HS-SPME-GC-MS結合感官評價分析金種子馥合香白酒的風味成分

程偉,陳雪峰,陳興杰,李娜,周端,楊金玉,薛錫佳,張杰

1(陜西科技大學 食品與生物工程學院,陜西 西安,710021) 2(安徽金種子酒業股份有限公司,安徽 阜陽,236023) 3(陜西農產品加工技術研究院,陜西 西安,710021)

中國白酒以酒曲為糖化發酵劑,利用谷物原料,采用固態、半固態或液態發酵等形式,再經過蒸餾、陳釀和勾兌等工序制成[1]。由于釀造原料與工藝的不同,中國白酒由最初的“濃、清、醬”等3種香型逐漸發展到如今的十二大香型[2],當前單香型白酒又向復合香型或多香型白酒發展。研究表明[3-6],中國白酒中98%～99%的成分是水和乙醇,1%～2%的微量成分是構成酒體的主要呈香、呈味物質,決定著白酒的質量和香型特點,塑造了不同的白酒品牌及其口感風味。當前,主要利用近紅外光譜、氣相色譜、氣相色譜-質譜聯用、氣相色譜-嗅聞等設備及技術對白酒中的微量成分進行檢測。白酒樣品的前處理及香氣的提取方法主要有液液萃取、固相微萃取及攪拌棒吸附萃取等。其中,固相微萃取是集采集、萃取、濃縮為一體,無需溶劑且操作簡單的快速萃取分離方法[7]。SETKOVA等[8]應用頂空固相微萃取(headspace solid phase microextraction,HS-SPME)分析冰葡萄酒中的香氣物質,FAN等[9]應用HS-SPME方法結合氣相色譜-嗅覺法分析白酒的風味成分,均表明HS-SPME適用于酒類風味成分的檢測。白酒的傳統感官品評按現有香型、固定評語和評分標準評判,感官品評在白酒質量評價中具有重要作用[10]。

當前,關于白酒風味的研究主要針對長江上游和赤水流域的貴州、四川等地區的醬香、濃香等香型白酒,多采用GC-MS、全二維氣相色譜-飛行時間質譜(comprehensive two-dimensional gas chromatography and time-of-flight mass spectrometry,GC×GC-TOFMS)、氣相色譜-嗅聞(gas chromatography olfactometry,GC-O)等現代分析技術,結合感官評價、濃度稀釋、缺失實驗等方法。然而,針對江淮地區的白酒,尤其是馥合香型白酒的風味研究較少。解析馥合香白酒的化學與感官特征差異及其關聯,對認識該類白酒的香氣品質與影響感官特征的化學來源具有重要意義。

本文采用HS-SPME和GC-MS聯用的方法,并結合香氣活性值(odor activity value,OAV)分析與感官評價,研究馥合香白酒的風味特征,以明確其特征風味成分及形成機理、風味成分對酒體風格特征的影響等,為酒體的質量控制與勾調等提供參考。本文首次對黃淮名酒帶江淮地區的馥合香型白酒(金種子馥合香白酒)進行揮發性風味成分分析,為深入研究江淮白酒的風味特征提供基礎。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

不同質量等級的馥合香原酒：特級酒(以下稱JF1,酒精度63%vol)、優級酒(以下稱JF2,酒精度50%vol),安徽金種子酒業股份有限公司。

正構烷烴類混標(C7～C37),壇墨質檢標準物質中心；白酒56種組分混合標準品,中國食品發酵工業研究院有限公司；2,3-丁二醇(純度≥98%),上海易恩化學技術有限公司；無水乙醇(純度≥99.8%),天津市永大化學試劑有限公司；以上試劑均為色譜純。

5975C+7890A電子電離(electronic ionization,EI)源安捷倫氣相色譜-質譜聯用儀,美國Agilent公司;57330-U手動固相微萃取(solid phase microextraction,SPME)進樣器、50/30 μm DVB/CAR/PDMS固相微萃取頭,美國Supelco公司；85-2恒溫磁力攪拌器,常州普天儀器制造有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 內標溶液與酒樣的前處理

內標溶液的制備：準確稱取0.613 1 g的2,3-丁二醇于50 mL容量瓶中,用體積分數為60%的乙醇溶液定容至50 mL,配制成質量濃度為245.22 mg/L的內標溶液,置于普通冰箱4 ℃低溫、密封、避光保存。

酒樣的前處理：用去離子水分別將JF1、JF2的酒精度稀釋到10%,置于普通冰箱4 ℃低溫、密封、避光保存。

1.2.2 HS-SPME條件

取前處理后的酒樣5.0 mL于20 mL的頂空瓶中,加入3 g NaCl,放入磁力攪拌轉子,旋緊瓶蓋,置于固相微萃取攪拌加熱平臺,250 r/min,60 ℃攪拌加熱。萃取頭在使用前插入240 ℃的GC進樣口解吸10 min,隨后插入萃取瓶中,萃取40 min；取出萃取頭后立即插入GC-MS進樣口,解析溫度240 ℃、解吸時間6 min。

1.2.3 GC-MS條件

GC條件：安捷倫HP-INNOWAX石英毛細管柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm),載氣He,(純度≥99.999%),流速1.0 mL/min。采取程序升溫方案：起始溫度40 ℃,維持2 min,以2 ℃/min速度升至100 ℃,再以4 ℃/min升至230 ℃/min,維持3 min。汽化室溫度為240 ℃,分流比5∶1。

MS條件：選擇電子電離離子源(electronic ionization,EI),電子倍增器電壓為350 V,電子能為70 eV,發射電流為200 μA,接口溫度為240 ℃,離子源溫度為200 ℃,質量范圍控制在m/z33～450。

1.2.4 定性、定量分析方法

定性方法：通過對GC-MS總離子流色譜圖與美國國家標準技術研究所(National Institute of Standards and Technology,NIST)質譜庫中的化合物進行比對(匹配度≥80%)；同時,將正構烷烴(C7～C37)標準品進行GC-MS分析,根據保留時間計算保留指數(retention index,RI)并與文獻報道的保留指數(retention index in literature， RIL)進行對比定性,RI計算參照文獻[11]的方法,如公式(1)所示:

(1)

式中：RIx表示待測組分的保留指數；ti表示待測組分的保留時間,min；n和n+1分別表示正構烷烴的碳原子個數；tn和t(n+1)分別表示待測組分出峰前后相鄰的2個正構烷烴的保留時間,min。

定量方法：采用內標法對樣品中揮發性成分進行定量分析,白酒56種組分混合標準品中的物質含量是已知的,其中2,3-丁二醇作為內標；將2,3-丁二醇單標配制成內標溶液加入到酒樣中,選擇離子掃描,每種化合物選擇2個特征碎片離子定量分析。

1.2.5 風味物質的OAV分析

OAV按公式(2)計算:

(2)

式中：Ci,各化合物的含量,μg/L;OTi,該化合物在空氣中的嗅覺閾值,μg/L[12]。

1.2.6 數據分析

采用Aglient Chemstation工作站、Origin 2017軟件對數據進行處理。

1.2.7 感官評價

選取5名具有長期品酒經驗并已獲取高級品酒師資格證的白酒品評專業人員,按照GB/T 33405—2016《白酒感官品評術語》等對酒樣進行感官評價。

2 結果與分析

2.1 JF1和JF2中揮發性風味物質的定性分析

兩種樣品(JF1和JF2)揮發性風味物質的總離子圖如圖1所示,鑒定出的化合物如表1所示。JF1共鑒定出59種揮發性物質,JF2共鑒定出48種揮發性物質,兩種樣品(JF1、JF2)揮發性風味物質均以酯類物質為主,還鑒定出醇類、酸類、醛類和呋喃類等化合物,JF1還檢測到含硫化合物、烷烴類等特殊化合物。

a-JF1；b-JF2圖1 JF1和JF2中揮發性風味物質的總離子流圖Fig.1 Total ion current chromatograms of volatiles in JF1 and JF2

JF1揮發性風味物質的總離子流色譜圖如圖1所示。根據相似度檢索、匹配度≥80%、揮發性成分保留指數的計算與參考文獻進行對比,共鑒定出59種揮發性物質,包括酯類42種、醇類7種、酸類5種、醛類2種、呋喃類1種、含硫化合物1種、烷烴類2種。JF1和JF2的揮發性風味物質GC-MS分析結果如表1所示,JF1酒體中酯類的相對含量最高,其中,己酸乙酯的相對含量為46.41%,乙酸乙酯的相對含量4.71%,己酸己酯的相對含量3.57%,棕櫚酸乙酯的相對含量2.83%,辛酸乙酯的相對含量2.90%。JF1酒體中的呋喃類與含硫化合物均只檢測出一種且未檢測到吡嗪類物質,這可能與酒樣的前處理方式或色譜柱的選擇有關,也受到萃取頭、萃取時間、萃取溫度以及基質等因素的影響。

JF2樣品中共鑒定出48種揮發性物質,包括酯類33種、醇類7種、酸類4種、醛類2種、呋喃類2種。JF2樣品中相對含量較高的揮發性物質依次為己酸乙酯(45.21%)、乙酸乙酯(6.56%)、丁酸乙酯(3.62%)、棕櫚酸乙酯(3.25%)、己酸(2.43%)等；JF2中丁酸乙酯與己酸的相對含量較高,區別于JF1中己酸己酯相對含量較高的特點。

表1 JF1和JF2的揮發性風味物質GC-MS分析結果Table 1 Volatile flavor compounds in JF1 and JF2 analyzed by GC-MS

續表1

JF1和JF2酒體中檢測到的棕櫚酸乙酯,呈微弱蠟香、果醬和奶油香氣,其相對含量較高是馥合香白酒區別于其他白酒的重要特征。JF1和JF2酒體中檢測到的二甲基三硫醚、2-糠醛、3-糠醛、3-呋喃甲醇、苯乙醇等特殊化合物,其相對含量均較低,對馥合香白酒的香氣起修飾作用。其中,糠醛又稱呋喃甲醛,具有特殊香味,糠醛的聞香強度在呋喃類化合物中最高[21],表現出愉悅的焦香氣味或獨特的醬香風味；二甲基三硫醚呈現煮洋蔥、煮蔬菜的味道,研究發現二甲基三硫醚的缺失對芝麻香白酒的整體風味具有顯著改變[22]；3-呋喃甲醇具有特殊的苦辣氣味,苯乙醇具有清甜的玫瑰樣花香；因此,二甲基三硫醚、2-糠醛、3-糠醛、3-呋喃甲醇、苯乙醇等特殊化合物,對馥合香白酒呈“馥香”特征具有重要作用。

2.2 JF1和JF2中揮發性風味物質的OAV分析

OAV即化合物的香氣濃度與其閾值的比值,OAV≥1表明該化合物對該物質的香氣具有貢獻作用。OAV分析確定JF1和JF2中的主要香氣活性成分如表2所示,JF1所含酯類中的乙酸乙酯在酒體中的含量最高(3 953 264 μg/L),其次為己酸乙酯與乳酸乙酯,分別為1 338 211、1 260 630 μg/L；OAV最大的是己酸乙酯(24 185.99),表明己酸乙酯對馥合香白酒的香氣貢獻度最大；雖然乙酸乙酯的含量最高,但卻不是對酒體香氣貢獻最大的酯類物質。其次,OAV較大的是丁酸乙酯(14 767.95)、辛酸乙酯(13 015.07),均為JF1中重要的香氣貢獻物質。棕櫚酸乙酯的相對含量較高(2.38%)；然而,棕櫚酸乙酯并不是馥合香白酒的主要香氣活性成分(OAV<1)。JF1所含醇類中異丁醇的含量最高(212 094 μg/L),但OAV只有7.49,小于正丁醇的OAV(30.12),表明正丁醇對馥合香白酒香氣提供了較高的貢獻。酸類中己酸的含量最高(612 401 μg/L),OAV同樣最大(243.29),表明己酸為馥合香白酒香氣提供了較高的貢獻。

表2 OAV分析確定JF1和JF2中的主要香氣活性成分(OAV≥1)Table 2 Mainly aroma-active compounds in JF1 and JF2 identified by OAV(OAV≥1)

JF1和JF2中OAV≥1的香氣活性物質大小依次為己酸乙酯、丁酸乙酯、辛酸乙酯、乙酸苯乙酯、異戊酸乙酯、戊酸乙酯、己酸、己酸丁酯、丁酸、乙酸乙酯、癸酸乙酯、戊酸、正丁醇、辛酸、正己醇、乳酸乙酯、異丁醇、庚酸乙酯、苯甲醛。對于不同質量等級的馥合香白酒(JF1、JF2),同種物質的OAV差異性是相似的。OAV較大的物質以酯類為主,其中,己酸乙酯、丁酸乙酯、異戊酸乙酯等均呈水果香,乙酸苯乙酯呈玫瑰花香并帶有蘋果樣的果香。酯類的閾值較低,OAV較大,對馥合香白酒的特征氣味貢獻較大。酸類物質多具有刺激性氣味,不如酯類“馥郁、帶有果香或花香”,如己酸帶有類似羊的氣味,丁酸具有濃烈的奶油、干酪般的不愉快氣味。

采用半定量的數據用于計算OAV,其誤差較大,采用內標標準曲線法定量的數據計算OAV誤差相對較小。本文采用正構烷烴類混標(C7～C37)、白酒56種組分混合標準品、2,3-丁二醇(純度≥98%)作為內標物等實現風味物質的相對定量,其得到的定量數據雖然具有一定的誤差,但對于剖析馥合香白酒的風味組分仍具有參考價值,尤其是有利于比較JF1、JF2等不同質量等級馥合香白酒的風味物質差異。

2.3 JF1和JF2的感官評價

根據GB/T 33405—2016《白酒感官品評術語》規定的程度副詞與對應標度要求中的9點標度法對JF1和JF2進行感官評分,從酒體的“香、味、感”等3個方面評分。根據評分表繪制感官評價雷達圖,可以更加清晰直觀地反映出JF1和JF2的感官差異。

JF1和JF2的感官品評得分對比如表3所示,JF1和JF2的酯香、焦香、醬香、窖香等表現最為突出,醇甜味與余味/回味明顯,雜味與醛味等不明顯,酒體稍帶有酸味與糠味,酒體的醇厚感、豐滿感、協調感等表現突出,整體風格明顯,辛辣感較低。JF1和JF2的揮發性風味物質感官評價雷達圖如圖2所示,馥合香白酒的“酯香、窖香”較為突出,這與OAV較大的物質以酯類為主相吻合；“焦香、醬香”突出,可能與酒體中含有的二甲基三硫醚、2-糠醛、3-糠醛、3-呋喃甲醇等特殊風味物質相關,然而這類化合物的OAV均小于1,不屬于馥合香白酒的主要貢獻性香氣物質。

通常使用OAV表征風味物質的風味貢獻度,找到對白酒風味貢獻度大的化合物是確定其主體風味物質的關鍵。國際酒類感官品評普遍采用定量描述分析(quantitative descriptive analysis,QDA)并參考“風味輪”描述語和參比樣品,以標準化詞匯描述樣品的感官特征,以數字化尺度表達感受強度的差別,對白酒的感官特征采用數字化的尺度并建立風味物質感官評價雷達圖具有重要意義。當前,關于江淮地區白酒的風味研究還不夠全面,還需要進行江淮地區濃香、兼香等香型白酒的風味分析,以進一步比較分析馥合香白酒的風味特征。

a-香；b-味；c-感圖2 JF1和JF2的揮發性風味物質感官評價雷達圖(香、味、感)Fig.2 Radar maps of sensory evaluation of volatile flavor substances in JF1 and JF2(smell、taste、feeling)

3 結論

本文采用HS-SPME和GC-MS分析等方法,結合OAV分析與感官評價對馥合香原酒特征性風味成分進行剖析,得到以下結論：(1)JF1、JF2中分別檢出59種、48種揮發性物質,其中,JF1包含酯類42種,醇類7種,酸類5種,醛類2種,呋喃類1種,含硫化合物1種,烷烴類2種；JF2包含酯類33種、醇類7種、酸類4種、醛類2種、呋喃類2種；棕櫚酸乙酯的相對含量較高是馥合香白酒區別于其他白酒的重要特征,二甲基三硫、糠醛、3-糠醛、3-呋喃甲醇、苯乙醇等特殊風味物質對酒體呈“馥香”特征具有重要作用。(2)OAV分析表明,JF1和JF2中至少含有18種物質的OAV≥1,對馥合香白酒的香氣有主要貢獻,以酯類、醇類和酸類化合物為主；JF1和JF2酒體中對馥合香白酒香氣特征貢獻最大是己酸乙酯、丁酸乙酯、辛酸乙酯等風味物質,表明酒體在濃香風格上較為突出。(3)感官評價表明,JF1、JF2均體現出明顯的酯香、焦香、窖香等特征,這與酒體中己酸乙酯、丁酸乙酯、辛酸乙酯等香氣物質貢獻度較大的特征相吻合；同時,JF1、JF2均體現出醇甜味、余味/回味明顯,具有豐滿感、醇厚感、協調感等特點。