浓香型白酒酒醅发酵过程中30种有机酸空间与时间的分布规律

余松柏1,2,赵兴蓉1,2,邵燕2,吴奇霄1,2,贾俊杰1,2,黄张君1,2*,王松涛1,2,3,沈才洪1,2,3

1(泸州品创科技有限公司,四川 泸州,646000)2(泸州老窖股份有限公司,四川 泸州,646000) 3(国家固态酿造工程技术研究中心,四川 泸州,646000)

摘 要 采用HPLC及液相色谱-质谱联用法(liquid chromatography-tandem-mass spectrometry, LC-MS/MS)对浓香型白酒酒醅中30种有机酸进行测定,并结合多元统计分析酒醅发酵过程中有机酸空间与时间的分布规律。结果表明,30种有机酸在检测范围内线性关系良好(R2≥0.998),加标回收率为82.29%~113.20%,HPLC分析定量限为0.500~5.050 mg/L,LC-MS/MS分析定量限为0.005~1.380 mg/L。下层酒醅中有机酸的总含量最高,乳酸、乙酸是含量最高的2种有机酸,酒醅中含量较高的高级脂肪酸亚油酸、油酸含量分别为306.06~814.66、150.31~440.52 μg/g;正交偏最小二乘法判别分析(orthogonal partial least squares discriminant analysis,OPLS-DA)模型可以对不同酒醅的空间位置分布辨识;变量投影重要性(variable importance in projection,VIP)分析筛选出关键差异物质为乳酸、乙酸、丁二酸、丁酸、亚油酸。长发酵期酒醅中有机酸的总含量高于短发酵期,己酸的增加比最高;主成分分析(principal component analysis, PCA)可区分不同发酵期的酒醅和解析影响其分布的特征有机酸。对酒醅中多种有机酸的准确定量分析和分布规律研究可为酿酒生产工艺控制提供参考。

关键词 浓香型白酒;酒醅;有机酸;液相色谱-质谱联用法;多元统计分析

浓香型白酒是中国具有代表性的十二大香型白酒之一,其以粮谷为原料,浓香大曲为糖化发酵剂,经泥窖固态发酵,固态蒸馏,陈酿、勾调而成[1]。浓香型白酒有着丰富的风味成分,其中有机酸是影响其风格和品质的重要风味成分之一[2]。浓香型白酒酒醅中的有机酸主要通过微生物代谢产生,其中一些有机酸经蒸馏进入酒体中作为呈香呈味物质,一些有机酸会作为白酒中生成酯类成分的前体物质,是发酵酒醅中需要重点进行分析的成分[3-4]。浓香型白酒有着独特的酿造生产工艺,在泥窖固态发酵过程中窖池位置与发酵时间的不同,微生物会有差异[5-6],对发酵酒醅中多种有机酸的空间与时间的差异分析研究有待进一步深化。

酒醅含有的成分非常复杂,目前酒醅风味成分分析主要采用顶空固相微萃取-气相色谱质谱联用法(head space-solid phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry,HS-SPME-GC-MS)[7],由于萃取头对酸类成分的吸附相对较差,因此采用GC-MS对有机酸分析时,前处理方法还用到了衍生法、固相萃取、液-液萃取法和液-液微萃取法[8-9]。根据挥发性不同,酒醅中的有机酸可分为挥发性和非挥发性有机酸,对于酒醅中如乳酸等一些非挥发性有机酸,主要采用的是HPLC[10]。此外,由于分子结构的不同,有机酸又可以被分为短、中、长链有机酸[11]。目前,对于酒醅中进行准确定量分析的有机酸主要包括乙酸、乳酸、丁酸、己酸、柠檬酸、草酸、琥珀酸、丙酸、戊酸[12-13],分析的种类还相对较少。有机酸作为酒醅在发酵过程中重点关注的成分,开展对酒醅中多种有机酸准确定量分析研究是十分必要的。

本研究采用HPLC和LC-MS/MS技术,以直接进样的方式,建立了分析酒醅提取液中30种有机酸的测定方法,分析了窖池中不同空间位置与不同发酵时间酒醅中有机酸的含量,并结合多元统计方法分析了酒醅中有机酸空间与时间的分布规律,为浓香型白酒在酿造过程中酒醅成分分析的研究提供基础数据和方法参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

酒醅,样品取自泸州某浓香型白酒厂。按窖池深度不同分为上、中、下3层,每层在4个点位取样,在2口窖池中取样,其中一口窖池样品命名为窖池上层-1/2/3/4、窖池中层-1/2/3/4、窖池下层-1/2/3/4;分别分装放入无菌密封袋;短发酵期(30 d)和长发酵期(170 d)的每个酒醅样品是将4个不同点点位取的样品进行混匀,短和长发酵期各3个样品,其中一组短发酵期和长发酵期窖池样品分别命名为短发酵期-1/2/3,长发酵期-1/2/3;样品分别分装放入无菌密封袋。

30种有机酸标准品,纯度>98%,包括甲酸、乙酸、乳酸、柠檬酸、丁酸、己酸、丁二酸、苹果酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、葡萄糖酸、DL-甘油酸、乙醇酸、壬二酸、S-2-羟基丁酸、香草酸、糠酸、苯甲酸、水杨酸、DL-3-苯基-2-羟丙酸、辛酸、壬酸、月桂酸(十二烷酸)、肉豆蔻酸(十四烷酸)、软酯酸(十六烷酸)、亚油酸、油酸、硬脂酸(十八烷酸),上海安谱实验科技股份有限公司;甲酸铵、氨水、亚铁氰化钾、硫酸锌(纯度>99%),上海阿拉丁试剂公司;色谱甲醇,美国Sigma-Aldrich公司;无水乙醇,成都诺尔施科技有限责任公司。

1.2 仪器与设备

1260 Infinity液相色谱系统(配有UV检测器)、Polaris C18-A色谱柱(4.6 mm×250 mm×5 μm),美国Agilent公司;LCMS-804 5三重四级杆液相色谱质谱联用仪,日本岛津公司;Milli-Q Synergy超纯水系统,德国Merck公司;ME型分析天平,瑞士METTLER TOLEDO公司;3-18KS高速离心机,德国Sigma公司;5200DT型超声波清洗机,宁波新芝生物科技股份有限公司;ACQUITY BEH C18色谱柱(2.1 mm×100 mm×1.7 μm),美国沃特世公司。

1.3 实验方法

1.3.1 样品前处理

酒醅有机酸提取及去除蛋白质参考文献[12,14]方法,并根据实际情况做适当调整。取酒醅样品10 g,加入20 mL 75%vol乙醇水溶液,用玻璃棒搅拌均匀后,置入超声波中提取60 min,将提取液以10 000 r/min离心5 min。接着取上清液4 mL,分别加入1 mL质量浓度为106 g/L的亚铁氰化钾和1 mL 质量浓度为300 g/L的硫酸锌溶液去除提取液中的蛋白质,然后用涡旋振荡器充分混匀后,10 000 r/min离心5 min,取上清液过0.22 μm滤膜,得到的样品用于HPLC分析。

取经超声波提取及离心后的酒醅提取液的上清液2 mL,用0.22 μm有机滤膜过滤,得到的样品用于LC-MS/MS分析。

1.3.2 测定条件

用HPLC测定酒醅中甲酸、乙酸、乳酸、柠檬酸、丁酸、己酸6种有机酸的含量,分析方法参考文献[15],仪器条件:安捷伦 Polaris C18-A色谱柱(4.6 mm×250 mm×5 μm);进样量10 μL;流动相A为0.1%(质量分数)的磷酸水溶液,流动相B为甲醇;梯度洗脱程序:0~10 min,100%A;10.0~10.5 min,100%A~90%A;10.5~16.0 min,90%A;16.0~16.5 min,90%A~50%A;16.5~45.0 min,50%A;45.0~45.5 min,50%A~100%A;45.5~60.0 min,100%A;流速0.5 mL/min;柱温30 ℃;检测波长215 nm。

其余24种有机酸的含量用LC-MS/MS进行测定,液相参数:流动相A相为10 mmol/L甲酸铵水溶液,B相为10 mmol/L甲酸铵甲醇溶液,进样量5 μL,柱温40 ℃;各有机酸极性差异较大,检测方法优化后将24种有机酸分组进行测定。丁二酸、苹果酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、葡萄糖酸、DL-甘油酸、乙醇酸、壬二酸、S-2-羟基丁酸、香草酸、糠酸、苯甲酸、水杨酸、DL-3-苯基-2-羟丙酸16种有机酸,流动相体积比为A∶B=68∶32,色谱柱为安捷伦Polaris C18-A色谱柱(4.6 mm×250 mm×5 μm),流速0.3 mL/min;辛酸、壬酸、月桂酸、肉豆蔻酸、软酯酸、亚油酸、油酸、硬脂酸8种碳链较长的有机酸流动相体积比为A∶B=12∶88,色谱柱为Water ACQUITY BEH C18色谱柱(2.1 mm×100 mm×1.7 μm),流速0.1 mL/min。质谱条件相同为:电喷雾离子源(electron spray ionization,ESI),负离子模式扫描;接口温度300 ℃,脱溶剂管(desolvation line, DL)温度250 ℃,脱溶剂温度526 ℃,加热块温度400 ℃,雾化器流量3 L/min,加热气流量10 L/min,干燥器流量10 L/min,质谱扫描范围40~400 m/z

1.4 数据处理

所有酒醅提取液样平行测定3次。使用SPSS 26.0对数据进行统计学分析,采用SIMCA 14.1对数据进行PCA与OPLS-DA分析,表格采用Excel 2019绘制,采用Origin 2021软件和R 语言绘图。

2 结果与分析

2.1 分析条件的确定

酒醅中有机酸的种类和含量十分丰富,其中乙酸、乳酸、丁酸、己酸为浓香型白酒含量较高四大酸,对白酒的风味与口感具有重要贡献,是酒醅发酵过程中需要重点监控的有机酸;甲酸、戊酸、辛酸、柠檬酸、苹果酸、丁二酸虽然在白酒中的含量较少,但在酒醅中含量相对较高[12-13,16];壬酸、月桂酸、肉豆蔻酸、软脂酸、亚油酸、油酸、硬脂酸这些中长链有机酸,可赋予酒体醇厚感[17],也是合成对应高级脂肪酸酯的前提物质[18];葡萄糖酸、甘油酸、糠酸、乙醇酸、S-2-羟基丁酸、水杨酸、苯甲酸、香草酸、DL-3-苯基-2-羟丙酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸在白酒中的含量为0.01~2.27 mg/L[19-20],以下将开展对上述有机酸进行准确定量分析的研究。

2.1.1 LC-MS/MS分析条件

在负离子模式下对有机酸样品进行Scan全扫描,有机酸失去氢离子后其分子离子峰为[M-H]-,在确认24种有机酸的各自母离子后,分别选择多个CE电压测试,确认各有机酸对应合适的CE电压及碎片离子,确认各有机酸质谱测定参数(附表1,https://doi.org/10.13995/j.cnki.11-1802/ts.037022,下同),其中辛酸等8种中长链脂肪酸在多个电压下无碎片离子,这可能由于它们的分子结构较大,与骆茂香[18]的测试结果相同。确定条件下进行多反应监测(multiple reaction monitoring,MRM)扫描,24种有机酸标准品的MRM色谱图如图1所示。

表1 30种有机酸的线性关系、检出限、定量限及加标回收率
Table 1 Linear relationships, limits of detection, limits of quantification, and recoveries of 30 organic acids

序号化合物名称标准曲线相关系数(R2)线性范围/(mg/L)检出限/(mg/L)定量限/(mg/L)加标回收率/%1甲酸y=8.59×10-1x-0.640.9995.03~251.630.2500.500103.402乙酸y=1.59×100x+0.810.9991.00~250.740.5001.000105.243丁酸y= 1.57×100x-0.340.9992.64~263.641.5902.38098.574己酸y=2.01×100x-0.080.9995.05~252.263.6705.05099.155乳酸y=1.21×100x+0.341.0001.01~251.560.2501.01091.736柠檬酸y=0.80×100x-1.440.9991.00~250.940.2501.00098.167丁二酸y=4.93×10-4x-1.040.9990.20~100.000.051 0.10183.238苹果酸y=6.24×10-5x-0.600.9990.10~100.000.032 0.09785.669戊二酸y =8.55×10-4x-0.730.9990.20~100.000.054 0.10896.5410己二酸y=1.01×10-3x-1.510.9980.20~100.000.052 0.104102.4811庚二酸y=4.84×10-4x-0.520.9990.20~100.000.034 0.10196.3312辛二酸y=1.66×10-4 x-0.700.9980.10~100.000.049 0.09789.0113葡萄糖酸y=1.74×10-3x-1.320.9990.20~100.000.426 0.85282.2914DL-甘油酸y=5.59×10-3x-2.820.9992.00~100.000.920 1.380106.4415乙醇酸y=1.76×10-2x-0.190.9991.00~100.000.476 0.95298.6716壬二酸y=1.17×10-4x-0.720.9990.10~100.000.049 0.097109.1217S-2-羟基丁酸y=2.42×10-2x-0.340.9980.10~100.000.049 0.09785.8918香草酸y=8.85×10-4x-0.200.9990.10~100.000.024 0.04884.3819糠酸y =1.87×10-3x+0.540.9992.00~100.000.676 1.014113.2020苯甲酸y=2.01×10-3 x-0.510.9990.10~100.000.049 0.09886.1521水杨酸y=1.22×10-4x-0.330.9990.10~100.000.049 0.09790.0022DL-3-苯基-2-羟丙酸y=2.53×10-4x-0.330.9990.01~100.000.005 0.00999.5123辛酸y=9.88×10-3x-5.770.9982.00~250.000.833 1.250101.0624壬酸y=4.96×10-3x-3.990.9992.00~250.000.775 1.16391.1825月桂酸y=3.75×10-4x+0.220.9992.00~250.000.521 1.042103.0626肉豆蔻酸y=8.74×10-5x+1.150.9992.00~250.000.537 1.07498.0527软酯酸y=3.66×10-5x-2.480.9991.00~250.000.055 0.11086.1428亚油酸y=1.09×10-5 x+1.360.9990.20~250.000.051 0.10199.8729油酸y=1.32×10-5x+0.180.9980.10~250.000.035 0.052103.2930硬脂酸y=1.64×10-5x+0.160.9990.20~250.000.058 0.11697.92

a-丁二酸等16种有机酸MRM图;b-辛酸等8种中长链有机酸MRM图

图1 有机酸的多反应监测色谱图
Fig.1 Chromatograms of organic acids in multi-reaction monitoring mode

2.1.2 方法学考察

采用外标法定量,以信噪比3和10分别作为待测目标物质在该方法下的检测限与定量限,30种有机酸分析方法的线性关系、检出限、定量限和加标回收率见表1。由表1可知,所有有机酸在测定线性范围内线性相关系数(R2)均≥0.998,线性关系良好;加标回收率为82.29%~113.20%,在可接受范围内,说明准确度良好,能用于酒醅提取液中有机酸含量的测定。此外,HPLC方法分析的6种有机酸的检出限为0.250~3.670 mg/L,定量限为0.500~5.050 mg/L;LC-MS/MS方法分析的24种有机酸的检出限为0.005~0.920 mg/L,定量限为0.009~1.380 mg/L。

2.2 酒醅中有机酸的分布规律

2.2.1 酒醅发酵过程中有机酸的空间分布规律

对发酵过程中窖池内不同空间位置酒醅中30种有机酸的含量进行了测定(附表2),30种有机酸在上、中、下层酒醅中4个取样点位的总含量分别为35 752.84~38 745.86 μg/g、32 682.24~39 529.61 μg/g、39 440.78~42 621.32 μg/g,下层酒醅中有机酸总含量显著高于上层和中层,这主要是由于窖池下层菌群的丰度及多样性高于窖池上层和中层[21],下层最底部酒醅黄水较为富集且直接接触窖泥,具有丰富可以代谢产酸的微生物[11,22]。此外,下层酒醅溶氧系数低,会有利于产酸菌代谢产生各种有机酸[5,21]。乳酸和乙酸的含量高于其他有机酸,乳酸在上、中、下层酒醅中的含量分别为:22 940.56~24 830.90、20 771.71~26 134.58、25 498.19~27 359.03 μg/g,乳酸含量远高于其他有机酸,这是由于乳酸杆菌为酒醅中数量最多的优势种群[23];乙酸在上、中、下层酒醅中的含量分别为:6 229.82~6 718.46、5 314.39~6 741.95,6 554.73~6 878.08 μg/g,下层酒醅中乙酸含量较高,上层和中层酒醅中乙酸含量差异不明显,这可能与酒醅中产乙酸的毛霉属、芽孢杆菌属、假丝酵母属等微生物的分布相关[24]。除乳酸和乙酸外,酒醅中丁二酸、丁酸、己酸的含量相对较高,分别为:2 866.00~3 610.22、1 135.56~1 761.54、108.25~1 380.96 μg/g,丁酸可以通过微生物代谢被转化为己酸或丁酸乙酯[25],所检测酒醅中的丁酸含量较高,可能处于待转化阶段。己酸是浓香型白酒中最为重要的有机酸,是生成己酸乙酯的前体物质,己酸在上层酒醅中的含量显著低于中层和下层,总体而言其含量水平与文献报道是一致的[1,5]。己酸在中层和下层的含量明显高于上层。中长链脂肪酸中亚油酸、油酸在酒醅中的含量相对较高,分别为:306.06~814.66、150.31~440.52 μg/g。

将窖池上、中、下层酒醅中有机酸含量的数值取以10为底的对数值后绘制热图,结果如图2所示。酒醅中的30种有机酸按照含量的差异,通过聚类分析可以归为4个层次,乳酸、丁酸、乙酸、丁二酸含量较高,大量存在于发酵酒醅中,被归为第1层次;甘油酸、DL-3-苯基-2-羟丙酸、壬酸、辛酸、柠檬酸、葡萄糖酸、己酸、亚油酸、苹果酸、软酯酸、油酸这11种有机酸酸被归为第2层次,它们在酒醅中的含量分布仅少于第1层次;肉豆蔻酸、甲酸、硬脂酸、戊二酸、辛二酸、庚二酸、糠酸、香草酸被归为第3层次,它们在酒醅中的含量低于第1层次和第2层次的有机酸;月桂酸、S-2-羟基丁酸、水杨酸、乙醇酸、苯甲酸、己二酸、壬二酸在酒醅中仅少量存在,被归为第4层次。从热图色块颜色和对应数值的差异来看,乳酸、己酸、辛酸、葡萄糖酸在中层和下层的含量高于上层酒醅,而亚油酸、油酸、硬脂酸在上层酒醅中的含量高于中层和下层,戊二酸、糠酸在上层和下层酒醅的含量高于中层,其余有机酸在酒醅中的空间分布较为均匀,未呈现明显的空间分布差异。

图2 不同空间位置酒醅中有机酸的热图和聚类分析
Fig.2 Heat map for organic acids and cluster analysis of fermented grains at different spatial locations

采用正交偏最小二乘判别分析(orthogonal partial least squares discriminant analysis,OPLS-DA)对不同空间位置酒醅样品进行统计学分析,结果如图3-a所示。基于有机酸相对含量,不同空间位置酒醅的样本点可以很好区分开,该判别模型的自变量拟合指数R2X=0.98,因变量拟合指数R2Y=0.77,表明所建立判别模型对XY矩阵的解释率高,模型的拟合度好,说明不同空间位置酒醅中的有机酸存在差异。上层酒醅主要位于t1轴右侧,下层酒醅主要位于t1轴左侧,中层酒醅主要位于t2轴上方,窖池中不同空间位置酒醅样本完全分开,且按各自类别聚类,该判别模型可以对酒醅的空间位置分布做出有效判别。通过查看该模型的变量重要性投影值(variable Importance in the projection,VIP),可以筛选能够表征样品间差异性的标志物,以VIP>1筛选出不同空间酒醅的差异有机酸,VIP越大,表明该有机酸在样品组间差异越大。由图3-b可知,乳酸(VIP=3.52)、乙酸(VIP=1.92)、丁二酸(VIP=1.70)、丁酸(VIP=1.44)、亚油酸(VIP=1.33)的VIP>1,这说明这5种有机酸在窖池上、中、下层酒醅样品的组间差异较大。实际生产中浓香型白酒采用了分层出窖、分层堆糟的工艺,不同层次酒醅对应基酒风味不同[26],窖池中不同醅层有机酸的含量的分析可以为浓香型白酒的生产提供理论支持。

a-不同空间层次酒醅有机酸的OPLS-DA分析图; b-不同空间层次酒醅有机酸VIP分析图

图3 不同空间位置酒醅中有机酸的OPLS-DA分析和VIP值
Fig.3 OPLS-DA analysis and VIP values of organic acids in fermented grains at different spatial locations

2.2.2 不同发酵时间酒醅有机酸的分布规律

浓香型白酒酿造过程中,发酵时间的长短会影响酒醅中各风味成分的含量[6],本节分别取短发酵期(30 d)与长发酵期(170 d)的酒醅样品进行30种有机酸含量的测定(附表3)。长发酵期酒醅中有机酸总含量为36 688.66~40 329.39 μg/g,远高于短发酵期的23 211.89~26 497.55 μg/g,说明发酵时间越长,浓香型白酒酒醅中的有机酸含量越高。含量最高的2种有机酸分别是乳酸、乙酸。短发酵期与长发酵期酒醅中辛酸、壬酸、月桂酸、肉豆蔻酸、软酯酸、亚油酸、油酸、硬脂酸这8种中长链脂肪酸含量总和的均值分别为635.15、1 097.84 μg/g,这说明发酵时间越长,酒醅中中长链脂肪酸的含量会增加。己酸是浓香型白酒中重要的有机酸,是生成己酸乙酯的前体物质,其在短发酵期和长发酵期酒醅中含量的均值分别为17.17、600.54 μg/g,这说明延长发酵时间,可以显著提高酒醅中己酸的含量。

将不同发酵期酒醅有机酸含量的数值取以10为底的对数值后绘制热图,结果如图4-a所示。不同发酵期酒醅中含量最高的4种有机酸分别是乳酸、乙酸、丁二酸、丁酸,其次,苹果酸、柠檬酸、葡萄糖酸、软酯酸、亚油酸、油酸在酒醅中含量也相对较高。有机酸作为生成酯类成分的前提物质,是酒醅中重要的成分,为分析各有机酸在不同发酵期含量的变化情况,将长发酵期酒醅中各有机酸含量的平均值除以所对应短发酵期的,计算得到两者的均值倍数关系后,对均值倍数做热图(图4-b)。酒醅发酵时间的延长,可以显著提高酒醅中多数有机酸的含量,其中,提升倍数最高的是己酸,其次乳酸、乙酸、丁酸分别提升了1.63、1.87、1.23倍,这4大酸占浓香型白酒中总酸含量的90%以上,是白酒重要的呈味物质。长链脂肪酸中硬脂酸提升倍数最高为3.09倍,此外,亚油酸、油酸分别提高了2.01、1.70倍,高级脂肪酸可以赋予白酒酒体的醇厚感。不同发酵期酒醅样品中不挥发性有机酸苹果酸、柠檬酸、葡萄糖酸的含量分别为207.96~306.34、94.20~119.15、70.10~134.18 μg/g,但在白酒中的含量很少,这是由于其不能通过蒸馏挥发进入酒体。其他有机酸如苯甲酸、戊二酸随发酵时间的延长,会有明显增长。而对于柠檬酸、葡萄糖酸、乙醇酸、丁二酸、辛二酸、壬二酸、壬酸,随着发酵时间的延长,其含量变化不明显或有所减少,这与舒代兰等[13]的研究结果一致,可能是这些有机酸在发酵过程中进行了转化。

a-不同发酵期酒醅有机酸热图;b-不同发酵期酒醅有机酸均值倍数热图

图4 不同发酵期酒醅中有机酸的热图及其均值倍数关系
Fig.4 Heat map for organic acids in fermented grains at different fermentation times and their mean-multiple relations

不同发酵期酒醅中有机酸的PCA分析如图5所示,主成分PC1贡献率为34.7%,其主要提取了酒醅中乙酸、乳酸、甲酸等的信息;PC2贡献率为16.2%,其主要提取了酒醅中糠酸、软酯酸、硬脂酸、油酸等的信息。不同发酵期的酒醅分布区域不同,长发酵期酒醅主要分布于第一、四象限,影响其分布的有机酸主要是己酸、丁酸、乳酸、乙酸、硬脂酸、油酸、亚油酸等;短发酵期酒醅主要分布于第二、三象限,影响其分布的有机酸主要是辛二酸、壬酸、丁二酸、葡萄糖酸、柠檬酸。PCA分析可以明确影响不同发酵期酒醅分布的特征有机酸,PCA散点图上不同发酵时间酒醅的离散程度好,表明利用有机酸含量差异能对酒醅发酵时间做出有效判别。

图5 不同发酵期酒醅中有机酸的PCA分析
Fig.5 PCA analysis of organic acids in fermented grains at different fermentation times

3 结论

本研究基于HPLC和LC-MS/MS建立了30种有机酸的测定方法,在检测线性范围内各有机酸的线性相关系数(R2)≥0.998,加标回收率为82.29%~113.20%,HPLC分析的6种有机酸检出限为0.250~3.670 mg/L,LC-MS/MS分析的24种有机酸检出限为0.005~0.920 mg/L,可用于酒醅提取液中有机酸含量的测定。发酵过程中窖池下层酒醅有机酸总含量高于上层和中层,乳酸在各层酒醅含量最高,其次是乙酸,中长链脂肪酸中亚油酸、油酸含量相对较高。不同空间位置酒醅中有机酸的热图和聚类分析结果表明,乳酸、己酸、辛酸、葡萄糖酸在中层和下层的含量高于上层酒醅,亚油酸、油酸、硬脂酸在上层酒醅中的含量高于中层和下层,乳酸、丁酸、乙酸、丁二酸大量存在于发酵酒醅中。OPLS-DA模型能对不同酒醅的空间位置分布进行鉴别,VIP分析表明乳酸、乙酸、丁二酸、丁酸、亚油酸是区分窖池中不同空间位置酒醅的关键差异物质。短发酵期与长发酵期酒醅中有机酸总含量测定的结果表明,发酵时间越长,酒醅中有机酸总含量越高,提升倍数最高的是己酸。PCA分析能区分不同发酵期的酒醅,影响短发酵期酒醅分布的有机酸是辛二酸、壬酸、丁二酸、葡萄糖酸、柠檬酸,影响长发酵期酒醅分布的有机酸主要有己酸、丁酸、乳酸、乙酸、硬脂酸、油酸、亚油酸。本研究解析了浓香型白酒发酵酒醅中30种有机酸空间与时间的分布规律,可为白酒风味分析研究和酿造工艺优化提供参考。

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Spatial and time distribution of 30 organic acids during fermentation in fermented grains of nongxiangxing Baijiu

YU Songbai1,2, ZHAO Xingrong1,2, SHAO Yan2, WU Qixiao1,2, JIA Junjie1,2, HUANG Zhangjun1,2*, WANG Songtao1,2,3, SHEN Caihong1,2,3

1(Luzhou Pinchuang Technology Co.Ltd.Luzhou 646000, China) 2(Luzhou Laojiao Co.Ltd., Luzhou 646000, China)3(National Engineering Research Center of Solid-state Brewing, Luzhou 646000, China)

ABSTRACT Thirty organic acids in fermented grains of nongxiangxing Baijiu were determined by HPLC and LC-MS/MS, and the spatial and time distribution of organic acids in fermented grains during fermentation were analyzed with multivariate statistics.The results showed that the linear relationships of 30 organic acids were good within the detection ranges (R2≥0.998), the recovery rates were 82.29%-113.20%, the limits of quantitation for HPLC analysis were 0.500-5.050 mg/L, and the limits of quantitation for LC-MS/MS analysis were 0.005-1.380 mg/L.The total content of organic acids in the lower layer of fermented grains was the highest, lactic acid and acetic acid were the two organic acids with the highest content, and the contents of higher fatty acids of linoleic acid and oleic acid with higher contents in fermented grains were 306.06-814.66 μg/g and 150.31-440.52 μg/g, respectively.The OPLS-DA model could identify the spatial distribution of different fermented grains, and VIP analysis screened out the key differential substances which were lactic acid, acetic acid, succinic acid, butyric acid, and linoleic acid.The total content of organic acids in fermented grains with a long fermentation was higher than that with a short fermentation, and hexanoic acid had the highest increase ratio.The PCA analysis could distinguish fermented grains at different fermentation stages and analyze the characteristic organic acids that affected their distribution.The accurate quantitative analysis and distribution study of organic acids in fermented grains would provide a reference for the process control of brewing.

Key words nongxiangxing Baijiu; fermented grains; organic acids; liquid chromatography-tandem-mass spectrometry (LC-MS/MS); multivariate statistical analysis

DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.037022

引用格式:余松柏,赵兴蓉,邵燕,等.浓香型白酒酒醅发酵过程中30种有机酸空间与时间的分布规律[J].食品与发酵工业,2024,50(14):297-304.YU Songbai,ZHAO Xingrong,SHAO Yan, et al.Spatial and time distribution of 30 organic acids during fermentation in fermented grains of nongxiangxing Baijiu[J].Food and Fermentation Industries,2024,50(14):297-304.

第一作者:硕士,工程师(黄张君高级工程师为通信作者,E-mail:huangzj0331@163.com)

基金项目:中国博士后科学基金资助项目(2022M721448)

收稿日期:2023-08-10,改回日期:2023-11-02