证券简称:海能仪器
证券代码:430476
       
       

基于GC-IMS技术分析不同菌种对果酒风味影响的研究


酵母是葡萄酒酿造的灵魂。在无氧条件下,由葡萄转化成葡萄酒的过程中,酿酒酵母的作用至关重要。菌种不同,对葡萄酒的风味影响不同,本实验检测5种酵母发酵后果酒的挥发性有机物,以此研究菌种不同对果酒风味的影响。

样品信息:5种不用菌种发酵的果酒

实验目的:通过分析不用菌种发酵的果酒样品,研究不同菌种对果酒风味的影响,用于选择最佳的发酵菌种;

注:每个样品做两个平行样,编号分别为A、B

实验过程:移取1ml酒样置于20ml顶空进样瓶中,用4ml蒸馏水进行稀释,60孵化20min后进样分析。

实验结果:

1. 直接对比5种酵母发酵对果酒挥发性有机物差异变化(Reporter插件)

说明:

1) 纵坐标代表气相色谱的保留时间(s),横坐标代表离子迁移时间(ms);

2) 整个图背景为蓝色,横坐标1.0处红色竖线为RIP峰(反应离子峰,经归一化处理)

3) RIP峰两侧的每一个点代表一种挥发性有机物。颜色代表物质的浓度,白色表示浓度较低,红色表示浓度较高,颜色越深表示浓度越大

为了更加明显比较不同样品的差异,选取其中一个样品的谱图1A为参比,其他样品的谱图扣减参比。如果二者挥发性有机物一致,则扣减后的背景为白色,而红色代表该物质的浓度高于参比,蓝色代表该物质的浓度低于参比。下图可以看出不同酵母对果酒风味影响的差异变化。

不同酵母发酵后,果酒中挥发性有机物的含量变化较大,与1号酵母相比,2号酵母发酵的果酒中大部分挥发性有机物的含量降低(蓝色斑点部分较多),而4号和5号酵母发酵的果酒与其相比,挥发性有机物的含量降低的更多(蓝色斑点颜色更深),其中部分挥发性有机物的含量升高(红色斑点部分)。

为了更好地比较挥发性有机物的变化情况,框选出这些挥发性有机物的峰,形成样品指纹图谱进行对比。

2. 5种酵母发酵果酒挥发性有机物指纹图谱对比(Gallery Plot插件)


说明:

1) 图中每一行代表一个样品中选取的全部挥发性有机物信号峰

2) 图中每一列代表同一挥发性有机物在不同样品中的信号峰

3) 从图中可以看出每种样品的完整挥发物信息以及样品之间挥发性有机物的差异


由于图谱太小,现将其截取放大进行分析:



由图4分析知:

1) 区域A标出的挥发性有机物如acrolein(丙烯醛)、propanal(丙醛)、1-pentanol(丙醇)、1,8-cineole(1,8-桉树脑)、pentanal(戊醛)等物质随着5种酵母的不同,发酵后果酒中这类挥发性有机物的含量逐渐增加,其中红框圈出的物质在1号、2号和3号酵母中的含量较低,而在4号和5号酵母发酵的果酒中含量最高。

2) 上图中物质如2,3-pentandione(2,3-戊二酮)、heptanal(庚醛)等物质基本上不随酵母种类变化而改变,此类物资可能来源于基质;

3) 由上图分析可知,4号和5号酵母发酵的果酒风味最为相似,与前三种酵母发酵的果酒风味差异较大。



由上图知:

1)区域B标出的物质如2-octanone(2-辛酮)、heptan-2-one(2-庚酮)、butanal(丁醛)、hexanan-2-one(2-己酮)、isoamyl acetate dimer(乙酸异戊酯)等在1号酵母发酵的果酒中含量最高,随着1-5号酵母的变化,该类挥发性有机物含量逐渐降低;

2)区域C标出的物质如ethyl acetate(乙酸乙酯)、ethyl propanoate(乙酸丙酯)、2,3-butanedione(2,3-丁二酮)、isoamyl acetate(乙酸异戊酯)、acetone(丙酮)等物质在2号酵母发酵的果酒中含量最高;

3)区域D中标出的35号信号峰仅在1号和3号酵母发酵的果酒中存在,且在3号酵母发酵的果酒中含量最高,该物质可能为果酒风味区别于其他酵母发酵果酒最主要原因,该物质的定性需要借助GC-MS等其他分析仪器进行确认。

4)区域E中标出的物质如ethyl acetate(乙酸乙酯)、1-propanol(1-丙醇)、butan-1-ol(丁醇)、1,8-cineole(1,8-桉树脑)、hexanal(己醛)、1-pentanol(戊醇)、hexan-2-one(2-己酮)、butan-1-ol(1-丁醇)、styrene(苯乙烯)、benzene(苯)等物质在所有酵母发酵的果酒中含量一致,此类物质可能来源于基质。

5)综上分析,4号和5号酵母发酵的果酒风味最为相似。

3. 5种酵母发酵果酒的聚类分析(动态主成分分析PCA


选取所有峰进行PCA分析,用不同的颜色代表不同的样品,从上图可知:

1) 4号和5号酵母发酵的果酒相似度最高,聚类在一起;

2) 4号和5号酵母发酵的果酒与1号酵母发酵的果酒在PCA上距离最远,即风味差异最大;

3) 1号、2号、3号酵母发酵的果酒风味各异;

结论

使用G.A.S.公司生产的FlavourSpec®风味分析仪,仪器无需真空且无需样品前处理,经顶空进样后可快速检测不同酵母发酵样品中的挥发性有机物,经过软件分析,可得到以下信息:

1、果酒发酵过程中,部分挥发性有机物不随酵母种类的不同而变化,此类物质可能来源于果酒基质本身,即此类物质保留了果酒原有的风味。

2、基质相同的果酒,经过不同酵母发酵后,酒的风味明显不同,其中1号、2号和3号酵母发酵的果酒风味各异,与感官评价相结合,可以用于选择风味最好的酵母类型用于果酒的发酵;

3、4号和5号酵母发酵后,果酒的风味非常相似,即选择4号和5号酵母对果酒的发酵影响差异最小,若酵母的价格存在差异,可以用于指导生产选择价格低廉的酵母,节省成本。