利用扫描探针显微镜对陈酿白酒微观形态的分析研究

文 静，余 东，杨泽明，王晓平，李佳鑫，廖 丽，青 倩

(舍得酒业股份有限公司，四川射洪 629200)

白酒在我国有几千年的发展历史，在世界各种蒸馏酒中，中国白酒具有香味组分复杂、微量物质种类繁多的特点。白酒是含香味物质的高浓度酒精水溶液，其中98%以上的都是酒精水溶液，不到2%的香味物质是微量成分。据报道，呈香呈味微量物质在白酒的水-乙醇体系中呈现出微观形态。不同白酒由于原料、生产工艺等的不同，其呈香呈味微量物质会形成不同的微观形态。浓香型白酒在AFM 扫描图中呈现出颗粒状微观形态，主要是因为形成了由乙醇、酯类、羰基化合物和脂肪酸等呈香呈味物质组成的聚集体，即溶胶。

近年来，利用扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)和原子力显微镜技术(atomic force microscopy,AFM)对不同种类、不同酒精度白酒的微观形态进行观察的研究已有报道，如吴士业等利用原子力显微镜技术对不同度数白酒的微观结构进行了分析，但结合人工品评、扫描电子显微镜、原子力显微镜技术，分析不同陈酿年份对白酒口味及微观结构的影响研究尚未见公开报道。本研究探讨了不同年份白酒及不同产品白酒的微观形态，为“酒是陈的香”寻找科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂及仪器

1.1.1 材料

典型浓香型白酒原酒、产品，酱香型白酒产品，乙醇，除酱酒外其他样本用去离子蒸馏水降到同酒度。

表1 试验样品

1.1.2 仪器设备

原子力显微镜(Cypher VRS)，牛津仪器科技（上海）有限公司；扫描电子显微镜(Apreo S 型)，赛默飞世尔科技电子显微镜；OXFORD X-MAX 80 X射线能谱仪，牛津仪器科技（上海）有限公司；真空干燥器(HTZ-6020L)，上海精密仪器仪表有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 扫描电镜样品制备方法

将选择好的硅片清洗干净并光面向上，通过毛细管移取一定样品于硅片上，干燥后在样品及样品托表面喷镀一层金膜（10～20 nm），进行观察（从低倍数到高倍数观察）。

1.2.2 原子力显微镜样品制备方法

取酒液自然均匀铺盖在1 cm 直径的云母片上，真空干燥后进行AFM观察。

1.2.3 AFM探针扫描

Tapping 成像模式：采用高频振动探针扫描样品，探针与样品作瞬间接触并扫描，扫描速率为1.0～2.0 Hz。实验温度25 ℃，湿度50%～60%。

1.2.4 白酒感官盲评

由9 名国家评委与省评委组成的白酒品评专业团队对样品进行感官盲评，并排序（口感质量排序从1—5代表从好到次）。

2 结果与分析

2.1 感官品评结果（表2）

表2 感官品评结果

2.2 酒样微观形态观察结果

2.2.1 乙醇溶液微观形态观察结果

图1 和图2 是乙醇的SEM 图和AFM 扫描图，从图1 和图2 可知，乙醇微观结构中存在大量规则圆形颗粒，通过图像软件数据分析表明圆形颗粒粒径均＜50 nm。可能是因为乙醇溶液成分简单，导致颗粒均一、较小。SEM 图和AFM 扫描图结果相对应。

图1 乙醇扫描电镜观察结果

图2 乙醇原子力显微镜观察结果

2.2.2 N0（新酒）微观形态观察结果

对照样品N0 微观结构如图3 和图4 所示，SEM图和AFM 扫描图结果显示新酒中具有大量球形颗粒，分布较均匀，各自独立存在；多数较暗，较薄，颗粒较小；粒径在133.6～411.9 nm 之间，与乙醇溶液比，颗粒粒径明显较大，这主要是酿造酒中风味成分结构较为复杂所致。通过原子力显微镜平行验证，其结果与扫描电镜观察结果一致。

图3 N0扫描电镜观察结果

图4 N0原子力显微镜观察结果

2.2.3 N1白酒微观形态观察结果

贮存1 年的浓香型白酒其微观结构如图5 和图6 所示，由扫描电镜及原子力显微镜的观察结果可知，贮存1 年的N1 酒样中有大量的球形颗粒并且夹杂着许多微小颗粒，分布比较均匀，多数较亮，较厚，颗粒较大，粒径在167.4～1125 nm 之间，较新酒样大，这可能是白酒在贮存过程中发生了复杂的物理和化学反应所致。扫描电镜结果与原子力显微镜结果呈现相同趋势。

图5 N1扫描电镜观察结果

图6 N1原子力显微镜观察结果

2.2.4 N3白酒微观形态观察结果

贮存3 年的浓香型白酒微观结构如图7 和图8所示，由扫描电镜及原子力显微镜的观察结果可知，N3 酒样显现大量球形颗粒并且夹杂着许多不同大小的小型颗粒，整体分布比较均匀。颗粒之间存在大量堆积情况，颗粒边缘较亮，中间偏暗，整体亮度较高，颗粒粒径在195.1～1389 nm 之间，明显比贮存1年的浓香型白酒(N1)大。

图7 N3扫描电镜观察结果

图8 N3原子力显微镜观察结果

2.2.5 N5白酒微观形态观察结果

贮存5年的浓香型白酒微观结构如图9和图10所示，由扫描电镜及原子力显微镜观察结果可知，颗粒大量聚合在一起，整体分布不均匀，分布更为紧密，形态多样。单个存在的微粒粒径较小，在56.23～163.8 nm之间。

图9 N5扫描电镜观察结果

图10 N5原子力显微镜观察结果

2.2.6 N10白酒微观形态结果

贮存10 年的浓香型白酒微观结构如图11 和图12所示，由扫描电镜及原子力显微镜的观察结果可知，大多颗粒聚合在一起，光亮，长度长，单个颗粒减少。能谱图显示主要是有机物，如图13 所示，参考有机物反应，推测可能是有机化学反应的有序生长，其中C、O 含量较高，分别占总量的78.58 %和19.30%。

图11 N10扫描电镜观察结果

图12 N10原子力显微镜观察结果

图13 N10能谱图

2.2.7 C1白酒微观形态观察结果

C1 微观形态结构如图14 和图15 所示，由扫描电镜及原子力显微镜观察结果可知，C1 微观形态呈现大小不等、形状不一的颗粒状，且颗粒形态多样、堆积明显，微粒粒径在34～318 nm之间。

图14 C1扫描电镜观察结果

图15 C1原子力显微镜观察结果

2.2.8 C2白酒微观形态观察结果

C2 微观形态结构如图16 和图17 所示，由扫描电镜及原子力显微镜观察结果可知，堆积明显，堆积体无颗粒形态；颗粒非常少，大颗粒粒径在1224～1777 nm 之间，小颗粒粒径在138.2～160.5 nm之间。

图16 C2扫描电镜观察结果

图17 C2原子力显微镜观察结果

2.2.9 C3白酒微观形态观察结果

C3 微观形态结构如图18 和图19 所示，由扫描电镜及原子力显微镜观察结果可知，C3 颗粒结构不规则，分布不均匀，堆积明显，颗粒很少，但颗粒状态清晰，小颗粒粒径在75.93～174.5 nm之间。

图18 C3扫描电镜观察结果

图19 C3原子力显微镜观察结果

2.2.10 J0(酱酒)微观形态观察结果

酱酒微观形态结构如图20 和图21 所示，由扫描电镜及原子力显微镜观察结果可知，酱酒呈现大小相等的颗粒状微观物质形态，且颗粒和堆积共存，小颗粒粒径在124.0～163.1 nm之间。

图20 J0扫描电镜观察结果

图21 J0原子力显微镜观察结果

3 结论

通过扫描电子显微镜和原子力显微镜技术对不同陈酿年份和不同产品白酒进行微观结构分析，可以明显观察到呈香呈味物质在乙醇-水体系中形成了大小不等的颗粒状微观形态，并且所含种类和数量不同，形成的微观形态也有所不同。试验结果表明，样本基酒年份越长，感官质量越好，陈香越明显，颗粒越大，堆积越紧密，堆积粒越大；经能谱证明堆积粒是有机物；不同产品的微观形貌差异明显。