主题:【第八届原创】酱香酒的代谢组学验证

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酱香酒的代谢组学验证

1引言
      中国酒文化源远流长,酱香酒是中国口味最独特,最具有影响力的白酒之一。酱香型酒具有突出酱香味,并且具有空杯流香、幽雅细腻的特征。酱香酒一年的发酵过程中产7次酒,这7个轮次的酒除具有酱香型酒的总体特征外又各不相同。酱香型酒中的微量成分丰富,具有醇、酯、醛、酸、芳香族类化合物等。本实验选取酱香酒中的四个化合物正丁醇、己酸乙酯、乳酸乙酯、糠醛作代谢组学验证。
2实验方法
      本实验采用气相色谱分析酒中挥发性微量物质如醇、酯等。将不同轮次酒取1μL进入气相色谱检测分析,分析结果采用内标法定量,定性即为各标准品单独进样的保留时间对比。内标物为乙酸正丁酯,采用内标法定量。
3 结果与讨论
3.1乳酸乙酯在七个轮次酒中的变化趋势

图1乳酸乙酯在七个轮次酒中的变化趋势


      由图1可以看出,HS-SPME-GC-MS法与GC法测得的乳酸乙酯变化趋势并不完全一样。变化趋势的微小差异是由于酒中香气物质的萃取方法和实验方法以及所用仪器的差异造成,但不影响物质含量变化趋势的比较。由图1可以看出,乳酸乙酯在酱香型酒的发酵过程中逐渐降低,在四轮次酒中降到最低,随后在五轮次酒中乳酸乙酯的含量又有所增加。乳酸乙酯具有花香和水果香,酯类物质是由酸类物质与醇类物质在酶的催化条件下反应而成,酯类物质的形成受许多因素的影响,包括发酵温度,发酵中的氧气含量,菌群的变化等。较高的发酵温度会造成酯类物质的水解和挥发,因此高温会造成发酵中酯类物质的减少。而较低的发酵温度有利于短链酯类物质的形成。在经过两个循环的发酵后,微生物的酶催化作用使得糟醅中积累了含量较高的乳酸乙酯,因此一轮次的乳酸乙酯含量相对较高。在二轮次酒至四轮次酒的发酵过程和蒸酒过程中,乳酸乙酯的含量随着蒸酒过程的次数增加而不断减少。当糟醅中乳酸乙酯含量降到一个较低点时,糟醅中的产乳酸乙酯微生物受到的反馈抑制降低,产乳酸乙酯的酶催化活性升高。使得在接下来的发酵过程中乳酸乙酯的含量回升,在五轮次酒中含量再次升高。轮次酒中乳酸乙酯的含量随着发酵与蒸酒过程有起伏式的变化,这归因于微生物的催化作用,蒸酒过程乳酸乙酯含量的变化,以及随着发酵循环的进行发酵条件的变化。
3.2糠醛在七个轮次酒中的变化趋势

图2糠醛在七个轮次酒中的变化趋势

由图2可以看出,HS-SPME-GC-MS法与GC法测得的糠醛变化趋势基本一致。用代谢组学的方法预测对七个轮次酒不同风格与口感特征有重要影响的微量化合物。由图2可以看出,糠醛含量在酱香型酒的发酵过程中逐渐升高,在三轮次酒中又有少量的减少,四五轮次酒中糠醛含量增加,五轮次酒后又逐渐降低。糠醛是一种杂环类化合物,糠醛产生于原料如高粱等在低PH下的蒸馏水解过程,在多种酒类中均被检测到。研究发现糠醛在酱香型酒中的含量最高,可高达其他香型酒糠醛含量的10倍,因此有研究人员推测糠醛与酱香型酒中的突出酱香味有重要联系。糠醛在不同轮次酒中的变化推测原因有两个,一是白酒蒸馏过程中原料水解程度的不同,另一个原因为发酵过程中微生物降解糠醛的程度不同。两个原因共同使得轮次酒中的糠醛含量变化。


3.3正丁醇在七个轮次酒中的变化趋势
      由图3可以看出,HS-SPME-GC-MS法与GC法测得的乳酸乙酯变化趋势并不完全一样,变化趋势的微小差异是由于酒中香气物质的萃取方法和实验方法以及所用仪器的差异造成,但不影响物质含量变化趋势的比较。两种方法所测数据变化趋势的一致性表明所用的检测方法和检测手段是真实可信的,代谢组学的模型建立也真实可行,可以用代谢组学的方法预测对七个轮次酒不同风格与口感特征有重要影响的微量化合物。醇类物质在白酒中起到助香的作用,能使得酒有醇甜的味道。醇类物质是在有氧条件下由糖类物质转化而成,或在无氧条件下由氨基酸转化而成。影响不同轮次酒中的正丁醇含量的因素包括酒糟下窖的发酵条件以及蒸酒过程。发酵中微生物催化糖类和氨基酸类物质转化为正丁醇的能力影响了酒糟中正丁醇的含量。

图3 正丁醇在七个轮次酒中的变化趋势


3.4己酸乙酯在七个轮次酒中的变化趋势
      己酸乙酯是白酒中一种重要的化合物,大多数中国白酒都含有己酸乙酯,并且己酸乙酯是浓香型白酒浓郁香气的主要呈香物质。己酸乙酯中为白酒提供花香、水果香与醇甜的味道。由图4可以看出,HS-SPME-GC-MS法与GC法测得的乳酸乙酯变化趋势并不完全一样,变化趋势的微小差异是由于酒中香气物质的萃取方法和实验方法以及所用仪器的差异造成,但不影响物质含量变化趋势的比较。在经过前两个循环的发酵后酒糟中储备了较高含量的己酸乙酯,随着蒸馏次数的增多,轮次酒中的己酸乙酯含量降低,到第四轮次酒时己酸乙酯的含量降至最低,在产五轮次酒的酒糟发酵中产己酸乙酯菌催化活力增强,使得己酸乙酯的含量经过一个月发酵周期后含量升高。


图4己酸乙酯在七个轮次酒中的变化趋势


4结论

      用气相色谱的方法测定了乳酸乙酯、己酸乙酯、正丁醇、糠醛四种物质的含量,并将其与顶空固相微萃取联合气相色谱与质谱法测得数据作对比,可以看到四种物质用两种方法测得的数据拟合度较高,变化趋势基本一致。用HS-SPME-GC-MS法测酒中的微量化合物,可以准确的监测发酵过程中各物质的变化趋势,相对应的代谢组学模型也真实可靠,能够准确的找出随着发酵轮次的变化和酱香酒中差异较大的物质。

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