利用二維氣相色譜質(zhì)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(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心（昆明 650231）；2. 上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)香料香精技術(shù)與工程學(xué)院（上海 201418）

中國(guó)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(fā)酵劑，經(jīng)過(guò)蒸煮、糖化、發(fā)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(chǎn)，代表著中國(guó)釀酒技術(shù)和蒸餾技術(shù)的獨(dú)特技能和精湛的技術(shù)水平[1]。

白酒中風(fēng)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(fā)現(xiàn)一種通過(guò)PEG-20M在402有機(jī)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(shù)分析北大倉(cāng)白酒的香氣成分，分離并鑒定30種物質(zhì)，構(gòu)成北大倉(cāng)白酒香氣成分的骨架；葉鵬等[4]通過(guò)GC-MS對(duì)“翔安郵”清香型高梁酒主要香氣成分進(jìn)行分析，鑒定出22種香氣成分。然而中國(guó)白酒的復(fù)雜性不僅體現(xiàn)在化合物的數(shù)量和揮發(fā)性上，還體現(xiàn)在化合物分類方面。利用一維氣相色譜在分析復(fù)雜樣品時(shí)，由于只使用簡(jiǎn)單的柱狀分析，達(dá)不到完全分離效果，雜質(zhì)峰的增多也為化合物的鑒別帶來(lái)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(qū)分各成分[5]。二維氣相色譜質(zhì)譜由于更注重調(diào)制器的效果，在同等情況下，二維氣相色譜質(zhì)譜探測(cè)到的峰更多，峰高的增幅也更大，還具有靈敏度高、分析時(shí)間短等特點(diǎn)，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(zhì)譜在白酒香氣成分鑒定方面有明顯優(yōu)勢(shì)[7]。

試驗(yàn)采用頂空固相微萃取（SPME）法全二維氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用的方法分析清香型白酒中的香氣成分，使用保留指數(shù)對(duì)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(zhì)量等級(jí)優(yōu)級(jí)，山西省汾陽(yáng)市杏花村）；紅星二鍋頭酒（酒精度53%vol，質(zhì)量等級(jí)優(yōu)級(jí)，山西杏花村汾酒集團(tuán)有限公司）；杏花村世家酒（酒精度53%vol，質(zhì)量等級(jí)一級(jí)）；NaCl、2-辛醇（均為分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）。

1.2 儀器設(shè)備

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

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(jìn)樣口插入SPME萃取頭進(jìn)行老化操作，操作條件為：老化溫度250 ℃；老化時(shí)間15 min，載氣流速1.0 mL/min。準(zhǔn)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(nèi)標(biāo)）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(jīng)過(guò)老化處理的固相微萃取頭，注意萃取頭應(yīng)處于樣品之上1 cm左右，恒溫保持45 min。萃取結(jié)束后取出，迅速插入二維氣相色譜質(zhì)譜儀的進(jìn)樣口，于250 ℃下解吸5 min后進(jìn)行GC-MS試驗(yàn)。

1.3.2 二維氣相色譜質(zhì)譜

調(diào)整二維氣相色譜質(zhì)譜的試驗(yàn)條件對(duì)白酒樣品中香氣成分進(jìn)行分析。

1) GC色譜條件

柱溫箱溫度60 ℃；進(jìn)樣口溫度250 ℃；進(jìn)樣口模式split；載氣He2，純度99.999 5%；初始?jí)毫?00～900 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(zhì)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(shí)間4 min；質(zhì)譜掃描范圍50～400 amu；掃描質(zhì)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(nèi)標(biāo)法

準(zhǔn)確稱取質(zhì)量Wm白酒樣品，加入質(zhì)量Ws內(nèi)標(biāo)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(jìn)行二維氣相色譜質(zhì)譜分析，根據(jù)白酒樣品中被測(cè)組分和內(nèi)標(biāo)質(zhì)量及其峰面積比，求出白酒中各個(gè)香氣成分百分含量，按式（1）計(jì)算。

式中：Pi為組分i的百分含量；Ai、As分別是被測(cè)組分和內(nèi)標(biāo)物峰面積；Fi、Fs分別是被測(cè)組分和內(nèi)標(biāo)物質(zhì)量校正因子。

2 結(jié)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(zhì)譜聯(lián)用，對(duì)汾酒進(jìn)行香氣分析，結(jié)果如圖1所示。

在二維氣相色譜質(zhì)譜分析中，共分析出255種汾酒香氣成分。如圖1所示，每個(gè)圓表示汾酒的香氣成分，圓的顏色深淺表示每個(gè)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(zhì)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(zhì)、醇類、含氮化合物含量相對(duì)較高，是白酒香氣物質(zhì)的主要組成部分。其中，1-戊醇含量最高，達(dá)49.10%，可見(jiàn)醇類物質(zhì)對(duì)汾酒香氣貢獻(xiàn)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(zhì)譜聯(lián)用，對(duì)紅星二鍋頭酒進(jìn)行香氣分析，結(jié)果如圖2所示。

在二維氣相色譜質(zhì)譜分析中，紅星二鍋頭酒測(cè)出250種香氣成分（除內(nèi)標(biāo)2-辛醇）。如圖2所示，每個(gè)圓表示的是汾酒的香氣成分，圓的顏色深淺表示每個(gè)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(huán)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(duì)較高，分別23.32%和12.37%。可以看出，醇類、酯類物質(zhì)對(duì)紅星二鍋頭香氣貢獻(xiàn)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(zhì)譜聯(lián)用，對(duì)杏花村世家酒進(jìn)行香氣分析，結(jié)果如圖3所示。

在二維氣相色譜質(zhì)譜分析中，杏花村世家酒測(cè)出250種香氣成分（除內(nèi)標(biāo)2-辛醇）。如圖3所示，每個(gè)圓表示汾酒香氣成分，圓的顏色深淺表示每個(gè)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(dá)53.13%。選出香氣貢獻(xiàn)值最高的前30種物質(zhì)，見(jiàn)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(duì)酒香氣貢獻(xiàn)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(zhì)譜分別對(duì)汾酒、紅星二鍋頭酒、杏花村世家酒進(jìn)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(lái)。

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(jié)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(shù)是在微生物的生化反應(yīng)中得來(lái)[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(xiàn)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(xì)菌等微生物中的作用下，糖、氨基酸等成分產(chǎn)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(zhì)，香氣為酸味、汗臭和脂肪臭。白酒在發(fā)酵階段原料中的淀粉、脂肪、蛋白質(zhì)等許多有機(jī)物質(zhì)在細(xì)菌、霉菌和酵母菌等微生物的作用下，通過(guò)一系列生物化學(xué)生成的，是白酒生產(chǎn)過(guò)程中的必然產(chǎn)物[9]。在清香型白酒中，己酸香氣貢獻(xiàn)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(lái)源于白酒原料或者輔料、酒曲的原料中的風(fēng)味物質(zhì)[10]；或以還原性糖和氨基酸發(fā)生美拉德反應(yīng)的產(chǎn)物；或以該反應(yīng)所生成的醛類物質(zhì)，在后續(xù)發(fā)酵過(guò)程中可氧化成相應(yīng)的酸，或還原成相應(yīng)的醇，同時(shí)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(jiān)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(jié)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(duì)象，通過(guò)頂空固相微萃取（SPME）法萃取白酒樣品中的香氣成分，通過(guò)二維氣相色譜質(zhì)譜進(jìn)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(nèi)標(biāo)法，通過(guò)峰面積等數(shù)據(jù)，計(jì)算出清香型白酒香氣成分的定量分析。

通過(guò)二維氣相色譜質(zhì)譜分析，汾酒測(cè)出香氣成分255種，紅星二鍋頭酒測(cè)出香氣成分250種，杏花村世家酒測(cè)出香氣成分218種。結(jié)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(nèi)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(duì)白酒的香氣貢獻(xiàn)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(jiān)果香、焦糖香等。