基于信息熵理论的浓香型白酒香味成分复杂度分析

梁丽静，李　进，吴东梅

（泸州职业技术学院，四川泸州646000）

基于信息熵理论的浓香型白酒香味成分复杂度分析

梁丽静，李进，吴东梅

（泸州职业技术学院，四川泸州646000）

该文探讨了白酒的香味成分与白酒的风格和质量的关系。以三个品牌不同等级的浓香型白酒为例，以酒体中香味成分作为一个复杂体系，以信息熵来定量描述酒体香味成分复杂度，并且分析香气成分复杂度与浓香型白酒酒质的关系。结果表明，复杂度并不仅仅是有香味成分的总量决定的，但以复杂度为变量可用于不同品牌白酒的区分具有一定的可行性。

信息熵；香味成分；复杂度

到目前为止，中国白酒中检测到的微量成分已经超过300种。成品白酒是多溶质的不饱和胶体溶液，其中溶剂（乙醇与水）占溶液的98%～99%，溶质微量成分（骨架成分、协调成分、复杂成分）占1%～2%，包括醇类、酯类、酸类、氨基酸、羰基化合物、缩醛等多种成分［1-2］。是决定白酒香气、口感和风格的关键。在同一香型白酒中，好酒与次酒所含成分是基本相同的，但酒质差别很大。有学者［3］相继对酒中成分的关系进行了研究，提出白酒成分的复杂性可以用“复杂度”即微量成分复杂程度来表述。普遍来讲，发酵期长的酒复杂度高于发酵期短的酒；贮存期长的酒复杂度高于贮藏期短的酒；香味较突出的调味酒的复杂度大于香味一般酒等。

信息熵方法对复杂系统的分析、评价有着重要的科学意义［4］。郭满才等［5-6］以Shannon信息熵为中心建立了多样性的指标体系，证明了熵是多样性的最好度量。根据白酒的胶体特性［7］，本研究以浓香型白酒中乙醇与水为溶剂，酒体香味成分作为溶质，把所含香味成分作为一个复杂系统，根据气相色谱-质谱（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）仪分析结果［8］，基于信息熵理论，通过建立复杂度模型对不同质量、不同品牌的浓香型白酒进行计算，分析其香味成分含量、构成、复杂度与白酒酒质的关系。为白酒勾兑调味技术的改进及白酒品质的鉴定提供参考依据。

1　材料与方法

1.1材料与试剂

浏阳河一星、二星、三星、四星及五星五个等级；金六福酒一星、二星、三星及四星；古井贡酒内部特供、老酒头、古井贡及五星均来自各酒厂。

无水乙醇（色谱级）：美国天地有限公司；乙酸正戊酯（标准品）：上海甄准生物科技有限公司。

1.2仪器与设备

6890GC/5973MSD气相色谱-质谱联用仪及DB-INNOWAX毛细管柱（30 m×0.25 μm×0.25 mm）：美国安捷伦科技公司；GC-14C气相色谱仪，配备火焰离子检测器（flame ionization detector，FID）检测器：日本岛津公司。

1.3方法

1.3.1白酒组分GC-MS分析

（1）内标溶液配制：准确称取乙酸正戊酯（标准品）0.996g，利用色谱纯乙醇溶液定容至10m L容量瓶中，待用。

（2）检测样品制备：准确量取10 μL内标溶液，溶于4 000 μL待检测白酒样品中，混合均匀，过滤待用。

（3）气相色谱检测条件

载气：氮气；流速1.0 m L/min；进样口温度：250℃；FID检测器温度：280℃；进样量：1 μL；分流比20∶1；柱温箱升温程序：40℃保持2m in，以5℃/min的速度升温至80℃以后，再以8℃/min的速度升温至240℃保留10min，程序升温总时间为40min。

（4）质谱条件：接口温度280℃；电离方式为电子电离（electron ionization，EI）源；离子源温度230℃，传输线温度220℃，电子轰击能量为70 eV；全扫描模式，扫描范围30～500 m/z。

1.3.2白酒系统的信息熵的构建

熵的概念起源于热力学，是度量分子不规则热运动的单位。熵是多样性最好的量度，反映了系统的复杂度。1948年，SHANNON C E［9］在《通信的数学理论》中利用概率分布的理论给出了熵的严格定义。设在某复杂系统中，有n个信号（X1，X2……Xi……Xn），第i个信号Xi产生的概率为Pi（i=1，2，3……n）。

则此系统的熵S定义为：

式中：Pi为Xi信号出现的概率。

1.3.3数据资料

在酒体中，选择熵权法进行筛选［10］，把样品作为一个复杂体系，其中的乙醇与水作为溶剂，骨架成分、协调成分、复杂成分等微量成分作为溶质。取乙醛、乙酮、乙酸乙酯、乙缩醛、3-甲基丁醛等36种微量成分作为复杂体系的构成要素（见表1）。

表1　浓香型白酒香味成分Table 1 Arom atic com positions of Luzhou-flavor liquors

香味物质含量的计算公式如下：

式中：Xi表示某香味物质的含量，用色谱分析中各组分绝对峰面积与内标的绝对峰积的比值表示；i=1，2，……36；X表示体系中总微量成分的含量。

控制某个酒档次的主要因素（微量成分）X1，X2，…，X36以及各个因素在该体系中出现的频率Pi合在一起即构成一个信源，Pi=Xi/X。

根据熵的定义，某酒体复杂度用熵（Sg）表示为：

1.3.4数据处理

数据处理：利用软件Matlab 7.8及SPSS13.0进行编程及数据处理。

2　结果与分析

2.1一星至五星浏阳河香味成分复杂度分析

对浏阳河酒一星到五星五个等级的白酒气相色谱结果进行分析，计算其微量成分总含量、复杂度随白酒品质的变化见图1。

图1　浏阳河酒香味成分含量以及复杂度变化Fig.1 Arom atic com positions and com p lexity variation of Liuyanghe liquor

由图1可知，除了浏阳河三星酒的含量降低，总体上微量成分的含量是随着酒的品质增加的，基本与传统认识一致［11-12］。从体系的复杂度来看，一星到四星浏阳河酒随着酒的品质增加，酒体复杂度上升。但是五星浏阳河酒的微量成分显著降低。可能与所测五星浏阳河酒中缺乏某几种香味成分有关。

2.2一星至四星金六福酒香味成分复杂度分析

对金六福酒一星到四星四个等级的白酒气相色谱结果表进行分析，计算其微量成分总含量、复杂度随白酒品质的变化见图2。

图2　金六福酒香味成分含量以及复杂度变化Fig.2 Arom atic com positions and com p lexity variation of Jinliufu liquor

由图2可知，在一星到四星浏阳河酒中，随着酒的品质提高，酒微量成分的总体是在上升的，与前人结论相符［13］。从微量成分的复杂度来看，优质酒的复杂度高于普通酒，与人们普遍认为微量成分越复杂酒的香味越突出相符。

2.3古井贡酒香味成分复杂度分析

对古井贡酒四个等级的白酒气相色谱结果进行分析，计算其微量成分总含量、复杂度随白酒品质的变化，结果见图3。

图3　古井贡酒香味成分含量以及复杂度变化Fig.3 Aromatic compositions and com p lexity variation of Gujinggong liquor

由图3可知，结果显示优质酒的微量成分含量高于普通酒。从复杂度来看，复杂度随着酒的品质提高而增加。也符合酒质量越优，成分越复杂的规律。

2.4三个品牌白酒间复杂度差异比较

对三个品牌白酒复杂度进行比较［14］，结果见表2。

表2　三个品牌白酒复杂度差异比较Table 2 Differences in com p lexity of three brands ofLuzhou-flavor liquors

由表2可以看出，三种品牌的白酒香味成分复杂度的差异大于总含量的差异。不同品牌间的香味成分复杂度差异较大。结果表明，香味成分复杂度体现出酒体中不同物质的平衡状态，能更体现了白酒香气物质种类和含量的个性和共性，反映了白酒风味的典型性及相似性。

2.5复杂度与香味物质总含量之间的相关性检验

为了检验香味物质总量与复杂度之间的关系，本研究进一步对香味成分总量与复杂度相关性进行了分析。结果显示相关系数为-0.289，显著性水平为0.338。说明酒体香味物质的总量与香味成分复杂度基本不相关，复杂度并不仅仅是有香味成分的总量决定的，而是由多因素构成的。

3　结论

目前，我国白酒香型主要依靠人工品尝和香味成分含量比例的不同来区分［15］，但白酒是种复杂的非均相胶体溶液，各个成分之间的相互作用、各个成分在环境条件下的表现行为以及对味觉和嗅觉的作用情况很难清楚说明。本研究在单参数模型和双参数模型下探讨了浓香型白酒的复杂度，用熵理论定性描述酒体香味成分的复杂度，得出酒体品质总体随酒体复杂度增加而改善，并且与香味成分总含量相关性不高的重要结论。

对于不同品牌白酒的鉴别，以往的报道还是以主成分分析为主［16-17］。本研究对于不同品牌间酒体香味成分的分析结果提示，不同品牌白酒复杂度差异较大，形成不同白酒风格的决定因素主要取决于不同成分的平衡，而与香体成分的总体含量相关性不高，以复杂度为变量可用于不同品牌白酒的区分具有一定的可行性。这些结论对于白酒生产勾兑及品评定级给出了新的思路及参考依据。

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Analysis of aromatic composition complexity of Luzhou-flavor liquors based on the information entropy

LIANG Lijing，LI Jin，WU Dongmei
（Luzhou Vocational and Technical College，Luzhou 646000，China）

The relationship between Chinese liquor aroma and liquor style and quality was discussed.This study focused on the three brands of Luzhou liquors w ith various grades，and the aromatic compositions were taken as a complex system.Information entropy was defined as complexity of liquor flavor，to quantitatively describe aroma com positions，and analyze the relationships between the complexity of aromatic com position and the quality of Luzhou liquor.The results showed that the complexity is not only decided by the aroma components content，but it is feasible to distinguish Chinese liquor with different brands.

information entropy；aromatic composition；complexity

TS261．7

0254-5071（2016）05-0154-03

10．11882/j．issn．0254-5071．2016．05．032

2015-11-22

泸州市科技局项目（2014-S-50（1/7））；四川省教育厅项目（CJCB13-10）

梁丽静（1983-），女，讲师，硕士，研究方向为白酒酿造、增香调味。