紅星兼香型白酒香氣成分的分析研究

陳思佳，杜艷紅，譚 昊，聶建光，李婷婷，李 曉，賈春琪，瞿紅宇

（北京紅星股份有限公司，北京 101400）

白酒作為世界最著名的六大蒸餾酒之一，是中國本土最受歡迎的傳統蒸餾酒，其釀造技藝可追溯到元朝時期[1]。中國白酒種類繁多，市場上不同香型的白酒依靠各自的風格和特點，皆受到廣大消費者的歡迎，不同香型白酒風格差異關鍵在于其香味成分的差異[2-3]。

近些年來，氣相色譜-質譜聯用（GC-MS）、高效液相色譜-質譜聯用（HPLC-MS）等先進分析儀器廣泛應用于白酒中香氣化合物的定性和定量，其中氣質聯用技術已經成為檢測白酒中揮發性香氣成分的主要技術手段[4-5]。為了鑒定特征香氣成分，氣相色譜-聞香法（GC-O）應運而生，GC-O 是一種將氣相色譜-質譜儀器的分析能力和人的鼻子所具有的敏感嗅覺相結合的研究方法，目前已廣泛應用于飲料酒成分和水果風味等多方面的研究[6-8]。

本研究應用頂空固相微萃取-氣相色譜質譜聯用法（HS-SPME-GC-MS）對紅星兼香型白酒和其他3種香型白酒中揮發性成分進行鑒定，并結合GC-O 技術對風味物質的香氣貢獻進行剖析，以比較紅星兼香型白酒與其他香型白酒在揮發性化合物種類和含量上的差異，確定紅星兼香型白酒重要的香氣活性物質。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑及儀器

酒樣：兼香型白酒JG(53 %vol)，由北京紅星股份有限公司提供；清香型白酒QH(53%vol)、濃香型白酒WL(52 %vol)、醬香型白酒FT(53 %vol)，均從市場采購。

試劑及耗材：氯化鈉（分析純，上海國藥化學試劑有限公司）；乙醇（99.9 %，北京百靈威科技有限公司）；定性用標準品和內標物（純度均大于98.0 %，上海安譜實驗科技股份有限公司或上海麥克林生化科技有限公司）；C7～C30 飽和烷烴標準品（Supelco，美國）。

儀器設備：JJ323BC 型電子天平，常熟市雙杰測試儀器廠；DVB/CAR/PDMS 固相微萃取三相頭（50/30 μ m × 1 cm，Supelco，美國）；8890-7010BGC-MS 聯用儀、DB-FFAP 色譜柱（60 m×0.25 mm,0.25 μm)、DB-WAX UI 色譜柱（30 m×0.25 m,0.5 μ m）、20 mL 頂空進樣瓶（Agilent，美國）；sniffer 9100 系統（brechbühler，瑞士）；Synergy超純水機（Millipore，美國）。

1.2 試驗方法

1.2.1 色譜條件

DB-FFAP 毛細管色譜柱（60 m×0.25 mm,0.25 μ m）；升溫程序：初始溫度40 ℃，以2 ℃/min 升到160 ℃，再以10 ℃/min 升到230 ℃，保持15 min；載氣（He）流速1.5 mL/min，進樣口溫度250 ℃，不分流進樣。

DB-WAX UI 毛細管色譜柱（30 m×0.25 mm,0.5 μ m）；升溫程序：初始溫度35 ℃，保持4 min，以5 ℃/min 升溫到100 ℃，再 以10 ℃/min 升溫至230 ℃，保持13min；載氣（N2）流速1.08 mL/min，進樣口溫度230 ℃，進樣量0.5 μ L，分流比30∶1；氫火焰離子檢測器（FID）溫度為240 ℃，尾吹氣30 mL/min，氫氣40 mL/min，空氣400 mL/min。

1.2.2 質譜條件

電子電離源，能量70 eV；離子源溫度230 ℃；四極桿溫度150 ℃；輔助通道加熱溫度250 ℃；全掃描模式，質量掃描范圍35～450 m/z。

1.2.3 化合物定性

化合物通過NIST.L20 譜庫檢索進行初步鑒定，再通過計算化合物的保留指數(retention index,RI)，與文獻保留指數比對以及標準品比對，進一步對該化合物進行定性分析。

1.2.4 定量分析

對濃度較高的物質使用DB-WAX UI 柱，GCFID 直接進樣法定量分析；濃度較低的物質使用DB-FFAP 柱，HS-SPME-GC-MS 法進行相對定量分析。

1.2.4.1 GC-FID 直接進樣法定量分析

內標混合溶液包含叔戊醇、乙酸戊酯、2-乙基丁酸（終濃度200 mg/L），取酒樣10 mL 加入100 μ L混合內標，混勻后加入1.5 mL 進樣小瓶進行氣相色譜分析。采用內標標準曲線法計算樣品質量濃度。

1.2.4.2 HS-SPME-GC-MS 內標半定量法分析

內標溶液為4-辛醇（終濃度880 μ g/L），取酒樣1.5 mL 于20 mL 頂空瓶中，加入10.0 μ L 內標溶液、6.5 mL 超純水，加氯化鈉飽和，混合均勻后進行分析。HS-SPME 方法參考孫細珍法[9]，條件如下：50/30 μm DVB/CAR/PDMS 萃取頭，樣品在50 ℃條件下平衡5 min 后，將SPME 纖維頭插入頂空瓶中樣品上方，50 ℃萃取40 min（250 r/min），萃取結束后，萃取頭插入進樣口中，于250 ℃脫附5 min；萃取前后均于270 ℃老化15 min。采用以上DB-FFAP 色譜柱條件、質譜條件進行GC-MS 分析，以待測物與內標物的峰面積比，采用內標半定量法計算各化合物的相對含量。

1.2.5 GC-O 分析

對色譜流出成分在毛細管末端以1∶1 的分流比流入嗅聞儀，嗅聞系統傳輸線溫度250 ℃，加濕器流速100 mL/min。聞香小組由4 人組成（均經過專業品酒訓練，有一定品評經驗，含2 名國家級品酒師），采用時間－強度法（OSME法）[10]，香氣強度分別記為1～5 個等級，每人聞香3 次。每個化合物的香氣強度值為聞香結果的平均值。“1”表示該化合物香氣微弱，“5”表示該化合物香氣非常強。聞香時記錄香氣的保留時間、香氣強度以及香氣描述。

1.2.6 數據分析

所得數據采用Origin 2022 進行聚類分析和繪圖。

2 結果與分析

2.1 酒體揮發性成分分析

4種香型白酒中每類化合物含量所占百分比如圖1 所示。由圖1 可以看出，在4種白酒樣品中含量占比最高的均為酯類化合物，其中濃香型WL 的酯類化合物占比最高；其次是酸類化合物和醇類化合物，兼香型JG 和醬香型FT 的縮醛類化合物含量占比較高，主要是乙縮醛的含量較高。研究發現隨著貯存時間的延長，乙醛可以和乙醇縮合成乙縮醛[12]。醬香型白酒和兼香型白酒的縮醛類物質含量較高可能與原酒的貯存期長有關，一般來說醬香型原酒要經過不少于三年時間，貯存成熟才能用于勾調。

圖1 4種白酒樣品中各類揮發性化合物含量占比

根據檢出的揮發性風味成分含量進行熱圖分析（圖2），熱圖更能夠直觀地顯示各酒樣揮發性風味化合物的種類和含量差異。由圖2 熱圖可知，4種不同香型白酒的風味物質構成差異明顯，尤其是醬香型FT 與其他3種香型的物質組成差別最大。由層次聚類分析結果可知，當樣品被歸為4 類時，4種香型能夠被區分，說明不同香型間微量化合物的構成存在十分明顯的差異。由樹狀圖和熱圖可知，紅星兼香型JG 與清香型QH 在化合物種類和含量上相對相似，其次是與濃香型WL。

圖2 4種香型白酒風味物質熱圖分析

根據前述方法對酒樣中揮發性風味成分進行測定分析，從4種白酒樣品中共鑒定出138種化合物（表1），其中包括酯類65種，醇類12種，酸類9種，醛酮類15種，芳香類11種，酚類4種，內酯類1種，縮醛類6種，呋喃類10種，含硫化合物2種，含氮化合物1種和萜烯類2種。

表1 4種酒樣揮發性風味化合物檢出結果

表2 紅星兼香型白酒中香氣成分的聞香結果

由表1 可知，鑒定出的138種化合物中，紅星兼香型包含116種，清香型74種，濃香型101種，醬香型101種。比較可知，兼香型的風味化合物種類更加豐富，這可能與多種因素有關，紅星兼香型JG 為濃清醬三香融合的兼香酒體，且應用陳年調味酒進行酒體調制，提升了風味化合物的多樣性。近年來對白酒發酵過程中微生物多樣性的研究發現，濃香型和醬香型酒醅中微生物的種類和數量明顯比清香型豐富，影響了不同香型白酒風味化合物的豐富度[11]。

2.2 GC-O 結果分析

應用頂空固相微萃取技術結合GC-O 聞香技術，鑒定紅星兼香型白酒JG 中主要呈香的香氣化合物，共嗅聞到35種香氣成分（表2），包括酯類15種、酸類4種、芳香族4種、呋喃類1種、吡嗪類1種、醇類1種、酮類1種和未知化合物8種。由表2 可以看出，果香、花香和酸甜味是主要的風味貢獻。

酯類化合物大多是由酸和醇在發酵和貯存過程中酯化而成[14]。檢測到的15種酯類化合物以乙酯類為主，是最重要的一類呈香物質，主要呈現水果香和甜香，如己酸乙酯呈果香和菠蘿香氣、丁酸乙酯呈水果香和甜香、3-己烯酸乙酯呈腐敗的果香。根據香氣強度值的大小（≥3），己酸乙酯（4.6）、丁酸乙酯（3.8）、異戊酸乙酯（3.4）、3-己烯酸乙酯（3.3）、庚酸丙酯（3.3）、戊酸乙酯（3.0）和乳酸乙酯（3.0）是紅星兼香型白酒JG 中重要的酯類呈香化合物。此外有研究報道，辛酸乙酯在兼香型白酒中OAV＞1000，含量較低但對兼香型、濃香型、清香型、鳳香型酒體風味均有重要貢獻，并且在低濃度時對酒體香味有很好的復合作用[1，15]，在本研究中該物質也呈現一定的香氣強度。

有機酸類是細菌在發酵過程中逐步產生的，香氣特征是酸爽、酸臭、汗臭等氣味，酸類是形成酒“后味”的重要成分，也是生成酯類的前體物質[16]。從香氣強度來看，香氣最強的是己酸（4.4），己酸是酒中己酸乙酯的前體物質，貢獻典型的酸澀味和奶酪臭味[17]，其他被嗅聞到的酸類化合物還有異戊酸（3.8）、丁酸（2.4）和乙酸（1.0）。

芳香族化合物主要來源于原料的單寧、木質素、阿魏酸、香草醛，經酵母、細菌發酵生成，貢獻花香、蜂蜜香和水果香[18]。芳香族物質普遍具有高沸點、難揮發和留香時間長等特點，是促進酒體優雅醇厚的一類物質[17]。在紅星兼香型白酒中，嗅聞到的4種芳香族化合物均為芳香酯，香氣強度最大的是呈玫瑰花香的苯乙酸乙酯（4.0）和呈果香的苯丙酸乙酯（4.0），其次是乙酸苯乙酯（2.6）和苯甲酸乙酯（1.3）。

本研究嗅聞到的雜環化合物包括呈溶劑味和汽油味的乙基糠基醚（3.3），以及呈烤堅果香和可可香氣的四甲基吡嗪（2.0）。吡嗪及呋喃等雜環類化合物均可以通過美拉德反應產生[19]。乙基糠基醚曾在兼香型、馫香型、濃香型白酒中檢出[1，20-21]，四甲基吡嗪閾值低、香味強度大，具有的烘烤香氣可以改善白酒風味[22-23]。

本研究還嗅聞到未知化合物8種，未能定性可能是由于含量低導致未出峰或與其他組分共流出。這些成分分別呈現酸味、烘烤香、泥土味、堅果味、青草味等氣味，它們對酒體整體香氣的貢獻也不容忽視。

3 結論

本實驗通過HS-SPME 結合GC-MS 技術，利用質譜、保留指數法及標準品比對的方法，從紅星兼香型白酒和其他3種典型香型白酒中共鑒定出138種香氣成分，紅星兼香型白酒包含其中的116種，化合物種類的豐富程度高于其他3種香型白酒。通過GC-O 技術從紅星兼香型白酒中嗅聞到35種香氣活性物質，按照香氣強度值的大小（≥3），己酸乙酯、己酸、苯乙酸乙酯、苯丙酸乙酯、異戊酸、丁酸乙酯、異戊酸乙酯、3-己烯酸乙酯、乙基糠基醚、庚酸丙酯、戊酸乙酯和乳酸乙酯為紅星兼香型白酒重要的香氣活性物質。本研究為紅星兼香型白酒的香氣成分剖析提供了依據，但對各類風味物質的協同作用還有待深入研究。