利用二維氣相色譜質譜鑒定清香型白酒香氣成分

蔡炳彪，張鳳梅*，牛云蔚

1. 云南中煙工業有限責任公司技術中心（昆明 650231）；2. 上海應用技術大學香料香精技術與工程學院（上海 201418）

中國白酒是世界上六大蒸餾酒之一，是以糧谷為主要原料，以大曲、小曲或麩曲及酒母等為糖化發酵劑，經過蒸煮、糖化、發酵、蒸餾等一系列步驟而制成香味濃郁的蒸餾酒，歷史悠久，作為中華民族的珍貴遺產，代表著中國釀酒技術和蒸餾技術的獨特技能和精湛的技術水平[1]。

白酒中風味成分的差異使得白酒之間具有不同香氣和滋味。劉齊等[2]發現一種通過PEG-20M在402有機載體改性作為氣相色譜固定相的方法鑒別出白酒中16種香氣成分；尤紅梅等[3]使用溶劑萃取法，采用GC-MS技術分析北大倉白酒的香氣成分，分離并鑒定30種物質，構成北大倉白酒香氣成分的骨架；葉鵬等[4]通過GC-MS對“翔安郵”清香型高梁酒主要香氣成分進行分析，鑒定出22種香氣成分。然而中國白酒的復雜性不僅體現在化合物的數量和揮發性上，還體現在化合物分類方面。利用一維氣相色譜在分析復雜樣品時，由于只使用簡單的柱狀分析，達不到完全分離效果，雜質峰的增多也為化合物的鑒別帶來困難。即使使用多選擇性的固定色譜柱，在溫度受控制條件下，難以精確區分各成分[5]。二維氣相色譜質譜由于更注重調制器的效果，在同等情況下，二維氣相色譜質譜探測到的峰更多，峰高的增幅也更大，還具有靈敏度高、分析時間短等特點，是目前最厲害的分離工具之一[6]，這些都足以證明二維氣相色譜質譜在白酒香氣成分鑒定方面有明顯優勢[7]。

試驗采用頂空固相微萃取（SPME）法全二維氣相色譜-質譜聯用的方法分析清香型白酒中的香氣成分，使用保留指數對白酒樣品中的香氣成分定性，明確香氣成分的種類，揭示清香型白酒的香氣成分。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

汾酒（酒精度53%vol，質量等級優級，山西省汾陽市杏花村）；紅星二鍋頭酒（酒精度53%vol，質量等級優級，山西杏花村汾酒集團有限公司）；杏花村世家酒（酒精度53%vol，質量等級一級）；NaCl、2-辛醇（均為分析純，國藥集團化學試劑有限公司）。

1.2 儀器設備

電子天平（BS 124 S，賽多利斯科學儀器（北京）有限公司）；恒溫數顯水浴鍋（HH-2，金壇市岸頭國瑞儀器廠）；二維氣相色譜-三重四級桿質譜聯用儀（GCMS-QP 2010 PLUSAF）、氣相色譜儀老化儀器（TQ 8040，島津企業（中國）管理有限公司）；移液器（720010，百得移液器服務中心）；冷噴調制器（KT-2001，Zoex Corp. Lincoln（美國））。

1.3 方法

1.3.1 頂空固相微萃取

在氣相色譜儀老化儀器的進樣口插入SPME萃取頭進行老化操作，操作條件為：老化溫度250 ℃；老化時間15 min，載氣流速1.0 mL/min。準確稱取1 g NaCl，用移液器分別吸取1 mL白酒樣品，4 mL蒸餾水和2 μL 400 mg/L的2-辛醇（內標）于20 mL頂空瓶中，搖勻密封，放入恒溫水浴鍋，水浴溫度為50 ℃，插入經過老化處理的固相微萃取頭，注意萃取頭應處于樣品之上1 cm左右，恒溫保持45 min。萃取結束后取出，迅速插入二維氣相色譜質譜儀的進樣口，于250 ℃下解吸5 min后進行GC-MS試驗。

1.3.2 二維氣相色譜質譜

調整二維氣相色譜質譜的試驗條件對白酒樣品中香氣成分進行分析。

1) GC色譜條件

柱溫箱溫度60 ℃；進樣口溫度250 ℃；進樣口模式split；載氣He2，純度99.999 5%；初始壓力500～900 kPa；流速控制模式，壓力；壓力210 kPa；總流速13.4 mL/min；柱流速0.95 mL/min；線速率110.8 cm/s；分流比10∶1。升溫程序（1GC）：以60 ℃保持2 min，以5 ℃/min升溫至80 ℃，保持20 min，再以3 ℃/min升溫至120 ℃。升溫程序（2GC）：以60 ℃保持3 min，以3 ℃/min升溫至120 ℃，保持1 min，再以4 ℃/min升溫至230 ℃，保持16.5 min。

2) MS質譜條件

離子源，EI源；電子能量70 eV；選取250 ℃作為EI溫度；溶劑延遲時間4 min；質譜掃描范圍50～400 amu；掃描質量范圍35～325 m/z；掃描速度20 000 U/s；掃描模式，全掃描。

1.3.3 內標法

準確稱取質量Wm白酒樣品，加入質量Ws內標物即2-辛醇，用溶劑乙醇配成一定量400 mg/L的2-辛醇溶液，進行二維氣相色譜質譜分析，根據白酒樣品中被測組分和內標質量及其峰面積比，求出白酒中各個香氣成分百分含量，按式（1）計算。

式中：Pi為組分i的百分含量；Ai、As分別是被測組分和內標物峰面積；Fi、Fs分別是被測組分和內標物質量校正因子。

2 結果與分析

2.1 汾酒香氣成分分析

使用頂空固相微萃取/二維氣相色譜-質譜聯用，對汾酒進行香氣分析，結果如圖1所示。

在二維氣相色譜質譜分析中，共分析出255種汾酒香氣成分。如圖1所示，每個圓表示汾酒的香氣成分，圓的顏色深淺表示每個香氣成分含量多少。選取匹配度大于80的香氣成分，共57種，酯類化合物19種，其中丙酸-2-乙酯、1, 2, 3-丙基丁酸-2-乙酯、辛酸乙酯、1, 2-二甲基-1-H-吲哚-5-乙酸酯、3-甲基-4-（1, 3, 3, 3-四氟-2-甲酯基-丙硫基）-苯甲酸苯基酯、庚酸乙酯含量較高；醇類物質11種，其中2-辛醇、1-己醇、3-甲基-4-戊烯-2-醇、苯乙醇含量較高；含氮化合物7種，其中酸類3種，烯類2種，醛類2種，酮類1種。酒樣中酯類物質、醇類、含氮化合物含量相對較高，是白酒香氣物質的主要組成部分。其中，1-戊醇含量最高，達49.10%，可見醇類物質對汾酒香氣貢獻程度較大。

圖1 汾酒香氣成分

表1 汾酒香氣成分種類

表2 汾酒香氣成分的含量百分比

2.2 紅星二鍋頭香氣成分分析

使用頂空固相微萃取/二維氣相色譜-質譜聯用，對紅星二鍋頭酒進行香氣分析，結果如圖2所示。

在二維氣相色譜質譜分析中，紅星二鍋頭酒測出250種香氣成分（除內標2-辛醇）。如圖2所示，每個圓表示的是汾酒的香氣成分，圓的顏色深淺表示每個香氣成分含量多少。選取匹配度大于80的香氣成分，共51種，酯類化合物28種，其中癸酸乙酯、辛酸乙酯、壬酸乙酯、5-甲基壬酸乙酯、2-乙基-1, 2, 3-丙三丁酸酯、十五烷酸乙酯、4-乙基苯甲酸環戊酯含量較高，醇類3種、含氮類3種、酸類4種、烯類3種、酮類4種。紅星二鍋頭酒樣中酯類含量較高，占45.1%；醇類占5.88%，其中1-戊醇、癸酸乙酯含量相對較高，分別23.32%和12.37%。可以看出，醇類、酯類物質對紅星二鍋頭香氣貢獻程度較大。

2.3 杏花村世家香氣成分分析

使用頂空固相微萃取/二維氣相色譜質譜聯用，對杏花村世家酒進行香氣分析，結果如圖3所示。

在二維氣相色譜質譜分析中，杏花村世家酒測出250種香氣成分（除內標2-辛醇）。如圖3所示，每個圓表示汾酒香氣成分，圓的顏色深淺表示每個香氣成分含量多少。選取匹配度大于80的香氣成分，共31種，其中酯類化合物16種，辛酸乙酯、己酸乙酯、2-乙基-1, 2, 3-丙三丁酸酯、2-乙基-羥基丙酸酯、庚酸乙酯、壬酸乙酯、癸酸乙酯、5-甲基-壬酸乙酯、9-氧代壬酸乙酯含量較高；醇類化合物3種、含氮化合物2種、酸類1種、烯類3種、醛類1種、酮類1種。表5為杏花村世家中香氣成分種類歸納，其中酯類所占比例高達53.13%。選出香氣貢獻值最高的前30種物質，見表6，其中乙醇、1-戊醇含量較高，分別28.78%和27.88%，可以看出，杏花村世家酒中醇類對酒香氣貢獻程度較大。

圖2 紅星二鍋頭香氣成分

表3 紅星二鍋頭香氣成分種類

表4 紅星二鍋頭香氣成分的含量百分比

圖3 杏花村世家香氣成分

表5 杏花村世家香氣成分種類

表6 杏花村世家酒香氣成分的含量百分比

2.4 清香型白酒香分析

利用二維氣相色譜質譜分別對汾酒、紅星二鍋頭酒、杏花村世家酒進行定性定量分析。其中，酯類、醇類、酸類、酮類、醛類、呋喃類、縮醛類、吡嗪類、含氮化合物、含硫化合物化物和噻唑類等香氣成分被鑒定出來。

從汾酒、紅星二鍋頭酒、杏花村世家酒的香氣成分的定性定量的分析中，可以總結出清香型白酒的香氣成分可以分為幾類：酯類化合物、醇類化合物、酸類化合物、羰基化合物、含氮含硫類化合物等。

酯類化合物是白酒中最重要且香氣最豐富的化合物，一般具有水果香、花香。白酒中的酯類化合物大多數是在微生物的生化反應中得來[8]。在清香型白酒中，乙酸乙酯、辛酸乙酯作為酯類化合物，含量較高，香氣貢獻較大，它們分別具有菠蘿的特征香氣和水果香。醇類化合物是清香型白酒中含量較多的香氣成分，香氣描述大都是醇香、水果香等。在霉菌、酵母、細菌等微生物中的作用下，糖、氨基酸等成分產生清香型白酒中的醇類化合物（一元醇，多元醇和芳香醇）。酸類化合物一般指的是脂肪酸類物質，香氣為酸味、汗臭和脂肪臭。白酒在發酵階段原料中的淀粉、脂肪、蛋白質等許多有機物質在細菌、霉菌和酵母菌等微生物的作用下，通過一系列生物化學生成的，是白酒生產過程中的必然產物[9]。在清香型白酒中，己酸香氣貢獻很大，香氣為汗臭、奶酪香。其次是具有奶酪香、油脂腐臭味的丁酸。羰基化合物主要包括酮類、醛類和乙縮醛，在白酒中具有水果香、青香。在清香型白酒中，含氮化合物和含硫化合物的種類不多，在白酒中主要來源于白酒原料或者輔料、酒曲的原料中的風味物質[10]；或以還原性糖和氨基酸發生美拉德反應的產物；或以該反應所生成的醛類物質，在后續發酵過程中可氧化成相應的酸，或還原成相應的醇，同時可與乙醇縮合生成縮醛類化合物，吡嗪和吡啶衍生物是含氮化合物和含硫化合物中的主要成分，在清香型白酒中香氣描述大多是烘烤香、堅果香、焦糖香等。

圖4 3種清香型白酒香氣成分百分含量

表7 3種清香型白酒香氣成分百分含量

3 結論

以汾酒、紅星二鍋頭酒、杏花村世家酒為代表的清香型白酒為研究對象，通過頂空固相微萃取（SPME）法萃取白酒樣品中的香氣成分，通過二維氣相色譜質譜進行香氣成分的鑒定，得出清香型白酒香氣成分定性分析。使用內標法，通過峰面積等數據，計算出清香型白酒香氣成分的定量分析。

通過二維氣相色譜質譜分析，汾酒測出香氣成分255種，紅星二鍋頭酒測出香氣成分250種，杏花村世家酒測出香氣成分218種。結果表明，清香型白酒中含量最多的是酯類，其次是醇類、酮類、酸類、醛類、內酯類、含氮化合物、含硫化合物乙縮醛類化合物。酯類化合物種類最多，對白酒的香氣貢獻最大，提供水果香和花香等；醇類化合物含量很多，提供醇香和水果香等；酸類化合物提供醋酸、酸臭、汗臭和脂肪臭等；羰基化合物提供水果香和青香等；含氮化合物和含硫化合物提供烘烤香、堅果香、焦糖香等。