HS-SPME-GC-MS结合感官评价分析金种子馥合香白酒的风味成分

程伟,陈雪峰,陈兴杰,李娜,周端,杨金玉,薛锡佳,张杰

1(陕西科技大学 食品与生物工程学院,陕西 西安,710021) 2(安徽金种子酒业股份有限公司,安徽 阜阳,236023) 3(陕西农产品加工技术研究院,陕西 西安,710021)

中国白酒以酒曲为糖化发酵剂,利用谷物原料,采用固态、半固态或液态发酵等形式,再经过蒸馏、陈酿和勾兑等工序制成[1]。由于酿造原料与工艺的不同,中国白酒由最初的“浓、清、酱”等3种香型逐渐发展到如今的十二大香型[2],当前单香型白酒又向复合香型或多香型白酒发展。研究表明[3-6],中国白酒中98%～99%的成分是水和乙醇,1%～2%的微量成分是构成酒体的主要呈香、呈味物质,决定着白酒的质量和香型特点,塑造了不同的白酒品牌及其口感风味。当前,主要利用近红外光谱、气相色谱、气相色谱-质谱联用、气相色谱-嗅闻等设备及技术对白酒中的微量成分进行检测。白酒样品的前处理及香气的提取方法主要有液液萃取、固相微萃取及搅拌棒吸附萃取等。其中,固相微萃取是集采集、萃取、浓缩为一体,无需溶剂且操作简单的快速萃取分离方法[7]。SETKOVA等[8]应用顶空固相微萃取(headspace solid phase microextraction,HS-SPME)分析冰葡萄酒中的香气物质,FAN等[9]应用HS-SPME方法结合气相色谱-嗅觉法分析白酒的风味成分,均表明HS-SPME适用于酒类风味成分的检测。白酒的传统感官品评按现有香型、固定评语和评分标准评判,感官品评在白酒质量评价中具有重要作用[10]。

当前,关于白酒风味的研究主要针对长江上游和赤水流域的贵州、四川等地区的酱香、浓香等香型白酒,多采用GC-MS、全二维气相色谱-飞行时间质谱(comprehensive two-dimensional gas chromatography and time-of-flight mass spectrometry,GC×GC-TOFMS)、气相色谱-嗅闻(gas chromatography olfactometry,GC-O)等现代分析技术,结合感官评价、浓度稀释、缺失实验等方法。然而,针对江淮地区的白酒,尤其是馥合香型白酒的风味研究较少。解析馥合香白酒的化学与感官特征差异及其关联,对认识该类白酒的香气品质与影响感官特征的化学来源具有重要意义。

本文采用HS-SPME和GC-MS联用的方法,并结合香气活性值(odor activity value,OAV)分析与感官评价,研究馥合香白酒的风味特征,以明确其特征风味成分及形成机理、风味成分对酒体风格特征的影响等,为酒体的质量控制与勾调等提供参考。本文首次对黄淮名酒带江淮地区的馥合香型白酒(金种子馥合香白酒)进行挥发性风味成分分析,为深入研究江淮白酒的风味特征提供基础。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂与仪器

不同质量等级的馥合香原酒：特级酒(以下称JF1,酒精度63%vol)、优级酒(以下称JF2,酒精度50%vol),安徽金种子酒业股份有限公司。

正构烷烃类混标(C7～C37),坛墨质检标准物质中心；白酒56种组分混合标准品,中国食品发酵工业研究院有限公司；2,3-丁二醇(纯度≥98%),上海易恩化学技术有限公司；无水乙醇(纯度≥99.8%),天津市永大化学试剂有限公司；以上试剂均为色谱纯。

5975C+7890A电子电离(electronic ionization,EI)源安捷伦气相色谱-质谱联用仪,美国Agilent公司;57330-U手动固相微萃取(solid phase microextraction,SPME)进样器、50/30 μm DVB/CAR/PDMS固相微萃取头,美国Supelco公司；85-2恒温磁力搅拌器,常州普天仪器制造有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 内标溶液与酒样的前处理

内标溶液的制备：准确称取0.613 1 g的2,3-丁二醇于50 mL容量瓶中,用体积分数为60%的乙醇溶液定容至50 mL,配制成质量浓度为245.22 mg/L的内标溶液,置于普通冰箱4 ℃低温、密封、避光保存。

酒样的前处理：用去离子水分别将JF1、JF2的酒精度稀释到10%,置于普通冰箱4 ℃低温、密封、避光保存。

1.2.2 HS-SPME条件

取前处理后的酒样5.0 mL于20 mL的顶空瓶中,加入3 g NaCl,放入磁力搅拌转子,旋紧瓶盖,置于固相微萃取搅拌加热平台,250 r/min,60 ℃搅拌加热。萃取头在使用前插入240 ℃的GC进样口解吸10 min,随后插入萃取瓶中,萃取40 min；取出萃取头后立即插入GC-MS进样口,解析温度240 ℃、解吸时间6 min。

1.2.3 GC-MS条件

GC条件：安捷伦HP-INNOWAX石英毛细管柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm),载气He,(纯度≥99.999%),流速1.0 mL/min。采取程序升温方案：起始温度40 ℃,维持2 min,以2 ℃/min速度升至100 ℃,再以4 ℃/min升至230 ℃/min,维持3 min。汽化室温度为240 ℃,分流比5∶1。

MS条件：选择电子电离离子源(electronic ionization,EI),电子倍增器电压为350 V,电子能为70 eV,发射电流为200 μA,接口温度为240 ℃,离子源温度为200 ℃,质量范围控制在m/z33～450。

1.2.4 定性、定量分析方法

定性方法：通过对GC-MS总离子流色谱图与美国国家标准技术研究所(National Institute of Standards and Technology,NIST)质谱库中的化合物进行比对(匹配度≥80%)；同时,将正构烷烃(C7～C37)标准品进行GC-MS分析,根据保留时间计算保留指数(retention index,RI)并与文献报道的保留指数(retention index in literature， RIL)进行对比定性,RI计算参照文献[11]的方法,如公式(1)所示:

(1)

式中：RIx表示待测组分的保留指数；ti表示待测组分的保留时间,min；n和n+1分别表示正构烷烃的碳原子个数；tn和t(n+1)分别表示待测组分出峰前后相邻的2个正构烷烃的保留时间,min。

定量方法：采用内标法对样品中挥发性成分进行定量分析,白酒56种组分混合标准品中的物质含量是已知的,其中2,3-丁二醇作为内标；将2,3-丁二醇单标配制成内标溶液加入到酒样中,选择离子扫描,每种化合物选择2个特征碎片离子定量分析。

1.2.5 风味物质的OAV分析

OAV按公式(2)计算:

(2)

式中：Ci,各化合物的含量,μg/L;OTi,该化合物在空气中的嗅觉阈值,μg/L[12]。

1.2.6 数据分析

采用Aglient Chemstation工作站、Origin 2017软件对数据进行处理。

1.2.7 感官评价

选取5名具有长期品酒经验并已获取高级品酒师资格证的白酒品评专业人员,按照GB/T 33405—2016《白酒感官品评术语》等对酒样进行感官评价。

2 结果与分析

2.1 JF1和JF2中挥发性风味物质的定性分析

两种样品(JF1和JF2)挥发性风味物质的总离子图如图1所示,鉴定出的化合物如表1所示。JF1共鉴定出59种挥发性物质,JF2共鉴定出48种挥发性物质,两种样品(JF1、JF2)挥发性风味物质均以酯类物质为主,还鉴定出醇类、酸类、醛类和呋喃类等化合物,JF1还检测到含硫化合物、烷烃类等特殊化合物。

a-JF1；b-JF2图1 JF1和JF2中挥发性风味物质的总离子流图Fig.1 Total ion current chromatograms of volatiles in JF1 and JF2

JF1挥发性风味物质的总离子流色谱图如图1所示。根据相似度检索、匹配度≥80%、挥发性成分保留指数的计算与参考文献进行对比,共鉴定出59种挥发性物质,包括酯类42种、醇类7种、酸类5种、醛类2种、呋喃类1种、含硫化合物1种、烷烃类2种。JF1和JF2的挥发性风味物质GC-MS分析结果如表1所示,JF1酒体中酯类的相对含量最高,其中,己酸乙酯的相对含量为46.41%,乙酸乙酯的相对含量4.71%,己酸己酯的相对含量3.57%,棕榈酸乙酯的相对含量2.83%,辛酸乙酯的相对含量2.90%。JF1酒体中的呋喃类与含硫化合物均只检测出一种且未检测到吡嗪类物质,这可能与酒样的前处理方式或色谱柱的选择有关,也受到萃取头、萃取时间、萃取温度以及基质等因素的影响。

JF2样品中共鉴定出48种挥发性物质,包括酯类33种、醇类7种、酸类4种、醛类2种、呋喃类2种。JF2样品中相对含量较高的挥发性物质依次为己酸乙酯(45.21%)、乙酸乙酯(6.56%)、丁酸乙酯(3.62%)、棕榈酸乙酯(3.25%)、己酸(2.43%)等；JF2中丁酸乙酯与己酸的相对含量较高,区别于JF1中己酸己酯相对含量较高的特点。

表1 JF1和JF2的挥发性风味物质GC-MS分析结果Table 1 Volatile flavor compounds in JF1 and JF2 analyzed by GC-MS

续表1

JF1和JF2酒体中检测到的棕榈酸乙酯,呈微弱蜡香、果酱和奶油香气,其相对含量较高是馥合香白酒区别于其他白酒的重要特征。JF1和JF2酒体中检测到的二甲基三硫醚、2-糠醛、3-糠醛、3-呋喃甲醇、苯乙醇等特殊化合物,其相对含量均较低,对馥合香白酒的香气起修饰作用。其中,糠醛又称呋喃甲醛,具有特殊香味,糠醛的闻香强度在呋喃类化合物中最高[21],表现出愉悦的焦香气味或独特的酱香风味；二甲基三硫醚呈现煮洋葱、煮蔬菜的味道,研究发现二甲基三硫醚的缺失对芝麻香白酒的整体风味具有显著改变[22]；3-呋喃甲醇具有特殊的苦辣气味,苯乙醇具有清甜的玫瑰样花香；因此,二甲基三硫醚、2-糠醛、3-糠醛、3-呋喃甲醇、苯乙醇等特殊化合物,对馥合香白酒呈“馥香”特征具有重要作用。

2.2 JF1和JF2中挥发性风味物质的OAV分析

OAV即化合物的香气浓度与其阈值的比值,OAV≥1表明该化合物对该物质的香气具有贡献作用。OAV分析确定JF1和JF2中的主要香气活性成分如表2所示,JF1所含酯类中的乙酸乙酯在酒体中的含量最高(3 953 264 μg/L),其次为己酸乙酯与乳酸乙酯,分别为1 338 211、1 260 630 μg/L；OAV最大的是己酸乙酯(24 185.99),表明己酸乙酯对馥合香白酒的香气贡献度最大；虽然乙酸乙酯的含量最高,但却不是对酒体香气贡献最大的酯类物质。其次,OAV较大的是丁酸乙酯(14 767.95)、辛酸乙酯(13 015.07),均为JF1中重要的香气贡献物质。棕榈酸乙酯的相对含量较高(2.38%)；然而,棕榈酸乙酯并不是馥合香白酒的主要香气活性成分(OAV<1)。JF1所含醇类中异丁醇的含量最高(212 094 μg/L),但OAV只有7.49,小于正丁醇的OAV(30.12),表明正丁醇对馥合香白酒香气提供了较高的贡献。酸类中己酸的含量最高(612 401 μg/L),OAV同样最大(243.29),表明己酸为馥合香白酒香气提供了较高的贡献。

表2 OAV分析确定JF1和JF2中的主要香气活性成分(OAV≥1)Table 2 Mainly aroma-active compounds in JF1 and JF2 identified by OAV(OAV≥1)

JF1和JF2中OAV≥1的香气活性物质大小依次为己酸乙酯、丁酸乙酯、辛酸乙酯、乙酸苯乙酯、异戊酸乙酯、戊酸乙酯、己酸、己酸丁酯、丁酸、乙酸乙酯、癸酸乙酯、戊酸、正丁醇、辛酸、正己醇、乳酸乙酯、异丁醇、庚酸乙酯、苯甲醛。对于不同质量等级的馥合香白酒(JF1、JF2),同种物质的OAV差异性是相似的。OAV较大的物质以酯类为主,其中,己酸乙酯、丁酸乙酯、异戊酸乙酯等均呈水果香,乙酸苯乙酯呈玫瑰花香并带有苹果样的果香。酯类的阈值较低,OAV较大,对馥合香白酒的特征气味贡献较大。酸类物质多具有刺激性气味,不如酯类“馥郁、带有果香或花香”,如己酸带有类似羊的气味,丁酸具有浓烈的奶油、干酪般的不愉快气味。

采用半定量的数据用于计算OAV,其误差较大,采用内标标准曲线法定量的数据计算OAV误差相对较小。本文采用正构烷烃类混标(C7～C37)、白酒56种组分混合标准品、2,3-丁二醇(纯度≥98%)作为内标物等实现风味物质的相对定量,其得到的定量数据虽然具有一定的误差,但对于剖析馥合香白酒的风味组分仍具有参考价值,尤其是有利于比较JF1、JF2等不同质量等级馥合香白酒的风味物质差异。

2.3 JF1和JF2的感官评价

根据GB/T 33405—2016《白酒感官品评术语》规定的程度副词与对应标度要求中的9点标度法对JF1和JF2进行感官评分,从酒体的“香、味、感”等3个方面评分。根据评分表绘制感官评价雷达图,可以更加清晰直观地反映出JF1和JF2的感官差异。

JF1和JF2的感官品评得分对比如表3所示,JF1和JF2的酯香、焦香、酱香、窖香等表现最为突出,醇甜味与余味/回味明显,杂味与醛味等不明显,酒体稍带有酸味与糠味,酒体的醇厚感、丰满感、协调感等表现突出,整体风格明显,辛辣感较低。JF1和JF2的挥发性风味物质感官评价雷达图如图2所示,馥合香白酒的“酯香、窖香”较为突出,这与OAV较大的物质以酯类为主相吻合；“焦香、酱香”突出,可能与酒体中含有的二甲基三硫醚、2-糠醛、3-糠醛、3-呋喃甲醇等特殊风味物质相关,然而这类化合物的OAV均小于1,不属于馥合香白酒的主要贡献性香气物质。

通常使用OAV表征风味物质的风味贡献度,找到对白酒风味贡献度大的化合物是确定其主体风味物质的关键。国际酒类感官品评普遍采用定量描述分析(quantitative descriptive analysis,QDA)并参考“风味轮”描述语和参比样品,以标准化词汇描述样品的感官特征,以数字化尺度表达感受强度的差别,对白酒的感官特征采用数字化的尺度并建立风味物质感官评价雷达图具有重要意义。当前,关于江淮地区白酒的风味研究还不够全面,还需要进行江淮地区浓香、兼香等香型白酒的风味分析,以进一步比较分析馥合香白酒的风味特征。

a-香；b-味；c-感图2 JF1和JF2的挥发性风味物质感官评价雷达图(香、味、感)Fig.2 Radar maps of sensory evaluation of volatile flavor substances in JF1 and JF2(smell、taste、feeling)

3 结论

本文采用HS-SPME和GC-MS分析等方法,结合OAV分析与感官评价对馥合香原酒特征性风味成分进行剖析,得到以下结论：(1)JF1、JF2中分别检出59种、48种挥发性物质,其中,JF1包含酯类42种,醇类7种,酸类5种,醛类2种,呋喃类1种,含硫化合物1种,烷烃类2种；JF2包含酯类33种、醇类7种、酸类4种、醛类2种、呋喃类2种；棕榈酸乙酯的相对含量较高是馥合香白酒区别于其他白酒的重要特征,二甲基三硫、糠醛、3-糠醛、3-呋喃甲醇、苯乙醇等特殊风味物质对酒体呈“馥香”特征具有重要作用。(2)OAV分析表明,JF1和JF2中至少含有18种物质的OAV≥1,对馥合香白酒的香气有主要贡献,以酯类、醇类和酸类化合物为主；JF1和JF2酒体中对馥合香白酒香气特征贡献最大是己酸乙酯、丁酸乙酯、辛酸乙酯等风味物质,表明酒体在浓香风格上较为突出。(3)感官评价表明,JF1、JF2均体现出明显的酯香、焦香、窖香等特征,这与酒体中己酸乙酯、丁酸乙酯、辛酸乙酯等香气物质贡献度较大的特征相吻合；同时,JF1、JF2均体现出醇甜味、余味/回味明显,具有丰满感、醇厚感、协调感等特点。