基于全二维气相飞行时间质谱联用法分析贵州酱香型白酒挥发性风味成分

李 俊，王 震，郭晓关，杜 楠，蔡 滔，张艺骥

（1.贵州省农产品质量安全监督检验测试中心,农业部农产品质量安全风险评估实验室（贵阳），贵州贵阳550004；2.贵州省仁怀市黔韵酒业有限公司，贵州仁怀564500)

基于全二维气相飞行时间质谱联用法分析贵州酱香型白酒挥发性风味成分

李 俊1，王 震1，郭晓关1，杜 楠1，蔡 滔1，张艺骥2

（1.贵州省农产品质量安全监督检验测试中心,农业部农产品质量安全风险评估实验室（贵阳），贵州贵阳550004；2.贵州省仁怀市黔韵酒业有限公司，贵州仁怀564500)

白酒风味成分是决定白酒类型及其品质优劣的重要指标。利用顶空固相微萃取与全二维气相飞行时间质谱相结合（HS/SPMEGC×GC/TOFMS）的方法，建立白酒中挥发性风味成分分析方法，并通过质谱数据库匹配、内标相对定量、日内及日间相对标准偏差等对分析方法进行方法考察。结果表明，该方法可对白酒中62种主要挥发性风味成分进行定性定量分析。利用该方法对2012、2013年份贵州传统工艺酱香型白酒生产的不同轮次基酒进行了检测分析。通过对比分析发现，不同轮次酒的挥发性风味物质差异明显，为酱香型白酒勾兑和酒品质相关性研究提供方法基础。

白酒； 固相萃取； 挥发性酚类； 气相色谱-质谱联用仪

贵州茅台镇酱香型白酒具有独特的酿造工艺和典型风格，其工艺特点为“三高三长”。“三高”是指生产工艺的高温制曲，高温堆积发酵、高温馏酒；“三长”主要是指基酒的生产周期长、大曲贮存时间长、基酒酒龄长。基酒生产周期长达一年，共分下沙、造沙两次投料、九次蒸馏、一至七个烤酒轮次、七次取酒，历经春、夏、秋、冬一年时间[1-6]。

在酱香型白酒的整个生产工艺过程中，勾兑调味工艺是形成它独特风格不可缺少的重要组成部分。酱香型白酒勾兑是以七轮次基酒作为原料进行勾兑，由于各轮次生产出的酒质量、口味各有不同，因此在白酒的勾兑中根据各轮次基础酒的香味特点、香型，所选酒的香和味，各轮次基酒的使用量有所不同，使酒体达到协调、平衡。构成白酒的不同香型和风格的成分主要包括醇类、酯类、酸类、羰基化合物、缩醛、芳香族化合物、含氮化合物、含硫化合物、呋喃化合物、芳香烃、醚类等，它们不同的量比组合，决定白酒的香气和口味，构成白酒的不同香型和风格[7-13]。

为了能更好的保留白酒原有风格特征，本实验采用直接顶空固相微萃取结合全二维气相飞行时间质谱的方法[14-17]，对白酒中62种重要挥发性成分进行定性定量分析，同时对七轮次基酒进行有效成分的分析比较，为白酒勾兑中挥发性成分变化与酒品质相关性研究提供方法和数据。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂与仪器

样品：实验使用白酒采集于贵州省仁怀市黔韵酒业有限公司黔茅酒厂，2012年和2013年生产的酱香型白酒14份，取样时间为2016年1月。

仪器：全二维气相色谱-飞行时间质谱仪（ZOEX，ZX-1）；手动固相微萃取仪（Supelco，PC-420D）；纤维头（Supelco，PDMS/DVB/CAR）；乙酸苯乙酯（Sigma-Aldrich，纯度＞99.0%），甲醇（色谱纯，美国天地公司）。

1.2 仪器分析条件

GC×GC-TOFMS条件：柱1：DB-1（30m×0.25mm, 1.00μm）；柱2：DB-wax（1.2m×0.1mm,0.1μm）；程序升温：60℃(保持2m in)-240℃（保持1m in），3℃/m in；进样口压力：30 psi(保持2 m in)-48 psi（保持1 m in），0.3 psi/min；样品运行时间：63min；进样口温度：250℃；进样模式：不分流；吹扫时间：3.5m in；调制周期：9 s；持续周期：300ms；热喷口：370℃；冷喷口流速：18 L/m in；热喷口压力：40 psi；质谱条件：离子源：EI,70 eV；离子源温度：280℃；传输线温度：300℃；质量范围：45～450m/z；分辨率：4000，FWHM；采集速度：100Hz。

1.3 前处理方法

量取10m L白酒样品至20m L顶空样品瓶中，同时加入一定量的内标乙酸苯乙酯，用顶空瓶盖将其密封。然后将顶空瓶放入到固相微萃取加热装置中，在60℃条件下平衡20min，利用固相微萃取纤维头（PDMS/DVB/ CAR）吸附15m in，最后在250℃进样口解析3.5m in进行全二维气相飞行质谱分析。

1.4 数据处理方法

实验数据分析与处理采用Zoex GC Image全二维数据处理系统。对于白酒挥发性成分的定性鉴定采用标准谱库检索（NIST与Wiley最新谱库同时检索），而定量分析则采用了内标相对定量法（假定校正因子F=1）[18]。

2 结果与讨论

2.1 全二维色谱系统的选择

全二维气相色谱具有较高的分离度和分辨率，与传统的多维色谱不同，它提供了一种真正的正交分离系统，其峰容量约等于两根柱各自峰容量的乘积，非常适合于复杂样品的分析，具有比一维气相色谱质谱高的灵敏度，同时可根据不同的样品选择不同的二维柱系统，根据不同意愿实现不同特征的分离分类（官能团、极性、沸点等），大大提高谱峰解析的准确度。在Xiang ZM等[19]研究结果上，第一根色谱柱采用DB-1，第二根色谱柱为DB-wax的组合方式，其全二维气相分离效果见图1。

图1 全二维气相对白酒挥发性风味成分的分离效果

从图1可知，采用该全二维气相色谱条件对白酒中挥发性成分进行了分离检测，色谱图的检出峰多、分离度好、对于在柱1上有相同保留时间的组分在柱2中也得到了很好的分离，如图1中的14#峰和15#峰分别代表糠醛和异戊酸，由于它们的分子量和沸点较接近，化合物的极性差别不大，导致了在一维气相色谱上得不到很好的定性定量分析，选择全二维色谱来进行分析检测，可分别对该类化合物进行准确的定性定量分析。

2.2 白酒样品中挥发性香气成分的定性与定量

利用上述方法对2012年和2013年生产的基酒中挥发性香气成分进行定性与相对定量分析。按照1.4的数据处理方法，初步鉴定了白酒中62种挥发性香气成分（见表1、表2），相应的化合物在二维分布情况见图2。

检出成分采用全扫描后和标准谱库正向匹配定性，所检索的化合物的匹配度均大于800，其中有57种化合物的匹配度超过900；反相比较，所检索化合物的匹配度也是均大于800，其中有58种化合物的匹配度超过900，进一步说明了本方法对白酒中挥发性香气成分定性结果的准确性较高。白酒中所鉴定的62种化合物，日内相对标准偏差均低于9.79%，日间相对标准偏差均低于11.80%。本研究建立的基于顶空固相微萃取结合全二维飞行时间质谱分析白酒中挥发性香气成分的分析方法，达到了相对定量分析的要求，同时，该方法设计简单，结果稳定可靠，可对批量样品进行检测与分析。

表1 白酒中挥发性风味成分的定性与定量a

表2 各物质的种类及呈香特征

图2 62种白酒中挥发性风味成分的全二维分布图

2.3 白酒挥发性风味成分分析

分析检测结果可以得出，白酒中检出了多种类型的物质，各物质种类及主要显香特征见表2。各物质在总体检出成分中占有比例见表3、表4，从统计的表3和表4的数据可知，白酒挥发性风味成分具有如下特征：(1)醇、酸、酯、醛的含量高，占总检出成分的90%左右；（2）吡嗪、呋喃等杂环类化合物占总检出成分的4%左右，主要呈浓厚的坚果香气和焦糖样香气等；（3）苯乙醇、丙二醇、丁二醇是含量较高的3种醇，主要呈玫瑰样花香、甜香味；（4）丁酸、己酸是含量较高的2种酸主要呈香为羊奶酪的香气，味为先辣后甜；（5）乳酸乙酯和己酸乙酯是含量较高的2种酯，主要呈菠萝香型的香气；（6）糠醛和苯甲醛是含量较高的2种醛，主要呈特殊的杏仁气味。

2.4 不同轮次白酒挥发性风味成分分析与比较

分析七轮次白酒检出成分，其中酯、醛、酸的相对检出含量最高，各轮次的检出含量也有差异。如图3、图4所示，其中酯、酸、醛三类物质的含量差别较大，第1轮次和第2轮次基酒中酯的总量较高，第5轮次、第6轮次、第7轮次基酒中醛的总含量较高。从整体含量趋势来看，酯的含量随着酒轮次的增加而降低，醛的含量随着出酒轮次的增加而升高。酯类化合物中乳酸乙酯和正丁酸乙酯含量最高，其乳酸乙酯含量由21.18%下降至11.78%，正丁酸乙酯含量7.89%下降至3.72%；醛类化合物中糠醛和苯乙醛含量最高，其中糠醛含量由11.89%升至26.33%，苯乙醛由2.47%下降至1.67；酸类化合物中丁酸和己酸的含量最高，其中丁酸含量由4.11%升至1.77%，苯乙醛由7.58%下降至2.80%。

表3 2012年酒样中各类物质的占有比例 (%)

表4 2013年酒样中各类物质的占有比例 (%)

图3 2012年酒样中各类物质含量

图4 2013年酒样中各类物质含量

3 结论

本研究建立了一种基于顶空固相微萃取与全二维飞行时间质谱相结合（HS-SPME-GC×GC-TOFMS）分析白酒中挥发性香气成分的分析方法。通过对质谱数据库匹配、内标相对定量、日内及日间相对标准偏差等参数的考察。在所分析的62种挥发性成分的质谱数据库匹配中，正反匹配度均大于800，其中正反匹配度大于900的分别为57种和58种。在所鉴定的62种化合物中，日内相对标准偏差均低于9.79%，日间相对标准偏差均低于11.80%，该方法的准确度和精密度均到达分析的要求。

利用所建立的分析方法分析白酒样品，结果表明，白酒挥发性风味成分具有如下特征：分析7轮次白酒检出成分，其中酯、醛、酸的相对检出含量最高，各轮次的检出含量也有差异。从整体含量趋势来看，酯的含量随着酒轮次的增加而降低，醛的含量随着酒轮次的增加而升高。(1)醇、酸、酯、醛的含量高，占总检出成分的90%左右；（2）吡嗪、呋喃等杂环类化合物占总检出成分的4%左右，主要呈浓厚的坚果香气和焦糖样香气等；（3）苯乙醇、丙二醇、丁二醇是较高的3种醇，主要呈玫瑰样花香、甜香味；（4）丁酸、己酸是含量较高的2种酸主要呈香为羊奶酪的甜香味，味为先辣后甜；（5）乳酸乙酯和己酸乙酯是含量较高的2种酯，主要呈菠萝香型的香气；（6）糠醛和苯甲醛是含量较高的2种醛，主要呈特殊的杏仁气味。该研究结果有利于白酒勾兑中挥发性成分变化与酒品质相关性研究提供方法数据。

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Analysisof Volatile Flavoring Com ponents in Guizhou Jiangxiang Baijiu by Two Com prehensive DimensionalGasChromatography-Time of FlightM ass Spectrometry

LIJun1,WANG Zhen1,GUO Xiaoguan1,DU Nan1,CAITao1and ZHANG Yiji2
(1.Laboratory of Agricultural ProductsQuality&Safety Risk Assessment,Guizhou ProvincialQuality Supervision and Testing Center for Agricultural Products,Guiyang,Guizhou 550004;2.Qianyun Distillery Co.Ltd.,Renhuai,Guizhou 564500,China)

The flavoring components in Baijiu are important indicators to decide the type and quality of Baijiu.In this study,amethod for analyzing the volatile components in Baijiu had been developed by headspace solid phasemicroextraction coupledw ith comprehensive two-dimensional gas chromatography-time flightmass spectrometry(HS/SPME-GC×GC/TOFMS).Then themethod was inspected through comparison w ith the standard mass spectrum database,quantitative analysis of the internal standard method and relative standard deviation of day-in and day-out.The resultsshowed that,thismethod succeeded in analyzing 62main volatile flavoring components in Bajiu qualitatively and quantitatively.In addition,Jiangxiang base liquorof differentproduction cycles produced in 2012 and 2013 was detected by suchmethod.Itwas found that,therewas significant difference in volatile flavoring components among base liquor of different production cycles.Thismethod provided foundation for theblending of Jiangxiang Baijiu and the research on the correlationsof liquorquality.

Baijiu;traditional techniques;volatile flavoring components;GC×GC/TOFMS

TS262.3；TS261.7；TS261.4

A

1001-9286(2016)12-0102-05

10.13746/j.njkj.2016311

2016-10-21

李俊（1982-），男，高级实验师，主要从事食品安全及仪器分析工作，E-mail：junl82@163.com。

郭晓关（1982-），女，农艺师，主要从事农产品质量安全监管工作，E-mail：23533805@qq.com。

优先数字出版时间：2016-11-08；地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/52.1051.TS.20161108.1006.003.htm l。