基于GC-MS 和電子鼻技術分析不同烘烤度橡木對荔枝白蘭地風味的影響

黃 晨，郭德軍 ，游 剛，覃寧靜

（1.廣西大學輕工與食品工程學院，廣西南寧 530004；2.北部灣大學食品工程學院，廣西欽州 535011；3.欽州市特色果蔬發酵重點實驗室，廣西欽州 535011）

荔枝是我國南方地區四大果品之一，被譽為“果中之王”。其中荔枝的食用主要以鮮果為主，加工產品相對較少，荔枝白蘭地既是其中之一。荔枝白蘭地荔香濃郁，酒質透亮，口感順滑醇厚，是很好的果酒產品[1]。橡木是殼斗科櫟木屬植物，是制作貯酒容器的優質材料。烘烤后的橡木含有橡木內酯、糠醛、糠基乙醇、丁子香酚、麥芽酚、丁香醛、對羥基苯甲醛、喹啉與含氮物質等，能使酒體的顏色發生改變[2]。其中的酚類使酒呈現出受人們喜愛的香氣，如咖啡香、香草香等，同時改善酒的口感，提高酒風味的層次感，使香氣更加復雜化和多樣化[3]。

不同烘烤度的橡木片常用來替代傳統的橡木桶進行葡萄酒和白蘭地的陳釀。一方面，橡木桶造價較高，制作工藝要求多，且隨著陳釀時間的增加，白蘭地酒與橡木板的表面材料進行接觸，會發生物理與化學變化[4]。由于橡木木制緊密，板材深處的成分則無法被酒吸收利用，使用一段時間后需更換，無形中造成了板材浪費。另一方面，白蘭地在橡木桶中最少存放六個月，新木桶則根據質量使用3～6 年，橡木桶的使用提高了白蘭地酒的制造成本，不利于其的普及和推廣[5]。橡木片的使用比起橡木桶來說則更加便捷，其加工工藝和使用量比木桶更容易控制。可以選用造價低廉的木桶下腳料，也可以直接利用成品橡木制成。同時，橡木片與酒體接觸面積更大，能充分利用橡木中的風味物質，陳釀出高品質的酒。現在對橡木片的陳釀過程也做了很多研究，Simón 等[6]通過研究發現橡木片大小及其烘烤程度比橡木的風干方式更能影響葡萄酒的品質特性。Arapitsas 等[7]用GC-MS定量分析發現葡萄酒中的橡木香氣成分中，糠醛的濃度最高，丁香酚的濃度最低。Guchu 等[8]用美國和匈牙利橡木片陳釀葡萄酒，發現在陳釀第25 d 時，葡萄酒的感官特性最強，橡木片的烘烤度比橡木片的品種更能影響葡萄酒的感官特性。因此，在葡萄酒陳釀中浸漬烘烤橡木，可促使二者的揮發性物質相互作用，加快葡萄酒的成熟，從而提高酒的品質[9]。

目前有研究發現，剛釀造出來的荔枝白蘭地新酒缺少香氣物質的支撐，結構感不強，香味單調，風味下降速度快，在貯存期間荔枝風味逐漸減淡[10-12]。而在葡萄酒中添加不同烘烤程度的橡木可以賦予酒體不一樣的香氣，陳釀過程中可起到促陳和增香作用[13]。因此本文以荔枝為原料釀造白蘭地，在荔枝白蘭地中添加不同烘烤度橡木進行陳釀，對陳釀后的荔枝白蘭地進行感官評定、揮發性成分分析和電子鼻檢測。分析不同烘烤度橡木片對荔枝白蘭地中揮發性成分的影響，探究橡木片對其品質的改變，這一研究為荔枝白蘭地的研究和開發提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

荔枝原料 購自廣西靈山批發市場的妃子笑品種；橡木片 網上采購法國干橡木；對甲氧基苯甲醛色譜純，國藥集團化學試劑有限公司；Selectys?la Délicieuse 釀酒酵母 法國OENOFRANCE 公司。

GC 6890-MS 5973N 氣相色譜-質譜聯用儀，配有EI 離子源與NIST 檢測庫 Agilent 公司；50/30 μm（DVB/CAR/PDMS）固相萃取頭、DB-5（60 m×0.25 mm，0.25 μm film thickness）色譜柱 美國J&W Sci 公司；DK-98-II 水熱恒溫水槽 天津市泰斯特儀有限公司；PEN3.5 電子鼻 德國AIRSENSE公司；FD 53 強制對流烤箱 德國BINDER 公司；20 L 發酵罐、儲酒罐 吉安市合眾輕工機械有限公司；20L 蒸餾設備 煙臺帝伯仕自釀有限公司；硅藻土過濾機、板框過濾機 意大利VELO 公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 不同烘烤度橡木片制備 橡木片制備：將橡木切割成10 mm×5 mm×1 mm 大小的橡木片。參考Caldeira 等[14]研究采用烘箱進行不同的烘烤處理，如表1 所示。

表1 橡木片烘烤處理條件Table 1 Oak chip baking processing information

1.2.2 荔枝白蘭地酒樣制備 制備流程：荔枝分選→破碎壓榨→清汁調配發酵→分離酒腳→粗蒸餾→精蒸餾→加橡木片陳釀→精濾→成品

操作要點：具體步驟參考寇兆民等[15]的研究，其中將去殼荔枝鮮果清汁和糯米糖化醪按1:1 混合后轉入發酵罐，再加入150～250 mg/L 的釀酒酵母攪拌均勻，在18～20 ℃發酵8 d，隨后再進行粗蒸餾和精蒸餾，得到43%vol 蒸餾酒。

將三種不同烘烤度（輕度、中度和重度）橡木片以15 g/L 的比例加入蒸餾酒中，混合均勻后存放到儲酒罐中。在25 °C 和相對濕度60%的恒定條件下陳釀60 d[16]，精濾后得到成品。

1.2.3 荔枝白蘭地感官評定 參照GB/T 11856-2008《白蘭地》，選取10 名有飲酒經驗的品嘗人員（男女各5 人），在感官實驗室對浸漬不同烘烤度橡木的荔枝白蘭地進行感官評定，從外觀、色澤、香氣、口味、風味5 個方面進行評分[17]。詳細感官評分標準如表2。

表2 荔枝白蘭地感官評定標準Table 2 Sensory evaluation criteria for lychee wine

1.2.4 電子鼻分析 荔枝白蘭地經橡木陳釀熟化后取5 mL 于50 mL 的電子鼻檢測專用瓶，蓋上瓶蓋密封靜置10 min，使荔枝白蘭地香氣充分揮發出來，將抽氣針從瓶蓋上的橡膠墊插入，懸置于荔枝白蘭地頂空位置。電子鼻采用動態頂空的進樣方式，以0.7 L/min 的速度進樣，單個樣品檢測時間為240 s，等待10 s 后再測下一個樣品[18]。完成每次檢測系統進行清零和標準化后再測試下一個樣品，每種樣品重復三次測定，電子鼻傳感器敏感物質見表3[19]。

表3 電子鼻傳感器敏感物質Table 3 Sensitive substances for electronic nose sensors

1.2.5 荔枝白蘭地揮發性成分分析 具體操作方法和條件參照龐惟俏等[20]和李佳敏等[21]的研究，略有修改。

色譜條件：進樣口溫度250 ℃，載氣He，流速1.0 mL/min。采用程序升溫方式，由室溫升至50 ℃保持5 min，然后以5 ℃/min 升至250 ℃在此溫度下保持5 min 不分流進樣。

質譜條件：MS 離子源在225 ℃全掃描，電離方式：EI，電子能量70 eV；掃描質量范圍：50～500 amu。

萃取條件：取一定量樣品加入40 mL 樣品瓶中，加入4 μL 的99.5%純度甲氧基苯甲醛，將樣品瓶放入60 ℃的水浴中平衡10 min，將老化好（老化時間：5 min）的萃取針頭插入樣品瓶中，將石英纖維頭暴露于樣品瓶的頂空氣體中，恒溫60 ℃萃取40 min，用手柄將纖維頭推回針頭內拔出，插入GC-MS 的進樣器于250 ℃條件下解析1 min，同時啟動儀器采集數據。

定性分析：通過標準品的保留時間以及NIST 14.L 質譜庫檢索結合相關文獻資料進行定性，選擇匹配度大于90%的組分進行分析。

定量分析：采用內標法進行定量分析，按式（1）計算。

式中：Xi為待測樣品的質量濃度，mg/L；Cs為內標物的質量濃度，mg/L；Ai為待測樣品的峰面積；As表示內標物的峰面積。

1.3 數據處理

運用IBM SPSS Statistics 22.0 版本對感官評定結果進行統計分析和方差計算，處理GC-MS 實驗數據，計算出香氣濃度和氣味活度OAV 值。采用電子鼻軟件WinMuster 對所測數據進行主成分分析（principal component analysis，PCA）和線性判別分析（linear discriminant analysis，LDA）[22]。用Origin 2021 版本繪制響應雷達圖和韋恩圖。

2 結果與分析

2.1 荔枝白蘭地感官評定結果

對不同烘烤度橡木浸漬的荔枝白蘭地進行品評，評定結果見表4。按照感官評定分數進行排名，依次為重度（H）＞中度（M）＞輕度（L）＞原酒，重度和中度烘烤橡木浸漬的荔枝白蘭地綜合評分較高，并且色澤較艷、酒體豐滿、酒香濃郁、口感柔和、風味較佳，比較受到品評人員的喜愛。原酒的口感帶有輕微苦澀，色澤透明，酸度較低，辣口，且不夠清爽，可能是荔枝白蘭地中的兒茶素和表兒茶素所產生的影響[23]，因此綜合評分較低。不同烘烤度橡木片的添加，使荔枝白蘭地的品質提高，酒體更加柔和醇厚，色澤更艷麗，香氣更濃馥，容易受到人們的喜愛。需要注意橡木片烘烤溫度不能過高，因為木質素烘烤會產生大量的2-呋喃甲硫醇，其能釋放出濃郁型烘烤香味，但對新鮮水果和紅漿果水果的香氣具有掩蓋作用，導致酒體本身香氣的檢出限升高[5]。

表4 不同烘烤度橡木的荔枝白蘭地的感官評定結果Table 4 Sensory evaluation results of lychee wine with oaks of different baking degrees

2.2 電子鼻分析

利用電子鼻中的傳感器，對添加不同烘烤度橡木浸漬的荔枝白蘭地風味物質的響應值與原酒的響應值進行比較。可以發現不同烘烤度浸漬酒樣的電子鼻響應雷達圖都有相同的變化趨勢，說明不同烘烤度浸漬酒樣的揮發性成分類似，主要區別為含量的差異。根據表3 中10 個電子鼻傳感器敏感物質的描述，結合圖1 可知：各傳感器對酒樣香氣的響應程度不同，2 號傳感器響應值最高。表明荔枝酒中氮氧類化合物含量較多，是其中最豐富的揮發性風味物質。其次為6、7、8、9 號傳感器，表明其中的甲烷等短鏈烷烴、無機硫化物、芳烴化合物和乙醇等芳香化合物含量較高，這是由于原酒新酒中常含有一些易揮發的物質，如甲醇、含硫化合物等，同時各化合物之間沒有達到平衡穩定的狀態，導致原酒的口感和香氣較差。加入輕度和中度烘烤橡木并貯存后的酒樣中這些物質含量有所下降，響應值較低。而重度烘烤橡木因加工工藝的原因，含有較多的風味物質，反而會提升這些物質的含量。

圖1 不同烘烤度橡木浸漬荔枝白蘭地的電子鼻響應雷達圖Fig.1 Radar response of electronic nose sensor to lychee wine with different baking degree oak

電子鼻主要通過2、6、7、8 和9 號傳感器區分不同烘烤度橡木浸漬的荔枝酒，其他傳感器雖然對啤酒香氣具有響應值，但樣品之間差異性較小，直觀上不具備區分樣品的能力。重度烘烤橡木浸漬荔枝白蘭樣品的2、6 號傳感器響應值明顯高于其他3 種，因此重度樣品中可能含有的氮氧化物和甲基類物質最多。僅通過觀察傳感器響應值無法區分不同烘烤度浸漬白蘭地酒，因此，有必要進一步利用PCA 和LDA 分析進行辨別區分。

2.3 荔枝白蘭地風味物質的主成分分析

為進一步確定不同烘烤度橡木對荔枝白蘭地風味的影響，通過PCA 法對其電子鼻數據進行統計分析，其區分結果見圖2。第一主成分PC1（貢獻率93.37%）和第二主成分PC2（貢獻率5.69%）的總和（貢獻率99.05%），代表電子鼻所采集到的荔枝白蘭地的信息幾乎能反映其全部揮發性信息。一般情況下，總貢獻率大于70%，說明此方法有效[24]。

圖2 不同烘烤度橡木的荔枝白蘭地的PCA 圖Fig.2 PCA diagram of lychee wine with different baking degree oak

由圖2 可知，中度（H）烘烤橡木片酒樣其揮發性成分采集范圍量最大，原酒采集范圍量最小；從4 種酒樣的重疊度從大到小依次為：原酒＞輕度（H）＞中度（M）＞重度（H），輕度（H）烘烤橡木片酒樣與原酒重疊度最大，而重度（H）烘烤橡木片酒樣與原酒無重疊度，說明輕度（H）烘烤橡木片酒樣與原酒香氣接近，香氣成分差異不顯著，重度（H）烘烤橡木片酒樣的風味明顯區別于其它三種酒樣，此結果與感官評分結果一致。

2.4 荔枝白蘭地風味物質的線性判別分析（LDA）

LDA 分析更注重樣品在空間中的分布狀態及樣品之間的距離分析。四種荔枝白蘭地的電子鼻響應值LDA 分析見圖3。由圖3 可知，判別式LD1 和LD2 的貢獻率分別為77.49%和9.72%，總貢獻率為87.21%。用LDA 線性判斷分析能夠區分出樣品有一定的差異性，但是分辨率略低于PCA 分析。隨著烘烤度的增加，第一主成分逐漸增加，第二主成分變化規律為上下波動，并且酒樣位置之間有一定距離，沒有相互重疊交叉，可以明顯分別不同烘烤度橡木浸漬的荔枝白蘭地，其樣品區分度優于PCA 分析。

圖3 不同烘烤度橡木的荔枝白蘭地的LDA 圖Fig.3 LDA diagram of lychee brandy with different baking degrees of oak

2.5 不同荔枝白蘭地揮發性成分的GC-MS 分析

為了更好地解釋荔枝白蘭地風味組成及特點，對荔枝白蘭地進行GC-MS 分析。經過NIST 0.2L譜庫檢索和計算，四種荔枝白蘭地的主要香氣成分見表5。

表5 不同烘烤度橡木的荔枝白蘭地的主要香氣成分Table 5 Main aroma components of lychee wine with different baking degrees of oak

由表5 可知，四種荔枝白蘭地，共檢測出21 種揮發性香氣化合物，主要包括酯類3 種、醇類3 種、烯烴類7 種、酮和醛類3 種、芳香烴4 種、其他類1 種。四種荔枝白蘭地中醇類物質總含量最高，其次是酯類風味物質，說明這兩種物質在酒類揮發性物質中占有重要地位。原酒中獨有的烯烴類和芳香烴類物質含量較高，而三種不同烘烤度橡木浸漬酒中擁有獨特的醛酮類風味化合物。由于某些揮發性物質的峰面積小于0.02，對酒樣的影響極小，因此這類物質的含量忽略不計。原酒中揮發性化合物種類最多，共有19 種。而中度烘烤橡木荔枝酒種揮發性化合物種類最少，共有7 種。輕度和重度酒則分別為8 種和13 種。

在四種不同的荔枝白蘭地中均檢測到乙酸乙酯、辛酸乙酯、癸酸乙酯、異丁醇、異戊醇、2-甲基-1-丁醇。其中乙酸乙酯隨著烘烤度的增加而增加，而2-甲基-1-丁醇隨著烘烤度的增加逐漸減少。三種不同烘烤度荔枝白蘭地中除上述物質外，都含有3-甲氧基苯甲醛。重度烘烤橡木荔枝酒中烯烴類物質比輕度和中度都要多，且揮發性成分總量在三種不同烘烤度荔枝酒中最高。中度烘烤橡木荔枝酒的揮發性成分總量在三種不同烘烤度荔枝酒中最低。

社會主義核心價值包含價值目標、價值取向和價值準則三個方面內容，落實到農村文化建設中，以培養有擔當的社會主義新人為著眼點，以促進國民教育、精神文明創建、文化產品創新為標準，對多樣性的農村文化進行把關，實現農民文化健康的表現和交流，從而最終轉化為人們的情感認同和行為習慣，實現農村文化的和諧發展。德國的鄉村文化和諧活動做的最好，一個小鎮平均每年的文化活動高達50多次。

在原酒中添加不同烘烤度的橡木后，原酒中的酯類和醇類物質含量有所下降。同時原酒中的烯烴類和芳香烴類物質含量降低，風味物質種類變少，變化較大。三種不同烘烤度橡木浸漬酒中，其揮發性成分總含量與原酒相比均有下降。反之，在添加了不同烘烤度橡木的荔枝白蘭地中，醛酮類風味物質含量有所增加，且隨著烘烤度的上升而增加。與原酒相比，中度烘烤橡木浸漬酒中風味化合物種類最少，同時丟失了大部分芳香烴類和烯烴類物質。而重度烘烤橡木浸漬酒中相比原酒，則保留了一部分芳香烴類和烯烴類物質。三種烘烤橡木浸漬酒中都有原酒中所沒有的醛酮類風味化合物。

陳釀過程中少量添加橡木片提高了荔枝白蘭地中醛酮類物質的含量，一方面由于不同烘烤度橡木中的香氣物質被酒體萃取出來，使得酒中的醛酮類物質增加[30]；另一方面在陳釀過程中酒中揮發性的醇類成分作為前體物質被氧化為醛酮類物質，從而使荔枝酒風味發生變化[31]；同時也不排除烘烤過的橡木可能對酒體中某些風味物質具有一定的吸附作用，從而使原酒中的烯烴類和芳香烴類物質含量下降[32]。

在原酒中有部分物質的含量較高，如烯烴和芳香烴類。在輕度和中度烘烤橡木白蘭地中沒有檢測到，但在重度烘烤橡木白蘭地中又重新檢測出來。可能的原因是橡木片具有一定的吸附作用[32]，橡木結構隨著烘烤度的上升被破壞，其吸附力逐漸下降。從而使重度烘烤的橡木片無法全部吸附酒體中的烯烴和芳香烴類，因此又被檢測出來。該猜想目前還未有文獻報道，可以在后續的實驗中進行驗證。

2.6 不同荔枝白蘭地揮發性成分的韋恩分析

根據GC-MS 檢測結果繪制四種酒樣的韋恩圖，結果見圖4。由圖4 可知，四種荔枝白蘭地特有的揮發性成分中，荔枝原酒占有8 種（占38.1%），而輕度（L）烘烤橡木片酒、中度（M）烘烤橡木片酒和重度（H）烘烤橡木片酒中沒有產生獨有的揮發性成分。荔枝原酒與重度（H）烘烤橡木片酒共有揮發性物質有11 種，輕度（L）烘烤橡木片酒與中度（M）烘烤橡木片酒共有揮發性物質有7 種，輕度（L）烘烤橡木片酒與重度（H）烘烤橡木片酒共有揮發性物質有8 種，這表明四種酒樣中的揮發性物質成分組成上存在明顯的差異。四種酒樣共有的香氣成分有6 種。與原酒相比，有8 種揮發性物質在添加橡木片的處理組中消失。同時，一些新的揮發性物質在添加了烘烤橡木片的荔枝白蘭地中出現，新增的香氣成分有2 種，分別為3-甲氧基苯甲醛和2-甲基-4-羥基苯甲醛。

圖4 四種荔枝白蘭地酒樣揮發性成分的韋恩分析Fig.4 Venn diagram of volatile substance types in four lychee wine

2.7 荔枝白蘭地的氣味活度值分析

氣味活度值（odour active values，OAV）廣泛應用于食品關鍵氣味活性化合物的篩選和鑒定上，計算方法為化合物濃度與該物質嗅覺閾值的比值。一般認為，氣味活度值＞1，則其對氣味有貢獻，OAV 值越大表示該化合物，個體貢獻越大[33]，OAV 大于10 的則為重要香氣物質。

參照化合物香味閾值匯編[34]和毛建利等[35]的研究，對不同烘烤橡木片酒樣組分OAV 的分析結果見表6 見，發現OAV 值較高的為酯類化合物。其中含量較多的為：癸酸乙酯、乙酸乙酯和辛酸乙酯。乙酸乙酯有強烈的醚似的氣味，微帶果香的酒香。在不同烘烤橡木片酒中，乙酸乙酯的OAV 值隨烘烤度的增加逐漸增加，但與原酒中OAV 值相比，呈現出先減少后增加的趨勢；辛酸乙酯有水果香氣，并由菠蘿、蘋果樣的香韻和白蘭地的酒香味。與原酒相比，輕度和重度烘烤橡木片酒中辛酸乙酯OAV 值均有所升高，中度烘烤橡木片酒中其OAV 值略微下降；癸酸乙酯具有果香和酒香，梨和白蘭地的香韻及椰子香型[36]。在原酒中加入不同烘烤度的橡木片，酒體中的癸酸乙酯OAV 值隨橡木片烘烤度的上升而下降。原酒中癸酸乙酯OAV 值最高，重度烘烤橡木片酒中癸酸乙酯OAV 值最低。這三種酯類對荔枝白蘭地的香氣特征有很大貢獻。其中辛酸乙酯的OAV 值遠高于其他酯類，是其中的主要揮發性物質。

表6 不同烘烤度橡木的荔枝白蘭地的氣味活度值Table 6 Aroma activity values of lychee wine with different baking degree oak

此外，醛酮類物質相對其他物質含量較低，但因其閾值較低也具有非常高的OAV 值。其中含量較多的3-甲氧基苯甲醛和2-甲基-4-羥基苯甲醛，具有蘋果等水果香味[26]。原酒中不含有3-甲氧基苯甲醛成分，但隨著不同烘烤度橡木片的加入，荔枝白蘭地中逐漸引入該種風味化合物，且其OAV 值隨烘烤度的增加逐漸增加。烯烴類中的α-石竹烯和β-石竹烯含量較低，但同樣表現出高OAV 值，二者具有一種介于丁香和松脂之間的氣味。它們只存在于原酒中，是其中重要的風味化合物，但未在不同烘烤度橡木浸漬白蘭地中出現，其消失的原因還有待探究。

酒樣中醇類物質雖然含量高，因其閾值較高，則表現出低OAV 值。其中主要有異戊醇、異丁醇和2-甲基-1-丁醇。異戊醇有令人不愉快的苦杏仁氣味，影響品酒時的口感。異丁醇和2-甲基-1-丁醇有特殊氣味，微有戊醇味[37]。酒樣中這些物質的低OAV 值，并沒有給酒體風味帶來明顯的負面影響。在添加不同烘烤度橡木的荔枝白蘭地的陳釀過程中，四種酒體中的這些醇類物質含量并沒有較大的改變，對其品質的影響較小。同時還有部分香味物質的感官閾值尚不清楚，特別是新增的其他類揮發性物質無法計算其OAV 值，也無法評估其對酒樣的風味影響，因此如何提取和測定這些物質，具有重要的研究意義。

3 結論

在不同烘烤度橡木對荔枝酒風味的影響中，重度烘烤橡木浸漬的荔枝白蘭地感官綜合評分最高，更符合國人口味的偏好。其色澤較艷、酒體豐滿、酒香濃郁、口感柔和、風味較佳。用電子鼻進行鑒定，發現不同烘烤度橡木荔枝白蘭地的香氣成分差異較大。用LDA 分析的區分度明顯優于PCA 分析，四種酒樣的電子鼻分析結果與感官評定結果具有一致性。在揮發性成分的種類及含量檢測中，共檢測出21 種揮發性成分。其中主要的成分是醇類、酯類，而烯烴類、醛酮類和芳香烴類含量和種類較少。原酒中的揮發性成分最多，總含量也最高。而加入不同烘烤度橡木的荔枝酒中，烯烴類、醛酮類和芳香烴類物質大大減少，該作用機理尚且不明，需要更深入研究和分析，但加入不同烘烤度橡木對荔枝白蘭地的品質具有積極影響，可以除去荔枝酒發酵過程中產生的異味，使荔枝白蘭地酒的風味更加精純。同時烘烤后產生的酯類和醛類物質能夠產生焦糖味和橡木香氣，豐富荔枝白蘭地的風味。因此，在荔枝白蘭地陳釀過程中適量添加重度烘烤橡木，有利于荔枝白蘭地品質的提升，在荔枝白蘭地的陳釀中具有很大的應用潛質。