基于GC-IMS技術(shù)分析不同菌種對果酒風(fēng)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(zhuǎn)化成葡萄酒的過程中，釀酒酵母的作用至關(guān)重要。菌種不同，對葡萄酒的風(fēng)味影響不同，本實驗檢測5種酵母發(fā)酵后果酒的揮發(fā)性有機物，以此研究菌種不同對果酒風(fēng)味的影響。
樣品信息：5種不用菌種發(fā)酵的果酒
實驗?zāi)康模?/b>通過分析不用菌種發(fā)酵的果酒樣品，研究不同菌種對果酒風(fēng)味的影響，用于選擇最佳的發(fā)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(jié)果：
1. 直接對比5種酵母發(fā)酵對果酒揮發(fā)性有機物差異變化（Reporter插件）
說明：
1） 縱坐標(biāo)代表氣相色譜的保留時間（s），橫坐標(biāo)代表離子遷移時間(ms);
2） 整個圖背景為藍色，橫坐標(biāo)1.0處紅色豎線為RIP峰（反應(yīng)離子峰，經(jīng)歸一化處理）
3） RIP峰兩側(cè)的每一個點代表一種揮發(fā)性有機物。顏色代表物質(zhì)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(fā)性有機物一致，則扣減后的背景為白色，而紅色代表該物質(zhì)的濃度高于參比，藍色代表該物質(zhì)的濃度低于參比。下圖可以看出不同酵母對果酒風(fēng)味影響的差異變化。
不同酵母發(fā)酵后，果酒中揮發(fā)性有機物的含量變化較大，與1號酵母相比，2號酵母發(fā)酵的果酒中大部分揮發(fā)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(fā)酵的果酒與其相比，揮發(fā)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(fā)性有機物的含量升高（紅色斑點部分）。
為了更好地比較揮發(fā)性有機物的變化情況，框選出這些揮發(fā)性有機物的峰，形成樣品指紋圖譜進行對比。
2. 5種酵母發(fā)酵果酒揮發(fā)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(fā)性有機物信號峰
2) 圖中每一列代表同一揮發(fā)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(fā)物信息以及樣品之間揮發(fā)性有機物的差異
由于圖譜太小，現(xiàn)將其截取放大進行分析：
由圖4分析知:
1) 區(qū)域A標(biāo)出的揮發(fā)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(zhì)隨著5種酵母的不同，發(fā)酵后果酒中這類揮發(fā)性有機物的含量逐漸增加，其中紅框圈出的物質(zhì)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(fā)酵的果酒中含量最高。
2) 上圖中物質(zhì)如2,3-pentandione(2,3-戊二酮）、heptanal（庚醛）等物質(zhì)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(zhì)；
3) 由上圖分析可知，4號和5號酵母發(fā)酵的果酒風(fēng)味最為相似，與前三種酵母發(fā)酵的果酒風(fēng)味差異較大。
由上圖知：
1）區(qū)域B標(biāo)出的物質(zhì)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(fā)酵的果酒中含量最高，隨著1-5號酵母的變化，該類揮發(fā)性有機物含量逐漸降低；
2）區(qū)域C標(biāo)出的物質(zhì)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(zhì)在2號酵母發(fā)酵的果酒中含量最高；
3）區(qū)域D中標(biāo)出的35號信號峰僅在1號和3號酵母發(fā)酵的果酒中存在，且在3號酵母發(fā)酵的果酒中含量最高，該物質(zhì)可能為果酒風(fēng)味區(qū)別于其他酵母發(fā)酵果酒最主要原因，該物質(zhì)的定性需要借助GC-MS等其他分析儀器進行確認。
4）區(qū)域E中標(biāo)出的物質(zhì)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(zhì)在所有酵母發(fā)酵的果酒中含量一致，此類物質(zhì)可能來源于基質(zhì)。
5）綜上分析，4號和5號酵母發(fā)酵的果酒風(fēng)味最為相似。
3. 5種酵母發(fā)酵果酒的聚類分析（動態(tài)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(fā)酵的果酒相似度最高，聚類在一起；
2) 4號和5號酵母發(fā)酵的果酒與1號酵母發(fā)酵的果酒在PCA上距離最遠，即風(fēng)味差異最大；
3) 1號、2號、3號酵母發(fā)酵的果酒風(fēng)味各異；
結(jié)論
使用G.A.S.公司生產(chǎn)的FlavourSpec®風(fēng)味分析儀，儀器無需真空且無需樣品前處理，經(jīng)頂空進樣后可快速檢測不同酵母發(fā)酵樣品中的揮發(fā)性有機物，經(jīng)過軟件分析，可得到以下信息：
1、果酒發(fā)酵過程中，部分揮發(fā)性有機物不隨酵母種類的不同而變化，此類物質(zhì)可能來源于果酒基質(zhì)本身，即此類物質(zhì)保留了果酒原有的風(fēng)味。
2、基質(zhì)相同的果酒，經(jīng)過不同酵母發(fā)酵后，酒的風(fēng)味明顯不同，其中1號、2號和3號酵母發(fā)酵的果酒風(fēng)味各異，與感官評價相結(jié)合，可以用于選擇風(fēng)味最好的酵母類型用于果酒的發(fā)酵；
3、4號和5號酵母發(fā)酵后，果酒的風(fēng)味非常相似，即選擇4號和5號酵母對果酒的發(fā)酵影響差異最小，若酵母的價格存在差異，可以用于指導(dǎo)生產(chǎn)選擇價格低廉的酵母，節(jié)省成本。