基于全二维气相色谱-飞行时间质谱对酱香型白酒风味成分的研究

洪泽淳，熊含鸿，李 南，陈思敏，刘莹莹，梁旭霞

（广东省食品检验所，广东广州510410）

中国白酒因其自然环境、微生物群系、酿造原料及酿造工艺的不同，产品种类繁多，风味不一[1-3]。从化学成分来说，白酒的主要成分是水和乙醇，占总量的98%～99%，而溶于其中的一些呈香、呈味的微量成分则占1%～2%，但正是这些微量成分在各自白酒中的不同含量和比例，决定了白酒的香型和风格[4-5]。白酒中微量成分构成复杂、种类多样，主要分为酯类、醇类、酸类、醛类、酮类、缩醛类、吡嗪类、呋喃类、芳香族和其他化合物等[1，5-8]。白酒中这些微量化合物的传统检测方法主要是通过气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)进行分析，而对于白酒这类风味成分复杂的基质，一维GC-MS的灵敏度和分辨能力均无法满足分析要求[8-9]。

全二维气相色谱与飞行时间质谱联用（GC×GC-TOFMS）是近年发展起来的一种高分辨率、高灵敏度、高峰容量的分离鉴定技术，能够有效地解决一维GC-MS的灵敏度低、分辨能力不足的问题[10-11]。2007年，季克良等[12]首次将GC×GC-TOFMS引入白酒风味化合物分析领域，在酱香型白酒中分离出873种化合物，在浓香型白酒中鉴定出342种化合物，在清香型白酒中鉴定出178种化合物，极大丰富了中国白酒的微量成分的种类。目前，GC×GCTOFMS技术已成为白酒微量成分鉴定分析的重要手段[13-16]。本试验以广州某酒厂酱香系列3种白酒为原料，采用全二维气相色谱-飞行时间质谱法(GC×GC-TOFMS)对风味成分进行分离鉴定，为评价白酒品质提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料及仪器

样品：广州某白酒厂生产的酱香型白酒，编号依次为JX1、JX2、JX3。

仪器设备：全二维气相色谱系统，由气相色谱仪7890B(Agilent Technologies,Wilmington,DE,USA)和冷喷调制器KT-2001(Zoex Corp.,Lincoln,NE,USA)组成；飞行时间质谱仪PegasusⅢ型(Leco Corporation,St.Joseph,MI,USA)。

试剂：乙醚、正戊烷、无水硫酸钠、氯化钠均为分析纯。

1.2 实验方法

1.2.1 样品前处理

液液萃取法：量取40 mL白酒酒样于烧杯中，加入2.0 g NaCl搅拌至充分溶解，将液体转移至250 mL的分液漏斗中，用10 mL饱和食盐水洗涤烧杯2次并转入分液漏斗，用乙醚∶正戊烷(2∶1)溶液分4次(40 mL、30 mL、20 mL、20 mL)进行萃取，合并醚烷萃取液。萃取液用50 mL饱和食盐水洗涤2次，再用50 mL超纯水洗涤2次，合并有机相并用无水硫酸钠干燥12 h后，旋转蒸发浓缩至0.5 mL。

1.2.2 仪器分析条件

GC×GC-TOFMS条件：柱1，DL-WAX（J&W Scientific，60 m×0.25 mm×0.25 μm）；柱2，DB-1701（J&W Scientific,1.2 m×0.1 mm×0.4 μm），两根色谱柱以串联方式连接。

进样口温度：250℃；载气：He；柱前压：600 kPa，恒压模式；分流比：1∶30；调制周期：4 s；程序升温条件：50℃（0 min）-2℃/min-200℃(35 min)；进样量：0.5 μL；采集频率：50 Hz；采集范围：35～500 u；离子源温度(EI)：220℃；检测器电压：1.50 kV；电离能量：70 eV；传输线温度：230℃[17-18]。

1.3 数据统计分析

全二维数据处理采用Leco公司的软件，自动识别信噪比大于800的峰，一次可识别峰的个数为10000；谱图库为NIST/EPA/NIH Version 2.0。所有的定性结果自动生成“峰表”。运用Microsoft Excel对所得“峰表”数据作进一步处理，去除检测结果中的重复信息和柱流失物质，得出最终结果。

2 结果与分析

2.1 酒样中的风味成分总体分析

目前，白酒风味化合物还没有真正的标准，对于白酒风味化合物的鉴定是通过TOFMS软件的自动峰识别（Peak Find）功能，并结合色谱图检索数据库实现的。酱香型白酒的四大营养成分是醇类、醛类、酸类和酯类，采用GC×GC-TOFMS法分别对3种酒样中的风味物质进行检测，所得到的三维图谱如图1所示。酒样中的风味物质的有效峰数量及各类组分的总体情况见表1。

图1 3个酒样微量成分总体的GC×GC-TOFMS分离三维谱图

表1 GC×GC-TOFMS鉴定出3个酒样中的风味物质的有效峰数量及各类组分总体情况

由表1可知，3个酒样风味物质种类丰富，共检测到的有效峰（即风味成分）组分数酒样JX1、JX2、JX3分别为737种、783种、794种，3个酒样都有超过700个匹配度较高的化合物被识别。与季克良等[12]对典型香型代表白酒检测的结果比较可知，广州某酒厂该类酱香型白酒风味成分的种类略低于经典的酱香型白酒——茅台酒（873种），但远比浓香型白酒（342种）、清香型白酒（178种）丰富。此外，该系列酱香型白酒各组分化合物除醇类物质种类稍比茅台酒多外，酯类、酸类、酮类、醛类、含氮类等成分种类均少于茅台酒，但明显多于浓香型、清香型白酒，且该系列白酒酱香型整体风味突出，具有酱香型白酒应有的风格特点。该系列3种酱香型白酒具有如下共同特征：（1）酯类物质和醇类物质种类丰富，均达100种以上；（2）含硫类物质种类数均最少；（3）酸类物质、酮类物质、醛类物质、含氮类物质种类均在100种以下。

2.2 酯类化合物分析

广州某酱香型白酒中的主要化合物见表2。表2中列出了部分酯类物质。酱香型白酒入口绵甜爽净，风格独特，其中以酯类为主体的复合香味起着关键作用，酯类化合物种类很多，其含量的不同，决定了酒体的香气浓郁度。3个酒样中酯类物质种类最丰富的是JX3（175种），其中，乙酯类化合物最为突出，达13种，主要为C1—C9、C13和C16的同系的饱和直链脂肪酸乙酯。在这些酯类物质中，乙酸乙酯呈凤梨香味，是酱香型白酒中的重要构成部分；己酸乙酯呈果香、花香和甜味；丁酸乙酯在浓度低时呈凤梨香味，浓度高时呈腐臭味；戊酸乙酯呈苹果香味，具有促进香气幽雅的作用；辛酸乙酯、庚酸乙酯均呈水果香味。

2.3 酸类物质

白酒中的酸类物质源于微生物的发酵过程产生的有机酸，是中国白酒风味物质中的重要成分，也是影响酒体口感和后味的主要因素。酸含量过低会造成酒味淡、后味短，适量的酸可对酒起缓冲作用，并在贮存过程中能缓慢地形成酯。酱香型白酒中有机酸的含量一般较高，主要以乙酸、乳酸、己酸和丁酸为主。表2中列出了部分酸类物质，3个酒样中酸类物质种类最丰富的是JX3（59种），其中，一元直链饱和脂肪酸种类最多，达14种；不饱和脂肪酸有3种，其中亚油酸、亚麻酸是人体必需脂肪酸，对人体健康有着重要的生理作用。亚油酸有“血管清道夫”的美誉，具有降低血中胆固醇水平、防治动脉粥样硬化及心血管疾病的保健效果。α-亚麻酸是构成细胞膜和生物酶的基础物质，具有增强智力，增强免疫力，保护视力，降低血脂，预防和治疗癌症、心脑血管病、糖尿病、炎症以及减缓人体衰老等功能[19]。

2.4 醇类物质

醇类是白酒中助香的主要物质，也是形成酯类的前体物质。酱香型白酒中醇类化合物含量高。高级醇比浓香型白酒高1倍以上，它们可以增加酒体的甜度和醇厚感，但含量过高，则会给酒体带来苦涩感，并引起上头。正丙醇是酱香型白酒的特征性指标，其含量普遍较高，它是形成酱香型白酒爽口的关键因素[20]。此外，正戊醇、庚醇、正辛醇、仲辛醇呈水果香味，2，3-丁二醇是主要的甜味物质；β-苯乙醇呈玫瑰香味，关系到酒体香气的幽雅。表2中列出了部分醇类物质，3个酒样中醇类物质种类最丰富的是JX3（59种），主要为同系的饱和直链一元醇和二元醇，其他饱和支链醇、芳香醇和不饱和醇。

表2 GC×GC-TOFMS鉴定出广州酱香型白酒中的主要化合物

2.5 醛、酮类化合物

表2中列出了部分醛、酮类物质，3个酒样中醛类物质种类最丰富的是JX3（32种），酮类物质种类最丰富的是JX2（36种）。醛类物质具有愉快的青草味，也是构成白酒香味成分的重要风味物质。乙醛主要给白酒带来苦、辣的感官；在贮存过程中，乙醛会与乙醇发生缩合，生成乙缩醛，给予酒体清香柔和感，是白酒老熟的重要标志之一。此外，异戊醛气味似酱油味，有苹果香；糠醛气味似杏仁香，有焦香，是构成酱香型酒焦香的成分[20]。酮类物质在白酒中的含量非常低，其香气绵柔细腻，能带给酒体愉快的香气。

2.6 含氮类、含硫类化合物

表2中列出了部分含氮类、含硫类物质，3个酒样中含氮类物质种类最丰富的是JX2（60种），其中，吡啶类、吡嗪类、胺类、酯类含氮类衍生物为主要含氮化合物，肼、噻唑、氨基酸、铵、醇、酮、醛、腈、苯等含氮类衍生物也均被鉴定出。含氮类化合物也是构成白酒的重要香味成分之一，能够给酒体带来幽雅细腻的感官。鉴定出的2-甲基吡嗪、2,3,5-三甲基吡嗪和2,3,5,6-四甲基吡嗪等3种吡嗪类含氮类化合物，具有愉快的焙烤香、坚果香[21]。同时，吡嗪类化合物也被认为是人体健康功能性成分，能调节脂质代谢、扩张血管，对预防心血管疾病具有一定的作用[22]。含硫类化合物种类相对较少，3个酒样中种类最丰富的是JX3（24种）。

3 结论

全二维气相色谱-飞行时间质谱联用法因峰容量大、灵敏度高、分别率高的优越性能，对于组分复杂的试样具有独特的优势，可更全面、更准确地对中国白酒的特征成分进行分析，为白酒的风味形成机理以及品质控制研究提供理论依据。本研究应用GC×GC-TOFMS技术首次分析了广州酱香型白酒的风味成分，该系列白酒中富含700多种风味成分，包含酯类、酸类、醇类、酮类、醛类、含氮类和含硫类等化合物，赋予了其酱香型白酒特有的风味和风格，同时也为酒体载入了多种有益于人体健康的功能性组分。在3种广州酱香型白酒中，JX3的风味成分种类最为丰富，尤其是酯类、酸类、醇类化合物种类具有明显优势，但对于每种风味物质的香气协同作用方面未作深入研究，需要进一步研究完善。

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