齊洛克啤酒花品種的揮發(fā)性成分分析

李玉晶，劉玉梅*

（新疆大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，新疆烏魯木齊830046）

齊洛克啤酒花品種的揮發(fā)性成分分析

李玉晶，劉玉梅*

（新疆大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，新疆烏魯木齊830046）

采用頂空固相微萃?。℉S-SPME）和水蒸氣蒸餾（SD）結(jié)合氣相色譜-質(zhì)譜（GC-MS）法對(duì)齊洛克啤酒花的揮發(fā)性成分進(jìn)行分析，以質(zhì)譜譜庫(kù)檢索并參考保留指數(shù)定性，峰面積歸一化法定量。頂空固相微萃取法鑒定出94種化合物，其中萜類(lèi)49種（相對(duì)含量76.59%）、酯類(lèi)22種、醇類(lèi)10種，還含有少量醛、酮、酸及萜類(lèi)氧化物。水蒸氣蒸餾法鑒定出了82種化合物，其中萜類(lèi)30種（相對(duì)含量71.73%）、酯類(lèi)17種、醇類(lèi)19種、萜類(lèi)氧化物6種，而醛、酮、酸類(lèi)化合物與頂空法接近。齊洛克啤酒花中主要揮發(fā)性成分以β-月桂烯（24.57%，5.37%）、α-葎草烯（14.71%，19.79%）、反式-石竹烯（9.13%，12.11%）等萜烯類(lèi)化合物為主，香氣特征以辛辣、樹(shù)脂型的草本香氣為主，且伴有花香和水果香。

齊洛克啤酒花；揮發(fā)性成分；頂空固相微萃?。凰魵庹麴s；氣質(zhì)聯(lián)用

啤酒花（HumuluslupulusL.）別名蛇麻草、陀得草、唐草花等，是蕁麻目大麻科葎草屬植物。對(duì)啤酒花的認(rèn)識(shí)歷史悠久，《本草綱目》中已有記載。啤酒花性苦，微涼，有健胃、安神、化痰止咳、抗結(jié)核菌等功能[1]。啤酒花中含有樹(shù)脂類(lèi)、揮發(fā)油、黃酮類(lèi)、多酚類(lèi)、鞣質(zhì)等化合物，其中黃酮類(lèi)，多酚類(lèi)化合物具有很強(qiáng)的抗氧化能力[2]。啤酒花是啤酒釀造的重要原料之一，在賦予啤酒獨(dú)特的香味和苦味特征的同時(shí)，還可以提供抑菌防腐作用，從而穩(wěn)定和協(xié)調(diào)啤酒的風(fēng)味和質(zhì)量[3-5]。

傳統(tǒng)的精油提取方法有溶劑萃取、水蒸氣蒸餾法（steam distillation，SD）等[6-7]，上述方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力，需要大量的樣品。近年來(lái)各種新的提取方法得到了發(fā)展，超聲波輔助萃取（ultrasonic-assisted extraction，UAE）[8-9]、微波輔助萃取（microwave-assisted extraction，MAE）[10]、超臨界流體萃?。╯upercritical fluid extraction，SFE）[11]等相繼出現(xiàn)，但上述方法的局限性也都逐漸顯現(xiàn)。如超聲波輔助萃取由于空化作用往往局部會(huì)產(chǎn)生極高的溫度和壓力，微波輔助萃取提取精油操作繁瑣、過(guò)程不易控制，超臨界流體萃取需高壓設(shè)備、且價(jià)格昂貴。為了更好的獲得樣品中低沸點(diǎn)揮發(fā)性成分的信息，頂空固相微萃?。╤eadspace solid-phase microextraction，HS-SPME）分析技術(shù)在20世紀(jì)80年代末出現(xiàn)并迅速發(fā)展起來(lái)[12-13]。HS-SPME是一種非溶劑萃取技術(shù)，具有自動(dòng)化、高通量分析、高萃取效率、高選擇性、操作簡(jiǎn)單方便、可在分析系統(tǒng)直接脫附等優(yōu)點(diǎn)[14]。采用頂空固相微萃取結(jié)合氣相色譜-質(zhì)譜（gas chromatography-mass spectrometer，GC-MS）評(píng)價(jià)低酒精度啤酒和啤酒花中香味成分等都獲得了很好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果[15-16]。

齊洛克（Chinook）啤酒花是一個(gè)新培育的啤酒花品種，其樹(shù)脂含量高，同時(shí)兼具香型花的特征，近年來(lái)已得到國(guó)外各大啤酒廠(chǎng)商的認(rèn)可，銷(xiāo)量逐年遞增[17]。本研究采用HS-SPME-GC-MS技術(shù)分析了新疆三寶樂(lè)農(nóng)業(yè)科技有限公司引種培育的齊洛克啤酒花品種中的揮發(fā)性成分，采用質(zhì)譜譜庫(kù)檢索和保留指數(shù)計(jì)算相結(jié)合的方法進(jìn)行定性，峰面積歸一化進(jìn)行定量，并與傳統(tǒng)的SD得到精油揮發(fā)性成分作比較，獲得了齊洛克啤酒花主要揮發(fā)性成分的組成和含量信息，為其進(jìn)一步利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

齊洛克（Chinook）壓縮啤酒花：新疆三寶樂(lè)農(nóng)業(yè)科技開(kāi)發(fā)有限公司提供；C6～C26正構(gòu)烷烴混合標(biāo)準(zhǔn)品：美國(guó)Sigma-Aldrich公司；蒸餾水：實(shí)驗(yàn)室制備。

1.2 儀器與設(shè)備

100μmPDMS萃取頭的手動(dòng)SPME進(jìn)樣器：美國(guó)Supelco公司；Finnigan Trace MS氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀：美國(guó)菲尼根公司；水蒸氣蒸餾裝置：實(shí)驗(yàn)室自制。

1.3 方法

1.3.1 水蒸氣蒸餾提取

取100 g粉碎的啤酒花樣品，采用試驗(yàn)室常用水蒸汽蒸餾裝置常壓煮沸4 h，得到啤酒花精油，精油清亮透明，出油率1.27%，相對(duì)密度0.901 2（20℃）。

1.3.2 頂空固相微萃取

取2 g酒花樣品粉碎后放入15 mL頂空瓶中，于50℃的水浴中用已老化至無(wú)雜質(zhì)峰的萃取頭吸附30 min，然后進(jìn)行GC-MS分析。

1.3.3 分析條件

色譜條件：PEG20M毛細(xì)管色譜柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；載氣為氦氣（He）；進(jìn)樣口溫度250℃；檢索譜庫(kù)：美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所（national institute of standards and technology，NIST）2005，Wiley7.0；程序升溫：起始溫度45℃，保持3min，以10℃/min升溫至100℃，然后以5℃/min的速度升溫至190℃，再以10℃/min升溫至230℃，保持3 min，不分流進(jìn)樣，恒流0.8 mL/min。

質(zhì)譜條件：離子源溫度200℃，電子電離（electronionization，EI）源，電子能量70eV，發(fā)射電流200 μA，檢測(cè)器電壓350 V，掃描質(zhì)量范圍33～453 u。

1.3.4 定性定量分析

通過(guò)譜庫(kù)檢索，保留值數(shù)的計(jì)算與文獻(xiàn)進(jìn)行比較，對(duì)成分進(jìn)行定性，定量依據(jù)峰面積歸一化計(jì)算[18]。

1.3.5 風(fēng)味特征分析

根據(jù)齊洛克啤酒花香氣成分的分析結(jié)果，將香氣成分分成五個(gè)典型的風(fēng)味類(lèi)型，采用Origin9.1軟件繪圖分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 齊洛克啤酒花的揮發(fā)性成分

在質(zhì)譜解析中，一些化合物在質(zhì)譜圖中的碎片峰非常相似，為了提高檢索結(jié)果的可靠性，在借助質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)定性的同時(shí)，還應(yīng)該考慮色譜保留行為[19-20]。本實(shí)驗(yàn)選擇C6～C26的正構(gòu)烷烴標(biāo)準(zhǔn)品來(lái)計(jì)算化合物的保留指數(shù)。齊洛克啤酒花的揮發(fā)性成分分析結(jié)果見(jiàn)表1。其中香氣特征根據(jù)參考文獻(xiàn)[21-23]查得。

表1 齊洛克啤酒花的主要揮發(fā)性成分Table 1 Main volatile compounds of Chinook hops

續(xù)表

續(xù)表

由表1可知，齊洛克啤酒花的揮發(fā)性成分以萜烯類(lèi)物質(zhì)為主，此外還含有烷烴，芳香烴、醇、醛、酮、酸等，兩種方法獲得的齊洛克啤酒花的揮發(fā)性物質(zhì)的種類(lèi)和含量均有一定差異，各類(lèi)化合物的具體分類(lèi)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 齊洛克啤酒花中主要揮發(fā)性成分的分類(lèi)Table 2 Classification of the main volatile components of Chinook hop

由表2可知，由SD-GC-MS定性化合物82種，HS-SPMEGC-MS方法定性94種化合物，是SD-GC-MS定性的化合物種類(lèi)的1.15倍，其中β-月桂烯、α-葎草烯、反式-石竹烯、δ-杜松烯、γ-依蘭油烯等是賦予啤酒花特征風(fēng)味的代表性萜烯類(lèi)化合物[24]。由表1可知，HS-SPME-GC-MS和SD-GC-MS共同檢測(cè)出32種萜烯類(lèi)化合物，以β-月桂烯（24.57%，5.37%）、α-葎草烯（14.71%，19.79%）、反式-石竹烯（9.13%，12.11%）、γ-依蘭油烯（2.70%，4.81%）、α-蛇床烯（2.59%，3.10%）等為主；其中異長(zhǎng)葉烯、β-花柏烯、巴倫西亞橘烯、1S，順-去氫白菖烯、脫氫香樹(shù)稀、α-二去氫菖蒲烯等化合物，兩種方法測(cè)定的含量結(jié)果接近；而β-月桂烯、α-萜品油烯等由于性質(zhì)不穩(wěn)定，在SD法中的含量下降，但是反式-石竹烯、α-葎草烯等物質(zhì)在SD法中含量升高，這與加熱的過(guò)程中存在萜烯類(lèi)化合物的異構(gòu)化和風(fēng)味轉(zhuǎn)化過(guò)程有關(guān)[25]。此外，含量相對(duì)較低的一些萜烯類(lèi)化合物在SD法得到的精油中均未檢測(cè)出來(lái)，如α-蒎烯、2,6-二甲基-2,4,6-辛三烯、紫蘇烯、柏木烯-V6、馬兜鈴烯、（+）-苜蓿烯、4,5-脫氫-異長(zhǎng)葉烯，說(shuō)明其在較長(zhǎng)時(shí)間的蒸餾提取過(guò)程中被損失。

由表2數(shù)據(jù)還可看出，HS-SPME法檢測(cè)到的22種酯類(lèi)化合物含量?jī)H次于萜烯類(lèi)，含量為15.89%；而SD法僅有17種化合物，質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降了約50%。這主要是由于SD法提取精油過(guò)程中相對(duì)較高的溫度可能使某些低沸點(diǎn)的萜烯類(lèi)化合物損失或結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，部分酯類(lèi)化合物會(huì)因出現(xiàn)水解而含量下降；與此同時(shí)，SD法獲得的揮發(fā)性組成中含氧化合物醇和萜烯醇類(lèi)物質(zhì)明顯增加[26]，而這類(lèi)物質(zhì)也是賦予啤酒酒花特征風(fēng)味的重要組成，對(duì)啤酒風(fēng)味的貢獻(xiàn)和影響更大[27]。如SD法定性了19種醇類(lèi)化合物，比HS-SPME-GC-MS增加了10種，僅萜烯醇類(lèi)化合物的含量就上升了7.72%，萜類(lèi)氧化物種類(lèi)和含量也分別增加了5種和3.67%。相比而言，其他一些含量相對(duì)較低的化合物兩者的結(jié)果差異不大。在HS-SPME-GC-MS和SD-GC-MS共同檢測(cè)出的57種化合物（85.34%，83.94%）中，除萜烯類(lèi)化合物外，還含有脂類(lèi)化合物12種（12.72%，6.86%）、醇類(lèi)化合物10種（1.8%，7.42%）、酸類(lèi)化合物1種（0.07%，0.08%）、氧化物1種（0.05%，0.42%）。

2.2 齊洛克啤酒花的香氣特征

揮發(fā)性成分的種類(lèi)和含量比例的差異會(huì)賦予啤酒花特征的酒花香氣和獨(dú)特的風(fēng)味品質(zhì)。根據(jù)表1定性的揮發(fā)性成分的風(fēng)味特征，可按照草本香型/草藥香型、水果香型、花香型、辛辣香型、柑橘香型等幾個(gè)風(fēng)味類(lèi)型對(duì)齊洛克啤酒花的風(fēng)味特征進(jìn)行分析，結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 齊洛克啤酒花揮發(fā)性成分的香氣特征Fig.1 Aroma characteristics of volatile compounds of Chinook hop

由圖1可知，齊洛克啤酒花的辛辣香型、草本/草藥型的香氣較為突出，并伴有水果和花香。如β-月桂烯具有清淡的香酯香氣，β-蒎烯特有的松木香氣和樹(shù)脂香氣，反式-石竹烯具有溫和的丁香香氣，α-葎草烯賦予啤酒花特有的油脂和草本香氣，香葉醇、芳樟醇甜潤(rùn)清新的玫瑰和鈴蘭花香及具有梨和菠蘿香氣的丁酸丁酯等，都是啤酒中酒花香氣的特征組分[28-29]，這些化合物會(huì)賦予啤酒甘甜清爽的香氣，提高啤酒的風(fēng)味品質(zhì)。

3 結(jié)論

采用HS-SPME-GC-MS的方法對(duì)齊洛克啤酒花中揮發(fā)性成分的組成和含量進(jìn)行分析，并與傳統(tǒng)的SD法所得到的精油成分進(jìn)行了比較。結(jié)果表明，齊洛克啤酒花中的主要揮發(fā)性成分為萜烯類(lèi)為主的碳?xì)浠衔铮浯螢轷ヮ?lèi)化合物和醇類(lèi)化合物，還有少量的酮、酸、醛類(lèi)等化合物。其中，萜烯類(lèi)化合物以β-月桂烯、α-葎草烯、反式-石竹烯、γ-依蘭油烯、α-蛇床烯、δ-杜松烯、反式-α-古巴烯、3，7（11）-桉葉二烯、β-蛇床烯、依蘭烯、α-萜品油烯、1S，順-去氫白菖烯、γ-杜松烯、大根香葉烯D等為其主要成分，酯類(lèi)化合物以6-甲基庚酸甲酯、4-葵烯酸乙酯、丁酸-3-甲基丁酯、3,5-二甲基庚酸甲酯、芳樟醇乙酯、辛酸乙酯等的含量較高。在水蒸氣蒸餾得到的酒花精油中，對(duì)啤酒風(fēng)味有重要影響的萜烯醇類(lèi)化合物橙花叔醇、杜松醇、蓽澄茄油烯醇等含量明顯提高，且萜烯氧化物的含量也明顯增加。上述風(fēng)味物質(zhì)賦予了齊洛克啤酒花較為明顯的辛辣、草本/草藥香氣，并伴有水果香和花香。

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Analysis of volatile components from Chinook hop

LI Yujing,LIU Yumei*
(College of Chemistry and Chemical Engineering,Xinjiang University,Urumqi 830046,China)

The volatile components of the Chinook hop were analyzed by headspace solid-phase microextraction(HS-SPME)and steam distillation combined with gas chromatography-mass spectrometry(GC-MS),the main chemical compositions were qualitatively analyzed by mass spectral library retrieval combined with Kovats retention indices(RI)and quantitative determined by area normalization method.A total of 94 volatile components were identified by HS-SPME-GC-MS,49 kinds of terpenoids were identified(relative content 76.59%),followed by 22 esters,10 alcohols,and little aldehydes,ketones,acids and terpene oxides.A total of 82 volatile constituents were identified by SD-GC-MS,among which were 30 kinds of terpenoids(71.73%),followed by 17 esters,19 alcohols,6 terpene oxides,and similar results were obtained for aldehydes,ketones and acids.The major volatile compounds in Chinook hop were terpene,such as β-mycrene(24.57%,5.37%),α-humulene(14.71%,19.79%),trans-caryophyllene(9.13%, 12.11%),etc.The main aroma of Chinook hops was spicy and resin herbal,combined with floral and fruity aroma.

Chinook hop;volatile components;HS-SPME;steam distillation;GC-MS

TS261.2；TS262.5

0254-5071（2017）04-0168-06

10.11882/j.issn.0254-5071.2017.04.035

2016-11-10

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（31360403）

李玉晶（1992-），男，碩士研究生，研究方向?yàn)樘烊划a(chǎn)物功能因子及分析檢測(cè)。

*通訊作者：劉玉梅（1965-），女，教授級(jí)高級(jí)工程師，博士，研究方向?yàn)樘烊划a(chǎn)物功能因子及分析檢測(cè)。