基于全二維氣相色譜質譜聯用法分析特香型白酒揮發性成分差異

胡秋連 吳遙 歐陽思雨 杜裕芳 周曉晴 賈佳

以贛清老酒、錦江洞藏老酒、四特酒等3種特香型白酒為試樣，采用全二維氣相色譜質譜聯用法（GC×GC-qMS）對白酒中的揮發性物質成分進行定性和相對定量分析，同時采用主成分分析（PCA）對樣品進行鑒別。結果表明，3種白酒中共檢測出99種揮發性風味物質，其中，酯類42種，醛酮類17種，醇類28種，酸類10種和其他類2種。利用主成分分析篩選出14種差異化合物，初篩出了18種特香型白酒特有風味物質，為特香型白酒風味物質的個性和共性研究提供了物質基礎。

在我國，因其自然環境、微生物群系、釀造原料及釀造工藝的不同，白酒產品的種類繁多，風味不一。從化學成分來說，白酒的主要成分是水和乙醇，占總量的98%-99%，而溶于其中的一些呈香、呈味的微量成分則占1%-2%，不過，正是這些微量成分在各自白酒中的不同含量和比例決定了白酒的香型和風格。因此可以說，特征性風味物質是區分不同香型白酒的重要依據。

目前，已知的白酒香型有13種。國內外對風味物質的研究主要集中在清香型、濃香型、醬香型等香型，對特香型白酒的研究鮮見于報道。同時，國標GB/T 20823-2017中只規定了丙酸乙酯一種風味物質。因此，特香型白酒中風味物質及其特有的價值應受到關注，而對其成分的分析檢測是不可或缺的。

不同香型白酒的風味物質香氣強度存在較大差異，同一香型不同品牌白酒的風味物質香氣強度具有相似性，但也存在細微差別。相比常規一維的氣相色譜質譜聯用儀，全二維氣相色譜-質譜技術具有更大的峰容量、更高的分辨率和靈敏度等特點。這一技術可以檢測出遠大于一維GC-MS常規鑒定的化合物，為白酒中風味物質的分析提供一種強大的分析工具。

本研究采用全二維氣相色譜質譜聯用法（GC×GC-qMS）對3種不同品牌的特香型白酒中揮發性風味物質進行定性和定量分析，同時結合主成分分析的分析方法，以期為白酒釀造過程中的風味化學理論研究提供參考，為特香型白酒風味品質的控制提供一種新途徑。

1.材料與方法

1.1 材料與試劑

贛清老酒（52%vol、江西樟樹市古城酒業有限公司）、錦江洞藏老酒（45%vol、萬載縣商創農業發展有限責任公司）、四特酒（45%vol、四特酒有限責任公司）。

1.2 儀器與設備

GC/MS-TQ8050型全二維氣相色譜-四級桿串聯質譜儀，日本島津公司。數據采集由GCMS solution 4.45 SP1完成，數據分析由GC Image 2.8r GC×GC軟件完成。

1.3 氣相色譜和質譜條件

色譜柱：一維色譜柱DB-WAX型色譜柱（30m×0.25mm×0.25μm），美國安捷倫科技有限公司。二維色譜柱：BPX5型（2.5m×0.1mm×0.1μm），澳大利亞SGE Analytical Science公司。

色譜條件：進樣口溫度250℃；恒壓力操作模式；進樣量為1μL，分流比10：1；程序升溫：初始溫度40℃，保持2min，以3℃/min升至250℃，保持5 min。

質譜條件：離子化方式：電子轟擊離子源（electron ionization，EI）。采集方式：全掃描Scan；離子源溫度230℃；接口溫度250℃。質量掃描范圍：35-320u；溶劑延遲時間3.0min；調制周期4.2s；熱噴時間350ms。

1.4 樣品前處理

吸取樣品10.0mL于10mL容量瓶中，混勻后取1mL過濾膜，供全二維氣相色譜-質譜分析。

1.5 實驗數據處理

采用由美國Zoex公司開發的軟件GC Image 2.8r對物質進行定性和相對定量分析。首先，識別出信噪比（SNR）大于71.2的色譜峰后進行自動積分，并與標準質譜庫（NIST MS Search 2.4）進行比對和人工鑒別，所有比對鑒別結果導出生成“峰表”。接著，去除烷烴類等對特香型白酒風味物質沒有貢獻的化合物，選擇檢索相似度大于800的化合物作為最終定性結果。采用Simca13.0軟件進行主成分分析（principle component analysis，PCA）。

2.結果與討論

2.1 不同品牌特香型白酒中揮發性物質定性分析

不同品牌特香型白酒風味物質成分的全二維輪廓圖見圖1，三維圖譜見圖2。

白酒的風味物質種類主要有醇類、酯類、酸類、醛酮類化合物。由于全二維分離效果主要取決于第一根色譜柱，而白酒中的主要風味物質為極性物質，因此本研究一維柱選擇極性柱，按極性大小先將其分開，二維柱選擇非極性柱，以便針對在一維柱上無法分開的物質按沸點的不同在二維柱上將其再次分離，以達到較好的分離效果。

分析結果顯示，本研究采用的柱子和條件能夠將一維色譜圖上重疊的化合物按照極性和沸點在二維譜圖上進行排布，使各化合物實現正交分離（見圖1）。圖1中的每個點都代表酒體中的一種風味物質，顏色的亮度高低反映的是濃度高低。圖2中不易觀察三個白酒三維圖譜的具體差異。

圖2 不同品牌白酒風味物質成分三維圖

2.2 不同品牌特香型白酒中揮發性風味物質定性分析

通過全二維氣相色譜-四極桿質譜法得到全二維輪廓圖（圖1），結合NISTMS Search 2.4標準質譜庫及人工解譜，在不同品牌特香型白酒中共鑒定出99種匹配度較高的揮發性風味物質（檢索相似度大于800），其中，酯類42種，醛酮類17種，醇類28種，酸類10種和其他類2種。

對所測結果進行分析，鑒定出3個品牌的特香型白酒有32個共有風味物質成分。

2.3 特香型白酒中共有風味物質相對定量分析

為更直觀地對比不同品牌白酒中共有風味物質的相對含量差異，筆者分別做了不同品牌白酒中共有風味物質各類物質總含量和各化合物信號峰體積的柱狀圖（見圖3和圖4），并采用Excel和Adobe AI繪制了風味指紋圖譜，圖中各點顏色深淺反映了風味物質含量差異（見圖5）。

分析三個白酒共有的風味物質成分發現，其中酯、醇、酸的相對檢出含量最高，不同品牌的檢出含量有些許差異。如圖3所示，酯、醇兩類物質的含量差別較大，贛清老酒中酯的總含量較高，錦江洞藏中醇的總含量較高。如圖4、圖5所示，乙酸乙酯、乙縮醛、丁酸乙酯、正丙醇、異戊醇、己酸乙酯、乳酸乙酯、乙酸、（2R，3R）-（-）-2，3-丁二醇、丁酸、正己酸、β-苯乙醇和正丁醇的含量相對較高，贛清老酒中己酸乙酯的含量最高，錦江洞藏中乙酸的含量最高，四特酒中乙酸乙酯的含量最高。

2.4 特香型白酒中共有風味物質主成分分析

基于不同香型白酒的共有風味物質含量進行主成分分析（PCA）和正交偏最小二乘法判別分析（OPLS-DA），結果見圖6。

由圖6可知，三個酒之間聚集的較為緊密，四特酒和錦江洞藏距離更接近，說明兩者成分含量更相似。三個特香型白酒的共有風味物質不存在顯著性差異。

OPLS-DA分析可用來篩選不同組之間的差異化合物。通過OPLS-DA分析，每個化合物可以得到一個VIP值，VIP值越大，代表該物質對于區分樣品組間所具有的貢獻越大，VIP＞1時，可認為該物質為不同樣品組之間的差異化合物。通過對3個品牌特香型白酒的共有風味物質成分進行組間比較發現，VIP＞1的差異化合物共有14種，其中，醛酮類物質6種（3-甲基丁醛、乙縮醛、異戊醛、糠醛、丁醛二乙縮醛、3-羥基-2-丁酮），醇類物質4種（異丁醇、正戊醇、己醇、正丁醇），酯類物質2種（癸酸乙酯、辛酸乙酯），酸類物質2種（丁酸、正己酸）。由此，可以反推出共有風味物質中剩余18種為特香型白酒的特有風味物質（乙酸乙酯、丁酸乙酯、正丙醇、異戊醇、己酸乙酯、正戊醇、乳酸乙酯、乙酸、苯甲醛、（2R，3R）-（-）-2，3-丁二醇、DL-白氨酸乙酯、乳酸異戊酯、（2S，3S）-（+）-2，3-丁二醇、1，2-丙二醇、糠醇、（2，2-二乙氧基乙基）-苯、月桂酸乙酯、β-苯乙醇）。

結論

本研究以贛清老酒、錦江洞藏、四特酒這三個品牌的特香型白酒為研究對象，采用GC×GC-qMS技術對特香型白酒的揮發性風味物質進行定性和相對定量分析，共檢出揮發性風味物質5類共99種，其中，酯類42種，醛酮類17種，醇類28種，酸類10種和其他類2種。通過相對定量分析可知，三個品牌的白酒風味物質的各類總含量比較接近；通過主成分分析可知，三個品牌的白酒在共有風味物質上距離較近，說明三個特香型白酒的共有風味物質不存在顯著性差異。通過篩選VIP值發現，VIP＞1的差異化合物共有14種，其中，醛酮類物質6種，醇類物質4種，酯類物質2種，酸類物質2種。初篩出乙酸乙酯、丁酸乙酯、正丙醇、異戊醇、己酸乙酯、正戊醇、乳酸乙酯、乙酸、苯甲醛、（2R，3R）-（-）-2，3-丁二醇、DL-白氨酸乙酯、乳酸異戊酯、（2S，3S）-（+）-2，3-丁二醇、1，2-丙二醇、糠醇、（2，2-二乙氧基乙基）-苯、月桂酸乙酯、β-苯乙醇這18種為特香型白酒的特有風味物質。本次研究進一步細化了不同品牌特香型白酒風味物質種類和含量的個性與共性，為特香型白酒區分標準的建立及國標風味物質的完善提供了理論依據和參考價值，同時為廠家釀造特香型白酒時的風味化學理論研究提供了參考。

基金項目

江西省市場監督管理局科技項目“基于全二維氣質聯用法探索特香型白酒中風味成分”（GSJK202120）。

*通訊作者

賈佳（1994.02-），女，河南禹州人，碩士，工程師；研究方向：分析檢測。