FSHW | 运用GC×GC-TOF/MS结合多元统计方法分析青稞白酒中特征性萜烯类和降异戊二烯类化合物

Introduction

青稞白酒风格独特，在中国白酒中独树一帜。它采用我国高海拔地区生产农作物青稞为酿酒原料，青稞和豌豆制中低温曲和中高温曲两种大曲为糖化发酵剂，海拔>3000 m的冰川水为酿酒用水，以花岗岩条石窖为发酵设备，窖底铺设当地所产松木板，采用“清蒸清烧四次清”工艺固态发酵、固态蒸馏，陶坛贮存陈酿。与其他白酒相比，青稞白酒中芳樟醇、β-大马士酮和β-紫罗兰酮的含量最高，这主要归因于窖底铺设的松板中含有大量的萜烯类和降异戊二烯类化合物。青稞白酒特殊的生产原料和工艺使得其萜烯类和降异戊二烯类化合物与其他白酒存在较大的差异，因此，对青稞白酒中未知的特征性萜烯类和降异戊二烯类化合物进行全面的研究具有十分重要的意义。

萜烯类和降异戊二烯类化合物具有强的抗氧化活性和独特的香气，一些降异戊二烯类化合物，如β-大马士酮和β-紫罗兰酮，因其阈值低、香气甜美而备受关注。许多酒精类饮料都含有多种萜烯类和降异戊二烯类化合物，如墨西哥仙人掌酒中含有d-柠檬烯、中国郎酒中含有β-大马士酮、葡萄酒中含有β-紫罗兰酮等。通常，酒精饮料中萜烯类和降异戊二烯类化合物的浓度不高，但它们的阈值也很小，这就使得萜烯类和降异戊二烯类化合物对酒精饮料的风味发挥着非常重要的作用。

目前，研究人员对白酒的特征性香气化合物（酯类、醇类、醛类、酸类、吡嗪类、含硫化合物）进行了大量研究，但萜烯类和降异戊二烯类化合物对白酒风味的贡献却很少受到关注。白酒中的萜烯类和降异戊二烯类化合物不易检测，虽然已有研究报道芳樟醇、β-大马士酮和β-紫罗兰酮是青稞白酒中主要的3种萜烯类和降异戊二烯类化合物，但与葡萄酒、水果酒等其他酒精饮料中萜烯类和降异戊二烯类化合物的种类和含量差异较大，青稞白酒中还有更多含量小但作用显著的萜烯类和降异戊二烯类化合物仍未被发现。因此，有必要采用先进的分析方法全面分析和揭示青稞白酒中萜烯类和降异戊二烯类化合物的组成及特征。

本研究采用HS-SPME结合GC×GC-TOF/MS完成了以下工作：1）鉴定了2 种青稞原酒（B1、B2）和3 种青稞商品酒（R1、R2、R3）中的萜烯类和降异戊二烯类化合物。2）采用内标法对5 种青稞白酒样品中的萜烯类和降异戊二烯类化合物进行定量，结合OAVs明确主要萜烯类和降异戊二烯类化合物对青稞白酒风风味的贡献。3) 采用多元统计分析方法，对青稞原酒新酒（B1）、陈酒（B2）和商品酒（R1、R2、R3）中萜烯类和降异戊二烯类化合物差异进行分析。

Results and discussion

青稞白酒中萜烯类和降异戊二烯类化合物的定性

在5 种不同青稞白酒中共鉴定出50 种萜烯类和降异戊二烯类化合物。在新酒中检测到40 种，在陈酒中检测到43 种，其中40 种在新酒和陈酒中均被检测到，β-蒎烯、左旋龙脑和罗勒烯只在陈酒中检测到，而新酒中未发现，在新酒中检测到的化合物在陈酒中也全部被检测到。在商品酒中共发现30 种萜烯类和降异戊二烯类化合物，其中有22 种可在原酒（新酒和陈酒）中找到，而7 种只在商品酒中发现，分别为长叶松萜烯、(+)-环苜蓿烯、长叶环烯、大根香叶烯、香橙烯、α-衣兰油烯和花侧柏烯（图1a）。

5 种青稞白酒中共有的萜烯类和降异戊二烯类化合物有12 种，它们分别为γ-松油烯、β-松油醇、α-水芹烯、樟脑萜、二氢月桂烯醇、α-环柠檬醛、β-环柠檬醛、α-蒎烯、异龙脑、茶香螺烷、柠檬烯和玫瑰醚；3 种商品酒（R1、R2、R3）中共有的萜烯类和降异戊二烯类化合物有14 种，(+)-环苜蓿烯和长叶环烯仅在R2中检测到，α-衣兰油烯只在R3中检测到（图1b）。

图1不同青稞酒样品中50 种萜烯类和降异戊二烯类化合物韦恩图

青稞白酒中萜烯类和降异戊二烯类化合物对风味的贡献

青稞白酒中主要萜烯类和降异戊二烯类化合物的OAVs如表1所示。(E)-β-紫罗酮（花香、木香）在新酒（B1）、陈酒（B2）及商品酒（R3）中OAVs均较高，表明其对青稞白酒风味有较大贡献；γ-松油烯仅在陈酒（B2）中OAV大于1，而其他酒中均小于1，因此可以判断其对青稞白酒风味贡献很小；异龙脑、β-环柠檬醛、水芹烯和α-蒎烯在新酒（B1）和陈酒（B2）中OAVs均大于1，表明其对青稞白酒风味有一定贡献。

表1 5 种青稞白酒中主要萜烯类和降异戊二烯类化合物OAVs

5 种青稞白酒中萜烯类和降异戊二烯类化合物差异分析

对5 种青稞白酒中萜烯类和降异戊二烯类化合物含量进行聚类分析，如图2所示。5 种青稞白酒样品可明显的分成2组，原酒（B1、B2）为一组，商品酒（R1、R2和R3）为另一组，表明原酒和商品酒中萜烯类和降异戊二烯类化合物含量差异明显，大部分化合物在原酒中含量明显高于商品酒中含量。主要原因是原酒的酒度远高于商品酒，在商品酒生产过程中需对原酒进行降度，使得酒液中化合物含量降低。

图2 5 种青稞白酒中萜烯类和降异戊二烯类化合物含量热图

图3a所示为两种原酒（新酒B1和陈酒B2）中萜烯类和降异戊二烯类化合物差异，图中靠左边的化合物在陈酒中含量较高，而靠右边的化合物在新酒中含量较高。显然，β-蒎烯、γ-松油烯、异龙脑、 (Z)-β-罗勒烯、4-萜品醇、樟脑萜、柠檬烯、橙花醚、α-蒎烯和水芹烯在陈酒中含量显著的高于新酒中含量，而α-蛇床烯、香茅醇、依兰油醇、δ-杜松烯、橙花醛、橙花叔醇、喇叭茶醇、二氢松油醇和α-毕橙茄醇在新酒含量显著高于陈酒中含量。

图3b所示为原酒（B1和B2）和商品酒（R1、R2和R3）中萜烯类和降异戊二烯类化合物差异，长叶烯、长叶环烯、香橙烯、环苜蓿烯、大根香叶烯、α-衣兰油烯、花侧柏烯、(Z)-氧化芳樟醇、异松油烯、香茅醇和樟脑萜在原酒中的含量远远高于商品酒中的含量，与原酒相比，商品酒中萜烯类和降异戊二烯类化合物种类和含量都要少一些。这也一定程度上造成青稞原酒和商品酒香气的差异，大量的萜烯类和降异戊二烯类化合物使得原酒的香气较商品酒的香气更丰满柔和。

图3 青稞白酒中萜烯类和降异戊二烯类化合物火山图

进一步对5 种青稞白酒样品中50种萜烯类和降异戊二烯类化合物含量进行主成分分析，寻找关键萜烯类和降异戊二烯类化合物的差异，如图4所示。新酒（B1）、陈酒（B2）、商品酒（R1、R2和R3）明显分成3 组，商品酒与原酒之间的差异远远大于新酒和陈酒之间的差异，由于商品酒是由陈酒经调配而得，因此商品酒与陈酒之间的差异较与新酒之间的差异更小一些。使陈酒（B2）与其他酒样区分开的化合物主要有(2Z,6E)-金合欢醇、水芹烯、2-(4-甲基-3-环己烯基)丙醛和长叶薄荷酮，使新酒（B1）与其他酒样区分开的化合物主要是异石竹烯、α-古云烯、α-蛇床烯、脱氢芳樟醇和喇叭茶醇，而α-蒎烯、茶香螺烷、γ-松油烯、(E)-氧化芳樟醇、(Z)-氧化芳樟醇则是商品酒（R1、R2和R3）与其他酒样差异较大的化合物。

图45 种青稞白酒中萜烯类化合物和降异戊二烯类化合物的PCA分析图

Conclusion

5 种青稞白酒共鉴定出50 种萜烯类和降异戊二烯类化合物，根据化合物的OAVs，发现(E)-β-紫罗酮、异龙脑和β-环柠檬醛可能对青稞白酒的风味具有一定贡献。根据萜烯类和降异戊二烯类化合物种类和含量不同，能够将青稞新酒、陈酒和商品酒清晰的区分开。大部分化合物在原酒（B1、B2）中含量明显高于商品酒（R1、R2和R3）中含量，青稞新酒（B1）和陈酒（B2）中差异最大的化合物是β-蒎烯、γ-松油烯和α-蛇床烯，而长叶松萜烯是商品酒和原酒之间区别最大的化合物。

本研究全面揭示了青稞原酒和商品酒中萜烯类和降异戊二烯类化合物的种类和含量特征及其在陈酿过程中的变化规律，有助于明确萜烯类和降异戊二烯类化合物对青稞白酒风味的贡献，更重要的，本研究表明萜烯类和降异戊二烯类化合物是区分青稞新酒和陈酒的重要标志物。

第一作者简介

王新磊，北京工商大学轻工科学技术学院，博士研究生，高级工程师，国家级白酒评委。研究方向为白酒风味与健康，主持或参与省市级项目4项，发表科技论文10余篇，申请发明专利2项。

通信作者简介

郑福平，博士，北京工商大学轻工科学技术学院教授、博士生导师。美国密西根州立大学访问学者，美国克莱姆森大学高级访问学者。北京市高校中青年骨干教师，新世纪百千万人才工程北京市级人选，政府特殊津贴人选，中国食品科学技术学会传统酿造食品分会副理事长。主持完成国家自然科学基金项目、十三五国家重点研发计划项目、教育部重点课题1项等多项科研项目，科研成果获得国家技术发明二等奖1项、国家科技进步二等奖1项，省部级科技奖励6项、中国高校科学技术奖1项。目前主要从事传统酿造食品风味与品质研究工作。获国家发明专利授权9项，发表论文逾300篇。

Characterization of terpenoids and norisoprenoids from base and retail Qingke Baijiu by GC × GC-TOFMS and multivariate statistical analysis

Xinlei Wanga,b,c, Lin Zhua,b,c, Xuebo Songa,b,c, Si Jinga,b,c, Fuping Zhenga,b,c, * , Mingquan Huanga,b,c, Shengbao Fengd, Luzhong Lad

a Beijing Advanced Innovation Center for Food Nutrition and Human Health, Beijing Technology and Business University, Beijing 100048, China

b Beijing Laboratory of Food Quality and Safety, Beijing Technology and Business University, Beijing 100048, China

c Key Laboratory of Brewing Molecular Engineering of China Light Industry, Beijing Technology and Business University, Beijing 100048, China

d Qinghai Huzhu Highland Barley Wine Co., Ltd., Huzhu 810500, China

*Corresponding author.

E-mail: zhengfp@btbu.edu.cn

Abstract

Qingke (highland barley) Baijiu is a special Chinese Baijiu which is mainly produced from Qinghai-Tibet Plateau. Since the pine board is used as the bottom of the fermentation pit, we deduced that the terpenoids and norisoprenoids in pine board might be introduced into Qingke Baijiu. Thus, the terpenoids and norisoprenoids in Qingke Baijiu were investigated by headspace solid phase microextraction (HS-SPME) combined with comprehensive two-dimensional gas chromatography coupled to time-of-flight mass spectrometry (GC × GC-TOFMS). The results showed that γ-terpinene (0.70–530.72 μg/L), α-phellandrene (0.34–256.66 μg/L), longicyclene (0–38.55 μg/L), α-pinene (1.21–35.54 μg/L) and limonene (0.93–23.69 μg/L) were the top 5 terpenoids/norisoprenoids in Qingke Baijiu. Pulegone was detected and reported for the first time in Baijiu, and the concentrations in Qingke Baijiu were 0.78 μg/L (fresh) and 3.90 μg/L (7 years old). According to the principal component analysis (PCA) plot, young, aged, and retail Qingke Baijiu could be differentiated clearly. Fold change (FC) and t-tests analysis indicated that β-pinene, γ-terpinene, and α-selinene were the most different terpenoids/norisoprenoids between young and aged Qingke Baijiu, and longifolene was the most different terpenoids/norisoprenoids between base and retail Qingke Baijiu. The terpenoids and norisoprenoids, such as (E)-β-ionone, isoborneol and β-cyclocitral, could be potential markers indicating the ageing process of Qingke Baijiu.

Reference:

WANG X L, ZHU L, SONG X B, et al. Characterization of terpenoids and norisoprenoids from base and retail Qingke Baijiu by GC × GC-TOFMS and multivariate statistical analysis[J]. Food Science and Human Wellness, 2023, 12(1): 192-199. DOI:10.1016/j.fshw.2022.07.009.

文章编译内容由作者提供

编辑：王佳红；责任编辑：张睿梅

由于原材料和加工参数的特殊性，传统食品具有独特多样的风味特征和生物功能。 为了支持传统食品行业的发展，促进研究人员之间进行更多的合作，以解决该行业面临的许多挑战。 北京食品科学研究院和中国食品杂志社组织召开此次论坛，特邀在《Food Science and Human Wellness》“传统食品： 从风味形成到生物活性”专辑和《食品科学》相关专栏发表高水平论文的专家做报告，也欢迎相关研究领域科研人员和企业技术人员积极参与研讨，交流最新研究进展及成果，为行业发展贡献智慧和力量。

网络直播入口：请于12月16日微信扫描下方二维码直接进入会议室进行观看，可提前扫描下方二维码进行直播预约。也可以关注 食品科学杂志微信视频号，将同步直播！