顶空固相微萃取-气相色谱-氢火焰离子化法检测啤酒中的酒花香气成分

摘要：来自酒花的微量香气成分会影响啤酒的感官评价和质量。 为评价酒花香气对啤酒的影响，本文采用顶空固相微萃取 (HS-SPME)对啤酒前处理后，使用常见且低成本维护的气相色谱-氢火焰离子化法(GC-FID)进行定性定量。以 2-壬醇 为内标，测定出里那醇、乙酸香茅酯、α-萜品醇、β-香 茅醇、香叶醇 5 种酒花香气成分。此法的精密度为 4.69%~ 13.41%，回收率为 74.95%~106.09%，检出限为 0.005~ 0.028μg·L-1。通过此法进行啤酒检测，结果显示：啤酒 中 这 5 种酒花香气 含 量 均 <10μg·L-1 ，大部分在 0.10~5.00μg·L-1 之间。研究表明：该法测定准确可靠； 与已有方法如顶空固相微萃取-气质联用法(HS-SPME -GCMS)相比，该法的仪器常见，维护成本更低，更适合酒厂的 普遍推广。

酒花是啤酒中的重要原料，在啤酒酿造过程中，酒花 主要向啤酒提供特殊的苦味和香气，同时还具有防腐 和澄清麦汁的能力。酒花赋予啤酒特有的风味，影响 着啤酒的感官性能和质量[1]，进而影响消费者对啤酒 品牌的选择[2]，因此分析和了解啤酒中的酒花香气成 分成为必要。

啤酒中的酒花香气主要来源于原料本身及其在发酵过 程中代谢和陈酿所产生的化合物[2]，其成分复杂，它 们包括碳氢化合物、萜类化合物、醛类、酮类、酯 类、醇类、酸类、硫化物等。其中，部分萜类化合物 仅来源于酒花，这便成为酒花香气研究者们的关注焦 点[3]。而酒花香气含量微小，因此，其香气成分的检 测成为啤酒业界的关键。

在监控和定量啤酒中的酒花香气成分上，GC-MS和 GCFID 已经成为*的工具。在国外，啤酒中的香气 成分研究得更为深入。早在 1978 年，Tressel 使用 GC-MS 鉴定出德国啤酒中超过 110 种的酒花香气[4]； Jeleń 等人使用 SPME 和静态顶空的两种前处理方法结 合 GC-FID 比较分析了啤酒中的醇和酯[5]；而很多研 究者使用 GC-MS 和 GC-FID 比较分析添加酒花和未添加 酒花的啤酒之间的差别来确定啤酒的酒花香气[6,7]， 如 Guillaume 等人使用 GC-O 鉴定啤酒中的香气成分 [6]。Ng 综述了使用 GC-MS 分析啤酒中的脂肪酸和酯类 [8]；在日本，Kishimoto 等人采用搅拌棒吸附萃取的 固相微萃取技术结合 GC-MS 定量出萜类化合物[3]，次 年，他又使用 GC-O 分析鉴定出 27 种来源于酒花的香 气组分[7]；Kaltner 等人使用 GC-MS 跟踪了啤酒生产 和老化过程中酒花香气成分的变化情况[9]。

然而在国内，啤酒中酒花香气成分的分析定量较少， 如胡国栋等人采用顶空固相微萃取，结合 GC-MS 分析 鉴定了啤酒中的微量香味组分[10,11]；王憬等人采用 HS-SPME 结合 GC-MS 分析了啤酒中的酒花香气[12]。从 国内酒厂的实际情况来看，GC-MS 无论从购买还是从维 护上，都比较昂贵，只有部分经济实力雄厚的大酒厂 能够使用，而 GC-FID 使用较为普遍，因此使用 GC-FID 开发啤酒中酒花香气并加以推广符合我国酒厂的实 情。

为了推广啤酒中酒花香气成分的鉴定，本文采用顶空 固相微萃取作为前处理方法，利用 GC-FID 初步探索定 量出 5 种酒花香气成分，包括里那醇、乙酸香茅酯、 α-萜品醇、β-香茅醇、香叶醇。结果显示，其精密 度为 4.69%~ 13.41%，回收率为 74.95%~ 106.09%，检 出限为 0.005 ~ 0.028μg·L-1。该法重复性好，方法 简便，测定准确，使用经济，适合各酒厂的普遍推 广，为中小酒厂酒花香气的评价和啤酒质量的控制奠 定了良好的技术基础。

1 材料与试剂 1.1 实验器材 气相色谱，配有氢火焰离子化检测器 (FID) (PerkinElmer，美国)； 毛细管色谱柱： CP-Wax 57 CB 50m×0.25mm×0.2µm(PerkinElmer，美国); 万分之一天平(岛津，日本)； 固相微萃取装置配 SPME 手柄(Supelco，美国)； 85μmPA 萃取头(Supelco，美国) 1.2 试剂 NaCl，分析纯 无水乙醇，色谱纯 内标物：2-壬醇(≥97%，Fluka 公司) 标准试剂：里那醇(97%，Aldrich 公司)； 乙酸香茅酯(97%, Acros 公司)；α-萜品醇(90%, Aldrich 公司)；β-香茅醇(≥99%，Fluka 公司)；香 叶醇(98%，Aldrich 公司)。标准储备液的配制：移取 5 种标准试剂各 5μL 至 50mL 的容量瓶中，用天平逐一称量，后用 100%无水 乙醇定容。配制的浓度分别为：里那醇，114mg/L；乙 酸香茅酯，228 mg/L；α-萜品醇，170 mg/L；β-香 茅醇，112 mg/L；香叶醇，226 mg/L，低温避光处保 存。标准使用液经储备液逐步稀释配置而成，保证使 用液的乙醇含量为 5%(体积比)。 内标的配制：移取 10μL 的 2-壬醇至 100mL 容量瓶 中，用 100%无水乙醇定容，即配制成 100 mg/L 的内 标储备液，低温避光处保存。内标使用液经逐步稀释 成 2mg/L 现用

2 实验条件 2.1 色谱条件 柱温程序：起始温度 50℃，以 8℃/min 程序升温至 120℃，以 3℃/min 程序升温至 170℃，以 10℃/min 程 序升温至 210℃，恒温 5min. 载气(高纯氮)：流速 1mL/min，不分流进样； 氢气：流速为 45mL/min； 空气：流速为 450 mL/min； 检测器温度: 260℃； 进样器温度：240℃；

3、啤酒样品的前处理 称取 3gNaCl 于 20mL 的顶空瓶中，加入 5mL 啤酒， 50μL 的 2mg/L2-壬醇，放入磁力搅拌转，加盖密封垫 和铝盖密封。将 SPME 针管穿透样品瓶隔垫，伸入瓶 中，推手柄使纤维头伸出针管，纤维头置于距离样品 表面约 20mm 的上部空间，在 45℃的水浴温度下，搅拌 30min，取出手柄，直接进样，解析 3min。

4 结果与讨论

4.1 标准曲线的建立 用标准储备液逐步稀释，分别配制成 5 个不同梯度的 标准溶液，五种物质的浓度范围在 0~45μg·L-1。 将各个标准液按照啤酒的前处理方法进行固相维萃取 富集，然后直接进行 GC-FID 分析。定量方法为内标 法，即根据各个化合物和内标(2-壬醇)的浓度和峰面 积(或峰高)，通过比值计算而来。其线性回归方程为 见表 1。

4.2 精密度分析 为了确保实验的重复性和稳定性，本文按照 3 对同 一啤酒连续测定了 5 次，结果见表 2。由表可见，里 那醇和香茅醇的重复性好，二者测定的浓度在 1μg·L-1 左右，但相对标准偏差分别仅为 4.69%和 4.52%，可见二者检测结果的性；醇类中偏差 大的是 α-萜品醇，这是由于 α-萜品醇的平均浓度 很低，仅为 0.24μg·L-1 的缘故。而酯类的偏差 大，在平均浓度较高(2.34μg·L-1)的情况下，相对 标准偏差高达 13.41%，这可能与以醇类作为内标定 量所致。

4.3 回收率测定 啤酒加标样的准备：取一啤酒样品，称取 3gNaCl 于 20mL 的顶空瓶中，移取 5mL 啤酒，加入 50μL 的 2mg/L 2-壬醇和 0.1mL 稀释 1000 倍的标准储备液混 匀，此样为啤酒加标样。 测定啤酒样品和啤酒加标样，计算回收率，结果见 表 3。由表可知，乙酸香茅酯的回收率低，仅为 72.95%，这也可能与以醇类作为内标定量所致。

4.4 检出限的计算 为了衡量此法对化合物的灵敏度，在没有啤酒基质 存在的情况下，在与样品测定*相同的条件下， 测定了一个低浓度标准溶液，计算噪音。通常定义 检出限为噪音的 3 倍(S/N=3)。检出限的结果见表 3。与前人使用的 HS-SPME-GC-MS 法[3,11,12]相 比，检出限相对较高，但本法的检出限已经*足 够检测出啤酒中的上述 5 种酒花香气物。

4.5 样品的测定 应用本法测定了 6 种不同品牌的啤酒样品，结果见表 4。结果显示：不同品牌的啤酒中酒花香气组分含量存 在着不同程度的差别，其含量大部分都小于 5μg·L-1， 这与不同酒厂的啤酒酒花品种和啤酒工艺存在着很大的 关系。

5 结论 通过建立 HS-SPME-GC-FID 方法，分析测定了啤酒中 5 种酒花香气成分，包括里那醇、乙酸香茅酯、α-萜品 醇、β-香茅醇、香叶醇。研究表明：(1) 此法方法简 单，易操作且准确可靠；(2) 相较于 GC-MS，GC-FID 仪 器购买和维护成本低，一般酒厂都配备，适合酒厂的普 遍推广；(3) 通过对不同品牌啤酒进行检测，发现不同 啤酒中的酒花香气成分存在着不同的差别，这为进一步 深入改进啤酒口感、寻找更好的酒花品种、研究酒花在 啤酒中的变化情况奠定了基础。

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