60Co-γ射線輻照清香型高粱酒陳化效應

陸艷婷 張猛超 李祖光 楊文新 陳金躍 劉超綱 王炳奎 ，

（1浙江省農業科學院作物與核技術利用研究所，浙江 杭州 310021；2浙江省數字旱糧重點實驗室，浙江 杭州 310021；3浙江工業大學化學工程學院，浙江 杭州 310014）

高粱酒，也被稱為高粱燒酒，屬中國白酒，是一種聞名遐邇的蒸餾酒，乙醇含量在40%～55%（以體積計）之間［1］。白酒的品質取決于多種因素，如原料、發酵劑和發酵過程、陳化等。中國白酒區別于威士忌、白蘭地等其他蒸餾酒的最明顯特點是在釀制過程中用到曲藥。曲藥富含多種微生物以及微生物的代謝產物和酶，在白酒釀造過程中將其混合在熟糧食中，各種微生物和酶的聯合作用將熟糧食發酵后即可蒸餾出白酒。釀造白酒根據所用糖化、發酵菌種和工藝的不同，可分為大曲酒、小曲酒、麩曲酒三大類。傳統白酒釀造主流使用的是大曲和小曲，兩者各具特色。大曲白酒曲香馥郁，口味醇厚，飲后回甜；小曲白酒則酒體柔和、純凈爽口，香氣優雅。但中國白酒采用曲藥釀造工藝導致新酒除香氣較沖、入口辛辣、口感雜外，還有明顯的輔料味［2-4］，需在數年陳化中經締合、氧化、縮合、聚合和去雜等一系列物理化學反應來達到酸酯協調、減少酒的刺激感而變得綿柔醇厚［4-6］。

20 世紀60 年代初，國外開始利用γ 射線輻照加工酒類，但多用于白蘭地和威士忌［7-8］。中國自20世紀70年代末開始進行輻照白酒的研究，γ 射線輻射催陳法主要借助γ 射線傳遞能量，使酒中水分子產生高能自由基，從而引發氧化反應［6-7］。輻照處理可加速酒的陳化，縮短陳化期，達到用傳統方法貯存2—3年時間才能達到的陳化效果［8-9］。1994 年我國發布《GB 14891.9-1994輻照薯干酒衛生標準》（2005年廢止），標準中明確了輻照劑量要求，即：經60Co-γ或137Cs-γ射線或電子加速器產生的低于10 MeV 電子束照射，其平均總體吸收劑量不得大于4 kGy，但現階段尚未有新的類似標準。截至目前，關于60Co輻照白酒的安全性研究結果表明，60Co 輻照白酒無潛在危害［10-11］。香氣是白酒產品的一種屬性，也是感官質量指標之一。輻照可加速陳化，使酒香更加醇厚，提升白酒品質。目前對小曲清香型高粱酒的γ射線輻照加速陳化尚鮮有研究報道。本試驗通過不同劑量γ射線輻照小曲清香型高粱酒，分析輻照后清香型高粱酒的主要香氣化合物組成和比例的變化，旨在為加速高粱酒陳化提供一種綠色低碳的技術途徑。

1 材料與方法

1.1 樣品酒

來自浙江省的小曲清香型高粱酒，外觀無色、清亮透明、無懸浮物和沉淀，體積分數52.0%，樣品于4 ℃冷藏。輻照處理后45 d檢測主要揮發性成分并進行感官評價。

1.2 試劑

重鉻酸銀劑量計、重鉻酸鉀劑量計，中金輻照股份有限公司深圳技術檢測中心；正構烷烴標準樣品為C8-C30，美國Sigma上海分公司。

1.3 儀器

UV1800紫外可見分光光度計，島津儀器有限公司（蘇州）；GC 2000-Mars 6100氣相色譜-質譜聯用儀，聚光科技股份有限公司（杭州）；75 μm Carboxen/聚二甲基硅氧烷（CAR/PDMS）萃取纖維，Supelco公司（美國）。

1.4 γ-射線輻照處理

輻照處理在浙江省農業科學院國家水稻改良中心輻射育種研究室（浙江省輻照中心）進行，輻照源為60Co 靜態放射源，活度1.33×1015Bq，源棒花藍式排列。每處理樣品1 000 mL，玻璃瓶裝，化學劑量計跟蹤，4 個處理根據實測吸收劑量值由低到高分別為1.51、3.14、4.65、7.37 kGy（分別以T1、T2、T3、T4表示），未輻照為對照（CK）。輻照劑量率30 Gy·h-1。劑量跟蹤的化學劑量計經中國計量科學研究院國家劑量保證服務（National Dose Assurance Service，NDAS）比對標定。

1.5 測試方法

1.5.1 儀器條件 頂空固相微萃取和氣相色譜質譜聯用（gas chromatograph-mass spectrometer，GC-MS）分析：取1 mL酒樣和4 mL去離子水放入40 mL頂空玻璃萃取瓶中，再加入1.5 g氯化鈉，（50±2） ℃下平衡10 min；然后使用裝有75 μm CAR/PDMS 的固相微萃取手柄的不銹鋼針管刺穿頂空瓶的密封墊片，于瓶內頂空部分推出固相微萃取（solid phase micro-extraction，SPME）萃取頭，萃取30 min；萃取完成后，將SPME 萃取頭拔出并直接插入氣相色譜-質譜聯用儀的進樣口脫附5 min。用氣相色譜-質譜聯用儀分析酒樣的揮發性成分，氣相色譜條件：色譜柱為DB-5MS（30 m×0.25 mm×0.25 μm）；進樣口溫度：250 ℃，不分流進樣，SPME纖維頭在進樣口脫附5 min；柱溫在45 ℃保留3 min，然后以5 ℃·min-1升到90 ℃，在此溫度下保持1 min，最后以3 ℃·min-1升到250 ℃后保持5 min；載氣為高純氦氣（99.999%），流速為0.8 mL·min-1，隔墊吹掃為1.0 mL·min-1。質譜條件：電子轟擊離子源（electron impact source，EI），電子能量為70 eV；采用全掃描模式，掃描范圍在45～550m/z；離子阱溫度為180 ℃，傳輸線溫度為250 ℃，箱體溫度為50 ℃；掃描速度為3 scans·s-1，溶劑延遲為4 min。測試3次重復。

1.5.2 定性與定量分析 成分定性分析通過采集所得到的質譜圖利用NIST（2011版本）譜庫檢索完成；同時采用Kovats保留指數定性的方法來輔助質譜檢索定性，質譜檢索與保留指數相結合的二維定性是一種可信度較高的定性方法［12］。在進行保留指數定性時，參考色譜柱選用DB-5 的文獻值，試驗值與文獻值的差異以1%作為檢索尺度。通過對C8～C30正構烷烴標準品的色譜掃描，計算得到各化合物的保留指數，并與相應標準品的保留指數值進行比對，即可對物質進行有效定性分析。利用峰面積歸一化方法進行定量分析，計算各酒樣揮發性成分的相對含量。

1.5.3 感官評價 感官評價參考文獻［13-14］的方法進行，選取對清香型高粱酒的香氣特征和口感敏銳的人員組成評估小組，共7 個成員（30～50 歲），分別為5 男2 女，分別按色、香、味對不同處理進行百分制評分。評酒時，評酒員根據自己的實際感受對樣品的色、香、味進行全面的鑒別，評分標準見表1。

表1 感官評價標準Table1 Sensory evaluation criteria

1.6 數據分析

采用Excel 2016 進行數據標準誤差分析和繪圖，采用SPSS Statistics 24 統計分析軟件進行差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 不同輻照劑量處理對清香型高粱酒主要揮發性成分的影響

應用頂空固相微萃取方法富集清香型高粱酒中的揮發性成分，并通過GC-MS 技術分析，分別在5 個處理的酒樣中共鑒定出除乙醇外的36～49 種化合物（表2），按清香型白酒中香氣物質分類，分為酯類、醇類、醛類、酮類、烯類、其他類（已鑒定出但不屬于前述各類化合物）以及未知類（分離出但未能鑒別出的化合物）。

表2 輻照處理對清香型高粱酒各類揮發性成分種類和相對含量的影響Table 2 Effect of irradiation treatment on the types and relative content of various volatile compounds in light aroma-type sorghum liquor

由表2 可知，隨著輻照劑量的增大，供試酒中的化合物種類減少，減少數量最多的是未知化合物。T4 酒樣中化合物種類較CK 減少了13 種，且未知化合物的相對總含量也較CK 減少7.36 個百分點。醇類化合物種類隨輻照劑量的增加而減少，相對含量呈先下降后上升趨勢。T3處理的醛類相對含量較CK、T1、T2均極顯著減少，且與T4 處理無顯著差異。酮類物質較穩定，各處理與CK 間均無顯著差異。輻照對烯類物質相對含量影響較大，各處理均較CK 極顯著增加，T1 與T2、T3 與T4 間均無顯著差異，T3、T4 較T1、T2 極顯著增加。其他類化合物種類在輻照處理后由5 種減少到3 種，這3 種化合物均較穩定，各輻照處理間無顯著差異。白酒中的酯類是除乙醇外含量最多的一類化合物，在主要揮發性成分中占60%以上，且是白酒已知化合物類別中種類最多的一類化合物。隨著輻照劑量的增大，酯類化合物相對含量呈現先上升后呈下降的態勢，5 個處理中，T1 處理酯類物質相對含量最高，達72.08%，T3處理酯類物質相對含量已略低于CK。

2.2 不同輻照劑量處理對清香型高粱酒主要香氣成分的影響

香氣是決定白酒品質和風味特征的重要指標，酯類物質是白酒主要呈香物質［4，15］。由表3可知，隨著輻照劑量的增加，供試酒樣中辛酸乙酯含量較CK 均顯著上升，己酸乙酯含量先上升后下降再上升，壬酸乙酯含量先下降后上升再下降，癸酸乙酯含量CK 均顯著下降，棕櫚酸乙酯含量先下降后上升。酯類物質的香氣以果香型為主，其中乙酯類含量最高，CK和T1～T4酒樣中乙酯類占總酯類含量分別為88.13%、87.31%、91.60%、90.49%、89.86%，其中己酸乙酯和辛酸乙酯含量占一半以上，均為果香型，是清香型香味的主要貢獻者。說明輻照處理可改變酯類物質種類及含量。

表3 輻照處理對清香型高粱酒中主要揮發性成分和相對含量的影響Table 3 Effects of different irradiation doses on the components and relative contents of main volatile compounds in light aroma-type sorghum liquor

醇類也是白酒香味的重要來源［16］。本試驗檢出5 種除乙醇外的醇類化合物，異薄荷醇僅在CK 中檢出。辛醇含量隨輻照劑量的增加而明顯下降，與CK相比，T1～T4的辛醇含量分別下降了0.34、0.60、1.03、1.30 個百分點；隨著輻照劑量增加，1-壬醇相對含量先下降后上升再下降至基本穩定，但輻照處理均顯著低于CK；苯乙醇含量在T1處理后較CK下降2.02個百

分點，之后隨著輻照劑量的增加而明顯增加，T3、T4 的含量分別比CK 高0.74、2.53 個百分點；結合T1 處理后醇類含量較CK 極顯著降低（表2），說明輻照處理可改善雜醇含量。

烯類化合物是清香型白酒風味物質的重要組成部分。輻照處理顯著增加了月桂烯和檸檬烯的相對含量，T1與T2處理間無顯著差異，T3與T4的月桂烯和檸檬烯相對含量較CK 增加2 倍以上；T3 與T4 處理間檸檬烯相對含量無顯著差異，而月桂烯相對含量呈顯著差異。醛類和酮類化合物均檢出2種，T1、T2的醛類相對含量與CK 無顯著差異，T3、T4 的醛類相對含量均較CK 極顯著下降（表2）；各處理間的胡薄荷酮相對含量均無顯著差異，酮類含量（表2）也無顯著差異。醛類和酮類的相對含量均較少，對酒風味有調和作用。

輻照處理后的已知物質中，月桂酸乙酯、異薄荷醇、乙苯、對二甲苯僅在CK 中檢出；順式-4-辛烯酸乙酯和柏木腦在T4 中未檢出；棕櫚酸甲酯在CK 和T2 中檢出，且T2檢出量僅為CK的1/10；白菖烯僅在T4中檢出；4-異丙基苯甲醛和大馬士酮在T3中未檢出。從清香型白酒本身的風味特征來看，在本試驗條件下，1.51～3.14 kGy間輻照的陳化效果較好。

2.3 不同處理的清香型高粱酒感官評價結果

對輻照處理后的酒樣進行色、香、味評價，結果見圖1。輻照后在外觀上各處理間無顯著差異。輻照處理與CK 在香氣上有顯著差異。在口味上，T1、T2 處理后口感柔和、清香純正、余味爽凈，得分無顯著差異；T3 處理略有刺激辣味；T4 處理有明顯刺激辣味。T1、T2 輻照處理后感官評價無顯著差異，且整體顯著高于CK 和其他2 個處理。這與理化指標的檢測結果基本相符。

圖1 輻照處理對清香型高粱酒感官評價的影響Fig.1 Effect of irradiation on sensory evaluation of light aroma-type sorghum liquor

3 討論

3.1 不同劑量輻照對揮發性化合物相對含量和種類的影響

3.1.1 輻照對酯類含量和種類的影響 輻照處理加速了酒體中醇、酸、酯化合物間的氧化、還原、酯化與水解等化學反應，使其相互轉化而達到新的平衡。壬酸乙酯、癸酸乙酯含量降低減弱了高粱酒中的油脂味和濃香味，突出了清香型白酒清香純正、余味爽凈的特色［9］。辛酸乙酯、己酸乙酯兩種香味物質的香氣閾值都很低，對清香型白酒香味具有較大貢獻［17］。辛酸乙酯是典型的白蘭地酒香味，1.51 kGy 的低劑量輻照即可明顯提高高粱酒中的辛酸乙酯含量，促進酒體復合香，具有較好地改善清香型高粱酒風味的作用［18-19］。己酸乙酯既構成白酒香氣特色，同時賦予白酒特殊微甜略帶苦澀刺激的窖香口味［9］，輻照后己酸乙酯的含量發生變化，在1.51 kGy 劑量處理后相對含量最高，這也與感官評價的結果相符。樣品中未檢測出清香型白酒的主體香味物質乙酸乙酯，可能與小曲清香型高粱酒的釀制工藝有關。本試驗中酯類物質相對含量隨輻照劑量的增加呈先上升后下降的態勢，與付立新等［8］0～4 kGy劑量處理的研究結果基本一致。

3.1.2 輻照對醇類含量和種類的影響 各處理樣品中檢出的醇類相對含量在4.80%～8.79%之間，均為高級醇，一般認為酒中含過多高級醇飲后易上頭、易醉。研究認為高級醇含量與原料中蛋白質含量有關，高級醇的毒性隨分子量增大而加劇，特別是異丁醇、2，3-丁二醇以及異戊醇是導致“上頭”的主要風味物質［20-21］，但其可賦于酒體特殊醇香。苯乙醇具有似玫瑰的芳香，是酒中重要的芳香醇，1-壬醇具玫瑰香夾帶橙味，辛醇具脂蠟香，能增進苯乙醇的特殊芳香，醇香襯托酯香，使酒香更醇厚，高級醇起到在酒香和后味之間調和的作用。本試驗結果表明，4.65 kGy 及以上較高劑量輻照可增加苯乙醇含量。

3.1.3 輻照對烯類含量和種類的影響 各處理樣品中檢出的烯類物質中除了1，3，5-環辛三烯外，其他均是萜烯類化合物，是植物精油的主要成分，在白酒風味中具有重要貢獻。白酒中的萜烯具有抗菌、抗氧化等活性［22］。檸檬烯散發出檸檬香味，可使酒的香味更為厚實、停留時間更長，且具有抗腫瘤、抗微生物等多種生理功能［23］。胡椒烯和β-石竹烯具有明顯的超氧化物離子自由基清除能力［24-25］，都是天然雙環倍半萜，參與辛辣味道的產生［25］，這可能是本試驗中4.65、7.37 kGy較高劑量處理后高粱酒具有刺激辣味的原因之一。本試驗結果表明，輻照處理可極顯著增加烯類化合物的含量，特別是月桂烯和檸檬烯的含量。

3.1.4 輻照對醛類和酮類含量和種類的影響 總醛含量在1.51 kGy 和3.14 kGy 處理與CK 無顯著性差異，至4.65 kGy 劑量處理后極顯著減少，這是由于高劑量輻照使酒中產生更多的自由基，使氧化還原反應和酯化反應進程加快。在0～3.14 kGy 區間，壬醛含量隨輻照劑量的增加而明顯增加，這與付立新等［8］有關醛類含量在0～4 kGy 區間隨輻照劑量增加而增加的研究結果有部分相同，這可能與酒中醛類物質種類有關，說明輻照處理可影響醛類化合物的含量。各處理樣品中檢出的胡薄荷酮和大馬士酮均為萜烯酮，具有萜烯化合物的功能作用，且胡薄荷酮有羥基自由基（·OH）清除能力［22］。樣品中檢出的2 種酮均為芳香酮，其羰基直接連在芳香環上，且與兩個烴基相連，較穩定，說明輻照處理對酮類化合物沒有明顯影響。

本試驗檢測結果中，3-苯丙酸乙酯、棕櫚酸甲酯、4-異丙基苯甲醛和大馬士酮相對含量均較低，在有些處理中未檢出且無規律性，可能是由于含量較低且經輻照處理后與其他化合物反應并存在動態平衡，也可能因檢測誤差導致未檢出，具體原因有待進一步分析。

3.2 輻照酒陳化特點

γ 射線穿透力強、能量高，輻照使酒中水分子和有機化合物分子產生電離和激發，產生大量自由基和新分子產物。在有氧條件下，氧與水結合形成的自由基轉變為活性較高的OH-1和H2O2。兩者都是強氧化劑，可使醇氧化成醛，醛氧化成羧酸，羧酸與醇作用脫水而成酯，這與白酒在貯存陳化過程中發生的一系列化學反應相同［6-8］。研究表明，窖藏酒中的乙酸乙酯含量隨著貯存時間的推移而上升，窖藏約1.5 年時達到最大值［26-27］，這與本研究輻照處理中，酯類相對含量隨輻照劑量增加呈先上升后下降變化的結果一致。由此可見，輻照所產生的自由基促使氧化還原反應和酯化反應較常態下更迅速，各成分含量均有不同程度變化。不同劑量輻照后所產生的自由基數量不同，使得氧化還原反應速率不同，致使各成分含量變化不同，即呈現感官品質的差異。

輻照處理降低了酒樣中揮發性化合物的種類，這與江津津等［28］對新酒與20 年陳酒的揮發性化合物檢測結果一致。輻照處理可加速酒的陳化［6-9］，減少陶壇（缸） 貯存每年3%～6%的酒損耗，避免自然陳化過程中酒體難以避免的揮發，減少資金積壓和漏損等無形浪費［29-30］。但老熟程度僅在數年之間，不能達到數十年窖藏白酒的自然協調的口感與香味［6］。低檔次原酒絕無可能通過長期貯存陳化來提高檔次［8-9］，同樣利用輻照處理也不能提高檔次。

1.5～3.0 kGy 劑量輻照高粱酒在短時間內即可改變酒風味物質的含量及比例，酯類物質種類和含量適當地增多或減少，使香氣增加、香味協調，加速了陳化過程，使高粱酒在較短時間內陳化，并且呈香穩定，口感明顯改善，與劉穎等［31］的研究結果一致。普通瓶裝白酒在貯存過程中容易發生酸增酯減的情況，甚至可能導致酯、酸、醇等比例失調，使風味品質降低。而輻照催陳法具有時間短的優勢，避免了普通白酒貯存老熟所發生的酯類水解現象，并且能在短時間內增加新酒酯類化合物的含量，使出廠白酒能夠在短期內擁有較高品質，適合普通白酒的市場銷售［6-7］。

將輻照加速陳化的酒與窖藏法有機結合，是否既能節省時間空間，又能獲得更高品質的清香型高粱酒，有待進一步研究。本試驗僅針對清香型高粱酒輻照陳化進行試驗，為該生產工藝的清香型高粱酒加速陳化提供了相應的理論支撐。該技術對濃香型、醬香型等其他香型白酒也有效果，但陳化效果可能因香型和生產工藝不同而在輻照劑量上有所差異［30，32］，也值得進一步研究探討。

4 結論

在本研究的4 個輻照處理中，以1.51 kGy 處理后總酯含量最高，雜醇含量最低，對清香型高粱酒陳化效果最好，其次是3.14 kGy，且1.51 kGy與3.14 kGy處理的感官評價無顯著差異。1.51～3.14 kGy 劑量輻照能顯著增加清香型高粱酒中己酸乙酯、庚酸乙酯、辛酸乙酯和檸檬烯等香味物質含量，并降低有害化合物的數量和含量。4.65 kGy 處理后略有刺激辣味，7.37 kGy處理后有明顯刺激辣味，建議清香型高粱酒陳化輻照劑量在1.5～3.0 kGy 之間，為提高經濟性可在此范圍內選擇較低劑量。