基于不同前处理方法结合全二维气相色谱飞行时间质谱解析红星二锅头白酒的风味成分

于立娟*,田红云,单群,孟士皓,冯思雨,邹弯

(北京红星股份有限公司,北京,101400)

摘 要 采用顶空固相微萃取(headspace solid-phase microextraction, HS-SPME)和液液萃取(liquid-liquid extraction, LLE)结合全二维气相色谱飞行时间质谱(comprehensive two-dimensional gas chromatography time of flight mass spectrometry, GC×GC-TOF-MS)以及香气活度值(odour active value, OAV),对红星二锅头白酒的挥发性成分进行全面解析。研究发现,HS-SPME、LLE分别定性出928、802种挥发性化合物,共计定性出1 304种挥发性化合物,共同定性出426种挥发性化合物。基于HS-SPME数据,通过香气数据库筛选出具有香气特征的382种香气化合物,其中酯类相对百分含量占比最高,其次是醇类、酸类和醛类。计算得到了49种香气化合物OAV>1,其中酯类(辛酸乙酯、异戊酸乙酯等)和萜烯类(β-大马酮)对白酒风味的贡献最大,醛类(异戊醛、己醛等)和含硫类(二甲基三硫)其次,醇类(1-辛烯-3-醇)和含氮类(2,3,5-三甲基吡嗪)也有一定风味贡献。该研究丰富了红星二锅头白酒的风味研究,也为下一步生产研究及调控提供了理论和数据支撑。

关键词 红星二锅头白酒;全二维气相色谱飞行时间质谱(comprehensive two-dimensional gas chromatography time of flight mass spectrometry, GC×GC-TOF-MS);挥发性化合物;顶空固相微萃取(headspace solid-phase microextraction, HS-SPME);液液萃取(liquid-liquid extraction, LLE)

清香型白酒以高粱等谷物为原料,以大麦和豌豆制成的中温大曲为糖化发酵剂,采用清蒸清烧酿造工艺、固态地缸发酵、清蒸馏酒。由于酿造体系强调一清到底,赋予清香型白酒清香纯正,醇甜柔和,自然协调,余味爽净的特点[1]。而红星二锅头白酒作为清香型白酒代表之一,有其独特的“二锅头”酿造工艺,即在白酒蒸馏过程中只取第2锅水蒸馏的中段酒液,使酒体具有更加清香纯正与醇厚甘洌的特点,近年来深受消费者的喜爱。

独特的酿造工艺赋予了红星二锅头白酒丰富的呈香呈味物质,对风味进行解析时,需要对其酒体进行浓缩富集等前处理手段。白酒研究领域近些年常用的前处理浓缩方法有顶空固相微萃取(headspace solid-phase microextraction, HS-SPME)和液液萃取(liquid-liquid extraction, LLE)等。HS-SPME技术具有灵敏度高、操作简单、物质损失少和不需要使用有机溶剂的优点,缺点是对极性和水溶性较强的化合物萃取效果不佳,以及萃取头昂贵等特点[2]。谭昊等[3]采用HS-SPME结合全二维气相色谱飞行时间质谱(comprehensive two-dimensional gas chromatography time of flight mass spectrometry, GC×GC-TOF-MS)从6种红星清香型白酒共鉴定出849种挥发性化合物,通过香气组学确定了62种具有香气活性的挥发性化合物。LLE技术具有对强极性物质有较好的萃取特点,但也有耗时较长、所需样品量较大等缺点[2]。LI等[4]采用LLE结合气相色谱-嗅觉-质谱(gas chromatography-olfactory-mass spectrometry,GC-O-MS)从清香型白酒中共鉴定出88种香气化合物,得到28种香气活度值(odour active value, OAV)>1的香气化合物,并且有6种化合物首次被鉴定为清香型白酒的关键香气化合物。由于酒体中的基质较为复杂,化合物成分的极性、溶解性以及挥发性各不相同,采用单一的萃取手段不能将白酒中所有的风味化合物提取出来,因此,该研究采用2种不同前处理方法进行浓缩处理,同时也对2种前处理方法的萃取结果进行比较分析。

全二维气相色谱(GC×GC)由于其结构特性可以满足白酒中复杂组分的一次性分离解析,同时具有较高分辨率。结合灵敏度高、扫描范围宽、分析速度快的飞行时间质谱仪(TOF-MS)进行物质鉴定,可以实现复杂样品组分快速分离与准确鉴定[5]。目前GC×GC-TOF-MS已成功应用于酱香型白酒、浓香型白酒、清香型白酒等中挥发性组分的分析[6-8]

基于此,本研究将以红星二锅头白酒为研究对象,采用HS-SPME和LLE结合GC×GC-TOF-MS,对其微量成分进行定性分析;以HS-SPME定性结果为参照,结合香气数据库和文献,筛选出酒中潜在的香气成分并进行半定量分析;计算OAV筛选出特征风味化合物,以期丰富对红星二锅头白酒风味的认识,为生产品质的控制提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 样品与试剂

酒样:红星二锅头白酒(酒精度为52%vol),北京红星股份有限公司。

试剂:正构烷烃(C5~C30),上海安谱实验科技股份有限公司;无水硫酸钠(分析纯),天津市光复科技发展有限公司;二氯甲烷(色谱纯),美国fisher;氯化钠(色谱纯),美国阿拉丁公司;实验用水均为煮沸后冷却至室温的超纯水。

内标:愈创木酚D3,上海安谱实验科技股份有限公司;乙酸苯乙酯D3、正己醇D13,加拿大CND Insotopes Inc.。

1.2 仪器与设备

BT4D GC×GC-TOF-MS,美国LECO公司;8890B气相色谱仪,美国Agilent公司;第一维柱:Stabilwax(30 m×250 μm×0.25 μm)、第二维柱:Rxi-5Sil(2 m×150 μm×0.15 μm),美国Restek公司;顶空固相微萃取多功能自动进样系统(MPS),德国Gerstel公司;synergy超纯水系统,默克化工;LA230S电子天平,赛多利斯;固相微萃取三相萃取头(2 cm 50/30 μm DVB/CAR/PDMS),美国Supelco公司;MFV-24智能氮吹仪,广州得泰仪器。

1.3 实验方法

1.3.1 样品前处理

HS-SPME:用重蒸超纯水将酒样降度至10%vol,取6 mL稀释后的酒样及2 g氯化钠放入20 mL顶空瓶中,加50 μL内标混标溶液,用带有隔垫的铝盖密封。利用Gerstel系统进行HS-SPME操作:样品在50 ℃下平衡10 min,萃取30 min,解析5 min,随后进行GC×GC-TOF-MS分析。

LLE:取30 mL酒样,用煮沸冷却至室温的超纯水稀释至酒精度为10%vol,加入氯化钠至过饱和,用分液漏斗,加二氯甲烷萃取3次,每次50 mL,合并3次萃取的有机相,加入无水硫酸钠,-20 ℃冰箱中过夜除水,过滤纸后氮吹浓缩至约1 mL,用于GC×GC-TOF-MS分析。

1.3.2 仪器条件

HS-SPME-GC×GC条件:进样口温度220 ℃;恒流模式,流速为1 mL/min;载气为高纯氦气(纯度> 99.999%);分流进样1∶20;调制周期5 s;一维柱温箱升温程序:起始温度35 ℃,保持5 min,以5 ℃/min升温至230 ℃,保持6 min。二维烘箱温度比一维烘箱高5 ℃,调制补偿温度为15 ℃。

LLE-GC×GC条件:分流进样1∶100,其余条件不变。

TOF-MS条件:溶解延迟60 s,电离源温度为220 ℃;电离能量70 eV;传输线温度为250 ℃。检测器电压为1 530 V;质量数采集范围为35~400 amu,采集频率为100 spectra/s。二维数据由LECO公司ChromaTOF®工作站采集。

1.4 挥发性化合物的定性定量和OAV测定

1.4.1 挥发性化合物的定性、半定量分析

定性分析:数据在软件Chroma TOF(Leco)处理。自动识别色谱峰(信噪比>100),并解卷积后与质谱库(mainlib、Excalibur_NIST和replib)比对。选择相似度≥700、可能性≥40的色谱峰作为样品中存在的组分。比较已建立的保留指数与NIST谱库的保留指数的差值,在-30~30的化合物认定为最终的定性结果。正反相似度≥800作为补充定性结果。

半定量分析:以3种氘代做内标在总离子流图中的峰面积为对照,通过目标化合物与内标物的峰面积和含量的对比,得到被检测物质的含量。根据公式(1)计算出挥发性成分的量。乙酸苯乙酯D3用于计算高含量化合物,正己醇D13用于计算中低沸点化合物,愈创木酚D3用于计算高沸点化合物。

(1)

式中:mi为待测组分质量浓度;Ai为化合物的峰面积;ms为内标化合物质量浓度;As为内标物峰面积;fi为待测组分对内标物的质量校正因子,令其为1。

1.4.2 挥发性化合物OAV测定

OAV为化合物的质量浓度比上阈值,一般认为OAV>1的化合物为气味活性物质。

1.5 数据处理

韦恩图使用在线网站绘制(https://hiplot.com.cn/),柱状图使用Prism 9,弦图使用Origin。

2 结果与分析

2.1 HS-SPME和LLE对清香型白酒中挥发性化合物的定性分析

红星二锅头白酒经HS-SPME和LLE处理后,利用GC×GC-TOF-MS解析得到的二维色谱图,分别如图1和图2所示。参考1.4.1节定性分析方法,HS-SPME处理后的色谱峰个数(1 663个)要高于LLE(1 252个)。从二维谱图来看,HS-SPME处理得到的色谱峰在二维时间为4 s左右更为密集,而LLE在2 s左右更为密集。说明HS-SPME对极性较弱的化合物具有较好吸附效果,而LLE对极性较强的组分的提取效果较好。

图1 基于HS-SPME-GC×GC-TOF-MS法红星二锅头白酒的色谱图

Fig.1 Chromatogram of Red Star Erguotou Baijiu by HS-SPME-GC×GC-TOF-MS

图2 基于LLE-GC×GC-TOF-MS法红星二锅头白酒的色谱图

Fig.2 Chromatogram of Red Star Erguotou Baijiu by LLE-GC×GC-TOF-MS

进一步通过对比相似度、可能性和筛选信噪比3种方式,对各挥发性化合物进行鉴定。表1和图3表示HS-SPME和LLE两种前处理方式经GC×GC-TOF-MS分析后鉴定挥发性化合物的情况,HS-SPME和LLE分别鉴定出928种和802种挥发性化合物,总定性出1 304种挥发性化合物,共同定性出426种挥发性化合物,具体包括:酯类128种、醇类50种、醛类18种、酸类23种、酮类44种、缩醛类19种、酚类11种、含氮类27种、含硫类8种、内酯类9种、呋喃类15种、萜烯类10种、烃类15种、醚类7种、苯环19种、其他类23种。

表1 两种方法处理红星二锅头白酒得到的挥发性风味化合物结果

Table 1 Results of volatile flavor compounds from Red Star Erguotou Baijiu treated by two methods

化合物种类HS-SPMELLE共检测到的化合物个数酯类 228186128醇类 848050醛类 443018酸类 323823酮类 918844缩醛类252519酚类 131311含氮类485127含硫类25208内酯类9149呋喃类332715萜烯类501310烃类 404615醚类 18147苯环类623019其他类12612723总和 928802426

图3 两种方法处理红星二锅头得到的总挥发性化合物结果

Fig.3 Results of total volatile compounds from Red Star Erguotou Baijiu treated by two methods

从挥发性化合物总数量来看,HS-SPME的萃取效果和LLE差别不大。从具体化合物类别来看,HS-SPME对红星二锅头白酒中酯类、萜烯类和苯环类富集效果明显优于LLE,尤其是萜烯类,HS-SPME鉴定出50种,而LLE仅为13种,这可能是由于HS-SPME灵敏度较高,且容易吸附痕量化合物[2];LLE则是对酸类和内酯类的萃取效果优于HS-SPME,这可能是因为LLE比较适合酸性物质等极性较大化合物;剩余类别化合物在两种方法鉴定的结果差距不大。总的来说,两种前处理方式在红星二锅头白酒中挥发性组分的选择性上存在差异,在实验中,尽可能选择多种前处理才能获取更多的挥发性化合物。

2.2 清香型白酒中挥发性化合物的定量和OAV分析

2.2.1 定量分析

基于HS-SPME定性结果,比对Flavornet Home(http://www.flavornet.org/index.html)与Flavor DB(https://cosylab.iiitd.edu.in/flavordb/)香气数据库和文献,确认了382种化合物是红星二锅头白酒中潜在的香气活性组分,共计14类,分别为:酯类127种、醇类50种、酮类41种、醛类37种、萜烯类28种、酸类21种、呋喃类21种、含氮类11种、缩醛类10种、酚类8种、内酯类8种、含硫类7种、醚类7种、其他香气化合物6种。利用内标化合物对382种香气化合物进行半定量计算(见附表1https://doi.org/10.13995/j.cnki.11-1802/ts.041177)。同时,将上述14个类别的相对总含量进行占比计算,结果见图4。从图4可知,红星二锅头白酒中酯类占比最高,可达62.49%,其次是醇类、酸类及醛类,分别为10.71%、6.65%、5.64%,酯类呈现水果香较多,醇类主要为白酒提供花香和水果香、赋予酒体醇厚,酸类在白酒中起到协调作用,醛类则赋予白酒坚果类香气。酮类(4.14%)、缩醛类(3.01%)、呋喃类(2.69%)、萜烯类(1.03%)也占有一定比例。含氮类(0.41%)、内酯类(0.33%)、酚类(0.21%)、含硫类(0.14%)、醚类(0.11%)虽含量微乎其微,但对白酒的风味贡献也必不可少。

图4 红星二锅头白酒中各类别香气化合物的相对总含量占比

Fig.4 Proportion of relative total content of various flavor compounds in Red Star Erguotou Baijiu

酯类在白酒中来源比较多,一方面来源于酒醅中的酵母菌(假丝酵母、毕赤酵母)、霉菌(曲霉、根霉)等产生酯化酶,酯化酶作用于酸类和醇类物质,产生酯化反应生成;另一方面,在甑内蒸馏酒的过程中脂肪酸和醇类发生酯化反应而得[9]。检测出的酯有:乙酸乙酯(34 121.54 μg/L)、己酸乙酯(31 330.01 μg/L)、辛酸乙酯(28 643.38 μg/L)、月桂酸乙酯(16 194.05 μg/L)、乳酸乙酯(6 107.97 μg/L)、乙酸异戊酯(18 285.94 μg/L)、苯甲酸乙酯(13 142.53 μg/L)。这些主要为红星二锅头白酒提供水果香,对红星二锅头白酒的典型风格有着重大作用。

醇类是由谷物中的淀粉、氨基酸等成分在微生物作用下进行无氧发酵产生,是酯类的前体物质,也具有助香作用[10]。适当的高级醇可赋予酒体香气更为饱满,但若含量过高,会引起喝酒上头、口渴等不良反应[11]。红星二锅头白酒中检测到的醇类以饱和醇为主,例如:异戊醇(11 078.25 μg/L)、异丁醇(11 582.71 μg/L)、正丙醇(5 103.44 μg/L)、正丁醇(4 933.73 μg/L)、异丙醇(1 118.54 μg/L)等。另外,在不饱和醇中,具有蘑菇香气的1-辛烯-3-醇含量最高,为571.68 μg/L。

酸类是白酒中重要的协调化合物,适量的酸有利于提高酒质,但过酸使“回甜”减小,白酒中主要来源于发酵过程中酵母代谢,以及醇类和醛类氧化产生[12]。检测到的乙酸(13 658.20 μg/L)具有强烈的醋酸味;己酸(15 323.99 μg/L)在白酒中呈现出椰肉油气味,对酒体有呈味助香作用,是己酸乙酯的前体物质,己酸乙酯是浓香型白酒窖香的主要成分之一[13]。另外,还检测到具有月桂油香味的琥珀酰胺酸(1 080.20 μg/L)、微带青草香气的3-甲基戊酸(10.86 μg/L)等。

醛类是由醇的氧化、酮酸脱羧及氨基酸脱氨、脱羧等反应生成的。醛类存在对白酒具有放香作用,但当含量偏高时,会对白酒的花果香产生负面影响,并增加入口刺激感[14]。醛类中有异戊醛(10 122.00 μg/L)、异丁醛(2 358.33 μg/L)等饱和醛,呈现花香和香蕉味。不饱和醛可能源自谷物原料中的亚油酸和亚麻酸,这2种物质先经脂氧合酶氧化产生氢过氧化物,而后进一步分解形成[15]。检测到的不饱和醛有反,顺-2,6-壬二烯醛(5.49 μg/L),有微弱的黄瓜味。芳香醛有苯乙醛(3 003.29 μg/L),已被报道为红星二锅头白酒中关键的香气物质[4]

酮类主要由发酵过程中的微生物代谢产生,也可能由陈酿过程中醇类化合物的光氧化降解、热氧化降解或空气氧化产生[16]。检测到的3-羟基-2-丁酮(1 020.59 μg/L),又称乙偶姻,是四甲基吡嗪的前体物质,具有黄油香、酸奶味,对白酒有着增香和调味的作用,可以使酒体更加丰满,后味更圆润[17]。还有丙酮(3 212.90 μg/L)、2-庚酮(2 218.36 μg/L)、环戊酮(229.20 μg/L)、2,3-丁二酮(64.87 μg/L)等,酮类可促进酯类的挥发,丰富白酒的香气感[18]

有研究者认为缩醛类物质一方面可降低酒中酸类物质的含量,另一方面可降低醛类物质产生的尖刺风味,使酒体香气协调均匀[14]。检测出的壬醛二乙缩醛(940.20 μg/L)、异戊醛二乙缩醛(7 351.36 μg/L)、异丁醛缩二乙醇(1 082.68 μg/L)等化合物,主要表现出水果香、花香。

呋喃类是糖降解和美拉德反应的典型产物[16]。检测到的呋喃类有20种,其中2-糠酸乙酯(2 972.94 μg/L)和2-戊基呋喃(2 390.21 μg/L)相对含量最高,2-糠酸乙酯(2 972.94 μg/L)具有青苹果、猕猴桃的香气,是构成酒体呈现生青味的重要化合物[19];2-戊基呋喃(2 390.21 μg/L)具有典型的豆腥味,已被证明对单粮和多粮浓香的风味具有贡献[20]

酚类可为白酒提供独特的烟熏风味、焦香味和窖泥味等,虽然其在白酒中含量较低,但对白酒的口感、香味、风格发挥着不可或缺的作用。检测出的4-乙基苯酚(585.53 μg/L)和4-甲基-2-甲氧基苯酚(103.63 μg/L)在白酒中呈现辛香、烟熏香气。愈创木酚(14.27 μg/L)主要呈现丁香、焦酱香。另外,4-甲基-2-甲氧基苯酚是优良的自由基清除剂,能够通过抑制自由基的生成来维持细胞稳态[21]

含氮类主要以吡嗪类为主,主要呈现面包香、烘焙和坚果香,检测的有四甲基吡嗪(896.90 μg/L)、2,3,5-三甲基吡嗪(750.29 μg/L)和2-乙基-6-甲基吡嗪(349.89 μg/L)等,并且部分吡嗪已被证明具有抗炎[22]、神经保护[23]等生理活性。白酒中的吡嗪类前期被认为由美拉德反应生成,但后面发现微生物代谢可以产生四甲基吡嗪,即糖酵解途径产生丙酮酸缩合成a-乙酰乳酸,再脱缩形成乙偶姻,乙偶姻再与氨发生非酶促反应生成四甲基吡嗪[24]

含硫类具有较低阈值,对白酒的风味具有重要贡献,例如,检测呈现肉香的苯并噻唑(641.09 μg/L)和呈现咸菜味的二甲基三硫(98.84 μg/L),已被证明对酱香型白酒的香气具有重要贡献[25]

萜烯类是主要含有羟基、羧基、酯和乙醚官能团的化合物,是白酒中重要的呈香成分[26],主要贡献玫瑰香、花香、木质香,并且对人体具有一定的保健作用[21],如检测出的β-大马酮(249.83 μg/L)、α-石竹烯(211.67 μg/L)、β-香茅醇(17.07 μg/L)。

2.2.2 OVA分析

表2列举了红星二锅头白酒中部分风味化合物的OAV,结果中引用的香气描述和阈值均来自参考文献,共计83个香气化合物,其中OAV>1的化合物有49种,可分为11类,包括酯类21种,醛类7种,醇类4种,酸类4种,酚类4种,内酯3种,含硫类2种,酮类2种,萜烯类2种,含氮类1种,其他类1种。为直观表示49种香气化合物,引入弦图,如图5所示,图中香气化合物对应的橘色表示OAV>1 000,黄色表示OAV在100~1 000,蓝色表示OAV在10~100,绿色表示OAV低于10。由图5可知,酯类占比是最高的,对红星二锅头白酒的主体香具有非常重要的意义,主要赋予了明显的水果香、花香的感官特征。

表2 红星二锅头白酒中香气化合物的半定量浓度与OAV

Table 2 Semi-quantitative concentration and OAV of aroma compounds in Red Star Erguotou Baijiu

序号化合物CAS香气描述质量浓度/(μg/L)标准偏差/%阈值OAV酯类1辛酸乙酯106-32-1具有白兰地酒香味、梨子香28 643.38 14.3012.87a2 225.59 2异戊酸乙酯108-64-5苹果香、菠萝香7 248.47 0.026.89a1 052.03 3己酸乙酯123-66-0苹果香、菠萝香31 330.01 4.8655.33a566.24 4丁酸异戊酯106-27-4水果香5 788.52 4.5215c385.90 5丁酸丙酯105-66-8香蕉、菠萝香3 978.09 15.9418c221.01 6戊酸乙酯539-82-2苹果香、水蜜桃香5 706.29 6.3026.78a213.08 73-苯基丙酸乙酯2021-28-5枣、水果香26 558.48 1.54125.21a212.11 8乙酸异丁酯110-19-0水果香5 063.09 1.9825c202.52 9乙酸异戊酯123-92-2香蕉香、甜香18 285.94 0.5493.93a194.68 10丁酸乙酯105-54-4菠萝、香蕉10 384.75 4.1381.5a127.42 11异丁酸乙酯97-62-1苹果香、水蜜桃香、水果香6 461.92 5.8657.47a112.44 12癸酸乙酯110-38-3葡萄酒香气、菠萝香31 756.25 8.171 122.3a28.30 13苯乙酸乙酯101-97-3玫瑰花香8 227.97 2.10406.83a20.22 14己酸异戊酯2198-61-0水果香5 799.57 18.55320c18.12 15乙酸己酯142-92-7有梨和苹果香气、梨样酸甜味1 735.63 3.18115c15.09 16苯甲酸乙酯93-89-0果香、略似依兰油香气13 142.53 5.401 433.65a9.17 17乙酸戊酯628-63-7果香、花香370.57 6.0943c8.62 18壬酸乙酯123-29-5带果香及玫瑰样香气的酒香11 147.32 0.183 150.61a3.54 19乙酸-2-苯乙酯103-45-7甜的、玫瑰花香2 392.34 5.18908.83a2.63 20戊酸甲酯624-24-8花香、水果香28.97 7.8120c1.45 21乙酸乙酯141-78-6菠萝香、苹果香34 121.54 4.8832 551.6a1.05 22庚酸乙酯106-30-9具有菠萝的香气10 874.83 2.0413 153.17a0.83 23己酸丙酯626-77-7水果香、酯香4 350.11 6.0512 783.77a0.34 24丙酸乙酯105-37-3菠萝香、香蕉5 754.49 6.9219 019.33a0.30 25丁二酸二乙酯123-25-1水果香、花香25 789.08 4.17353 193.25a0.07 26乳酸乙酯97-64-3水果香6 107.97 11.12128 083.8a0.05 醇类271-辛烯-3-醇3391-86-4蘑菇、油脂风味571.68 6.556.12a93.41 28正丁醇71-36-3醇香、刺激性气味4 933.73 6.452 733.35a1.81 29苯乙醇60-12-8玫瑰香气、蜜香30 041.17 3.4228 922.73a1.04 302-庚醇543-49-7水蜜桃香、花香1 461.65 5.281 433.94a1.02 31异丁醇78-83-1葡萄酒香、麦芽香11 582.71 3.9328 300b0.41 32正丙醇71-23-8水果香、醇香5 103.44 0.6953 952.63a0.09 33异戊醇123-51-3水果香、花香11 078.25 2.46179 190.83a0.06 34苯甲醇100-51-6花香853.79 4.8540 927.16a0.02 酸类35己酸142-62-1汗臭、动物臭、酸臭、甜香、水果香15 323.99 3.492 517.16a6.09 36丁酸107-92-6有腐臭的酸味、汗臭2 975.71 0.34964.64a3.08 37戊酸109-52-4窖泥臭、汗臭、酸臭1 177.03 4.63389.11a3.02 38辛酸124-07-2汗臭味、水果香、花香、油脂臭7 039.94 6.322 701.23a2.61 39异戊酸503-74-2水果香气、难闻的气味970.24 12.601 045.47a0.93 40异丁酸79-31-2有刺激性气味、腐臭1 114.86 7.731 580b0.71

续表2

注:a表示单个化合物是在46%vol酒精-水溶液中测得的阈值,来自参考文献[31];b表示在水中测的阈值,来自参考文献[26];c表示在水中测的阈值,来自参考文献[39]

序号化合物CAS香气描述质量浓度/(μg/L)标准偏差/%阈值OAV41正癸酸334-48-5有不愉快的味道4 381.72 7.6613 736.77a0.32 42壬酸112-05-0微有特殊气味、脂肪臭912.09 10.553 559.23a0.26 43庚酸111-14-8酸臭、汗臭、窖泥臭、霉臭3 152.54 7.5713 821.32a0.23 44琥珀酰胺酸143-07-7微有月桂油香味1 080.20 10.699 153.79a0.12 452-甲基丁酸116-53-0奶酪、汗631.14 8.805 931.55a0.11 醛类46异戊醛590-86-3花香、水果香10 122.00 0.6916.51a613.08 47己醛66-25-1花香、水果香、草香2 737.71 5.5025.48a107.45 48壬醛124-19-6水果香3 181.98 4.07122.45a25.99 49辛醛124-13-0青草风味、水果香791.93 8.1339.64a19.98 50苯乙醛122-78-1浓郁的玉簪花香气3 003.29 5.86262b11.46 51庚醛111-71-7青草、青瓜464.95 9.80409.76a1.13 52苯甲醛100-52-7杏仁香、坚果香4 576.03 9.004 203.10a1.09 532-苯基-2-丁烯醛4411-89-6发霉的429.73 0.58471.77a0.91 54戊醛110-62-3麦芽香、青香455.54 9.97725.41a0.63 55丁醛123-72-8花香、水果香75.06 10.702 901.87a0.03 酮类563-羟基-2-丁酮513-86-0酸奶、黄油香1 020.59 18.27259b3.94 57苯乙酮98-86-2愉快的芳香气味、山楂香味630.76 1.64255.68a2.47 呋喃类58糠醛98-01-1甜香、有苦杏仁的味道14 662.74 3.3844 029.73a0.33 595-甲基-2-乙酰基呋喃1193-79-9饼干香、烤杏仁香492.42 4.0640 870.06a0.01 602-乙酰基呋喃1192-62-7具有甜的、杏仁506.77 1.0758 504.19a0.01 615-甲基糠醛620-02-0焙烤香、杏仁香567.60 1.25466 321.08a0.00 萜烯类62β-大马酮23726-93-4苹果香、玫瑰香、蜂蜜香249.83 9.190.12b2 081.96 63β-石竹烯87-44-5甜香、木香525.72 4.4664c8.21 含氮类642,3,5-三甲基吡嗪14667-55-1炒花生香、坚果香750.29 4.08729.86a1.03 652,6-二甲基吡嗪108-50-9青椒香、坚果香277.68 1.01790.79a0.35 662,5-二甲基吡嗪123-32-0呈炒花香气和巧克力51.63 3.263 201.9a0.02 672,3,5,6-四甲基吡嗪1124-11-4甜香、水果香896.90 1.3880 073.16a0.01 682,3-二甲基吡嗪5910-89-4呈焙烤、肉类香气68.92 4.0310 823.7a0.01 692-乙基吡嗪13925-00-3具有坚果香28.31 5.1721 814.58a0.00 702-甲基吡嗪109-08-0具有坚果香、烤香51.01 7.16121 927.01a0.00 内酯类71γ-壬内酯104-61-0椰子、桃子2 343.73 2.6390.66a25.85 72γ-癸内酯706-14-9桃子、脂肪160.25 3.3910.87a14.74 73γ-十二内酯2305-05-7甜香、果香、花香96.15 8.2660.68a1.58 74γ-辛内酯104-50-7椰子223.65 2.482 816.33a0.08 酚类754-乙基-2-甲氧基苯酚2785-89-9香瓜香、水果香、甜香、花香、烟熏味479.37 2.71122.74a3.91 76愈创木酚90-05-1丁香、动物臭、水果香、花香、焦酱香14.27 1.5013.41a1.06 774-乙基苯酚123-07-9马厩臭、来苏水、牛马圈臭585.53 3.29617.68a0.95 78对甲酚106-44-5窖泥臭、皮革臭、焦皮臭、动物臭139.31 1.08166.97a0.83 794-甲基-2-甲氧基苯酚93-51-6辛香、烟熏风味103.63 2.19314.56a0.33 80苯酚108-95-2来苏水、似胶水、墨汁533.21 0.2118 909.34a0.03 含硫类81二甲基三硫3658-80-8甘蓝、老咸菜、洋蒜臭、咸萝卜风味98.843.660.36a274.5782二甲基二硫624-92-0洋葱和卷心菜的气味70.4211.549.13a7.71其他类83萘91-20-3樟脑气味37 191.656.41159.3a233.47

图5 红星二锅头白酒中VIP>1的香气化合物

Fig.5 Aroma compounds with VIP>1 in Red Star Erguotou Baijiu

OAV在1 000以上的化合物有3种,分别是:辛酸乙酯、异戊酸乙酯、β-大马酮。其中,异戊酸乙酯对苹果香、菠萝香有重要贡献;辛酸乙酯主要呈现具有白兰地酒香味,梨子香,主要为提供酒体的复合香气,但过量的辛酸乙酯可能会影响浓香型白酒的整体风味[27]。β-大马酮在白酒中比较常见的香气化合物[28],表现出怡人的苹果香、玫瑰香、蜂蜜香,研究认为此化合物的来源可能是谷物中含有前体物质3-羟基-7,8-二氢-β-紫罗兰醇,进而在发酵或者蒸馏过程中生成[29]。上述3个化合物,已被证明是清香型白酒的重要香气化合物[28, 30]

OAV在100~1 000的化合物有12种,分别是:异戊醛、己酸乙酯、二甲基三硫、丁酸异戊酯、丁酸丙酯、戊酸乙酯、3-苯基丙酸乙酯、乙酸异丁酯、乙酸异戊酯、丁酸乙酯、异丁酸乙酯、己醛。其中,异戊醛在46%vol酒精-水溶液中气味阈值为16.51 μg/L,在苹果香方面尤为突出,当质量浓度过低时,会表现出桃样香气[31]。己酸乙酯表现出苹果香、菠萝香,并且适量的己酸乙酯,对身体具有降肺火、稳定心肺等健康功效[21]。戊酸乙酯与异丁酸乙酯主要赋予了白酒的水蜜桃香、苹果香,乙酸异戊酯赋予了白酒的香蕉香、甜香,均已被证明是红星二锅头酒中的关键香气化合物[26]。二甲基三硫具有极低的阈值在46%vol的酒精-水溶液中阈值为0.36 μg/L,呈现出老咸菜、烂白菜味,虽气味相对负向,但却是草原王清香型白酒的关键风味物质,且对“陈香”具有主要贡献[17]。己醛给白酒带来的是生青、草本类的香气,已被证明是小曲清香型白酒的关键香气物质[32]。壬醛的存在可使得白酒的果香更为突出,并且是白酒风味中“粮香”的重要来源[33]

OAV在10~100的化合物有12种,分别是:1-辛烯-3-醇、萘、癸酸乙酯、二甲基二硫、壬醛、γ-壬内酯、苯乙酸乙酯、辛醛、己酸异戊酯、乙酸己酯、γ-癸内酯、苯乙醛。其中,1-辛烯-3-醇具有较低的阈值,为6.12 μg/L,表现出典型的蘑菇气味,是醇类物质当中最高,也是红星二锅头白酒中关键的香气化合物[26]。二甲基二硫具有极低的阈值,呈现出洋葱和卷心菜味,可由甲硫醇氧化生成[34]。γ-壬内酯曾被证明含量随清香型白酒的年份增加而增加,呈现出椰子香、桃子香[35]。辛醛在白酒中呈现甜味,但有文献表明此化合物与豉香型白酒的油脂味有关[36]。苯乙酮具有山楂的香气,可能是黄酒中陈香的重要风味化合物[37]

OAV在1~10的化合物有22种,分别是:苯甲酸乙酯、乙酸戊酯、β-石竹烯、己酸、3-羟基-2-丁酮、4-乙基-2-甲氧基苯酚、壬酸乙酯、丁酸、戊酸、乙酸-2-苯乙酯、辛酸、苯乙酮、正丁醇、γ-十二内酯、戊酸甲酯、庚醛、苯甲醛、愈创木酚、乙酸乙酯、苯乙醇、2,3,5-三甲基吡嗪、2-庚醇。这些化合物OAV虽较小,对白酒的风味贡献较低,但对红星二锅头的风味呈现也必不可少。其中,正丁醇通常在白酒中表现出醇香。苯乙醇呈现玫瑰香气、蜜香,已被证实是酱香型白酒、葡萄酒以及啤酒中的关键香气化合物,它的含量高低受发酵过程中酵母的影响[38]。2,3,5-三甲基吡嗪对红星二锅头白酒的炒花生香、坚果香具有一定贡献,并且是酱香型白酒的关键香气化合物[25]

3 结论

应用HS-SPME和LLE结合GC×GC-TOF-MS在红星二锅头白酒中分别鉴定出928和802种挥发性化合物,一共定性出1 304种挥发性化合物,共同鉴定出426种化合物。HS-SPME对红星二锅头白酒中酯类、萜烯类和苯环类富集效果较好;LLE对酸类和内酯类萃取效果较好。基于HS-SPME定性数据,结合香气数据库对比,鉴定出382种潜在的香气化合物,其中包括酯类127种、醇类50种、酮类41种、醛类37种、萜烯类28种、酸类21种、呋喃类21种、含氮类11种、缩醛类10种、酚类8种、内酯类8种、含硫类7种、醚类7种、其他香气化合物6种。通过半定量计算,得到相对百分含量最多是酯类(62.49%),其次是醇类(10.71%),酸类(6.65%)和醛类(5.64%)。结合香气化合物的阈值,得到OAV>1的香气化合物有49种,其中辛酸乙酯、异戊酸乙酯、β-大马酮香气贡献最大(OAV均大于1 000),其次是异戊醛、己酸乙酯、二甲基三硫、丁酸异戊酯、丁酸丙酯、戊酸乙酯、3-苯基丙酸乙酯、乙酸异丁酯、乙酸异戊酯、丁酸乙酯、异丁酸乙酯、己醛(OAV在100~1 000),表明它们对红星二锅头白酒的香气贡献较大。此项研究望对红星二锅头白酒下一步的生产提供理论指导依据。

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Analysis of flavor components of Red Star Erguotou Baijiu by different pretreatment methods combined with comprehensive two-dimensional gas chromatography time-of-flight mass spectrometry

YU Lijuan*, TIAN Hongyun, SHAN Qun, MENG Shihao, FENG Siyu, ZOU Wan

(Beijing Red Star Co.Ltd., Beijing 101400, China)

ABSTRACT Headspace solid-phase microextraction (HS-SPME) and liquid-liquid extraction (LLE) combined with comprehensive two-dimensional gas chromatography time-of-flight mass spectrometry (GC×GC-TOF-MS) and odour active value (OAV) methods were used to comprehensively analyze the volatile compounds of Red Star Erguotou Baijiu.It was shown that a total of 1 304 volatile compounds were characterized, 928 and 802 volatile compounds were characterized by HS-SPME and LLE, respectively, and 426 volatile compounds were common.Based on the HS-SPME characterization results, 382 aroma compounds were screened through the aroma database, in which esters had the highest relative percentage content, followed by alcohols, acids and aldehydes.There were 49 aroma compounds with OAV higher than 1.Among them, esters (ethyl octanoate, ethyl isovalerate, etc.) and terpenes (β-damascenone) contributed the most to the flavor of the Baijiu, aldehydes (isovaleraldehyde, hexanal, etc.) and sulfur-containing compounds (dimethyl trisulfide) followed.Alcohols (1-octen-3-ol) and nitrogen-containing compounds (2,3,5-trimethylpyrazine) also made a certain flavor contribution.The study enriches the flavor research of Red Star Erguotou Baijiu and also provides theoretical and data support for production and regulation studies.

Key words Red Star Erguotou Baijiu;comprehensive two-dimensional gas chromatography time-of-flight mass spectrometry (GC×GC-TOF-MS);volatile compounds;headspace solid-phase microextraction (HS-SPME);liquid-liquid extraction(LLE)

DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.041177

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第一作者:硕士,中级工程师(通信作者,E-mail:ylj@redstarwine.com)

收稿日期:2024-09-29,改回日期:2024-11-24