基于静态顶空-气质联用法分析酱香型白酒空杯香气成分

孙文佳，汪廷彩，雷 毅，刘鸿钢，邓艳虹

（广东省食品检验所 国家白兰地、威士忌、伏特加及葡萄酒产品质量监督检验中心，广东 广州 510435）

空杯留香是指装过优质白酒的杯子，酒的香气会保留一段时间的现象。主要原因是优质白酒中含有多种芳香气味的化合物，挥发速度慢，酒的香气持续散发[1-3]。特别是优质酱香型白酒，有空杯留香持久的典型风格[4-5]。空杯留香时间的长短，也是评价一款酱香酒等级的因素之一[6]。目前，主要是从感官品评技术对空杯留香现象进行阐述，针对空杯留香开展仪器检测的文献报道较少[7-9]。顶空萃取可以准确并精确地进行多个样品的自动分析，使用顶空进样可以非常有效地减少用于样品前处理的时间和金钱，无需从基体中提取出被分析物以便进行液体进样。目前，顶空与色谱技术联用已广泛用于酒中挥发性香气成分的分析[10-12]。吴惠勤等[7]采用溶剂抽提-自然挥发-溶解法分离珍酒、茅台酒空杯香成分，认为酱香型珍酒、茅台酒的空杯香成分存在于中性组分中，以十六酸乙醋、油酸乙酯、亚油酸乙醋、苯乙醇和苯乙酸乙醋为主。徐占成等[8]发明了一种用于收集空杯香气的特殊酒杯，利用全二维气相色谱-飞行质谱对收集到的白酒气体物质进行分析，确定出6种残留在酒杯中的气味物质。SAGRATINI G等[13]采用顶空固相微萃取与气相色谱-质谱联用技术对来自意大利麦奇斯和阿布鲁佐的蒙特普尔恰诺单品种红葡萄酒的挥发性香气成分进行了分析，发现己酸乙酯、癸酸乙酯和辛酸乙酯等酯类和苯乙醇、3-甲基-1-丁醇等醇类是主要的香气化合物。

该研究模拟感官品评中品评空杯的操作，提出了一种静态顶空获取空杯香气成分的前处理方法。采用静态顶空结合气相色谱-质谱联用法（static headspace gas chromatog raphy-mass spectrometry，SHS-GC-MS）检测酱香型白酒中空杯留香香气成分，采用单因素试验研究了平衡温度、平衡时间对酱香型白酒香气成分有效峰个数的影响，优化空杯留香挥发性香气成分检测参数，并结合香气活力值（odor activity value，OAV）评价香气贡献大小，旨在为研究酱香型白酒空杯留香挥发性香气成分的检测方法提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

酱香型白酒酒样（2020年）：产自贵州省仁怀市茅台镇。其他试剂均为国产分析纯。

1.2 仪器与设备

7890-5977B气相色谱-质谱联用仪、7697A顶空进样器、DB-624（30 m×0.32 mm×1.8 μm）毛细管色谱柱：美国Agilent公司。

1.3 方法

1.3.1 样品的预处理

参照国家标准白酒分析方法GB/T 10345—2007《白酒分析方法》中白酒感官品评的分析方法[15]，结合相关的品鉴文字和视频资料[16]，模拟感官品评中空杯香的处理方式，获取酒样的空杯香气。

将准备好的酱香型白酒酒样10 mL加入20 mL顶空瓶中，室温下静置30 min；用移液枪吸空顶空瓶中的酒样，室温下静置5 min；密封顶空瓶，待测。

1.3.2 顶空条件的优化

进样环体积1 mL，定量环温度100 ℃，样品瓶填充压力15kPa，加压时间0.25min，充气时间0.2min，进样时间0.5min；传输线：DB-ProSteel，传输线温度120 ℃；载气：氦气（He）。

根据动力学和热力学原理分析得出，平衡温度、平衡时间、样品量是影响静态顶空方法的主要因素[3]。本试验研究空杯留香情况，只对前两个因素进行优化。采用单因素试验，分别考察平衡温度（50 ℃、60 ℃、70 ℃、80 ℃、90 ℃）、平衡时间（10 min、15 min、20 min、25 min、30 min）对酱香型白酒香气成分有效峰个数的影响。

1.3.3 仪器方法

气相色谱条件：进样口温度220 ℃；柱温采用程序升温，起始温度70 ℃，保留2 min，以10 ℃/min升至100 ℃，保留2 min，再以15 ℃/min升至220 ℃，保留15 min；恒定流速1.5 mL/min；分流比10∶1；载气为氦气（He）。

质谱条件：传输线温度250 ℃，电离方式为电子电离（electronic ionization，EI）源，电子能量70 eV；离子源温度230 ℃，MS四级杆温度150 ℃，质谱采集类型为全扫描模式，扫描范围35～400m/z。

1.3.4 定性定量方法

香气成分利用MS全离子扫描模式（scan）下的总离子流图谱，依据色谱保留时间、质谱信息和美国国家标准及技术研究所（national institute of standards and technology，NIST）14标准谱库比对结果相结合的方法进行定性分析。

各香气成分的含量采用内标物乙酸正丁酯进行半定量分析。同时计算化合物的OAV来衡量某种香气化合物对空杯香气的贡献情况。

2 结果与分析

2.1 顶空条件优化结果分析

2.1.1 平衡温度对酱香型白酒空杯香气成分的影响

考察平衡温度对酱香型白酒香气成分检测结果的影响，结果见图1。

图1 平衡温度对酱香型白酒空杯香气成分的影响Fig.1 Effect of equilibrium temperature on lingering aroma in empty glass of sauce-flavor Baijiu

由图1可知，随着平衡温度的升高，定性化合物的数量呈现先增后减的趋势，当平衡温度达到80 ℃时，定性化合物的数量达到最多，为34个。随着温度的升高，化合物的理论分配系数增加，酒样的香气组分逐渐挥发；但继续升高平衡温度，可能导致某些香气组分分解，分配系数降低，定性化合物数量开始减少。本试验研究酒空杯留香的香气成分，应选择瓶壁香气组分尽可能挥发但又不会分解的温度作为最佳平衡温度。因此，选择80 ℃作为最佳平衡温度。

2.1.2 平衡时间对酱香型白酒空杯香气成分的影响

考察平衡时间对酱香型白酒香气成分检测结果的影响，结果见图2。

图2 平衡时间对酱香型白酒空杯香气成分的影响Fig.2 Effect of equilibration time on lingering aroma in empty glass of sauce-flavor Baijiu

由图2可知，随着平衡时间的延长，定性化合物数量先增后降再达到平衡。平衡15 min时定性化合物数量最多，为34个；当平衡时间继续延长，空杯留香香气成分的数量变化不明显。平衡时间应选择能让组分尽可能多的挥发出来，且尽量减少能耗和缩短检测时间。因此，选择最佳平衡时间为15 min。

2.2 酱香型白酒空杯留香香气成分结果分析

通过单因素试验获得顶空-气质联用法检测酱香型白酒空杯留香香气成分的最佳条件，在此最佳条件下，采用气相色谱-质谱法对酱香型白酒中的香气成分进行检测，GC-MS分析优化后总离子流色谱图见图3；通过NIST14标准谱库进行检索，对优化后酱香型白酒香气成分进行定性定量，结果见表1。

图3 酱香型白酒空杯香气成分GC-MS分析总离子流色谱图Fig.3 Total ion chromatogram of aroma components in empty glass of sauce-flavor Baijiu analysis by GC-MS

由表1可知，依据色谱保留时间和质谱信息等方法对酱香型白酒空杯香气成分进行定性分析，检测出香气成分34种，其中酯类9种、醇类6种、醛类6种、酸类4种和其他类9种。各香气成分的含量采用内标法进行半定量分析，空杯香气化合物以乙醇、乙酸乙酯、乙缩醛、乙醛、乳酸乙酯、乙酸为主。

表1 酱香型白酒空杯留香香气成分Table 1 Composition of lingering aroma in empty glass of sauce-flavor Baijiu

酱香型白酒空杯留香香气成分组成雷达图见图4。由图4可知，酱香型白酒空杯留香香气成分组成以酯类为主，其次是其他类、醛类、醇类，酸类较少。从含量上看，除乙醇外，酯类化合物含量最高，几乎为其他四类化合物的1.5倍。但对于气味化合物而言，含量多寡并不能代表其在整体酒香气中占重要地位，与其阈值有重要关系。通常通过香气活性值（OAV）来评价一种香气物质对整体香气的贡献大小，OAV≥1的香气物质被认为对整体香气是有重要贡献的。

图4 酱香型白酒空杯留香香气成分组成雷达图Fig.4 Radar chart analysis of lingering aroma in empty glass of sauce-flavor Baijiu

由表2可知，酱香型白酒空杯留香香气成分中共有11种的OAV＞1，这些物质是空杯香气的重要贡献化合物。其中3-甲基丁醛、乙酸、3-甲基-丁酸乙酯、乙醛、丁酸乙酯、戊酸乙酯、己酸乙酯这7种化合物的OAV较高，均＞100。

表2 酱香型白酒空杯留香香气化合物阈值和香气活力值Table 2 Thresholds and OAVs of lingering aroma in empty glass of sauce-flavor Baijiu

酯类化合物有类似水果香气、花香和奶油的香气，使酒体优雅细腻。有文献认为酱香型白酒的空杯留香主要是由酯类物质呈现的一种感官风味[7]。在11种香气化合物中，酯类物质有7种，3-甲基-丁酸乙酯具有类似苹果、桑子香气，含量虽然较低但由于其较低的阈值，所以在空杯香气中贡献较大。酯类相对含量最高的是乙酸乙酯，但是由于其阈值偏高，其香气贡献是最小的。感官品评空杯香气时，该酱香型白酒空杯初闻有粮香中微带花果香气，香气优雅细腻。

白酒中的醛类主要为甲醛、乙醛、糠醛、丁醛、戊醛、乙缩醛等，这些醛类都是白酒酿造过程中的产物。白酒中的乙醛起到促进陈味、促进放香作用。乙醛和乙醇可缩合成乙缩醛，乙缩醛本身具有愉快的清香味，似果香，带甜味，是白酒老熟的重要标志，也是优质大曲酒含量最高的醛类，是大曲酒主要香味成分之一。糠醛类似杏仁香，有焦香气，有文献报道认为糠醛可能是“槽香”的主要成分[20]。醛类相对含量最高的是乙缩醛，其次是乙醛。但通过OAV进行评价发现，醛类物质对酱香型白酒的空杯香气也有较大贡献。在11种香气化合物中醛类物质有2种，有苹果香味的3-甲基丁醛虽然含量不足乙醛的一半，但对空杯香气的贡献大于乙醛。

酸是酒的重要风味物质，酸量少，酒味淡，后味短；酸量大，酸味露头，酒味粗糙。适量的酸可对酒起缓冲作用，并在贮存过程中能缓慢地形成香酯。该酱香型白酒空杯留香中的酸香主要来自乙酸。乙酸刺激性强，给酒带来愉快的酸香和酸味。感官品评空杯香气时，空杯的酸香明显、舒适不刺激。

醇类相对含量最高的是乙醇，其他醇类含量较少，通过OAV进行评价发现醇类化合物不是空杯香的主要呈香物质。感官品评空杯香气时，乙醇的味道不明显。空杯中残存的乙醇可能主要是作为其他化合物的溶剂，其挥发的时候带出了一些高沸点的呈香化合物，促进了酱香型白酒的空杯放香。

其他类中主要是烷烃和酮，其中检出四甲基吡嗪。四甲基吡嗪具有扩张血管、改善微循环及抑制血小板积聚作用，赋予中国白酒以健康功能[21-23]。白酒中四甲基吡嗪在制曲、堆积发酵过程均有产生，并经蒸馏带入酒中[24]。四甲基吡嗪是中国白酒特有的功能性成分，对白酒的风味起着重要的作用，有文献研究表明四甲基吡嗪在酱香型白酒中有较高含量[25-26]。四甲基吡嗪有愉快的焙烤香、坚果香，但其阈值较高，对空杯香气的贡献不明显。

3 结论

本研究以某品牌酱香型白酒为研究对象，尽可能的模拟感官品评中空杯留香处理样品方式获取空杯香，通过单因素试验分别考察平衡温度、平衡时间因素对酱香型白酒空杯留香香气成分有效峰个数的影响，对静态顶空-气质联用技术检测酱香型白酒中香气成分的条件进行优化。结果表明，静态顶空-气质联用检测酱香型白酒空杯留香香气成分的最佳条件为：平衡温度80 ℃，平衡时间15 min。在此条件下，鉴定出酱香型白酒空杯留香香气成分34种，通过OAV评价香气贡献大小，OAV＞1的化合物有11种，主要是以酯类、醛类、酸类化合物为主。OAV较高的香气物质为该酱香型白酒空杯留香贡献出花果香、酸香、酯香等香气特征。