酿酒原料是白酒微生物生长代谢的培养基,也是白酒风味的来源之一。原料种类、营养成分的含量、原料本身的香气均会影响白酒风味物质的生成种类及含量[1-2]。酿酒行业的术语“高粱产酒香、玉米产酒甜、大米产酒净、小麦产酒糙、糯米产酒绵、大麦产酒冲”就高度概括了不同原料与白酒酒质的关系。因此酿酒原料的品种、多粮之间的配比很大程度上会影响白酒的风味、感官、品质,进而影响白酒的消费和产量[3]。
目前,酿酒行业针对不同原料酿造白酒风味物质的研究主要集中在不同单粮酿造白酒[4-6]、粮食蒸煮香气[7-9]、多粮(高粱、玉米、小麦、大米)酿造白酒等方面[10],而对其他粮食酿造白酒风味的研究较少。随着酿酒行业的创新及转型,多粮酿造必定会成为行业未来发展的趋势[3]。因此,研究多粮配比白酒的风味可为后续多粮白酒的酿造提供理论基础。
河北省承德市地处北纬40°12′～42°37′,东经115°54′～119°15′,气候多样,水资源丰富,当地盛产黍米(俗称黄米,文章后续将直接使用黄米)。黄米含有丰富的蛋白质、碳水化合物、多种维生素,是酿造黄酒的好材料,而黄米应用于白酒酿造尚未见有研究。玉米作为我国第2大粮食作物,营养丰富,以其为原料所产酒质绵甜。本文以高粱为主要原料,并利用承德市当地量产的特色黍米、玉米和莜麦等,设计了7种不同类型原粮配比酿酒实验,采用气相色谱-质谱联用技术结合香气活性阈值、主成分分析等方法对多粮清香型白酒的风味构成以及感官特征进行剖析,寻找最佳原料配比方案,为承德市特色白酒的开发及酿造提供依据。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
高粱、黄米、玉米、莜麦,中温大曲,辅料(稻壳或谷壳),由承德大清猎苑酒业有限公司提供。
乙酸乙酯、甲醛、己酸乙酯、异戊醇、乳酸乙酯等,均为色谱纯,赛默飞世尔科技(中国)有限公司。
1.2 仪器与设备
小型酿酒蒸馏设备,酿酒之家仪器设备厂;Clarus 600型GC-MS联用仪,美国PerkinElmer公司;固相微萃取进样器、固相微萃取柱(50/30 μm,DVB/CAR/PDMS)美国Supelco公司。
1.3 实验方案
1.3.1 原料配比
原料配比方案如表1所示。
表1 原料配比方案
Table 1 The different raw material ratio schemes
序号具体方案发酵剂工艺方案1100%高粱方案282%高粱+18%黄米方案385%高粱+15%黄米方案490%高粱+10%黄米方案580%高粱+20%玉米方案680%高粱+10%黄米+10%玉米方案780%高粱+20%莜麦中温大曲添加量12%传统清香型工艺
1.3.2 白酒固态发酵工艺
原料(高粱、玉米、莜麦)粉碎4～6瓣,即粉碎度为1.5 mm左右,黄米不粉碎。将预处理的原料按照实验配比使总质量为1 000 g,加入原料量60%的热水(水温85 ℃),拌匀后堆积24 h;堆积后的原料蒸煮90 min,趁热出甑泼入原料量30%左右的冷水,摊晾,冷却至室温,加入原料量12%的中温大曲,搅拌均匀,入缸发酵24 d,发酵结束的酒醅拌入原料量20%的清蒸稻壳,上甑蒸馏。收集馏出液进行感官品评及风味测定。白酒固态发酵工艺如图1所示。
图1 白酒固态发酵工艺
Fig.1 The solidstate fermentation technology of Baijiu
1.3.3 挥发性风味物质的定性与定量分析
GC-MS条件:DB-WAX ETR型色谱柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm);柱温箱升温程序:初始温度35 ℃,恒温2 min,以4 ℃/min升至230 ℃,保持7 min。进样口温度为250 ℃,载气为He,流速为1.0 mL/min,不分流。电子轰击(electron impact,EI)离子源,电子能量70 eV,传输线温度240 ℃,离子源温度为240 ℃,质量扫描范围m/z 55～500。
定性与定量:检出挥发性组分物质的质谱图,通过与标准谱库(NIST05a.L和RTLPEST3.L)对比鉴定,为保证实验结果的可靠性和有效性,予以确认匹配度大于90%的挥发性物质。采用外标法对风味物质进行定量分析,使用待测组分的标准样品按一定浓度梯度检测,以样品峰面积对样品浓度绘制标准曲线,根据待测样品的峰面积对应标准曲线,即可测得待测样品的风味物质含量。
1.3.4 特征风味物质分析
香气活性阈值(odor activity value,OAV)是指某香气化合物的浓度与其嗅觉阈值的比值[11]。通过计算OAV可以确定白酒中的特征香气成分。一般而言,OAV>1表示该物质对香气贡献较大,且OAV越大,呈香能力越强,对香气的贡献越大[12-13]。
1.3.5 感官品评
品评小组由10名国家级品酒师组成。
1.3.6 酒样基本指标分析方法
酒精度、总酸、总酯的测定方法依据GB/T 10345—2007。
1.4 数据分析
采用Excel 2010对数据进行处理;采用SPSS 21.0对数据进行显著性分析(每组数据3次平行);采用origin 2018进行主成分分析。
2 结果与分析
2.1 一种多粮清香白酒酒体风味构成特征
选择4种粮食,针对多粮酿造白酒进行了7种方案的工艺探索,采用传统清香型白酒工艺进行固态发酵的酿造实验,首先对多粮方案的酒体风味构成进行分析,利用GC-MS定性定量分析了其中主要的风味成分共45种,得出其白酒产品风味构成特征。
2.1.1 酯类物质含量分析
酯类风味物质具有令人愉悦的水果香、花香、蜂蜜香等,是我国白酒中的主要香气成分[14]。白酒酯类物质中,四大乙酯(己酸乙酯、乙酸乙酯、乳酸乙酯和丁酸乙酯)是主要酯类物质,其含量占总酯的90%～95%[15]。乙酸乙酯是构成清香型白酒的主体香物质,使酒体具有清香纯正,醇甜柔和,余味爽净的特点,其含量直接影响清香型白酒的整体风格。
单因素方差分析发现,7种方案中每一种酯类物质均存在显著性差异(P<0.001)。从7个实验方案中生产的基酒结果分析(图2),发现方案6的酒体乙酸乙酯较高,达4 889.97 mg/L,总酯为6 308.14 mg/L;其他方案中乙酸乙酯在1 700 mg/L左右,这种现象产生的原因可能是玉米的总淀粉含量较高粱高,淀粉水解产生大量葡萄糖所导致。同时研究发现在黄米的添加量上,添加15%黄米(方案3)的酒体乙酸乙酯较高,添加10%黄米(方案4)的酒体总酯与添加15%黄米相近;说明黄米的添加对酒体乙酸乙酯的影响较小。此外添加黄米的酒体中乳酸乙酯含量均在1 500 mg/L左右,几个方案中对其影响较小。从整体上看,酯类物质主要为乙酸乙酯、乳酸乙酯、棕榈酸乙酯等,而其他酯类检测值较低。因此从酯类物质含量上来看方案6和方案3较好。
图2 酯类物质检测结果
Fig.2 Detection results of esters
注:N=3;图中不同的小写字母表示存在显著性差异,P<0.05为显著;P<0.01为极显著(下同)
2.1.2 醇类物质含量分析
醇类物质是白酒的主体,除甲醇、乙醇以外,白酒中含量较高的为高级醇,以异戊醇和异丁醇为主,其次为正丙醇、仲丁醇、正丁醇和正己醇等。适量的高级醇与酸、酯、醛类等物质协调,丰满酒体;若高级醇含量过高,影响白酒风味的同时还容易引起消费者头痛、易醉等现象,但含量过少又会使酒体缺乏传统白酒的风味[16-17]。
单因素方差分析发现,7种方案中每一种醇类物质均存在显著性差异(P<0.001)。通过图3中的数据可以得出,方案1和方案6中的总醇含量较高,分别为1 075.18、1 051.42 mg/L,但与先前原酒中1 499.58 mg/L已降低不少。方案1中的甲醇(102.40 mg/L)含量较高;方案6中的高级醇类物质含量较高,包括异戊醇(393.21 mg/L)、异丁醇(262.53 mg/L)及正丙醇(174.61 mg/L),主要是因为黄米和玉米含有丰富的蛋白质、氨基酸,酿酒酵母利用氨基酸通过氨基酸降解途径生成较多高级醇。但此结果相较与先前原酒主要在正丙醇、正丁醇含量方面下降(原酒正丙醇503 mg/L,方案6则为174.61 mg/L)。因此适当的添加黄米可以降低酒体高级醇的含量,特别在正丙醇方面尤为突出。
图3 醇类物质检测结果
Fig.3 Detection results of alcohols
2.1.3 醛类物质含量分析
白酒中的醛类风味主要包括乙醛、乙缩醛等。乙醛是酵母酒精发酵的正常产物,是由糖形成乙醇途径中的一个代谢分支点。而酒体中的乙缩醛主要是由乙醛和乙醇发生缩合反应形成的。乙醛、乙缩醛等作为重要的风味物质,是白酒中“香”的协调成分,对白酒的香气起平衡协调的作用[18-19]。但醛类含量过高会给酒体带来辛辣、刺激感,影响白酒品质。
单因素方差分析发现,7种方案中每一种醛类均存在显著性差异(P<0.001)。从分析结果来看(图4),多粮清香酿造的实验方案中醛类物质较低(除方案6的621.90 mg/L),主要醛类物质为乙醛和乙缩醛。其中方案6中还有一定量的异戊醛(16.86 mg/L),这使得酒体较为丰满,同时方案6中未检测到糠醛。方案6中检测的醛类物质较为丰富,但需要控制乙缩醛(含量438.95 mg/L)的产值。
图4 醛类物质检测结果
Fig.4 Detection results of aldehydes
2.2 一种多粮清香白酒酒体特征风味构成分析
参照白酒中风味物质的嗅闻阈值,对多粮方案酒体中的主要风味物质进行比对,以风味成分的含量与该成分的嗅觉阈值比值作为评判标准,OAV>1的风味物质见表2。
表2 风味物质香气活性阈值结果
Table 2 The odor activity value of flavor substances
风味成分嗅闻阈值/(μg·L-1)香气活性阈值(OAV)方案1方案2方案3方案4方案5方案6方案7异丁醛5.9[20]188.14183.05152.54259.32127.12728.81289.83 乙酸乙酯32 551.60[21]45.8247.1361.2948.0746.86150.2252.52丁酸乙酯81.50[21]68.6931.7316.91-9.9429.6722.82正丙醇53 952.63[21]5.022.663.882.402.623.242.86乙酸异戊酯93.93[21]34.0932.4133.0233.2621.10119.7740.29戊酸乙酯26.78[21]-----154.44-正丁醇2 733.35[21]3.943.883.853.313.563.753.97异戊醇179 190.83[21]1.751.751.781.521.612.191.87乳酸乙酯128 083.80[21]11.8012.3810.2816.6918.759.9310.25辛酸乙酯12.87[21]402.80320.12358.20187.10130.23221.60290.75癸酸乙酯1 122.30[21]2.492.232.802.200.772.052.10
注:“—”表示未检测到该物质
从表2可知,多粮酿造实验方案中OAV>1的共有11种,其中方案1、2、3和7共有10种;方案4和5共有9种;而方案6有11种。1
表2方案6中,异丁醛(OAV=728.81)、辛酸乙酯(OAV=221.60)、戊酸乙酯(OAV=154.44)、乙酸乙酯(OAV=150.22)、乙酸异戊酯(OAV=119.77)等5种风味物质的阈值比值均超过100,表现出较强的呈香能力,说明方案6的酒样酒体呈香、呈味物质更加丰满,酒体香气程度更加丰富。因此,在方案6中,酒体的主体香气由乙酸乙酯、异丁醛、乙酸异戊酯、戊酸乙酯、辛酸乙酯等体现,上述风味物质是其特征香气成分,且呈香能力十分显著。
2.3 一种多粮清香白酒酒体主成分分析
为了更加有效区分实验方案酒体的特征,研究7个实验方案之间的区别,对风味成分进行主成分分析,以此从整体上看能否有效区分7个方案的酒体。
由图5可知,PC1的贡献率为54.23%,PC2的贡献率为19.80%,2个主成分累积反应74.03%的数据信息。根据主成分分析图划分为3部分:第1部分为方案1(100%高粱)、方案3(15%黄米)、方案2(18%黄米),方案7(20%莜麦),主要分布在第二象限;第2部分为方案4(10%黄米)和方案5(20%玉米),主要分布在第三象限;第3部分为方案6(10%黄米+10%玉米),主要分布在第四象限。从主成分分析结果看出:方案6(高粱80%+玉米10%+黄米10%)与其他方案存在明显差异,表明其风味物质在整体上与其他方案存在质的区别。
图5 酿造实验方案的主成分分析图
Fig.5 PCA diagram of the experimental schemes
从图5可知乙醛、异丁醛、乙酸异戊酯、异丁醇等对PC1正向贡献较大;癸酸乙酯、正丙醇、辛酸乙酯等对PC2正向贡献较大。异丁醛、异丁醇、乙酸异戊酯、戊酸乙酯等物质分布在第四象限,与方案6的位置相同,说明异丁醛等物质对方案6的风味贡献较大。结合2.2中酒体特征风味分析,方案6的酒体风味最为协调,后续可按方案6进行酒体稳定性研究。
2.4 一种多粮清香白酒酒体感官品评
针对7个实验方案的酒样,研究人员对酒体进行了酒体感官品评,具体结果如表3所示。
表3 七种多粮清香白酒实验方案的感官品评描述
Table 3 Sensory evaluation description of seven experimental schemes
编号实验方案感官品评方案1100%高粱酒体较苦,口味较杂方案282%高粱+18%黄米口感较苦、协调性较差方案385%高粱+15%黄米酒体较为干净、酯香较弱方案490%高粱+10%黄米酒体较酸、有不愉悦味方案580%高粱+20%玉米酒体糠杂味较重、酒体较苦方案680%高粱+10%黄米+10%玉米酒体酯香较好、酒体相对较甜方案780%高粱+20%莜麦酒体较甜、酸气较大
从感官品评结果发现:酒体出现较苦、口味较杂的酒体较多,这可能与生产环境的干净度、生产工人的操作性息息相关。其中方案3和方案6的酒体相对较好,尤其是方案6的酒体酯香突出,这与其检测出大量酯类物质有关;酒体协调性较好,可观察后期酒体的连续性及方案酒体的稳定性。
2.5 酒体基本指标分析
7种方案酒体的基本指标结果如表4所示,7种方案基酒的酒精度相差不大,均在60.0%以上。从总酸、总酯来看,方案6的总酸为3.10 g/L,总酯为6.31 g/L,均高于其他方案的酒样,说明以80%高粱搭配10%玉米、10%黄米的酒体质量较好。
表4 七种多粮清香白酒实验方案酒体的基本指标
Table 4 The basic indexes of seven experimental schemes
指标方案1方案2方案3方案4方案5方案6方案7酒精度/%65.264.364.862.963.465.865.5总酸/(g·L-1)1.641.731.762.031.983.102.15总酯/(g·L-1)3.103.223.403.794.026.313.12
3 结论
分析研究了多粮酿造白酒的7个实验方案的酒体,共鉴定出45种风味物质。其中方案6(高粱80%+玉米10%+黄米10%)酒体的酯类丰富,乙酸乙酯较高,达到4 889.97 mg/L,总酯在6 308.14 mg/L;醇类物质以异戊醇(393.21 mg/L)、异丁醇(262.53 mg/L)等高级醇类物质含量较高,醛类物质总醛含量较高,但种类丰富,且未检测出糠醛。此外,通过OAV法分析发现对酒体香气贡献能力较大的物质共有11种,包括了正丙醇、正丁醇、异戊醇、癸酸乙酯、乙酸乙酯、丁酸乙酯、乙酸异戊酯、乳酸乙酯、异丁醛、戊酸乙酯、辛酸乙酯。其中,方案6酒体的主体香气包括了上述的11种香气成分,说明方案6的酒体特征香气成分较多,酒体风味丰满。
结合主成分分析发现,方案6与其他方案对比,风味物质在整体上与其他方案存在质的区别,异丁醛等物质对方案6的风味贡献较大。最后,对酒体的感官分析发现:酒体出现较苦、口味较杂的酒样较多;其中方案3和方案6的酒体相对较好,特别是方案6的酒体酯香突出,酒体协调性较好。
通过GC-MS结合OAV、统计学分析对7种多粮酿造白酒的方案进行分析,发现方案6的酒体特征香气较多,感官品评得分较高。因此,可以方案6(高粱80%+玉米10%+黄米10%)为酿造多粮白酒的方案,进行相关酿造实验,观察后期酒体的连续性及方案酒体的稳定性。
[1] HAN X L,WANG D L,ZHANG W J,et al.The production of the Chinese baijiu from sorghum and other cereals[J].Journal of the Institute of Brewing,2017,123(4):600-604.
[2] 吕佳慧. 白酒酿酒和制曲原料中结合态风味物质的研究[D].无锡:江南大学,2017.
LYU J H.Bound aroma compounds of liquor-making and qu-making materials[D].Wuxi:Jiangnan University,2017.
[3] LIU H L,SUN B G.Effect of fermentation processing on the flavor of baijiu[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry,2018,66(22):5 425-5 432.
[4] 吴海静, 钟继仁,田晓林,等.大黄米白酒高级醇产生规律的研究[J].中国酿造,2016,35(11):99-102.
WU H J,ZHONG J R,TIAN X L,et al.Regularity of higher alcohols production during fermentation of glutinous millet Baijiu[J].China Brewing,2016,35(11):99-102.
[5] 陈彬, 何宏魁,李安军,等.不同粮食品种对清香型大曲酒风味的影响[J].中国酿造,2017,36(7):22-26.
CHEN B,HE H K,LI A J,et al.Effect of different grain varieties on the flavor of Fen-flavour Daqu Baijiu (Chinese liquor)[J].China Brewing,2017,36(7):22-26.
[6] 江伟, 韦杰,李宝生,等.不同原料酿造单粮白酒风味物质特异性分析[J].食品科学,2020,41(14):234-238.
JIANG W,WEI J,LI B S,et al.Analysis of characteristic flavor compounds in single-grain Chinese Baijiu brewed from different raw materials[J].Food Science,2020,41(14):234-238.
[7] 吴幼茹, 刘诗宇,樊晓璐,等.GC-O-MS分析5种酿酒原料中蒸煮香气成分[J].食品科学,2016,37(24):94-98.
WU Y R,LIU S Y,FAN X L,et al.Analysis of aroma components of five different cooked grains used for Chinese liquor production by GC-O-MS[J].Food Science,2016,37(24):94-98.
[8] 彭智辅, 赵东,郑佳,等.利用AEDA比较五粮粉一次蒸煮与二次蒸煮中的香气活性成分[J].食品与发酵工业,2017,43(11):1-8.
PENG Z F,ZHAO D,ZHENG J,et al.Comparison of odor-active compounds in distillates of five grains between first time and second time distillation using AEDA[J].Food and Fermentation Industries,2017,43(11):1-8.
[9] 杨玉波, 倪德让,林琳,等.高粱蒸煮风味物质香气活力研究[J].食品与发酵工业,2018,44(5):222-226.
YANG Y B,Ni D R,LIN L,et al.Odor activity study on the aroma compounds of steamed sorghum[J].Food and Fermentation Industries,2018,44(5):222-226.
[10] 闫涵, 范文来,徐岩.单粮和多粮型白酒发酵过程的成分差异分析[J/OL].食品科学:1-7[2020-09-30].http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.2206.TS.20200722.1426.110.html.
YAN H,FAN W L,XU Y.The differences in the composition of baijiu made by single grain and multiple grain[J/OL].Food Science,1-7[2020-09-30].http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.2206.TS.20200722.1426.110.html.
[11] ZHU J C,WANG L Y,XIAO Z B,et al.Characterization of the key aroma compounds in mulberry fruits by application of gas chromatography-olfactometry (GC-O),odor activity value (OAV),gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) and flame photometric detection (FPD)[J].Food Chemistry,2018,245:775-785.
[12] 马宇. 基于风味组学策略研究酱香型白酒关键成分及其呈香呈味特性[D].贵阳:贵州大学,2019.
MA Y.Study on key components and flavor characteristics of Maotai-flavor liquor based on flavology strategy[D].Guiyang:Guizhou University,2019.
[13] ZHENG Y,SUN B G,ZHAO M M,et al.Characterization of the key odorants in Chinese Zhima aroma-type Baijiu by gas chromatography-olfactometry,quantitative measurements,aroma recombination,and omission studies[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry,2016,64(26):5 367-5 374.
[14] 邢爽. 白酒发酵过程中酯类物质形成机理的研究[D].天津:天津科技大学,2018.
XING S.Research of the formation mechanism of esters in process of liquor fermentation[D].Tianjin:Tianjin University of Science and Technology,2018.
[15] 郭学武, 范恩帝,马冰涛,等.中国白酒中微量成分研究进展[J].食品科学,2020,41(11):267-276.
GUO X W,FAN E D,MA B T,t al.Research progress on trace components of Chinese Baijiu[J].Food Science,2020,41(11):267-276.
[16] KIM H M,YANG G,KIM J Y,et al.Simultaneous determination of volatile organic compounds in commercial alcoholic beverages by gas chromatography with flame ionization detection[J].Journal of AOAC INTERNATIONAL,2017,100(5):1 492-1 499.
[17] 格绒泽仁, 皇甫洁,韩兴林,等.浓香型白酒饮后不适感关键高级醇类物质关联性判定新方法[J].食品与发酵工业,2019,45(14):191-195.
GERONG Z R,HUANGFU J,HAN X L,et al.A method for determining associations between drinking discomforts and key higher alcohols in strong-aroma Baijiu[J].Food and Fermentation Industries,2019,45(14):191-195.
[18] 张卫卫, 刘建学,韩四海,等.白酒基酒中醛类物质的傅里叶变换近红外光谱检测[J].食品科学,2016,37(6):111-115.
ZHANG W W,LIU J X,HAN S H,et al.Determination of aldehydes in liquor base based on Fourier transform near-infrared spectroscopy[J].Food Science,2016,37(6):111-115.
[19] 张敏, 杨玉珍,李擎,等.白酒中主要醇类和醛类代谢途径与饮用健康的分析研究[J].酿酒科技,2017(1):124-128.
ZHANG M,YANG Y Z,LI Q,et al.Metabolic pathway of main alcohols and aldehydes in Baijiu and its relationship with health drinking[J].Liquor-Making Science and Technology,2017(1):124-128.
[20] 施珂, 孙啸涛,沈才洪,等.基于直接-气相色谱-嗅闻的整体感官评价模式分析泸香型白酒的关键香气成分[J].食品工业科技,2020,41(7):208-219.
SHI K,SUN X T,SHEN C H,et al.Study on the key aroma components of Luzhou-flavor Baijiu based on overall sensory evaluation model by direct-gas chromatography-olfaction[J].Science and Technology of Food Industry,2020,41(7):208-219.
[21] 范文来, 徐岩.白酒79个风味化合物嗅觉阈值测定[J].酿酒,2011,38(4):80-84.
FAN W L,XU Y.Determination of odor thresholds of volatile aroma compounds in Baijiu by a forced-choice ascending concentration series method of limits[J].Liquor Making,2011,38(4):80-84.