优质低度与高度浓香型白酒挥发性风味组分差异特征解析

张馨元，徐岩，王栋*，陈双*

1(工业生物技术教育部重点实验室(江南大学)，江苏 无锡，214122)2(江南大学 生物工程学院，酿造微生物与应用酶学实验室，江苏 无锡，214122)

白酒是我国民族特色蒸馏酒，在2000多年的发展历史中，白酒产品的酒精度经历了从低度走向高度，又从高度走向低度的发展历程[1]。随着消费者消费趋势的变化和白酒国际化的发展，白酒低度化成为当前白酒发展的重要趋势[2]。1970年代，白酒冷冻除浊技术的发明、五粮液通过优选法生产优质低度白酒获得成功以及低度白酒首获国家优质称号，标志着白酒低度化的发展拉开了序幕[3]。1980-1990年，50°以下的低度白酒或降度白酒占到总产量的50%以上，2000年至今已经占到了90%以上[4]。但优质低度白酒的生产不是简单的加水降度，为了既保持酒体不浑浊，又保障酒的风味品质不降低，相较于高度白酒，低度白酒的工艺更复杂，工艺技术要求更高[3,5]。这也使得优质低度白酒的生产具有较大的难度，成为限制白酒低度发展的瓶颈之一。

白酒是经过粮食固态发酵、固态蒸馏得到的蒸馏酒，白酒特有发酵工艺过程形成了复杂的风味化学组分，通过独特的固态甑桶蒸馏，使得酒醅中大量挥发性和半挥发性组分进入白酒，这些组分共同构成了白酒的整体风味特征[6]。在低度白酒生产过程中加浆降度是生产的关键环节[7]。随着酒精度的降低，酒中醇水溶剂比例发生显著变化，造成白酒体系从以乙醇为溶剂主体转变为水为溶剂主体，这也显著影响了其中风味组分的含量和溶解度[5,8]。低度白酒生产过程中普遍存在加浆浑浊、沉淀等物理问题和“味淡”、“欠丰满”和“货架期变化”等风味化学问题。白酒行业针对这些问题开展了广泛的研究攻关。通过冷冻沉淀、介质过滤、工艺用水纯化等技术手段，白酒降度过程中出现的浑浊、沉淀等问题已经得到基本解决[9-11]。但白酒降度过程中低度白酒风味品质的保持和提升却始终存在较大的技术难题[8]。科研工作者和行业技术人员从酿造工艺角度对低度白酒品质提升进行了大量研究，明晰了生产基酒、加浆用水等工艺环节对低度白酒生产的影响[12]，同时对低度白酒贮存货架期稳定性问题也进行了大量研究，基本明晰了低度白酒贮存过程中色谱骨架成分的变化规律[8]。但这些研究大多基于对生产经验的实践总结，尚未实现以风味化学和消费者感官导向为基础科学设计调控低度白酒的风味品质，其根本原因还是低度白酒的生产缺乏科学风味化学理论支撑。

为了探究低度白酒区别于高度白酒的风味化学特征，本论文采用现代风味化学的分析方法，对比分析了主流浓香型白酒厂同系列不同酒精度(低度/高度)白酒样品中挥发性组分含量特征。试图通过这些优质低度白酒挥发性组分种类含量特征的解析，探索影响低度白酒品质的风味化学因素，为低度白酒品质的提升提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 样品

从市场选购了主流浓香型白酒企业生产的价位在100～500元不等的同系列的高浓度和低浓度浓香型成品酒7组共14款酒样：JL(38%/52%vol)，SJ(38%/52%vol)，JN(38%/52%vol)，TZ(42%/52%vol)，XT(42%/52%vol)，YJ(40.6%/45%vol)，LW(39%/52%vol)，以上样品均购自各品牌官方旗舰店。

1.1.2 试剂

C7-C30直链正构烷烃和乙醇(色谱级)，Sigma-Aldrich(上海)贸易有限公司；NaCl(化学纯)，中国医药集团化学试剂有限公司；超纯水由Mili-Q(Milli-Q系统，Millipore，Bedford，MA，USA)纯水仪制备。

标准品：定量的83种化合物标准品(色谱纯)，Sigma-Aldrich(上海)贸易有限公司、百灵威科技有限公司(上海)和阿法埃莎(中国天津)化学有限公司；内标化合物2,2-二甲基丙酸(98%)，2-辛醇(99%)，β-苯乙酸乙酯-d3(99%)，正己醇-d13(99%)和2-甲氧基-d3-苯酚(≥98%)，Sigma-Aldrich(上海)贸易有限公司。

1.1.3 仪器与设备

GC 7890-MSD 5977B气相色谱-质谱联用仪，美国Agilent公司； SPME Arrow PAL RSI自动进样器，瑞士CTC Analytics AG公司；SPME Arrow三相萃取头(DVB/Carbon WR/PDMS)，瑞士CTC Analytics AG公司；DB-FFAP色谱柱，美国Agilent公司；7890B气相色谱-氢离子火焰检测器，美国Agilent公司。

1.2 实验方案

1.2.1 顶空固相微萃取箭头结合气相色谱质谱实验方法

实验方法按照本实验室前期优化建立的顶空固相萃取箭头结合气相色谱质谱(headspace solid phase microextraction arrow and gas chromatography-mass spectrometry,HS-SPME Arrow-GC-MS)进行[13]。用煮沸的超纯水将上述浓香型成品酒样品分别稀释至10%vol和1%vol，在20 mL顶空瓶中加入1.5 g NaCl和5 mL稀释后的白酒样品，添加40 μL混合内标(终质量浓度：2,2-二甲基丙酸，1197 μg/L；2-辛醇，294 μg/L；β-苯乙酸乙酯-d3，146 μg/L；正己醇-d13，323 μg/L；2-甲氧基-d3-苯酚，307 μg/L)。将样品在45 ℃下平衡5 min，将SPME Arrow纤维插入并吸附45 min，转速为250 r/min。萃取完成后在250 ℃的GC进样口，以不分流模式解吸附5 min。相同条件下每个样品各分析3次。

色谱条件：样品分析色谱柱为DB-FFAP(60 m×0.25 mm,0.25 μm,Agilent,CA,USA)毛细管柱。以恒定流速1 mL/min的高纯度氦气(≥99.999%)作为载气。柱温箱升温程序：起始温度40 ℃保持2 min，以4 ℃/min升至150 ℃，保持2 min，再以6 ℃/min升至230 ℃并保持5 min。

质谱条件：离子源电压为70 eV，温度为230 ℃，传输线温度为250 ℃，扫描质量范围为35～350 aum，其中2,3-丁二酮、3-甲硫基丙醛、反-2-顺-6-壬二烯醛和β-大马酮采用SIM模式进行数据采集，选择的扫描离子分别为86、104、69和121。

化合物的定性与定量：在与样品相同的色谱质谱条件下，根据挥发性化合物的质谱(MS)和保留指数(RI)与纯标准品(STD)进行比较鉴定。使用C7-C30的正构烷烃混合物计算保留指数(RIcal)。除了与纯标准品的保留指数(RI)进行比较外，还将RIcal与文献中报道的保留指数(RIlit)进行比较,确定目标化合物。采用选择离子模式(selective ion monitoring,SIM)计算每个目标化合物峰面积，并根据标准曲线计算化合物浓度。

1.2.2 GC-FID实验方法

选用GC-FID定量含量高，在GC-MS中严重过载的香气化合物。将上述浓香型成品酒样直接加入内标乙酸正戊酯(终质量浓度：187.40 mg/L)，摇匀后直接进样，进样量1 μ L，分流比37∶1。样品通过DB-Wax(30 m×0.32 mm,0.25 μm,Agilent,CA,USA)色谱柱分离。色谱分离条件：进样口250 ℃；以高纯氮气作为载气，流速为1 mL/min；检测器温度250 ℃。根据以下升温程序进行分离：40 ℃保持3 min，以5 ℃/min升至150 ℃，再以10 ℃/min升至230 ℃并保持5 min。

标准曲线确立：在体积分数为52%和38%的酒精水溶液中加入已知的待测化合物标准品，进行2倍梯度稀释，共8个梯度。每个梯度加入内标乙酸正戊酯(终质量浓度：187.40 mg/L)，其余均按照与酒样相同条件处理。以目标化合物质量浓度与内标化合物质量浓度之比为横坐标，目标化合物峰面积与内标化合物峰面积之比为纵坐标，绘制标准曲线。

1.2.3 数据处理

对于同系列高低度浓香型白酒中挥发性组分含量差异的分析，均建立在对样品进行酒精度折算后的直接定量结果，例如JL系列中的高度酒(乙醇体积分数为52%，52°)中乙酸乙酯的含量为1.08 g/L，将其折算至同系列中低度白酒(38°)同一酒度即1.08×(38/52)=0.79 g/L并与同系列低度白酒中检测到同一化合物含量进行比较。

2 结果与分析

本研究为了全面准确提取白酒中尽可能多的挥发性化合物，采用HS-SPME Arrow-GC-MS联合GC-FID分析技术对不同品牌同系列的高低度浓香型白酒中挥发性组分进行分析，在来自5个品牌共7个系列的高低度浓香型成品酒中鉴定出83种挥发性化合物，包括酯类34种、醇类13种、酸类8种、醛酮类14种、呋喃类3种、硫化物2种、酚类5种和萜烯类4种。

基于对样品中挥发性风味组分的定量结果，进一步比较挥发性物质在高度/低度白酒中含量差异，结果显示，同系列高度酒中含量高于低度白酒的有32个化合物，包括酯类20种、醇类3种、酸类2种、醛酮类4种和酚类3种；低度白酒中含量高的有32个化合物，包括酯类9种、醇类6种、酸类5种、醛酮类8种、呋喃类2种、含硫化合物1种和萜烯类1种；其他无明显规律的有19个化合物，结果如图1所示。其中含量较高的组分(平均含量>50 mg/L)比值如表1所示。

图1 同系列高低度白酒中挥发性化合物含量差异分类Fig.1 Classification of contents of volatile compounds inhigh-alcohol and low-alcohol strong aroma type Baijiufrom the same series of different brands

表1罗列了定量结果中在本次检测的7个系列中含量较高的11种挥发性化合物在同系列高低度白酒中的比值，包括酯类5种、醇类2种和酸类4种，7个系列中有超过4个系列的比值处于同一区间范围的则认定该化合物在高低度白酒中挥发性化合物含量差异分析中具有统一规律，同系列高度白酒中含量高于低度白酒(比值>1)的有4个化合物，同系列低度白酒中含量高(比值<1)的有6个化合物。由表1可见，具有统一规律且在高度白酒中含量更高的化合物有乙酸乙酯、庚酸乙酯、乳酸乙酯；此外，丁酸乙酯和己酸乙酯在7个系列中有4组的比值均约等于1，即其在度数折算后同系列高低度酒中含量差异不明显，但在直接定量结果中同系列高低度酒中含量更高，这与前人研究结论高度酒中高含量挥发性组分含量较高一致[14-15]。而具有统一规律但在低度白酒中含量更高的化合物有2-甲基丙醇、3-甲基丁醇、乙酸、丙酸、丁酸和己酸，其中3-甲基丁醇在低度白酒中较高的定量结果符合前人研究结果[16]。此外，低度酒中4种酸的含量也较高，可能是由于低度白酒贮存过程中发生了水解反应即酯类物质水解，酸类物质增加导致的[14,17]，其中贮藏超过3个月即可引起总酯降低超过10%，同时总酸增加超过10%[18]，也有可能是对低度白酒勾调时选用了总酸含量较高的酒尾调味酒以增加酒体厚重感所致[12]。以上高含量酯类挥发性组分进行酒精度折算后多差异不明显或在高度白酒中仍含量更高，可见勾调带来的风味修饰并不是针对这些高含量的香气组分的修饰。以下将重点分析讨论低度白酒中含量高的微量成分的差异规律。

表1 同一系列高低度浓香型白酒高含量挥发性化合物含量差异比值Table 1 Content ratio of main volatile compoundsin high-alcohol and low-alcohol strong aroma type Baijiufrom the same series

除了上文所述的2-甲基丙醇、3-甲基丁醇、乙酸、丙酸、丁酸、己酸这6个高含量挥发性组分在同系列低度白酒中更高外，本实验中还有26种微量挥发性组分在同系列低度白酒中含量更高，包括酯类9种、醇类4种、酸类1种、醛酮类8种、呋喃类2种、含硫化合物1种和萜烯类化合物1种，具体定量结果比值结果如表2所示。其中同系列低度白酒中含量略高于(0.5<比值<1)高度白酒中的挥发性化合物有戊酸乙酯(平均21.45 mg/L)、2-壬酮(平均5.02 mg/L)、壬醛(平均1.29 mg/L)、1-壬醇(平均316.71 μg/L)、2-辛酮(平均523.87 μg/L)、反-2-顺-6-壬二烯醛(平均42.89 μg/L)和3-甲硫基丙醛(平均218.20 μg/L)。同系列低度白酒中含量明显高于(比值<0.5)高度白酒中的挥发性化合物有2,3-丁二酮(平均118.69 mg/L)、糠醛(平均71.94 mg/L)、己酸丙酯(平均63.25 mg/L)、2-戊酮(平均44.14 mg/L)、戊酸(平均32.96 mg/L)、乙酸异戊酯(平均16.77 mg/L)、1-辛醇(平均4.62 mg/L)、3-辛醇(平均2.85 mg/L)、3-甲基丁酸乙酯(平均2.56 mg/L)、丁酸异戊酯(平均2.47 mg/L)、苯乙酮(平均1.51 mg/L)、2-甲基丁酸乙酯(平均958.79 μg/L)和β-大马酮(平均22.67 μg/L)。上述20种白酒中重要的“量微香大”化合物有可能是勾调修饰改变的化合物。

表2 同一系列浓香型白酒中高度白酒样含量低于低度白酒样的挥发性风味化合物Table 2 Content ratio of other volatile compounds in high-alcohol and low-alcohol strong aroma type Baijiu fromthe same series

为了进一步研究化合物的风味贡献，我们采用国际上常用的香气活力值(odor activity value,OAV)来衡量化合物的香气贡献，即某一化合物的质量浓度与该化合物的阈值的比值。OAV越大说明该化合物对该体系风味的贡献越大，反之贡献越小[19]。对表2中7个系列浓香型白酒样品中同系列低度白酒中含量更高的挥发性化合物按照相近体系或酒精度中的阈值进行香气贡献判定，除含量较高的化合物外,有香气贡献(OAV>1)的微量化合物的OAV如表3所示。

表3 部分优质低度浓香型白酒中微量风味化合物OAVsTable 3 OAVs of flavor compounds at trace level in some low-alcohol strong aroma type Baijiu

由表3可见，同系列低度白酒中含量更高的微量化合物平均OAV>1 000的有：2,3-丁二酮(2 254～283 465)和含量在497.07 μg/L～1.97 mg/L的2-甲基丁酸乙酯(32～3 246)，2,3-丁二酮呈现奶油味[24]，而2-甲基丁酸乙酯主要呈现果香[24]。OAV值在100～1 000的微量化合物有：戊酸乙酯(502～1 436)、3-甲基丁酸乙酯(146～742)、乙酸异戊酯(12～432)和含量在7.2～40.51 μg/L的β-大马酮(60～338)，戊酸乙酯、3-甲基丁酸乙酯和乙酸异戊酯作为浓香型白酒中重要的香气组分主要呈果香[25]，β-大马酮则具有玫瑰和蜂蜜的香气[26]。OAV值在10～100的香气化合物有：戊酸(38～97)、含量在33.81～99.2 μg/L的反-2-顺-6-壬二烯醛(53～155)、含量在57.36～422.88 μg/L 的3-甲硫基丙醛(8～60)、己酸丙酯(1～40)和含量在582.37 μg/L～2.56 mg/L的壬醛(5～21)，此外呈黄瓜味的反-2-顺-6-壬二烯醛是首次在浓香型白酒中检出[23]，3-甲硫基丙醛则呈煮土豆味[24],己酸丙酯主要呈现花果香[25]，而壬醛呈现绿色即清新的香气[23]，它们中尤其是反-2-顺-6-壬二烯醛和3-甲硫基丙醛对酱香型白酒的香气有重要贡献[23]。一般香气化合物(平均OAV为1～10)有：2-壬酮(4～17)、1-辛醇(1～19)、糠醛(1～8)、丁酸异戊酯(1～6)、含量在218.42～714.89 μg/的1-壬醇(2～6)和含量在452.64～818.3 μg/L的2-辛酮(2～4)，其中2-壬酮呈现绿色的香气[23]，1-辛醇呈现蘑菇和泥腥味[27]，糠醛主要呈现坚果和甜香[3]，丁酸异戊酯主要呈现花果香[25]，而1-壬醇也呈现绿色即清新的香气[23]，此外2-辛酮呈现脂肪味[24]，这些化合物都对浓香型白酒的整体香气具有一定贡献。本文中目标化合物香气贡献的判定多基于53%vol乙醇水模拟溶液测得的阈值，考虑到随着酒精度的下降香气化合物的阈值也会降低的影响[28]，其在低度白酒中的香气贡献会更显著。同系列中含量低于1 mg/L同时低度白酒中含量高于高度白酒的香气活性化合物有：2-甲基丁酸乙酯、1-壬醇、2-辛酮、壬醛、反-2-顺-6-壬二烯醛、3-甲硫基丙醛和β-大马酮，其中酯类和醇类在酿造前期产生[29]，而β-大马酮则可以通过选择合适的发酵菌株获得[30]。

3 结论

本研究采用SPME Arrow-GC-MS以及GC-FID技术分析比较了来自不同品牌的7组同系列优质低度(乙醇体积分数低于42%)和高度(乙醇体积分数为52%)浓香型白酒挥发性风味组分差异特征。比较分析结果显示，在定量分析的83种挥发性风味中，同系列酒样中高度酒含量高于低度酒含量的挥发性风味组分有32种，其中大多是白酒的骨架成分；同系列酒样中低度白酒含量高于高度白酒的挥发性风味组分有32种，主要包括有机酸类风味化合物以及白酒中含量较低同时风味阈值也较低的“量微香大”风味化合物。不同品牌同系列的低度浓香型白酒中绝大多数酸类和部分浓香型白酒中“量微香大”挥发性化合物的含量明显高于同系列高度酒，这些化合物同时对构成浓香型白酒独特的香气特征具有重要贡献。这些微量香气化合物具体是如何影响低度白酒品质的机理，尚需进一步研究。