黄酒陈酿过程中香气物质、味觉特性和表面张力变化

徐建芬,张凤杰

(1.上海金枫酒业股份有限公司,上海 201501；2.上海石库门酿酒有限公司,上海 201501；3.中国食品发酵工业研究院,北京 100015；4.国家酒类品质与安全国际联合研究中心,北京 109015)

陈酿是黄酒生产工艺中重要的过程之一。黄酒新酒存在口味粗糙、香味不足、不柔和、不协调等缺点,贮存一段时间后,酒体会变得香气浓郁,柔和,随着贮存时间的延长,黄酒的风味会日趋丰富、饱满、协调,同时散发出优雅的陈香[1-4]。黄酒的陈酿时间也称为酒龄,是评价黄酒优劣的重要指标,民间素有“酒是陈的香”的佳话[5-6]。

研究者已经从不同角度对黄酒陈酿过程中香气物质变化的进行了研究[7-11],如阎文飞等[12]分析了北方黄酒陈酿过程中主要成分含量及其变化趋势。近年来,基于传感器的人工味觉和人工嗅觉在食品行业的应用研究越来越多[13-14],江涛等[15]使用Flash GC型电子鼻对黄酒进行酒龄定量研究,并建立偏最小二乘回归(partial least-squares regression,PLS)模型判定酒样酒龄,可信度高。周牡艳等[16]将智能电子舌结合化学计量学方法较好地用于黄酒产地的判别。另外,表面张力(surface tension)是液体表面层由于分子引力不均衡而产生的沿表面作用于任一界线上的张力,与分子间作用力呈正相关在,即分子间作用力越大,表面张力越大。李红等[17]采用表明张力的方法检测白酒年份酒,发明了一种鉴定白酒年份酒的方法,在行业内推广应用。

因此,本研究采用固相微萃取(solid-phase micro-extraction,SPME)结合气相色谱质谱联用技术(the gas chromatography mass spectrometry,GC-MS)分析黄酒陈酿过程中香气物质变化情况,结合SPSS相关性分析结果确定黄酒的主要陈香物质；同时,采用日本INSENT电子舌对不同年份酒进行了味觉特征的初步研究；并采用表面张力变化来评价黄酒陈酿特征。综上,本研究从分析化学、电化学和物理化学三方面分析了黄酒的陈酿特征,为陈酿黄酒的鉴别提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

不同陈酿时间的黄酒原酒:上海金枫酒业股份有限公司提供。

乙酸乙酯、乳酸乙酯、丁酸乙酯、丁二酸二乙酯、辛酸乙酯、糠醛、苯甲醛、苯乙醛、异戊醇、β-苯乙醇、异丁醇、正丁醇、2,3-丁二醇等风味标准品(色谱纯,纯度≥98%):比利时Acros公司；乙醇、酒石酸、氯化钾、氢氧化钾、盐酸(分析纯):国药集团药业股份有限公司。

1.2 仪器与设备

Clarus 600型气相色谱-质谱联用仪:美国PerkinElmer公司；固相微萃取装置(配SPME手柄)、85μm PA萃取头:美国Supelco公司；Dataphysics OCA20视频光学表面张力测量仪:德国Dataphysics公司；TS-5000Z味觉分析系统(电子舌):日本Intelligent Sensor Technology公司；超纯水机:帕斯特公司。

1.3 方法

1.3.1 香气成分的测定[7]

样品的前处理:首先将被测黄酒的酒精度稀释至6%vol。移取稀释后的酒样6 mL于20 mL的顶空瓶中,加入3.000 g NaCl,加入30 μL的内标工作液,放入磁力搅拌转,密封。在550r/min转速下搅拌一段时间后,插入85μmPA萃取头,纤维头置于距离酒样表面约20 mm的上部空间,在一定的水浴温度下萃取一段时间后,取出手柄,直接进样分析,并解析一段时间。

色谱条件:WAXetr毛细管色谱柱(30 m×0.25 mm×0.50μm)；载气(高纯氦气),纯度≥99.999%,流速:1mL/min,不分流进样；进样口温度:220℃；柱温:起始温度35℃,恒温2 min,以4℃/min升温至80℃,以2℃/min程序升温至140℃,以5℃/min程序升温至230℃。

质谱条件:离子源温度,250℃,传输线温度,250℃,电子轰击源,70 eV；扫描范围,30～550 amu,定性采用全扫描模式,定量采用选择离子扫描模式；采集方式为离子扫描时,整个分析过程分为32个通道(包括内标化合物乙酸正戊酯和2-壬醇)。

1.3.2 电子舌分析方法

利用TS-5000Z电子舌分析不同陈酿时间的黄酒样品,得到酸味、鲜味、咸味、苦味、丰味、涩味、后苦味、后涩味的味觉输出值,具体测定步骤为:1)模拟唾液清洗电极,重复3次；2)阴极缓冲液清洗电极,重复3次；3)阳极缓冲液清洗电极,重复3次；4)平衡、浸泡电极；5)电子舌样品进样量25mL,设定1个平行样,在室温条件下分别用CA0、AAE、CT0、C00、AE1电极检测不同陈酿时间黄酒的酸味、鲜味、咸味、苦味和丰味,每种味道检测4次,取平均值作为味觉输出值。根据得到的味觉输出值,利用味觉雷达图、味觉主成分分析等方法对样品进行分析。

1.3.3 表面张力分析方法

用Dataphysics OCA20表面张力检测仪专用注射器量取一定体积的待测基础酒清洗针头3次,将注射器固定至视频光学接触角测量仪,待注射器中的液体滴下时,利用分析软件通过对液滴形状的计算求得待测酒样的表面张力值,每个样品测量3次,取算术平均值。

2 结果与分析

2.1 黄酒陈酿过程中香气物质变化

不同陈酿时间黄酒的香气风味物质存在差异,根据1.3.1方法分析不同陈酿时间黄酒样品中的酯、醇、醛类共15种物质变化,总酯、总醇、总醛的含量变化见图1,不同物质含量比变化见图2。由图1可知,在陈酿过程中随着时间的延长,总酯和总醛的含量总体呈上升趋势,总醇含量无明显规律；由图2可知,黄酒中主要的酯类化合物是乳酸乙酯,占总酯含量的39.0%～83.6%,且随陈酿时间呈递增趋势,其次是乙酸乙酯,含量占10.6%～56.5%；异戊醇、β-苯乙醇和异丁醇是黄酒中的主要醇类物质,分别占总醇含量的51.5%～56.2%,23.2%～28.8%和11.7%～14.8%,β-苯乙醇是稻米类黄酒在发酵过程中产生的特征性物质；陈酿过程中,醛类物质总量呈显著的上升趋势,尤其是糠醛,从初始的0.73 mg/L上升至18.58 mg/L,是初始条件的25倍。

图1 不同陈酿时间黄酒中总酯、总醇、总醛类化合物的含量Fig.1 Contents of total esters,total alcohols and total aldehydes in Chinese rice wine with different aging time

图2 不同陈酿时间黄酒中酯类(A)、醇类(B)、醛类(C)化合物相对含量变化Fig.2 Changes of relative contents of esters(A),alcohol(B)and aldehydes(C)in Chinese rice wine with different aging time

采用相关性分析方法,对黄酒中风味物质和黄酒陈香进行相关性分析,结果见表1。由表1可知,乳酸乙酯、丁二酸二乙酯和苯甲醛3种物质与陈香呈极显著正相关关系,丁酸乙酯和糠醛与陈香呈显著正相关关系,而其他指标与陈香无显著性关系。

表1 陈香与风味物质的相关性分析Table 1 Correlation analysis of aged fragrant and aroma substances

2.2 不同年份黄酒的电子舌分析

不同陈酿时间黄酒在酸味、鲜味、涩味、苦味、丰富度、咸味、苦回味和涩回味的分布雷达图见图3。各指标与陈酿时间的相关性分析结果见表2。

图3 不同年份黄酒电子舌检测结果Fig.3 Determination results of Chinese rice wine with different storage time by electronic tongue

表2 电子舌响应信号与黄酒陈酿时间相关性分析Table 2 Correlation analysis between electronic tongue response value and Chinese rice wine aging time

由图3可知,黄酒的口感整体偏咸鲜味,略带苦味,其丰富度饱满。随着陈酿时间的延长,酒体的丰富度越来越小,鲜味减弱,酸感更强。相关性分析见表2,由表2可知,陈酿年限与酸、涩回味呈极显著正相关(P＜0.01),与鲜和丰富度呈极显著负相关(P＜0.01),与咸味呈显著性负相关(P＜0.05)。

不同年份酒中酸味、鲜味和丰富度的味觉值见图4。根据韦伯-费希纳定律,浓度变化达到20%以上,人便开始感知到味道的差别,故图4中的每个单位都代表相应味觉浓度相差20%。由图4可知,酸味、鲜味、涩味、苦味、丰富度、咸味、苦回味和涩回味8种味觉值中,酸味、丰富度和鲜味的变化最大。其中酸味的差别更易令人察觉,陈酿10年黄酒的酸味值比新酒的高出了近127%,丰富度降低73.9%,鲜度降低29.4%。

图4 不同年份酒酸、鲜和丰富度的味觉值变化Fig.4 Changes of taste value of sourness,umami,richness of Chinese rice wine with different aging time

2.3 黄酒陈酿过程中表面张力变化

表面张力为衡量液体体系的一个热力学稳定性参数,黄酒从本质来讲就是乙醇-水分子的缔合体系与其他氨基酸、微量风味物质等构成的液体体系,所以黄酒具有一般液体所具有的本质属性。实验所用黄酒为不同年份相同工艺酿造的黄酒原酒,可以认为这些酒样具有一定的稳定性,可以用来研究黄酒在陈酿过程中的陈化特征规律。按照1.3.3方法检测6个年份黄酒的表面张力,结果如图5,可以看出,黄酒的表面张力随着陈酿时间延长整体呈上升趋势。

图5 不同酒龄黄酒表面张力的变化Fig.5 Changes of surface tension of Chinese rice wine with different aging time

为了检验不同年份黄酒表面张力随年份变化的显著性,对表面张力与陈酿时间的变化进行相关性分析,结果为二者的相关性系数为0.831,在置信度(双尾)为0.05时,二者的显著性为P=0.040＜0.05,说明黄酒的表面张力与陈酿时间具有显著的高度正相关关系,即陈酿时间越长,表面张力越大。不同陈酿时间的黄酒虽然生产工艺都相同,但由于陈酿年限的延长,酒体中物质发生大量的化学和物理变化,比如醇和酸生成酯,以及分子的缔合作用等,使酒体的表面张力不断增大。

3 结论

陈酿是优质黄酒生产中必不可少的重要工序,随着陈酿时间的延长,黄酒的风味会日趋丰富、饱满、协调,同时散发出优雅的陈香。本研究综合评价的黄酒陈酿过程中香气、味觉特征和表面张力变化,结果如下:

(1)黄酒在陈酿过程中由于容器以及酒体物理化学变化的原因,香气风味物质发生差异变化,总酯和总醛含量总体呈上升趋势,总醇含量无明显规律。香气物质中乳酸乙酯、丁酸乙酯、丁二酸二乙酯、糠醛和苯甲醛5种物质与陈香呈显著正相关,而其他指标(如异戊醇等)无显著性。

(2)电子舌对不同年份黄酒的分析主要是通过不同电极识别酸味、鲜味、涩味、苦味、丰富度、咸味、苦回味和涩回味8种味觉值的变化。不同年份黄酒分析的结果表明,黄酒随陈酿时间的延长,酸感增强,且变化极显著,丰富度和鲜度都呈极显著下降。

(3)采用表面张力评价黄酒随陈酿时间的变化,结果表明,黄酒的表面张力随着陈酿时间整体呈上升趋势,黄酒的表面张力与陈酿时间具有显著的高度正相关关系。

[1]汪建国.对清爽型黄酒风味的认识和探讨[J].中国酿造,2007,26(11):48-50.

[2]汪建国.试论我国黄酒风味的成因与发展[J].中国酿造,2008,27(12):33-35.

[3]栾金水.黄酒中风味物质的研究[J].中国酿造,2002,21(6):21-24.

[4]王阿牛,成淑芝.黄酒的风味与营养价值[J].食品与机械,1994(2):16-17.

[5]汪建国.黄酒的贮存与色香味关系[J].中国酿造,2007,26(10):48-52.

[6]蔡明迪,陈 希,李汴生,等.超高压处理对黄酒陈化的影响[J].食品与发酵工业,2011,37(1):26-31.

[7]江 伟,兰玉倩,黄 毅,等.固相微萃取与气相色谱-质谱联用法对不同酒龄黄酒的微量风味分析与应用[J].食品与发酵工业,2011,37(2):144-150.

[8]于海燕,张 妮,朱建才.气相色谱-质谱结合吸附萃取法测定陈酿黄酒挥发性香气物质[J].食品科学,2011(22):179-183.

[9]兰玉倩,薛 洁,江 伟,等.黄酒陈酿过程中主要成分变化的研究[J].中国酿造,2011,30(5):165-170.

[10]黄桂东,彭家伟,钟先锋,等.半干型绍兴黄酒中主要高级醇含量检测及其香气贡献分析[J].中国酿造,2017,36(10):159-162.

[11]许春华.不同酒龄黄酒味感风味分析及快速预测研究[D].上海:上海应用技术学院,2012.

[12]阎文飞,程凡升,郭 瑞,等.北方黄酒陈酿过程中主要成分含量及其变化趋势[J].中国酿造,2017,36(5):72-75.

[13]周慧敏,李莎怡,陈婷婷,等.用于绍兴黄酒总糖含量预测的电子鼻系统构建及其实验研究[J].传感技术学报,2017,30(11):1776-1780.

[14]于海燕,张 燕,许春华,等.基于氨基酸组成的黄酒酒龄电子舌鉴别(英文)[J].农业工程学报,2017(2):297-301.

[15]江 涛,李博斌,郑云峰,等.电子鼻对绍兴黄酒酒龄的判别研究[J].酿酒科技,2012(1):39-41,46.

[16]周牡艳,郑云峰,张 韬,等.智能电子舌对地理标志产品绍兴黄酒的区分判别研究[J].酿酒科技,2012(12):23-26.

[17]李 红,赵 昕,刘常姝.一种中国白酒年份酒的鉴定方法[P].北京:CN104165825A,2014-11-26.