高粱烹饪过程中香气成分表征的研究报告
研究团队与发表信息
本研究由Shuang Chen（第一作者，江南大学）、Li Wang、Derang Ni（贵州茅台酒股份有限公司技术中心）、Lin Lin、Heyu Wang和Yan Xu（通讯作者，江南大学）合作完成，发表于期刊Molecules（2021年26卷，第4796页），论文标题为《Characterization of aroma compounds in cooked sorghum using comprehensive two-dimensional gas chromatography-time-of-flight mass spectrometry and gas chromatography-olfactometry-mass spectrometry》。
学术背景与研究目标
研究领域与背景：
中国白酒（Baijiu）是全球消费量最大的蒸馏酒，其风味高度依赖原料高粱在发酵和蒸馏过程中产生的挥发性化合物。高粱作为主要原料，其烹饪过程中释放的香气成分直接影响白酒的最终风味品质。然而，此前对高粱烹饪香气成分的系统研究不足，尤其是糯性与非糯性高粱的香气差异尚未明确。
研究目标：
1. 开发一种原位烹饪-顶空固相微萃取（HS-SPME）方法，高效捕获高粱烹饪香气；
2. 通过全二维气相色谱-飞行时间质谱（GC×GC-TOFMS）全面分析挥发性成分；
3. 结合气相色谱-嗅闻-质谱（GC-O/MS）鉴定关键香气活性化合物；
4. 比较糯性与非糯性高粱的香气特征差异。
研究方法与流程
1. 样品制备与烹饪优化
- 研究对象：2018年贵州产糯性与非糯性高粱各300克。
- 烹饪方法：高粱加水浸泡后，于75℃过夜预湿；取5克样品与1毫升水置于20 mL顶空瓶中，氮气保护下100℃水浴加热1小时，模拟白酒生产中的蒸馏过程。
2. HS-SPME条件优化
- 纤维涂层筛选：测试了四种SPME纤维（PDMS、PDMS/DVB、CAR/PDMS、DVB/CAR/PDMS），最终选择DVB/CAR/PDMS（双极性涂层），因其对香气化合物吸附效率最高。
- 提取参数：通过GC-MS分析确定最优条件为80℃（仪器上限温度）和120分钟提取时间，显著提升挥发性化合物检出量（p < 0.05）。
3. 挥发性成分分析（GC×GC-TOFMS）
- 色谱条件：
- 一维柱：DB-FFAP（60 m × 0.25 mm × 0.25 μm）；
- 二维柱：Rxi-17Sil MS（1.5 m × 0.25 mm × 0.25 μm）；
- 载气（氦气）流速1.0 mL/min，调制周期4秒。
- 化合物鉴定：
- 通过质谱库（NIST 14）匹配（相似度>80%）和保留指数（RI）比对；
- 使用98种标准品对67%的化合物进行确证。
4. 香气活性化合物鉴定（GC-O/MS）
- 嗅闻分析：3名训练有素的评鉴员对香气强度评分（0-5分），记录保留时间与气味特征。
- 数据整合：将52种关键香气化合物按气味特征分为8类（如果香、青香、花香等），并计算每类总强度。
主要研究结果
1. 挥发性成分谱
- 总量：共鉴定145种挥发性化合物，其中醛类（34种）占比最高，其次为醇类（25种）、酮类（19种）、酯类（16种）和萜烯类（14种）。
- 差异化合物：糯性高粱中检测到112种，非糯性高粱122种，两者共有89种。
2. 香气活性化合物
- 关键成分：GC-O/MS鉴定出52种香气活性化合物，包括14种醛类、13种萜烯类和8种酸类。
- 显著差异：
- 糯性高粱中(E)-2-庚烯醛（青草香）、α-雪松烯（木质香）和β-大马酮（蜂蜜香）强度更高（p < 0.05）；
- 非糯性高粱中(E)-2-十一烯醛（肥皂香）和二甲基三硫醚（洋葱香）为独有成分。
3. 香气类别强度对比
- 甜/果香类：糯性高粱总强度（32.17）显著高于非糯性（28.42），主要贡献者为β-大马酮和香兰素。
- 青香类：糯性高粱（33.33）比非糯性（26.58）高20%，源于醛类（如己醛）和萜烯类（如α-雪松烯）。
研究结论与价值
科学意义：
1. 首次系统揭示了高粱烹饪过程中产生的香气化合物谱，其中52种关键成分与白酒风味直接相关；
2. 糯性高粱的甜香和青香更突出，可能为白酒风味设计提供原料选择依据。
应用价值：
- 为白酒酿造工艺优化（如蒸馏温度控制）提供数据支持；
- 通过调控高粱类型和烹饪条件，可定向增强白酒特定风味（如果香或花香）。
研究亮点
- 方法创新：结合GC×GC-TOFMS（高分辨率）与GC-O/MS（高灵敏度），实现香气成分的全面表征；
- 发现新颖性：首次报道(E)-2-烯醛类在高粱烹饪中的生成机制及其对白酒风味的贡献；
- 工业指导性：明确糯性与非糯性高粱的香气差异，为白酒企业原料采购提供科学依据。
其他有价值内容
- 仪器参数细节：GC-O/MS采用DB-FFAP柱，分流比为1:1，嗅闻端口温度250℃，确保香气传递效率；
- 数据严谨性：所有香气强度值为6次重复实验的平均值，并通过ANOVA验证显著性（p < 0.05）。