白酒是以高粱、大米、糯米、豌豆等混合物为酿造原料,以“大曲”、“小曲”等作为糖化发酵剂,经发酵而成的蒸馏酒[1]。白酒作为我国特有的传统固态蒸馏酒,在漫长的发展中形成其独树一帜的酿造工艺及酒体风格。浓香型白酒作为白酒中的重要代表,其醇厚绵甜、浓郁芳香的特点认同感及市场份额(70%以上)均在白酒行业占据主导地位。截至2021年,其创收约为2 860亿元人民币,占中国白酒销售总收入的一半以上[2]。浓香型白酒中酯类含量较高[3](主要是己酸乙酯以及中等含量的丁酸乙酯和乙酸乙酯),最终馏出物具有浓郁的热带水果香气,备受广大消费者喜爱。四川宜宾,作为中国白酒的重要产区之一,已有4 000多年的酿酒史,地处长江、岷江、金沙江流域,拥有优越的白酒酿造环境,催生了浓香型白酒企业集群。该地区以其独特的风味和卓越的品质,成为中国浓香型白酒文化的重要代表。多粮浓香型白酒以四川宜宾五粮液为代表,它是由小麦、大米、玉米、高粱和糯米5种谷物发酵而成。HE等[4]采用定量描述分析比较了四川和江淮地区浓香型白酒的感官特性差异,发现四川产区浓香型白酒主要呈现窖香、青草香、烘烤香等属性,而江淮地区主要呈现甜香、果香、花香等感官属性。沈小梅等[5]通过气相色谱分析法对川派和江淮派浓香型白酒的微量香味成分进行测定分析,明晰了其主要成分的组成情况,旨在为酒体设计提供理论支撑。
近年来,随着消费者对白酒品质和风味关注度的不断提高,深入研究白酒的感官特征和化学组成成为白酒科研领域的热点。感官评价是衡量白酒品质的关键手段,它能够直观地反映消费者对白酒风味的接受程度。同时,白酒中复杂的化合物组成是其风味特征的物质基础,通过分析这些化合物的种类和含量,可以揭示白酒风味形成的内在机制。然而,目前对于不同产区浓香型白酒的系统研究仍相对不足。
本研究以不同产区(宜宾产区和非宜宾产区)浓香型白酒为研究对象,通过科学的感官评价方法和先进的分析技术,系统研究其感官特征和化合物组成。旨在揭示不同产区浓香型白酒的独特风味特征,并探索其风味物质基础。这不仅有助于提升宜宾产区白酒的市场竞争力,也为白酒行业的品质提升和创新发展提供理论依据和技术支持。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
本实验以5个代表产区的10种浓香型成品酒样品为研究对象。样品在仪器分析前贮存于4 ℃冰箱中,具体信息如表1所示。
表1 实验样品信息
Table 1 Sample information of experiment
产区名称酒精度 %vol 四川宜宾S-Y1-H52.0四川宜宾S-Y2-H52.0四川宜宾S-Y3-H52.0四川宜宾S-Y4-H52.0四川宜宾S-Y5-H52.0四川宜宾S-Y6-H52.0安徽亳州A-G1-H52.0甘肃陇南G-J1-H52.0江苏宿迁J-Y1-H52.0四川泸州S-L1-H52.0
标准品:本研究实验过程中用于化合物定性及定量的化学标准品(色谱纯,且纯度均≥97.0%),美国Sigma-Aldrich公司、百灵威化学技术有限公司(中国)和中国食品发酵工业研究院。包括2-甲基丁酸、叔戊醇、乙酸正戊酯、叔戊酸、愈创木酚-D3、糠醛-D4、2-异丁基-3-甲氧基吡嗪、正己醇-D13、辛酸乙酯-D15、正辛醛-D16、乙酸苯乙酯-D3、二异丙基二硫醚和苯乙酮-D3。重构样品所使用的标准品均为食品级(且纯度均≥97.0%),美国Sigma-Aldrich公司;试剂:乙醇、二氯甲烷(色谱级,≥99.9%),泰坦科技股份有限公司;NaCl、无水Na2SO4(均为分析纯),上海国药集团;C6～C30直链正构烷烃(色谱纯),Sigma-Aldrich公司;实验用水:超纯水,实验室Milli-Q纯水仪制备;漱口水(感官实验),杭州娃哈哈集团有限公司。
1.2 仪器与设备
固相微萃取三相头(2 cm 50/30 μm DVB/CAR/PDMS),美国Supelco公司;7890A气相色谱-氢火焰离子化检测仪、7890N-Pegasus 4D全二维气相色谱-飞行时间质谱、7890B-Pegasus BT气相色谱-飞行时间质谱、DB-FFAP毛细管柱(60 m×0.25 mm×0.25 μm)、CP-WAX毛细管柱(50 m×0.25 mm×0.20 μm),美国Agilent公司;多功能自动进样系统,德国Gerstel公司;Rx-17 Si毛细管柱(1.50 m×0.25 mm×0.25 μm)、ODP 4闻香仪,德国Restek公司;PAL RS1 SPME Arrow自动进样装置,瑞士CTC Analytics AG公司。
1.3 实验方法
1.3.1 感官分析
1.3.1.1 评价员筛选及培训
本研究参照ISO 8586:2023 Sensory analysis-Selection and training of sensory assessors对风味小组评价员进行筛选、测试和培训。采用网络填写调查问卷的方式在江南大学进行风味小组评价员的招募,要求报名者填写个人信息,其中包括姓名、性别、年龄、健康状况(过敏史)以及是否存在感官实验经历,最后筛选出了60名身体健康(无酒精和其他过敏史和吸烟史)、掌握白酒基础知识、时间充裕且对白酒感官评价有浓厚感兴趣的候选人。通过香气及味觉测试从60名的高校评价员中筛选22名表现优异的评价员(18～25岁)。该研究根据赫尔辛基宣言进行,同时获得江南大学医学伦理审查的批准(NO.JNU20220901RB20)。所有评价员在实验前签署了书面同意书。要求评价员在整个实验过程中不得喷任何香水,并在研究前至少1 h内不要食用任何食物和饮品。
1.3.1.2 量化所有适用项(rate-all-that-apply,RATA)感官分析
采用22名风味小组成员进行RATA实验。实验开始前告知该方法的流程及注意事项。正式实验时,将所有白酒酒样进行3位随机编码。每位品评员测评时样品的摆放顺序都是随机的。要求品评员依次品尝样品,并填写问卷。实验过程中使用的描述词定义及参比样见表2。品评员需指出问卷列表中的香气属性是否适用于该样品,如果适用,则对其强度进行评级。
表2 描述词定义及参比样
Table 2 definitions and references of descriptors
描述词定义 参比样 苹果一种甜的、水果味、略带花香 与新鲜苹果有关的香气 20g红富士苹果 榨汁 蘑菇一种与新鲜蘑菇有关的香气 葡萄酒酒鼻子LeNezduVinn.31 mushroom 醇香一种与蒸馏酒或谷物产品相关的无色类似酒精物质的香气 5mL体积分数为50%乙醇溶液 菠萝一种甜的、水果味、略带花香 与新鲜菠萝有关的香气 威士忌酒鼻子LeNezduWhiskyn.8 pineapple 青草一种新鲜植物的香气 LeNezduWhiskyn.7 green 高粱香与蒸煮谷物特别是与新鲜高粱相关的香气 5g高粱净泡12h后加入50mL开水煮10min 马厩一种与动物气味 特别是马场气味类似的香气 10mL10mg/L的对甲苯酚 泥土一种与潮湿的黑土有关的香气 威士忌酒鼻子LeNezduWhiskyn.39 earthy 曲香一种浓香型白酒酿造过程中使用的糖化发酵剂的香气 10g浓香型白酒大曲粉末 花蜜香一种甜的、清淡、与蜂蜜有关的香气 30g冠生源金合欢蜂蜜 皮革一种与皮革或动物毛皮有关的香气 酒鼻子LeNezduWhiskyn.45 leather
续表2
描述词定义 参比样 甜一种典型的基础味觉 10mL的体积分数为10%蔗糖溶液 辣口腔中强烈的类似辣椒的生理性的灼热感 10mL的52%vol食品级乙醇溶液 酸一种典型的基础味觉 10mL的体积分数为0.025%柠檬酸溶液 苦与苦瓜、苦咖啡有关的基础味觉 10mL的体积分数为0.05%硫酸奎宁溶液 涩口腔中生理性的收敛感 10mL的体积分数为0.05%明矾溶液 清爽口腔中舒适、干净的感觉柔和口腔中温和、无刺激、和谐的感觉
评价员使用RATA程序的评分转换为从1.0(非常低)到5.0(非常高)的数值,未选择的描述词的值设置为0。通过公式(1)计算每位评价员关于18个描述词的M值。
(1)
式中:F为选择该描述词的评价员的百分比,%;I为该描述词的香气强度之和的百分比,%。M值用于构建每个样品的气味特征并运行进一步的多变量分析。
1.3.2 化合物定性分析
1.3.2.1 香气活性化合物的萃取
采用液液萃取(liquid-liquid extraction,LLE)提取酒样中的香气活性化合物。依照本实验室优化的方法,将5种不同产区等级浓香型白酒(各50 mL)用煮沸的超纯水稀释至10%vol,用NaCl饱和,然后用CH2Cl2萃取3次,每次用量为50 mL。将提取物合并,加入Na2SO4后放入-20 ℃冰箱静置过夜以达到干燥除水的目的,然后在温和的N2流下浓缩至提取物最终体积500 μL。之后,浓缩馏分贮存在-20 ℃条件下。
1.3.2.2 通过气相色谱-嗅闻-质谱法(gas chromatography-olfactometry-mass spectrometry,GC-O-MS)鉴定香气活性化合物
GC-O-MS分析所使用到的仪器为气相色谱仪,仪器配备有Agilent 5977B质量选择性检测器和ODP 4闻香仪。样品在DB-FFAP色谱柱上进行分析。载气为高纯He(>99.999%),流速1.8 mL/min。1 μL的样品浓缩提取物在250 ℃条件下以不分流模式注入GC进样口中。升温程序如下:柱温箱初始温度设置为45 ℃,保持2 min,以4.5 ℃/min升至150 ℃,最后以6 ℃/min升至230 ℃,并保持15 min。离子源温度为230 ℃,电离能为70 eV,全扫质量范围为35～350 amu,溶剂延迟设置为8 min。
参与GC-O分析的品评员为3位闻香经验丰富的江南大学酿造微生物学和应用酶学研究室学生(3名女性,平均年龄25岁)。Osme(odor specific magnitude estimation)值是指通过特定方法对香气或气味的强度进行量化评估的数值。在上述GC运行的过程中,实验成员将鼻子靠近闻香口,记录每种化合物的出现时间、香气描述词和Osme值。采用4分制(0,1,2,3)进行香气强度的打分:0代表无,1代表弱,2代表中等,3代表强。每个样品至少重复3次。每个化合物最终的Osme值是3个学生总计9次的香气强度打分结果的平均值。在相同的色谱条件下,借助DB-FFAP色谱柱中正构烷烃(C6～C30)的线性保留时间计算香气活性化合物的保留指数(retention index,RI)。GC-O结束后,比对质谱图、香气描述和保留指数,同时进样标准品对香气活性化合物定性结果进行确认。
1.3.2.3 结合全二维气相色谱-飞行时间质谱(comprehensive two-dimensional gas chromatography coupled to time-of-flight mass spectrometry,GC×GC-TOFMS)鉴定香气化合物GC×GC条件:气相色谱为安捷伦7890B,第一维色谱柱选用强极性的DB-FFAP毛细管色谱柱(60 m×0.25 mm×0.25 μm),第二维色谱柱选用中等极性的Rx-17 Si毛细管色谱柱(1.50 m×0.25 mm×0.25 μm)。一维色谱柱和二维色谱柱之间通过四喷口双级热调制器串联,传输温度240 ℃。一维色谱柱起始温度45 ℃,保持3 min,然后以4 ℃/min升温至150 ℃,保持2 min;接着以6 ℃/min升温至200 ℃;最后再以10 ℃/min升温至230 ℃,保持10 min。分析总时长为53 min,二维柱温箱的温度全程比一维柱温箱的温度高出5 ℃。调制器补偿温度为20 ℃,调制周期为4 s,其中热脉冲时间为0.8 s。样品采用恒流模式,以高纯He(纯度>99.999%)作为载气,流速设置为1 mL/min。
TOFMS条件:离子源电压70 eV,温度230 ℃,传输线温度240 ℃,检测器电压1 430 V,采集质量数为35～400 amu,采集频率为100 spestra/s。
定性:利用仪器自带的ChromaTOF®软件对采集的数据进行解析,自动识别信噪比>200的色谱峰,然后进行自动解卷积,并和质谱库(Wiley 9和NIST 2014)进行比对,筛选相似度>700的组分,过滤掉柱流失产生的化合物(含Si、金属元素的化合物)以及卤素化合物、烷烃、烯烃等无香气贡献的化合物。通过在相同的色谱条件下进样正构烷烃(C6～C30)来计算相应物质的保留指数(retention index,RI)值,与文献中报道的进行比对,筛选RI相差10以内的化合物,最后采用部分标准品进行验证。
1.3.3 化合物定量分析
1.3.3.1 气相色谱-火焰离子化检测器法(gas chromatography-flame ionization detector,GC-FID)
根据SHA等[6]的方法进行优化,采用GC-FID定量分析浓香型白酒中浓度较高的化合物的含量。
取1 mL酒样,在酒样中加入50 μL定量内标(叔戊醇,2.33 mg/L;乙酸正戊酯,2.64 mg/L),在分流模式(分流比=20∶1)下将样品直接注射到GC的进样口中。使用CP-WAX色谱柱(50 m×0.25 mm×0.20 μm)进行化合物的分离。在恒流模式下使用高纯He(纯度>99.999%)作为载气,流速1 mL/min。将柱温初始温度设置为35 ℃,保持5 min,然后以4 ℃/min的速度升至100 ℃,保持2 min,然后再以8 ℃/min的速度升至150 ℃,最后以15 ℃/min的速度升至200 ℃,并保持25 min。进样口和检测器温度均设置为250 ℃。
1.3.3.2 液液微萃取结合气相色谱法(liquid-liquid microextraction-gas chromatography-mass spectrometry,LLME-GC-MS)
挥发性有机酸、杂环类、醇类和酚类采用LLME结合GC-MS进行定量。LLME步骤如下:将100 μL的内标叔戊酸(200.02 mg/L)、40 μL的同位素内标愈创木酚-D3(49.99 mg/L)、20 μL的同位素内标糠醛-D4(237.5 mg/L)、20 μL的内标2-异丁基-3-甲氧基吡嗪(200.06 mg/L)和24.6 μL的同位素内标正己醇-D13(162.70 mg/L)添加至用饱和NaCl溶液稀释的白酒样品(10%vol)中,分别加入2 mL的乙酸乙酯(萃取剂)和丙酮(分散剂),振荡萃取10 min,静置一段时间后将上层有机相吸出,在温和的N2流下浓缩至250 μL。最后,将1 μL的浓缩液注入GC的进样口(250 ℃)中进行分析。升温程序同1.2.2.2节。
1.3.3.3 顶空固相微萃取结合气相色谱法(headspace solid-phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry,HS-SPME-GC-MS)
参照实验室前期总结的方法[7]对酒样进行预处理,决定采用HS-SPME结合GC-MS对酯类、醛类等化合物进行定量。HS-SPME步骤如下:使用SPME-Arrow萃取头进行香气化合物的萃取和吸附,采用SPME-Arrow自动顶空进样系统进行自动进样。首先将5 mL稀释的白酒样品(10%vol)和1.5 g NaCl添加到20 mL的玻璃顶空瓶中,然后再加入7.1 μL的同位素辛酸乙酯-D15(IS8,988.05 mg/L)、5 μL的同位素正辛醛-D16(IS9,500.02 mg/L)、7.1 μL的同位素乙酸苯乙酯-D3(IS10,247.01 mg/L)、5 μL的二异丙基二硫醚(IS11,12.96 mg/L)和5 μL的同位素苯乙酮-D3(IS12,247.50 mg/L)作为定量内标。样品在45 ℃条件下平衡5 min。在相同温度下,以250 r/min的转速搅拌萃取45 min。萃取结束后,将萃取头插入GC的进样口中,以不分流模式解吸附5 min。进样口温度和升温程序同1.2.2.2节。
1.4 数据处理
所有感官统计分析均使用R语言(版本4.3.1)进行。采用Kruskal-Wallis检验分析不同样品在RATA属性上的显著差异,显著性水平设定为P≤0.05。利用每个样品RATA属性的M值,通过聚类分析样本属性与样本之间的关系。使用ComplexHeatmap软件包中的Heatmap函数实现了可视化,聚类过程中采用了欧氏距离。计算Pearson相关系数,以分析行业专家和风味小组评价员使用的RATA属性之间的相关性,并通过ComplexHeatmap软件包中的Heatmap函数进一步实现可视化。统计显著性水平设定为P≤0.05(显著*:P<0.05;非常显著**:P<0.01;极其显著***:P<0.001)。通过SensoMaker收集TDS数据并绘制曲线。通过SPSS 25对化合物含量结果进行单因素方差分析。通过Excel 2019计算气味活性值(odor activity values,OAVs)和构建化合物的标准曲线。通过XLSTAT 2016进行偏最小二乘法判别分析(partial least squares discriminant analysis,PLS-DA)和偏最小二乘法回归(partial least squares regression,PLSR)分析。
2 结果与分析
2.1 感官分析
为了更直观地展示各样品的感官特征,计算了RATA实验中所有样品各属性的平均值(M值),并绘制了感官属性雷达图和聚类热图(图1、图2)。从香气轮廓图中可以明显看出,不同产区的样品在感官属性上存在显著差异。为进一步明确这些差异,分析了不同样品的分数与各属性之间的关系。
a-S-Y1-H;b-S-Y2-H;c-S-Y3-H;d-S-Y4-H;e-S-Y5-H;f-S-Y6-H;g-A-G1-H;h-G-J1-H;i-J-Y1-H;j-S-L1-H
图1 不同产区浓香型白酒感官雷达图
Fig.1 Sensory radar charts of Nongxiangxing Baijiu in difference production areas
图2 不同产区浓香型白酒感官热图分析
Fig.2 Heatmap results of Nongxiangxing Baijiu in difference production areas
具体而言,宜宾产区的S-Y5-H样品以“菠萝”和“醇香”为主,其味觉属性则以“甜”和“柔和”为主。这与宜宾产区该品牌采用优质多粮酿酒原料和成熟的生产工艺密切相关。泸州产区的S-L1-H样品在嗅觉属性上主要表现为“高粱香”,这与该品牌采用单粮为主的酿造工艺有关。
从样品聚类结果来看,大部分宜宾产区的样品集中在中部,说明宜宾产区的大部分样品具有较明显的感官特征,且江淮产区的J-Y1-H、A-G1-H与宜宾产区样品感官特征存在较明显的差异,其中差异较大的感官特征为“蘑菇”及“马厩”。泸州产区的S-L1-H样品与宜宾S-Y2-H样品位于聚类图的最右侧,其“高粱香”突出;相比于江淮产区的2个样品,泸州产区的S-L1-H及甘肃的G-J1-H样品其整体感官特征更接近宜宾样品。这一结果表明,成品酒在一定程度上可以反映产区感官特征的独特性,但是通过贮存及勾调等过程,成品酒的感官特征并不能完全代表其产区的特征。因此在未来将通过采集不同产区浓香型白酒的基酒来探究不同产区浓香型白酒感官属性的独特性,并明确产区独特性可能与各产区的酿造原料、工艺以及环境条件等因素有关的相关性,从而进一步探究产区对白酒感官品质的重要影响。
2.2 定性化合物分析
以宜宾产区浓香型白酒为主,通过LLE结合GC-O-MS及GC×GC-TOFMS分析,在不同样品中共鉴定出了97种香气活性化合物。包括酯类化合物30种、酸类化合物10种、酮类化合物3种、醛类化合物8种、酚类化合物6种、醇类化合物13种、含氮类化合物(吡嗪)6种、含硫类化合物1种、含氧杂环类化合物(内酯)6种、含氧杂环类化合物(呋喃)4种、萜烯类化合物1种和芳香族化合物9种,这些化合物在不同产区的浓香型白酒中的定量差异如电子版增强出版附表1(https://doi.org/10.13995/jcnki.11-1802/ts.042497)所示。
酯类物质主要贡献了白酒的果香、花香和甜味感知[8]。浓香型白酒中酯类物质的含量和比例是影响品质和其风格的关键因素[9],乙酯类和己酯类占主要地位。丁酸乙酯、戊酸乙酯、辛酸乙酯等有果香和青香,是浓香型白酒重要香气化合物[10]。己酸乙酯是我国不同产区浓香型白酒中最重要的酯类化合物,有果香、花香和甜香,XIAO等[11]应用感官结合多元统计分析技术,发现己酸乙酯等与浓香型白酒窖香风味呈正相关。该化合物感官阈值极低,质量浓度在本研究中宜宾产区高度浓香型成品酒中均达1.5 g/L。宜宾产区样品大多数酯类化合物质量浓度高于非宜宾产区。如图3所示,宜宾产区酯类化合物的质量浓度占所有定量化合物质量浓度的比例显著高于非宜宾产区,体现了酯类化合物对宜宾产区样品整体香气特征具有积极贡献,与宜宾产区样品感官特征呈现多种复合水果香的结果相符。
图3 不同类型化合物质量浓度以及占总质量浓度的百分比
Fig.3 The mass concentrations of different types of compounds and their percentages of the total mass concentration
醇类是白酒中最主要的挥发性物质之一,该类化合物通常是由酵母和其他微生物通过氨基酸分解代谢途径和糖代谢途径合成的[12],是酯类化合物的前体物质,呈现醇香、水果香等香气,对白酒香气和味道的和谐起到作用[13]。正己醇、正丁醇等高级醇对提升白酒的协调性和饱满度有帮助,给人带来愉悦的感觉。同样,宜宾产区醇类化合物的质量浓度和占所有定量化合物质量浓度的比例高于非宜宾产区,该类化合物对宜宾产区成品酒“醇和”感官特征具有一定的贡献。
在含氮化合物中,吡嗪类化合物是通过美拉德反应产生的[14],具有烘烤和坚果的香气[15];呋喃类化合物是通过非酶促褐变产生的[16],具有焦糖和烘烤的香气,温度越高,越有利于这2类化合物的合成。宜宾产区这2类化合物的浓度显著高于非宜宾产区(宜宾产区该类化合物质量浓度为87 670.96 μg/L,而非宜宾产区为48 591.63 μg/L)。
酸类物质主要是在乙醇代谢过程中产生的[17],白酒中的酸类化合物绝大部分为有机酸[18],可通过提供酯类前体物质、促进酒体老熟等方式直接或间接影响酒体中呈香呈味程度和各类物质之间的融合度[19],对白酒的香气、味道具有巨大影响[20]。己酸、丁酸、乳酸、乙酸是浓香白酒的重要酸类物质,具有明显的定味作用。乙酸可以产生强烈的刺激性酸味;适量的丁酸能增加酒体“窖香”,但过浓有“汗臭”气味。浓香型白酒中己酸也是产生“窖香”的主要成分之一[20]。宜宾产区酸类化合物的质量浓度之和占所有定量化合物质量浓度的28%,非宜宾产区该类化合物的质量浓度和占所有定量化合物质量浓度的42%,表明该类化合物在不同产区之间存在较大差距。
有多种途径可以生成醛类和酮类物质,如醇氧化、酮酸脱羧、氨基酸脱氨和脱羧代谢途径等[21]。在醛类化合物中,乙缩醛带来水果香和青草香,在不同香型白酒中均能检测到;乙醛是丙酮酸降解而形成的中间产物,具有愉悦的水果香气;异戊醛和辛醛呈青草和麦芽香气,是中国白酒中重要的香气化合物。在酮类化合物中,β-大马士酮在白酒中具有很高的OAV,并且由于其在水中的嗅觉阈值极低,具有玫瑰和蜂蜜的香气。在不同产区中,这2类化合物占整体比例的差异较小。
γ-内酯是羟基在分子γ位上的内酯,一般具有奶油和水果香气,是食品中一类重要的风味化合物,具有丰富酒体风味成分的作用。该类化合物在浓香型高度成品白酒中质量浓度均低于200 μg/L,但对于白酒整体风格特征仍存在较大贡献。
芳香族化合物是细菌等微生物利用高粱等原料中的物质(例如单宁、木质素等)进行发酵转化而成的[22],是浓香型白酒中重要的香气化合物,为白酒提供花香和果香。宜宾产区该类化合物的浓度显著高于非宜宾产区(宜宾产区该类化合物质量浓度为15 266.46 μg/L,而非宜宾产区为10 517.96 μg/L)。
由于原料、酿造工艺、发酵条件(温度、湿度、空气和水质等)和勾兑技术水平等因素存在差异,不同产区(宜宾产区与非宜宾产区)浓香型高度成品酒中香气化合物的浓度具有一定的差异。
2.3 产区间存在显著性差异的香气活性化合物
在不同产区的高度成品酒存在显著性差异的化合物中,OAV ≥ 1的化合物共18种(如表3及图4)。宜宾产区的样品酯类、醇类、醛类、吡嗪类、萜烯类化合物显著高于非宜宾产区;酸类(除戊酸)化合物低于非宜宾产区。
a-丁酸乙酯;b-异戊酸乙酯;c-戊酸乙酯;d-己酸;e-异丁酸乙酯;f-丁酸;g-戊酸;h-β-大马士酮;i-2-甲基丁酸乙酯;j-正己酯;k-月桂酸乙酯;l-乙酸;m-己酸丙酯;n-辛醛;o-庚酸乙酯;p-苯乙酮;q-2-丁醇;r-2,6-二甲基吡嗪
图4 不同产区高度成品酒中OAV≥1且存在含量差异的化合物
Fig.4 Compounds with OAV≥1 and differences in content in high commercial Baijiu from different production areas
注:*表示产区间的显著性差异,统计显著性水平设定为 P≤0.05(显著*:P<0.05;非常显著**:P<0.01;极其显著***:P<0.001)。
a-不同产区高度成品酒PLS-DA模型;b-200次置换验证
图5 宜宾与非宜宾产区高度成品酒的PLS-DA
Fig.5 PLS-DA Model of high commercial Baijiu from Yibin and non-Yibin production areas
表3 OAV ≥ 1且存在产区间显著性差异的化合物
Table 3 Compounds with OAV ≥ 1 and significant differences among production areas
化合物阈值a/ μg/L 含量/ μg/L 宜宾产区 n=6 非宜宾产区 n=4 OAVP值b丁酸乙酯 81.5303861.98～435825.21227872.71～268895.20>100 0.002∗∗异戊酸乙酯6.893404.72～12022.20913.35～3096.30>1000.006∗∗戊酸乙酯26.7817249.93～52302.306483.78～17277.68>1000.023∗己酸2520661786.00～763923.29921507.93～1198381.12>100<0.001∗∗∗异丁酸乙酯57.4711326.25～24164.917501.54～9686.24>1000.035∗丁酸964.6481732.60～98998.6287318.22～151195.90>1000.011∗戊酸389.1121509.55～32652.2318576.50～24823.53>100.028∗β-大马士酮0.123.10～6.380～4.38>100.034∗2-甲基丁酸乙酯18935.47～1254.92518.24～1064.95>100.048∗正己醇537089842.44～99813.7821437.41～53351.55>10.007∗∗月桂酸乙酯400375.47～4525.1748.58～1438.94>10.020∗乙酸160000302788.42～1364925.31701347.95～1447391.25>10.027∗己酸丙酯12783.7728993.91～45868.9218770.54～24200.46>10.003∗∗辛醛39.6476.46～146.2936.91～70.65>10.011∗庚酸乙酯13153.1715784.75～36894.939836.04～18160.25≈10.036∗苯乙酮255.6848.93～456.910～68.24≈10.010∗2-丁醇5000049686.12～79427.2935971.24～50941.29≈10.048∗2 6-二甲基吡嗪790.79233.78～1088.2271.11～314.53≈10.006∗∗
注:a化合物在体积分数46%乙醇水溶液的香气阈值,参考文献[24];b统计显著性水平设定为 P ≤ 0.05(显著*:P<0.05;非常显著**:P<0.01;极其显著***:P<0.001),为不同产区(宜宾与非宜宾产区)样品间的差异。
在本研究中,高度成品酒中不同产区的化合物含量存在显著差异。具体而言,宜宾产区的样品在酯类化合物方面表现出更高的含量,包括异丁酸乙酯、丁酸乙酯、戊酸乙酯、异戊酸乙酯、庚酸乙酯、2-甲基丁酸乙酯、月桂酸乙酯和己酸丙酯,这些化合物的含量均高于非宜宾产区的样品。这一结果与RAN等[23]在研究中发现的宜宾产区样品在感官属性上果香更为突出的结论一致。
此外,2-丁醇和正己醇这2种呈水果香和花香的化合物,在宜宾产区与非宜宾产区的浓香型成品酒之间也存在含量差异。2,6-二甲基吡嗪的质量浓度在2个产区之间存在显著性差异,这可能是因为宜宾产区的浓香白酒发酵温度高于其他产区[16],从而导致宜宾产区样品中的吡嗪类和呋喃类化合物含量高于其他产区的样品。
宜宾产区样品的β-大马士酮质量浓度高于非宜宾产区,与之前研究[23]中宜宾产区样品的“花蜜香”的得分和频率显著高于非宜宾产区样品的结果相符。相反,非宜宾产区的高度成品酒样品中乙酸、丁酸和己酸的质量浓度高于宜宾产区的样品。
这些结果表明,产区对浓香型白酒的风味化合物含量和感官属性具有显著影响,宜宾产区的成品酒在某些酯类和吡嗪类化合物的含量上具有独特性。
PLS-DA是一种常用的多变量统计分析方法,广泛应用于风味化学研究中。在本研究中,利用PLS-DA对不同产区浓香型成品酒样中18种挥发性风味组分含量进行解析。
R2和Q2是PLS-DA模型的2个重要参数。R2模型的拟合效果代表了模型对数据的解释率,即模型能够在多大程度上代表真实的数据。R2值越接近1,表示PLS-DA模型的解释能力越强。Q2则通过交叉验证计算得出,反映了PLS-DA模型的预测能力。Q2值越接近1,说明模型的预测能力越好。
如图5所示,PLS-DA模型能够很好地区分2个产区的样品。模型参数如下:R2=0.984 2,Q2=0.893 0。这表明模型对样品的解释和预测能力良好。R2和Q2表示对PLS-DA模型进行200次交叉验证后,R2拟合线和Q2拟合线与纵轴的交点坐标。一般要求Q2<0,以确保模型的可靠性。经过200次交叉验证,结果显示R2>Q2,且Q2的起点为负数。这些参数结果表明,该模型具有较高的可靠性,排除了随机结果的可能性。
综上所述,不同产区浓香型白酒在香气化合物的种类和浓度上存在显著差异,这些差异不仅反映了酿造环境、工艺及勾调的差异,也直接影响了白酒的风味特征和感官品质。
3 结论
采用RATA系统分析了不同产区等级浓香型白酒的感官特征,明确了不同产区浓香型成品酒的风格特点。宜宾产区大部分样品的风格特征相近,与其他产区风格存在差异。采用LLE结合GC-O-MS明确了不同浓香型白酒中重要的香气活性化合物,并通过多方法联用策略对重要香气组分进行了精确定量,并采用多元统计学方法将感官与化学分析数据相结合探究了不同产区浓香型成品酒的风味特征。从不同产区浓香型白酒中共鉴定出97种香气活性化合物,进行了准确定量并结合阈值计算了OAVs。通过计算P值,发现了宜宾产区与非宜宾产区成品酒中丁酸乙酯等18种化合物OAV≥1且存在产区间的显著性差异(P<0.05)。PLS-DA有效地区分了不同产区浓香型成品酒,表明这些可能是导致宜宾产区与非宜宾产区前鼻香气差异的潜在化合物。
四川宜宾产区是多粮浓香型白酒的发源地和浓香型白酒的核心产区,该产区的高度成品酒样品中重要香气化合物的含量高,比例协调,造就了该产区样品“香气饱满、口感强劲”的风味特征,适合喜欢浓郁香气和口感醇厚的消费者。本研究同时选择了部分非宜宾产区具有一定代表性的浓香型白酒产区的样品进行研究,结果显示江淮产区的2个样品整体辣感较低,香气强度及柔和度适中,适合喜欢香气淡雅和口感柔和的消费者。四川泸州产区的白酒“高粱香”突出,适合喜欢口感柔和清爽的消费者。本研究从感官和物质2方面全面表征了宜宾产区和非宜宾产区浓香型白酒的香气品质差异,有助于提升宜宾产区白酒的市场竞争力,为白酒行业的品质提升和创新发展提供理论依据和技术支持。
[1] 李寻,张博.浓香型白酒[J].休闲读品,2022(2):5-59.LI X,ZHANG B.Strong-flavor Baijiu[J].Leisure Reading,2022(2):5-59.
[2] Revenue of Chinese Baijiu industry in China from 2017 to 2021 with estimates until 2026[EB/OL].(2024-2-8)[2025-2-27].https://www.statista.com/statistics/1332565/china-revenue-of-baijiu-by-flavor.
[3] 杨亮,占杨杨,魏刚,等.基于气质联用法的两种香型白酒挥发性成分差异分析[J].中国酿造,2018,37(10):76-81.YANG L,ZHAN Y Y,WEI G,et al.Differences of volatile compounds between two kinds flavor of Baijiu based on GC-MS[J].China Brewing,2018,37(10):76-81.
[4] HE Y X,LIU Z P,QIAN M,et al.Unraveling the chemosensory characteristics of strong-aroma type Baijiu from different regions using comprehensive two-dimensional gas chromatography-time-of-flight mass spectrometry and descriptive sensory analysis[J].Food Chemistry,2020,331:127335.
[5] 沈小梅,叶方平,刘国英,等.川派和江淮派浓香型白酒风味物质组成差异分析[J].酿酒,2023,50(4):77-80.SHEN X M,YE F P,LIU G Y,et al.Analysis of flavor composition differences between Sichuan and Jianghuai Nongxiang Baijiu[J].Liquor Making,2023,50(4):77-80.
[6] SHA S,CHEN S,QIAN M,et al.Characterization of the typical potent odorants in Chinese roasted sesame-like flavor type liquor by headspace solid phase microextraction-aroma extract dilution analysis,with special emphasis on sulfur-containing odorants[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry,2017,65(1):123-131.
[7] MU X Q,LU J,GAO M X,et al.Optimization and validation of a headspace solid-phase microextraction with comprehensive two-dimensional gas chromatography time-of-flight mass spectrometric detection for quantification of trace aroma compounds in Chinese liquor (Baijiu)[J].Molecules,2021,26(22):6910.
[8] NIU Y W,YAO Z M,XIAO Z B,et al.Sensory evaluation of the synergism among ester odorants in light aroma-type liquor by odor threshold,aroma intensity and flash GC electronic nose[J].Food Research International,2018,113:102-114.
[9] 宋波.白酒中各种成分对酒质的影响[J].酿酒科技,2011(12):65-67.SONG B.Discussion on the effects of liquor components on liquor quality[J].Liquor-Making Science &Technology,2011(12):65-67.
[10] FAN W L,QIAN M C.Identification of aroma compounds in Chinese ‘Yanghe Daqu’ liquor by normal phase chromatography fractionation followed by gas chromatography[Sol]olfactometry[J].Flavour and Fragrance Journal,2006,21(2):333-342.
[11] XIAO Z B,YU D,NIU Y W,et al.Characterization of different aroma-types of Chinese liquors based on their aroma profile by gas chromatography-mass spectrometry and sensory evaluation[J].Flavour and Fragrance Journal,2016,31(3):217-227.
[12] JIANG J,LIU Y C,LI H H,et al.Modeling and regulation of higher alcohol production through the combined effects of the C/N ratio and microbial interaction[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry,2019,67(38):10694-10701.
[13] 马赫迪,薛康,胡江涛,等.3个年份浓香型白酒挥发性成分分析及指纹图谱的建立[J].中国食品学报,2024,24(9):420-433.MA H D,XUE K,HU J T,et al.Analysis of volatile compounds of strong-aroma liquors of three vintages and establishment of their fingerprints based on biomarkers[J].Journal of Chinese Institute of Food Science and Technology,2024,24(9):420-433.
[14] GAO W J,FAN W L,XU Y.Characterization of the key odorants in light aroma type Chinese liquor by gas chromatography-olfactometry,quantitative measurements,aroma recombination,and omission studies[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry,2014,62(25):5796-5804.
[15] 王娜,沈毅,庄园,等.气相色谱-串联质谱同时测定白酒中20种吡嗪类化合物[J].食品科学,2025,46(5):30-37.WANG N,SHEN Y,ZHUANG Y,et al.Simultaneous determination of 20 pyrazines in Baijiu by gas chromatography-tandem mass spectrometry[J].Food Science,2025,46(5):30-37.
[16] FAN W L,QIAN M C.Characterization of aroma compounds of Chinese “wuliangye” and “Jiannanchun” liquors by aroma extract dilution analysis[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry,2006,54(7):2695-2704.
[17] WU Y S,HOU Y X,CHEN H,et al.“Key factor” for Baijiu quality:Research progress on acid substances in Baijiu[J].Foods,2022,11(19):2959.
[18] 苟丹,周仁和,毛霞,等.一次性准确定量白酒中4种酸类物质的方法研究[J].酿酒科技,2023(1):111-116;129.GOU D,ZHOU R H,MAO X,et al.A method for simultaneous and accurate quantification of four kinds of acid in Baijiu[J].Liquor-Making Science &Technology,2023(1):111-116;129.
[19] 张馨元,徐岩,王栋,等.优质低度与高度浓香型白酒挥发性风味组分差异特征解析[J].食品与发酵工业,2020,46(15):66-71.ZHANG X Y,XU Y,WANG D,et al.Characterization of volatile compounds in high-quality low-alcohol and high-alcohol strong-aroma type Baijiu[J].Food and Fermentation Industries,2020,46(15):66-71.
[20] 张河云.酸类物质在浓香型白酒中的作用研究[D].天津:天津科技大学,2023.ZHANG H Y.Study on the role of acid substances in strong-aroma Baijiu[D].Tianjin:Tianjin University of Science and Technology,2023.
[21] DONG W,GUO R N,LIU M,et al.Characterization of key odorants causing the roasted and mud-like aromas in strong-aroma types of base Baijiu[J].Food Research International,2019,125:108546.
[22] 庄名扬.中国白酒香味物质形成机理及酿酒工艺的调控[J].四川食品与发酵,2007,43(2):1-6.ZHUANG M Y.The production mechanism of the fragrance in the Chinese spirit &the operation of the spirit brewing[J].Sichuan Food and Fermentation,2007,43(2):1-6.
[23] RAN X L,YUE M,YONG Z,et al.Differences and correlations between industrial experts and semi-trained assessors in the sensory evaluation of strong-aroma Baijiu using rate-all-that-apply[J].Journal of Food Science,2024,89(9):5841-5857.
[24] GUTHRIE B,BEAUCHAMP J D,BUETTNER A,et al.Sex,Smoke,and Spirits:The Role of Chemistry[M].Washington,DC:American Chemical Society,2019.