不同吸附剂对白酒异嗅物质去除的研究

张 灿，徐 岩，范文来

(江南大学生物工程学院酿酒微生物与应用酶学实验室，教育部工业生物技术重点实验室，江苏无锡214122)

白酒异嗅，也叫异常气味(off－odor)，是相对于白酒香味而言的，指不良气味(unpleasant odour)，它不同于异常风味(off－flavor)［1］。白酒异嗅是酿造、蒸馏、勾兑过程产生的偏离其固有香气的一种不良风味，而外来化合物产生的如包装过程，通常称为玷染(taint)［1］。通常情况下人们讲异味或异杂味，并没有严格的区分异嗅和异味。在饮料酒中，一些化合物如挥发性酚类、不饱和醇、醛酮类等物质具有马厩、药物、蘑菇、真菌等气味，这些物质不能明确的归结为香味或者异嗅，有些单体成分原本起呈香作用，但由于浓度过高，使组分间失去香气平衡，呈香味物质就变成了异嗅，如4－乙基愈创木酚和4－乙基苯酚浓度过高时会使酒产生药物或者动物臭［2］。总结不同文献，发现饮料酒中共有16种主要异嗅物质(见表1)。白酒异嗅化合物来源于生产原料及其辅料、发酵生产工艺、贮存及运输等过程，但异嗅的去除却十分困难，目前国内外对食品中异嗅的去除大多采用物理方法。葡萄酒中的异嗅化合物如土味素采用吸附法去除，如采用超高分子量聚乙烯材料、硅烷化的硅过滤介质或沸石分子筛来去除［3］;4－乙基苯酚和4－乙基愈创木酚采取反渗透与疏水吸附树脂联用的方法，可将其降到可接受范围［4］;啤酒中的4－乙烯基愈创木酚和4－乙烯基苯酚可以通过氧化作用降低其含量［5］;饮用水中的异嗅物质一般通过氧化法、活性炭吸附生物处理法［6］或者超滤法［7］进行去除;一些食品中异嗅也用活性炭、沸石分子筛或者粘土来去除［8］。本实验采用 DI－SPME 与GC－MS联用技术对处理前后酒样中异味物质进行检测，为下一步寻找特定吸附剂，针对性去除某种异嗅物奠定了基础。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

白酒样品 由浓香型某酒厂提供的贮存5年的原酒样;苯酚、4－甲基苯酚、4－乙基苯酚、4－乙烯基苯酚、愈创木酚、4－甲基愈创木酚、4－乙基愈创木酚、4－丙基愈创木酚、4－乙烯基愈创木酚、3，4－二甲基苯酚、2－庚醇、3－辛醇、1－辛烯－3－醇、1－辛烯－3－酮、反式－2－壬烯醛、土味素、和反式－2－辛烯－1－醇美国Sigma－Aldrich公司，色谱纯;乙醇(优级纯)上海安谱科学仪器有限公司;氯化钠 中国医药(集团)上海化学试剂公司，分析纯;树脂 D730、D750、D630S、DM130、CAD45、C151、D201、D202、SD333、201×4、201×7、213、202 浙江争光实业股份有限公司;D301－G、D311、D314、330 安徽皖东树脂有限公司;凹凸棒土Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、硅藻土、皂土 上海永川环保材料有限公司;酒用活性炭 204、205、501、801－B 重庆钟山活性炭制造有限公司。

表1 饮料酒中常见的异嗅物质及其在不同介质中的嗅觉阈值Table 1 Odor threshold of off－odors in different media from alcoholic beverages

固相微萃取头 美国Supelco公司;固相微萃取自动进样器(MPS2)及热脱附装置(TDU) 德国Gerstel公司;气相色谱质谱联用仪GC 6890－MS 5975

美国Agilent公司;Milli－Q超纯水系统 Millipore，Badford，MA，USA。

1.2 实验方法

1.2.1 实验条件

1.2.1.1 色谱条件 色谱柱:DB－Wax(60m×0.25mm×0.25μm);升温程序:50℃保持2min，以6℃ /min 的速率升至230℃，保持15min;进样口温度250℃，载气He，流速2mL/min，不分流进样。

1.2.1.2 质谱条件 电子轰击(EI)离子源;电子能量70eV;离子源温度 230℃;扫描范围 35.00～350.00amu。质谱分析用数据库来源于 NIST05a.L(Agilent公司)。

1.2.2 白酒中异嗅物质的萃取 所有实验酒样均先用煮沸后冷却的超纯水将酒精度稀释至10%vol，采用DI－SPME结合GC－MS进行检测和分析。

DI－SPME条件:在20mL顶空瓶中加入17mL稀释后酒样，并加入5g NaCl饱和。再加入内标溶液(3，4－二甲基苯酚，最终浓度为29.684μg/L)，然后插入50μm/30μm DVB/CAR/PDMS萃取头，50℃预热5min，萃取吸附45min，然后250℃下解吸5min，用于GC－MS 分析［19］。

1.2.3 定性与定量方法的建立 准确称取一定量异嗅化合物标准品溶于无水乙醇中配成单标溶液，再将此类溶液加入到模拟白酒中配成一系列浓度的混合标准溶液。模拟白酒是采用煮沸冷却后的超纯水配制的10%vol乙醇－水溶液。

通过比对酒样中组分和异嗅化合物标准品的保留时间进行定性分析。利用选择离子(SIM)方法建立标准曲线，以待测物与内标物峰面积之比为横坐标(x)，浓度之比为纵坐标(y)，绘制标准曲线。选取信噪比为3时的浓度作为检出限(LOD)。用3次实验数据的相对标准偏差作为该方法的精密度(RSD)。向已知浓度的酒样中加入一定量的待测物标准溶液，用加入前后的待测物浓度差与加入量的比值计算回收率。回收率公式［19］:

回收率(%)=(添加标样后酒中该物质检测到含量－酒中该物质含量)/该物质添加量×100

1.2.4 吸附剂的预处理 大孔吸附树脂:用无水乙醇浸泡过夜，弃去浸泡液，用无水乙醇洗涤，再用超纯水洗至无味，滤出备用［20］。

阴离子交换树脂:首先用无水乙醇浸泡，超纯水洗涤，而后用4%～5%的NaOH和HCl溶液交替浸泡，如此重复2～3次。最后一次用4%～5%的NaOH溶液进行浸泡，用超纯水洗至中性即可。阳离子交换树脂处理时最后一次用4%～5%的HCl溶液，其他相同。

硅藻土、皂土:用3～4倍体积的无水乙醇浸泡过夜，反复用超纯水超声振荡洗涤至无味，离心，沉淀物在105℃干燥至恒重，贮存备用。

凹凸棒土:与硅藻土、皂土的预处理方法相同，不同之处在于干燥后土样置于马弗炉内在250℃下活化2h。

1.2.5 吸附剂的筛选 以某浓香型原酒为实验酒样，将一定量预处理后的吸附剂置于100mL具塞三角瓶中，加入实验酒样30mL于30℃、150r/min条件下振荡吸附150min，充分吸附后，利用DI－SPME与GC－MS联用测得处理前后溶液中异嗅物质的含量，按下式计算吸附剂的去除率。

表2 应用DI－SPME定量白酒中异嗅化合物的分析参数Table 2 Analytical parameters of off－odors by DI－SPME

式中:Co为溶液中待测物的初始质量浓度，μg/L;Ce为吸附平衡后溶液中待测物的质量浓度，μg/L。

各吸附剂的添加量:湿树脂1.5mL，凹凸棒土、硅藻土、皂土各1.5g，酒用活性炭按规定使用的最大剂量5‰添加。

1.2.6 感官品评人员的选择及品评方法 从实验室挑选了13名老师和学生作为品评人员，其中包括从事酿酒生产18年以上专业评酒委员1人、经过专门闻香训练的闻香人员4人(闻香工作时间超过200h)和其他酒体风味研究同学8人(闻香工作时间超过100h)。

相似度打分法:以未用吸附剂处理的初始酒样作为对照，每次品评9个酒样，按与对照相似程度强制排序，品评人员按照1～9共9个等级对不同吸附剂处理后的酒样进行相似度打分，1=非常不同～9=非常相似。

2 结果与讨论

2.1 异嗅化合物定性与定量方法的建立

从表2可知，该方法测定异嗅化合物有很宽的线性范围，线性良好，R2变化范围在0.9908(2－庚醇)到0.9999(4－甲基苯酚)之间。以信噪比等于3为标准，计算出16种异嗅化合物的检出限(LOD)均小于6μg/L，能满足白酒中较低含量异嗅物质的检测。

向酒样1(酒精度稀释至10%vol)及模拟白酒中添加相近浓度的异嗅化合物标准品，进行回收率测定，每个酒样平行测定三次。结果见表3。

表3 精密度与回收率实验结果(n=3)Table 3 Results of RSD and recovery(n=3)

由表3可知，16种异嗅化合物的回收率均在80%～122%，RSD值均小于12%。说明这种方法对于异嗅物质的定量有很好的准确性和精确性，能够满足待测物分析的要求。

2.2 异嗅化合物去除

除4－乙烯基苯酚、愈创木酚、4－甲基愈创木酚、1－辛烯－3－酮、土味素这五种异嗅物质在初始酒样中未检测到之外，各种吸附剂均能将4－乙烯基愈创木酚100%去除，其他异嗅化合物的去除情况因吸附剂的不同而各有差别。

2.2.1 不同型号树脂对异嗅物质去除 树脂因其自身结构的不同，吸附性能也差异甚大。实验对比了凝胶弱碱性、凝胶强碱性、大孔弱碱性、大孔强碱性以及大孔弱极性五大类树脂对异嗅物质的去除情况。

由表4可知，大孔弱碱性树脂明显比凝胶弱碱性树脂的去除效率高，尤其是D314对4－乙基愈创木酚、4－丙基愈创木酚、反式－2－辛烯－1－醇、反式－2－壬烯醛的去除均能达100%，对2－庚醇的去除也能达67.3%。同时D730、SD333和D202对各异嗅物质的去除率一般大于32%，个别能达到100%。而凝胶强碱性树脂对大多数异嗅物质的去除率在7%～27%之间，相比之下，大孔强碱性树脂去除效率更高。由以上四类树脂可以看出对应的大孔树脂与凝胶树脂相比，前者有明显优势，这是因为大孔树脂可以通过它巨大的比表面积进行物理吸附(包括色散力、静电力和诱导力)，再者异嗅化合物均为弱极性物质，也可能是这些异嗅物质的羟基与吸附剂表面形成氢键而发生物理吸附。同时大孔树脂的多孔结构对分子大小不同的物质具有筛选作用，这种吸附和筛选原理对异嗅物质的去除发挥了很大的作用。

表4 不同类型的树脂对异嗅物质的静态去除率(%)Table 4 Removal ratios of off－odors with various resins from Chinese liquor(%)

对比几种大孔阴离子交换树脂与大孔弱极性树脂CAD45和DM130，后者除对4－乙基愈创木酚、4－丙基愈创木酚、反－2－壬烯醛和反式－2－辛烯－1－醇去除效果较好之外，对其他物质的去除率最高只有32.3%，所以无论是与大孔弱碱树脂还是大孔强碱树脂相比，均没有有明显的去除优势。这是由于大孔阴离子交换树脂除了具有大孔树脂强大的物理吸附作用之外，还含有碱性功能基团，在水中能离解出OH－，离解后的正电基团能与溶液中异嗅物质电离后的阴离子结合，从而发生阴离子交换作用，所以这种大孔强碱性树脂表现出较好的去除效果。同时对比大孔强碱性树脂与大孔强酸性树脂C151，后者对异嗅物质的去除率普遍小于18%，也能说明这种阴离子交换作用对去除率的贡献。所以综合来看大孔型阴离子交换树脂的去除能力更强，其中大孔强碱性树脂D730、D202和SD333对异嗅物质的总体去除效果最好。

2.2.2 酒用活性炭对酒样中异嗅物质去除 活性炭作为常用吸附剂，具有比表面积大、吸附容量大等优点［21］，主要通过化学性吸附(形成强弱不一的化学键)、物理性吸附(范德华力)和离子交换(通过其空隙)实现对物质的去除［22］，有报道这种吸附剂对饮料酒中的苦味物质有较好的去除效果［23］。由图1可知，204对4－乙基愈创木酚和4－丙基愈创木酚的去除率可达100%，但对3－辛醇和1－辛烯－3－醇的去除效果不明显，其他异嗅物质的去除率在15.8%～29.7%，波动范围较小。205除对1－辛烯－3－醇和反式－2－壬烯醛的去除效果不太理想之外，对其他异嗅物质的去除率在22%～55%之间，综合效果较好。501在吸附反式2－辛烯1－醇时效果较好，推测可能是该物质的分子大小和活性炭孔径可以达到很好的吻合。总之，粉末炭204和205与颗粒炭501相比，总体效果较好，因为粉末炭的颗粒更小，吸附比表面积相比更大，表现出的去除效果也更佳［24］。801B是一种活性炭分子筛，通过孔径大小进行选择性吸附，酒样中检测到的异嗅物质的相对分子量除苯酚较小外，其他均在116～182之间，差别不大。表现在去除率上，除4－乙基愈创木酚和4－丙基愈创木酚这两种含量较低的物质去除效果较好外，对苯酚的去除率为34.6%，对反式－2－壬烯醛的去除率为35.2%，其他异嗅物质在10%～19%之间。

2.2.3 各种土样对酒样中异嗅物质的去除情况 从图2可以看出，六种土样对4－乙基愈创木酚和4－丙基愈创木酚的去除效果均较好，对4－乙基愈创木酚最低去除率为46.8%，最高达100%，对4－丙基愈创木酚最低为39.5%，最高也达100%。四种凹凸棒土中总体吸附效果较好的是Ⅱ和Ⅳ。硅藻土对各异嗅物质的去除效果相差较大，对4－乙基愈创木酚的去除率接近100%，对4－乙基苯酚和3－辛醇只有1.2%左右，而对反式－2－壬烯醛基本不去除。皂土对异嗅物质的去除能力与皂土和异嗅物质的结构密切相关，异嗅物质的羟基、醛基和酮基能够与皂土表面的Si－O 或 Al－O 基团之间以氢键的形式结合［25］，所以对不同的异嗅物质去除率也不尽相同。总体来讲各种土样对异嗅物质的去除率相比树脂稍差。

图1 活性炭204、205、501及801B对白酒中异嗅物质的去除率Fig.1 The removal ratios of off－odors with different activated carbons from Chinese liquor

图2 凹凸棒土、硅藻土及皂土对白酒中异嗅物质的去除率Fig.2 The removal ratio of off－odors with attapulgite clay，diatomaceous earth and bentonite from Chinese liquor

总结以上三大类吸附剂，对酒样中含量较低的4－乙基愈创木酚、4－丙基愈创木酚和4－乙烯基愈创木酚去除效果都较好。对含量较高的异嗅化合物，不同吸附剂的去除效果相差较大。

2.3 感官评定

由于白酒中除了水和乙醇之外，还有酯、醇、酸、醛等许多的微量成分，这些物质的含量以及之间的量比关系对酒质和酒体香气影响极大。同时由于所选吸附剂的吸附作用不具有选择性和特异性，所以在去除了异嗅物质的同时也会对其他物质含量造成影响，进而对酒质和酒样整体香气产生影响。

采用吸附剂吸附后，对浓香型酒体中几种重要的风味化合物进行了定量分析，发现己酸乙酯下降了2.38%～13.78%，乙酸乙酯下降了1.19%～31.33%，乳酸乙酯下降了4.51%～24.20%，丁酸乙酯下降了9.46%～48.78%，有机酸(如乙酸、丁酸、己酸、庚酸等)的含量下降了9.81%～51.64%。

将三大类吸附剂处理后的酒样分别进行了感官评定，总体风味及强度可从色、香、味、格等方面进行评价，发现酒体色正、清亮透明无杂质;整体香气表现为窖香较浓郁、具有以己酸乙酯为主体的纯正、较协调的复合香气而且没有异香，但香气强度略有下降;口味上绵甜较醇厚，与未处理酒样相比略显淡薄，尾净味长;风格上大部分吸附剂处理后仍可描述为风格典型、显著。其中树脂类中对酒体香气影响较小的有 D730、D202、D311、DM130、202 和 330，感官评定分值在5.79～6.46(相似度最高为9分)。所以筛选到的D730和D202不仅对异嗅物质去除率较高而且对酒体香气的影响也在可接受范围内。活性炭对酒体香气的损失与树脂相比整体较小，感官评定结果在6.82～7.13，四种活性炭对酒体香气影响差异不大。凹凸棒土、硅藻土和皂土对酒样的整体香气影响最小，尤其是凹凸棒土感官评定结果在6.67～7.99，对酒质影响最小。虽然活性炭与土对酒样处理后的感官得分较高，但异嗅的去除率不及树脂，因此从异嗅的去除而感官可接受的角度讲(感官指标可以通过后期勾兑调整)，树脂是一类较好的异嗅去除剂。各种吸附剂对酒样中其他微量成分的具体影响以及筛选到去除效果更好、对酒质影响更小的吸附剂还需进一步研究。

3 结论

采用DI－SPME与GC－MS联用技术可以实现对处理前后酒样中16种异嗅物质的快速检测，该方法样品用量少，处理简单，无需大量溶剂，线性范围宽，回收率高。利用这种高效的检测手段分析比较了树脂、酒用活性炭、凹凸棒土、硅藻土和皂土对白酒中异嗅化合物的去除情况，总结了各吸附剂对异嗅物质去除的可能原因，并对吸附后的酒样进行了感官评定，为下一步寻找特定的吸附剂、针对性去除某种异嗅物质奠定了基础。同时引进并研究了天然吸附剂如凹凸棒土、硅藻土和皂土对异嗅物质的去除情况，这种更经济、更绿色的吸附剂具有广阔的应用前景。

［1］感官分析方法术语.In GB/T 10221，中华人民共和国国家标准［S］.1998.

［2］Franc C，David F，de Revel G.Multi－ residue off－ flavour profiling in wine using stir bar sorptive extraction－thermal desorption－gas chromatography－mass spectrometry［J］.Journal of Chromatography A，2009，1216(15):3318－3327.

［3］Lisanti M T，Piombino P，Gambuti A，et al.Oenological treatments for the removal of geosmin，responsible for earthy offflavour，in wine［J］.Organisation Internationale de la Vigne et du Vin，2008，82(71):935－936.

［4］Ugarte P，Agosin E，Bordeu E，et al.Reduction of 4－ethylphenol and 4－ethylguaiacol concentration in red wines using reverse osmosis and adsorption［J］.American Journal of Enology and Viticulture，2005，56(1):30－36.

［5］Vanbeneden N，Saison D，Delvaux F，et al.Decrease of 4－vinylguaiacol during beer aging and formation of apocynol and vanillin in beer［J］.Journal of Agricultural and Food Chemistry，2008，56(24):11983－11988.

［6］陆娴婷，张建英，朱荫湄.饮用水的异嗅异味研究进展［J］.环境污染与防治，2003，25(1):32－34.

［7］马晓雁.土臭素和二甲基异冰片的控制技术及机理研究［D］.上海:同济大学，2007.

［8］Sessa D J，Palmquist D E.Decolorization/deodorization of zein via activated carbons and molecular sieves［J］.Industrial Crops and Products，2009，30(1):162－164.

［9］范文来，徐岩.白酒79个风味化合物嗅觉阈值测定［J］.酿酒，2011，38(4):80－84.

［10］Czerny M，Christlbauer M，Fischer A，et al.Re－investigation on odourthresholds ofkey food aroma compounds and development of an aroma language based on odour qualities of defined aqueous odorant solutions［J］.European Food Research and Technology，2008，228(2):265－273.

［11］Boutou S，Chatonnet P.Rapid headspace solid－phase microextraction/gas chromatographic/mass spectrometric assay for the quantitative determination of some of the main odorants causing off－ flavours in wine［J］.Journal of Chromatography A，2007(1):1－9.

［12］Cerdan T G，Ancin－Azpilicueta C.Effect of oak barrel type on the volatile composition of wine:Storage time optimization［J］.LWT－Food Science and Technology，2006，39(3):199－205.

［13］Cullere L，Escudero A，Cacho J，et al.Gas chromatographyolfactometry and chemical quantitative study of the aroma of six premium qualitySpanish aged red wines［J］.Journalof Agricultural and Food Chemistry，2004，52(6):1653－1660.

［14］Combet E，Henderson J，Eastwood D C，et al.Eight－carbon volatiles in mushroomsand fungi:properties，analysisand biosynthesis［J］.Mycoscience，2006，47(6):317－326.

［15］La Guerche S，Dauphin B，Pons M，et al.Characterization of some mushroom and earthy off－odors microbially induced by the development of rot on grapes［J］.Journal of Agricultural and Food Chemistry，2006，54(24):9193－9200.

［16］Cho I H，Kim S Y，Choi H K，et al.Characterization of aroma－active compounds in raw and cooked pine－ mushrooms［J］.Journal of Agricultural and Food Chemistry，2006，54(17):6332－6335.

［17］Kirchhoff E，Schieberle P.Quantitation of odor－ active compounds in rye flour and rye sourdough using stable isotope dilution assays［J］.Journal of Agricultural and Food Chemistry，2002，50(19):5378－5385.

［18］Du H，Fan W，Xu Y.Characterization of geosmin as source of earthy odor in different aroma type chinese liquors［J］.Journal of Agricultural and Food Chemistry，2011，59:8331－8337.

［19］朱燕，范文来，徐岩.应用DI－SPME 和 GC－MS分析白酒中游离挥发性酚类化合物［J］.食品与发酵工业，2010，36(10):138－143.

［20］孟宪军，吴倩，商红军.大孔树脂分离纯化五味子乙素［J］.食品工业科技，2009，30(6):191－195.

［21］王凤松，王家荣，李军，等.丙烯腈和丙烯酸甲酯在活性炭上的吸附平衡［J］.化学反应工程与工艺，2004，20(4):367－371.

［22］李大和.低度白酒生产技术［M］.第二版.北京:中国轻工业出版社，2010:180－183.

［23］赵丹，曾新安.酒用活性炭对荔枝烈酒苦味物质影响的研究［J］.食品工业科技，2012，33(4):291－293.

［24］贾翠英，张明霞，张玉辉.乳链菌肽发酵液活性炭脱色［J］.食品工业科技，2010，31(3):300－303.

［25］孙喜房，李春，党艳艳，等.改型膨润土对红葡萄酒澄清过程中蛋白质和色素的影响［J］.食品科学，2006，27(8):148－151.