酱香白酒机械化酿造不同基酒风味化合物解析

李利利，马 宇，黄永光,*，尤小龙，程平言，胡 峰

（1.贵州大学酿酒与食品工程学院，贵州省发酵工程与生物制药重点实验室，贵州 贵阳 550025；2.贵州茅台酒厂（集团）习酒有限责任公司，贵州 习水 564622）

风味是评价白酒品质的重要指标，它与酿造过程中的各个因素息息相关[1]。酱香白酒复杂的酿造工艺与微生物体系，赋予了酱香白酒独特的风格与品质[2]。酱香白酒产量和质量除与复杂的酿造工艺相关外，主要以不同轮次、不同典型体、不同酒度基酒勾兑出不同风格特征的成品酒。因此，对各类型基酒特征风味、口感的研究必不可少，甚至非常重要。早在1965年，茅台试点期间就提出酱香白酒的3 种典型体“酱香、醇甜、窖底香[3]”，但这3 种典型体多年来仅在感官上有所区分，各典型体间的特征风味成分及其特征鲜见相关报道。

近年来，对酱香白酒风味特征成分的研究较多，如Fan Wenlai等[4]利用搅拌棒吸附萃取和气相色谱-质谱（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）法定量分析了不同批次、不同酒龄酱香成品酒中的挥发性化合物，结果表明贮存时间越长的酒体酱香风味突出；Wang Xiaoxin等[5]利用GC-闻香法、香气活力值（odor activity value，OAV）法分析法比较了酱香和浓香白酒的差异，找出酱香和浓香型白酒差异显著的风味成分并分析产生原因；Zhao Tengfei等[6]对酱香白酒中特殊痕量风味成分进行了研究，利用两步高效液相色谱分离与味觉稀释分析相结合的方法，确定了酒中的鼻后焦糊香气化合物。随着科技发展，白酒的传统酿造方式正向机械化、自动化甚至是智能化酿造高速发展。目前，对于机械化酿造白酒的研究主要在微生物方面，如王欢[7]、席德州[8]、张健[9]等系统研究机械化酱香白酒生产堆积发酵过程中微生物变化规律，揭示了机械化酿造与传统酿造在微生态结构上的相似性和差异特征。上述研究在一定程度上大大推动了酱香白酒的发展，并为酱香白酒高产优质工程奠定了基础，但目前仍然缺失对酱香型白酒机械化酿造轮次基酒风味结构特征及其风味机制的相关文献报道，尤其是对酱香白酒典型体的研究更是十分少见。

本研究以贵州XJ公司机械化酿造酱香不同基酒为研究对象，采用液液萃取结合GC-MS技术对其挥发性风味化合物进行解析，同时结合感官评价和OAV充分解析机械化酿造酱香不同基酒的风味结构特征，进一步揭示机械化酿造酱香白酒典型体基酒的主要风味结构及其风味贡献，以期科学高效地推进酱香白酒现代化产业发展。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

酒样：贵州XJ公司机械化生产车间2017—2018年度四车间生产不同基酒，每个轮次酒样1 000 mL，分别为1轮次酱香（J1，59.00%（乙醇体积分数，下同））、2轮次酱香（J2，57.47%）、3轮次酱香（J3，55.79%）、4轮次酱香（J4，53.75%）、5轮次酱香（J5，56.15%）、6轮次酱香（J6，51.57%）、7轮次酱香（J7，54.48%）。

无水乙醚、氯化钠、无水硫酸钠、浓硫酸、碳酸氢钠（均为分析纯） 国药集团化学试剂有限公司；2-辛醇（色谱纯） 美国Sigma-Aldrich公司；实验用水均为煮沸5 min后冷却至室温的超纯水。

1.2 仪器与设备

GC7890-5975MSD GC-MS联用仪、DB-FFAP毛细管色谱柱（60 m×0.25 mm，0.25 µm） 美国Agilent公司；MPS2多功能自动进样系统 德国Gerstel公司；Aquaplore3S超纯水系统 美国艾科浦公司；OA-SYS型氮吹仪 上海安谱科学仪器公司。

1.3 方法

1.3.1 感官品评

参考孙优兰等[10]的方法。

1.3.2 液液萃取

参考Fan Wenlai等[11]的方法，取150 mL酒样用煮沸5 min冷却后的超纯水稀释至乙醇体积分数为13%，加100 μL内标（2-辛醇），摇匀后加入氯化钠饱和。用体积分数20%盐酸溶液调pH 2，用60 mL乙醚分3 次萃取，静置分层后合并有机相得到酸性组分。水相用10%氢氧化钠溶液调pH值至12，用60 mL乙醚分3 次萃取，静置分层后合并有机相得碱性组分。余下水相调pH值至7，用60 mL乙醚分3 次提取，合并萃取液得到中性组分。在3 个组分中加入过量无水硫酸钠，置于-20 ℃过夜干燥，氮吹浓缩至1.5 mL，最终进样量为1.0 µL，待下一步检测分析。

1.3.3 检测条件

GC条件：GC检测器和进样口温度为250 ℃，不分流进样，氦气作为载气（流速2.0 mL/min），色谱柱初温40 ℃，维持2 min，以2 ℃/min升温100 ℃，再以4 ℃/min升温至220 ℃，保持5 min。

MS条件：电子电离源，离子源温度230 ℃；电子能量70 eV；扫描范围m/z35～350。

1.3.4 风味物质定性定量分析

利用NIST11a.L谱库检索并结合保留指数（retention index，RI）对未知化合物定性，其中RI参照改进后的Kovats方法[12]计算。

通过计算内标物和样品中各组分的峰面积比值，定量出各风味成分含量，每组样品测定2 次取其平均值。

1.4 定量数据分析及图像处理

香气活力分析：参考文献[13]计算OAV。采用Microsoft Office Excel 2010对数据进行计算，用R语言、Origin、Simca14.0绘制相关图形。

2 结果与分析

2.1 机械化酿造不同基酒感官风味

为解析机械化酿造不同基酒的风味结构特征与风味口感的差异，根据1.3.1节感官品评方法绘制各酒样的风味轮廓图，如图1所示。

图1 机械化酿造酱香各轮次基酒感官属性风味轮廓图Fig.1 Sensory flavor and taste profiles of typical base liquors from different brewing rounds

由图1a可知，各酒样间在香气属性方面存在差异，似酱油香风味在3～5轮次香气强度最大；焦糖香风味在1～4轮次呈逐渐上升趋势，在5、6轮次香味达到最大；7轮次风味又降低；醇香在各个轮次中差异不明显；花香、甜香和水果香整体都是在3、4轮次香气最弱，其他轮次香气强度稍高于3、4轮次，但各个轮次间差异较小；烘焙香在6、7轮次香气强度最大，在3轮次降低，其他几个轮次香气相对持平；奶香只在1、5、6轮次中闻出；焦糊香在7轮次中香气强度最大，4～6轮次逐渐升高。以上各香气属性共同形成了酱香典型体基酒酒体风味特征，且不同香气模块的呈香强度造成了不同轮次间风格的差异。

由图1b可知，1、2轮次辣味稍高于其他几个轮次，但整体口感较协调；3、4、5轮次整体口感较为舒适，醇甜感足，酒体丰满；而6轮次糊味（后鼻嗅）稍高于前几个轮次，其他口感也较为协调、舒适；7轮次主要是焦糊味重，酒体偏苦。从感官还不足以全面透析不同基酒的风味特征，还需结合GC-MS方法对其挥发性香气化合物进行进一步的研究分析。

2.2 机械化酿造酱香不同基酒主要挥发性风味化合物结构特征

根据1.3.2节液液萃取方法，对酒样中的挥发性风味化合物进行提取、分离、进样，对图谱进行解析汇总分析，在1～7轮次机械化酿造酱香典型体基酒中共检出208 种主要挥发性风味化合物，其中酯类55 种，醇类44 种，酸类24 种，芳香族化合物23 种，呋喃类8 种，含氮化合物10 种（以吡嗪类为主），醛类6 种，酮类15 种，其他化合物主要包括少数醚类以及几类含量低、出现频率较高的物质。

由图2可知，在2、4、5、6轮次酱香典型体基酒中风味化合物种类最多，3轮次种类较多，7轮次种类数量最少。酯类、醇类、酸类在前6 个轮次中种类数量相差不大，3 类物质在每个轮次总含量在60%左右，在酱香典型体基酒中占据主要地位，这与轮次基酒风味结构特征一致[14]。同时，6轮次中总含量及各类风味化合物含量均远高于其他几个轮次，7轮次总含量远低于其他几轮次。酯类物质在6轮次质量浓度最高（1 867.27 mg/L），在7轮次质量浓度最低（86.74 mg/L），其他5 个轮次的质量浓度变化不大（750～850 mg/L）；醇类物质在5、6轮次质量浓度较高（1 299.49、1 017.7 mg/L），1、2、4轮次中质量浓度相差不大（在600～750 mg/L之间），3、7轮次质量浓度较低（381.68、245.57 mg/L）；酸类物质质量浓度在7轮次最低（2.91 mg/L），在前6 个轮次逐渐增加，在6轮次最高（1 446.4 mg/L），其他几类物质含量均不高，在前6 个轮次中分布都较均匀。7 个轮次的机械化酱香典型体基酒风味物质结构存在明显差异，但无论是风味物质种类还是其含量都是呈先上升后下降、后上升再下降的趋势。这几类化合物在机械化酿造酱香典型体酒中分布及其含量与韩兴林等[15]对云门酱香各轮次基酒的变化趋势相应一致。同时，本研究团队对传统酱香典型体基酒风味化合物也进行了解析，与本研究变化趋势一致（文章未发表），这说明机械化生产与传统方法生产的酱香白酒间在主要风味化合物分布及其含量上并无明显的差异。机械化酱香白酒只是用现代化科技设备取代人工操作，工艺流程保持不变，因此主要风味结构特征的变化趋势基本不变。

图2 酱香典型体基础酒风味化合物变化趋势Fig.2 Trend of flavor compounds in typical base liquors from round 1 to round 7

为进一步解析各类化合物含量的变化趋势，本研究对检出的主要风味化合物含量进行风味热图分析，每类化合物按照保留时间排序排列，可直接观察每种化合物在各个轮次间的变化。

酯类化合物在白酒中主要呈果香、花香，可在不同程度上增加白酒的风味。在7 个轮次机械化酱香典型体基酒中总质量浓度分别为773.77（J1）、856.26（J2）、778.62（J31）、755.32（J4）、809.90（J5）、1 867.27（J6）、86.74 mg/L（J7）。前6 个轮次中酯类化合物种类相差不大，除了6轮次的含量突然增多以外，其他5 个轮次的含量较均匀，7轮次在种类与含量上都较低。王晓欣[14]对酱香轮次酒研究中的酯类物质在1、2轮次含量较高存在差异，而本研究是在6轮次含量最高，前5轮次含量相差不大，这表明酱香典型体基酒与轮次综合酒样在酯类物质种类含量的分布上存在较大差异，其主要源于不同轮次综合酒与不同基酒之间风味化合物结构的根本差异。由图3a可知，酯类物质在1～6轮次种类差异较大，但整体分布较均匀。其中，己酸乙酯（0.5～175 mg/L）、L-(-)-乳酸乙酯（7～160 mg/L）、2-羟基正丁酸乙酯（0.2～11 mg/L）、十六酸乙酯（100～840 mg/L）、9-十六碳烯酸乙酯（5～45 mg/L）、十七烷酸乙酯（1～15 mg/L）、十六烷酸丙酯（0.5～17 mg/L）、硬脂酸乙酯（3～45 mg/L）、油酸乙酯（90～400 mg/L）在1～7轮次均有检出，这9 种酯类化合物是机械化酿造酱香典型体基酒的骨架性酯，这几种化合物含量变化是导致1～7轮次花香、果香风味差异的主要原因。同时，在这些酯类中高级脂肪酸乙酯含量较高，这与Niu Yunwei等[16]对酱香白酒成品酒中的酯类化合物研究中的结论存在较大差异（不同基酒与成品酒之间风味化合物结构的根本差异所致），对比孙优兰等[10]对清酱香系列酒中高级脂肪酸乙酯含量的研究结果，可表明酱香风味越明显的系列酒中高级脂肪酸乙酯含量越高。因此，高级脂肪酸乙酯含量高低可能会影响酱香白酒的风味，其含量变化可能是导致轮次酒、成品酒与酱香典型体基酒风味结构差异的重要原因。由此看高级脂肪酸乙酯对机械化酱香典型体基酒的风格特征有较大的贡献和影响。同时，在酱香典型体基酒中检出乙酸乙酯等高含量酯类物质含量较低，与酱香成品酒和单轮次综合酒样的研究对比，发现乳酸乙酯、乙酸乙酯有较大差异[17-18]。本研究对四大高含量酯（乳酸乙酯、乙酸乙酯、己酸乙酯、丁酸乙酯）的检出含量较低，与采用的液液萃取方法有关，常规对该四大酯的检出主要采取直接进样方法[19-20]。

图3 机械化酱香典型体基酒酯类（a）和醇类、酸类（b）风味化合物Heatmap图Fig.3 Heatmap of flavor compounds such as esters (a), alcohols and acids (b) in typical base liquors

醇类化合物中大多数呈风味，部分有明显风味，对促进酒体丰满醇厚和形成酒的风味起着非常重要的作用[21]。在7 个轮次机械化酱香典型体基酒中醇类总质量浓度分别为708.46（J1）、637.19（J2）、373.56（J3）、731.19（J4）、1 298.27（J5）、1 017.70（J6）、245.30 mg/L（J7）。醇类化合物含量变化与其总含量变化趋势一致，均是呈先上升后下降，再上升、下降的趋势。由图3b可知，在7 个轮次中均检出的醇类有8 种：乙醇、丙醇、异丁醇、正丁醇、异戊醇、环戊醇、(2S,3S)-(+)-2,3-丁二醇、糠醇。除环戊醇、(2S,3S)-(+)-2,3-丁二醇外，其他几种醇的含量均较高且在各轮次中含量差异也不大。根据其含量检出及其分布，表明该8 种醇是机械化酿造酱香典型体基酒中的主要醇类。研究表明，醇类化合物含量越高酒体香气和醇甜越突出[5]。其中，呈水果香、醇香的丙醇、异丁醇、2-戊醇、异戊醇在1、2轮次中的含量较高，在3、4轮次中较低，但在5、6轮次中又增多，这几种化合物在丰富1、2轮次酒体水果香的同时也会酒体带来少许苦涩感[22]。同时，相关研究表明2,3-丁二醇能促进一些与酱香有关化合物含量的增加[23]，这与感官品评中3、4、5轮次中酱香风味突出存在关联、一致性。

酸类化合物在白酒中具有呈香、呈味、缓冲平衡等作用，与酒类的品质和风味息息相关，在酱香白酒中占重要地位[24]。在7 个轮次机械化酱香典型体基酒中酸类总质量浓度分别为168.44（J1）、382.97（J2）、362.63（J3）、555.64（J4）、832.62（J5）、1 446.40（J6）、4.44 mg/L（J7）。酸类物质总含量在7 个轮次中一直呈上升趋势到6轮次达到最高，7轮次含量降至最低。由图3b可知，7 个轮次中均检出的物质仅有己酸1 种，与总酸含量变化一致，它不仅为酒体带来奶酪香、甜香风味，同时也消除水味、增加酒体回甜感。呈奶酪香、酸香的异丁酸（45～200 mg/L）、丁酸（44～180 mg/L）、异戊酸（15～160 mg/L）在前6 个轮次中均有检出，且含量不断增高，对白酒的风味具有助香作用[25]。酸类化合物对每个轮次都有不同贡献，大多数都是呈酸香、奶酪香，在1轮次检出具有风味的酸类化合物含量相对较少，因此1轮次中的酸香较弱；2、3、4轮次检出呈风味的酸类化合物含量增多，基酒的酸香、奶酪香增强，同时在5、6轮次中各酸类风味物质含量达到最高，风味也达到最大，7轮次酸类物质贡献香气较弱。

芳香族化合物由于阈值较低，香味强度大、香味保留时间长，在白酒中主要呈花香、蜜香、水果香，是白酒中重要的呈香化合物[26-27]。在机械化酱香典型体基酒中芳香族总质量浓度分别为118.07（J1）、186.21（J2）、245.15（J3）、160.69（J4）、285.80（J5）、549.84（J6）、17.37 mg/L（J7）。由图4a可知，芳香族化合物以3、4轮次为界分成两种明显的分布特征，中间2 个轮次中并没有含量突出的化合物。聂元皓[28]和范文来[29]等对芳香族化合物来源解析的研究表明，芳香族化合物的前体物质在发酵中期数量降低，这与本研究4轮次含量降低具有一致性。在7 个轮次中均检出的芳香族化合物有5 种，其中β-苯乙醇除在4轮次中质量浓度突然降低到0.82 mg/L外，其他6 个轮次中质量浓度均较高（85～300 mg/L）；苯乙酸乙酯（95.73 mg/L）与乙酸苯乙酯（68.51 mg/L）在6轮次中含量较高；(2,2-二乙氧基乙基)-苯在6、7轮次含量均远高于前5 个轮次；而2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚（42.97 mg/L）在1轮次中质量浓度较高，其他几轮次质量浓度均未超过25 mg/L。同时，其他苯酚类化合物均是在1、2轮次中检出，但检出含量较低，均未超过5 mg/L。总的来说，芳香族化合物除了对6轮次水果香、花香贡献较大外，在其他几个轮次的分布都较均匀，主要作用也是辅助增强每个轮次中的水果香与花香。

图4 机械化酱香典型体基酒芳香族（a）和呋喃、吡嗪（b）Heatmap图Fig.4 Heatmap of aromatic compounds (a) and furan and pyrazine (b) in typical base liquors

呋喃、吡嗪类化合物大多呈烘培香、焦香，是酱香白酒中的重要风味[30]。呋喃、吡嗪类化合物总质量浓度在45～130 mg/L之间变化，除1、7轮次质量浓度（82.13、47.07 mg/L）较低外，其他几轮次变化并不大。从图4b可知，呋喃类化合物在各轮次间的分布较均匀，吡嗪类化合物主要分布在6轮次。其中，糠醛在各个轮次中检出质量浓度在30～120 mg/L之间，占各轮次呋喃、吡嗪类化合物总含量的80%以上，是酱香白酒中呈焦香风味的重要化合物，其在1～6轮次中含量不断增加，在6轮次的含量最高，7轮次含量稍低于6轮次。同时，呈烘培香、烤玉米香、坚果香的2,5-二甲基吡嗪、2,6-二甲基吡嗪、2-乙基-6-甲基吡嗪、2,3,5-三甲基吡嗪在7 个轮次中均有检出，且含量在1～6轮次逐渐增加，在6轮次含量达到最高，这与6轮次酱香典型体基酒中的焦香、烘焙香有较大关联。

其他类化合物主要是醛酮类物质，主要包括呈黄油味、酸奶味的3-羟基-2-丁酮，呈水果香的2-壬酮，呈蜡香、果香的2-十一酮，呈青草香、苹果香的乙醛，这4种化合物主要在3～6轮次高检出，同时在5、6轮次质量浓度较高但均未超过5 mg/L，对3～6轮次酱香典型体基酒的风味有一定贡献。

2.3 机械化酿造酱香不同基酒特征化合物

为了明确机械化酿造酱香典型体基酒在每个轮次的特征化合物，对已经定性定量的挥发性成分进行OAV分析，其中：OAV＜1，表明该化合物对总体香气无实质性贡献；OAV＞1，表明该化合物对酒体的总体香气有直接贡献。一般来说，OAV越大则说明该物质对酒体的总体香气贡献越大。

如表1所示，在酱香典型体7 个轮次酒样中OAV大于1的主要挥发性香气化合物有37 种，酯类7 种、醇类10 种、酸类6 种、芳香族6 种、呋喃吡嗪类4 种、醛酮4 种。酯类物质大多呈水果香、花香，其中呈白兰地酒香、甜香、花香的辛酸乙酯在4、5、6轮次中检出，在4、5轮次中OAV在970左右，而在6轮次中达到最高，高达7 033.34；己酸乙酯在4、5轮次种中OAV最大（1 000～3 500）主要呈甜香、水果香、窖香，正丁醇主要呈水果香，在7 个轮次中贡献程度不等，在6轮次最高；呈牛油、甜香的2,3-丁二醇在4、5轮次OAV在100以上；呈焦糖香的糠醇在7 个轮次都有不同的贡献，其中5、6轮次OAV较高。酸类主要呈奶酪香、汗臭，其中丁酸、异戊酸在前6 个轮次中均匀贡献较高的OAV，区间在50～200间。芳香族类化合物中，呈杏仁香的苯乙醛在6轮次中OAV高达192，除在2轮次外，其他轮次未检出；呈花香、蜂蜜香的苯乙酸乙酯在6轮次OAV最高，轮次最低，其他几轮次相对持平；而呈蜜菠萝香、蜂蜜香、花香的3-苯丙酸乙酯在4轮次OAV较高，为994.22。糠醛主要呈甜香、坚果香、焦糊香，其OAV较高，在300～1 000之间。吡嗪大多贡献的都是烘焙香、坚果香，含量高的3 种吡嗪都是在6、7轮次的OAV贡献度较大。乙缩醛在2、3、5轮次中检出，其OAV都在30以上。

表1 各轮次酱香典型体基酒风味物质OAVTable 1 OAVs of flavor compounds in typical base liquors from seven rounds

为进一步探索研究机械化轮次酱香典型体基酒的感官属性与其特征香气化合物之间的关联度，采用偏最小二乘回归（partial least squares regression，PLSR）方法建立模型，相关分析载荷图结果见图5。

图5 机械化轮次酱香典型体基酒感官属性与重要香气化合物PLSR分析结果Fig.5 PLSR analysis of sensory properties and important aroma compounds in typical base liquors from seven rounds

由图5可知，机械化轮次酱香典型体基酒的风味存在明显差异，从感官来看，沿PC2轴似酱油香、醇香、焦香、焦糊香、甜香为主，都分布在载荷图上方；而水果香、花香多分布在载荷图下方。其中，J1、J2、J7均分布在第3、4象限，与呈水果香、奶香有良好的相关性，而J3、J4、J5、J6均分布在载荷图1、2象限，与酱香、烘培香、焦香具有良好的相关性，其中3、4、5轮次整体香气与似酱油香、醇香相关性较好，5、6轮次酒体与焦香、焦糊香相关性较好。这与本研究感官品评中的1、2轮次酒的水果香、花香突出，3、4、5轮次的酱香、醇香香风味较好，在6、7轮次中烘培香、焦香逐渐增强的结果一致。

3 结 论

以机械化酿造7 个轮次的酱香典型体基酒为研究对象，进行感官分析，揭示机械化酱香不同基酒在主要风味化合物结构，酒体感官酱香、焦糖香、烘培香、水果香、花香、甜香等风味上的差异性特征。结果表明，1、2轮次检出主要化合物结构中各类香气成分分布较均匀，花香、水果香较为突出；3、4、5、6轮次中感官风味主要是酱香风味突出，烘培香风味逐渐增加，其他风味成分较协调；7轮次主要是焦糊香气突出。同时，应用液液萃取结合GC-MS分析方法，并对7 个轮次酱香典型体酒样主要定性定量化合物进行OAV分析。结果表明，贡献水果香、花香、甜香的化合物主要是戊酸乙酯、异戊酸乙酯、正己酸乙酯、己酸丁酯、辛酸乙酯、癸酸乙酯、月桂酸乙酯、丙醇、正丁醇、异戊醇、2-庚醇、2,3-丁二醇、正辛醇、4-甲基戊酸、苯甲醛、苯乙酸乙酯、3-苯丙酸乙酯、苯乙醇；呈烘培香与坚果香的化合物包括异丁醇、2,6-二甲基吡嗪、2,3,5-三甲基吡嗪、2-乙基-6-甲基吡嗪；呈焦糖香的化合物主要是糠醇与糠醛两种；呈奶酪香风味的化合物主要是酸类物质和3-羟基-2-丁酮。以上化合物是酱香典型体基酒风味的重要风味骨架成分，其在每个轮次中的含量大小决定了每个轮次不同典型体酒样的风味特征。