白酒中焦香成分研究进展

孙 魁，张 娟，滕瑞男，张瑞景，蔡凤娇*

（1.湖北工业大学 生物工程与食品学院，湖北 武汉 430068；2.湖北工业大学工业发酵湖北省协同创新中心，湖北 武汉 430068；3.湖北工业大学 发酵工程教育部重点实验室，湖北 武汉 430068）

中国白酒是世界上古老的酒种，有着近千年的历史。白酒的分类，按照香型可以分为酱香型白酒、浓香型白酒、清香型白酒、米香型白酒、芝麻香型白酒等12种香型[1]，其中具有焦香风味有酱香型白酒、芝麻香型白酒和兼香型白酒。随着酱香型白酒和芝麻香型白酒产值、产量逐步提高，人们对它们中的成分研究越来越重视，其中的焦香成为研究的重点之一。

焦香（烘烤香）是由含糖谷物加热时产生的香味，以及烤坚果的微芳焦香[2]，是芝麻香型白酒和酱香型白酒的重要风味之一。芝麻香型和酱香型白酒有一些相似，酱香型白酒必定有焦香，芝麻香型也有焦香，二者侧重点不同[3]。酱香型白酒和芝麻香型白酒的焦香风味来源是酿造过程中高温制曲、高温堆积、高温流酒以及长堆积时间产生的美拉德反应[4]，其产物有吡嗪类化合物、吡啶类化合物、呋喃酮类化合物，其中吡嗪类化合物是重要的焦香物质[5]。白酒中焦香物质还有一部分来源于生物发酵，其中包括枯草芽孢杆菌产四甲基吡嗪[6]。本文介绍了白酒中焦香风味的产生原因、提取方法及分析技术的研究进展，以期为白酒中的焦香风味分析提供参考。

1 焦香风味主要成分及其产生的原因

1.1 焦香风味的成分

王莉等[10]对茅台酒中含氮化合物的检测发现，茅台酒中56种含氮类物质，其中35种吡嗪、21种其他含氮类物质；根据报道吡嗪类化合物风味阈值低，具有坚果香和烘烤香等怡人风味[11]，并对其他香味物质有明显的衬托叠加作用[12]。其中2,6-二甲基吡嗪（阈值0.4 mg/L）、2-乙基-6甲基吡嗪（阈值0.1 mg/L）、2-乙基-5-甲基吡嗪（阈值0.01 mg/L）和2-乙基-3甲基吡嗪（阈值0.13 mg/L），它们在白酒中的含量低，但是它们的阈值很低，其香味活力值（odor activity value，OAV）大于或等于1，因此它们对白酒焦香有贡献。

韩素娜等[13]对仰韶陶香型白酒生产所用高温大曲进行分析，发现高温大曲样品中共检测出50种挥发性物质，其中吡嗪类物质有4种，分别是四甲基吡嗪（焦香）、三甲基吡嗪（烤香）、2-甲基吡嗪（烘烤香）和2,6-二甲基吡嗪（烘烤香）。吡嗪类物质的含量排在第5位，根据文章对吡嗪阈值的测定发现，吡嗪类阈值比较小，其香气活度值高，因此吡嗪类物质对高温大曲风味有很大的影响。高温大曲在制作过程中产生吡嗪类物质，通过糖化、发酵、蒸馏带入白酒中，对此可以研究大曲中吡嗪类物质与白酒中吡嗪类物质的关系。

研究发现焦香成分的种类和含量在不同香型白酒之间有着显著的差异，如四甲基吡嗪（焦香）[7]、三甲基吡嗪（烘烤香）和2,6-二甲基吡嗪（烘烤香）等在酱香白酒（高于5 mg/L）[8]、芝麻香型白酒（1 510 μg/L）、小曲清香型（700 μg/L）、浓香型白酒（900 μg/L）中均有发现。其中酱香型白酒和芝麻香型白酒具有焦香风味，但小曲清香和浓香型白酒不具有焦香风味，焦香风味的形成和吡嗪含量有关。并且研究证明吡嗪和吡嗪环上的氢原子被烷基、酰基或烷氧基取代后的物质大多具有烘烤香（焦香）和清香等气味[9]。

部分吡嗪类物质阈值及香气特征见表1。由表1可以看出，大部分吡嗪化合物具有烤香、坚果香和烘焙香。阈值最高的是吡嗪（300 mg/L），其次是甲基吡嗪（60～100 mg/L），阈值低的有2-乙基-6-甲基吡嗪、2-乙基-5-甲基吡嗪、2-乙基-3-甲基吡嗪和3,5-二乙基-2-甲基吡嗪，这些吡嗪类物质在白酒研究不常出现，原因可能是它们的含量少不易被检测出来，需要重新建立方法检测[14]。

表1 白酒中部分吡嗪类化合物阈值及香味特征Table 1 Threshold and aroma characteristics of some pyrazines compounds in Baijiu

1.2 焦香风味产生的原因

白酒焦香的产生与高温大曲及其酸性蛋白酶有关[15]。高温大曲中有很多酶，如有糖化作用的黑曲霉、根酶等将淀粉水解为单糖，蛋白酶将蛋白质水解成氨基酸可加快美拉德反应。并且枯草芽孢杆菌可以将乙偶因转化为吡嗪。含氮杂环化合物气味特征较明显，主要伴以似焦糖气味，在芝麻香型和酱香型白酒香气中尤为突出，白酒中大部分吡嗪是具有焦香风味，还有一部分吡嗪对焦香有烘托作用[16]。原料淀粉糖化生成醛糖和酮糖，蛋白质分解为酸性氨基酸、碱性氨基酸和中性氨基酸，此步骤加快美拉德反应速率。白酒酿造中美拉德反应产生吡嗪类物质的流程如下：

1.3 焦香风味的影响因素

影响白酒中焦香风味的产生的因素有：①原料与处理阶段：淀粉糖化程度，蛋白质水解程度，淀粉分解为葡萄糖和单糖会加快美拉德反应速率，同样蛋白质水解后也可以加快反应速率；②温度：20～30 ℃氧化便可发生美拉德反应，30 ℃以上速率加快，蒸粮和蒸麸皮温度高达100 ℃、淀粉糖化阶段温度都会超过30 ℃，这两个阶段易产生美拉德反应；③水的含量10%～15%时，反应容易发生，彻底干燥的食品难以产生，白酒酿造过程中水含量远远高于15%，美拉德反应减慢；④当pH值＞3时，反应随pH值增加而加快，在蒸粮泡粮、培菌糖化、发酵过程中粮醅的pH值在5～6之间，因此美拉德反应是比较迅速[17]。⑤生化反应产生的四甲基吡嗪，它会受到反应温度、生物活性等因素的影响。

白酒酿造过程中淀粉糖化程度、蛋白质水解程度、水分含量、pH值等因素不可控，因此研究人员对它们的研究不多。使用菌种强化和优化工艺可提高酱香型白酒四甲基吡嗪含量[18]。菌种强化剂制备：使用高产吡嗪的枯草芽孢杆菌制成菌粉。工艺优化方式：将制备好的菌剂1∶10加入酱香型白酒的头尾酒中浸泡7 d，再将头尾酒倒入蒸酒锅中通过蒸酒过程使中段酒的四甲基吡嗪含量增高。实验证明菌种强化方式基酒中四甲基吡嗪的含量提高160.71%，工艺优化方式可以将四甲基吡嗪含量提高85.75%，菌种强化及工艺优化四甲基吡嗪含量提高202.75%

2 焦香成分萃取方法

白酒中焦香成分萃取方法是溶剂萃取法和顶空固纤维吸附萃取。

2.1 溶剂萃取法

溶剂萃取法原理利用物质在了两种溶剂分配系数差异，将物质从这种溶剂萃取到另外的溶剂中，从而将物质萃取出来。常见的萃取剂有二氯甲烷、乙醚、甲基叔丁基醚、醇类物质和正己烷等[19]。白乐宜等[20]利用二氯甲烷作为萃取剂，并结合气相色谱-质谱联用法对芝麻香型白酒进行定性分析，检测出了110种挥发性成分，其中吡嗪类物质4种。

孟望霓等[21]利用无水乙醚作为萃取剂萃取酱香型白酒中的挥发性物质，结果发现5种微量的香气成分，其中有两种吡嗪分别是三甲基吡嗪（烧烤香、可可香气）和四甲基吡嗪（烘烤香，焦香）。白酒中吡嗪类物质有很多，本文提到有三甲基吡嗪和四甲基吡嗪等5种吡嗪类物质，酱香型白酒吡嗪类物质有很多其中对酱香型白酒影响最大的是四甲基吡嗪、三甲基吡嗪。并且文章通过实验优化酒样3.5 mL，加入超纯水，稀释至酒精度为10%vol，加NaCl直至饱和，1 mL重蒸的无水乙醚，振荡静置取有机相，并氮吹至200 μL时萃取率最高。

涡旋辅助液液萃取是一种较为新型的萃取方式，这种萃取方法较其他的萃取方法有很多优点，如萃取剂用量少（0.1～2 mL），萃取过程不需要缩小萃取剂的体积，保护环境，节省氮气资源等。孙啸涛等[22]利用涡旋辅助液液萃取方法，结合气相色谱-质谱分析对67种不同香型白酒中四甲基吡嗪、4-甲基愈创木酚和4-乙基愈创木酚进行检测，结果发现大多数白酒中含有四甲基吡嗪，其中酱香型白酒四甲基吡嗪含量比其他香型白酒高，并且文章介绍不同处理条件下四甲基吡嗪萃取率，实验证明四甲基吡嗪萃取条件最佳是在萃取剂是二氯甲烷、溶剂体积2.0 mL、萃取时间60 s、氯化钠添加量1.4 g。

2.2 固纤维萃取

王柏文等[23]利用顶空固纤维萃取对芝麻香型白酒进行萃取分析，检测出15种含氮化合物，其中吡嗪类有10种，包括2-甲基吡嗪（具有烤面包香、烤杏仁香、炒花生香）、2,3-二甲基吡嗪（具有烤面包、炒花生香）[24]、2,5-二甲基吡嗪（具有烘烤香）、2-乙基吡嗪（具有炒芝麻香、炒花生香）[25]、2,3-二乙基5-甲基吡嗪（具有坚果香、焙烤香气）以及四甲基吡嗪（焦香，烘烤香）[26]。研究确定了顶空固相微萃取的最佳条件为：65 μm PDMS/DVB萃取头，吸附温度40 ℃，萃取时间30 min，NaCl质量浓度0.3 g/mL。

孟维一等[27]利用顶空固纤维萃取对7种芝麻香型大曲香味活性物质进行萃取分析，实验发现山东扳倒井的6月曲和7月曲吡嗪含量和种类最多，山东景芝大曲样品高温大曲吡嗪含量高于中低温大曲，并且三甲基吡嗪和四甲基吡嗪的含量最高。并且研究表明大曲最优萃取条件为，温度50 ℃，萃取头50/30 μm PDMS/DVB/CAR，吸附时间30 min。

2.3 小结

表2 焦香物质萃取方法小结Table 2 Summary of extraction methods of burnt flavor substances

3 焦香风味成分分析技术研究进展

3.1 气相色谱-质谱分析

气相色谱-质谱联用技术是香味成分研究的基础，而且，气相色谱-质谱分析（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）作为香味成分基本方法，能定性研究样品中的挥发性成分组成，定量分析这些挥发性成分的含量。焦香成分多数是美拉德反应产生的吡嗪类化合物，吡嗪类物质检测方法较为类似。

许佩勤等[28]采用气相色谱（GC）和GC-MS研究白酒中吡嗪类化合物种类和含量，对比豉香型白酒和兼香型白酒中，吡嗪类物质最多的是兼香型白酒，其中包括吡嗪（爆米花，麦芽）、2-甲基吡嗪（坚果，烤）、2,6-二甲基吡嗪（烤大麦，咖啡）、2-乙基吡嗪（坚果，发酵，烤）、2,3-二甲基吡嗪（烤大麦，烘焙）、2-乙基-6-甲基吡嗪（焙烤）、2,3,5-三甲基吡嗪（烘烤，烤玉米）、2,3-二甲基-5-甲基吡嗪（焦糖，咖啡，烘烤）、2,3,5,6-四甲基吡嗪（焦香）等。

全二维气相色谱飞行时间-质谱联用是气相色谱-质谱联用的衍生方法，它由两个色谱柱串联，并连接质谱仪检测。这种方法将白酒中的各个物质立体的展现在眼前，具有出峰多、分离度好的特点。李俊等[29]利用全二维气相色谱-质谱联用对酱香型白酒香气成分进行分析，实验发现酒中共检测62种化合物且它们的图谱比较清晰，分离度较好。此外在白酒中发现3种吡嗪类化合物，分别是2,5-二甲基吡嗪、三甲基吡嗪和四甲基吡嗪，它们主要呈坚果香和焦糖香。

朱龙杰等[30]利用GC-MS对80种美拉德反应产物进行定性分析，得到美拉德反应的主要产物是杂环类、芳香族类和烯醛酮类化合物，并且他们都是典型香气化合物。其中含氮杂环有48种、含氧杂环有5种、含硫杂环有6种；芳香族化合物有4种；烯醛酮有6种。美拉德反应所得到的产物，含氮杂环含量最多。

3.2 气相色谱-嗅闻联用技术

气相色谱-嗅闻联用技术（gas chromatography-off actometry，GC-O）是一种研究食品挥发性成分的重要方法，并且在食品的不同领域都可以使用。GC-O主要利用最小嗅闻稀释倍数和阈值确定物质的香味强度，通过香味强度判断风味物质在白酒中的作用。

王晓欣等[31]利用液液萃取法提取酱香型白酒习酒中的香气成分，按照酸、碱、中性分为三个组分，分别进样，通过GC-MS和GC-O进行香气成分分析。酸性组分香气物质有29种，中性组分有43种，碱性组分22种。吡嗪类物质多数在碱性组分中检测出来，整体香气贡献比较大的是四甲基吡嗪（焦香）、2-乙基-6-甲基吡嗪（烘烤香）、2,6-二甲基吡嗪（烘烤香）、2,3-二甲基-5-乙基吡嗪（烘烤香）、2,3,5-三甲基-6-乙基吡嗪（焦香）。

柳军等[32]利用GC-O和GC-MS分析发现口子窖兼香型白酒和五粮液浓香型白酒中含有7种吡嗪类化合物，其中香气强度最高的是2-乙基-6-甲基吡嗪（烘烤香）和2,3,5,6-四甲基吡嗪（焦香，烘烤香）。

3.3 液相色谱质谱联用

孙棣等[33]利用液相色谱-质谱联用仪对市场上30多种酱香型白酒进行检测分析，其中含量较高的吡嗪类化合物分别是2-甲基吡嗪、三甲基吡嗪、四甲基吡嗪和2-乙基-6-甲基吡嗪，含量最高的是四甲基吡嗪。30多种酱香型白酒酒样中，茅台酒吡嗪含量最高，53%vol茅台酒四甲基吡嗪含量远大于其他酱香型白酒。

司冠儒等[34]使用气相色谱和液相色谱分析芝麻香型白酒四甲基吡嗪含量，从两种分析方法结果可以发现四甲基吡嗪标准品加入量为0.5 mg/L、1.0 mg/L、1.5 mg/L和2 mg/L时，气相色谱和液相色谱的实际检测值与添加量都十分接近，但是液相色谱的标准差比气相色谱小，回收率液相色谱比气相色谱高，液相色谱检测四甲基吡嗪的含量更加准确。

3.4 小结

表3 不同焦香物质检测方法的异同点Table 3 Similarities and differences of different detection methods of burnt flavor substances

4 结论与展望

焦香风味是酱香型白酒和芝麻香型白酒中的重要香味成分[40]。焦香成分形成是在高温和长时间堆积产生，因此在白酒酿造过程中要尽量保证温度以及时间，另外美拉德反应要保证有充足的糖和蛋白质。在蒸粮阶段一般选用高蛋白原料或者将原料与麸皮一起蒸，保证蛋白质充足。蒸粮温度要尽量超过130 ℃，糖化阶段要保证升温至35 ℃以上，也可以使用保温箱进行保温，达到控制美拉德反应产生的温度。焦香成分检测分析的方法有GC、GC-MS、GC-MS-O、GC-GC-MS和液相色谱-质谱联用技术（high performance liquid chromatography-mass spectrometry，HPLC-MS）等，其中GC、GC-MS、GC-MS-O和GC-GC-MS在白酒焦香成分研究已经非常成熟。HPLC-MS在白酒中焦香成分研究中较少，HPLC-MS可以直接进样，避免了萃取过程中物质的损失，能更加准确的分析焦香成分含量，但是HPLC-MS定性定量分析白酒的焦香成分技术和方法尚不成熟。焦香风味的产生可能是由于某种物质或者是不同种类物质共同作用，随着科学技术的发展焦香风味将被研究的更加透彻。