白酒中焦香成分研究進展

孫 魁，張 娟，滕瑞男，張瑞景，蔡鳳嬌*

（1.湖北工業大學 生物工程與食品學院，湖北 武漢 430068；2.湖北工業大學工業發酵湖北省協同創新中心，湖北 武漢 430068；3.湖北工業大學 發酵工程教育部重點實驗室，湖北 武漢 430068）

中國白酒是世界上古老的酒種，有著近千年的歷史。白酒的分類，按照香型可以分為醬香型白酒、濃香型白酒、清香型白酒、米香型白酒、芝麻香型白酒等12種香型[1]，其中具有焦香風味有醬香型白酒、芝麻香型白酒和兼香型白酒。隨著醬香型白酒和芝麻香型白酒產值、產量逐步提高，人們對它們中的成分研究越來越重視，其中的焦香成為研究的重點之一。

焦香（烘烤香）是由含糖谷物加熱時產生的香味，以及烤堅果的微芳焦香[2]，是芝麻香型白酒和醬香型白酒的重要風味之一。芝麻香型和醬香型白酒有一些相似，醬香型白酒必定有焦香，芝麻香型也有焦香，二者側重點不同[3]。醬香型白酒和芝麻香型白酒的焦香風味來源是釀造過程中高溫制曲、高溫堆積、高溫流酒以及長堆積時間產生的美拉德反應[4]，其產物有吡嗪類化合物、吡啶類化合物、呋喃酮類化合物，其中吡嗪類化合物是重要的焦香物質[5]。白酒中焦香物質還有一部分來源于生物發酵，其中包括枯草芽孢桿菌產四甲基吡嗪[6]。本文介紹了白酒中焦香風味的產生原因、提取方法及分析技術的研究進展，以期為白酒中的焦香風味分析提供參考。

1 焦香風味主要成分及其產生的原因

1.1 焦香風味的成分

王莉等[10]對茅臺酒中含氮化合物的檢測發現，茅臺酒中56種含氮類物質，其中35種吡嗪、21種其他含氮類物質；根據報道吡嗪類化合物風味閾值低，具有堅果香和烘烤香等怡人風味[11]，并對其他香味物質有明顯的襯托疊加作用[12]。其中2,6-二甲基吡嗪（閾值0.4 mg/L）、2-乙基-6甲基吡嗪（閾值0.1 mg/L）、2-乙基-5-甲基吡嗪（閾值0.01 mg/L）和2-乙基-3甲基吡嗪（閾值0.13 mg/L），它們在白酒中的含量低，但是它們的閾值很低，其香味活力值（odor activity value，OAV）大于或等于1，因此它們對白酒焦香有貢獻。

韓素娜等[13]對仰韶陶香型白酒生產所用高溫大曲進行分析，發現高溫大曲樣品中共檢測出50種揮發性物質，其中吡嗪類物質有4種，分別是四甲基吡嗪（焦香）、三甲基吡嗪（烤香）、2-甲基吡嗪（烘烤香）和2,6-二甲基吡嗪（烘烤香）。吡嗪類物質的含量排在第5位，根據文章對吡嗪閾值的測定發現，吡嗪類閾值比較小，其香氣活度值高，因此吡嗪類物質對高溫大曲風味有很大的影響。高溫大曲在制作過程中產生吡嗪類物質，通過糖化、發酵、蒸餾帶入白酒中，對此可以研究大曲中吡嗪類物質與白酒中吡嗪類物質的關系。

研究發現焦香成分的種類和含量在不同香型白酒之間有著顯著的差異，如四甲基吡嗪（焦香）[7]、三甲基吡嗪（烘烤香）和2,6-二甲基吡嗪（烘烤香）等在醬香白酒（高于5 mg/L）[8]、芝麻香型白酒（1 510 μg/L）、小曲清香型（700 μg/L）、濃香型白酒（900 μg/L）中均有發現。其中醬香型白酒和芝麻香型白酒具有焦香風味，但小曲清香和濃香型白酒不具有焦香風味，焦香風味的形成和吡嗪含量有關。并且研究證明吡嗪和吡嗪環上的氫原子被烷基、酰基或烷氧基取代后的物質大多具有烘烤香（焦香）和清香等氣味[9]。

部分吡嗪類物質閾值及香氣特征見表1。由表1可以看出，大部分吡嗪化合物具有烤香、堅果香和烘焙香。閾值最高的是吡嗪（300 mg/L），其次是甲基吡嗪（60～100 mg/L），閾值低的有2-乙基-6-甲基吡嗪、2-乙基-5-甲基吡嗪、2-乙基-3-甲基吡嗪和3,5-二乙基-2-甲基吡嗪，這些吡嗪類物質在白酒研究不常出現，原因可能是它們的含量少不易被檢測出來，需要重新建立方法檢測[14]。

表1 白酒中部分吡嗪類化合物閾值及香味特征Table 1 Threshold and aroma characteristics of some pyrazines compounds in Baijiu

1.2 焦香風味產生的原因

白酒焦香的產生與高溫大曲及其酸性蛋白酶有關[15]。高溫大曲中有很多酶，如有糖化作用的黑曲霉、根酶等將淀粉水解為單糖，蛋白酶將蛋白質水解成氨基酸可加快美拉德反應。并且枯草芽孢桿菌可以將乙偶因轉化為吡嗪。含氮雜環化合物氣味特征較明顯，主要伴以似焦糖氣味，在芝麻香型和醬香型白酒香氣中尤為突出，白酒中大部分吡嗪是具有焦香風味，還有一部分吡嗪對焦香有烘托作用[16]。原料淀粉糖化生成醛糖和酮糖，蛋白質分解為酸性氨基酸、堿性氨基酸和中性氨基酸，此步驟加快美拉德反應速率。白酒釀造中美拉德反應產生吡嗪類物質的流程如下：

1.3 焦香風味的影響因素

影響白酒中焦香風味的產生的因素有：①原料與處理階段：淀粉糖化程度，蛋白質水解程度，淀粉分解為葡萄糖和單糖會加快美拉德反應速率，同樣蛋白質水解后也可以加快反應速率；②溫度：20～30 ℃氧化便可發生美拉德反應，30 ℃以上速率加快，蒸糧和蒸麩皮溫度高達100 ℃、淀粉糖化階段溫度都會超過30 ℃，這兩個階段易產生美拉德反應；③水的含量10%～15%時，反應容易發生，徹底干燥的食品難以產生，白酒釀造過程中水含量遠遠高于15%，美拉德反應減慢；④當pH值＞3時，反應隨pH值增加而加快，在蒸糧泡糧、培菌糖化、發酵過程中糧醅的pH值在5～6之間，因此美拉德反應是比較迅速[17]。⑤生化反應產生的四甲基吡嗪，它會受到反應溫度、生物活性等因素的影響。

白酒釀造過程中淀粉糖化程度、蛋白質水解程度、水分含量、pH值等因素不可控，因此研究人員對它們的研究不多。使用菌種強化和優化工藝可提高醬香型白酒四甲基吡嗪含量[18]。菌種強化劑制備：使用高產吡嗪的枯草芽孢桿菌制成菌粉。工藝優化方式：將制備好的菌劑1∶10加入醬香型白酒的頭尾酒中浸泡7 d，再將頭尾酒倒入蒸酒鍋中通過蒸酒過程使中段酒的四甲基吡嗪含量增高。實驗證明菌種強化方式基酒中四甲基吡嗪的含量提高160.71%，工藝優化方式可以將四甲基吡嗪含量提高85.75%，菌種強化及工藝優化四甲基吡嗪含量提高202.75%

2 焦香成分萃取方法

白酒中焦香成分萃取方法是溶劑萃取法和頂空固纖維吸附萃取。

2.1 溶劑萃取法

溶劑萃取法原理利用物質在了兩種溶劑分配系數差異，將物質從這種溶劑萃取到另外的溶劑中，從而將物質萃取出來。常見的萃取劑有二氯甲烷、乙醚、甲基叔丁基醚、醇類物質和正己烷等[19]。白樂宜等[20]利用二氯甲烷作為萃取劑，并結合氣相色譜-質譜聯用法對芝麻香型白酒進行定性分析，檢測出了110種揮發性成分，其中吡嗪類物質4種。

孟望霓等[21]利用無水乙醚作為萃取劑萃取醬香型白酒中的揮發性物質，結果發現5種微量的香氣成分，其中有兩種吡嗪分別是三甲基吡嗪（燒烤香、可可香氣）和四甲基吡嗪（烘烤香，焦香）。白酒中吡嗪類物質有很多，本文提到有三甲基吡嗪和四甲基吡嗪等5種吡嗪類物質，醬香型白酒吡嗪類物質有很多其中對醬香型白酒影響最大的是四甲基吡嗪、三甲基吡嗪。并且文章通過實驗優化酒樣3.5 mL，加入超純水，稀釋至酒精度為10%vol，加NaCl直至飽和，1 mL重蒸的無水乙醚，振蕩靜置取有機相，并氮吹至200 μL時萃取率最高。

渦旋輔助液液萃取是一種較為新型的萃取方式，這種萃取方法較其他的萃取方法有很多優點，如萃取劑用量少（0.1～2 mL），萃取過程不需要縮小萃取劑的體積，保護環境，節省氮氣資源等。孫嘯濤等[22]利用渦旋輔助液液萃取方法，結合氣相色譜-質譜分析對67種不同香型白酒中四甲基吡嗪、4-甲基愈創木酚和4-乙基愈創木酚進行檢測，結果發現大多數白酒中含有四甲基吡嗪，其中醬香型白酒四甲基吡嗪含量比其他香型白酒高，并且文章介紹不同處理條件下四甲基吡嗪萃取率，實驗證明四甲基吡嗪萃取條件最佳是在萃取劑是二氯甲烷、溶劑體積2.0 mL、萃取時間60 s、氯化鈉添加量1.4 g。

2.2 固纖維萃取

王柏文等[23]利用頂空固纖維萃取對芝麻香型白酒進行萃取分析，檢測出15種含氮化合物，其中吡嗪類有10種，包括2-甲基吡嗪（具有烤面包香、烤杏仁香、炒花生香）、2,3-二甲基吡嗪（具有烤面包、炒花生香）[24]、2,5-二甲基吡嗪（具有烘烤香）、2-乙基吡嗪（具有炒芝麻香、炒花生香）[25]、2,3-二乙基5-甲基吡嗪（具有堅果香、焙烤香氣）以及四甲基吡嗪（焦香，烘烤香）[26]。研究確定了頂空固相微萃取的最佳條件為：65 μm PDMS/DVB萃取頭，吸附溫度40 ℃，萃取時間30 min，NaCl質量濃度0.3 g/mL。

孟維一等[27]利用頂空固纖維萃取對7種芝麻香型大曲香味活性物質進行萃取分析，實驗發現山東扳倒井的6月曲和7月曲吡嗪含量和種類最多，山東景芝大曲樣品高溫大曲吡嗪含量高于中低溫大曲，并且三甲基吡嗪和四甲基吡嗪的含量最高。并且研究表明大曲最優萃取條件為，溫度50 ℃，萃取頭50/30 μm PDMS/DVB/CAR，吸附時間30 min。

2.3 小結

表2 焦香物質萃取方法小結Table 2 Summary of extraction methods of burnt flavor substances

3 焦香風味成分分析技術研究進展

3.1 氣相色譜-質譜分析

氣相色譜-質譜聯用技術是香味成分研究的基礎，而且，氣相色譜-質譜分析（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）作為香味成分基本方法，能定性研究樣品中的揮發性成分組成，定量分析這些揮發性成分的含量。焦香成分多數是美拉德反應產生的吡嗪類化合物，吡嗪類物質檢測方法較為類似。

許佩勤等[28]采用氣相色譜（GC）和GC-MS研究白酒中吡嗪類化合物種類和含量，對比豉香型白酒和兼香型白酒中，吡嗪類物質最多的是兼香型白酒，其中包括吡嗪（爆米花，麥芽）、2-甲基吡嗪（堅果，烤）、2,6-二甲基吡嗪（烤大麥，咖啡）、2-乙基吡嗪（堅果，發酵，烤）、2,3-二甲基吡嗪（烤大麥，烘焙）、2-乙基-6-甲基吡嗪（焙烤）、2,3,5-三甲基吡嗪（烘烤，烤玉米）、2,3-二甲基-5-甲基吡嗪（焦糖，咖啡，烘烤）、2,3,5,6-四甲基吡嗪（焦香）等。

全二維氣相色譜飛行時間-質譜聯用是氣相色譜-質譜聯用的衍生方法，它由兩個色譜柱串聯，并連接質譜儀檢測。這種方法將白酒中的各個物質立體的展現在眼前，具有出峰多、分離度好的特點。李俊等[29]利用全二維氣相色譜-質譜聯用對醬香型白酒香氣成分進行分析，實驗發現酒中共檢測62種化合物且它們的圖譜比較清晰，分離度較好。此外在白酒中發現3種吡嗪類化合物，分別是2,5-二甲基吡嗪、三甲基吡嗪和四甲基吡嗪，它們主要呈堅果香和焦糖香。

朱龍杰等[30]利用GC-MS對80種美拉德反應產物進行定性分析，得到美拉德反應的主要產物是雜環類、芳香族類和烯醛酮類化合物，并且他們都是典型香氣化合物。其中含氮雜環有48種、含氧雜環有5種、含硫雜環有6種；芳香族化合物有4種；烯醛酮有6種。美拉德反應所得到的產物，含氮雜環含量最多。

3.2 氣相色譜-嗅聞聯用技術

氣相色譜-嗅聞聯用技術（gas chromatography-off actometry，GC-O）是一種研究食品揮發性成分的重要方法，并且在食品的不同領域都可以使用。GC-O主要利用最小嗅聞稀釋倍數和閾值確定物質的香味強度，通過香味強度判斷風味物質在白酒中的作用。

王曉欣等[31]利用液液萃取法提取醬香型白酒習酒中的香氣成分，按照酸、堿、中性分為三個組分，分別進樣，通過GC-MS和GC-O進行香氣成分分析。酸性組分香氣物質有29種，中性組分有43種，堿性組分22種。吡嗪類物質多數在堿性組分中檢測出來，整體香氣貢獻比較大的是四甲基吡嗪（焦香）、2-乙基-6-甲基吡嗪（烘烤香）、2,6-二甲基吡嗪（烘烤香）、2,3-二甲基-5-乙基吡嗪（烘烤香）、2,3,5-三甲基-6-乙基吡嗪（焦香）。

柳軍等[32]利用GC-O和GC-MS分析發現口子窖兼香型白酒和五糧液濃香型白酒中含有7種吡嗪類化合物，其中香氣強度最高的是2-乙基-6-甲基吡嗪（烘烤香）和2,3,5,6-四甲基吡嗪（焦香，烘烤香）。

3.3 液相色譜質譜聯用

孫棣等[33]利用液相色譜-質譜聯用儀對市場上30多種醬香型白酒進行檢測分析，其中含量較高的吡嗪類化合物分別是2-甲基吡嗪、三甲基吡嗪、四甲基吡嗪和2-乙基-6-甲基吡嗪，含量最高的是四甲基吡嗪。30多種醬香型白酒酒樣中，茅臺酒吡嗪含量最高，53%vol茅臺酒四甲基吡嗪含量遠大于其他醬香型白酒。

司冠儒等[34]使用氣相色譜和液相色譜分析芝麻香型白酒四甲基吡嗪含量，從兩種分析方法結果可以發現四甲基吡嗪標準品加入量為0.5 mg/L、1.0 mg/L、1.5 mg/L和2 mg/L時，氣相色譜和液相色譜的實際檢測值與添加量都十分接近，但是液相色譜的標準差比氣相色譜小，回收率液相色譜比氣相色譜高，液相色譜檢測四甲基吡嗪的含量更加準確。

3.4 小結

表3 不同焦香物質檢測方法的異同點Table 3 Similarities and differences of different detection methods of burnt flavor substances

4 結論與展望

焦香風味是醬香型白酒和芝麻香型白酒中的重要香味成分[40]。焦香成分形成是在高溫和長時間堆積產生，因此在白酒釀造過程中要盡量保證溫度以及時間，另外美拉德反應要保證有充足的糖和蛋白質。在蒸糧階段一般選用高蛋白原料或者將原料與麩皮一起蒸，保證蛋白質充足。蒸糧溫度要盡量超過130 ℃，糖化階段要保證升溫至35 ℃以上，也可以使用保溫箱進行保溫，達到控制美拉德反應產生的溫度。焦香成分檢測分析的方法有GC、GC-MS、GC-MS-O、GC-GC-MS和液相色譜-質譜聯用技術（high performance liquid chromatography-mass spectrometry，HPLC-MS）等，其中GC、GC-MS、GC-MS-O和GC-GC-MS在白酒焦香成分研究已經非常成熟。HPLC-MS在白酒中焦香成分研究中較少，HPLC-MS可以直接進樣，避免了萃取過程中物質的損失，能更加準確的分析焦香成分含量，但是HPLC-MS定性定量分析白酒的焦香成分技術和方法尚不成熟。焦香風味的產生可能是由于某種物質或者是不同種類物質共同作用，隨著科學技術的發展焦香風味將被研究的更加透徹。