基于智能感官和GC-MS技术分析市售酱香型白酒的品质

黄锶钘，贺子豪，王玉荣，田龙新，周加平，刘菊珍，郭 壮，3*

（1.湖北文理学院 湖北省食品配料工程技术研究中心，湖北 襄阳 441053；2.襄阳市酱香型白酒固态发酵企校联合创新中心，湖北 襄阳 441053；3.酱香型白酒固态发酵襄阳市重点实验室，湖北 襄阳 441614）

中国白酒作为世界六大蒸馏酒之一，以其古老的酿造工艺和独特的风味特征而闻名[1]。作为十二大香型之一的酱香型白酒，因具有“酱香突出、酒体醇厚、回味悠长、空杯留香”的酒体特征，以及日渐明晰的保健作用，越来越受到广大消费者的青睐，市场接受度也逐渐升高[2-3]。酱香型白酒酿造工艺复杂且周期较长，具有高温制曲、高温堆积、高温发酵、高温馏酒、生产周期长、贮存时间长、大量用曲、多轮次发酵的“四高两长，一大一多”工艺特点，导致酒体中形成了复杂的风味化合物，这也是酱香型白酒区别与其他香型白酒的主要原因之一[4-5]。酱香型白酒的风味特征受到酿造微生态、酿酒微生态以及复杂酿造工艺等多种因素的影响，酒体中挥发性香气化合物含量很低，仅占白酒总体积的1%～2%，但其种类丰富，目前已发现的微量风味化合物已达1 874种，对白酒的质量及风味品质具有重要影响[6]。研究表明，作为我国十二大香型白酒中风味物质构成最为复杂的白酒，酱香型白酒的主体香气成分尚未明确，解析酱香型白酒的主体风味成分仍是白酒科研领域的研究热点之一[7-8]。因此，比较不同酱香型白酒的质量品质和风味特征，对酱香型白酒中风味物质的探究及发展具有重要意义。

色度仪和电子舌通过模拟生物体视觉和味觉的智能感官系统，并利用阵列传感器获取被测样品色泽和滋味品质的定量描述信息，具有操作简单快捷、分析准确高效和客观性强等特点[9]。气相色谱-质谱（gaschromatography-mass spectrometry，GC-MS）通过高效分离优势，结合质谱的精确检测数据，实现对复杂组分的定性和定量分析，具有较高的灵敏度和可操作性，是目前食品分析领域最常用、最成熟的方法之一[10-11]。近年来，智能感官与GC-MS技术相结合，在酒精饮料中有着广泛应用。陈烁[12]采用GC-MS技术对发酵火龙果酒中的酯类物质进行了定量分析，并通过色度仪探究了温度、储藏时间以及添加剂对火龙果酒色泽的影响，为火龙果酒确定了最佳的护色方案。芦建超[13]采用电子舌和GC-MS技术为白酒勾调最优配方的确定、提升白酒勾调生产自动化水平提供了解决方案。WANG L等[14]采用智能感官结合GC-MS技术对以糯米、紫米、红米和黄米为原料发酵的甜酒酿进行了比较分析，为甜酒酿原料的选择提供了参考价值。因此，智能感官与GC-MS技术相结合，对酱香型白酒的质量和风味品质进行分析具有可行性。

本研究以10个市售酱香型白酒为研究对象，采用色度仪和电子舌对白酒样品的颜色参数和滋味品质进行分析，结合GC-MS技术对酒体中挥发性化合物进行检测，并对挥发性风味化合物进行聚类分析（cluster analysis，CA）及偏最小二乘法-判别分析（orthogonal partial least square method-discriminant analysis，OPLS-DA），比较不同酱香型白酒的质量品质及风味特征。以期为酱香型白酒的市场规范、企业质控以及其白酒产业的发展提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

10个酱香型白酒酒样（53%vol）：4个酒样（编号为A、C、D和H）产地为贵州省遵义市仁怀市，4个酒样（编号为B、E、F和G）产地为贵州省遵义市，1个酒样（编号为I）产地为贵州省毕节市以及1个酒样（编号为J）产地为湖北省襄阳市；极性溶液、参比溶液和味觉标准溶液：日本INSENT公司；酒石酸、氯化钾、盐酸和氢氧化钾（均为分析纯）：西陇科学股份有限公司。

1.2 仪器与设备

Ultra Scan PRO色度仪：美国Hunter Lab公司；SA-402B电子舌：日本INSENT公司；GCMS-QP 2020气相色谱-质谱联用仪：日本岛津公司。

1.3 试验方法

1.3.1 颜色参数的测定

对10个市售酱香型白酒样品的颜色参数进行测定，参考MCDERMOTT A等[15]的方法，色度仪提前打开预热1 h，预热完成将测试模式设为透射，并用校正光阱、黑卡和校正标准白板对色度仪进行校正后测定样品的色泽。校正完成后取适量酱香型白酒样品于50 mm×10 mm×50 mm石英比色皿中，读数以CIE1976色度空间值L*值、a*值和b*值表示，其中L*值为亮暗度（值越大表示越亮），a*值为红绿度（为正值时偏红，反之偏绿），b*值为黄蓝度（为正值时偏黄，反之偏蓝），每个样品平行测定3次。

1.3.2 电子舌的测定

对10个市售酱香型白酒样品的滋味进行测定，取30 mL酱香型白酒样品，加入适量超纯水稀释至酒精度为20%vol后置于电子舌测试杯中进行分析。参考ZHAO X X等[16]的方法使用电子舌检测酱香型白酒样品的酸味、苦味、涩味、咸味和鲜味5个基本味以及苦味、涩味和鲜味3个基本味的回味，每个样品测定4次，取后3次测定的数据进行分析。

1.3.3 挥发性风味化合物的测定

对10个市售酱香型白酒样品的挥发性风味化合物进行测定，挥发性风味化合物的测定采用GC-MS法。

样品预处理：取1.0 mL酱香型白酒样品置于20 mL顶空瓶中，加入5.0 mL水稀释，50 ℃吸附30 min，平衡10 min，进样口解吸3 min后启动仪器采集数据。

GC条件[17]：DB-WAX毛细管色谱柱（60 m×0.25 mm×0.25 μm），起始温度50 ℃，保持3 min后以10 ℃/min升到240 ℃，维持10 min；载气为高纯氦气（He）（＞99.999%）；流速为1.0 mL/min。

MS条件[18]：电子电离（electron ionization，EI）源，电子能量为70 eV；离子源温度230 ℃，连接口温度250 ℃，质量扫描范围为20.00～450.00 amu。

定性定量分析：利用美国国家标准技术研究所（national institute of standards and technology，NIST）质谱库进行定性分析，仅保留比对相似度＞700的定性结果，并手动过滤掉柱流失产生的化合物（主要是含硅和卤素的化合物）[19]，采用峰面积归一化法进行相对定量分析，所有数据均在乙醇的出峰时间关闭灯丝，相对定量结果为除去乙醇含量的百分含量。

1.3.4 数据处理

采用Excel 2016进行数据处理，R4.1.3绘制气泡图、花瓣图和聚类树状图，且聚类距离采用欧式距离，数据采用不转换方式，聚类方法采用Ward linkage法，采用SIMCA14.1进行OPLS-DA的变量投影重要性（variable importance in the projection，VIP）值的可视化分析。

2 结果与分析

2.1 市售酱香型白酒感官品质分析

2.1.1 颜色参数的检测结果

本研究首先使用色度仪对10个市售酱香型白酒的颜色参数进行测定，结果见表1。由表1可知，酱香型白酒L*值最大且差异最小，b*值差异最大，变异系数分别为0.49%和221.56%，表明10个市售酱香型白酒整体呈现透明色且在黄蓝度上具有明显差异。

表1 市售酱香型白酒颜色参数的检测结果（n=10）Table 1 Detection results of color indexes of commercial sauceflavor Baijiu

2.1.2 电子舌检测结果

为进一步解析酱香型白酒滋味品质之间的差异，采用电子舌对10个市售酱香型白酒的滋味进行了分析，其相对强度见表2。

表2 市售酱香型白酒电子舌滋味指标相对强度（n=10）Table 2 Relative intensity of taste indexes of commercial sauceflavor Baijiu

由表2可知，10个酱香型白酒在苦味的回味、酸味、咸味、鲜味、涩味、鲜味的回味和苦味等指标上相对强度值差异较大，极差值分别为2.93、1.88、1.29、1.27、1.08、1.05和1.02。KOBAYASHI Y等[20]研究表明，当某一滋味指标的相对强度值之差=1时，则是人体味觉感官可以区分的最小差异。由此可见，除涩味的回味外，10个酱香型白酒在滋味指标上存在较明显的差异，且在苦味的回味指标上的差异最大。

程度等[21]通过调查研究发现，相较于其他酿酒用原料，高粱的香气强度更强，主要以酯类、醛类和酮类为主，且因高粱中游离态的香气物质具有挥发性，其对白酒风味品质特征具有直接影响。邵明凯等[22]研究表明，酵母菌通过对乙醇和对白酒风味贡献最大的酯类物质产生直接作用，从而导致不同轮次白酒产量和品质存在差异。由此可知，酱香型白酒的风味品质与其含有的挥发性风味物质之间具有直接作用。

2.2 市售酱香型白酒挥发性风味物质分析

采用GC-MS技术对10个市售酱香型白酒中挥发性化合物进行了分析，通过谱库检索、保留指数以及比对相似度，共定性鉴定出718种挥发性化合物，酒样中相对含量＞1%的挥发性化合物有50种，其在白酒中的相对含量见图1。

图1 市售酱香型白酒中挥发性风味化合物相对含量Fig.1 Relative contents of volatile flavor compounds of commercial sauce-flavor Baijiu

由图1可知，按照物质化学结构性质，酒样中相对含量＞1%的挥发性风味化合物为50种，包括30种酯类、7种醇类、6种醛类、4种酮类、2种烷烃类和1种含硫化合物。其中，酯类物质在10个市售酱香型白酒中的种类最多，其次为醇类和醛类物质，其平均相对含量分别为78.80%、6.80%和10.98%。进一步对10个市售酱香型白酒中相对含量＞1%的挥发性化合物的种类进行分析，结果见图2。

图2 市售酱香型白酒中挥发性化合物种类数量的花瓣韦恩图Fig.2 Petal venn diagram of the number of types volatile compounds of commercial sauce-flavor Baijiu

由图2可知，10个市售酱香型白酒中共有的挥发性风味化合物有25种，其平均相对含量为66.35%。结合图1可知，酒样中共有的25种挥发性化合物可分为5类，包括18种酯类物质：庚酸乙酯、丁酸乙酯、癸酸乙酯、戊酸乙酯、3-甲基戊酸乙酯、壬酸乙酯、异戊酸乙酯、棕榈酸乙酯、异丁酸乙酯、丙酸乙酯、己酸丙酯、2-甲基丁酸乙酯、乙酸异戊酯、反式-4-癸烯酸乙酯、己酸异戊酯、月桂酸乙酯、己酸己酯和己酸丁酯；2种醇类物质：异戊醇和正丙醇；3种醛类物质：糠醛、异戊醛和苯甲醛；1种酮类物质：4-十一酮；1种有机硫化物：二甲基三硫。酯类、醇类、醛类、酮类物质及有机硫化物平均相对含量分别为51.87%、4.25%、9.00%、0.48%和0.75%。此外，酱香型白酒中亦存在特有的挥发性风味化合物，酒样A特有的挥发性风味化合物为十一烷，相对含量为1.34%，酒样B特有的挥发性风味化合物为甲氧基丙酮，相对含量为10.28%，酒样E特有的挥发性风味化合物为甲酸丁酯，相对含量为1.80%，酒样G特有的挥发性风味化合物为4-甲基-1-戊醇，相对含量为3.78%，酒样H特有的挥发性风味化合物为丙酮醛，相对含量为7.73%，酒样I特有的挥发性风味化合物为丙酮酸乙酯，相对含量为1.68%。

由图2亦可知，除了上述挥发性风味化合物之外，酒样中还含有多种其他风味化合物，对白酒整体风味贡献较大。由此可知，不同酱香型白酒中挥发性化合物组成及相对含量存在差异，从而可能导致酒体风味品质有所不同。

白酒的风味特征除了与挥发性化合物的含量有关外，还与风味化合物之间的协调作用及其对酒体的贡献相关[23]。为了更加准确合理的解析不同酱香型白酒之间的风味差异，基于白酒中相对含量＞1%的50种挥发性风味化合物，对10个市售酱香型白酒进行了聚类分析。结果见图3。

图3 基于相对含量＞1%挥发性风味物质市售酱香型白酒的聚类分析Fig.3 Cluster analysis of commercial sauce-flavor Baijiu based on volatile flavor compounds with relative content＞1%

由图3可知，当距离为20时，本研究的10个市售酱香型白酒主要被划分为3个聚类，其中A、B、C和I共4个酒样隶属于聚类I，D、F和G共3个酒样隶属于聚类II，E、H和J共3个酒样隶属于聚类III，且较之聚类III酒样，聚类I和聚类II酒样之间距离更近。由此表明，聚类分析可以有效区分10个市售酱香型白酒，且隶属于聚类I的酒样A、B、C、I与隶属于聚类II的酒样D、F、G之间相对含量＞1%挥发性风味物质构成更为相似。其中，酒样A、B、C、D、F和G均来自于贵州省遵义市，由此可推测地域因素对酒样中挥发性风味物质构成具有影响[6]。

通过PLS-DA对10个市售酱香型白酒样品构建分类模型，可有效将不同酒样划分为3个聚类，且与上述聚类分析结果一致。基于此，为筛选出可以区分3个聚类酱香型白酒样品的差异化合物，基于PLS-DA对相对含量＞1%的50种挥发性化合物在3个聚类酱香型白酒中的贡献进行VIP值量化分析，并利用热图对不同聚类中挥发性化合物的相对含量变化进行了分析，结果见图4。一般认为，VIP值＞1的挥发性化合物可作为PLS-DA模型的关键差异化合物，且VIP值越大，该物质在模型预测中的贡献越大[24]。

图4 3个聚类酱香型白酒中变量投影重要性值＞1挥发性化合物Fig.4 Volatile compounds with variable importance projection＞1 in sauce-flavor Baijiu of three clusters

由图4可知，本研究从3个聚类酱香型白酒中确定了19种可有效区分酒样的关键差异化合物，分别为棕榈酸乙酯、3-甲基戊酸乙酯、正己酸乙酯、庚酸乙酯、戊酸乙酯、苯甲醛、己酸异戊酯、己酸丙酯、乙酸异戊酯、己酸己酯、丁酸乙酯、甲酸丁酯、异丁酸乙酯、正丙醇、壬酸乙酯、丙酮醛、异戊酸乙酯、癸酸乙酯和2-甲基丁酸乙酯，其中酯类物质是对酒体风味贡献最大且种类最多的风味化合物。由图4亦可知，除棕榈酸乙酯和苯甲醛之外，多数关键差异化合物在聚类I和聚类II酒样之间相对含量差异较小，表明隶属于聚类I和聚类II的酱香型白酒风味更为相似，这与上述聚类分析结果一致。此外，VIP值排名前三的棕榈酸乙酯、3-甲基戊酸乙酯和正己酸乙酯亦是3个聚类酱香型白酒之间的显著差异化合物（P＜0.05）。

研究表明，酯类物质是白酒主要的呈香成分，且丁酸乙酯、异丁酸乙酯、壬酸乙酯和异戊酸乙酯等乙酯类化合物大多呈现果香、甜香、花香或独特的芳香气味[25]。醇类、醛类和酮类物质主要起到衬托酯香、协调香气与口感的作用。其中，呈微弱蜡香、果酱和奶油香气的棕榈酸乙酯在聚类I酒样中相对含量明显偏高，聚类II酒样次之，适量的棕榈酸乙酯可以增强酒体的稳定性和厚重感，且具有降低干涩味且增强后味的作用[26]，这可能是导致上述电子舌分析中所有酒样在涩味的回味指标上差异较小的原因之一。呈菠萝香和酯香的3-甲基戊酸乙酯在聚类III酒样中相对含量明显偏高，表明其可以赋予酒体浓郁的甜果香和酯香等香气，这可能与酱香型白酒的年份相关[27]。呈果香、花香和酯香等香气的正己酸乙酯在聚类I和聚类II酒样中相对含量明显偏高，可以赋予酒体浓郁的水果香、花香和酯香等风味，且正己酸乙酯作为清香型白酒的主体香气成分，亦是评价酒质优劣的重要指标之一[28]。综上可知，不同聚类的酱香型白酒具有独特的风味特征，且隶属于聚类I和聚类II酒样的风味品质更为相似。

3 结论

本研究结果显示，10个市售酱香型白酒在黄蓝度、苦味的回味、酸味、咸味、鲜味、涩味、鲜味的回味和苦味指标上具有明显差异，酒体主要呈现透明色且具有微苦而不涩的滋味特征。此外，10种市售酱香型白酒中相对含量＞1%挥发性化合物共有50种，其中，酯类30种、醇类7种、醛类6种、酮类4种、烷烃类2种和含硫化合物1种，共有挥发性风味化合物有25种，特有挥发性化合物有6种，且酯类物质是白酒的主要挥发性化合物，其次是醇类和醛类物质，并确定了19种可有效区分3个聚类酒样的关键差异化合物，其中棕榈酸乙酯、3-甲基戊酸乙酯和正己酸乙酯是3个聚类酱香型白酒之间的显著差异化合物（P＜0.05）。综上所述，可以利用智能感官和GC-MS技术对本研究的10个市售酱香型白酒进行有效鉴别。