基于信息熵理論的濃香型白酒香味成分復(fù)雜度分析

梁麗靜，李　進，吳東梅

（瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川瀘州646000）

基于信息熵理論的濃香型白酒香味成分復(fù)雜度分析

梁麗靜，李進，吳東梅

（瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川瀘州646000）

該文探討了白酒的香味成分與白酒的風(fēng)格和質(zhì)量的關(guān)系。以三個品牌不同等級的濃香型白酒為例，以酒體中香味成分作為一個復(fù)雜體系，以信息熵來定量描述酒體香味成分復(fù)雜度，并且分析香氣成分復(fù)雜度與濃香型白酒酒質(zhì)的關(guān)系。結(jié)果表明，復(fù)雜度并不僅僅是有香味成分的總量決定的，但以復(fù)雜度為變量可用于不同品牌白酒的區(qū)分具有一定的可行性。

信息熵；香味成分；復(fù)雜度

到目前為止，中國白酒中檢測到的微量成分已經(jīng)超過300種。成品白酒是多溶質(zhì)的不飽和膠體溶液，其中溶劑（乙醇與水）占溶液的98%～99%，溶質(zhì)微量成分（骨架成分、協(xié)調(diào)成分、復(fù)雜成分）占1%～2%，包括醇類、酯類、酸類、氨基酸、羰基化合物、縮醛等多種成分［1-2］。是決定白酒香氣、口感和風(fēng)格的關(guān)鍵。在同一香型白酒中，好酒與次酒所含成分是基本相同的，但酒質(zhì)差別很大。有學(xué)者［3］相繼對酒中成分的關(guān)系進行了研究，提出白酒成分的復(fù)雜性可以用“復(fù)雜度”即微量成分復(fù)雜程度來表述。普遍來講，發(fā)酵期長的酒復(fù)雜度高于發(fā)酵期短的酒；貯存期長的酒復(fù)雜度高于貯藏期短的酒；香味較突出的調(diào)味酒的復(fù)雜度大于香味一般酒等。

信息熵方法對復(fù)雜系統(tǒng)的分析、評價有著重要的科學(xué)意義［4］。郭滿才等［5-6］以Shannon信息熵為中心建立了多樣性的指標體系，證明了熵是多樣性的最好度量。根據(jù)白酒的膠體特性［7］，本研究以濃香型白酒中乙醇與水為溶劑，酒體香味成分作為溶質(zhì)，把所含香味成分作為一個復(fù)雜系統(tǒng)，根據(jù)氣相色譜-質(zhì)譜（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）儀分析結(jié)果［8］，基于信息熵理論，通過建立復(fù)雜度模型對不同質(zhì)量、不同品牌的濃香型白酒進行計算，分析其香味成分含量、構(gòu)成、復(fù)雜度與白酒酒質(zhì)的關(guān)系。為白酒勾兌調(diào)味技術(shù)的改進及白酒品質(zhì)的鑒定提供參考依據(jù)。

1　材料與方法

1.1材料與試劑

瀏陽河一星、二星、三星、四星及五星五個等級；金六福酒一星、二星、三星及四星；古井貢酒內(nèi)部特供、老酒頭、古井貢及五星均來自各酒廠。

無水乙醇（色譜級）：美國天地有限公司；乙酸正戊酯（標準品）：上海甄準生物科技有限公司。

1.2儀器與設(shè)備

6890GC/5973MSD氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀及DB-INNOWAX毛細管柱（30 m×0.25 μm×0.25 mm）：美國安捷倫科技公司；GC-14C氣相色譜儀，配備火焰離子檢測器（flame ionization detector，F(xiàn)ID）檢測器：日本島津公司。

1.3方法

1.3.1白酒組分GC-MS分析

（1）內(nèi)標溶液配制：準確稱取乙酸正戊酯（標準品）0.996g，利用色譜純乙醇溶液定容至10m L容量瓶中，待用。

（2）檢測樣品制備：準確量取10 μL內(nèi)標溶液，溶于4 000 μL待檢測白酒樣品中，混合均勻，過濾待用。

（3）氣相色譜檢測條件

載氣：氮氣；流速1.0 m L/min；進樣口溫度：250℃；FID檢測器溫度：280℃；進樣量：1 μL；分流比20∶1；柱溫箱升溫程序：40℃保持2m in，以5℃/min的速度升溫至80℃以后，再以8℃/min的速度升溫至240℃保留10min，程序升溫總時間為40min。

（4）質(zhì)譜條件：接口溫度280℃；電離方式為電子電離（electron ionization，EI）源；離子源溫度230℃，傳輸線溫度220℃，電子轟擊能量為70 eV；全掃描模式，掃描范圍30～500 m/z。

1.3.2白酒系統(tǒng)的信息熵的構(gòu)建

熵的概念起源于熱力學(xué)，是度量分子不規(guī)則熱運動的單位。熵是多樣性最好的量度，反映了系統(tǒng)的復(fù)雜度。1948年，SHANNON C E［9］在《通信的數(shù)學(xué)理論》中利用概率分布的理論給出了熵的嚴格定義。設(shè)在某復(fù)雜系統(tǒng)中，有n個信號（X1，X2……Xi……Xn），第i個信號Xi產(chǎn)生的概率為Pi（i=1，2，3……n）。

則此系統(tǒng)的熵S定義為：

式中：Pi為Xi信號出現(xiàn)的概率。

1.3.3數(shù)據(jù)資料

在酒體中，選擇熵權(quán)法進行篩選［10］，把樣品作為一個復(fù)雜體系，其中的乙醇與水作為溶劑，骨架成分、協(xié)調(diào)成分、復(fù)雜成分等微量成分作為溶質(zhì)。取乙醛、乙酮、乙酸乙酯、乙縮醛、3-甲基丁醛等36種微量成分作為復(fù)雜體系的構(gòu)成要素（見表1）。

表1　濃香型白酒香味成分Table 1 Arom atic com positions of Luzhou-flavor liquors

香味物質(zhì)含量的計算公式如下：

式中：Xi表示某香味物質(zhì)的含量，用色譜分析中各組分絕對峰面積與內(nèi)標的絕對峰積的比值表示；i=1，2，……36；X表示體系中總微量成分的含量。

控制某個酒檔次的主要因素（微量成分）X1，X2，…，X36以及各個因素在該體系中出現(xiàn)的頻率Pi合在一起即構(gòu)成一個信源，Pi=Xi/X。

根據(jù)熵的定義，某酒體復(fù)雜度用熵（Sg）表示為：

1.3.4數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理：利用軟件Matlab 7.8及SPSS13.0進行編程及數(shù)據(jù)處理。

2　結(jié)果與分析

2.1一星至五星瀏陽河香味成分復(fù)雜度分析

對瀏陽河酒一星到五星五個等級的白酒氣相色譜結(jié)果進行分析，計算其微量成分總含量、復(fù)雜度隨白酒品質(zhì)的變化見圖1。

圖1　瀏陽河酒香味成分含量以及復(fù)雜度變化Fig.1 Arom atic com positions and com p lexity variation of Liuyanghe liquor

由圖1可知，除了瀏陽河三星酒的含量降低，總體上微量成分的含量是隨著酒的品質(zhì)增加的，基本與傳統(tǒng)認識一致［11-12］。從體系的復(fù)雜度來看，一星到四星瀏陽河酒隨著酒的品質(zhì)增加，酒體復(fù)雜度上升。但是五星瀏陽河酒的微量成分顯著降低。可能與所測五星瀏陽河酒中缺乏某幾種香味成分有關(guān)。

2.2一星至四星金六福酒香味成分復(fù)雜度分析

對金六福酒一星到四星四個等級的白酒氣相色譜結(jié)果表進行分析，計算其微量成分總含量、復(fù)雜度隨白酒品質(zhì)的變化見圖2。

圖2　金六福酒香味成分含量以及復(fù)雜度變化Fig.2 Arom atic com positions and com p lexity variation of Jinliufu liquor

由圖2可知，在一星到四星瀏陽河酒中，隨著酒的品質(zhì)提高，酒微量成分的總體是在上升的，與前人結(jié)論相符［13］。從微量成分的復(fù)雜度來看，優(yōu)質(zhì)酒的復(fù)雜度高于普通酒，與人們普遍認為微量成分越復(fù)雜酒的香味越突出相符。

2.3古井貢酒香味成分復(fù)雜度分析

對古井貢酒四個等級的白酒氣相色譜結(jié)果進行分析，計算其微量成分總含量、復(fù)雜度隨白酒品質(zhì)的變化，結(jié)果見圖3。

圖3　古井貢酒香味成分含量以及復(fù)雜度變化Fig.3 Aromatic compositions and com p lexity variation of Gujinggong liquor

由圖3可知，結(jié)果顯示優(yōu)質(zhì)酒的微量成分含量高于普通酒。從復(fù)雜度來看，復(fù)雜度隨著酒的品質(zhì)提高而增加。也符合酒質(zhì)量越優(yōu)，成分越復(fù)雜的規(guī)律。

2.4三個品牌白酒間復(fù)雜度差異比較

對三個品牌白酒復(fù)雜度進行比較［14］，結(jié)果見表2。

表2　三個品牌白酒復(fù)雜度差異比較Table 2 Differences in com p lexity of three brands ofLuzhou-flavor liquors

由表2可以看出，三種品牌的白酒香味成分復(fù)雜度的差異大于總含量的差異。不同品牌間的香味成分復(fù)雜度差異較大。結(jié)果表明，香味成分復(fù)雜度體現(xiàn)出酒體中不同物質(zhì)的平衡狀態(tài)，能更體現(xiàn)了白酒香氣物質(zhì)種類和含量的個性和共性，反映了白酒風(fēng)味的典型性及相似性。

2.5復(fù)雜度與香味物質(zhì)總含量之間的相關(guān)性檢驗

為了檢驗香味物質(zhì)總量與復(fù)雜度之間的關(guān)系，本研究進一步對香味成分總量與復(fù)雜度相關(guān)性進行了分析。結(jié)果顯示相關(guān)系數(shù)為-0.289，顯著性水平為0.338。說明酒體香味物質(zhì)的總量與香味成分復(fù)雜度基本不相關(guān)，復(fù)雜度并不僅僅是有香味成分的總量決定的，而是由多因素構(gòu)成的。

3　結(jié)論

目前，我國白酒香型主要依靠人工品嘗和香味成分含量比例的不同來區(qū)分［15］，但白酒是種復(fù)雜的非均相膠體溶液，各個成分之間的相互作用、各個成分在環(huán)境條件下的表現(xiàn)行為以及對味覺和嗅覺的作用情況很難清楚說明。本研究在單參數(shù)模型和雙參數(shù)模型下探討了濃香型白酒的復(fù)雜度，用熵理論定性描述酒體香味成分的復(fù)雜度，得出酒體品質(zhì)總體隨酒體復(fù)雜度增加而改善，并且與香味成分總含量相關(guān)性不高的重要結(jié)論。

對于不同品牌白酒的鑒別，以往的報道還是以主成分分析為主［16-17］。本研究對于不同品牌間酒體香味成分的分析結(jié)果提示，不同品牌白酒復(fù)雜度差異較大，形成不同白酒風(fēng)格的決定因素主要取決于不同成分的平衡，而與香體成分的總體含量相關(guān)性不高，以復(fù)雜度為變量可用于不同品牌白酒的區(qū)分具有一定的可行性。這些結(jié)論對于白酒生產(chǎn)勾兌及品評定級給出了新的思路及參考依據(jù)。

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Analysis of aromatic composition complexity of Luzhou-flavor liquors based on the information entropy

LIANG Lijing，LI Jin，WU Dongmei
（Luzhou Vocational and Technical College，Luzhou 646000，China）

The relationship between Chinese liquor aroma and liquor style and quality was discussed.This study focused on the three brands of Luzhou liquors w ith various grades，and the aromatic compositions were taken as a complex system.Information entropy was defined as complexity of liquor flavor，to quantitatively describe aroma com positions，and analyze the relationships between the complexity of aromatic com position and the quality of Luzhou liquor.The results showed that the complexity is not only decided by the aroma components content，but it is feasible to distinguish Chinese liquor with different brands.

information entropy；aromatic composition；complexity

TS261．7

0254-5071（2016）05-0154-03

10．11882/j．issn．0254-5071．2016．05．032

2015-11-22

瀘州市科技局項目（2014-S-50（1/7））；四川省教育廳項目（CJCB13-10）

梁麗靜（1983-），女，講師，碩士，研究方向為白酒釀造、增香調(diào)味。