白酒風味物質成分分析方法及其相關成果研究進展

朱 明，丁子元，鄭曉衛，諶松強，靳喜慶，殷 紅

(1.中糧酒業有限公司，北京 100005；2.中糧營養健康研究院有限公司，北京 102209；3.營養健康與食品安全北京市重點實驗室,北京 102209；4.酒鬼酒股份有限公司，湖南吉首 416000)

酒，是一個世界性的產品。中國白酒同威士忌、白蘭地、伏特加、朗姆酒和金酒并稱為世界六大蒸餾酒。中國白酒歷史悠久，以富含淀粉質的谷物為原料，固態糖化發酵，固態甑桶蒸餾釀造而成。隨著馥郁香型白酒國標的正式發布，至今為止中國白酒已有12 種不同香型。白酒中有98 %的乙醇和水，還有1%～2%的微量物質，這些成分對白酒的香、味起到極其重要的作用。目前，在白酒中已經檢測出3000多種風味成分,主要包括酯、酸、醇等主體風味化合物，還含有吡嗪類、酚類、萜烯類等健康功能化合物和醛類、芳香族化合物等。這些微量風味物質是酒體的呈香呈味物質，影響著白酒不同的口感和風味，決定了不同香型白酒的風格和質量。

1 白酒香氣成分的研究方法

白酒風味化學的研究開始于20 世紀60 年代，近幾年，隨著儀器分析設備的更新迭代以及經濟的快速發展，對白酒香氣物質的研究不斷改進，白酒香氣成分的研究方法逐漸體系化，香氣成分的研究方法同先進的感官技術結合，許多關鍵香氣物質被大家所了解。目前，白酒香氣物質的分析方法主要包括三個步驟：一是酒體中香氣物質的提取；二是香氣物質的分離和鑒定；三是香氣物質的檢測和定量（圖1）。

圖1 白酒香氣物質的分析方法

1.1 白酒香氣物質的提取分析方法

白酒中1%～2%的微量成分包括酸類、酯類、醇類等，其極性、溶解性、揮發性各不相同，且存在基質較復雜，因此用單一的提取方法很難將白酒中所有的風味化合物提取出來，需要幾種前處理方法結合不同的分析儀器才能完成更豐富的風味成分解析。目前，白酒香氣成分的提取方法主要有直接進樣法、液液萃取法（LLE）、固相微萃取法（SPME）、攪拌棒吸附法（SBSE）、同時蒸餾萃取法、溶劑輔助風味蒸發法等。前3 種提取方法在白酒風味分析中廣泛利用。

直接進樣法簡單、易操作，只需要過有機濾膜即可上樣分析，最大程度保留了白酒中所有的組分，多用于檢測白酒的骨架成分，其含量一般能到g/L 級或幾百個mg/L 級，比如乙酸乙酯、己酸乙酯、乳酸乙酯、丁酸乙酯、正丁醇、正丙醇等香味物質,但樣品中高濃度的乙醇導致基質干擾嚴重，一些含量較低且色譜性質相似的組分會被基質掩蓋無法準確測定。

液液萃取（LLE）利用相似相容原理，通過待測物與基體在溶劑中不同的溶解度，分離、去除樣品基質保留待測組分。多用于檢測白酒中極性較強且濃度相對較高(mg/L 級)的化合物，比如有機酸類化合物。該方法易于操作，風味物質的回收率高，適用于定量測定。但風味物質的組成、性質非常復雜，在去除基質的同時一部分性質相似的化合物也被去除。

SPME 法操作簡單，靈敏度高，可用于檢測一些特定的目標化合物，如異嗅因子、健康因子（吡嗪類、萜烯類等化合物）等，現已廣泛應用于白酒、大曲、酒醅、窖泥等的分析。

1.2 白酒香氣物質的分離和鑒定

白酒中風味物質通常應用色譜法進行分離，主要包括氣相色譜法（gas chromatography，GC）、離子色譜法（ionchromatography，IC）、高效液相色譜法（high performance liquid chromatography，HPLC）。

目前，氣相色譜技術在白酒揮發性組分的分離分析中應用廣泛，分辨率和靈敏度高、可識別大量化合物。張宿義等利用HP-INNOWWAX 柱和FID 檢測器的氣相色譜技術，研究了瀘型酒在貯存過程中微量香氣成分變化規律，以叔戊醇、乙酸正戊酯和2-乙基丁酸為三內標，采用直接進樣的方法，實現了對醛酮類、酯類、醇類、酸類42 種風味物質的分離和定量分析。PAULINA 等利用氣相色譜技術結合衍生化法對白酒中的非揮發有機酸進行檢測。液相色譜技術在有機酸、多元糖醇、酒花苦味成分、原料真菌毒素、生物胺、外源甜味劑等白酒中非揮發成分分析中應用廣泛。王曉丹等利用液相色譜技術，以醬香型大曲和酒醅中分離的酵母菌株為研究對象，檢測到酵母發酵體系中的主要成分是葡萄糖和甘油，同時還可以測到D-阿拉伯糖醇、D-核糖醇、赤蘚糖醇、木糖醇和山梨醇這5種多元醇。離子色譜技術廣泛應用于白酒中有機酸的測定，對有機酸含量較高的酒樣可以直接進樣分析，唐坤甜等建立了離子色譜法同時分離和檢測20 種有機酸的方法，測定了不同香型白酒中的有機酸含量。

隨著白酒中風味化合物分析檢測儀器的發展優化，白酒中香氣物質定性手段變得多樣化、精準化。目前廣泛應用于白酒風味化合物定性的技術有NIST 譜庫比對法、標準品比對法、保留指數（RI）定性法等。通常在鑒定白酒中的風味化合物時，單一的定性方法無法確認，因而可結合多種定性手段確保定性結果的準確性。未知香氣化合物首先進行質譜譜庫比對，同時計算保留指數（RI），通過與標準樣品的質譜、RI 和香氣比對來定性；對于無標準品的物質通過質譜圖比對、查閱文獻中已報道過的相應物質的RI 和香氣描述來進行定性。

1.3 白酒香氣物質的定量方法

白酒中香氣物質濃度分布廣，從馥郁香型白酒中己酸乙酯等g/L級的化合物到濃香型白酒中幾個μ g/L 級的呈異嗅的土味素，要想實現這些香氣物質的全面定量，需要開發并結合不同的檢測技術和定量方式。

隨著分析檢測技術的發展，在白酒風味化合物的研究過程中，SBSE/HS-SPME-GC-MS、GCFID、GC×GC-TOFMS 等檢測技術使白酒的“神秘面紗”慢慢消失。先進的檢測技術需要結合準確的定量手段來確定各風味化合物的風味貢獻。白酒中常用的定量方法主要有面積/峰高百分比法、歸一化法、內標法、外標法等。目前，氣質聯用檢測技術大多采用面積/峰高百分比法定量，即目標香味物質峰面積占所有峰的峰面積總和的百分比，可快速實現目標物質定量分析；歸一化法通常與氣質聯用檢測技術結合實現定量，該方法操作簡單、快速，但是需要將所有待檢目標化合物檢出并準確積分；內標法和外標法在氣相色譜技術和氣質聯用技術中均應用廣泛，外標法定量需要準確的進樣量和穩定的儀器狀態，能夠對待測組分進行校正，內標法定量不需要準確的進樣量，內標的加入消除了因進樣量、設備不穩定等引起的系統誤差。因此，針對不同含量、不同性質的風味化合物，應選擇合適的定量方法。

2 白酒風味特征物質研究進展

2.1 白酒中微量風味物質的研究

中國白酒微量成分的研究開始于輕工業部在茅臺的試點，建立了紙上色譜法和薄層層析色譜法。隨后，四川食品所利用氣相色譜技術實現了有機酸、酯類等的定性、定量，但可定量的化合物僅有十幾種，直到20 世紀90 年代，GC-MS 技術的引入使白酒的定量工作有了更深入的研究。1992年，蔡心堯等利用GC-MS 分析，在白酒中分析得到60多個組分峰，40 多個峰獲得了確切的定性，其中醇類14 種，酯類13 種，羰基化合物7 種，有機酸8 種，縮醛1 種，吡嗪1 種。其后，氣相色譜技術、氣質聯用技術在白酒微量風味物質的研究中得到了廣泛的應用。

張五九等利用直接進樣GC-FID技術分析酒體中常規微量風味，HS-SPME 結合GC-MS 技術分析酒體中其他揮發性微量風味，IC技術分析酒體中有機酸和多元醇，實現了對豉香型白酒微量物質定量分析達到100 種以上。周慶云等利用GCFID 技術、HS-SPME 和LLE 結合GC-MS 技術，檢測出景芝芝麻香型白酒中86 種微量風味物質，其中，α-雪松烯和α-萜品醇首次在芝麻香型白酒中被定量。張倩等采用多技術聯用，實現了79種活性成分的定量分析，包括可嗅聞到的51 種香氣活性成分和28 種非嗅聞活性成分。由于白酒風味成分十分復雜，一維氣相色譜質譜分離度有限，無法獲得更加豐富的色譜數據，因此全二維色譜-質譜技術應運而生。

2007 年，季克良等首次將全二維-飛行時間質譜技術（GC×GC-TOFMS）應用于白酒微量化合物的研究領域，通過質譜定性，在醬香型白酒中定性出873 種微量香味物質，濃香型白酒中定性出342 種，清香型白酒中定性出178 種。隨后，全二維技術被用于茅臺酒、古井貢酒、瀘州老窖、芝麻香等白酒的揮發性組分研究中。2017 年，陳雙等首次將頂空固相微萃取前處理技術同全二維氣相色譜-飛行時間質譜技術（HS-SPME-GCⅹGCTOFMS）結合研究了典型芝麻香型白酒揮發性組分特征，在景芝芝麻香型白酒中檢測到1029 個色譜峰，進一步采用多級鑒定策略確認了可信度較高的揮發性化合物340 種。2021 年，高夢昕等采用頂空固相微萃取結合全二維氣相色譜-飛行時間質譜（GC×GC-TOFMS）技術對安徽明綠液酒的揮發性組分特征進行了分析，通過與白酒揮發性風味數據庫比對，在明綠液酒中鑒定出810 種揮發性組分，包括386種潛在香氣活性組分。

在白酒風味化合物的研究過程中，新的化合物不斷被發現，更豐富的白酒微量風味物質逐漸被大家所了解，為科學認識中國白酒風味提供參考。

2.2 白酒中健康功能因子研究

醫學古籍早有記載，“酒是藥引子，酒藥同源”。因此，挖掘中國白酒中的健康功能因子，使人們科學、客觀的認識白酒，促進中國白酒產業提升，成為各位學者廣泛關注的研究熱點。目前，黨中央和國務院制定了“健康中國”的發展戰略，中國白酒發展的新趨勢就是科學、健康飲酒，白酒中健康功能因子的作用機制需進一步研究進行詮釋。

吡嗪類化合物具有護肝、改善血液循環、擴張血管等功能，主要由微生物代謝和美拉德反應產生，其中，四甲基吡嗪是白酒中最為主要的吡嗪物質，具有烤炒堅果、烤肉的烘焙烤香氣味。王莉等建立了一種氣相色譜-質譜-離子掃描聯用(GC/S-SIM)技術，直接進樣定量了茅臺、郎酒、五糧液、國井等白酒中4 種重要吡嗪化合物，發現茅臺酒中包括四甲基吡嗪在內的4 種吡嗪類化合物含量均高于其他幾個品牌。FAN 等研究了12 種同年份的不同白酒中的吡嗪含量，發現吡嗪濃度較高的是茅臺酒、郎酒、今世緣酒，醬香型白酒中吡嗪含量最高，濃香型與清香型次之。張溫清、司冠儒等研究了宣酒芝麻香型白酒中吡嗪類健康因子，建立了TMP、三甲基吡嗪含量測定的方法。

香蘭素、4-甲基愈創木酚、4-乙基愈創木酚具有體外抗氧化活性和細胞內抗氧化活性。孫嘯濤等采用渦旋輔助液液微萃取結合GC-MS 法檢測67 種白酒中四甲基吡嗪、4-甲基愈創木酚和4-乙基愈創木酚的含量，發現67 種白酒中均含有四甲基吡嗪，含量1.5～2434.3μg/L；51種白酒中含有4-甲基愈創木酚，含量2.8～1709.0μg/L；53 種白酒中含有4-乙基愈創木酚，含量1.3～1167.5 μg/L。白酒中也含有豐富的萜烯類化合物，Wang 等研究茅臺酒中的萜烯類化合物，共檢測出55 種萜烯類化合物；徐占成等采用全二維氣相色譜-飛行時間質譜（GC×GC-TOF MS）技術研究了劍南春白酒中的萜烯類物質，檢測到劍南春中有91 種萜烯類物質，以倍半萜為主；范文來等采用正相色譜技術結合MS 分析研究了董酒中萜烯類物質，確定董酒中含有52種萜烯類物質。

隨著檢測技術的發展和研究的不斷深入，會有更多的健康功能因子被發現，進一步為中國白酒行業的健康發展提供契機，為白酒的安全性與活性健康功能提供有力依據，有利于科學正確認識中國白酒。由于國內對于白酒健康因子的研究還較少，不斷開發各種健康白酒十分必要，以滿足白酒“健康化”的新發展趨勢。

2.3 白酒中潛在危害因子研究

隨著消費者對于白酒需求量的攀升，對于白酒的安全問題也越來越重視。目前，白酒中的潛在危害因子主要有甲醇、重金屬離子、鄰苯二甲酸酯類、氨基甲酸乙酯、雜醇油、小分子醛（甲醛、乙醛、丙烯醛）、生物胺、真菌毒素等。這些潛在危害因子的存在對人體有一定的危害作用，因此，準確的檢測、定量這些化合物可以為白酒復雜的工藝生產過程中減少潛在危害因子的產生提供支撐。

狄紅梅等采用氣相色譜內標法測定了牛欄山白酒中甲醇的含量，通過條件優化，建立了簡單、快速、準確的甲醇定量檢測方法，為牛欄山酒廠白酒甲醇的檢測和白酒產品質量的控制提供技術指導。格絨澤仁等建立了針對濃香型白酒飲后不適感的關鍵高級醇類物質關聯性判定方法，通過氣相色譜火焰離子化檢測器(GC-FID)對高級醇類物質進行定量分析，并結合相對應分析法和PCA 分析法，推斷出異戊醇和正丙醇為引起濃香型白酒飲后不適的關鍵高級醇。朱夢旭等采用O-(2,3,4,5,6-五氟芐基)羥胺(PFBHA)作衍生化試劑，利用頂空固相微萃取-氣質聯用技術檢測了餾分酒、不同年份原酒、不同香型成品白酒中的甲醛，研究發現白酒儲存過程中甲醛濃度上升、丙烯醛濃度下降，該方法檢測限和定量限低，操作簡單、快捷。

余建華等對氣相色譜-質譜法檢測白酒中17種塑化劑的前處理方法進行優化，對試樣中乙醇含量、總酸、總酯及鹽添加量4 個方面的變化進行了考察，經前處理后的方法，具有操作簡易、回收率高、精密度好、檢測結果準確等優點，可滿足日常監督中對白酒塑化劑檢測的需求。畢榮宇等采用氣相色譜-三重四極桿串聯質譜法（GC-MS/MS）建立了鄰苯二甲酸酯（PAEs）的檢測方法，并對12 種不同香型白酒中的18 種PAEs 塑化劑的含量進行了測定，該方法分離效果良好，檢出限為0.001～0.428 mg/kg，定量限為0.003～1.426 mg/kg。

2.4 白酒中異嗅因子研究

白酒異嗅，也叫異常氣味（off-flavor)，是相對于白酒香味而言的，也可稱為不良氣味，是釀造、蒸餾或者勾兌過程中產生的偏離其固有香氣的一種不良氣味。目前，酒體中發現的異嗅味主要有土霉味、苦味、臭味、糠味、酸味、辣味、澀味等，酒體中呈異嗅味的物質通常具有相對較低的感官閾值，人們對其更為敏感，可辨程度高，對酒體風味破壞較大。

杜海等研究了土霉味較為典型的白酒香氣成分，建立了白酒中土味素（TDMTD）的定量方法，檢測了老白干香型、鳳香型、濃香型等10 種成品白酒中的呈土霉味的土味素含量，發現老白干香中TDMTD 最高，鳳香次之，隨后，從清香型白酒大曲中篩選得到5 株產土味素的鏈霉菌株，確定了清香型白酒中常見的異味物質——土味素的工藝產生源頭及生物來源。Ding 等發現導致醬香型白酒呈現動物臭/皮毛臭的異嗅物質為4-甲基苯酚。劉博等進行了濃香型白酒中窖泥臭味的研究，發現窖泥臭味的主要化合物為4-甲基苯酚（PC），并通過高通量測序技術解析了濃香型白酒中窖泥臭味物質4-甲基苯酚的來源。孫細珍等對小曲清香型白酒中異嗅味-糠味和水嗅味物質進行了研究，發現Geosmin（GSM）為小曲清香型白酒糠味主要物質，異戊酸乙酯為小曲清香型白酒水嗅味主要物質。孫文佳等采用電子鼻、氣相色譜-嗅辨儀和氣相色譜-質譜聯用技術等多手段結合研究豉香白酒中異嗅物質的組成，定性了53 種酒體成分,其中有8 種差異化合物有白酒風味貢獻,通過驗證確定丁酸、異戊醇是2 款白酒中主要的異嗅味物質。王露露等采用正相硅膠色譜結合GC×GC-TOF/MS 解析醬香型白酒中的揮發性組分，通過化合物添加與缺失實驗驗證了2-甲基-3-呋喃硫醇，糠硫醇等含硫化合物含量過高是造成醬香白酒表現“鹽菜味”的關鍵因素，進一步證明“鹽菜味”是一種復合型的特征異嗅味。

白酒為多菌種發酵，因而香味成分和異味成分較為復雜，且異味與香味物質很難嚴格區分；白酒生產過程由多步環節組成，確定異味產生環節較為困難。因此，對于該類量微香大化合物的準確定性定量，仍是風味化學研究領域的一大重點難題。

3 總結與展望

白酒中的風味特征成分復雜，在白酒中起著非常重要的作用，隨著科技的進步，白酒的骨架成分及微量物質逐漸被剖析。本文從中國白酒香氣物質的提取分析方法、分離和鑒定技術及定量方法三個方面綜述白酒風味特征物質研究的方法學，并對白酒中微量風味物質、健康功能因子、潛在危害因子及異嗅因子進行了介紹。隨著儀器設備的優化和發展，提取分析方法完善與提升，被分離提取的風味特征物質越來越多，分析手段也逐步從單一的氣相色譜分析過渡到氣相色譜-質譜聯用技術和全二維氣相色譜-質譜聯用技術。隨著分析手段的不斷進步，越來越多量微香大（香氣閾值低、含量少）的物質在白酒中被檢測出來，這些微量成分的發現對進一步提升不同香型白酒的品牌宣傳，優化白酒的生產工藝，提升白酒的安全和品質，提高白酒質量提供了理論依據，對白酒的勾兌、基酒分級也起到了一定的指導作用。