机械化与传统酿造方式的浓香型原酒风味成分对比

浓香型白酒作为传统四大香型白酒之一,是我国白酒的主导香型,深受消费者喜爱。“泥窖固态发酵,续糟配料,混蒸混烧”独特的酿造工艺[1],赋予了浓香型白酒“醇香浓郁,甘洌清爽,饮后尤香,回味悠长”的风格[2]。传统酿造白酒存在效率低、劳动强度大、环境卫生差等弊端[3],在“中国白酒158计划”引领下,传统白酒的机械化酿造水平显著提高[4],促进了白酒产业的转型与发展,极大地改善了传统白酒酿造存在的诸多弊端。

随着传统白酒酿造机械化的发展,围绕机械化酿造白酒的研究也逐渐增多。研究表明,小曲清香型[5]、老白干香型[6]、芝麻香型[7]的传统酿造方式和机械化酿造方式原酒的主要风味成分种类上差异较小,但含量上存在一定差异。也有研究发现,酱香型白酒机械化酿造方式班组与传统酿造方式班组比较,累计出酒率低6.83%、累计优质率低1%[8]。

目前,关于机械化酿造白酒的研究,大多是围绕清香型和酱香型等香型白酒进行,鲜有关于浓香型白酒的研究报告。本研究以机械化和传统酿造方式浓香型原酒为对象,通过气相色谱-氢火焰离子化检测器(gas chromatography with hydrogen flame ionization de-tection,GC-FID)分析2种酿造方式原酒的挥发性风味成分,结合香气活度值(odor activity value,OAV)分析,解析机械化浓香型原酒的风味成分、结构特征及其骨架成分,为进一步改进浓香型白酒机械化酿造方式、提升浓香型白酒品质提供理论依据和数据参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

酒样：窖池中层酒醅经蒸馏摘取的二、三段浓香型原酒,四川某酒厂机械化酿酒车间与传统酿酒车间。采用平行取样法,机械化车间二、三段原酒记为JX-2组、JX-3组；传统车间二、三段原酒记为SG-2组、SG-3组。机械化车间的拌料、上甑、打量水、摊晾下曲均由机械设备完成,传统车间对应环节均为人工操作。

试剂：乙酸正戊酯、叔戊醇、2-乙基正丁酸,均为色谱纯,上海安谱有限公司。

1.2 仪器与设备

Agilent GC 6890气相色谱仪,配备FID检测器,美国 Agilent 公司。

1.3 实验方法

参考文献[9]的方法，以体积分数60%的乙醇为基体，配制含叔戊醇(0.42 mg/mL)、乙酸正戊酯(0.43 mg/mL)与2-乙基正丁酸(0.46 mg/mL)的内标混合液，准确吸取10 mL酒样，添加0.1 mL内标液混匀即可供进样，进样量1 μL。

GC条件：DM-WAX交联石英毛细管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm),起始柱温40 ℃,恒温2 min后以5 ℃/min升至260 ℃,保持恒温10 min。载气均为高纯氮,全部采取分流进样,分流比为1∶30,色谱进样量1 μL。FID检测器,温度250 ℃。

1.3.3 风味成分定性与定量

通过保留时间对风味成分进行定性,内标法对风味物质进行定量,参考内标质量浓度,使用乙酸正戊酯、叔戊醇、2-乙基正丁酸分别对酯类、醇类和酸类等物质进行定量,以待测成分与内标的峰面积之比计算待测成分的含量。每组样品测定2次,取其平均值。

1.3.4 风味成分香气活度值计算

OAV表示白酒中香气物质对主体香气成分的贡献,OAV是物质质量浓度与香气阈值之比,一般认为OAV>1,表明该风味成分对总体香气有直接贡献,OAV>100时,判断该成分为样品的特征香气成分[10]。

参考GB/T 10781.1—2006《浓香型白酒》[11]的感官要求,由5名企业品酒师通过暗评法对酒样的色泽、外观、香气、口味和风格进行评定,评分标准参考《泸型酒技艺大全》[12]。

1.3.6 数据及图像处理

采用Excel 2007对数据进行处理；利用TBtools、Origin绘制相关图形。

2 结果与分析

2.1 机械化与传统酿造方式原酒感官评定

由表1可知,2种酿造方式的二段原酒酒质更好,而三段原酒的涩味均重于二段原酒。2种酿造方式同一酒段原酒感官评分接近,其中,2种二段原酒得分均值达到85.40,2种三段原酒得分均值达到76.05,说明机械化与传统酿造方式原酒的感官质量差异不大。

2.2 机械化与传统酿造方式原酒风味成分结构特征

通过直接进样结合GC-FID技术在机械化与传统酿造方式二、三段原酒中共鉴定出54种风味成分,其中酯类22种、醇类11种、酸类10种、醛酮类11种。将检出各类物质的含量作百分比堆积柱状图,如图1所示。

由图1可知,机械化与传统酿造方式原酒的风味成分均是以酯类、酸类、醇类为主,3类物质占比之和在2种酿造方式原酒中均达90%以上,且酯类物质含量在2种酿造方式原酒中占比最大,其在机械化与传统酿造方式二段原酒中占比分别为63.25%、67.45%,三段原酒中占比分别为61.68%、68.75%。另外,机械化与传统酿造方式二段原酒中醇类物质占比分别为16.99%和16.70%,酸类物质占比分别为13.39%、10.30%,说明2种原酒的风味成分结构较相似。

2.3 机械化与传统酿造方式原酒风味成分分析

根据JX-2、SG-2、JX-3、SG-3中的风味成分的含量作热图,能直观的呈现样品中风味成分含量的差异,如图2所示,图中颜色越接近红色表示相对含量越高,颜色越接近绿色表示相对含量越低。

由图2可知,酯类物质是2种酿造方式原酒中主要风味成分,其主要来源于微生物的生化反应[13]。2种酿造方式的二、三段原酒中有19种共有酯类物质。己酸乙酯、乙酸乙酯、乳酸乙酯是2种酿造方式原酒中含量前3的酯类物质,己酸乙酯在机械化与传统酿造方式二段原酒中含量分别为1 541.02和1 861.49 mg/L,三段原酒中含量分别为827.86、950.97 mg/L,其含量在2种酿造方式二段原酒中存在一定差异,三段原酒中较为接近。乳酸乙酯在机械化与传统酿造方式二段原酒中含量分别为1 041.15、1 237.01 mg/L,三段原酒中含量分别为2 533.87、3 129.98 mg/L,其含量在2种酿造方式二段原酒中较接近,三段原酒中差异较大。棕榈酸乙酯、乙酸异戊酯、戊酸乙酯等12种酯类物质在2种酿造方式的同一段次原酒中含量较接近。苯乙酸乙酯(玫瑰、蜂蜜香[13])在机械化酿造方式二、三段原酒中含量分别为34.01、33.81 mg/L,在传统酿造方式二、三段原酒中含量分别为8.23、12.47 mg/L,其在2种酿造方式同一段次原酒中含量差异较大。仅在传统酿造方式二、三段原酒中检测到的丁二酸二乙酯(苹果香,酒香、花香[14])含量分别为66.15、54.22 mg/L,仅在机械化酿造方式二、三段原酒中检出到的苯丙酸乙酯(花香[15])含量分别为0.92、2.11 mg/L,仅在机械化酿造方式二段原酒中检出的异丁酸乙酯(甜香和果香[16])含量为16.40 mg/L。

酸类物质在白酒中起到呈香、助香的作用[17],是生成酯类物质的前体物质[18]。检测到的10种酸类物质均存在于2种酿造方式的原酒中。乙酸、己酸、丁酸是2种酿造方式原酒中含量前3的酸类物质,与胡景辉等[19]的研究相似,己酸、乙酸和丁酸是己酸乙酯、乙酸乙酯、丁酸乙酯的前体物质[20],己酸、丁酸主要由窖泥中梭菌属(Clostridium)细菌代谢产生[21],对白酒有助香作用[22],乙酸主要由醋杆菌生成[20],起呈味作用[22]。己酸在机械化与传统酿造方式二段原酒中含量分别为82.48、99.41 mg/L,三段原酒中含量分别为241.87、128.94 mg/L,己酸在2种酿造方式二段原酒中含量较为接近,三段原酒中含量差异较大。丁酸在机械化与传统酿造方式二段原酒中含量分别为61.07、77.10 mg/L,三段原酒中含量分别为129.85、100.03 mg/L,丁酸在2种酿造方式同一段原酒中含量较接近,丙酸、戊酸和异丁酸在2种酿造方式原酒中含量也相接近。异戊酸在机械化与传统酿造方式二段原酒中含量分别为26.63、3.70 mg/L,三段原酒中含量分别为32.79、6.73 mg/L,其在2种酿造方式同一段次原酒中含量差异较大。

醇类物质在酒中起呈味助香作用,适量的高级醇能使酒体更丰满[23],白酒中80%的高级醇由酿酒酵母通过分解代谢途径(Ehrlich途径)和合成代谢途径生成[24]。以正丁醇、异戊醇、正丙醇为主的10种醇类物质均在2种酿造方式原酒中检出。正丁醇、异戊醇、正丙醇为2种酿造方式原酒中含量前3的醇类物质,与李贺贺等[25]的研究相似,三者能赋予白酒果香、花香[22]。正丁醇、异戊醇、正丙醇的含量在2种酿造方式的二段原酒中含量接近,而异戊醇在机械化与传统酿造方式三段原酒中含量分别为95.18、208.34 mg/L,差异较大。另外,正己醇、正戊醇、糠醇、2-丁醇、β-苯乙醇在2种酿造方式二、三段原酒中含量接近。仅在机械化酿造方式二、三段原酒中检测到1,2-丙二醇,其含量分别为1.36、2.32 mg/L。

醛、酮类物质在白酒中可助香呈味,协调香气的释放[26]。醛类物质大多来源于酿酒原料和酵母代谢[24]。在2种酿造方式原酒中检测出乙缩醛、3-甲基丁醛、3-羟基-2-丁酮等11种醛酮类物质,其中苯甲醛仅在机械化酿造方式二、三段原酒中检出,其含量分别为13.43、10.92 mg/L。仅在传统酿造方式二段原酒中检出的2-戊酮含量为11.80 mg/L。乙缩醛、3-甲基丁醛为2种酿造方式原酒中含量较高的醛类物质,乙醛与乙醇可缩合为乙缩醛(清香味[24])。3-羟基-2-丁酮(特有奶油香味[27])为酒样中含量最高的酮类物质,其在机械化与传统酿造方式二段原酒中含量分别为14.04、14.63 mg/L,三段原酒中含量分别为27.32和26.77 mg/L。

2.4 机械化与传统酿造方式原酒特征风味成分分析

为揭示2种酿造方式原酒中的特征风味成分,通过计算香气活度值,得出OAV>1的物质,如表2所示。JX-2、SG-2、JX-3和SG-3中共有28种OAV>1的风味成分,包括酯类14种、酸类6种、醛酮类4种、醇类4种。

己酸乙酯、3-甲基丁醛、戊酸乙酯、丁酸乙酯、乙酸异戊酯、辛酸乙酯、正丁醇、3-羟基-2-丁酮、丁酸、乙缩醛、异丁酸乙酯均是2种酿造方式二段或三段原酒中OAV>100的物质,是对酒体风味有重要贡献的特征香气成分,这些物质也是知名浓香型白酒的重要风味成分[30],其中,己酸乙酯的OAV值最高,是浓香型白酒的主体香气物质[31]；乙缩醛在机械化酿造方式原酒中OAV<100,而在传统酿造方式二段原酒中OAV>100；异丁酸乙酯仅在机械化酿造方式二段原酒中检出,其OAV值为285.34。综合考虑对2种酿造方式原酒的贡献程度,可以确定己酸乙酯、3-甲基丁醛、戊酸乙酯、丁酸乙酯、乙酸异戊酯、辛酸乙酯、正丁醇、3-羟基-2-丁酮、丁酸为这2种原酒的共有特征风味成分。经分析发现,乳酸乙酯、乙酸、正丙醇虽然含量高,但阈值大,香气活度值都很低；而3-甲基丁醛、辛酸乙酯、戊酸乙酯、丁酸乙酯、异丁酸乙酯、乙酸异戊酯虽然含量较低,但阈值小,香气活度值都很高。

3 结论

通过对机械化和传统酿造方式二、三段原酒进行GC-FID检测分析,共鉴定出54种风味成分,包括酯类22种、醇类11种、酸类10种、醛酮类11种,其中有48种共有风味成分。2种酿造方式原酒风味成分均以酯类、酸类、醇类为主,3类物质占比之和在2种酿造方式原酒中均达90%以上,酯类物质含量在2种酿造方式原酒中占比最大,其在机械化酿造和传统酿造方式二段原酒中占比分别为63.25%、67.45%,三段原酒中占比分别为61.68%、68.75%。2种酿造方式的二段原酒和三段原酒相比较,大多数风味物质的含量较为接近,但是,苯乙酸乙酯、异戊酸的含量在二段原酒和三段原酒中均差异较大。苯丙酸乙酯、异丁酸乙酯、苯甲醛、1,2-丙二醇仅在机械化酿造方式原酒中检出,丁二酸二乙酯、2-戊酮仅在传统酿造方式原酒中检出。结合OAV筛选结果可知,己酸乙酯、3-甲基丁醛、戊酸乙酯、丁酸乙酯、乙酸异戊酯、辛酸乙酯、正丁醇、3-羟基-2-丁酮、丁酸为2种酿造方式的原酒中共有特征风味成分,乙缩醛在机械化酿造方式二段原酒中OAV<100,在传统酿造方式二段原酒中OAV>100,仅在机械化酿造方式二段原酒中检出的异丁酸乙酯OAV值为285.34,对其风味有重要贡献。说明2种酿造方式原酒中的风味成分的种类和结构特征具有较好的相似性,但两者有着不同的独有风味成分。

中国白酒属于固态发酵技术的产品,原料特性、环境微生物以及酿造方式等差异,都会对白酒的风味和品质产生不同的影响[32]。由于受到生产条件的限制,本次研究采样窖池窖龄有一定差异,也会对白酒风味产生一定的影响,还有待进一步研究。中国白酒酿造向机械化、自动化、智能化方向发展,是白酒产业转型升级的必然趋势。在今后的研究中,将扩大样本量研究机械化酿造方式对浓香型白酒香气品质的影响,并进一步从2种酿造方式的设备、操作环节以及酿造车间环境微生物等方面切入,探究形成2种酿造方式原酒挥发性风味成分结构特征的原因,为后续提升机械化酿造白酒品质提供一定的参考依据。

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