野生蓝莓果汁及其发酵果酒挥发性成分分析

庞惟俏，姜 雪，郭德军*

(黑龙江八一农垦大学食品学院，黑龙江大庆163319)

野生蓝莓果汁及其发酵果酒挥发性成分分析

庞惟俏，姜 雪，郭德军*

(黑龙江八一农垦大学食品学院，黑龙江大庆163319)

利用顶空固相微萃取法并结合气相色谱-质谱技术，鉴定并分析了野生蓝莓果汁及其果酒中挥发性成分。结果表明，共鉴定出69种挥发性香气成分，包括酸（1种）、酯（21种）、醇（7种）、醛酮（11种）、酚（4种）、烷烃（15种）、其他物质（10种）。其中蓝莓果酒中检出45种挥发性成分，相对含量为86.09%；蓝莓果汁中检出挥发性成分为28种，相对含量为83.24%，其中4种为共有的挥发性成分。野生蓝莓果酒中主要的挥发性成分包括9-十六碳烯酸乙酯（13.09%），正己酸乙酯（10.41%），肉豆蔻醛（13.01%）。蓝莓果汁中的邻苯二甲酸二异丁酯（36.49%）、六甲基环三硅氧烷（11.39%）、十四甲基环七硅氧烷（3.66%）是主要的挥发性成分。其中酯类物质是蓝莓果酒和蓝莓果汁形成独特香气的重要组成部分，各组分共同作用丰富其香气种类，赋予其宜人的香味。

野生蓝莓果酒；蓝莓果汁；挥发性成分；顶空固相微萃取；气相色谱-质谱

野生蓝莓（blueberry）果实又称笃斯越桔、都市、甸果，是我国北方地区特有的一种营养十分丰富的纯天然深蓝色浆果。因蓝莓赋含多种天然活性成分，其中最具代表的花青素，含量达163 mg[1]；同时其拥有的维生素族物质和微量元素含量更是高于其他类水果；具有清除自由基、抗视力退化、抗癌、增强人机体免疫等功能[2]。近年来，国内外利用蓝莓果实开发出来的产品层出不穷，蓝莓果干、蓝莓果汁、蓝莓果酒、蓝莓口服液、蓝莓乳制品等[3]。其中，蓝莓果酒是以蓝莓果为原料，经微生物的作用发生一系列复杂的反应酿制而成，因其独特的发酵风味、酯香醇厚的果酒香气、显著的营养保健作用[4]，逐渐成为餐桌上单一葡萄酒的替代品，深受国内外消费者的亲睐。由于我国蓝莓果酒的酿造工艺和工业化生产仍存在很多不足，使得其酒香不稳定，且不易控制。因此，不断发展和完善蓝莓果酒加工工艺将成为未来果酒发展的主趋势。

顶空固相微萃取（headspace solid-phase microextrac tion，HS-SPME）和气质联用（gas chromatography-mass spectrometer，GC-MS）技术是目前应用于发酵果酒香气成分测定分析的主要方法。杨华等[5]利用此技术鉴定出红豆越橘发酵果酒中挥发性香气成分共57种。尤宏梅等[6]通过该技术在忠芝蓝莓酒中检出65种挥发性成分，大部分为醇酯类物质。王健美等[7]确定了杜克蓝莓果酒中32种挥发性成分。目前，利用HS-SPME-GC-MS技术鉴定对比分析以我国大兴安岭地区的蓝莓果为原料酿造的发酵型蓝莓果酒和野生蓝莓果汁中挥发性香气成分进行对比的研究鲜有报道。本实验将大兴安岭野生蓝莓果酒和果汁作为鉴定对象，通过HS-SPME-GC-MS技术检测二者中的挥发性香气成分，为更好地丰富蓝莓果酒中的香气成分，大规模工业化和合理化地生产东北地区蓝莓果酒和果汁，完善生产体系和保证产品质量，不断提高风味的稳定性提供客观的理论性的参考依据，也为合理开发大兴安岭野生蓝莓资源奠定基础。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

野生蓝莓浆果：大兴安岭超越野生浆果加工有限公司；酿酒活性干酵母D15：黑龙江八一农垦大学食品微生物实验室保藏；蔗糖、亚硫酸、果胶酶、氢氧化钠（分析纯）：国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

7890A气相色谱仪、5975质谱仪：美国Agilent公司；DB-5色谱柱（60 m×0.25 mm×0.25 μm），PDMS/DVB 100 μm萃取头：美国Supelco公司。

1.3 实验方法

1.3.1 野生蓝莓果酒的加工工艺

1.3.2 GC-MS条件

采集野生蓝莓果酒30 mL，置于50 mL样品瓶中，70℃水浴，将老化5 min的PDMS固相微萃取头插在样品瓶中吸附萃取40 min，进样分析解析1.5 min，同时启动仪器采集数据。

气相色谱分析条件：进样口温度250℃，载气氦气（He），流速1.0mL/min。程序升温方式：初始温度80℃，5℃/min升温至270℃，保持5min；降温至80℃；分析总时间为43min，进样模式为splitless，不分流进样。

质谱条件：离子源在230℃全扫描，电离方式：电子电离源（electronic ionization，EI），四级杆：150℃，传输线温度230℃，电子能量70 eV；扫描质量范围：50～550 amu，重复3次。

1.3.3 定性与定量分析

定性分析：检出的各挥发性组分通过NIST 02.L图谱库检索、分析。

定量分析：基于峰面积归一化法计算野生蓝莓酒挥发性成分的相对含量。

2 结果与分析

2.1 野生蓝莓发酵果酒和蓝莓果汁挥发性成分

根据检测条件，对野生蓝莓发酵果酒和蓝莓果汁中发挥性成分进行GC-MS分析，得到的总离子流色谱图如图1所示。各种组分出峰较明显，表明采用HS-SPME-GCMS分析蓝莓果酒中挥发性成分能满足分析要求。依据检索匹配度＞80%的原则[8]，以峰面积归一法计算的蓝莓果酒及蓝莓果汁中挥发性成分的相对含量，所得结果见表1。

图1 野生蓝莓果酒（A）及果汁（B）挥发性成分GC-MS分析总离子流色谱图Fig.1 Total ion chromatogram of volatile components in wild blueberry wine(A)and juice(B)analysis by GC-MS

由表1可知，利用HS-SPME和GC-MS检测技术在大兴安岭野生蓝莓果酒和果汁中共检出69种挥发性成分，包括1种酸类物质、21种酯类物质、7种醇类物质、4种酚类物质、11种醛酮类物质、15种烷烃类物质、10种其他类物质。

在野生蓝莓发酵果酒中，45种挥发性成分被检出，占总峰面积的86.09%。其中，酸类和酚类物质各1种，分别占总峰面积的0.48%、0.39%；酯类物质15种，占53.26%；2种醇类物质，占1.49%；7种醛酮类物质，占16.97%；烷烃类物质12种，占9.82%；其他类物质7种，占3.68%。其所含的主要挥发性香气成分是正己酸乙酯、9-十六碳烯酸乙酯、肉豆蔻醛、辛酸乙酯、十六烷酸乙酯、癸酸乙酯，相对含量分别为10.41%、13.09%、13.01%、6.30%、5.48%、3.48%，共占总挥发性成分的51.77%，是总峰面积1/2。28种挥发性成分在野生蓝莓果汁中被检出，占总峰面积的83.64%。酯类物质、醇类物质、烷烃类物质各有6种，相对含量分别为42.41%、7.46%、22.54%；4种醛酮类物质，占5.00%；3种酚类物质，占3.73%；3种其他类物质，占2.50%。主要含有邻苯二甲酯二异丁酯、六甲基环三硅氧烷、十四甲基环七硅氧烷、八甲基环四硅氧烷、6,6-二甲基二环[3.1.1]庚-2-烯-2-甲醛、4-甲基-1-（1-甲基乙基）-3-环己烯-1-醇、邻苯二甲酸二丁酯，各组分的相对含量为36.49%、11.39%、3.66%、3.55%、2.61%、2.23%、2.09%。野生蓝莓果酒和果汁中挥发性成分之间种类和含量的变化差异，赋予二者独特的香气和风味，这些成分可为建立特有的蓝莓发酵酒标准提高参考。

表1 野生蓝莓果酒及果汁中主要的挥发性成分Table 1 Main volatile components in wild blueberry wine and juice

续表

2.2 醇类挥发性成分的比较

蓝莓果酒和蓝莓果汁中检出的相同醇类物质是松油醇，但二者的相对含量相差2倍多，分别为0.55%、1.35%。具有紫丁香味的单环单萜类化合物松油醇，常用于香精的制备，是蓝莓果酒呈香的主要成分[9]。研究表明蓝莓酒发酵过程中产生的萜类化合物能使得蓝莓香气更加沉稳，且其香气的不同与原料蓝莓的品种有直接的关系。蓝莓果汁中检出的醇的种类较蓝莓果酒中的多，其主要包括叔丁基二甲基硅烷醇、4-甲基-1-（1-甲基乙基）-3-环己烯-1-醇、柏木醇，含量分别为1.70%、2.23%、1.00%。其中柏木醇具有一定程度的药理作用[10]，如抗炎、抗菌；同时也有抗心血管疾病、抗衰老及抗肿瘤等功能性作用，更充分地说明了野生蓝莓的保健价值。4-乙氧基-3-甲氧基苯甲醇仅在蓝莓果酒中被检出，其与蓝莓果汁中检出的醇均属于高级醇，是葡萄糖和果糖的次级代谢产物，其在蓝莓酒中的相对含量为0.94%。这与曹雪丹等[11]在蓝莓果酒中检出的醇类物质种类有所不同，其主要包括玫瑰香的苯乙醇、水果香的正己醇等。这可能是因为所使用的酵母菌种类及原料果实的含糖量不同，代谢终产物的种类也有所不同。高级醇代谢形成的机理主要有2种，一种是蓝莓果实中氨基酸在转氨酶和脱羧酶的作用下生成酸和醛，再经过还原生成高级醇；另一种是酵母菌作用于糖代谢的中间产物酮酸经脱氢酶作用形成高级醇[12]。4-乙氧基-3-甲氧基苯甲醇又称香兰醇、香茅醇、香草醇，具有香草的香气，可赋予蓝莓果酒独特的香气。高级醇也是某些酯类物质的前体成分[13]，增加了蓝莓果酒后酵时期形成的酯香种类，对其呈香具有重要的作用。与此同时，如果蓝莓果酒中的高级醇含量过高，不但对酒香没有促进作用，反而会影响果酒的品质。李天元等[14]利用GC-MS技术检测出蓝莓果汁中主要的挥发性物质为抗氧化活性的高级醇，包括芳樟醇、橙花醇、4-三甲基-3-环己烯-1-甲醇。

2.3 酯类挥发性成分的比较

酯类物质是大兴安岭野生蓝莓果酒和蓝莓果汁中组分最丰富及相对含量最多的重要成分，使得其果香浓郁宜人，酯的相对总含量分别为53.26%、42.41%。但本实验中未在二者中检出共有的酯类成分，且前者检出的酯的种类较多于后者，这可能是因为蓝莓果酒中的某些形成酯的前体组分在微生物的发酵作用下，生成酯类物质较多。野生蓝莓果酒中，相对含量最高的酯是9-十六碳烯酸乙酯（13.09%），是经过酸和醇的酯化作用生成的，这种酯香令人愉悦和舒心。其次是正己酸乙酯（10.41%），具有曲香、菠萝香型的香气，可用于配制食用香精以及酒曲调香，贡献于蓝莓果酒香气成分的形成。这与董莹璨等[15]在传统法酿造的蓝莓酒中检出相对含量最高的酯的种类相一致。辛酸乙酯、十六烷酸乙酯、癸酸乙酯、肌醇六酸酯、磷酸三丁酯、硬脂酸乙酯的相对含量相对较小，分别为6.30%，5.48%、3.48%、2.49%、2.46%、2.14%，但这些酯因为自身具有的特殊香气，丰富了蓝莓果酒的酒香。肌醇六酸酯因其特殊的生理功能和化学性质，可促进蓝莓果酒的发酵，并且可抑制其中不良微生物的繁殖。略带有蜡香的硬脂酸乙酯天然存在于蓝莓果酒和葡萄酒中[16]，赋予其宜人的果香和葡萄香味。具有淡淡芳香味的邻苯二甲酸二异丁酯仅蓝莓果汁中被检出，且相对含量较多，为36.49%，对果汁香气成分的形成贡献较大；相对含量较少的3,7-二甲基-2,6-辛二烯-1-丁酸酯，具有新鲜苹果香和玫瑰花香味，大部分分布在天然植物中；丁酸-1-乙烯基-1,5-二甲基-4-己烯基酯，具有蜂蜜和梨似风味；尽管这些酯类物质的含量较少，但都使得蓝莓果汁呈现出特别的风味。

2.4 醛酮类挥发性成分的比较

在野生蓝莓果酒及蓝莓果汁中所检测到的羰基化合物的总相对含量差异较大，为16.97%、5.00%，相差3倍。醛酮类成分有利于发酵果酒的保存，但其含量并不是越多越有利于其呈香，如果含量超过阈值，就会使其具有强烈的刺激性气味。其中，13.01%的肉豆蔻醛为主要成分，赋予蓝莓果酒奶油香、蜡香和果香[16]。同时，其中检出的醛类成分均为多于9个碳的脂肪醛，都具有花果的香味。除此之外，如癸醛和壬醛等都是形成酯类物质的重要成分，因此，对蓝莓果酒香气成分的形成提供很好的辅助作用。根据已报道的文献可知，蓝莓果酒中检出的醛酮类化合物的含量及种类均不多，这可能是因为其随着发酵的不断进行，可与其他成分之间不断发生反应，从而含量减少。蓝莓果汁中的酮醛物质包括玫瑰香味的（E）-1-（2,6,6-三甲基-1,3-环己二烯-1-基）-2-丁烯-1-酮；3,5-二叔丁基-4-羟基苯甲醛也具有一定的清除自由基的功效。

2.5 酸酚类挥发性成分的比较

蓝莓果汁中未检出酸类挥发性成分，但检出的酚类物质的种类和相对含量多于蓝莓果酒中的。在蓝莓果汁中检出的挥发性酚类物质为2-硝基-4-三氟甲基苯酚、2,5-二叔丁基酚、4,6-二叔丁基间苯二酚，相对含量分别为1.09%、1.13%、1.51%。其中具有烷基酚气味的2,5-二叔丁基酚，能起到杀菌作用，因其随着温度的升高，挥发性增加，因此，在加工蓝莓果汁时应注意杀菌处理时间。蓝莓果酒中分别获得0.48%的3-羟基丙酸和0.39%的2,6-二叔丁基对甲酚。但这对发酵成熟的蓝莓果酒并不是有害的，因其对果酒的香气作用较小，且含量过多也会使得果酒酸涩从而影响口感。有机酸3-羟基丙酸是蓝莓果酒中丰富的微生物以甘油、葡萄糖等碳源进行发酵的代谢产物，可作为食品的添加剂和防腐剂。2,6-二叔丁基对甲酚，较强的抗氧化和抑菌作用可以延长果酒酸败保质期，并且具有美容养颜的功效；同时，其对热相当稳定，尽管高温灭菌处理之后，仍可保持果酒的颜色和香气。陈祖满[17]鉴定蓝莓果酒发酵过程中主要的酸成分是醋酸，此差异的原因可能是蓝莓果酒发酵过程中需定时搅酒、倒桶、过滤，会使得乙醇部分挥发，生成的醋酸含量也会下降，继而在发酵后期检不出。

2.6 烷烃类挥发性成分的比较

在蓝莓果酒和蓝莓果汁中共得到15种烷烃类物质，共有成分为3种，分别为十四甲基环七硅氧烷、六甲基环三硅氧烷、（4-异丙基苯氧基）乙酰氯，相对含量相差较大，分别为1.05%、0.75%、0.47%；3.66%、0.46%、11.39%。尽管二者中被检出的烷烃类成分种类较多，但是每种烷烃的相对含量均较低，对蓝莓果酒和果汁的香气成分的组成贡献不明显。其中，十二甲基环六硅氧烷，十四甲基环七硅氧烷，六甲基环三硅氧烷都是一种挥发性的环氧烷混合物，其特殊的物理化学性质可使蓝莓果酒质地均匀，口感绵柔丝滑。尤宏梅等[6]在忠芝蓝莓酒也检测出类似十六烷、十八烷等多于10个碳的烷烃成分，这些成分大多可形成酯类，但单独存在的它们对蓝莓果酒和果汁香气的形成作用不大。

2.7 其他类挥发性成分的比较

野生蓝莓果酒中鉴定出的其他类挥发性成分，大部分属于芳香类物质，如1,4-二甲基萘（0.4%），2,6-二甲基萘(0.69%)，3-氨基-9-乙基咔唑(0.60%)等；野生蓝莓果汁中仅检出3种其他类物质，总相对含量为2.50%。其含量适中可丰富果酒的香气组分，如果含量大于阈值范围，不但会影响酒的品质，也可能会带来一些食品安全问题。因此，在蓝莓果酒和蓝莓果汁的加工酿造过程中应合理监测其香气成分的变化，避免产生不良的挥发性成分。

3 结论

采用HS-SPME-GC-MS技术在大兴安岭野生蓝莓果酒和果汁中共鉴定出69种挥发性成分，其中二者共有的挥发性成分种类较少，共有4种，包括松油醇（0.55%、1.35%）；十四甲基环七硅氧烷（1.05%、3.66%）；六甲基环三硅氧烷（0.75%、11.39%）；4-（乙酰苯基）苯甲烷（0.47%、0.46%）。在野生蓝莓发酵果酒中共检出45种挥发性物质，而28种挥发性成分在野生蓝莓果汁中被鉴定出，微生物发酵造成发酵前后挥发性成分明显的不同，发酵中的微生物菌相是影响蓝莓酒风味的一个主要因素。野生浆果蓝莓中的挥发性成分主要是醇、酯和萜类物质，这也与本研究结果不谋而合。

两个样品中酯类成分的相对含量最多，分别为53.26%、42.41%。其中，野生蓝莓果酒中的主要成分为邻苯二甲酸二异丁酯（36.49%），9-十六碳烯酸乙酯（13.09%），正己酸乙酯（10.41%），辛酸乙酯（3.48%），十六烷酸乙酯（5.48%）对蓝莓果酒的香气成分贡献较大，使其醇酯香厚重，酒香宜人。与现有研究结果进行对比，蓝莓果酒的挥发性香气特征及差异与香气成分的种类、数量、感觉阈值、各成分之间的相互协调作用、原料、发酵工艺及微生物代谢等因素均有密不可分的关系，其相互之间的作用及影响机理有待进一步研究。

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Analysis of volatile components in wild blueberry juice and the fermented blueberry wine

PANG Weiqiao,JIANG Xue,GUO Dejun*(School of Food Science,Heilongjiang Bayi Agricultural University,Daqing 163319)

The volatile components in wild blueberry juice and the fermented blueberry wine were analyzed by headspace solid-phase microextraction (HS-SPME)combined with gas chromatography-mass spectrometry(GC-MS).The results showed that the 69 kinds of volatile aroma components were detected,including acids(1 kind),esters(21 kinds),alcohols(7 kinds),aldehydes and ketones(11 kinds),phenol(4 kinds),alkanes(15 kinds) and other substances(10 kinds).45 kinds of volatile components were detected in the blueberry wine and the relative content of volatile components was 86.09%.28 kinds of volatile components were detected in blueberry juice and the relative content of volatile components was 83.24%,and there were 4 kinds of common volatile components.The main volatile components in blueberry wine were ethyl 9-hexadecenoate(13.09%),ethyl hexanoate(10.41%),tetradecanal(13.01%).The main volatile components in blueberry juice were diisobutyl phthalate(36.49%),hexamethyl cyclotrisiloxane(11.39%),tetradecamethyl cycloheptasiloxane(3.66%).The important components of unique aroma in blueberry wine and blueberry juice were esters,and the interaction of each component enriched their aroma type and gave their pleasant fragrance.

wild blueberry wine;blueberry juice;volatile components;HS-SPME;GC-MS

O657.7

0254-5071（2017）01-0180-06

10.11882/j.issn.0254-5071.2017.01.038

2016-07-15

庞惟俏（1992-），女，硕士研究生，研究方向为食品微生物。

*通讯作者：郭德军（1968-），男，教授，博士，研究方向为食品微生物。