不同原料釀造單糧白酒風味物質特異性分析

江 偉,韋 杰,李寶生,3,董建輝,王曉軍,蘇志華,韓興林,皇甫潔,欒春光,郝建秦,王德良

(1.中國食品發酵工業研究院有限公司,國家酒類品質與安全國際聯合研究中心,北京 100015;2.宣賓竹海酒業有限公司,四川 宜賓 644304;3.南陽師范學院生命科學與技術學院,河南 南陽 473061;4.承德大清獵苑酒業有限公司,河北 承德 068450)

中國白酒是以糧谷為主要原料,以酒曲為糖化發酵劑,經固態、半固態或液態發酵、蒸餾、貯存、勾兌而成的蒸餾酒[1]。白酒作為中國傳統的飲料酒,與威士忌、伏特加、朗姆酒、白蘭地和金酒并列為世界著名六大蒸餾酒。白酒按照香氣風格特點可分為醬香型、濃香型、清香型、米香型、兼香型、鳳香型等13 個香型[2]。釀造白酒的原料較多,以高粱、玉米、大米、小麥、糯米和青稞等糧食為主。不同原料釀造白酒的風味物質并不同,這些物質主要由醇、酸、酯、醛、酮類等物質構成,它們在酒中的分布和含量不相同,也因此決定白酒的香氣和口味[3-5]。

白酒中的微量香味成分是構成白酒香味和風格的重要物質。從20世紀50年代開始研究,到目前為止己經在我國白酒中檢測到近1 000 種成分[6]。目前經常使用氣相色譜-質譜(gas chromatography-mass spectrometry,GCMS)聯用技術結合氣相色譜-聞香(gas chromatographyolfactometry,GC-O)技術對白酒中的風味物質進行定量和定性分析[7-9]。GC-MS出現于20世紀50年代,它具有GC可對復雜組分分離和含量測量的特點,還兼顧MS的選擇性高、鑒別能力強的優點[10]。GC-MS聯用技術能快速分離和鑒定樣品,并對于批量物質的整體和動態分析起到了很大的促進作用。自20世紀90年代以后,GC-MS技術在白酒香氣成分的鑒定中得到廣泛應用[11-16]。GC-O技術是一種發現樣品中可能存在的香氣化合物的技術,它將傳統的人工聞香與GC技術結合,通過在色譜柱末端增加一個三通,將原來直接進入檢測器的氣流分一部分出來,進行人工聞香[17]。21世紀初,GC-O技術在白酒風味分析中也得到廣泛應用[18-20]。

目前,國內對于白酒風味的研究報道非常多,包括各種香型白酒風味的分析比較[21-28],但是對不同原料釀造白酒風味物質的研究非常少。本研究采用GC-O-MS技術對5 種不同原料高粱、小麥、大米、糯米和玉米釀造白酒的風味物質進行定量分析,并針對這5 種原料酒的香氣活性物質進行鑒定,最后采用感官評價方式比較它們的酒體風味和質量,為選擇不同的釀酒原料提供科學依據[29-30]。課題組己研究5 種不同原料蒸煮后對白酒香氣的影響[31],現進一步對不同原料釀造白酒中風味物質的特異性進行分析。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

糧谷原料為高粱、小麥、大米、糯米、玉米,原料產地分別為澳大利亞和中國河南、四川、湖北、甘肅。

大曲為中溫大曲(酒廠提供);酵母購自安琪酵母(伊犁)有限公司。

內標試劑:叔戊醇(色譜純,96.0%)、乙酸正戊酯(色譜純,98.5%)、2-乙基丁酸(色譜純,99%)美國Sigma-Aldrich公司。

1.2 儀器與設備

DLFU盤式粉碎機 德國Buhler-Miag公司;ST180-A蘇格電磁爐 廣東省中山市蘇格電器有限公司;Clarus 600氣相色譜儀-Autosystem XL質譜儀 美國PerkinElmer公司;CP-WAX毛細管柱(50 m×0.25 mm,0.2 μm)、7890 A-Sniffer 9000-7000 GC-MS聯用儀美國Agilent公司;Al204電子天平 梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司;嗅聞儀 瑞士Brechbuhler公司;蒸酒器設備(2 kg規格) 自制改裝。

1.3 方法

1.3.1 釀酒工藝流程和要點

以清香型大曲白酒的工藝流程為基礎,進行釀造實驗,見圖1。

圖1 清香型白酒工藝流程Fig. 1 Flow chart for the brewing process of Fen-f l avor Chinese Baijiu

粉碎:稱取原料1.7 kg,用粉碎機粉碎粒度至1.5 mm。潤糧堆積:向粉碎后的原料中加入原料量65%的熱水;用紗布覆蓋堆料,每隔5～6 h翻拌一次;堆積22 h。蒸糧:原料采用清蒸;裝甑上料,要求見汽撒料,均勻上平;蒸糧80 min。加水揚冷:蒸后的紅糝趁熱出甑并攤成長方形,潑入原料量30%的冷水。添加微生物:大曲加入量為原料量的12%,安琪酵母加入量為原料量的0.02%,再加入原料量2%糖水活化20 min。發酵:采用壇子發酵,瓷碗倒扣后加水密封,發酵期為25 d。蒸酒:發酵結束,酒醅拌入原料量20%的稻殼進行清蒸接酒。

1.3.2 GC-MS條件

GC條件:進口溫度240 ℃,載氣He,流速1 mL/min,進樣量1 μL,分流比10∶1。升溫程序為35 ℃保持6 min,以4 ℃/min程序升溫至60 ℃,以6 ℃/min程序升溫至110 ℃,保持3 min,以6 ℃/min程序升溫至205 ℃,保持13 min。

MS條件:電子電離源70 eV,離子源溫度230 ℃,傳輸線溫度240 ℃,質量掃描范圍29～300 u。

1.3.3 固相微萃取(solid-phase microextraction,SPME)條件

將白酒樣品稀釋至體積分數15%,量取10 mL于30 mL萃取瓶中,加蓋密封置于55 ℃水浴鍋中平衡20 min,SPME吸附40 min后插入GC進樣口,250 ℃條件下解吸5 min。

1.3.4 GC-O-MS分析條件

GC柱溫箱程序升溫條件:初始溫度40 ℃,以2 ℃/min速率升至215 ℃,保持3 min。進樣口溫度250 ℃,載氣He,流速1.2 mL/min,壓力145.82 kPa,不分流。

MS條件:電子電離源,電子能量70 eV,傳輸線溫度280 ℃,離子源溫度230 ℃,四極桿溫度150 ℃,溶劑延遲4 min,質量掃描范圍m/z 55～500。

嗅聞口:接口溫度為200 ℃。通以濕空氣,提高嗅聞人員的靈敏度和舒適度。

本實驗選擇3 位嗅聞人員,均己通過標準品的培訓,其中有1 位是白酒國家評委。感官評價員嗅聞時記錄所聞到化合物的保留時間、氣味強度以及對其氣味特性進行適當的描述。氣味強度共分為5 個等級進行評價,即1:極弱;2:弱;3:中等;4:強;5:極強。當3 個評價員中至少有2 個得出相同的結論,評價方可算作有效,從而來確定嗅聞活性物質的強度。

1.3.5 化合物定性

化合物在GC-O-MS上的采集信息通過Masshunter Workstation B.03.01數據處理軟件處理。采用美國國家標準與技術研究所NIST(National Institute of Standards and Technology)譜庫2.0檢索、化合物的保留指數和氣味特性3 種方法共同定性揮發性香氣成分;部分物質通過與標準化合物的線性保留指數(linear retention index,LRI)和芳香特性比較實現精確定性。化合物LRI利用系列正構烷烴換算,計算公式如下:

式中:tn+1為碳數為n+1的正構烷烴保留時間;tn為碳數為n的正構烷烴保留時間;t為未知物的GC保留時間(tn＜t＜tn+1)。

1.3.6 感官評價

選擇7 名國家級白酒評委進行感官品評,將釀造出不同的白酒依次倒入50 mL無色透明的品評杯中供其品嘗。每次品嘗微量(約2 mL),品嘗完漱口進行下一種白酒的品嘗,依次打分并且描述其特征。打分的范圍為0(無味)～9(無法掩蓋的味道)。

2 結果與分析

2.1 5 種原料酒GC-O-MS分析

5 種白酒經SPME提取,GC-O-MS檢測分析,鑒定出的揮發性成分并不都對白酒的香氣有貢獻。GC-O-MS可以通過嗅聞鑒定出白酒的香氣活性物質,總離子流圖見圖2。

圖25 種原料酒GC-O-MS譜圖Fig. 2 GC-O-MS Spectra for five single-grain Chinese Baijiu

5 種單糧白酒經GC-O-MS分析,香氣成分主要包括萜烯類、雜環類、醇類、芳香類、醛類、酯類物質,5 種糧食的香氣成分差異見圖3。高粱、小麥、大米、玉米、糯米的單糧白酒樣品分別發現71、59、62、31、70 種香氣成分。5 種白酒樣品中酯類物質最多,萜烯類的物質最少。其中,高粱酒中酯類物質最多,醛類和芳香類物質在高粱酒和糯米酒中最多,醇類、雜環類、萜烯類和其他類物質在5 種酒樣中數量相差無幾。

表1 5 種原料酒香氣活性物質分析Table 1Aroma-active compounds identi fied in five single-grain Chinese Baijiu

圖3 5 種單糧白酒的香氣成分對比分析Fig. 3 Comparative analysis of flavor compounds of five single-grain Chinese Baijiu

除對比5 種單糧白酒的整體風味情況以外,進一步根據嗅聞強度共鑒定出25 種香氣活性物質,如表1所示。其中小麥酒的香氣活性物質最多,為23 種,高梁酒為22 種,玉米酒2 種,大米酒為20 種,糯米酒18 種。5 種原料酒均檢測到的香氣活性物質為16 種:乙酸乙酯、異戊醛、乙醇、異丁酸乙酯、2-甲基丁酸乙酯、異戊酸乙酯、異戊醇、2-正戊基呋喃、己酸乙酯、壬醛、辛酸乙酯、壬酸乙酯、癸酸乙酯、(E)-4-癸烯酸乙酯、月桂酸乙酯、棕櫚酸乙酯。這些種物質中,大部分為酯類,貢獻了水果香和花香。貢獻香氣程度較大的物質為乙酸乙酯、2-甲基丁酸乙酯、2-正戊基呋喃、己酸乙酯、辛酸乙酯,貢香比例(酒體中各香氣活性物質提供香氣的比例)分別為2.68%～3.97%、0.07%～0.16%、0.14%～1.25%、2.3%～3.74%、8.64%～19.64%。其中高粱酒有9 種物質的香氣貢獻較大(嗅聞強度≥4),小麥酒、大米酒和玉米酒分別有7 種,糯米酒有5 種。

2.2 5 種原料酒感官評價分析

圖4 5 種原料酒酒風味感官指紋圖譜Fig. 4 Sensory evaluation fingerprints of flavor of five single-grain Chinese Baijiu

經專業人員對5 種原料酒進行感官評價及評分,整理并繪制成糧谷酒風味特征雷達圖。從圖4可以看出,高粱酒在潤滑感、協調感、整體風格較其他原料釀造的白酒評價高,高粱酒酯香則和小麥酒的感官評價相同;玉米酒在原料香、醇香上評價高;糯米酒爽凈感與大米酒相同;大米酒在花香上感官特征比其他原料高。這一結果與傳統釀造中“高粱香,玉米甜,大米凈”相契合。

3 結 論

通過GC-O-MS技術首先鑒定出高粱、小麥、大米、玉米、糯米單糧白酒樣品的風味物質,分別有71、59、62、31、70 種香氣成分,可見各種單糧白酒存在顯著差異。同時,基于嗅聞情況,發現高粱酒、小麥酒、大米酒、糯米酒和玉米酒的香氣活性物質分別為22、23、20、18、21 種,貢獻香氣程度較大的物質是乙酸乙酯、2-甲基丁酸乙酯、2-正戊基呋喃、己酸乙酯、辛酸乙酯,貢香比例范圍分別為2.68%～3.97%、0.07%～0.16%、0.14%～1.25%、2.3%～3.74%、8.64%～19.64%。其中高粱酒有9 種物質的香氣貢獻較大(嗅聞強度≥4),小麥酒、大米酒和玉米酒分別有7 種,糯米酒有5 種。通過感官評價分析,高粱以酯香、整體協調風格評價最高,小麥酒以酯香為主,玉米酒以原料香和醇香為主,大米酒和糯米酒則以爽凈感為主。

綜上所述,選擇高粱為釀制白酒的主要原料是中國白酒長期的生產實踐[30],本研究從揮發性成分含量和香氣活性物質的嗅聞強度以及感官評價等實驗表明,高粱酒的風味都是占據優勢地位。本研究中不同的原料釀造的白酒風味各具特色,可為提高白酒質量提供了理論依據,同時對釀造白酒時選擇原料提供了指導。