气相色谱分析啤酒中风味物质解读

气相色谱分析啤酒中风味物质
摘要
啤酒的成分非常复杂，风味物质的种类相当多。

除了一些挥发性成分外，许多物质是半挥发性和难于挥发的。

由于啤酒本身的粘度较大，因此在运用气相色谱进行分析时，很少采用直接进样的方式。

啤酒中的挥发性物质主要是一些醇、醛、脂类都能够被静态顶空法分析出来n}胆是许多对啤酒风味质量存在重要影响的物质，由于挥发性较低，需要经过蒸馏、萃取等前处理乡别。

蒸馏可以将啤酒中的一些沸点在1oo℃以上的挥发性较低的物质吹出，萃取可浓缩样品。

萃取溶剂最好用低沸点的溶剂，如石油醚、苯、乙醚、乙酸乙酷等。

木文运用乙醚直接萃取和蒸馏一乙醚萃取两种方法，利用GC-M S对啤酒的风味物质进行了定性分析，共分离定性37种物质，
关键词：气相色谱一质谱法;啤酒香味成分;萃取
一、实验目的与意义
啤酒产品的“风味”是消费者感官享受的主要内容，也是啤酒酿造者重要的研究对象，一个啤酒产品的风味定位，对产品在市场的活动有重要影响。

啤酒中的风味物质就有数百种之多，对啤酒风味影响较大的通常有几十种，有些风味物质在一定含量范围内赋予啤酒特殊风味，但含量过高往往会给啤酒带来不良的风味影响。

对啤酒中所含的风味物质进行分析，探究它们的形成原因，对于生产工艺数据化，有效控制啤酒质量具有重要的意义。

近年来随着分析技术和分析仪器的发展，人们越来越重视利用先进的
样品处理技术与仪器分析结合，实现对复杂组分较准确的测定。

啤酒风味是依靠所含的多种化学成分发挥作用的，因此仅凭某一种化学成分的定性和定量是无法对其进行正确评价的，因为任何单一的成分或指标成分都难以有效地表征啤酒的风味特征。

由于指纹图谱具有指纹特征分析、宏观推断分析等特点，故适合于分析复杂化学物质组成，可以成为啤酒的风味特征评价的有效手段。

指
纹图谱能基本反映啤酒风味特征的全貌，使其质量控制指标由原有的单一成分的测定上升为对整个内在品质的检测，实现对啤酒风味物质内在质量的综合评价和全面控制，从而确保啤
酒品质的稳定。

啤酒的成分非常复杂，风味物质的种类相当多。

除了一些挥发性成分外，许多物质是半挥发性和难于挥发的。

由于啤酒本身难度较大，因此在进行分析时，很少直接金阳的方式。

常用的提取方法有静态顶空技术（SHS）、水蒸气蒸馏、同时蒸馏萃取、溶剂萃取等。

静态顶空技术是分析啤酒中的挥发物质最简便的方法，只需将啤酒样品蜜蜂在顶空瓶内，在一定的的温度下彭亨后便可近样，主要的醇、醛、脂都能够分析出来。

但是许多对啤酒风味质量存在重要影响的物质，由于挥发性低，很难通过SHS平衡后进样。

样品需要经过蒸馏、萃取等前处理。

蒸馏可以将啤酒中的一些低沸点在100°C以上的挥发性较低的物质吹出，萃取可浓缩样品。

萃取溶剂的选择要根据被萃取物质在此溶剂中的溶解度而定，同时要易于和溶质分开。

本实验选用同时蒸馏-萃取前处理方法，利用气相质谱联用仪对
啤酒的风味物质进行了定性分析，获得啤酒的指纹图谱，为啤酒的质量控制提供理论依据。

二、实验部分
1.主要仪器与试剂
真空旋转蒸发仪，江苏金坛医疗仪器厂;
气相色谱一质谱联用仪GC-M SQ P2010，日木岛津公司;
乙醚（重蒸)、氯化钠、硫酸钠等(分析纯); 高纯氮气 (99．999％)；高纯空气 (99．999％)；高纯氢气 (99．999％)；无水乙醇(≥99．8％，色谱纯 )；氯化钠 (≥99．8％，优级纯 )；超纯水；标准品：乙醛、乙酸乙酯、乙酸异丁酯、正丙醇、异丁醇、乙酸异戊酯、异戊醇、己乙酯、辛酸乙酯，色谱纯。

啤酒样品:山东银麦啤酒。

2.仪器工作条件
GC条件石英毛细管柱DB-5,30mX025mm，膜厚1Nm程序升温:40°C保持2mm，以10 °C加。

的升温速度升至200°C，保持15min。

进样口温度200°C;分流比10/1。

MS条件:E1源;电离电压:70 eV ;离子源温度200°C;接口温度220°C;检测器电压:0.96 KV;扫描范围:45~350 m /z;扫描方式scan。

3.啤酒风味成分的提取
乙醚直接萃取:取200 mL啤酒样品，加人30 g氯化钠，置于500 m L分液漏斗中.以50 mL/次乙醚萃取3次，合并乙醚层，得乙醚提取液，再用350 m L去离子水洗涤3次。

向乙醚提取液中加人50 g
无水硫酸钠进行十燥，静置过夜。

转人旋转蒸发仪浓缩至10 mL以下，用乙醚定容至25 mL,制得样品溶液。

取样品溶液1 uL直接进样进行GC/MS分析。

蒸馏一乙醚萃取:蒸馏200 m L啤酒，收集100 mL馏出液。

取lOmL馏出液，加入lOmL乙醚进行萃取，向乙醚提取液中加人3g无水硫酸钠进行十燥。

取萃取液luL直接进样进行GC/Ms分析。

4.色谱条件的选择
1)色谱柱的选择：考虑到啤酒中低沸点的醛类、醇类、酯类的极性，
根据相似相溶原理，选用HP- FAP，它不仅适于分离啤酒中低沸点风味物质，而且热稳定性好，高温不易氧化和流失；即便在高温操作，基线也只有很小的漂移。

而且毛细管柱的柱径小，柱较长，因此柱效高，能使啤酒中低沸点风味物质在柱内进行反复分配，并得以分离。

因此选用毛细管气相色谱法测定。

2)载气流量的设置：载气流量过低，会使谱峰的半峰宽增加，或出
现拖尾峰；载气流量过高，又会使相邻的峰不能完全分离，甚至出现谱峰重合现象。

分别考察了载气流量为0．8、1．3、1．5、2．0mL／min时对组分响应值的影响，实验结果表明，流速在此范围内变化时，组分响应值没有太大变化，但是流速较慢会影响分析速度，综合考虑灵敏度和分析时间，选择载气流速为1．2mL ／min时具有最佳分离效果，能准确地分离出啤酒的风味物质。

3)温度条件的选择：实验表明，采用恒温分析，谱峰无法得到良好
的分离，而采用程序升温的方法，可使各个组份按沸点高低依次
分离。

分别考察了20、30、40、50、60℃的平衡温度对应平衡时间为20、30、40、50、60min时对各组分峰面积的影响，结果表明提高温度可以缩短平衡时间，选择合适的样品平衡时间有助于提高分析的重现性。

经过试验确定平衡温度为40℃，平衡时间为40min。

分别考察了进样口温度和检测温度在150、200、220、240、260℃条件下对组分响应值的影响，确定进样口温度和检测温度均为200℃。

4)由于分析对象为啤酒中的微量组分，为使分析结果重复性好、准
确性好、灵敏度高等，选用不分流进样。

5)通过多组试验，最终确定最佳试验条件为：①顶空条件：样品平
衡时间：40rain；样品平衡温度：40℃；②色谱条件：载气：氮气(99．999％)，载气流量：1．2mI/min；进样口温度：200℃，进样方式：不分流；检测器温度：200℃；③升温程序：程序升温:40°C保持2mm以10 °C加。

的升温速度升至200°C，保持15min。

进样口温度200°C
三、结果与讨论
1.原理
将标准内标物和标准混合液各组份的含量以及内标物和混合液各组份的保留时间输入色谱工作站的数据应用程序，程序自动依据标准色谱图的峰面积进行校正即可得出每个组份对应的响应系数。

当采集一个未知样品时，每个组份的峰面积与相应的响应系数比较，计算出每个组份的含量。

2.组分的分离与定性结果
利用计算机标准数据库检索与人工推测识谱相结合的方法，共鉴定出37种成分的化学结构，采用而积归一化法测定了各成分的相对含量，啤酒样品溶液的总离子流色谱图见图1。

啤酒样品的主要成分见表1
从上述分析中可以看到，脂类和醇类是构成啤酒香气的重要物质，甲酸异戊酷、甲酸异丙酷、苯乙醇、异戊醇,2-乙氧基丙醇等主要成分的含量约占总量的70%以上，有机酸类物质以辛酸含量最多。

另外，还检测出少量苯并二氢吠喃、王草素及烯类、烷类、醚类和胺类等成分。

四、两种前处理方法的比较
样品经两种方式前处理后，再采用GC/MS进行分离分析，所得结果具有一定的差异。

利用乙醚萃取方法定性得到25种化合物，8种醇类化合物、11种酷类化合物，1种酸类化合物，2种烯类化合物和1种烷烃类化合物。

利用蒸馏一乙醚萃取法定性得到26种化合物，9种醇类化合物，10种酷类化合物，4种酸类化
合物，1种烯类化合物和1种烷烃类化合物，并且两种方法
都分离出香豆素类化合物一王草素。

五、减少误差的方法
在气相色谱法的定量分析时，为减少误差，要注意以下几点：1.取样的代表性：采样时应取混匀后的样品，以免定量分析时造成
误差。

2.进样量的大小：进样量的大小直接影响着分离与定性，也影响出
峰保留值的变化，造成部分峰保留时间的错位，从而影响定量结果。

3.进样技术的影响：定量分析的精密度与准确度依赖于进样的重复
性和操作技术。

对于不同规格毛细管柱、不同的进样方法(柱上进样、分流／不分流进样)、插针的快慢、位置、深度和操作人员的熟练程度以及刻度读数的准确性，都直接影响着分析的准确性。

4.标样的定期校正：为确保检测数据的可靠性，应定期进行仪器间
的相互校正及标样的校验等。

5.定量响应因子的准确性：在定量分析时，往往引入相对响应因子
进行计算，而定量响应因子的准确与否，直接影响到分析结果的可靠程度。

若需求得有效的F值，原则上以组份含量相当为依据。

6.硅胶垫的使用周期：硅胶垫的使用频率一般以进样次数作比较，
当硅胶垫使用一定的次数后，应注意及时更换，同时擦净内衬管，否则易造成漏气使基线呈台阶，峰型出现异常等，影响分析结果的可靠性。

六、总结
比较两种前处理方法的分析结果可以看出，啤酒经蒸馏处理后，虽然检出物质的种类差别不大，但构成香味物质的成分会发生变化。

与直接乙醚萃取法相比，脂类物质有所减少，酸类和醇类物质有所增加，说明加热蒸馏对啤酒风味物质的检出有一定的影响，至于啤酒风味将会发生怎改变，尚待进一步研究。

利用气相色谱仪对啤酒中的风味物质成分进行分离、分析，其中含有脂类、醇类、有机酸类等化合物成分其中脂类可提高和改善啤酒香味；例如苯乙醇具有清甜玫瑰的气息，香气柔和，异戊醇在浓度较小时具有酒香和果香；而有机酸则能改善啤酒粗劣而使其具有淡甜柔和的气味。

它们共同构成了啤酒的挥发性香味成分的香味特点。

研究啤酒的风味物质含量和消费者的口味和嗜好，利用有效的检验手段，把香味物质从模糊的感官品评提升为定量分析。

生产者研究自己生产啤酒的风味物质含量与所使用的麦芽品种、水质特点、酒花特点、酵母特点、发酵特点和酿造设备的关系，可以促使自己的产品风格类型更突出更能在市场竞争中使企业立于不
败之地。

参考文献
1 吉林化学工业公司研究院气相色谱实用手册，化学工业出版社，1980．
2气相色谱检测方法，化学工业出版社，2000．
3王莉娜，周伟．顶空进样毛细管气相色谱法测定啤酒的香味组分食品与发酵工业，2001，27(1)：50-53．
4王云川，李红，刘伟成，等．采用气相色谱—质谱分析啤酒中的风味物质食品与发酵工业，2004，30(11)：90-93
读书的好处
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2、书山有路勤为径，学海无涯苦作舟。

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4、我所学到的任何有价值的知识都是由自学中得来的。

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