小曲清香白酒蒸餾過程不同餾分風味物質變化規律研究

汪 茜，張 良，黃志久，，，羅 廣，楊 波，趙金松，4*

（1.四川輕化工大學 生物工程學院，四川 自貢 643000；2.瀘州老窖集團有限責任公司，四川 瀘州 646000；3.醉清風酒業股份有限公司，四川 瀘州 646000；4.四川省酒業集團有限責任公司，四川 成都 610096）

白酒是中華民族的傳統產品，是世界六大蒸餾酒之一，按香型可分為12種，不同香型白酒有其獨特的香氣風格特征[1-2]。清香型白酒為其一，同時又分為大曲清香、小曲清香和麩曲清香[1]。小曲清香白酒酒體柔和，醇甜爽凈，清香純正[3-4]，具有乙酸乙酯為主體的清雅、舒適諧調的復合香氣[5]，深受現代年輕人的喜愛。

小曲清香白酒以小曲作糖化劑，主要采用培菌糖化、清蒸清燒的生產方式，廣泛分布在我國西南地區[6-8]。傳統川法小曲白酒生產工藝是小曲清香白酒釀造工藝的典型代表[9]。在白酒釀造工藝中有“看花摘酒，分段摘酒”[10]，可見摘酒酒精度與酒體質量息息相關。小曲清香傳統工藝釀造中，采用“掐頭去尾”，中間整段摘酒的方式取酒，缺乏分段摘酒、分級儲存的概念[11-12]。隨著白酒機械化生產的應用，摘酒工藝也趨向于機械化、自動化、智能化，現有的機械化摘酒大多數靠對酒精度的檢測進行取酒[13-15]。隨著餾酒的進行，酒精度不斷變化，不同風味物質分先后流出，導致不同餾分酒質量及風味存在差異[16-18]。

近年來，對小曲清香型白酒的研究日益增多，從酒體風味、不同原料、微生物菌群、貯存方法等方面多有研究[19-26]。如孫細珍等[27]對現代和傳統兩種工藝釀造的小曲清香白酒進行風味成分分析，結果表明，兩種工藝生產的酒體在主要風味物質種類上差異較小，但呈香強度和香氣活度值差異較大。樊杉杉等[28]結合箭型固相微萃取結合氣相色譜-質譜聯用技術和化學計量學對小曲清香型原酒進行等級判別研究，利用揮發性組分間的差異可以準確對白酒原酒樣品的等級進行區分和鑒別。唐潔等[24]研究清香小曲白酒新工藝中微生物和環境因子對酒體風味變化的影響，環境和微生物因素共同解釋了酒醅風味物質38.44%的變化，酒醅風味物質的重要影響因素有水分、酵母總數、還原糖和淀粉。到目前為止，對小曲清香白酒風味的影響因素研究較多，但對機械化釀造小曲清香白酒在不同餾分原酒風味組分的研究較少，找到不同餾分酒的風味組分規律與酒精度的相關性，則可根據酒精度對餾酒進行風味“可視化”摘酒，實現小曲清香機械化生產的分段摘酒，分級貯存。

本實驗利用氣相色譜法（gas chromatography，GC）檢測小曲清香不同餾分酒中的風味組分，對風味組分進行主成分分析（principal component analysis，PCA）、層次聚類分析（hierarchical cluster analysis，HCA）、Person相關性分析，以期找到風味組分的餾出規律以及與酒精度的相關性，為酒企自動摘酒、量質摘酒提供科學數據依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

酒樣：瀘州某公司小曲清香白酒固態法機械化釀造車間生產原酒，從出酒開始計時，每3 min取一次酒樣，共18個酒樣，每個酒樣1 000 mL，1號（68% vol）、2號（74% vol）、3號（73% vol）、4號（73% vol）、5號（72% vol）、6號（69% vol）、7號（67% vol）、8號（65% vol）、9號（62% vol）、10號（59% vol）、11號（56% vol）、12號（53% vol）、13號（50% vol）、14號（48% vol）、15號（44% vol）、16號（42% vol）、17號（40% vol）、18號（38% vol）。

無水乙醇（分析純），乙醛、乙縮醛、糠醛、甲醇、仲丁醇、正丙醇、異丁醇、正丁醇、異戊醇、正戊醇、正己醇、β-苯乙醇、2-甲基丁醇、辛酸、乙酸、丙酸、異戊酸、己酸、庚酸、乙酸乙酯、丁酸乙酯、戊酸乙酯、己酸乙酯、乳酸乙酯、甲酸乙酯、乙酸異戊酯、辛酸乙酯、壬酸乙酯、乙酸丁酯、十六酸乙酯等30種標準物質（純度均＞99.0%）：天津光復化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

7820A氣相色譜儀、HP-5毛細管柱（30 m×0.32 mm×0.25 μm）：美國Agilent公司。

1.3 方法

1.3.1 常規理化指標檢測

根據GB/T 10345—2007《白酒分析方法》[29]中指示劑法測定總酸、總酯含量。

1.3.2 風味物質檢測

定性分析：風味物質的保留時間結合標準品的保留時間進行定性分析。

定量分析：定量分析方法參照國家標準GB/T 10345—2007《白酒分析方法》[29]中白酒風味成分定量。

氣相色譜檢測方法：GC條件為初始溫度35 ℃，保持8 min，以3 ℃/min的速率升高至140 ℃，保持1 min，以5 ℃/min速率升高至180℃，以10℃/min速率升高至210℃，保持10min；載氣為氦氣（He），柱流速1.0 mL/min；進樣口溫度240 ℃；分流比40∶1；進樣量1 μL。

1.3.3 數據統計與分析

利用SPSS 26.0對數據進行主成分分析（PCA），層次聚類分析（HCA），Person相關性分析；Excel 2015、Origin 2018對實驗數據進行整理和作圖分析。

2 結果與分析

2.1 常規理化指標分析

白酒中酸和酯是重要的呈香呈味物質，對酒體品質有著重大影響[9]。對不同餾分酒的酒精度、總酸和總酯進行了檢測，結果如表1所示。

表1 不同餾分原酒酒精度及總酸、總酯含量Table 1 Alcohol contents,total acid and total ester in different distillation fractions of base-liquor

由表1可知，隨蒸餾時間的延長，不同餾分酒的酒精度呈先上升后下降的趨勢，在第2餾分酒處達到最高值（74% vol）；總酸含量大致呈先下降后上升的趨勢，在第3餾分酒處含量最低（0.30 g/L），隨后逐漸上升在酒尾處達到最高值（0.66 g/L）；總酯含量隨餾酒進行持續下降，在前4個餾分酒中下降速度較快，后逐漸趨于平緩。部分接酒時間（3～9 min）內的餾分酒總酸和總酯的差異性不顯著（P＞0.05），而接酒時間超過9 min的餾分酒總酸和總酯差異顯著（P＜0.05），說明實行分段摘酒具有一定的實際意義。

2.2 風味物質分析

利用氣相色譜對小曲清香白酒的18個餾分酒進行風味成分檢測，共檢測出30種物質，其中包括醛類3種，酯類11種，醇類10種，酸類6種。對各餾分酒中的風味成分進行標準化處理，為進一步的探索不同餾分酒中各風味物質的差異，對30種風味物質采用熱圖分析，結果如圖1所示。

圖1 不同餾分原酒風味物質含量熱圖Fig.1 Heat map of flavor substance contents in different distillation fractions

由圖1可知，不同餾分酒中各風味成分的種類相似，但含量上存在較大差異。大部分醛類、酯類、醇類和小部分酸類（如庚酸、辛酸）大量分布在于餾酒前期（1～5餾分酒），隨餾酒時間的推移逐漸減少，高級醇的含量對酒體品質影響很大，適宜濃度會提升酒體整體香氣，濃度過高會產生異雜味[9]，損害酒質；乙酸乙酯為小曲清香白酒的主體香氣組分，在蒸餾前期含量最高，其含量高低很大程度上決定酒體風格特征。糠醛、乳酸乙酯、壬酸乙酯、β-苯乙醇、乙酸、丙酸、異戊酸等隨蒸餾的進行逐漸增加，集中分布在餾酒后期（14～18餾分酒）；戊酸乙酯、甲醇集中分布在餾酒中期（6～13餾分酒），餾酒前期和后期含量少。酒體中各風味組分有其獨特的風格特點，同時也相互作用呈現不同的風味，如正丙醇與乙醛、乙酸醛等相互作用，構成小曲清香爽口帶苦的味覺特點；丁酸乙酯與β-苯乙醇相互作用，賦予小曲清香白酒以甜為底的風格特征，同時使呈香更持久[9]。

2.2.1 主成分分析

對18個餾分原酒中的30種風味物質含量數據進行主成分分析，結果見表2。由表2可知，前3個主成分累計方差貢獻率達76.08%，基本代表降維前原始數據的大量信息，因此提取前3個主成分進行主成分分析。各風味物質在前3個主成分中的載荷值見表3。結合表2和表3可知，主成分（PC）1單獨方差貢獻達55.023%，其代表物質有辛酸乙酯、異丁醇、仲丁醇、丁酸乙酯等，包括大部分的酯、醇、醛類物質；PC2單獨方差貢獻率為12.453%，其代表物質為甲醇、正戊醇、己酸乙酯等；PC3單獨方差貢獻率為8.602%，其代表物質有丙酸、戊酸乙酯、異戊酸、乙酸，多數為酸類物質。

表2 不同餾分原酒風味物質主成分分析特征值及累計方差貢獻率Table 2 Principal components analysis eigenvalues and cumulative variance contribution rates of flavor compounds in different distillation fractions of base-liquor

表3 各風味物質主成分載荷值Table 3 Principal component load value of each flavor compound

續表

18個餾分原酒在前3個主成分的分布情況見圖2。

圖2 不同餾分原酒在前3個主成分二維散點圖Fig.2 Two-dimensional scatter plot of the first 3 principal components of different distillation fractions of base-liquor

從圖2a可知，在PC1和PC2上，1號和2號酒樣分布在第一象限，17號和18號酒樣分布在第二象限，這4個酒樣的PC2含量相對較高；3號～16號酒樣全部分布在PC2的負半軸且較為集中，將18個餾分原酒很好的分為三個部分。由圖2b可知，PC1和PC3分布相對散亂，14、15、16號酒樣集中在一起，分布在第三象限，說明這3個酒樣的PC3含量相似。結合圖2a、圖2b可知，1～18號酒樣在PC1的得分依次降低，所以PC1含量隨蒸餾的進行逐漸減少。

2.2.2 層次聚類分析

30種風味物質的層次聚類分析圖見圖3。由圖3可知，當標度的距離為8.0時，可將18個餾分酒樣有效分為4類，聚類Ⅰ包括：17、18號餾分酒；聚類Ⅱ包括：13～16號餾分酒；聚類Ⅲ包括：1、2號餾分酒；聚類Ⅳ包括：3～12號餾分酒。根據其微量成分種類及含量差異，將酒頭、酒尾有效類別出來，中間部分酒樣分為兩段，整個餾酒過程分為四個大段。此聚類結果與主成分分析結果可進行相互驗證，13號酒樣具有一定誤差，在主成分分析中13號酒樣與14、15、16號酒樣在PC3上相距較遠，其余酒樣聚類結果一致。由此可見，聚類分析結果與主成成分析結果雖然存在些許偏差，但大體分類結果一致。

圖3 不同餾分原酒的層次聚類分析Fig.3 Hierarchical cluster analysis of different distillation fractions of base-liquor

2.2.3 主成分與酒精度的相關性分析

前3個主成分與酒精度的Person相關分析結果見表4。由表4可知，酒精度與PC1相關系數達0.887，呈極顯著性相關（P＜0.01）；但與PC2、PC3不相關。為考察PC2、PC3與酒精度的關聯性，將酒精度與PC2、PC3作散點圖分析，結果見圖4。由圖4可知，不同酒精度的酒樣，在PC2、PC3上的得分存在差異，1和2號、17和18號酒樣在PC2得分中與其他酒樣差異大，偏離總趨勢較遠；14、15、16號酒樣在PC3得分中與其他酒樣差異大，嚴重偏離總趨勢。根據相關性分析，按主成分分析和層次聚類分析結果進行四段分段接酒，四段酒的風味組分差異較大，可以達到量質摘酒的目的。

圖4 酒精度與PC2、PC3相關性分析得分散點圖Fig.4 Scatter diagram of correlation analysis alcohol and principal component 2,principal component 3

表4 主成分與酒精度Person相關性分析結果Table 4 Person correlation analysis results between principal components and alcohol content

3 討論

小曲清香白酒在蒸餾過程中，酒精度變化呈拋物線趨勢，在第2餾分酒時達到峰值74% vol后逐漸下降。總酸含量隨蒸餾的進行大致持續上升，在酒尾處含量達到最高，這與酸類物質沸點有關，酸類物質沸點相對較高[9]，所以多分布在蒸餾后期。總酯含量隨餾酒時間的延長，含量逐漸降低，因為大部分酯類物質沸點較低，所以多集中于餾酒初期。

通過氣相色譜檢測，在18個餾分原酒中共檢測到醇類10種、酯類11種、酸類6種、醛類3種等30種風味組分。在熱圖分析中，發現大部分酯類物質、醇類物質主要分布在蒸餾前期，大部分酸類物質分布在蒸餾后期，蒸餾中期各組分含量相對均衡。通過主成分分析提取出3個主成分，PC1（55.02%）、PC2（12.45%）、PC3（8.60%），其累計方差貢獻率為76.08%，可代表原始數據大部分信息，對3個主成分創建散點圖觀察各餾分原酒的主成分得分分布情況，可得出一個分類情況：聚類Ⅰ包括：17、18號兩個餾分酒；聚類Ⅱ包括：1、2號兩個餾分酒；聚類Ⅲ包括：3～13號十一個餾分酒；聚類Ⅳ包括：14～16號三個餾分酒。在層次聚類分析標度距離為8.0時，同樣可將所有餾分原酒分為4類，聚類Ⅰ包括：17、18號兩個餾分酒；聚類Ⅱ包括：13～16號四個餾分酒；聚類Ⅲ包括：1、2號兩個餾分酒；聚類Ⅳ包括：3～12號十個餾分酒。層次聚類分析與主成分分析可相互驗證，兩者分析結果存在些許偏差，13號餾分原酒的類別有所差異，其余酒樣聚類一致。誤差產生原因可能是，主成分分析是根據提取出的主成分進行的歸類，聚類分析是利用原始數據處理后進行的聚類，所以存在一定誤差。

最后，將提取出的3個主成分與餾分原酒酒精度進行Person相關性分析，發現只有PC1與酒精度呈極顯著相關，再通過散點圖尋找PC2、PC3與酒精度關聯性，發現不同酒精度下，PC2、PC3得分具有斷崖式割據現象，且成段割據。

4 結論

結合主成分分析、層次聚類分析、相關性分析，掌握酒體中主要風味物質的餾出規律，可將小曲清香白酒整個餾酒時段分為四段：頭酒段（1～2餾分）、中前段（3～13餾分或3～12餾分）、中后段（14～16餾分或13～16餾分）、尾段（17～18餾分）。每個酒樣對應其酒精度，在全自動化機械生產中，接酒處裝有酒精檢測儀[7]，則可根據餾酒酒精度進行分段接酒。此研究對實際生產中，實現小曲清香白酒依靠酒精度進行掐頭去尾、分段摘酒、分級儲存具有重要意義，從而盡可能的剔除酒中的不良物質，保留有益風味組分，對提高酒體質量具有重要作用，在酒體勾調上留有更大發揮空間。