白酒是我国传统的蒸馏酒,经过几十年的传承与创新,现已形成12种香型[1]。浓香型白酒窖香浓郁,清香型白酒清香纯正,酱香型白酒酱香突出,米香型白酒清柔幽雅,不同香型白酒的风格各异与其微量成分差异密切相关[2]。其中浓香型白酒历史悠久,市场普及度高,广受中国人民喜爱,是中国白酒生产和消费的主流。近年来,白酒行业集中度不断提升,品牌化、品质化发展趋势明显[3]。这揭示我国白酒行业正处于“由量到质”的消费转变,进入到品质提升的发展阶段。由此,研究不同等级浓香型白酒微量成分的异同,解析微量成分差异与品质的相对关系,对促进浓香型白酒品质发展尤为重要。
近年来,随着前处理方法的丰富以及精密分析仪器的普及,关于浓香型白酒中微量成分的研究已有较多报道。例如,HE等[4]采用液液微萃取法(liquid-liquid microextraction,LLME)结合气相色谱-离子迁移谱联用技术(gas chromatography-ion mobility spectrometry,GC-IMS)分析了扳倒井的微量成分;HONG等[5]采用直接进样法(direct injection,DI)结合GC-O-MS对板城烧锅、古井贡、泸州老窖的微量成分进行分析,HE等[6]采用全二维气相色谱-飞行时间质谱法(comprehensive two-dimensional gas chromatography-time of flight mass spectrometry,GC×GC-TOFMS)分析比较了不同地区17种浓香型白酒的微量成分;ZHAO等[7]采用GC-O和GC-MS结合香气活性值(odor activity value,OAV)分析了古井贡酒。基于以上研究,目前在浓香型白酒中共计检出861种风味成分,包括酯类248种、内酯类13种、醇类122种、酸类65种、醛类53种、酮类83种、缩羰基类35种、烃类63种、酚类24种、醚类16种、含硫类29种、含氮类71种、呋喃类35种和其他类4种,其中己酸乙酯对浓香型白酒的突出贡献已被证实[8]。但以上研究主要集中于不同品牌、地区浓香型白酒成品酒的共性与差异,不同等级浓香型白酒感官品质和微量成分差异的相关性仍尚未明晰,浓香型白酒品质差异因子还有待进一步明确。
传统白酒酿造包括“原料前处理、曲块制作、固态糖化发酵、甑桶蒸馏、贮存陈酿、勾调”等生产工艺[9],蒸馏时技术人员依据“看花摘酒”对原酒进行初步分级,后经品酒师“色香味格”打分,以及测定理化指标和总酸总酯等划定其等级。但这些方法有一定局限性和不可控性,分级标准相对粗犷,尚需要借助风味化学手段进行明确。目前液液萃取法(liquid-liquid extraction,LLE)、顶空固相微萃取法(headspace solid phase microextraction,HS-SPME)、溶剂辅助风味蒸发法(solvent-assisted flavor evaporation,SAFE)已被广泛应用于白酒微量成分研究,而吸附笔法相较于以上方法,具有操作简单、自动化程度高、吸附相体积大、提取效率高、灵敏度高等特点,适用于复杂液体基质中微量成分的鉴定分析。其在酒类微量成分分析中已有部分应用,但目前鲜有应用于白酒微量成分分析的报道。如JELE
等[10]通过吸附笔法分析了啤酒中的酚类化合物,证实该方法萃取液体基质中复杂多样的微量成分具有高灵敏度和高可靠性。另外,感官定量描述分析(sensory quantitative descriptive analysis,SQDA)通过对食品感官特性进行定量分析与描述,可确定食品感官风味特点。因此,将吸附笔法与SQDA等方法结合,应用于不同等级浓香型白酒品质差异因子的锚定研究,具有可行性。
基于上述,本研究以3个不同品质等级浓香型白酒为研究对象,从感官特征出发,选用LLE和吸附笔2种提取方法,并结合GC-MS、GC-O-MS、OAV、滋味活性值(taste activity value,TAV)解析不同等级浓香型白酒的典型性以及差异性,筛定其品质差异因子,以期为浓香型白酒等级判定、勾调和品质稳定提升提供一定理论基础。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
白酒样品,承德乾隆醉酒业有限责任公司提供的3个等级浓香型白酒,本研究中命名为1号、2号和3号样品,酒精度均为70%vol。
C5～C29正构烷烃、无水乙醇(均为色谱纯),Sigma-Aldrich(上海)公司;CH2Cl、NaCl、无水Na2SO4(均为分析纯),国药集团化学试剂有限公司;4-辛醇、2-乙基正丁酸、乙酸正戊酯(纯度均≥95%),北京百灵威科技有限公司。
1.2 仪器与设备
8890-5977B型GC-ΜS联用仪、7890A-5977B型GC-MS联用仪,美国Agilent公司;ODP C200型嗅闻仪,德国GERSTEL公司;吸附笔、吸附笔提取系统(5600 SPES)、吸附笔热解析装置(5800 SPDU)、吸附笔老化装置(3801 SPTC)、真空隔膜泵、冷托盘、隔离套管,美国Entech公司。
1.3 研究方法
1.3.1 吸附笔法的建立
采用单因素试验法依次优化吸附笔类型、萃取转速、酒精度、NaCl质量浓度、萃取时间、萃取温度6个影响因素。萃取吸附笔的选择：分别采用5种吸附笔类型萃取目标化合物。用移液枪准确移取2 mL 3号酒样(酒精度稀释至15%vol)于50 mL顶空瓶中,加入NaCl 0.1 g,并加入40 μL混合内标(分别为4-辛醇、2-乙基正丁酸、乙酸正戊酯,混合内标终质量浓度为1 000 mg/L;溶剂乙醇),吸附笔插入顶空瓶,与瓶盖衬垫形成密封,利用真空泵通过吸附笔抽真空至<0.01 atm,顶空瓶置于5600 SPES中平衡20 min,温度为30 ℃,转速200 r/min,萃取结束后吸附笔置于冷托盘上进行20 min水管理,随后放入隔离套管,用于GC-MS分析。其他5 个影响因素依次优化。吸附笔在萃取前均经过老化装置(3801 SPTC)高温净化。上述均进行3次平行试验。
1.3.2 感官评价
参照国标GB/T 33405—2016《白酒感官品评术语》进行。选取3名经验丰富的研究员组成感官评价小组,经系统培训后,对浓香型白酒的感官特征进行讨论和筛选,最终确定其表征香气描述词为“果香”“花香”“醇香”“窖香”“粮香”“焙烤香”和“糟香”;表征滋味描述词为“甜味”“酸味”“苦味”和“异杂味”。每种属性以“1～10”表示,“1”表示强度最弱,依次增强,“10”表示强度最强。
1.3.3 吸附笔-GC-ΜS分析
酒样2 mL置于50 mL顶空瓶中,酒精度稀释至15% vol,加入40 μL混合内标,并加入0.4 g NaCl,加盖密封;置于50 ℃下平衡萃取20 min,转速为240 r/min,用于GC-ΜS分析。
GC-ΜS分析,DB-FFAP(60 m×0.25 mm×0.25 μm)色谱柱;起始柱温40 ℃,10 ℃/min升至50 ℃,保持10 min;再以3 ℃/min升至80 ℃,保持10 min;然后5 ℃/min升至230 ℃,保持10 min;载气为He(纯度为 99.999%),流速1.0 mL/min;进样口250 ℃;不分流模式。
电子轰击离子源,能量70 eV;离子源230 ℃;四级杆温度150 ℃;传输管线温度245 ℃;全扫描模式,质量扫描范围50～450 amu;溶剂延迟3 min。
1.3.4 LLE-GC-O-ΜS分析
将30 mL酒样(酒精度稀释至15% vol),加NaCl至饱和;CH2Cl2振荡萃取3次,每次用量50 mL,合并萃取液得有机相O1。用Na2CO3水溶液(pH为10.0)萃取有机相O13次,每次用量50 mL,得有机相O2合并水相溶液得W1;再用HCl调水相W1至pH为2.0,加NaCl至饱和,CH2Cl2振荡萃取3次,每次取70 mL,合并有机相得O3。有机相O2、O3分别加入无水Na2SO4,置于-20 ℃冰箱中静置除水,过滤,浓缩至1.5 mL,氮吹仪氮吹至500 μL,得到中碱性组分(neutral basic fraction,NBF)和酸性组分(acidic fraction,AF),各取1 μL分别进样,用于GC-O-ΜS分析。
GC-O-MS分析：由Agilent 7890A-5977B型GC-MS装置及嗅闻装置组成,毛细管柱为DB-WAX(60 m×0.25 mm×0.25 μm),起始柱温40 ℃,以10 ℃/min上升到50 ℃,保持20 min;再以1 ℃/min升到70 ℃,保持10 min;再以3 ℃/min升到250 ℃,保持15 min;载气为He(纯度为99.999%);流速1.0 mL/min;进样口250 ℃;进样1 μL;不分流模式。
电子轰击离子源,能量70 eV;离子源230 ℃;四级杆温度150 ℃;传输管线温度245 ℃;全扫描模式,质量扫描范围50～450 amu;溶剂延迟3 min。
1.3.5 鉴定分析
定性分析采用NIST 2020谱库检索、保留指数(retention index,RI)、人工解谱,并结合相关参考文献的RI、气味特征比对。
C5～C29正构烷烃在相同GC-ΜS、GC-O-ΜS条件下进样,按照公式(1)计算化合物的RI：
(1)
式中：tn和tn+1,分别为碳原子数为n,n+1的正构烷烃的保留时间;ti,出峰在n和n+1的正构烷烃间的i化合物的保留时间。
动态时间强度法(odor specific magnitude estimation,OSME)：选取3名嗅觉灵敏且具有嗅闻经验的评价人员,气味描述词3名评价员协商确定,记录RI、气味特征以及香气表达强度值,香气表达强度值以“1～5”表示,“1”表示气味最弱,依次增强,5表示气味最强。
定量分析采用内标法,以4-辛醇为醇类化合物的内标,2-乙基正丁酸为酸类化合物的内标,乙酸正戊酯为酯类化合物及其他化合物的内标,按照公式(2)计算化合物含量：
(2)
式中：ρi,化合物在白酒的质量浓度,μg/μL;Ai,化合物的峰面积;A0,内标的峰面积;ρ0,内标的质量浓度,μg/μL;V0,内标的体积,μL;V,酒样的体积,μL。
1.3.6 香气与滋味活性值的计算
按照公式(3)计算化合物OAV：
(3)
式中：ρi,化合物的质量浓度,μg/L;ρ(OTi),化合物i的香气阈值,μg/L。
按照公式(4)计算化合物TAV：
(4)
式中：ρi,化合物i的质量浓度,μg/kg;ρ(Mi),化合物i的滋味阈值,μg/kg。
1.4 数据处理
分析结果取均值±标准偏差为最终结果,每个样品进行3次平行试验。基本数据处理通过Microsoft Office 2016完成;采用GraphPad Prism 9、Chiplot、Origin 2021进行绘图。
2 结果与分析
2.1 吸附笔-GC-ΜS方法的建立
微量成分组成对浓香型白酒的品质有重要影响,采用吸附笔进行微量成分萃取的工艺优化。吸附笔-GC-ΜS测定中选取的目标化合物包括酯类、醇类、酸类、醛酮类、缩醛、含硫类等,均为浓香型白酒中已报道化合物[2]。
实验考察了6个因素(吸附笔类型、萃取转速、酒精度、NaCl质量浓度、萃取时间、萃取温度)对吸附笔法萃取目标化合物的结果影响。吸附笔-GC-ΜS方法建立结果如图1所示,左侧Y轴代表在不同水平下萃取时化合物峰面积总和,以柱状图表示,右侧Y轴代表在不同水平下萃取时化合物数量总和,以折线图表示。
a-吸附笔类型;b-萃取转速;c-酒精度;d-NaCl质量浓度;e-萃取时间;f-萃取温度
图1 六个因素对吸附笔-GC-MS白酒中微量成分的提取影响
Fig.1 Effect of sorbent pen-GC-ΜS parameters
试验考察了5种吸附笔类型SP-HSP-0(No Adsorbent)、SP-HSP-TCBXN(Tena/Carboxen)、SP-HSP-TCPX(Tenax/Carbopack X)、SP-HSP-PDMST3560(PDMS GB/Tenax)、SP-HSP-T3560(Tenax Ta)对萃取化合物的结果影响。由图1-a酒样微量成分的总离子流图可知,SP-HSP-0萃取效果较差,SP-HSP-TCBXN、SP-HSP-TCPX无法有效分离白酒中复杂多样的微量成分,SP-HSP-PDMST3560、SP-HSP-T3560分离效果良好,峰形较佳,但选用SP-HSP-T3560萃取化合物总峰面积及总数量显著高于SP-HSP-PDMST3560,相对标准偏差(relative standard deviation,RSD)均小于15%。因此,选用SP-HSP-T3560吸附笔类型作为最优水平进行萃取。
试验考察了5个萃取转速水平60、120、180、240、300 r/min对吸附笔萃取化合物的结果影响。萃取条件如下：SP-HSP-T3560吸附笔、酒精度15%vol、NaCl质量浓度0.1 g/mL、萃取时间20 min、萃取温度30 ℃,其他操作同1.3.3节所述。由图1-b可知,化合物总峰面积随萃取转速的升高呈先上升后下降趋势,化合物总数量呈先上升后基本稳定趋势,240、300 r/min无显著性差异。因此,选用240 r/min作为最优萃取转速进行萃取,试验RSD值均小于15%。
试验考察了3个酒精度水平15%、30%、60%vol对吸附笔萃取化合物的结果影响。萃取条件如下：SP-HSP-T3560吸附笔类型、萃取转速240 r/min、NaCl质量浓度0.1 g/mL、萃取时间20 min、萃取温度30 ℃,其他操作同1.3.3节所述。由图1-c可知,酒精度为15%vol时萃取化合物总峰面积及总数量显著高于30%、60%vol。因此,选用15%vol作为最优酒精度进行萃取,试验RSD值均小于15%。
试验考察NaCl质量浓度分别为0.1、0.2、0.3、0.4 g/mL,对吸附笔萃取化合物的结果影响,如图1-d所示。萃取条件如下：SP-HSP-T3560吸附笔类型、萃取转速240 r/min、酒精度15%vol、萃取时间20 min、萃取温度30 ℃,其他操作同1.3.3节所述。由图1-d可知,化合物总峰面积及总数量随加入NaCl质量浓度的增加呈波动变化,NaCl质量浓度为0.2 g/mL化合物总峰面积及总数量均显著高于其他NaCl质量浓度。因此,选用0.2 g/mL作为最优NaCl质量浓度进行萃取,试验RSD值均小于15%。
4个萃取时间水平5、20、40、60 min对吸附笔萃取化合物的结果影响,如图1-e所示。萃取条件如下：SP-HSP-T3560吸附笔类型、萃取转速240 r/min、酒精度15%vol、NaCl质量浓度0.2 g/mL、萃取温度30 ℃,其他操作同1.3.3节所述。由图1-e可知,化合物总峰面积随萃取时间的延长呈逐渐增加的趋势,但萃取20 min后化合物总峰面积及总数量无显著性差异,吸附量基本饱和。为提高萃取效率,选用20 min作为最优萃取时间进行萃取,试验RSD值均小于15%。
试验评估了4个萃取温度水平30、40、50、60 ℃对吸附笔萃取化合物的结果影响。萃取条件如下：SP-HSP-T3560吸附笔类型、萃取转速240 r/min、酒精度15%vol、NaCl质量浓度0.2 g/mL、萃取时间20 min,其他操作同1.3.3节所述。由图1-f可知,化合物峰面积随萃取温度的升高呈先升高后下降趋势,化合物呈波动变化。这主要是由于温度较高时微量成分易释放至顶空,但温度过高会导致萃取能力下降。因此,选用50 ℃作为最优萃取温度进行萃取,试验RSD值均小于15%。
综上所述,吸附笔最优萃取条件为SP-HSP-T3560、萃取240 r/min、酒精度15%vol、NaCl质量浓度0.2 g/mL、萃取时间20 min、萃取温度50 ℃。吸附笔-GC-MS方法的优化,构建了适用于白酒等复杂液体基质中微量成分分析的方法体系。该方法简便快速,灵敏度高,在白酒等复杂样品全组分分析方面显示出巨大的潜力,未来可应用于其他香型白酒、酒醅以及酒糟的微量成分分析。
2.2 三个不同等级浓香型白酒的分析
2.2.1 三个不同等级浓香型白酒的感官品质分析
基于SQDA方法,对比分析3个不同等级浓香型白酒的感官品质,并绘制感官评价雷达图,如图2所示。由图2-a可知,3个酒样的感官评价雷达图因等级不同存在显著差异。由评分结果可知,1号酒样风味和滋味品质俱佳,其风味品质表现为窖香浓郁,醇香、花果香搭配协调,滋味品质表现为丰满柔顺,尾净余长,典型性突出。2号酒样风味品质以窖香、醇香为主,花果香略重,滋味品质表现为略有苦味、酸味。相比之下,3号酒样风味品质表现为糟香过于突出,醇香不足,导致整体酒香单薄,滋味品质方面有更多令人不愉快的酸味、苦味,余味短杂,整体典型性较弱。
a-感官评价雷达图;b-经吸附笔-GC-MS分析的总离子色谱图
图2 3个不同等级浓香型白酒的感官评价雷达图及吸附笔-GC-MS分析结果
Fig.2 Sensory evaluation radar chart and sorbent pen-GC-MS analysis results of strong-flavor Baijiu from three different grades
不同等级浓香型白酒感官风味差异主要取决于其微量成分种类含量分布,由图2-b直观展示出1号、2号、3号酒样微量成分组成与含量存在显著差异。1号酒样色谱峰多,且色谱峰丰度高、个数多,微量成分种类丰富,优于2号、3号酒样。为进一步明晰3个不同等级浓香型白酒中微量成分的差异,本研究针对3个不同等级浓香型白酒中微量成分进行进一步鉴定分析。
2.2.2 吸附笔-GC-MS及LLE-GC-O-MS分析3个不同等级浓香型白酒的微量成分
采用2.1节最优的吸附笔-GC-MS以及LLE-GC-O-MS方法分析3个不同等级浓香型白酒,分析结果见电子版本中的增强出版附表1(https：//doi.org/10.13995/j.cnki.11-1802/ts.034549)。由附表1可知,采用吸附笔-GC-MS在3个酒样共鉴定出80种微量成分,包括酯类化合物40种,醇类化合物11种,酸类化合物8种,醛酮类化合物6种,呋喃类化合物2种,芳香类化合物12种,含硫化合物1种,缩醛类化合物2种。酒样经LLE后,结合人鼻嗅觉的高灵敏性及气相色谱高分离性,通过OSME筛选出28种香气活性成分,主要香气特征包括窖香、花果香、奶酪香等。为了更加直观展示不同等级浓香型白酒微量成分的差异性,绘制热图及桑基图,结果见图3。由图3可得,尽管3个酒样属于同一酒厂酿造,微量成分组成具有相似性,但因等级不同,各酒样微量成分种类、含量和比例存在显著差异。
图3 吸附笔-GC-MS对3个不同等级浓香型白酒中微量成分的热图和桑基图分析结果
Fig.3 Sorbent pen-GC-MS analysis results of trace components in strong-flavor Baijiu from three different grades by heat map and sankey plot
酯类化合物是白酒中含量最高的微量成分,主要来源于发酵和蒸馏过程,赋予酒体愉快的果香[11]。本研究中,酯类化合物在浓香型白酒中呈现种类最多且含量最高的特点。1号、2号、3号酒样鉴定出微量成分种类分别为36、16、18种,质量分数占比依次为73.36%、77.44%、76.01%。我国白酒最大的特征是以“酯香”为主,但酯类化合物含量较高会对白酒品质产生负面影响,如导致酒体辛辣度上升[12]。1号酒样微量成分含量及其量比关系适宜,与其品质和谐柔顺具有直接关系。而风味物质筛定结果显示,酯类化合物种类也是最多,为9种,且香气表达强度值较高。实践表明,己酸乙酯、乳酸乙酯、丁酸乙酯、乙酸乙酯是浓香型白酒中重要的微量成分,其含量和比例决定了白酒的品质。其中己酸乙酯是浓香型白酒中最重要的风味物质之一,对风味品质贡献突出。1号酒样己酸乙酯、乳酸乙酯、丁酸乙酯、乙酸乙酯质量分数占比依次为40.12%、0.13%、7.12%、2.84%;2号酒样其质量分数占比依次为12.80%、17.42%、12.38%、27.16%;3号酒样其质量分数占比依次为6.09%、16.14%、8.28%、31.78%。总体来看,1号酒样酯类化合物种类及己酸乙酯质量分数均显著高于2号、3号酒样,这是其典型性突出的重要原因。浓香型白酒实际生产中会采取延长发酵期、适当踩窖等多种措施,科学、合理地增己降乙/乳。2号、3号酒样中己酸乙酯含量低,乙酸乙酯、乳酸乙酯含量高,导致己/乙和己/乳比降低,这是其风味品质欠协调的潜在原因之一。
醇类化合物使酒体醇和绵甜,主要由埃里希途径(Ehrlich)和合成代谢途径(Harris)生成[13],有助于丰富白酒风味层次。3个酒样中醇类化合物鉴定种类分别为6、7、9种,质量分数占比分别为5.20%、9.41%、12.87%。风味物质筛定出5种醇类化合物,主要呈现醇香和麦芽香气。适量的醇类化合物可以使得酒体辛辣度下降,过量的高级醇则会导致酒体浑浊、饮后苦涩,且使人头痛、头晕等,3-甲基丁醇、正丁醇、2-甲基丙醇是高级醇的主要成分。1号酒样醇类化合物含量适中且高级醇含量占比偏低,使得酒体口感更为协调,这与HONG等[5]的研究结果基本一致。
酸类化合物大多是由细菌、霉菌、酵母等微生物利用淀粉、脂肪、蛋白质等发生复杂的生化反应以及醇醛氧化产生的,呈现奶酪香、酸香等香气,主要贡献是呈味助香,平衡酒香。3个酒样中酸类化合物鉴定种类均是8种,质量分数占比分别为20.92%、5.74%、5.36%。结果表明,2号、3号酒样因酸类化合物含量较低,酒味寡淡,厚重感弱。风味物质筛定结果包括6种酸类化合物,其中丁酸、己酸在3种酒样中香气表达强度值均很高,是提供“窖香”的关键风味物质之一[14]。浓香型白酒中四大酸分别为己酸、乙酸、乳酸、丁酸,对酒体风味品质有较大影响。1号酒样中己酸、丁酸、乙酸质量分数占比依次为12.45%、1.79%、3.71%;2号酒样为3.00%、0.61%、1.30%;3号酒样为1.98%、0.33%、2.49%。值得注意的是,己酸质量分数随酒样等级的增加呈增加趋势。乳酸为高沸点不挥发性酸,主要由液相色谱法(HPLC或UPLC)测定[15],故本研究未检测到。1号酒样酯类化合物含量低,酸类化合物含量高。相关研究表明,酯低酸高的白酒饮后舒适度较佳,且不易醉酒[16-17],佐证1号酒样品质更佳。
醛酮类化合物主要来源于微生物代谢发酵过程以及美拉德反应,影响白酒的丰富协调性,含量过高会使酒体柔顺度下降[18],2号、3号酒样中醛酮类化合物含量较高,致使酒体较辛辣刺激。3-甲基丁醛在3个酒样中含量均为最高,相关研究曾报道其是浓香型白酒中重要的风味物质[19]。1-辛烯-3酮仅由嗅闻检测到,这可能是由于含量较低达不到气质联用技术检出线,但阈值较低可被高灵敏性的人鼻嗅闻的。1-辛烯-3酮是白酒中常见的异嗅物质,在威士忌、白兰地等蒸馏酒中也存在,本研究仅在2号、3号酒样中嗅闻到,可能对白酒品质产生一定影响。
呋喃类化合物检测到2种,包括糠醛和糠醇。糠醛主要来源于发酵前中期稻壳半纤维素中木糖的降解,随后糠醛会被酵母进一步代谢为糠醇[20]。风味物质筛定结果也包括糠醛和糠醇,主要表现为甜香,丰富酒体层次。但呋喃类化合物含量过高,也会使酒体产生不愉快的味道。
芳香类化合物使白酒柔顺醇厚,主要来源于苯丙氨酸、色氨酸和酪氨酸等氨基酸分解代谢,以及木质素降解[21]。3个酒样中芳香类化合物鉴定种类分别为9、10、11种,质量分数占比分别为0.20%、2.05%、1.39%。而风味物质筛定出芳香类化合物4种,包括苯乙醛、苯乙酸乙酯、苯乙醇、4-甲基苯酚,主要呈现为蜜香、花香。4-甲基苯酚与窖泥臭密切相关,可能是浓香型白酒窖泥气味的来源之一[22]。
含硫化合物鉴定结果显示种类与含量均较少,仅检测到二甲基三硫醚,且仅在1号酒样中检测出,可能来源于含硫氨基酸的分解。相关研究表明二甲基三硫醚是浓香型白酒中重要的风味物质[19]。
缩醛类化合物是由醇醛缩合产生的,可以减轻酒体的辛辣度,使酒体醇和柔顺。本研究中,3个酒样中共检测出2种缩醛类化合物,包括3-甲基丁醛缩二乙醇和壬醛缩二乙醇。风味物质筛定结果并未包括缩醛类化合物,这表明缩醛类化合物可能对浓香型白酒的贡献并不突出。
综上所述,复杂多样的微量成分共同构建了浓香型白酒窖香浓郁、尾净余长的风格品质。1号酒样微量成分鉴定种类最多,为66种,质量浓度为2 003 819.19 μg/L;2号酒样微量成分鉴定种类最少,为46种,但含量最高,为5 910 474.62 μg/L;3号酒样微量成分鉴定种类52种,质量浓度5 475 200.70 μg/L。1号酒样酯类、酸类、醇类化合物质量分数占比依次为73.36%、20.92%、5.20%;2号酒样酯类、酸类、醇类化合物质量分数占比依次为77.44%、5.74%、9.41%;3号酒样酯类、酸类、醇类化合物质量分数占比依次为76.01%、5.36%、12.87%。1号酒样品质最佳,其鉴定出微量成分含量反而最少,但种类丰富,比例协调,因此风味和口感和谐柔顺。2号、3号酒样中个别化合物含量过高,致使微量成分含量较高,平衡失调,风味品质较差。3个不同等级浓香型白酒的差异性,不仅取决于微量成分种类、含量,还需要结合阈值进行表征,评价其实际的香气表达,有效构建关键品质因子与酒样等级的因果关联度。因此,本研究结合阈值进一步评价各微量成分对白酒整体品质的贡献度,筛定优质浓香型白酒的关键品质因子。
2.2.3 OAV/TAV计算与分析
目前,风味物质对白酒品质的影响受到广泛关注。本研究通过计算OAV/TAV(微量成分在白酒中的浓度与其阈值的比值)进一步表征风味物质在白酒风味中的贡献程度。其中,OAV/TAV≥1即表示该风味物质对白酒有直接贡献,OAV/TAV越大,表示对整体风味品质贡献越显著。本研究结合阈值计算得到各风味物质的OAV及TAV,结果如表1所示。3个酒样中有47种风味物质OAV≥1,包括酯类化合物18种,醇类化合物8种,酸类化合物7种,醛酮类化合物3种,呋喃类化合物2种,芳香类化合物9种,含硫化合物化合物1种,被筛定为香气品质因子。3个酒样中有9种风味物质TAV≥1,包括酯类化合物3种,醇类化合物1种,呋喃类化合物1种,芳香类化合物4种,被筛定为滋味品质因子。综上共计筛定香气/滋味品质因子56种,对浓香型白酒有直接贡献,可能是提高浓香型白酒品质的有力靶点。但由于有关水-乙醇基质滋味阈值的测定数据较少,有关滋味品质因子的筛定还需进一步完善。
表1 吸附笔-GC-MS对3个不同等级浓香型白酒中OAV/TAV≥1品质因子的筛定分析结果
Table 1 The analysis results of OAV/TAV≥1 quality factors in strong-flavor Baijiu from three different grades by sorbent pen-GC-MS
化合物香气阈值/(μg/L)OAV1号2号3号滋味阈值/(μg/L)TAV1号2号3号酯类(18种) 乙酸乙酯3255224953---- 丙酸乙酯19000185---- 异丁酸乙酯571261562231058012154227 丁酸乙酯82174189275531--- 乙酸异戊酯94125376100850144211 戊酸乙酯27736043401686---- 己酸乙酯5514616137476064---- 丁酸异戊酯2023600---- 乙酸己酯1500200---- 己酸丙酯12800100---- 庚酸乙酯13153810---- 乳酸乙酯128000087---- 丁酸己酯250600---- 辛酸乙酯1332630241---- 己酸异戊酯1400600---- 己酸己酯18902106710100 癸酸乙酯1120100---- 十四酸乙酯50017113----醇类(8种) 2-丁醇50000012---- 2-甲基丙醇40000011---- 丁醇273002242---- 3-甲基丁醇179000022---- 戊醇4000023---- 2-庚醇1430021---- 己醇53703131429860022 辛醇1100001----酸类(7种) 乙酸160000001---- 丁酸173207210104---- 异戊酸1050573---- 戊酸389323012---- 己酸2517997143---- 庚酸13800100---- 辛酸2701563----醛酮类(3种) 3-甲基丁醛17814427282---- 壬醛122200---- (E)-2-辛烯醛15300----呋喃类(2种) 糠醛1226873505561001911 糠醇2000022----芳香类(9种) 苯甲醛4200033---- 苯乙醛26202335---- 苯乙酮6506550---- 苯甲酸乙酯1430012---- 萘159104---- 苯乙酸乙酯4072663114401199 乙酸苯乙酯407018105670011 3-苯丙酸乙酯125113421044790093 苯乙醇289230002290053含硫类(1种) 二甲基三硫醚0.36182000----
注：“-”表示该数值小于1或无法计算。
1号酒样中共有32种香气品质因子OAV≥1,包括17种酯类化合物,1种醇类化合物,6种酸类化合物,3种醛酮类化合物,1种呋喃类化合物,3种芳香类化合物,含硫化合物1种。其中9种香气品质因子OAV>100,其中最大的是己酸乙酯(OAV=14 616),其次是戊酸乙酯(OAV=7 360)、辛酸乙酯(OAV=3 263)等。这主要是由于浓香型白酒发酵窖泥中富含生产己酸乙酯的己酸菌和甲烷菌[11]。二甲基三硫醚阈值较低,虽然含量低,但是OAV≥1。二甲基三硫醚本身虽呈现洋葱香气,但可以间接增强浓香型白酒的水果香及陈香[23]。1号酒样中有4种滋味品质因子TAV≥1,包括3种酯类化合物,1种芳香类化合物。其中,SUN等[24]通过感官评价和添加缺失实验分析18种甜度不同的白酒,从微量成分与甜度相关性中确认己酸乙酯等酯类化合物是白酒甜度的主要品质因子。
2号酒样中共有33种香气品质因子OAV≥1,包括11种酯类化合物,7种醇类化合物,5种酸类化合物,1种醛酮类化合物,2种呋喃类化合物,7种芳香类化合物。其中9种香气品质因子OAV>100,其中最大的是己酸乙酯(OAV=13 747),其次是丁酸乙酯(OAV=8 927)、戊酸乙酯(OAV=4 340)等。2号酒样中有8种滋味品质因子TAV≥1,包括2种酯类化合物,1种醇类化合物,1种呋喃类化合物,4种芳香类化合物。浓香型白酒因生产过程中酒醅与窖泥接触[17],故己酸、丁酸和戊酸含量较高,OAV均>1。唐坤甜等[25]采用离子色谱法对5种主要香型白酒中味觉成分-酸类化合物的含量进行分析,证实酸类化合物是形成白酒滋味的主要成分。
3号酒样中共有35种香气品质因子OAV≥1,包括10种酯类化合物,8种醇类化合物,6种酸类化合物,1种醛酮类化合物,2种呋喃类化合物,8种芳香类化合物。其中11种香气品质因子OAV≥100,其中最大的是己酸乙酯(OAV=6 064),其次是丁酸乙酯(OAV=5 531)、异丁酸乙酯(OAV=2 310)等。3号酒样中有8种滋味品质因子TAV≥1,包括2种酯类化合物,1种醇类化合物,1种呋喃类化合物(糠醛),4种芳香类化合物。有研究表明糠醛在白酒中会呈现苦味和涩味[26],这可能是造成酒体有异杂味,典型性不突出的原因之一。
3个酒样中香气品质因子OAV≥1的化合物中酯类化合物种类最多,OAV最大的均为己酸乙酯。研究表明,己酸乙酯的OAV与浓香型白酒等级呈正相关关系,1号酒样等级最高,品质最佳。浓香型白酒中乳酸乙酯含量过高,会使酒体酸涩度增加,降低白酒品质。1号酒样乳酸乙酯OAV<1,2号、3号酒样中乳酸乙酯OAV>1,这也是造成品质差异的重要原因之一。另外,3个酒样中滋味品质因子TAV≥1的化合物中酯类和芳香类化合物种类最多,其中异丁酸乙酯、乙酸异戊酯、苯乙酸乙酯在3个酒样中TAV均≥1。基于OAV/TAV计算结果,乙酸乙酯、异丁酸乙酯、丁酸乙酯、戊酸乙酯、丁酸异戊酯、乳酸乙酯、己酸乙酯、丁醇、己醇、己酸、糠醛、苯乙酸乙酯、3-苯丙酸乙酯、苯乙醇、二甲基三硫醚与浓香型白酒等级变化有一定相关性,可以作为浓香型白酒不同等级划分的特征品质因子。HE等[12]研究结果证明酯类化合物与酒体的辛辣度显著相关,酸类浓度较高时才有助于白酒的风味,并有降低辛辣感的效果[27]。因此,白酒等级高,品质佳的原因除与微量成分种类、含量及香气表达强度密切相关外,还需要比例协调,风味和口感才会和谐柔顺。因此,在风味滋味、种类含量、香气表达强度、比例等多维度寻找平衡点,筛定对白酒香气和滋味均有贡献的双效因子,将是实现白酒品质稳定提升的有效途径。
本研究在3个浓香型白酒中初步筛定香气/滋味品质因子56种,其可能作为不同等级浓香型白酒潜在品质差异因子。其中双效因子8种,包括酯类3种,醇类1种,呋喃类1种,芳香类3种。进一步利用感官评价,风味化学综合锚定浓香型白酒的品质差异因子。结果显示,乙酸乙酯、丁酸乙酯、戊酸乙酯、己酸乙酯、乳酸乙酯、丁醇、己酸、糠醛、苯乙酸乙酯、苯乙醇、二甲基三硫醚在3个酒样中的风味贡献较大,与白酒品质具有显著相关性,具体表现为其香气表达在3个酒样中差异显著。如乳酸乙酯呈现果香香气特征,2号、3号酒样乳酸乙酯的含量过高,遮掩了醇香窖香,造成酒体典型性差;己酸增强窖香香气特征,1号酒样己酸含量最高,窖香突出,风格典型;苯乙酸乙酯呈现花香香气特征,2号、3号酒样苯乙酸乙酯含量过高,导致花香突出,窖香不浓郁,酒体偏格。这些化合物种类含量差异导致白酒感官定量描述分析结果差异显著。品质差异因子的锚定为浓香型白酒分级提供了一种有效的方法,为靶向稳定提升浓香型白酒品质提供了实验依据。
3 结论
本研究针对白酒体系的复杂性,构建了吸附笔-GC-MS方法,并应用于不同等级浓香型白酒微量成分差异性的检测分析。SQDA结果显示,不同等级浓香型白酒感官品质存在显著差异。3个浓香型白酒通过吸附笔-GC-MS方法共鉴定出80种微量成分,其种类含量主要分布于酯类、醇类、酸类化合物等。利用香气表达评价技术手段在3个酒样中初步筛定47种香气品质因子,9种滋味品质因子,这56种品质因子对浓香型白酒品质起至关重要的作用。进一步通过感官评价多角度分析,锚定乙酸乙酯、丁酸乙酯、戊酸乙酯、己酸乙酯、乳酸乙酯、丁醇、己酸、糠醛、苯乙酸乙酯、苯乙醇、二甲基三硫醚是区分不同等级浓香型白酒的品质差异因子。研究结果将助力浓香型白酒现代化生产,智能化勾调,为浓香型白酒品质稳定提升提供理论依据。
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