二甲基苯甲醛38.665973-71-75.45±0.71c15.34±0.86b30.29±1.03a-3-糠醛30.25498-60-2-15.52±0.30a10.79±0.58b8.37±0.48c苯甲醛32.42100-52-734.05±1.41ab29.07±0.66b29.81±5.70b37.46±1.70a苯乙醛35.78122-78-1-25.71±1.57a11.00±3.44b21.86±1.26a反-2-辛烯醛282548-87-02.08±0.12a---反式肉桂醛38.9314371-10-90.29±0.01b1.69±0.03a1.70±0.04a-糠醛30.011998-1-15.94±1.41b2.56±0.14c4.14±0.81bc10.94±0.63a壬醛26.77124-19-61.89±0.04b18.89±0.69a2.00±0.14b-水杨醛36.441990-2-80.39±0.01b1.35±0.06a--乙缩醛4.32105-57-7-108.72±12.16a-120.24±8.86a异丁醛2.978-84-2-3.66±0.09a--异戊醛5.17590-86-31.31±0.26b5.14±0.09a--正己醛7.5266-25-12.72±0.31b4.70±0.09a--醛类总量54.11±3.68d232.36±12.88a89.73±0.81c198.87±12.95b苯甲酸46.0965-85-02.44±0.71b10.03±2.90a--丁酸35.28107-92-61.31±0.02a---庚酸40.19111-14-83.66±0.21a2.89±0.05b--甲酸6.2464-18-6---109.33±2.61a壬酸42.49112-05-06.65±0.13b14.63±1.23a3.07±0.47c-辛酸41.39124-07-212.85±0.14d90.47±6.83a50.85±8.89c72.36±8.30b乙酸29.5164-19-71.99±0.71b65.91±8.45a77.98±5.30a81.58±7.87a异丁酸33.8379-31-20.39±0.06c9.49±2.84b16.25±1.52a17.88±4.31a异戊酸36.1503-74-26.27±0.49a---正癸酸43.59334-48-50.71±0.02b20.55±6.43a22.17±1.47a28.94±2.58a
续附表2
种类中文名称保留时间CAS号处理组/(μg·L-1,n=2)FV1FV2FV3FV4正己酸38.85142-62-118.00±1.49c22.47±0.67b20.45±3.54bc29.40±0.55a正戊酸37.29109-52-40.79±0.13b4.96±0.09a--酸类总量55.06±1.85d241.41±5.26b190.77±3.67c339.47±15.85aP-伞花烃30.99535-77-3-4.82±0.09a1.65±0.03b-α-松油醇36.5898-55-50.37±0.14a---α-荜澄茄油烯30.817699-14-80.35±0.08b2.49±0.05a--菖莆烯38.8483-77-20.10±0.00a---芳樟醇33.0378-70-60.21±0.05a---双环水芹烯30.4354324-03-70.32±0.01a---香茅醇37.65106-22-9-2.42±0.04b3.89±0.73a3.08±0.18ab雪松醇42.3777-53-23.13±0.04a---萜类总量4.49±0.05c9.73±0.18a5.54±0.76b3.08±0.18d2,3-丁二酮7.56431-03-8-3.78±0.07a--2,3-戊二酮11.1600-14-6-1.49±0.03a--2-壬酮26.56821-55-6-2.01±0.47b0.86±0.27c6.84±0.13a3-羟基-2-丁酮21.95513-86-0-0.48±0.01b-0.74±0.10a3-辛烯-2-酮27.451669-44-90.41±0.07b5.36±0.10a--苯乙酮35.8598-86-21.25±0.04c30.28±2.09b35.00±4.41b42.55±1.46a香叶基丙酮393796-70-10.40±0.05b--1.21±0.15a酮类总量2.06±0.09d43.41±2.23b35.87±4.14c51.34±1.09a3-苯丙酸乙酯39.532021-28-50.26±0.07d4.70±0.09b3.36±0.55c7.66±0.39a3-羟基丁酸乙酯32.275405-41-4-1.94±0.04a1.68±0.71a1.55±0.23aγ-丁内酯35.5496-48-00.22±0.10d11.56±0.81b8.44±1.59c18.37±1.21aγ-壬内酯41.39104-61-0---23.72±1.37a苯甲酸乙酯36.1693-89-00.33±0.04c8.11±4.74b9.49±1.58b17.66±1.01a苯乙酸苯乙酯38.23102-20-50.28±0.21b1.11±0.02a--苯乙酸乙酯38.15101-97-30.29±0.04c5.07±3.58bc9.21±3.24ab15.25±0.50a丙酸乙酯6.53105-37-3-2.24±0.46b4.17±0.24a4.54±0.76a醋酸辛酯30.29112-14-1-29.80±1.20b14.41±1.50c33.37±2.04a丁二酸二乙酯36.23123-25-1-3.75±0.40c12.32±1.82b33.92±0.13a丁酸乙酯9.8105-54-40.17±0.00c26.22±2.05c31.22±5.91ab33.94±2.88a庚酸乙酯23.99106-30-90.47±0.02d6.67±0.78a2.96±0.25c5.35±0.02b癸酸乙酯35.33110-38-30.34±0.04d235.72±12.12b110.78±4.25c419.53±3.96a己酸丁酯27.53626-82-40.19±0.03b1.70±0.03a--己酸乙酯17.87123-66-021.63±0.73c171.44±15.03a79.43±24.49b156.36±14.96a甲酸乙烯酯1.86692-45-5---16.75±0.97a壬酸乙酯32.68123-29-50.12±0.04b7.02±1.66a5.64±0.64a7.03±0.61a肉豆蔻酸乙酯41.18124-06-1-25.02±6.66b10.66±0.88c37.78±5.74a(E)-肉桂酸甲酯41.9103-26-4127.67±7.07b366.12±6.78a16.20±0.08c16.28±3.01c肉桂酸乙烯酯38.9317719-70-9--2.07±0.66a1.55±0.09a肉桂酸乙酯42.43103-36-6-3.85±0.07a2.60±0.12b4.00±0.77a乳酸丙酯24.65616-09-1-3.48±0.06a--酞酸二丁酯43.6384-74-2-11.92±0.92a5.83±0.36b-辛酸3-甲基丁酯35.732035-99-6-1.87±0.48b1.18±0.12b3.08±0.20a辛酸乙酯28.51106-32-12.13±0.01c719.06±5.74a492.85±27.01b683.58±40.20a乙酸苯乙酯38.6103-45-72.52±0.03c800.04±49.68b1 022.62±40.01a1 065.30±60.60a乙酸己酯21.16142-92-7-23.70±0.44a16.77±0.56b24.95±5.51a乙酸乙酯4.32141-78-60.29±0.01b347.15±5.78a390.32±8.18a391.05±80.78a乙酸异丁酯8.77110-19-0-14.17±2.54a12.65±2.82a15.18±0.77a乙酸异戊酯13.87123-92-2-308.32±19.52a281.12±21.42a322.73±19.09a异丁酸乙酯6.2297-62-1--8.65±2.70a-异硫氰酸苄酯42.22622-78-61.45±0.35b2.36±0.04a--硬脂酸乙酯45.93111-61-5-18.34±0.34a--
续附表2
种类中文名称保留时间CAS号处理组/(μg·L-1,n=2)FV1FV2FV3FV4油酸乙酯46.35111-62-6---13.99±0.81a月桂酸乙酯38.71106-33-20.23±0.18d28.90±0.88b9.31±0.29c62.59±3.07a棕榈酸乙酯43.31628-97-70.60±0.08d198.42±9.01b125.45±11.08c344.41±13.59a酯类总量159.20±6.21d3 389.79±64.23b2 691.39±49.79c3 781.46±87.66a(E)-芳樟醇氧化物29.8334995-77-20.66±0.07a---正十二烷17.06112-40-3-10.37±0.45a--苯乙烯19.35100-42-50.66±0.28d43.43±3.24b18.73±0.86c65.79±1.05a2-乙酰基吡咯40.661072-83-90.72±0.07b0.91±0.02a--2,3-二氢苯并呋喃45.45496-16-2-14.18±0.26a4.43±0.01c6.44±0.98b2-乙酰基呋喃31.751192-62-70.67±0.02a--- 苯并噻唑40.6395-16-90.35±0.13a---其他类总量3.05±0.26c68.89±3.52a23.16±0.87b72.23±2.03a
注:“-”表示未检出;同行无相同小写字母表示差异性显著(P<0.05)
由附表2可知,在松茸提取液阶段(FV1)共检出65种游离态挥发性物质,总含量达(323.79±14.82) μg/L,吡嗪类3种,醇类8种,酚类2种,醛类9种,酸类11种,萜类6种,酮类3种,酯类18种,其他类5种,且酯类含量最高,为(159.20±6.21) μg/L,占总游离态挥发性香气物质含量的49.16%,其次是酸类和醛类化合物分别为(55.06±1.85) μg/L、(54.11±3.68) μg/L,占总游离态挥发性香气物质含量的17.01%和16.72%。其中E-肉桂酸甲酯含量最高可达(127.67±7.07) μg/L,其次是苯甲醛(34.05±1.41) μg/L、己酸乙酯(21.63±0.73) μg/L、正己酸(18.00±1.49) μg/L、2,6-二甲基吡嗪(12.51±0.71) μg/L、辛酸(12.85±0.14) μg/L、β-苯乙醇(13.44±2.11) μg/L等。萜类物质如α-松油醇(0.37±0.14) μg/L、荜澄茄油烯(0.35±0.08) μg/L、菖莆烯(0.10±0.00) μg/L、芳樟醇(0.21±0.05) μg/L、双环水芹烯(0.32±0.01) μg/L、雪松醇(3.13±0.04) μg/L均被检出。
在前发酵前期(FV2)共检出84种游离态挥发性物质,总含量达(13 534.08±138.29) μg/L,其中吡嗪类1种、醇类15种、酚类3种、醛类12种、酸类9种、萜类3种、酮类6种、酯类31种、其他类4种,且醇类含量最高,为(9 523.57±48.81) μg/L,占总含量的70.27%,其次是酯类(25.05%)、酸类(1.78%)和醛类(1.72%)。其中含量最高前10种游离态化合物分别为β-苯乙醇(5 432.89±63.34) μg/L、异戊醇(3 148.37±23.05) μg/L、乙酸苯乙酯(800.04±49.68) μg/L、辛酸乙酯(719.06±5.74) μg/L、异丁醇(539.61±24.96) μg/L、E-肉桂酸甲酯(366.12±6.78) μg/L、乙酸乙酯(347.15±5.78) μg/L、乙酸异戊酯(308.32±19.52) μg/L、癸酸乙酯(235.72±12.12) μg/L和辛醇(186.25±11.20) μg/L,与松茸提取液阶段相比,被测化合物种类含量均有所增加(除吡嗪类),如β-苯乙醇、异戊醇、乙酸苯乙酯、辛酸乙酯、异丁醇、E-肉桂酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸异戊酯、癸酸乙酯和辛醇等含量增加显著(P<0.05)。萜类物质含量有所增加,但种类有所减少,在FV2阶段仅检测到P-伞花烃、荜澄茄油烯和香茅醇3种,表明在这一阶段,游离态香气组分主要发生含量累积,可能是这一阶段酵母酒精发酵活跃,通过糖酵解等途径生成挥发性香气化合物并溶于酒体中,且因其挥发速率小于溶解速率,促使游离态香气成分含量累积[21]。
在前发酵后期(FV3)共检出67种游离态香气物质,总含量达(12 163.08±96.50) μg/L,其中吡嗪类3种、醇类15种、酚类2种、醛类7种、酸类6种、萜类2种、酮类2种、酯类28种、其他类2类,且醇类含量最高,为(9 028.91±27.02) μg/L,占总游离态挥发性香气物质含量的74.23%,其次是酯类(22.13%)和酸类(1.57%),而萜类物质仅检测到P-伞花烃和香茅醇2种。
在后发酵后期(FV4)共检出66种游离香气物质,总含量达(14 799.06±171.97) μg/L,其中吡嗪类1种、醇类16种、酚类2种、醛类5种、酸类6种、萜类1种、酮类4种、酯类29种、其他类2种,且醇类(10 319.99±49.68) μg/L、酯类(3 781.46±87.66) μg/L、酸类(339.47±15.85) μg/L保持较高水平,而萜类物质仅检测到香茅醇一种。
新型松茸黄酒的香气成分由键合态和游离态化合物组成,前者属于非挥发性物质,需酶解或酸解后才能被GC-MS检测,后者属于挥发性物质,可直接被人体感知和仪器检测[22-23]。研究表明[16],谷物、水果、蔬菜、食用菌均含有键合态和游离态香气成分,仅含量和种类略有差异。对于新型松茸黄酒,酒体的品种香主要来源于松茸和糯米。从新型松茸黄酒香气成分组成和含量来看,键合态香气成分种类明显低于游离态,其中键合态种类为77种,游离态107种;键合态香气成分含量也明显低于游离态,即发酵结束后,新型松茸黄酒键合态总含量为(511.58±32.29) μg/L,而游离态则为(14 799.06±171.97) μg/L,可以说明发酵过程能够将键合态香气成分生物转化成游离态香气成分,促使新型松茸黄酒品种香突出。即便如此,键合态醛酮类物质种类可达27种(游离态20种),增加了2-甲基丁醛、1-戊烯-3-酮、2-庚酮、3-辛酮、仲辛酮、2-十一酮和异佛尔酮等物质(游离态未检测到),醛酮类香气化合物对于增加酒体天然感具有一定作用;且键合态酚类物质含量(39.28±1.14) μg/L高于游离态(24.05±2.28) μg/L。发酵成酒后,键合态前5种香气成分为β-苯乙醇(41.9%)、异戊醇(9.5%)、苯乙醛(7.4%)、苯甲醛(7.3%)、2.4-二丁基苯酚(6.8%),游离态前5种香气成分为β-苯乙醇(40.0%)、异戊醇(22.1%)、乙酸苯乙酯(7.2%)、辛酸乙酯(4.6%)、癸酸乙酯(3.0%),表明新型松茸黄酒键合态和游离态香气成分在种类和含量上存在一定差异性,键合态香气成分以醇类、醛酮类与酚类为主,游离态香气成分以醇类和酯类为主。
为直观体现不同发酵阶段游离态和键合态的香气成分差异性,结合各数据分析,综合考虑各挥发性物质的含量及阈值水平等因素,对不同发酵阶段键合态和游离态共有挥发性成分进行筛选(表1),将选出的52种香气物质进行HCA和PCA。
表1 键合态和游离态共有挥发性成分
Table 1 The volatile components in both bonded and free states
编号中文名称阈值[13,17]/(μg·L-1)风味描述编号中文名称阈值[13,17]/(μg·L-1)风味描述A11-壬醇45玫瑰柑橘D5正癸酸9 400月桂酸副产物A23-苯丙醇1.5瓜果香D6正己酸3 000椰肉油味A33-甲硫基丙醇0.43肉汤香气D7壬酸1 100特殊气味A4苯甲醇10 000醇香E1P-伞花烃--A5糠醇--E2雪松醇-柏木香气A6辛醇40灼烧糖味E3芳樟醇15柑橘香,柠檬香A7异丁醇75 000醇香F12,3-丁二酮0.1黄油味A8异戊醇6 500水果香,麦芽味F22,3-戊二酮-奶香A9正庚醇2 500脂肪F32-壬酮200干酪气味A10正癸醇180花香F43-羟基-2-丁酮256黄油味,奶油味A11正己醇4 000树脂味,花香F53-辛烯-2-酮6.7浆果香A12正戊醇4 000水果香F6苯乙酮230苦杏仁味B12,4-二叔丁基苯酚--F7香叶基丙酮60甜香,水果香B2百里酚--G1苯甲酸乙酯575花香C1苯甲醛990杏仁香,果香G2癸酸乙酯1 100果香C2苯乙醛1可可味G3己酸乙酯5果香,苹果香C3反式肉桂醛6 000肉桂香G4壬酸乙酯1 200肥皂味C4壬醛99 000青草味G5肉豆蔻酸乙酯500椰子香,蜂蜡味C5乙缩醛1 400果香G6酞酸二丁酯-芳香C6异丁醛1 000刺激味G7辛酸乙酯2果香,脂肪香C7异戊醛4.6苹果香G8乙酸苯乙酯250玫瑰香C8正己醛2.4青草,脂肪味G9乙酸乙酯7 500油脂味,水果味D1辛酸500汗臭G10乙酸异戊酯30甜香,苹果香D2乙酸2 600酸味G11硬脂酸乙酯-蜡香D3异丁酸8 500油脂腐臭G12月桂酸乙酯640甜香,蜡味D4异戊酸1 050奶制品,果香G13棕榈酸乙酯1 500微弱蜡香,奶油香
注:“-”表示未检测到
2.3.1 聚类分析
HCA是通过比较不同数据源的现实性进行数据可视化和聚类表达[24],唐忠盛[7]利用HCA对荔枝酒加工过程中过程游离态和键合态香气成分变化规律和差异性进行了有效研究,故该法也适用于松茸黄酒发酵过程中不同阶段键合态和游离态香气成分的差异性分析。分析结果如图4所示,从不同发酵阶段聚类上看,游离态香气成分聚为2大类4小类(图4-a),4个阶段的酒样都各自聚集,其中第1大类是松茸提取液(FV1),第2大类又被分为3小类,分别是前发酵前期阶段(FV2)、前发酵后期阶段(FV3)和后发酵后期阶段(FV4),即FV2~FV4阶段游离态香气成分表达模式具有相似性,表明松茸提取液与后3个阶段游离态香气成分表达差异较大,可能是由于发酵期间微生物发酵引起醇类、酯类、酸类及醛酮类等香气成分增加引起的。键合态香气成分被分为2大类4小类(图4-b),第1大类被分为3个小类,分别是松茸提取液(GBV1)、前发酵前期(GBV2)、前发酵后期(GBV3),第2大类是后发酵阶段(GBV4),即GBV1~GBV3键合态香气成分表达模式具有相似性,说明前发酵过程酒体中键合态香气成分与松茸提取液阶段表达相似,而在后发酵阶段中键合态香气成分组成发生了变化。研究结果表明在发酵过程中游离态和键合态香气成分表达方式有所不同。
a-游离态;b-键合态
图4 不同发酵阶段游离态和键合态香气物质HCA
Fig.4 HCA of free and bonded aroma components in the different fermentation stages
综上,通过HCA明确不同发酵阶段键合态和游离态香气成分组成的表达差异性,且可推测整个发酵过程对新型松茸黄酒新酒游离态香气成分的产生具有积极作用,特别是醇类、酯类、酸类及醛酮类等香气成分的含量明显增加。
2.3.2 主成分分析
PCA是将原始数据通过降维方式重新组成一组新的互相无关数据集,以达到降低分析因子的目的[7]。PCA结果如图5所示,PC1和PC2的贡献率分别为56.33%和22.97%,总贡献率为79.3%,基本可以反映出原始数据的变异信息。键合态和游离态组分在PC1和PC2上分区明显,不同发酵阶段(GBV1~GBV4)键合态香气成分占据第二、三象限,主要反映了D4(异戊酸)、E2(雪松醇)、A2(3-苯丙醇)、F4(3-羟基-2-丁酮)、C1(苯甲醛)等呈果香、木香、奶香、杏仁香的物质信息,说明这几种物质是新型松茸黄酒特征性键合态香气成分;且不同发酵阶段酒样(键合态)距离较近,其差异不显著(P>0.05),表明发酵过程对新型松茸黄酒键合态香气成分影响不大。新型松茸黄酒游离态香气成分占据第一、二、四象限,可见新型松茸黄酒游离态香气成分在不同发酵阶段差异明显,其中松茸提取液阶段(FV1)位于第二象限,与各阶段键合态酒样距离较近,说明松茸提取液中游离态香气成分与各阶段酒体中键合态香气成分差异不大,表明在实际生产中,可通过对新型松茸黄酒酒体中键合态香气成分的酶解或酸解,增加松茸特征性香气成分,进而提高松茸黄酒品质;前发酵前期(FV2)位于第一象限,该象限主要反映了G6(酞酸二丁酯)、C6(异丁醛)、C4(壬醛)、F1(2,3-丁二酮)、F2(2,3-戊二酮)、G11(硬脂酸乙酯)、B2(百里酚)、F5(3-辛烯-2-酮)、D7(壬酸)、C7(异戊醛)、C8(正己醛)、C3(反式肉桂醛)、C2(苯乙醛)、D1(辛酸)、G3(己酸乙酯)等呈果香、浆果香、奶香、肉桂香、草香和脂肪香的物质信息;前发酵后期(FV3)和后发酵后期(FV4)位于四象限距离较近,这一象限主要反映了A8(异戊醇)、A3(3-甲硫基丙醇)、A4(苯甲醇)、D5(正癸酸)、A9(正庚醇)、A7(异丁醇)、G9(乙酸乙酯)、A11(正己醇)、D2(乙酸)、G8(乙酸苯乙酯)、F6(苯乙酮)、A10(正癸醇)、G13(棕榈酸乙酯)、A6(辛醇)、A1(1-壬醇)、G2(癸酸乙酯)、G5(肉豆蔻酸乙酯)、F3(2-壬酮)、A12(正戊醇)、F7(香叶基丙酮)等呈果香、醇香、玫瑰香、酸味等物质信息,说明不同发酵发酵阶段,游离态香气成分存在一定差异性,表明整个发酵过程对新型松茸黄酒游离态香气成分影响较大,与HCA结果一致。
图5 不同发酵阶段游离态和键合态香气物质PCA
Fig.5 PCA of free and bonded aroma components in the different fermentation stages
本研究针对新型松茸黄酒不同发酵阶段(松茸提取液、前发酵前期、前发酵后期、后发酵后期)的游离态和键合态挥发性物质进行了提取、分离,并对其种类、含量及香气成分进行了对比研究。在 HS-SPME 的基础上结合 GC-MS 分析鉴定,共检测出发酵过程中键合态、游离态香气成分共127种,其中键合态香气成分77种、醇类16种、酚类3种、含硫类2种、醛类14种、酸类8种、萜类4种、酮类13类、酯类17种;游离态香气成分107种,吡嗪类3种、醇类18种、酚类3种、醛类13种、酸类12种、萜类8种、酮类7类、酯类36种、其他类7种(呋喃类、含硫化合物),且键合态香气成分主要为醇类、醛类与酚类(未检测到吡嗪类和呋喃类),而游离态香气成分以醇类和酯类为主(未检测到2-甲基丁醛等部分醛类),表明两种形态香味成分在一定程度上互补。通过聚类分析和主成分分析,发现与键合态香气成分相比,发酵过程对游离态香气组成影响更大,特别是醇类、酯类、酸类及醛酮类等香气成分含量明显增加。试验结果表明,发酵过程中新型松茸黄酒键合态和游离态香气成分种类、含量及香气特征存在一定差异性。这种差异性提示我们,在后续的工作中,将着重研究新型松茸黄酒中挥发性物质的形成机制及呈香物质的放香规律,为所有新型黄酒尤其是新型松茸黄酒的发酵过程中,如何更好地保留其中有益香气成分提供思路。
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