基于GC-IMS技術分析不同菌種對果酒風味影響的研究

酵母是葡萄酒釀造的靈魂。在無氧條件下，由葡萄轉化成葡萄酒的過程中，釀酒酵母的作用至關重要。菌種不同，對葡萄酒的風味影響不同，本實驗檢測5種酵母發酵后果酒的揮發性有機物，以此研究菌種不同對果酒風味的影響。

樣品信息：5種不用菌種發酵的果酒

實驗目的：通過分析不用菌種發酵的果酒樣品，研究不同菌種對果酒風味的影響，用于選擇最佳的發酵菌種；

注：每個樣品做兩個平行樣，編號分別為A、B

實驗過程：移取1ml酒樣置于20ml頂空進樣瓶中，用4ml蒸餾水進行稀釋，60℃孵化20min后進樣分析。

實驗結果：

1. 直接對比5種酵母發酵對果酒揮發性有機物差異變化（Reporter插件）

說明：

1） 縱坐標代表氣相色譜的保留時間（s），橫坐標代表離子遷移時間(ms);

2） 整個圖背景為藍色，橫坐標1.0處紅色豎線為RIP峰（反應離子峰，經歸一化處理）

3） RIP峰兩側的每一個點代表一種揮發性有機物。顏色代表物質的濃度，白色表示濃度較低，紅色表示濃度較高，顏色越深表示濃度越大

為了更加明顯比較不同樣品的差異，選取其中一個樣品的譜圖1A為參比，其他樣品的譜圖扣減參比。如果二者揮發性有機物一致，則扣減后的背景為白色，而紅色代表該物質的濃度高于參比，藍色代表該物質的濃度低于參比。下圖可以看出不同酵母對果酒風味影響的差異變化。

不同酵母發酵后，果酒中揮發性有機物的含量變化較大，與1號酵母相比，2號酵母發酵的果酒中大部分揮發性有機物的含量降低(藍色斑點部分較多），而4號和5號酵母發酵的果酒與其相比，揮發性有機物的含量降低的更多(藍色斑點顏色更深），其中部分揮發性有機物的含量升高（紅色斑點部分）。

為了更好地比較揮發性有機物的變化情況，框選出這些揮發性有機物的峰，形成樣品指紋圖譜進行對比。

2. 5種酵母發酵果酒揮發性有機物指紋圖譜對比（Gallery Plot插件）

說明：

1) 圖中每一行代表一個樣品中選取的全部揮發性有機物信號峰

2) 圖中每一列代表同一揮發性有機物在不同樣品中的信號峰

3) 從圖中可以看出每種樣品的完整揮發物信息以及樣品之間揮發性有機物的差異

由于圖譜太小，現將其截取放大進行分析：

由圖4分析知:

1) 區域A標出的揮發性有機物如acrolein(丙烯醛）、propanal(丙醛）、1-pentanol(丙醇）、1,8-cineole(1,8-桉樹腦）、pentanal(戊醛）等物質隨著5種酵母的不同，發酵后果酒中這類揮發性有機物的含量逐漸增加，其中紅框圈出的物質在1號、2號和3號酵母中的含量較低，而在4號和5號酵母發酵的果酒中含量最高。

2) 上圖中物質如2,3-pentandione(2,3-戊二酮）、heptanal（庚醛）等物質基本上不隨酵母種類變化而改變，此類物資可能來源于基質；

3) 由上圖分析可知，4號和5號酵母發酵的果酒風味最為相似，與前三種酵母發酵的果酒風味差異較大。

由上圖知：

1）區域B標出的物質如2-octanone(2-辛酮）、heptan-2-one(2-庚酮）、butanal(丁醛）、hexanan-2-one(2-己酮）、isoamyl acetate dimer(乙酸異戊酯）等在1號酵母發酵的果酒中含量最高，隨著1-5號酵母的變化，該類揮發性有機物含量逐漸降低；

2）區域C標出的物質如ethyl acetate(乙酸乙酯）、ethyl propanoate(乙酸丙酯）、2,3-butanedione(2,3-丁二酮）、isoamyl acetate(乙酸異戊酯）、acetone（丙酮）等物質在2號酵母發酵的果酒中含量最高；

3）區域D中標出的35號信號峰僅在1號和3號酵母發酵的果酒中存在，且在3號酵母發酵的果酒中含量最高，該物質可能為果酒風味區別于其他酵母發酵果酒最主要原因，該物質的定性需要借助GC-MS等其他分析儀器進行確認。

4）區域E中標出的物質如ethyl acetate(乙酸乙酯）、1-propanol(1-丙醇）、butan-1-ol(丁醇）、1,8-cineole(1,8-桉樹腦）、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）等物質在所有酵母發酵的果酒中含量一致，此類物質可能來源于基質。

5）綜上分析，4號和5號酵母發酵的果酒風味最為相似。

3. 5種酵母發酵果酒的聚類分析（動態主成分分析PCA）

選取所有峰進行PCA分析，用不同的顏色代表不同的樣品，從上圖可知:

1) 4號和5號酵母發酵的果酒相似度最高，聚類在一起；

2) 4號和5號酵母發酵的果酒與1號酵母發酵的果酒在PCA上距離最遠，即風味差異最大；

3) 1號、2號、3號酵母發酵的果酒風味各異；

結論

使用G.A.S.公司生產的FlavourSpec®風味分析儀，儀器無需真空且無需樣品前處理，經頂空進樣后可快速檢測不同酵母發酵樣品中的揮發性有機物，經過軟件分析，可得到以下信息：

1、果酒發酵過程中，部分揮發性有機物不隨酵母種類的不同而變化，此類物質可能來源于果酒基質本身，即此類物質保留了果酒原有的風味。

2、基質相同的果酒，經過不同酵母發酵后，酒的風味明顯不同，其中1號、2號和3號酵母發酵的果酒風味各異，與感官評價相結合，可以用于選擇風味最好的酵母類型用于果酒的發酵；

3、4號和5號酵母發酵后，果酒的風味非常相似，即選擇4號和5號酵母對果酒的發酵影響差異最小，若酵母的價格存在差異，可以用于指導生產選擇價格低廉的酵母，節省成本。