2种蒸馏方式制备的哈密瓜蒸馏酒的风味比较

张 将， 孙玉霞， 管雪强， 余晓斌

(1.江南大学 生物工程学院， 江苏 无锡 214122；2.山东省葡萄研究院 山东省葡萄栽培与精深加工工程技术研究中心， 山东 济南 250199;3.新疆冰雪果业有限责任公司, 新疆 伊吾 839399)

哈密瓜(CucumismeloL.)是被子植物门(Angiospermae)木兰纲(Magnoliopsida)堇菜目(Violales)葫芦科(Cucurbitaceae)黄瓜属(Cucumis)植物果实，正名为甜瓜。甜瓜是我国最早利用为果品的瓜类，在《诗经》等古籍中多有记载。贾思勰在《齐民要术》中称其为小瓜，以别于我国古已有之的冬瓜(大瓜)。因甜瓜栽培历史悠久，品种繁多，果实形状、色泽、大小和味道也因品种而异，园艺上分为数十个品系，例如普通香瓜、哈密瓜、白兰瓜等均属不同的品系。哈密瓜通常为长圆形或长椭圆形，果皮平滑，有纵沟纹或斑纹，果肉白、黄或绿色，有香甜味。将哈密瓜加工成蒸馏酒，不仅可以解决因种植面积逐年增加导致的产能过剩问题，还可以延长哈密瓜加工产业链、提高哈密瓜附加值[1-4]。近年来，哈密瓜蒸馏酒的加工在哈密瓜的重要产区——哈密、吐鲁番等地逐渐兴起。干邑法(两次蒸馏法)和雅文邑法(半连续蒸馏法)2种经典蒸馏方式[5]被多数哈密瓜蒸馏酒加工企业所采用。风味是水果蒸馏酒最重要的品质之一[6]，受到蒸馏设备器型[7]、馏分截取[8]、复蒸[9]等蒸馏关键控制点的影响。著名的葡萄蒸馏酒干邑(Cognac)与雅文邑(Armagnac)正是因蒸馏方式的差异形成了轻盈优雅和厚重粗犷2种不同的产品风格[5]。采用2种蒸馏方式制备的哈密瓜蒸馏酒，在风味表现上也必然有所差异。深度比较这种差异，对于认识哈密瓜蒸馏酒风味有重要意义。哈密瓜蒸馏酒的风味研究较少，且现有的研究理论和认识已不能满足哈密瓜蒸馏酒产业的发展需求。Hernández-Gómez等[10]对比了3种不同的发酵基质制备的哈密瓜蒸馏酒，结果表明清汁发酵的哈密瓜蒸馏酒风味最好。原苗苗等[11]研究了蒸馏过程中香气物质的馏出规律，发现哈密瓜蒸馏酒的香气物质主要集中在酒头或酒尾馏分。香气物质受到酵母品种的影响，不同酵母发酵的哈密瓜蒸馏酒香气物质含量差异显著[12]。2种经典蒸馏方式在哈密瓜蒸馏酒的生产中得到了广泛使用，但是2种方式制备的哈密瓜蒸馏酒风味的差异研究未见报道。

本研究拟利用顶空固相微萃取/气相色谱- 质谱联用(headspace-solid phase micro extraction/gas chromatography-mass spectrometry，HS- SPME/GC- MS)，液液萃取/气相色谱- 质谱- 嗅闻联用(liquid-liquid extraction/gas chromatography-mass spectrometry-olfactometry，LLE/GC- MS- O)分析2种经典蒸馏方式的哈密瓜蒸馏酒。从风味定量描述性分析(quantitative descriptive analysis, QDA)、香气物质定性定量比较、香气活力值(odor activity value, OAV)比较、香气提取物稀释度分析(aroma extract dilution analysis, AEDA)4个维度，对哈密瓜蒸馏酒的风味进行研究，并考察关键差异香气物质在蒸馏过程中的变化。多方法的联合使用，可以弥补单一方法的不足，多维度的呈现差异，全面和准确地认识哈密瓜蒸馏酒风味。希望研究可以为深入认识哈密瓜蒸馏酒风味提供一定理论依据和数据支持，也为其他水果蒸馏酒的风味研究提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

哈密瓜(西州蜜25号)，新疆哈密淖毛湖农场；LALVIN DV10活性干酵母，拉曼生物科技(北京)有限公司；香气物质标准品，色谱纯，上海阿拉丁生化科技股份有限公司；正构烷烃(C5～C25)，色谱纯，上海安谱实验科技股份有限公司；二氯甲烷、氯化钠、硫酸钠、无水乙醇，均为分析纯，国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

20T型前处理设备，新乡丰润机械公司；30T型不锈钢发酵罐，泰安鲲鹏机械公司；2.5T型双釜蒸馏设备，烟台诚达蒸馏设备公司；7890A- 5977B型气相色谱质谱联用仪[配备DB- WAX(60 m×0.32 mm×0.25 μm)型色谱柱]，美国Agilent公司；50/30 μm DVB/CAR/PDMS型萃取头，美国 Supelco公司；OPD3型嗅觉检测端口(olfactory detector port，ODP)，德国Gerstel公司；RE- 52CS型旋转蒸发仪(配备真空泵)，上海亚荣生化仪器厂；Fullaroma 68型香气识别卡，上海孚香科技公司。

1.3 实验方法

1.3.1哈密瓜蒸馏酒的制备

成熟新鲜的哈密瓜经前处理设备清洗、破碎、去籽、压榨后制得哈密瓜汁。取27 t哈密瓜汁，入料进不锈钢发酵罐(发酵罐容积为30 t)，接种酵母(0.2 g/L)，室温(17～25 ℃)下发酵。当比重降低至0.995时，取发酵汁进行蒸馏，获得哈密瓜蒸馏酒，蒸馏方式参照文献[10]。

干邑法制备哈密瓜蒸馏酒：干邑法即两次蒸馏法(double distillation)，取2 t发酵汁进行第一次蒸馏，将第一次蒸馏得到的全部馏分用软化水稀释至酒精度20%，再进行第二次蒸馏。第二次蒸馏，去除500 mL前馏分(摘取酒头)，收集之后馏出液。当馏出液的酒精度降至60%时，停止收集。收集的馏出液即为干邑法制备的哈密瓜蒸馏酒，酒精度为67.0%±1.5%，即为Cognac哈密瓜酒，为表述方便下文简称Cognac。

雅文邑法制备哈密瓜蒸馏酒：雅文邑法即半连续蒸馏法(retort distillation)，各取2 t发酵汁，分别置于两釜中。对其中一个釜加热，酒蒸汽不进行冷凝，直接进入另一个釜，即用酒蒸汽给另一釜加热。当后者的蒸馏酒开始馏出时，摘取500 mL酒头后，开始收集馏出液。收集酒精度为55%以上的馏出液即为雅文邑法制备的哈密瓜蒸馏酒，酒精度为62.0%±1.5%，即为Armagnac哈密瓜酒，为表述方便下文简称Armagnac。

1.3.2哈密瓜蒸馏酒的风味定量描述性分析

当酒精度在36%～42%时，水果蒸馏酒更容易呈现其风味品质。国内外水果蒸馏酒产品的酒精度也主要集中在这一范围[5]。因此，将哈密瓜蒸馏酒的原酒稀释到40%进行品评。由2名国家级评酒员选择喜好度、纯净度、青瓜气味、果香、花香和油脂气味6个香气描述指标，用于品评小组定量描述性分析(quantitative descriptive analysis, QDA)[14]。每个指标使用10个分数梯度(0分到9分)进行评分。喜好度从0分(无法接受)到9分(非常喜欢)，纯净度从0分(明显异嗅)到9分(无异嗅)。青瓜气味、果香、花香和油脂气味，从0分(无香气)到9分(香气强烈)进行评分。品评小组由9名品评经验丰富的成员组成(4名男性和5名女性，23～32岁)。在实验开始前，用香气识别卡对小组成员进行训练以熟悉全部描述性指标，直到100%的识别卡可以被正确区分。

1.3.3哈密瓜蒸馏酒香气物质测定

采用HS- SPME- GC- MS对香气物质进行分析，前处理方法、色谱和质谱条件参照文献[13]。首先，用纯水将蒸馏酒样品的酒精度稀释到12%。酒精度低于12%的样品，不进行稀释。然后，取5 mL样品和2.5 g NaCl，置于15 mL的萃取瓶中预加热(37 ℃)。预加热15 min后，将固相微萃取针插入萃取瓶中萃取30 min。色谱条件：初始温度45 ℃，以3 ℃/min的速率升至220 ℃，维持3 min；载气为高纯氦，恒定流速1 mL/min；进样口温度250 ℃，解析时间10 min，不分流进样。质谱条件：EI离子轰击，电子能量70 eV；离子源温度，230 ℃；Scan全扫描模式，质量范围m/z40～420。正构烷烃、标准品(用体积分数为12%的乙醇水溶液稀释至500、1 000、1 500、2 000、3 000 μg/L)在相同条件下进样，分别用以计算保留指数(retention index，RI)和绘制标准曲线。香气物质通过标准品结合NIST11谱库和保留指数RI值进行定性，用标准曲线进行定量。香气物质含量的定量结果按100%酒精度折算，即用萃取瓶中香气物质的浓度除以萃取瓶中样品的酒精度。

1.3.4香气物质的香气活力值测定

由于香气物质的含量并不能代表该物质对感官的影响，因此需要计算香气活力值(odor activity value, OAV)用来表示其对整体香气的贡献[15]。香气物质的OAV由该物质的含量除以其阈值计算得来。阈值参照文献中该物质在酒精饮料中的结果。对于文献中不同阈值数据，则选用最新的文献结果[8, 16-17]。

1.3.5香气提取物稀释分析

香气物质的提取参照Willner等[16]的萃取方法。用纯水将50 mL样品稀释到酒精度10%，添加 40 g/L 氯化钠，在分液漏斗中用20 mL二氯甲烷萃取3次。萃取液用20 g/L硫酸钠干燥过夜，在冰浴和0.01 MPa真空度下用旋转蒸发仪浓缩至200 μL。浓缩液在-80 ℃密封保存。ODP与GC- MS仪器连接。质谱和嗅闻检测器端分流比1∶30，嗅闻检测器传输线温度250 ℃，加湿空气流速为50 mL/min。用进样针直接进样，进样量为1 μL。色谱条件和质谱条件与1.3.3节相同。浓缩液用二氯甲烷以3倍的梯度逐级稀释。由2名熟悉ODP操作的品评员对浓缩液进行香气提取物稀释分析(aroma extract dilution analysis, AEDA)，当2名品评员都无法通过GC- O嗅闻到该香气物质时，此时的香气物质稀释倍数记为香气物质的香气稀释值(dilution factor，DF)。

1.3.6蒸馏过程中香气物质含量变化的测定

干邑法蒸馏过程中香气物质含量的测定：干邑法蒸馏过程中，当蒸馏酒开始馏出，去除500 mL前馏分以后，从酒精度为75%时进行取样标记(Cog75)，随着蒸馏过程的进行，蒸馏酒的酒精度将下降，酒精度每下降5%取酒样。当酒精度降为5%时停止取样，共得到15个不同酒精度的样品。

雅文邑法蒸馏过程中香气物质含量的测定：蒸馏酒开始馏出时，去除500 mL前馏分，从酒精度65%开始取样标记(Ar65)，酒精度每下降5%取酒样，当酒精度降低至5%后停止取样，共获得13个不同酒精度的样品。

对获得的28个样品，进行HS- SPME/GC- MS分析。

1.4 数据处理

研究测得的蒸馏酒香气物质为3次蒸馏平行实验结果。香气物质含量用ANOVA进行差异性分析，Dunnett多重比较进行差异判断，当P<0.01时，判定为差异显著。蒸馏过程中的香气物质含量归一化到区间[0,1]。ANOVA分析用SPSS 19完成，归一化与制图均用Origin Pro 2021完成。

2 结果与分析

2.1 哈密瓜蒸馏酒的风味定量描述性分析结果

哈密瓜蒸馏酒的风味QDA结果见图1，2种经典蒸馏方式制备的哈密瓜酒呈现出不同的感官特点。Armagnac果香和油脂气味比Cognac的评分更高，且差异显著(P<0.01)。而Cognac纯净度和青瓜气味、花香3个指标有更高的评分，其中纯净度和青瓜气味与Armagnac相应指标差异显著(P<0.01)。特别是Cognac的纯净度评分为7.56分，而Armagnac的评分仅有5.81分。Cognac的花香也有相对更高的评分，但是没有统计意义(P=0.176)。感官描述分析指标的差异，在2种蒸馏酒的喜好度上也有体现。Cognac相较于Armagnac有更高的喜好度，评分分别为6.53分和5.04分。综合来看，2种蒸馏酒具有不同的风格，但是又有一定的相似之处，即都有较低的喜好度，较为突出的青瓜气味(Cognac 8.48分，Armagnac 7.67分)和油脂气味(Cognac 6.33分，Armagnac 7.74分)，不够浓郁的花香(Cognac 2.93分，Armagnac 2.44分)和果香(Cognac 4.19分，Armagnac 4.93分)。哈密瓜加工产品风味不佳[4]是影响其深加工产业发展的重要原因，长期以来未得到解决。哈密瓜蒸馏酒作为风味嗜好型产品，对感官质量要求更高，需要进一步研究。

*表示差异显著(P<0.01)。

2.2 哈密瓜蒸馏酒香气物质测定结果

2种经典的蒸馏酒中检出的香气物质及其含量，见表1。共计检出80种香气物质，其中Cognac中检出73种，Armagnac中检出64种。不同种类的香气物质的总量，见图2。由图2可知，2种不同的蒸馏酒香气物质组成有显著差异。Cognac中醇类总量最高，占到香气物质总量的35.94%，而Armagnac中酯类含最高，占比达到44.14%。此外，2种蒸馏酒中醛类和酸类总量占比也有显著差异。将香气物质的含量从高到低进行排序，结果见图3。由图3可知，不同香气物质的含量差异也较大，含量最高的20种物质分别占到了香气物质总量的83.10%(Cognac 110.50 mg/L)和86.46%(Armagnac 133.46 mg/L)。乙酸乙酯、异戊醇、癸酸乙酯、辛酸乙酯等33种物质含量在Armagnac中的含量显著高于Cognac中，而3-辛醇、糠醛、(Z)-2-壬烯醛等21种物质在Cognac中的含量更高。酯类、醇类、酸类等香气物质在不同蒸馏方式下回收率不同[7-9, 13]，导致蒸馏酒中含量最终的差异。此外，蒸馏过程中反复高温可以促进醇类经氧化生成醛类[5]。Cognac经两次蒸馏，总计检出7种醛。相对应的Armagnac中，仅检出4种醛。含量较高的(Z)-3-壬烯-1-醇，正壬醇，(Z)-6-壬烯-1-醇等是哈密瓜关键香气物质[1-3]，在Cognac和Armagnac中没有显著差异。(E)-1-(2,3,6-三甲基苯基)-1,3-丁二烯[(E)-1-2,3,6-trimethy(phenyl)buta-1,3-diene,TPB]被认为是葡萄酒生青异味的重要来源[18]，首次在哈密瓜及相关加工产品中检出。TPB在Cognac中的含量是Armagnac含量的6倍，需要特别关注。

图2 Cognac哈密瓜酒和Armagnac哈密瓜酒的香气 物质组成比较

表1 Cognac和Armagnac哈密瓜蒸馏酒香气物质基本信息及含量

续表1

TPB为(E)-1-(2,3,6-三甲基苯基)-1,3-丁二烯；*表示差异显著(P<0.01)。

2.3 香气物质的香气活力值测定结果

有62种香气物质OAV>1，这些物质可能产生相应的风味影响。其中呈现显著性差异的有33种。将香气物质OAV从高到低进行排序，结果见图4。OAV的排序与含量排序有较大差异。由 图4 可知，(Z)-2-壬烯醛、(E,E)-2,6-壬二烯醛、壬醛和(E,Z)-3,6-壬二烯-1-醇等哈密瓜关键香气物质[1-2]，在Cognac中OAV更高。而癸酸乙酯、辛酸乙酯、乙酸丁酯等在Armagnac中的OAV更高，其中乙酸异戊酯在Armagnac中OAV高达2 241.38。这些香气物质或是2种蒸馏酒在青瓜气味和果香两个QDA指标差异显著的原因。呈现异嗅的二甲基二硫和乙硫醇在Armagnac中也有较高的OAV。乙硫醇主要由二氧化硫在酵母和蒸馏共同作用下转化而来[19], 在Armagnac中OAV高达1 007.04，对蒸馏酒有严重负面影响。二甲基二硫是哈密瓜热加工后的主要异味物质[4]，在Armagnac中有更高的OAV。更高含量的含硫异嗅物质可能是导致Armagnac在QDA分析中纯净度和喜好度两个指标得分更低的原因。TPB也有较高的OAV且在2种蒸馏酒中差异显著，因此其在蒸馏酒中的生成机理和迁移规律需要进一步研究。另外，尽管有较高的OAV，(Z)-6-壬烯-1-醇(青瓜气味)，β-大马酮(花香)，己酸乙酯(果香)，芳樟醇(花香)等29种香气物质在2种蒸馏酒中含量没有显著差异，因此OAV值同样也没有差异。

TPB为(E)-1-(2，3，6-三甲基苯基)-1,3-丁二烯；*表示差异显著(P<0.01)。

2.4 香气提取物稀释分析结果

对DF>3的香气物质，以保留指数为横坐标，做垂线图，结果见图5。52种香气物质被嗅闻检测到，其中24种表现出DF的差异。乙酸、乙硫醇，二甲基二硫以及乙酸乙酯，乙酸异戊酯，辛酸乙酯，癸酸乙酯，异丁酸乙酯等都有较高的DF，且在Armagnac中高于Cognac中。与此相反，壬醛，(Z)-2-壬烯醛，辛酸，(E,E)-2,6-壬二烯醛，TBP在Cognac中的DF更高。其他的香气物质如乙酸丁酯、庚酸乙酯、3-壬烯酸乙酯、苯甲酸乙酯、乙酸-3,6-壬二烯-1-酯、香茅醇、二氢月桂烯、柠檬烯也有DF的差异。与含量和香气活力值分析结果不尽相同，低于阈值的糠醛、乙酸、柠檬烯、松油醇、3-己烯-1-醇、乙酸庚酯、辛酸、邻苯三酚等香气物质也能通过AEDA嗅闻检测到。与此相反，β-紫罗酮、月桂酸乙酯、3-辛醇、正己醇等香气物质OAV>1，在AEDA实验中未能检出。香气物质阈值数据的准确性以及萃取过程中非等比例浓缩，可能是导致2种结果差异的原因[20]。没有阈值数据参考的香气物质3-壬烯酸乙酯和乙酸-3,6-壬二烯-1-酯，在AEDA分析中呈现青瓜、甜瓜和油脂气味，香气稀释值也有显著的差异。

图5 基于香气提取物稀释分析的Cognac和 Armagnac哈密瓜蒸馏酒香气稀释值

2.5 蒸馏过程中香气物质含量的变化

OAV>1，DF>3，且含量有显著差异的关键香气物质有21种。对这些关键差异性香气物质在蒸馏过程中的含量数据归一化后制图，结果见图6。由图6可知，这些香气物质在蒸馏过程中的变化呈现了相同的规律性，即均是主要集中在初始馏分中，含量随着酒精度的降低而降低。香气物质的馏出顺序与其沸点[8]相关。此外，2种不同蒸馏方式下，馏分酒精度、釜内压力的不同，也改变了香气物质的馏出速率[13]。并且，Cognac和Armagnac分别在酒精度60%和55%截取馏分。因此，2种蒸馏酒的香气物质含量在馏分中呈现了明显的不同，这导致了最终风味的差异。值得注意的是，含硫异嗅物质不能通过馏分截取或改变蒸馏方式彻底去除。因此，应限制含硫抑菌剂的使用，以减少相应异嗅物质的产生。

图6 干邑型和雅文邑型哈密瓜蒸馏酒关键差异香气物质含量在蒸馏过程中的变化

3 结 论

联合QDA、OAV分析、AEDA的多方法比较，比单一的定性定量的比较更为全面，干邑法和雅文邑法蒸馏酒在不同维度上均有差异。QDA结果表明，2种经典方式制备的蒸馏酒呈现出不同的风格，在果香、青瓜气味、纯净度和油脂气味4个描述指标上差异显著(P<0.01)。但是两者又有一定的相似之处：较低的喜好度、花香和果香，突出的青瓜气味和油脂气味。定性与定量分析结果表明，Cognac中醇类总量最高，占到香气物质总量的35.94%，而Armagnac中酯类含最高，占比达到44.14%。检出的80种香气物质中，乙酸乙酯、异戊醇等33种香气物质在Armagnac中的含量显著高于Cognac中，而3-辛醇、(Z)-2-壬烯醛等21种物质在Cognac中的含量更高。(Z)-3-壬烯-1-醇，(Z)-6-壬烯-1-醇等C9不饱和直链醇是哈密瓜的关键香气物质，在2种蒸馏酒中的含量没有显著差异；含量差异显著的香气物质中，有33种有感官影响(OAV>1)。其中，(Z)-2-壬烯醛、(E,E)-2,6-壬二烯醛、(E,Z)-3,6-壬二烯-1-醇等C9不饱和直链醛，在Cognac中OAV更高。而乙酸异戊酯、二甲基二硫等在Armagnac中的OAV更高。52种香气物质被嗅闻检测到，其中24种表现出DF的差异。乙酸、二甲基二硫等都有较高的DF，且在Armagnac中高于Cognac中。(Z)-2-壬烯醛、(E,E)-2,6-壬二烯醛等在Cognac中的DF更高。与含量和香气活力值分析结果不尽相同，低于阈值的糠醛、乙酸等香气物质也能通过AEDA嗅闻检测到。与此相反，β-紫罗酮、月桂酸乙酯等香气物质OAV>1，在AEDA实验中未能检出。没有阈值数据参考的香气物质3-壬烯酸乙酯和乙酸-3,6-壬二烯-1-酯，在AEDA分析中呈现青瓜、甜瓜和油脂气味，DF也有显著的差异。21种关键差异香气物质(OAV>1，DF>3)主要集中在初始馏分中。香气物质在初馏分中的含量不同导致了2种蒸馏酒风味的差异。综上，多方法的联合使用，可以多维度的呈现两者差异，更为准确和深入地认识哈密瓜蒸馏酒的风味，也为其他水果蒸馏酒风味研究提供参考。鉴于2种哈密瓜蒸馏酒香气品质的特点，需要进行重构和缺失实验来进一步确定关键香气物质及其对风味的影响。