高粱蒸煮风味物质香气活力研究

杨玉波，倪德让，林琳，汪地强，王莉

(贵州茅台酒股份有限公司 技术中心，贵州 仁怀，564501)

白酒是我国特有的传统蒸馏酒种，常用的酿造原料主要有高粱、大米、小麦和玉米等，各种粮食有其自身的特征香气[1]，这些风味物质通过生产工艺被带入到基酒中，从而决定了基酒的风味品质[2]。茅台酒作为传统单粮发酵工艺的代表，其独特的酿造工艺对酿酒原料有很高的要求。茅台酒酿造所采用的当地特产优质糯高粱对最终茅台酒风格的形成影响很大[3-5]。茅台酒酿造用糯高粱在蒸煮糊化过程中产生的香气舒适宜人，是茅台酒特征香气之一，在感官品评中被称作“粮香”。深入研究高粱蒸煮产生的主要香气成分以及这些香气成分对“粮香”的贡献，对于解析酿酒原料与白酒风味品质的相关性具有重要的现实意义。

目前，高粱风味物质的研究多关注生高粱的挥发性成分[6]、结合态香气组分构成[7-8]、熟高粱的风味物质[9-10]等，而对高粱蒸煮过程中的香气物质研究却较少。研究团队前期采用气体采样吸附结合气相色谱-嗅闻仪(gas chromatography-olfactometry，GC-O)分析了茅台酒酿造用高粱蒸煮的主要香气成分，确定了“粮香”是一种整体呈甜香和花香的复合香气，从蒸汽吸附溶液中解析了20种香气活性物质[11]。这些香气活性物质以芳香族化合物为主，但也存在部分物质ODP嗅闻强度较低，因此对挥发性香气组分的香气贡献还需要进一步的研究。高粱蒸煮香气由多种化合物组成，而不同的化合物阈值也存在差异，以香气活力值(odor activity value，OAV)作为评价指标来分析各化合物的香气贡献，可以明晰各化合物对整体“粮香”特征的影响，为“粮香”酒样的品评提供理论依据。

本研究以茅台酒酿造用高粱蒸煮香气为研究对象，对具有显著“粮香”贡献的化合物进行了定量分析，并结合OAV分析对高粱蒸煮特征香气组分进行了深入研究。本研究有助于提高对茅台酒粮香风味特征的认识，为“粮香”特征酒样的剖析提供了技术支持。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

茅台酒生产用高粱，茅台基酒。

乙醇(≥95%)、氯化钠(≥99.5%)：上海国药集团；苯乙醛(≥95%)、苯乙酮(≥99.5%)、乙酸苯乙酯(≥97.0%)、苯乙酸丙酯(≥98%)、2-苯乙醇(≥99%)、香草醛(99%)、愈创木酚(≥98%)、γ-壬内酯(97%)、2-辛醇(97%)：均购于美国Sigma公司；4-乙烯基愈创木酚(95%)：百灵威公司。

1.2 仪器与设备

气体采样泵224-PCXR4,美国SKC公司；气相色谱-质谱联用仪7890A-5975C，美国Agilent公司；多功能自动进样器MPSⅡ，德国Gerstel公司；2 cm DVB/CAR/PDMS固相微萃取头，美国Supelco。

1.3 方法

1.3.1 高粱蒸煮香气物质的定量分析

按文献[11]所述方法吸附高粱蒸汽。精确称量3.6 g NaCl于20 mL顶空瓶中，加入10 mL蒸汽吸附溶液，并加入10 μL 2-辛醇(5.45 mg/L，乙醇溶液)作为内标化合物，旋紧瓶盖。采用浸入式固相微萃取-气相色谱-质谱联用方法(direct immersion-solid phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometric，DI-SPME-GC-MS)对挥发性成分进行提取、分离与分析。

标准曲线的绘制：将一定浓度的标准品配制在体积分数为10%的乙醇溶液中，并用等体积的10%乙醇溶液进行逐级稀释，配制成一系列浓度梯度的混合标准溶液，按照高粱蒸煮香气物质的定量方法进行分析，并以目标化合物与内标物的浓度比为横坐标，响应比为纵坐标建立标准曲线。

1.3.2 酒样中“粮香”化合物的分析

吸取2 mL酒样于顶空瓶中，加入8mL超纯水稀释后添加3.6 g NaCl饱和，并加入10 μL 2-辛醇(5.45 mg/L，乙醇溶液)作为内标化合物，旋紧瓶盖。按照高粱蒸煮香气物质的定量方法进行分析。

1.3.3 “粮香”特征物质的OAV分析

香气活力值用以表征某种香气化合物对香气贡献的大小，计算方法见公式(1)：

(1)

式中：ci为样品中的风味化合物浓度；阈值参照文献[12]以体积分数10%乙醇溶液体系计。

1.3.4 仪器条件

气相色谱条件：色谱柱，J&WDB-FFAP石英毛细柱(30 m×0.25 mm，0.25 μm)；进样口温度250 ℃；不分流进样；SPME萃取头解吸附时间5 min；载气(He)流速1.6 mL/min；升温程序：起始温度40 ℃不保持，以6 ℃/min升温速率升温至230 ℃，保持20 min。

质谱条件：电子电离源(electron ionization, EI)；电子轰击能量70 eV；离子源温度230 ℃；扫描方式：全扫描(scan)，范围m/z35～350 amu；质谱谱库：NIST 14a.L。

2 结果与分析

2.1 高粱蒸煮香气物质的定量分析

前期研究结果表明，茅台酒酿造高粱蒸煮特征物质按照香气特征可以分为：甜香、青草香、蒸粮香、生粮食香、坚果香、焦糖香和焦香这7类香韵。其中，甜香是高粱蒸煮香气的主要特征，而蒸粮香对整体“粮香”特征有着不可或缺的贡献[11]。为了深入分析各风味物质对“粮香”特征的贡献，实验在前期研究的基础上，对高粱蒸煮甜香和蒸粮香香韵中重要的风味物质进行了定量分析。这些化合物包括甜香香韵中GC-O嗅闻强度大于2.0的苯乙醛、苯乙酮、乙酸苯乙酯、苯乙酸丙酯、苯乙醇和香草醛，蒸粮香香韵的愈创木酚和γ-壬内酯，以及焦糖香香韵的4-乙烯基愈创木酚。通过气体采样结合溶剂吸附收集了10份蒸煮高粱蒸汽吸附溶液，感官评价均认为“粮香”特征明显，它们中重要的风味贡献物质定量分析结果如表1。

表1 高粱蒸煮主要香气化合物的定量分析结果Table 1 Quantitative results of main flavor compounds in sorghum steam

蒸汽吸附溶液中的含量最高的是4-乙烯基愈创木酚，质量浓度为64.58～331.15 μg/L，对焦糖香有突出贡献；其次是苯乙醇，含量为16.28～196.04 μg/L，表现出类似玫瑰花的香气；乙酸苯乙酯和苯乙酸丙酯的含量较低，基本在1 μg/L以下；愈创木酚作为蒸粮香的关键风味物质，最高达到了64.1 μg/L。高粱蒸煮关键香气物质的定量分析也再次佐证了苯乙醛和苯乙醇是甜香和花香特征的主要来源。但是，含量大的物质对整体香气的贡献并不一定大，需要结合对应的阈值才能判定各物质对整体“粮香”特征的重要性。

2.2 高粱蒸煮香气物质的OAV分析

根据各香气化合物在文献[12]报道中的香气阈值浓度，以9种香气化合物在蒸汽吸附溶液中的含量均值计算它们的香气活力值。从表2可以看出，共有3种香气化合物OAV大于1，分别是苯乙醛、愈创木酚和4-乙烯基愈创木酚。

表2 高粱蒸煮主要香气化合物的OAV分析Table 2 OAV analysis of main aroma compounds insorghum steam

苯乙醛具有明显的花香特征，给人以愉悦、柔和的感觉，对“粮香”的花香香韵有重要的贡献。它的OAV值也最高，达到了10.59，说明它对高粱蒸煮的香气有十分重要的作用。其他具有花香和甜香特征的化合物中仅有香草醛浓度与风味阈值相近，其他化合物浓度远低于阈值，说明了它们对花香和甜香香韵的贡献不高，不是花香和甜香特征的主要来源。

愈创木酚的浓度高于其风味阈值，且标准品具有辛香、烟熏气息的特征，其OAV值虽然不大，但在蒸煮高粱中表现出类似蒸粮食的香气，是“粮香”特征不可或缺的组分之一。GC-O分析感知到的另一种具有蒸粮食香气特征的化合物γ-壬内酯，其平均OAV仅为0.05，且在10个样品中的含量均远低于阈值。表明其对蒸粮香香韵的贡献并不大，对蒸粮香起主要呈香作用的是愈创木酚。

4-乙烯基愈创木酚的OAV为4.0，GC-O分析认为其具有淡淡的焦糖香，与标准品直接嗅闻的辛香、烟熏有差异，可能与其在样品中的浓度和闻香人员状态有关。4-乙烯基愈创木酚在收集的吸附溶液中具有含量高、香气活力值大的特点，说明它也是蒸煮高粱“粮香”的重要贡献物质。

2.3 高粱蒸煮关键香气物质的验证

2.3.1 模拟溶液中的验证

高粱蒸煮吸附溶液中特征化合物的定量和OAV分析表明，苯乙醛、愈创木酚和4-乙烯基愈创木酚是“粮香”特征的关键香气化合物，同时，它们也是茅台酒中重要的香气成分[13-14]。实验根据蒸汽吸附溶液中的定量结果配制化合物标准品进一步验证，按照10个样品中各化合物浓度的均值含量(表2)添加至体积分数为10%的乙醇水溶液中，进行感官闻香评价。当表2中的9种化合物均添加时，闻香结果认为甜香重、甜腻感突出；只添加苯乙醛、愈创木酚和4-乙烯基愈创木酚这3种对“粮香”有主要贡献的化合物时，与“粮香”特征有一定的相似度。考虑到蒸煮高粱的蒸汽具有高温、湿润的特点，因此将3种化合物按样品中的均值浓度添加在水中，45 ℃水浴密封加热10 min后再打开闻香，可以感知到明显的“粮香”特征，并且与茅台酒生产中高粱蒸煮的香气十分类似，熟粮食香气明显，甜香突出。从而进一步表明了茅台酒生产用高粱蒸煮所产生的“粮香”是以愈创木酚贡献的蒸粮香香韵、4-乙烯基愈创木酚贡献的焦糖香韵、苯乙醛贡献的甜香香韵为主的复合香气。

2.3.2 溶液吸收蒸汽的验证

实验选择了5个用溶液吸收了蒸汽的样品，由专业品评人员按照“粮香”嗅闻强度由大到小依次排序为A到E，结合它们中的愈创木酚和苯乙醛的相对含量进行对比分析，结果如图1。愈创木酚和苯乙醛在溶液中的含量与“粮香”感官强度具有相关性，表明它们对“粮香”香韵有贡献。

图1 溶液吸收蒸汽样品中的愈创木酚和苯乙醛含量对比Fig.1 The concentration of 2-Methoxyphenol and Phenylacetaldehyde in sorghum steam

2.3.3 “粮香”特征酒样中的验证

实验还通过对“粮香”特征酒样的分析，验证了愈创木酚、4-乙烯基愈创木酚、苯乙醛对“粮香”特征的贡献。选择两组具有典型“粮香”特征的酒样，由专业品评人员按照粮香强弱排序，并分析酒样中的愈创木酚、4-乙烯基愈创木酚和苯乙醛含量。其中4-乙烯基愈创木酚在两组酒样中均未检出，说明4-乙烯基愈创木酚并不是酒样中“粮香”特征的主要贡献物质。不同“粮香”特征酒样中的愈创木酚与苯乙醛含量如图2。

图2 两组酒样中的愈创木酚和苯乙醛含量Fig.2 The concentration of -Methoxyphenol and Phenylacetaldehyde in two groups of wine

两组“粮香”特征酒样的愈创木酚含量为8.6～58.5 μg/L，苯乙醛为765～997 μg/L。参照46%乙醇溶液中的阈值计算[15]，它们在酒样中的OAV值分别为0.6～4.4和765～997。苯乙醛的OAV值高表明其在“粮香”酒样中的风味贡献较大，这与前期高粱蒸煮香气甜香和花香突出的研究结论一致。愈创木酚的OAV虽然较小，但其表现出明显的蒸粮食的香气特征，且两组“粮香”特征酒样中的愈创木酚含量与“粮香”强度具有相关性，“粮香”强度大的酒样中愈创木酚含量高，但苯乙醛的差别并不大，其原因是苯乙醛主要贡献了花香和甜香香韵，对蒸粮香韵的贡献较小，从而进一步表明愈创木酚对酒样的“粮香”特征有贡献。

3 结论

实验在确定茅台酒生产用高粱蒸煮香气是以花香和甜香香韵为主的复合香气的基础上，进一步定量分析了蒸汽吸收溶液中呈甜香、花香和蒸粮香的物质，并结合OAV分析发现苯乙醛、4-乙烯基愈创木酚和愈创木酚3种化合物的OAV均大于1，从而明确苯乙醛是甜香和花香的关键化合物，4-乙烯基愈创木酚主要贡献了焦糖香特征，愈创木酚对蒸粮香有贡献；通过模拟溶液配制进一步验证了它们对“粮香”特征有贡献。对溶液吸收蒸汽样品的对比分析表明，苯乙醛和愈创木酚含量与“粮香”强度正相关；而“粮香”特征酒样的定量分析结果则表明，酒样中的愈创木酚含量与“粮香”强度具有相关性，其对“粮香”有着十分重要的作用。以上研究表明，对茅台酒生产用高粱蒸煮香气有贡献的物质是苯乙醛、愈创木酚和4-乙烯基愈创木酚。

研究对高粱蒸煮香气物质进行了深入分析，丰富了高粱蒸煮香气研究体系，关键香气化合物在酒样中的验证也完善了白酒风味物质评价体系，对“粮香”特征酒样的品评具有理论支持和实践指导作用，对白酒中原料来源的风味物质研究具有重要的意义。

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