采用GC×GC-TOF-MS分析酱香型白酒缺陷酒挥发性风味物质

杨 亮，何珺珺，罗楚翔，张春林*

（1.茅台学院 酿酒工程系，贵州 仁怀 564501；2.贵州茅台酒股份有限公司，贵州 仁怀 564501）

酱香型白酒是我国四大基本香型白酒中风味极其独特的一个酒种[1]，深受消费者喜爱。据有关机构调研资料显示，2018年我国酱酒产能在50～60万kL，约占我国白酒整体产能的4%左右；酱酒销售收入约1 100亿元，约占我国白酒收入的20%；酱酒净利润约在430～440亿元左右，约占行业的35%左右，酱酒整体市场呈现出高增长、高利润的特点。酱香型白酒的高速发展，与其品质的坚守和独特的风格密不可分。酱香型白酒风味物质的种类和含量均高于其他香型白酒[2]，也正是这仅占白酒约2%的风味物质决定了白酒的香型、风格和品质。

白酒在酿造过程中会不可避免形成一定量的缺陷酒，导致酒体不协调、偏离原香型应有的香、味、风格。酱香型白酒典型缺陷主要有泥臭味、盐菜味、异味、泥味、馊味、泥霉味、霉味、煤油味8种，其中异味是除其他几种缺陷酒外含量较少或暂未明确归类描述的缺陷型。白酒的缺陷除了由风味物质量比偏离引起外，往往是由于异嗅物质的存在导致的。异嗅物质的存在给酱香型酒风味带来了负面的影响，降低了优质酱香型白酒的产量。现阶段对异嗅物质的研究较多，如杜海等[3-4]鉴定了广泛存在于多种香型白酒（含酱香型白酒）的缺陷酒中，引起白酒产生土霉味的异嗅物质是土味素、引起白酒产生蘑菇/真菌味等异嗅的物质是3-辛醇和1-辛烯-3-醇，并建立了快速测定该异嗅物质的定量方法，分析了该物质在白酒生产过程中的变化规律；乔敏莎等[5]鉴定出了酱香型白酒中臭味缺陷酒的异嗅物质为二甲基二硫和二甲基三硫；DING X等[6]鉴定出4-甲基苯酚是导致多种白酒（含酱香型白酒）中呈现出动物臭/皮毛臭的异嗅物质；ZHAO T等[7]鉴定出酱香型白酒的焦臭味异嗅来源是2-羟甲基-3,6-二乙基-5-甲基吡嗪。

对异嗅物质的研究主要分为定性分析和定量分析两个层面。其中定性分析主要采用不同的萃取方式对酒样萃取后[8]，将萃取出的挥发性组分经气相色谱-质谱（gaschromatography-mass spectrometer，GC-MS）、气相色谱-氢火焰离子化检测器（gaschromatography-flame ionization detector，GC-FID）等仪器检验定性[9-10]。由于白酒中挥发性组分组成的复杂性，传统的一维色谱分离技术难以满足鉴定白酒中痕量物质的要求[11]，而全二维气相色谱技术（GC×GC）与飞行时间质谱（timeof flight-massspectrometry，TOF-MS）联合使用，能够实现对复杂样品中挥发性组分分离鉴定，GC×GC-TOF-MS极大地提高了白酒中挥发性组分的分析检测水平[12-14]，然而目前还没有关于采用GC×GC-TOFMS技术对酱香型缺陷酒挥发性组分的研究报道。该研究采用顶空固相萃取（headspace solid phasem icro extraction，HSSPME）结合GC×GC-TOF-MS技术解析酱香型缺陷酒挥发性风味组分特征，将有助于增进对酱香型缺陷酒风味化学本质的认识。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

样品：茅台镇某白酒厂提供的盐菜味缺陷型基酒。

2 cm 50/30μm二乙烯基苯/Carboxen/聚二甲基硅氧烷（DVB/CAR/PDMS）固相微萃取三相头：美国Sigma-Aldrich公司；NaCl（分析纯）：上海国药集团化学试剂有限公司；C5～C30烷烃标准品（均为色谱纯）：天津光复精细化工研究所。

1.2 仪器与设备

MPS 2复合自动进样系统：德国Gerstel公司；7890N气相色谱、KT-2001冷喷调制器：美国Agilent Technologies公司；Pegasus4D飞行时间质谱：美国LECO公司；M illi-Q超纯水系统：美国M illipore公司。

1.3 实验方法

1.3.1 HS-SPME条件

20m L顶空瓶中加入1m L酒样、4m L超纯水和1.5 g NaCl。萃取温度45℃，样品平衡时间5min，吸附萃取40min。萃取结束后萃取头于GC进样口250℃解吸5 min，进行GC×GC-TOF-MS检测分析。

1.3.2 GC×GC-TOF-MS分析条件

色谱柱系统：一维色谱柱DB-FFAP（60m×250μm×0.25μm）与二维色谱柱Rxi-17（0.1m×250μm×0.25μm）串联使用。柱1升温程序：起始温度45℃保持3min后，以4℃/min升温至150℃保持2m in，以6℃/m in升温至200℃后再以10℃/min升温至230℃，保持10min。调制器调制时间为4 s，热调制时间为0.8 s，调制补偿温度为15℃。柱2升温程序：起始温度50℃保持3min后，以4℃/min升温至155℃保持2min，以6℃/min升温至205℃后再以10℃/min升温至235℃，保持10m in。样品运行采用恒流模式，载气为高纯氦气（He）（纯度＞99.999 5%），流速为1m L/min。

MS条件：电子轰击离子源，电子能量70eV，离子源温度230℃，质量扫描范围35～500 amu。数据采集由LECO公司Pegasus4D工作站控制。

1.3.3 数据统计分析

GC×GC-TOF-MS数据由LECO公司Chroma TOFR工作站进行数据处理，色谱峰自动积分解卷积后与NIST 14和Wiley 9质谱库比对，并生成“峰表”。从“峰表”中选择正反相似度均＞800的化合物，根据正构烷烃中各烷烃的保留时间，按照改进的Kovats法[15]计算初步定性的各化合物的保留指数，并与文献报道的保留指数对比鉴定，保留二者数值差异在30以内的化合物。

2 结果与分析

2.1 酱香型白酒缺陷酒中挥发性组分总体分析

通过HS-SPME-GC×GC-TOF-MS共检测出5 801个色谱峰，如图1所示，筛查出匹配度较高（正反相似度≥800）且可能性大于4 000的化合物共593多种，经进一步人工解谱验证、文献保留指数比对验证等筛查，对酱香型盐菜味缺陷型基酒中挥发性化合物进行定性。

图1 酱香型盐菜味缺陷酒HS-SPME-GC×GC-TOF-MS 2D色谱图（a）及3D色谱图（b）Fig.1 2D plot(a)and 3D plot(b)of chromatography of defective product of sauce-flavor Baijiu with pickled mustard flavor by HS-SPME-GC×GC-TOF-MS

酱香型盐菜味缺陷酒分析鉴定出的化合物数量见图2。从图2可以看出，酱香型盐菜味缺陷型基酒中挥发性化合物共有415种，从定性出各种类挥发性物质的数量来看，酯类物质种类最多，共有103种，它们对酱香型白酒的典型性和综合性特征起着关键性作用[16]。其次是醛酮类化合物，共检出72种，醛类物质具有的青草味、酮类物质绵柔的香气，均能给白酒带来愉快的香气，虽然他们种类很多，但相对含量并不高[17]。还有烃类化合物53种，醇类化合物58种，酸类化合物25种，酚类化合物12种，内酯类化合物6种，呋喃类化合物17种，萜烯类化合物33种，含氮类化合物20种，含硫类化合物16种。

图2 酱香型盐菜味缺陷酒HS-SPME-GC×GC-TOF-MS分析鉴定的化合物Fig.2 Volatile compounds in defective sauce-flavor Baijiu with pickled mustard flavor identified by HS-SPME-GC×GC-TOF-MS

2.2 酱香型白酒缺陷酒中含硫化合物分析鉴定

挥发性的含硫化合物一般具有阈值极低、含量极低的双属性，对白酒中风味的呈现具有重要作用。在盐菜味缺陷型基酒中鉴定出了16种挥发性含硫化合物如表1所示，硫代乙酸甲酯、噻唑、2-噻吩甲醛、糠基甲基硫醚、二甲基二硫、3-甲基噻吩、3-甲硫基丙酸乙酯、二甲基三硫等物质在现有文献中有报道[12，17-18]，这些硫化合物香气阈值较低，多具有让人不愉快的气味，比如二甲基二硫和二甲基三硫是酱香型臭味缺陷酒的主要异嗅物质、硫代乙酸甲酯具有洋葱气味、3-甲基噻吩具有塑料和橡胶气味、噻唑具有硫磺味、3-甲硫基丙酸乙酯具有卷心菜气味等。这些含硫化合物单独呈香特征并无明显盐菜气味，但它们复合呈香效果很有可能具有某类酱香型缺陷酒的风格特征，对含硫化合物在特定含量下的复合香气及其对酱香型白酒的风味贡献有待深入研究[19]。

表1 酱香型盐菜味缺陷酒鉴定出的挥发性硫化合物Table 1 Volatile sulfur compounds identified in defective product of sauce-flavor Baijiu with pickled m ustard flavor

2.3 酱香型白酒缺陷酒中萜烯类化合物分析鉴定

萜烯类化合物是白酒重要的风味物质，并且具有一定的药物或保健作用，是白酒中的功能化合物，在多种香型白酒中都检测出萜烯类化合物。该研究中酱香型盐菜味缺陷酒的萜烯类物质测定结果见表2。由表2可知，该酱香型白酒中共定性出萜烯类化合物33种，表2中前26种萜烯类化合物在现有报道中均有提及[14，20-21]，其中龙脑、樟脑、里那醇、柠檬烯等具有抗菌活性、香叶醇具有抗病毒活性、α-蒎烯等具有抗氧化活性、α-蒎烯、里那醇、柠檬烯、莰烯、龙脑等有增加胆汁分泌促进助消化的功能；柠檬烯等能抑制蛋白质的异戊二烯化，具有一定抗癌作用等[22-23]。表2中27-33号物质虽未在白酒中报道，但多数在发酵酒等食品中含有[24-25]，如发酵型糯米酒和黑枣酒中分别含有甲基庚烯酮和6-甲基-5-庚烯-2-醇等风味物质[26-27]。萜烯类物质是健康白酒研究导向的重要物质，仍需进一步深入研究。

表2 酱香型盐菜味缺陷酒鉴定出的萜烯类化合物Table 2 Terpenoid compounds identified in defective product of sauce-flavor Baijiu with pickled mustard flavor

2.4 酱香型白酒缺陷酒中含氮化合物分析鉴定

含氮类化合物以吡嗪类化合物为主，该类化合物一般具有烘焙和坚果香气。虽然吡嗪类化合物不是酱香型白酒主体香，但吡嗪类化合物是酱香型白酒的特征成分，与酱香型白酒的感官特征密切相关，吡嗪含量的高低影响着酱香白酒的品质。四甲基吡嗪是吡嗪类化合物的典型代表，具有扩张血管，改善微循环及抑制血小板积聚作用，赋予酱香型白酒健康功能[28]。在酱香型缺陷酒中共鉴定出20种吡嗪类化合物结果如表3所示，其中前16种均有在白酒中的相关研究[8，17，29]。吡嗪类物质阈值极低，对酒体风味一般具有正向贡献，如鉴定出的2-甲基吡嗪、2,3,5,6-四甲基吡嗪等呈焙烤香和坚果香、2,5-二甲基吡嗪具有烤面包香等，此类物质对酱香型白酒的陈香风味有较大贡献，由这类物质导致酒体出现缺陷的可能性较小。虽然吡啶、恶唑也有报道[12]，但本实验检测出的2-乙酰基吡咯、4,5-二甲基恶唑等物质未见与白酒相关研究。

表3 酱香型盐菜味缺陷酒鉴定出的含氮化合物Table 3 Nitrogen compounds identified in defective product of sauce-flavor Baijiu with pickled m ustard flavor

2.5 酱香型白酒缺陷酒中呋喃类化合物分析鉴定

呋喃类化合物是酱香型白酒的特征化合物以及重要的呈香物质[30]。酱香型盐菜味缺陷酒中鉴定出17种呋喃类化合物，结果如表4所示，包括糠醛、3-糠醛、2-糠醇、2-乙酰基呋喃等。呋喃类化合物在酱香型白酒中含量相对较高，是酱香型白酒的一个标志组份，但现阶段对其风味贡献的研究相对较少，有必要从风味角度对其功能进一步挖掘[8]。

表4 酱香型盐菜味缺陷酒鉴定出的呋喃类化合物Table 4 Furan compounds identified in defective product of sauce-flavor Baijiu with pickled mustard flavor

3 结论

本研究采用HS-SPME结合GC×GC-TOF-MS解析了酱香型缺陷酒挥发性组分特征，有效的实现了复杂挥发性组分的分离分析。采用该方法在酱香型缺陷酒中鉴定出挥发性组分415种，其中萜烯类和吡嗪类化合物涵盖了较多已报道的风味物质。而具有重要风味贡献的含硫化合物和呋喃类化合物确有较多未见风味相关报道，这些物质可能导致酱香型白酒出现风格偏离，从而产生缺陷的重要因素，特别是某些含硫化合物，很有可能是导致缺陷的异嗅物质。

白酒的风格是由酒体中化合物呈香呈味作用的综合体现，现阶段已鉴定出酒中的化合物，其单独呈香并无明显盐菜味特征，故盐菜味缺陷风格很有可能是多种化合物综合呈香作用的结果。多种化合物间相互作用及其对酒体风格的影响，有待进一步研究。另外，全二维分析虽能较好的分离鉴定缺陷酒中挥发性物质，但单独使用较难研究物质对缺陷酒的风味贡献，需结合闻香技术分析酒中物质的呈香特征。本研究虽未直接定性出导致酱香型白酒产生缺陷的风味物质，但对后续缺陷酒中异嗅物质的鉴定具有积极意义。