天津科技大学孙中贯副教授、张翠英教授等：不同产地酱香型白酒化学风味和感官特征差异分析
2023-09-25作者：来源：责任编辑：食品界
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白酒是一种中国传统蒸馏酒精饮料，酱香型白酒是中国白酒的十二大香型之一，更是四大基本香型之一。酒类饮品的风味成分受到产区生态因素的极大影响，不同的外界条件使南北方酱香型白酒拥有截然不同的风味。
天津科技大学生物工程学院张卜升、张翠英*和枣庄学院的孙中贯*等借助气相色谱-离子迁移谱（GC-IMS）、气相色谱-氢火焰检测器（GC-FID）、HS-SPME-GC-MS法，结合感官评定手段，以偏最小二乘判别分析（PLS-DA）为研究方法，对国内4 个代表性产地的酱香型白酒样品进行表征，解析不同产地酱香型白酒挥发性风味的物质差异，揭示其风味特征的物质基础。 采用感官评定的方法对来自四川、贵州、河北和黑龙江4 个产地的酱香型白酒打分（LJ（乙醇体积分数44.8%，购自四川某公司）、GT（53%，购自贵州某公司）、ZJMJ（53%，购自河北某公司）、BDC（50%，购自黑龙江某公司），绘制感官评定雷达图（图1），对比得分情况可知，不同产地酱香型白酒的感官风味间具有显著差异（P＜0.05）。LJ样品的酱香、焦香、青草香突出，曲香适中，酸味、粮香、甜香和果香较淡；GT样品以酱香、焦香为主，整体呈现出酱中带焦的特点，曲香、甜香、酸味和青草香适中，果香粮香较淡；ZJMJ样品的感官较为复杂，以酱香、曲香、焦香和青草香为主，呈现出的是焦中带香的特点，酸味略重，甜香和粮香适中，果香较淡；BDC样品甜香突出、粮香浓郁，有油脂味，曲香和焦香适中，果香、酸味、青草香较淡。其中GT样品的酱香最为突出，ZJMJ和LJ样品次之；ZJMJ的酸味最重，GT和BDC样品适中，LJ样品的酸味与其他样品相比最淡；各样品的醇香类似。 
如图2A所示，横坐标1.0处为谱图反应离子峰（RIP）（经归一化处理），谱图中每一点即为一种挥发性有机物，蓝色为低浓度，红色为高浓度，RIP峰附近的红线为乙醇峰。 如图2B所示，通过减扣参照谱图中的信号峰，生成不同样品之间的差异谱图，当以贵州产地的GT样品为参照差异对比时，其他3 组样品中对应的挥发性物质含量高低便十分明显，红色越深，说明对应物质浓度相较于GT样品越高；蓝色越深则反之。如图2所示，来自四川的LJ样品、黑龙江的BDC样品和来自河北的ZJMJ样品均与参照样品GT有所不同，证明了不同产地所生产的酱香型白酒中挥发性风味物质存在差异。
如表2所示，在4 个不同产地酱香型白酒中共检测出79 种挥发性化合物，并对其中52 种化合物（包含8 种化合物的单体和二聚体）定性。其中包括酯类化合物28 种、醇类化合物7 种、醛类化合物8 种、酮类化合物7 种、酸类化合物1 种和呋喃类化合物1 种，主体为酯类物质、高级醇和醛酮类化合物，乙酯类物质约占白酒中酯类风味物质总量的49%，且大多数乙酯类化合物阈值较低，对整体风味有较大贡献。
为了更加具体直观地展示不同产地酱香型白酒中挥发性化合物的差异和相对含量的对比，利用工作站中的Gallery Plot插件绘制挥发性物质的指纹谱图。如图3A区域所示，LJ中2-戊酮、(E)-2-庚烯醛、2-甲基丁酸甲酯、2-壬酮、丙酸丙酯、戊醛、辛酸乙酯、丙醛和3-庚醇的含量要高于其他产地样品，LJ样品中有较多的醛酮类物质，为样品提供了类似草本味道的青草香，这与感官评定结果一致。B区域为GT样品，其中乳酸乙酯、乙酸、戊醇、乙酸戊酯和苯甲醛的含量最高。C区域为ZJMJ样品，其中3-甲基丁酸丁酯、丁酸异戊酯、丁酸异丁酯、乙酸异戊酯、乙酸异丁酯和乙偶姻的含量最高。D区域为BDC样品，该区域显示丁酸丙酯、乙酸正丙酯、己酸丙酯、庚酸乙酯、己酸丁酯和4-甲基-2-戊酮的含量高于其他样品。2.3 基于GC-IMS数据的聚类分析
如图4A所示，利用GC-IMS输出峰面积建立PCA模型，降维后前2 个PC累计贡献率均在89%以上，进行特征压缩后，依然保留了较完整的信息，能较好地表征原始变量的特征差异。样本间距离较远，具有明显的特征差异。结合图4B样本间的欧氏距离也可以看出，样本间距离远大于平行样间的距离，样本间差异明显，且结合2 种聚类方法均可以看出，GT样品与ZJMJ样品更为接近。
03 不同产地酱香型白酒的GC-FID和GC-MS分析
如表3所示。利用PLS-DA建立不同产地酱香型白酒的聚类模型（图5A），发现4 种酱香型白酒可以被较好分开，且模型中PC1和PC2之和为78.8%，说明模型对4 种样品有较好的分离效果，与GC-IMS的聚类结果类似，GT与ZJMJ之间更为接近，说明这2 种样品的骨架物质浓度较为接近。
对39 种骨架物质进行变量投影重要性（VIP）分析，当该物质VIP值大于1时则表示该物质为重要变量，其在PLS-DA模型中影响了不同样品的分离效果，共筛选出17 种VIP值大于1的物质，分别为癸酸乙酯、正丙醇、乳酸乙酯、戊酸乙酯、辛酸乙酯、乙酸、己酸乙酯、正戊醇、乙酸乙酯、正己醇、丁酸、癸酸、辛酸、异丁酸、2-甲基丁酸乙酯、己酸、丁酸乙酯，如图5B和表4所示。利用39 种骨架物质制作4 种不同产地酱香型白酒的BiPlot图（图5C、D），将白酒样品与骨架物质相关联，辛酸乙酯、己酸、苯丙酸乙酯和乳酸乙酯等物质与LJ有较高的关联性；庚酸乙酯、戊酸乙酯和庚酸与BDC样品的关联性更高；GT和ZJMJ样品较为相似，癸酸乙酯与GT关联性较高，正戊醇和癸酸与二者的关联性均较高，其中ZJMJ样品还与苯甲酸乙酯、壬酸乙酯、异戊酸、苯乙酸乙酯、糠醛、乙酸异戊酯、2,3-丁二醇和乙偶姻有高关联性。 在获得GC-MS数据后，筛选定性结果大于70的数据，通过内标法进行定量，如表5所示，在4 种酱香型白酒样品中共定性出83 种物质，其中包括酯类物质39 种、醇类物质9 种、酮类物质10 种、吡嗪6 种、醛4 种、萘5 种、呋喃1 种和其他物质9 种。在4 种不同产地酱香型白酒中，ZJMJ样品中检测出56 种物质，BDC样品中共检测出41 种，GT样品中检测出48 种物质，LJ样品中检测出47 种物质。 
为了更加直观比较各样品间物质种类及浓度差异，利用表3和表5数据构建不同产地酱香型白酒样品的挥发性风味物质热图。由图6可以观察到，各样品间差异显著，其中GT样品与ZJMJ样品明显更为相似。大部分吡嗪类物质在ZJMJ样品中含量最高，GT和LJ样品次之，而吡嗪类物质主要与白酒中烘烤与焦香风味相关。 结合表3数据可以发现，3-甲基丁酸丁酯、己酸异丁酯、4-辛烯酸乙醚、己酸糠酯、十三烷酸乙酯、己酸-2-苯乙酯、3-甲基联苯等7 种物质仅在ZJMJ样品中被检测出；2-乙基-己酸乙酯、戊酸丁酯、2-羟基-3-甲基-丁酸乙酯、十六烷、辛酸己酯5 种物质仅在BDC样品中被检测出；2-戊醇、辛酸丙酯、十氢化萘3 种物质仅在GT样品中被检测出；2-庚酮、2-庚醇、4-甲基-1-己醇、乙酰丙酸乙酯、2-糠酸乙酯、苯乙酮、苯丁酮、辛二酸二乙酯和3-乙烯基-环辛烯9 种物质仅在LJ样品中被检测出。04 GC-IMS与GC-FID、GC-MS测定结果的比较
结合表2、3与表5可知，在不同产地酱香型白酒中，由GC-FID与GC-MS共鉴定出122 种化合物，GC-IMS鉴定出52 种化合物，其中22 种化合物为共同检出。由于GC-IMS拥有更高的灵敏性和更快的检测速度，化合物在通过GC色谱柱分离后，又经过离子迁移谱再次分离，因此可以检测出更多的酯类、醇类及醛酮类等易挥发化合物。但由于其检测特性及目前数据库的不完整，GC-IMS并没有检测到乙醛、甲酸乙酯、甲醇、正丙醇、2,3-丁二醇、芳香酯类、烷烃类以及除乙酸外的其他酸类物质。因此，GC-IMS与其他GC联用技术结合使用可以更全面鉴定和定量样品中的挥发性化合物。 以来自贵州、四川、河北和黑龙江四省产地的酱香型白酒为研究对象，通过结合多种GC技术和感官评定的方法，绘制不同产地酱香型白酒的GC-IMS指纹图谱和GC-FID及GC-MS数据热图，并利用PLS-DA和PCA对各样品聚类区分。感官评定结果显示，4 种酱香型白酒各具特色，ZJMJ样品粮香、曲香、焦香突出，整体呈现焦中带酱的感官；GT样品的酱香、焦香突出，主要呈现酱中带焦的感官；相比其他样品，BDC样品甜香突出；而LJ样品青草香突出，有丰富的草本味。利用GC-IMS、GC-FID和GC-MS手段从所有样品中鉴定出152 种挥发性化合物，并对其中可以定量的39 种含量较高的骨架物质进行PLS-DA，计算出17 种可用于鉴别酱香型白酒产地的VIP值大于1的物质，分别为癸酸乙酯、正丙醇、乳酸乙酯、戊酸乙酯、辛酸乙酯、乙酸、己酸乙酯、正戊醇、乙酸乙酯、正己醇、丁酸、癸酸、辛酸、异丁酸、2-甲基丁酸乙酯、己酸、丁酸乙酯。GC-MS数据显示，3-甲基丁酸丁酯、己酸异丁酯、4-辛烯酸乙醚、己酸糠酯、十三烷酸乙酯、己酸-2-苯乙酯、3-甲基联苯7 种物质仅在ZJMJ样品中被检测出；2-乙基-己酸乙酯、戊酸丁酯、2-羟基-3-甲基-丁酸乙酯、十六烷、辛酸己酯5 种物质仅在BDC样品中被检测出；2-戊醇、辛酸丙酯、十氢化萘3 种物质仅在GT样品中被检测出；2-庚酮、2-庚醇、4-甲基-1-己醇、乙酰丙酸乙酯、2-糠酸乙酯、苯乙酮、苯丁酮、辛二酸二乙酯和3-乙烯基-环辛烯9 种物质仅在LJ样品中被检测出，以上各产地检测得出的特殊物质可与GC-FID中检测得出的17 种物质互为补充，成为不同产地酱香型白酒的判别标准。唐平等在对赤水河流域56 个品牌的酱香型白酒挥发性香气成分的研究发现，该产区内酱香型白酒的主要香气种类基本相似，但含量存在一定差异，本实验结果显示相距较远的4 个产地酱香型白酒在香气物质种类上也存在一定差别。
综上所述，研究结果表明不同产地酱香型白酒间某些风味特征存在显著差异，可以利用感官评定和GC手段进行有效鉴别，同时阐明了风味感官差异的物质基础，为酱香型酒体设计提供了理论基础，为创造以风味为导向的发酵调控技术提供基础。 本文《不同产地酱香型白酒化学风味和感官特征差异分析》来源于《食品科学》2023年44卷12期235-243页. 作者：张卜升，袁丛丛，高杏，张雅丽，林良才，李欣，吕晓彤，孙中贯，张翠英. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20220822-260.
