清香型白酒風味成分的研究進展

王 震，葉 宏，朱婷婷，黃明泉，魏金旺,*，吳繼紅，張璟琳

（1.北京工商大學輕工科學技術學院，中國輕工業釀酒分子工程重點實驗室，北京市食品風味化學重點實驗室，北京 100048；2.北京順鑫農業股份有限公司牛欄山酒廠，北京 101301）

白酒是我國的國酒，有2 000多年的歷史，是中華民族文明與禮儀的載體[1]，在中國傳統文化中占有重要地位。中國白酒按照風味類型的不同，可分為清香型、濃香型、醬香型以及其他9種香型[2]。清香型白酒作為白酒中最古老、最受歡迎的品型之一，因其明顯的花香和果香而深受消費者的喜愛。根據現行國家標準GB/T 10781.2—2006《清香型白酒》，清香型白酒是指以糧谷為原料，經傳統固態法發酵、蒸餾、陳釀、勾兌而成的，未添加食用酒精及非白酒發酵產生的呈香、呈味物質，具有以乙酸乙酯為主體復合香的白酒，其口味醇和、爽口回甜、余味悠長。“曲乃酒之骨”[3]，所用酒曲的不同是導致各種品牌的清香型白酒風味成分不同的重要原因之一。按照酒曲的不同，可將清香型白酒分為大曲清香型、麩曲清香型和小曲清香型白酒。大曲以小麥、大麥、豌豆為主要原料，經粉碎、加水、壓制成曲餅，在曲房里進行微生物的自然培養和富集，大曲基酒的品質一般較好。麩曲是以麩皮為原料，蒸熟后接入純種曲霉菌或者其他霉菌，經人工培養得到的酒曲，通過添加特定菌種，麩曲基酒的品質可達到甚至超過大曲基酒[4]。小曲又叫米曲、白曲，是用米粉或者米糠為原料，添加少量中草藥為輔料，加入一定量母曲和適量的水制成坯，在自然條件下或控制溫度濕度的條件下培養而成[5]。傳統清香型白酒的一般生產工藝流程如圖1所示。

圖1 清香型白酒生產工藝流程Fig. 1 Flow chart of production process of light-flavor Baijiu

由圖1可知，清香型白酒生產工藝的主要特點是“清蒸二次清”。其中，“清蒸”指一次性投料的碎高粱單獨進行蒸煮，“二次清”是指原料蒸煮、冷卻后加曲兩次，發酵兩次，蒸餾兩次后丟糟，酒糟可作飼料等用途。清香型白酒多采用地缸發酵，在整個釀造過程中主要突出“清”“凈”二字，其在蒸餾時不混料，原輔料清蒸和酒醅蒸餾分別進行，對衛生質量要求較高[6]。

清香型白酒作為一種酒精飲料，其風味好壞至關重要。從20世紀60年代起，研究人員便開始對白酒風味進行研究[7-8]。隨后，各種前處理方法和精密儀器陸續應用于白酒的風味研究中，如2002年張麗敏等[9]采用直接進樣法（direct injection，DI）結合氣相色譜-質譜聯用技術（gas chromatograph-mass spectrometer，GC-MS）對清香型白酒進行研究，發現在清香型汾酒中幾種主要組分的含量在陳釀過程中的變化與其自身沸點、溶解度和汽化熱有關。2007年，季克良等[10]應用全二維氣相色譜-飛行時間質譜聯用儀（comprehensive two dimensional gas chromatography-time of flight mass spectrum，GC×GCTOFMS）對清香型白酒中的微量成分進行研究，鑒定出了484個峰，其中NIST譜庫匹配度高于800的化合物共有178種。2009年，史靜霞[11]應用液液萃取（liquidliquid extraction，LLE）結合GC-MS等方法從汾酒中分析檢測出703種微量成分。2008年，王勇等[12]利用DI-固相微萃取（solid phase microextraction，SPME）、LLE結合GC-MS首次對牛欄山二鍋頭的揮發性風味物質進行了研究，最終確定了101種香氣化合物。目前，國內外學者已從風味化合物的分離方法、檢測方法、香氣活性成分篩選等各個方面對清香型白酒進行了研究并取得了很大進展，但鮮有文獻對清香型白酒風味方面的研究進行總結、歸類與分析。

鑒于此，本文對清香型白酒中風味物質的研究進展進行系統地總結，首先，對白酒中風味物質的前處理和檢測方法進行比較，然后對當前所報道的幾種典型的清香型白酒中的揮發性成分和香氣活性化合物進行歸納，并繪制清香型白酒的風味輪，最后對清香型白酒的發展趨勢進行展望。本文對清香型白酒風味的研究具有一定的指導作用，也為清香型白酒行業健康發展提供參考。

1 清香型白酒中風味成分的研究方法

白酒中的風味化合物種類繁多，并且溶解性、極性、揮發性和穩定性各異。在過去的幾十年中，已有各種前處理方法和精密儀器用于白酒（包括清香型白酒）風味的分析研究中。表1、2分別列出了常用于清香型白酒中風味化合物分析的前處理方法和檢測儀器，以及相應的適用條件和優缺點。

表1 清香型白酒風味化合物研究前處理方法Table 1 Pretreatment methods for analysis of flavor compounds in light-flavor Baijiu

續表1

表2 清香型白酒風味化合物常用的檢測儀器及特點Table 2 Common detection methods for flavor compounds in lightflavor Baijiu and their characteristics

續表2

雖然從白酒中提取和分離出揮發性風味化合物的前處理手段較多，但尚不存在一種單一又高效的處理方法能從白酒中分離并檢測出所有化合物。因此，對于大多數研究均采用多種前處理手段相結合的方法，例如，先采用DI法分析白酒中的骨架成分，再采用SBSE、SPME和（或）LLE來提取白酒中的其他微量成分，然后結合GC、GC-MS、GC-MS/MS、GC×GC-MS等手段來定性定量分析白酒中的風味成分。這是白酒風味研究中應用較廣泛的一套方法。杜靜怡等[63]就是通過LLE和HS-SPME結合GC-MS、GC-O-MS確定了乙酸異戊酯、3-苯丙酸乙酯、愈創木酚等為志都五谷酒的關鍵香氣成分。

目前，一些新的前處理技術，檢測器以及分析儀器也陸續應用于白酒風味研究，如箭型固相微萃取（SPME arrow）、氣相-離子遷移質譜儀（gas chromatography-ion mobility spectrometry，GCIMS）、硫化學發光檢測器（sulfur chemiluminescence detector，SCD）、氮化學發光檢測器（nitrogen chemiluminescence detector，NCD）等[64]。SPME arrow較傳統SPME相比，具有較大的吸附表面積和體積，能夠檢測更多的化合物，且涂層材料種類較多，適用于各種化合物的高效萃取[65]。Zhang Xinyuan等[66]采用HS-SPME-Arrow和GC-MS技術提取和鑒定了白酒樣品中82種芳香化合物。這一新技術的出現對白酒風味分析領域具有重要意義。

離子遷移譜（ion mobility spectrometry，IMS）是近幾年發展起來的一項新型分析技術，其通過氣態離子的遷移率來表征各種不同的化學物質，以達到對各種物質分析檢測的目的[67]。在電場下對樣品分子進行電離，無需真空條件，靈敏度高，響應快，能夠快速準確地檢測食品在不同條件下的變化[68]。張敏敏等[69]運用GC-IMS建立了一種可以快速并且準確分辨不同年份醬香型白酒的方法。IMS作為一種檢測手段，有望促進清香型白酒檢測技術的發展。

SCD是用于檢測含硫類化合物的一種新的檢測器，與傳統的含硫化合物檢測器相比，具有高選擇性、高靈敏度和高分離度等優點[70]。它對硫的響應是等物質的量且線性的，即使含硫化合物的結構不同，只要物質的量相同都會產生相同的響應值，這使定量測定變得簡單方便[71-73]。白酒中的揮發性含硫化合物由于其氣味閾值很低，所以即使它們的含量很低，對白酒香氣也有很大影響[74-75]。相對于SCD而言，FPD對很多痕量的揮發性含硫化合物檢測效果不佳，因為其碳氫化合物溶劑會引起檢測器淬滅效應[76]。Song Xuebo等[77]通過HS-SPME結合GC×GC-SCD在老白干白酒中發現12種揮發性含硫化合物，并且通過比較發現，GC×GC-SCD的檢測靈敏度遠高于GC-SCD，而GC-SCD的靈敏度高于GC-FPD、GC-FID和GC-MS。但SCD也存在一些不足，比如性能很容易受到探頭位置和火焰大小的影響，且操作和維護復雜。

NCD是利用樣品中含氮化合物和臭氧產生的發光反應，來檢測樣品中氮含量，從而對樣品進行定量的檢測器。在復雜的基質條件下，NCD會對有機氮化合物產生等物質的量的線性響應，即使復雜的樣品基質也能分析且無干擾[78-83]。鄭福平等[84]采用HS-SPME結合GC-NCD測定白酒中含氮化合物的含量，操作簡單，準確率高，穩定性好，檢測效率高，且能滿足樣品大量檢測的商業化需要。但是，目前NCD檢測器的應用還只存在于對胺、硝基化合物、吡啶和喹啉合等有機氮化合物的檢測[85]。

總體上來說，雖然目前已有各種前處理方法和分析儀器用于清香型白酒風味的分析，但開發更高效、選擇性小、快速綠色環保的前處理方法，以及分離效率高，速度快、靈敏度高和定性能力更強的分析儀器始終是白酒風味，乃至整個食品風味分析方法研究的主要方向，比如氣相色譜-核磁共振波譜聯用儀和氣相色譜-嗅聞-核磁共振波譜聯用儀等儀器的開發。

2 清香型白酒中的揮發性風味物質

2.1 香氣活性成分

20世紀以來，中國釀酒界和科研工作人員就致力于白酒風味化學的研究工作[7-8]。隨著科技的發展，用于分析清香型白酒風味化合物的前處理方法和檢測儀器越來越先進，人們也在清香型白酒中發現了更多的微量成分。

截至2020年12月，已報道的清香型白酒中的揮發性微量成分共730種，包括酯類170種、醇類105種、酸類49種、酮類69種、醛類51種、縮醛類32種、含硫化合物24種、呋喃類化合物25種、吡嗪類化合物17種、雜環類化合物14種、芳香類化合物73種、烴類32種、萜烯類48種、含氮化合物13種、其他類化合物8種。由此可知，清香型白酒揮發性風味成分中酯類化合物是最多的，其次是醇類、醛類、酮類、酸類等成分。

為了確認這些揮發性成分是否對清香型白酒的風味有貢獻，可通過GC-O或GC-O/MS結合AEDA分析、香氣活性值（odor activity values，OAV）等方法從清香型白酒的揮發性成分中篩選出重要的香氣活性成分。如Qian Yanping等[86]通過GC-O和GC-MS技術鑒定出不同青稞酒（高、低海拔地區種植的青稞釀造）中最重要的香氣物質是丁酸乙酯（OAV分別為369、104）、己酸乙酯（OAV分別為109、47）、辛酸乙酯（OAV分別為247、25）和β-大馬酮（OAV分別為120、54）。王勇等[87]采用LLE提取了牛欄山二鍋頭中的香氣活性化合物，并進行GC-O分析，最終確定了對整體香氣貢獻較大的香氣成分有25種，分別是3-甲基丁醇、丁酸、3-甲基丁酸、二甲基三硫醚、香草醛、苯乙醛、乙酸乙酯、苯乙酸乙酯、苯乙酸、2-乙酰基-5-甲基呋喃、三甲基吡嗪、辛酸乙酯、乙酸-2-甲基丙酯、戊酸乙酯、2-羥基己酸乙酯、丁二酸二乙酯、辛酸、2-甲基丙酸、戊酸、2-甲基丙醇、庚醇、4-乙基愈創木酚、乙酸苯乙酯、苯丙酸和四甲基吡嗪。

到目前為止，從清香型白酒中已篩選出了165種香氣活性化合物，其中酯類56種、醇類29種、酸類18種、醛酮類22種、縮醛類6種、酚類10種、含硫類12種、含氮類化合物7種、其他化合物5種，具體如表3所示。

根據表3統計3種清香型白酒中各類揮發性風味成分的數量，結果如圖2所示，大曲清香與麩曲清香型白酒中各類化合物的含量明顯高于小曲清香型白酒，這可能與其發酵過程微生物種類和數量的不同有關，因為研究人員發現在大曲和麩曲清香型白酒中的微生物種類和數量要比小曲清香型白酒中更豐富[94-99]。大曲清香型白酒中的酯類、醇類、縮醛類和含硫類化合物數量高于小曲、麩曲清香型白酒。麩曲清香型白酒中的醛酮類、酚類和含氮類化合物數量高于大曲和小曲清香型白酒。

表3 清香型白酒中的香氣活性化合物[88-93]Table 3 Aroma-active compounds in light-flavor Baijiu[88-93]

續表3

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圖2 大曲、小曲、麩曲清香型白酒中各類揮發性風味成分的數量Fig. 2 Numbers of volatile flavor compounds in Daqu, Xiaoqu and Fuqu light-flavor Baijiu

3種清香型白酒共有的香氣活性化合物有39種，包括乙酸乙酯、乙酸苯乙酯、苯乙酸乙酯、丁酸乙酯、丁二酸二乙酯、2-甲基丁酸乙酯、戊酸乙酯、己酸乙酯、庚酸乙酯、乳酸乙酯、辛酸乙酯、癸酸乙酯、月桂酸乙酯、苯甲酸乙酯、苯丙酸乙酯、γ-壬內酯、乙酸異戊酯、1-丙醇、1-丁醇、仲丁醇、1-戊醇、1-己醇、1-辛烯-3-醇、苯乙醇、異丁醇、異戊醇、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸、辛酸、異戊酸、糠醛、壬醇、苯甲醛、苯乙醛、4-甲基愈創木酚、4-乙基愈創木酚；小曲清香與麩曲清香型白酒共有的為0，大曲清香與小曲清香型白酒共有的有3種，但大曲清香與麩曲清香型白酒共有的卻有45種。大曲、小曲、麩曲清香型白酒中各類揮發性風味成分具體數量關系如圖3所示。大曲清香型白酒與麩曲清香型白酒中大部分的香氣活性化合物是相似的，可能是因為其在發酵階段的微生物種類相似，如雷振河[94]應用高通量測序技術分析了清香型白酒所用的大曲中的微生物，發現大曲中優勢微生物主要包括厚壁菌門、變形菌門、放線菌門和酸桿菌門。王勇等[98]同樣采用高通量測序技術在清香型白酒所用的麩曲中則發現了變形菌門、放線菌門、厚壁菌門、擬桿菌門四類微生物，有3 類微生物與大曲中的微生物一致。

圖3 大曲、小曲、麩曲清香型白酒中各類揮發性風味成分的數量關系Fig. 3 Unique and shared volatile flavor components between Daqu,Xiaoqu and Fuqu light-flavor Baijiu

此外，由表3可知，清香型白酒的香氣主要以果香花香為主，其中酯類、醇類化合物在這兩種香氣上表現最為突出。其中，通過GC-O/MS得到，乙酸乙酯、乙酸苯乙酯、苯乙酸乙酯、丁酸乙酯、丁二酸二乙酯、2-甲基丁酸乙酯、戊酸乙酯、己酸乙酯、庚酸乙酯、乳酸乙酯、辛酸乙酯、癸酸乙酯、月桂酸乙酯、苯甲酸乙酯、苯丙酸乙酯、γ-壬內酯、乙酸異戊酯、1-丙醇、1-丁醇、仲丁醇、1-戊醇、1-己醇、1-辛烯-3-醇、苯乙醇、異丁醇、異戊醇、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸、辛酸、異戊酸、糠醛、壬醇、苯甲醛、苯乙醛、4-甲基愈創木酚、4-乙基愈創木酚在大曲、小曲和麩曲清香型白酒中都有發現，說明這幾種物質是清香型白酒中較為常見的香氣活性化合物，在整個清香型白酒的風味組成上占有重要地位。它們的形成很可能與某些相同的工藝或者微生物的代謝有關。整體來看，這些化合物在大曲清香型白酒中的FD幾乎都高于其在小曲清香和麩曲清香型白酒中的數值，這表明大曲清香型白酒給人的香氣感受較其他兩類清香型白酒來說更為強烈。

在這3 類清香型白酒都存在FD的化合物中，共有30種化合物的FD≥16。在3種清香型白酒中的具體關系如圖4所示。

圖4 大曲、小曲、麩曲清香型白酒中FD≥16的香氣活性化合物Fig. 4 Volatile flavor components with flavor dilution factor (FD) ≥ 16 in Daqu, Xiaoqu and Fuqu light-flavor Baijiu

由圖4可知，在FD≥16的化合物中，有酯類14種、醇類6種、酸類7種、醛類2種、酚類1種。其中，在大曲和麩曲清香型白酒中的數量較多，在小曲清香型白酒中的數量較少。這說明在常見的幾種清香型白酒中，小曲清香型白酒與其他兩種清香型白酒相比，其香氣更為淡雅。在大曲清香型白酒中，乙酸乙酯（FD 180）、乙酸苯乙酯（FD 222）、苯乙酸乙酯（FD 251）、乳酸乙酯（FD 213）、辛酸乙酯（FD 225）、辛醇（FD 23）、苯甲醇（FD 33）、乙酸（FD 33）、丙酸（FD 23）、丁酸（FD 213）、己酸（FD 16）、辛酸（FD 33）、糠醛（FD 16）、苯乙醛（FD 71）在5個品牌的清香型白酒中都有發現。由此可知，這些化合物普遍存在于大曲清香型白酒中，是大曲清香型白酒中常見的香氣活性物質。而在這些化合物中，乙酸乙酯（菠蘿香氣）、乙酸苯乙酯（花香）、苯乙酸乙酯（甜果香）、乳酸乙酯（果香）、辛酸乙酯（果香）、丁酸（汗臭味）的FD（＞200）也較高，說明其在大曲清香型白酒中香氣較為強烈。

在大曲、小曲、麩曲清香型白酒都存在OAV的化合物中，乙酸乙酯（FD 115，OAV 42）、丁酸乙酯（FD 163，OAV 77）、戊酸乙酯（FD 252，OAV 53）、己酸乙酯（FD 471，OAV 91）、辛酸乙酯（FD 349，OAV 251）、乙酸異戊酯（FD 60，OAV 52）的OAV也較高，即這幾種香氣活性化合物是清香型白酒中普遍存在的關鍵香氣化合物。其中，辛酸乙酯的OAV最高，主要呈果香，為清香型白酒的水果味香氣做出了重要貢獻。雖然辛酸乙酯的平均OAV最高，但它的平均FD卻不是最高的，代表它在清香型白酒中的香氣強度不是最強的，可能是與其在清香型白酒中的含量和閾值有關。

雖然有一部分化合物的OAV很高，但是它們卻并不一定是白酒的特征香氣化合物，還需要進行重組缺失實驗進一步驗證。Gao Wenjun等[89]通過重組缺失實驗進一步確定了β-大馬酮、乙酸乙酯是汾酒大曲清香型白酒中主要的香氣貢獻者；Wang Juan等[93]通過重組缺失實驗進一步確定了β-大馬酮、二甲基三硫醚、戊酸乙酯、丁酸、乙酸乙酯、3-甲基丁醛、乳酸乙酯、己酸、丙位壬內酯、3-羥基-2-丁酮、丁酸乙酯、1-丙醇、香草醇乙醚、香草醛是草原王麩曲清香型白酒的主要香氣貢獻者；而在小曲清香型白酒中，孫細珍等[92]通過重組缺失實驗發現辛酸乙酯、乙酸異戊酯、1,1-二乙氧基乙烷、己酸乙酯、戊酸、1-辛烯-3-醇、乙酸乙酯、異丁醇是小曲清香型白酒的主要香氣貢獻者。Wang Juan等[93]通過重組缺失實驗證明了β-大馬酮（FD 19683，OAV 829）、二甲基三硫醚（FD 9，OAV 94）、戊酸乙酯（FD 729，OAV 113）、丁酸（FD 81，OAV 64）、乙酸乙酯（FD 27，OAV 34）、異戊醛（FD 27，OAV 19）、乳酸乙酯（FD 27，OAV 94）、己酸（FD 9，OAV 6）、γ-壬內酯（FD 27，OAV 3）、3-羥基-2-丁酮（FD 9，OAV 195）、丁酸乙酯（FD 243，OAV 68）、1-丙醇（FD 27，OAV 4）、香草醇乙醚（FD 27，OAV 5）、香蘭素（FD 243，OAV 4）是草原王中的關鍵香氣化合物，確定了二甲基三硫醚對陳香具有重要貢獻，并且對草原王白酒的質量控制具有不可或缺的作用，但其與白酒中其他化合物的相互作用原理尚不清楚，需要進一步研究。杜靜怡等[63]在清香型志都五谷酒中發現某種化合物的呈“芝麻、谷香”，其FD高達256，但卻未將其定性。

目前我國對于清香型白酒香氣成分的研究方法已趨近成熟，但是仍然存在一些問題需要進一步的研究，例如可明顯聞到香氣但檢測不到的化合物的定性、香氣成分之間的相互作用，以及關鍵香氣成分的代謝機制和定向調控等。

2.2 清香型白酒的風味輪

清香型白酒的風味特征研究對推動整個白酒風味行業的進步至關重要。清香型白酒作為中國白酒的三大香型之一，具有風格鮮明的花香和果香，其“優雅、飄逸”的香氣、“純凈、清雅”的口感、“恬靜、淡爽”的風格，造就了它“聞香雅”“入口凈”“落喉爽”的獨特品質。目前對清香型白酒的風味特征的研究已取得了很大進步，但鮮見有清香型白酒的香氣特征風味輪的總結報道。本文通過總結歷年來國內外感官評價小組對不同風格特色的清香型白酒的品評，同時參照國內外酒類的風味輪歸類法[100-104]，建立了清香型白酒的風味輪，具體如圖5所示。

圖5 清香型白酒的風味輪[63,88-93,105]Fig. 5 Flavor wheel of light-flavor Baijiu[63,88-93,105]

由圖5可知，清香型白酒的風味輪中花香、果香、甜香的種類十分豐富，堅果香、烤香類別占比較少。由此可知，清香型白酒中花香、水果香、甜香的感官相較于其他風味更為豐富。該清香型白酒風味輪的建立，有助于研究者在今后的嗅聞實驗中更加準確的進行風味特征的描述，這為找到并確定其中的關鍵香氣成分奠定了基礎。

3 結 語

清香型白酒是我國的主流香型白酒之一，已有上千年的釀造歷史。隨著科學技術和生產力的不斷發展，無論是清香型白酒的工藝、釀造條件還是發酵環境都已得到了很大的改善。在經歷了上千年文化的沉淀和現代技術的改進之后，清香型白酒正以迅猛之勢蓬勃發展。目前清香型白酒風味的研究已取得很大進展，但是清香型白酒乃至整個白酒行業仍然存在很多問題值得思考與解決，例如清香型白酒中關鍵風味成分的代謝途徑和調控研究還不夠深入，一些風味物質之間的相互作用，以及風味成分的嗅覺和味覺機制等研究也相對較少。因此，在未來的研究當中，應當繼續完善和豐富白酒風味組學的研究手段和工具，對上述存在的問題進行深入研究。