指纹图谱在酱香型白酒生产过程中的应用研究进展

彭小东，张 倩，李红洲，王箐汶，曹天顺，田义霞

（贵州省产品质量检验检测院，贵州贵阳 550014）

酱香型白酒为我国传统优质白酒的代表之一，独特的酿造工艺赋予酒体“酱香突出、优雅细腻、酒体醇厚、回味悠长、空杯留香持久”的特点[1]。2020年末，我国白酒产能从1358万kL下降至740万kL，销售收入从6125亿元降为5836亿元，利润却从797亿元增至1585 亿元。酱香型白酒产能、销售额以及利润均实现了逆势而增，产能从41 万kL 增至60万kL，占比从3 %提高至8 %，销售额从1010 亿元增至1550 亿元，占我国白酒26%，利润从239 亿元提升至630 亿元，从29.99 %提升至39.7%[2]。《贵州省“十四五”战略性新兴产业集群发展规划》提出，将以赤水河流域产业带为核心，重点规划布局仁怀、习水、金沙等优质酱香型白酒产区，围绕微生物资源保护和优质原料供给、酱香白酒品质提升、酒文化内涵挖掘等方面打造酱香型白酒产业集群，持续巩固世界级酱香型白酒产业基地核心区地位，到2025 年，产量达到60 万千升，酱香白酒产业集群总产值达到2500 亿元。随着酱香型白酒市场愈发火爆，迫切需要企业对自身的产品进行科学有效的质量控制，建立科学方法，稳定产品品质，对规范酱香型白酒行业与市场，保障酱酒的持续、健康发展具有重要意义。

指纹图谱技术源于中药质量控制研究，是一种从整体上研究复杂物质体系的技术，已经在中药质量控制、环境保护、食品评价等许多领域得到应用。指纹图谱不需要定量即可测定样品的各种化学成分，能够有效地体现产品的整体性和综合作用，所以指纹图谱技术能够应用于白酒分析和质量的鉴定。现阶段指纹图谱主要应用于白酒质量的稳定性评价、白酒香型及真伪的鉴别、年份酒的判定等方面，关于将指纹图谱应用在白酒生产过程中的报道较少。酱香型白酒产业作为贵州省白酒的龙头产业，酿造工艺独特、复杂，产能和质量受到原料、工艺及产区生态等多方面的影响，因此如何对酱香型白酒进行生产过程的质量控制关系到整个酱香型白酒行业的健康、有序和长远发展。本文就近年来指纹图谱技术在酱香型白酒生产过程中的主要应用研究进行综述，以期为酱香型白酒产业高质量发展提供一定的参考。

1 指纹图谱技术概述

指纹图谱是指样品经适当前处理后，采用一定的现代分析手段，得到具有该样品特性的色谱、光谱以及其他图谱数据资料。图谱跟人的指纹一样具有专一性和代表性，因此称之为指纹图谱[3]。随着指纹图谱应用范围的逐步扩大和分析技术的不断进步，根据分析手段和特征性成分，可将指纹图谱分为两大类：生物指纹图谱和化学指纹图谱[4]。生物指纹主要包括蛋白质指纹图谱、DNA 指纹图谱等，常用的分析方法有聚丙烯酰胺凝胶电泳技术（SDS-PAGE）、简单重复序列或微卫星标记（SSR）、内部简单重复序列（ISSR）、扩增片段长度多态性（AFLP）、单核苷酸多态性（SNPs）、随机扩增多态性DNA（RAPD）、单核苷酸多态性（SNP）、相关序列扩增多态性（SRAP）等[5]。化学指纹图谱主要包括光谱指纹图谱、色谱指纹图谱等，常用的分析方法有气相色谱法（GC）、高效液相色谱法（HPLC）、气相色谱-质谱法(GC-MS)、高效液相色谱-质谱法(HPLC-MS)、毛细管电泳-质谱法(CEMS)、核磁共振(NMR)、液相色谱-核磁共振法(LCNMR)、X射线衍射法(XRD)等。

指纹图谱的构建主要分为三个步骤：（1）图谱的采集，是指纹图谱构建的关键环节，生物指纹图谱，以常见的DNA 指纹图谱为例，首先需要对样品进行DNA 提取，选择多态性良好的引物进行PCR扩增，最后进行电泳检测，采集图像；化学指纹图谱，以白酒风味指纹图谱为例，首先需要确定香气成分的提取方式如直接进样、固相微萃取（HSSPME）、液液萃取（LLE）、顶空进样(HS)等，再确定分离手段如常用的GC、LC，最后选择合适的检测方法如氢火焰离子检测器（FID）、氮磷检测器（NPD）、质谱（MS）、飞行时间质谱（TOF-MS）等，分析过程中需要对色谱条件进行考察，确定合适的色谱柱、载气流速、分流比及升温程序等，如采用质谱联用技术，还需确定质谱条件；（2）根据得到的图谱信息，构建样品的指纹图谱库，根据谱库的用途，收集的图谱信息要尽可能全面；（3）通过化学模式识别，数据挖掘和中药色谱指纹图谱相似度评价软件等技术对指纹图谱进行模式解析和评价，化学模式识别主要包括系统聚类分析（CA）、主成分分析（PCA）、判别分析（DA）、偏最小二乘法-判别分析（PLS-DA）、人工神经网络（ANNS）等[6-7]，相似度评价最常用的软件为2004 年3 月由国家药典委员会开发的《中药色谱指纹图谱相似度评价系统》研究版(2004A)和检验版(2004B)，后更新至2012版。

各种指纹图谱技术及分析方法各有特点，因此在利用这些技术和分析手段时必须明确实验目的，选择适合于样品的图谱技术和分析方法，才能得到更加可靠客观的结果，也能针对性的解决相关技术难题。

2 指纹图谱在酱香型白酒酿造过程中的应用

2.1 酿酒原料上的应用

酱香型白酒的发酵方式为固态发酵，以高粱为单一原料，大曲、稻壳等为辅料，精心酿制而成。并不是所有高粱都适合酱香型白酒的酿造，经大量研究和生产实践发现，贵州本地的“红缨子”糯高粱为最佳原料，杂交糯高粱次之，粳高粱不适宜[8-11]。在高粱的收购成本上，“红缨子”糯高粱是其他糯高粱价格的2 倍，粳高粱价格的3 倍。随着酱香型白酒的持续火热，高粱的需求量将会越来越大，这就会导致一些不法商贩以次充好，将普通的糯高粱充当“红缨子”糯高粱售卖，又或是将粳高粱掺入其中牟取暴利，因此对高粱品种的准确识别、鉴定是非常必要的。

高粱品种真实性鉴定应用较多的技术是DNA指纹图谱，王黎明等[12]筛选出的41 对多态性引物，可以鉴别出遗传背景有差异的源自不同国家及不同地区的甜高粱，构建了142 份甜高粱品种资源的分子身份证，可有效的对各品种进行区分；王晶[13]利用筛选出的41 对多态性良好的核心引物对国内外119 份高粱材料进行PCR 扩增和电泳检测，构建了DNA 指纹图谱库，利用距离聚类法和模型聚类法对其中的78 份高粱进行分析，将其简化分为了4个类群，为提高高粱育种的效率提供了便利；王瑞等[14]利用SSR荧光标记技术筛选出36对引物，构建了20 个高粱品种的SSR 指纹图谱，并从36 对引物中筛选到两对多态性丰富的引物，能够有效地对20个高粱品种进行区分；詹秋文等[15]选用100 个RAPD 引物和95 对SSR 引物，通过对引物的筛选，找到多态性丰富的核心引物，构建了42 份高粱和苏丹草品种资源及2 份杂交种的DNA 指纹图谱，该研究不仅能够鉴别亲本，还可以将杂交种和亲本区分开来。

化学指纹图谱在高粱品种鉴别上也有相关的应用。倪德让等[16]以17 个不同产地的红缨子高粱和8 个其他酿酒高粱品种为样本，建立了基于多酚类化合物HPLC 指纹图谱，通过相似度评价结合聚类分析和主成分分析发现，17批次红缨子高粱间的相似度大于0.97，其他品种酿酒高粱与红缨子高粱的相似度均低于0.90，高效地实现红缨子高粱与其他酿酒高粱品种的区分。

2.2 勾兑工艺和真伪识别上的应用

“勾兑”是白酒行业的专业术语，是指在同一香型白酒中，把不同质量、不同特点的酒按照不同的比例搭配混合在一起，使白酒的“色、香、味、格”等达到某种程度上的协调和平衡[17]。酱香型白酒的勾调，是根据其独特的酿造工艺，将经过一定时间储藏的各个轮次酱香、醇甜、窖底等类型的单体基酒，按照基酒的特点、数量比例、成品酒的质量要求，经过适当比例的调配，使各微量成分间达到和谐，形成“酱香突出、幽雅细腻、酒体醇厚、回味悠长”的特有风格[18]。酱香型白酒作为传统白酒，其勾调技艺一直是凭借勾调师敏锐的感官品评和丰富的勾兑经验进行操作，由于感官易疲劳，经验难继承等缺陷，使得技术难以推广，容易造成产品品质不稳定[19-20]。指纹图谱的分析和应用可以使技术更加科学化、规范化。酱香型白酒的勾兑需要对各轮次基酒以及调味酒有深入细致的了解。因此，首先要建立基础酒、调味酒以及本厂优质酒的指纹图谱库；其次，以优质酒或是标样酒的指纹图谱为目标，按照缺什么补什么的原则，选取基础酒及调味酒进行多次组合、调味，形成多个小样，将小样的图谱与目标酒样指纹图谱进行比较，找出差异，再进行组合、调味、比对，直到两张图谱的差异在勾调师所接受的范围内[21-22]。

酱香型白酒以贵州茅台酒享誉中外，其巨大的市场份额和高位的市场价格使得假冒伪劣“茅台”层出不穷，因此，对名优酱酒的真伪鉴别研究也从未间断，在这些研究中，指纹图谱研究在这方面的应用较多。郑岩等[23]用GC-MS 对10 批次的茅台酒进行了指纹图谱的测定，建立了茅台酒的共有指纹图谱，通过相关系数法计算的相似度分析结果能准确应用于贵州茅台酒的真伪鉴别；孙其然等[24]利用GC-MS 获得了茅台酒的指纹图谱，并结合相似度评价软件对38 个批次的茅台酒、5 种茅台酱香系列酒以及12 种其他厂家生产的白酒进行评价分析，可以区分茅台酒和其他不同酒精度、不同香型的白酒；王霓等[25]采用近红外光谱分析法，通过红外谱图的比对与样品特征吸收峰的波数、强弱等参数相结合的方法确定真假酱酒的差异所在，进而确立特征指纹图谱库，建立了一种鉴别酱香型白酒真伪度的技术方法。

2.3 质量控制、工艺及品牌区分中的应用

在酱香型白酒生产过程中，产品质量的稳定性、不同质量、工艺、品牌的区分以及缺陷酒关键化合物的解析等均涉及指纹图谱及相关化学模式识别方法。

王丽等[26]利用指纹图谱结合化学模式识别（层次聚类、主成分分析）对特定品牌的酱香型白酒品质及批次稳定性进行了综合性的评价，通过相似度评价及相关分析，将相似度大于0.99 作为特定品牌酱香型白酒品质独特性和批次稳定性的评价标准，可以有效将其与其他品牌的酱香型白酒区分，且通过主成分分析找到了17 种与其他品牌酱香白酒差异性物质，为该品牌酱香型白酒的质量控制提供了技术支撑；先春等[27]采用GC 法对不同工艺和风格的酱香型白酒的香气成分建立了指纹图谱，以16个主要共有峰为评价指标，通过相似度评价分析发现2 种不同工艺的酱香型白酒差异明显，2 个品牌的传统大曲酱香型白酒相似度均在0.95 以上（其中一品牌达到了0.99 以上），而碎沙酒除个别样品外其余样品的相似度均在0.95 以下，结合感官品评，发现传统大曲酱香型白酒的质量稳定性较碎沙酒要好；张晓婕等[28]利用GC-MS 技术对不同工艺酱香型白酒的挥发性物质进行了差异分析，并结合香气活性值和化学计量学法构建了鉴别模型，可对两2 种工艺（碎沙和坤沙）进行区分，测试正确率为93.33%，基本实现了2 种工艺酒样的鉴别；张晓婕等[29]对不同质量的酱香型白酒的挥发性物质进行了差异分析，利用GC-MS 对同一酒厂5 种质量的100个酱香型白酒酒样中的挥发性物质进行了检测并构建鉴别模型，找到了关键性差异物质，采用聚类分析和主成分分析法均可将不同质量的酱香型白酒明显区分为3 类，通过另外3 个酒企不同质量级别酱香型白酒分析结果代入构建的鉴别模型，也可实现质量的有效区分。

异嗅物质为酱香型白酒缺陷酒中常见的异嗅缺陷，严重影响了酱香型白酒的产品质量，由此引起的产品等级降低每年给企业造成了较大经济损失。江南大学王露露[30]基于分子感官科学的研究思路，采用气相色谱-嗅闻/质谱（GC-O/MS）技术对典型“盐菜味”酒样中的香气活性化合物进行分析，并结合全二维气相色谱-飞行时间质谱（GC×GC-TOF/MS）技术对酱香型白酒中挥发性化合物进行分析，构建了包含1086 种化合物的酱香型白酒挥发性组分指纹图谱信息库，通过香气萃取稀释分析（cADEA）技术对比分析了“盐菜味”异嗅样品和正常样品香气活性组分差异，利用多元统计分析筛选出6 种与酱香型白酒风味品质显著相关的标志性含硫化合物，构建了快速判别酱香型白酒风味品质的分析模型，模型验证结果显示判定准确率可达100%，为酱香型白酒产品质量的评价提供了客观科学的方法，也为企业酿造过程中对异味的形成控制提供了靶向性指导；孙优兰等[31]采用GC-MS法对“生青味”的酱香型白酒样品进行分析，以正常酒的图谱分析结果为对照，通过Venn 及聚类热图比较统计分析发现缺陷酒与正常酒之间存在显著差异，并通过正交偏最小二乘判别分析（OPLSDA）找到了构成酒体该缺陷特征的重要因子，为酱香型白酒品质提升提供科学依据

3 总结与展望

现阶段，指纹图谱在酱香型白酒中的研究和应用主要围绕酱香型白酒成品酒的真伪鉴别和品质稳定性评价等方面。酱香型白酒风味成分复杂，是目前白酒香型中风味成分最多的，季克良等[32]早在2007年就通过GC×GC-TOFMS 法在酱香型白酒中分离得到873 种风味化合物。因此，要想获得良好的指纹图谱，更好的应用到酱香型白酒的质量控制和真伪鉴别中，一是必须要选择具有高分离效能的色谱柱，灵敏度高的分析仪器，不断摸索各种操作条件，如萃取方式、仪器条件（包括色谱条件、质谱条件等），不断积累经验，掌握关键操作，实现准确的定性定量分析；二是要选择合适的分析软件或方法对得到的图谱进行识别、计算，使图谱的分析更加规范科学；三是要将现代仪器分析同传统感官品评结合起来，才能更加全面准确地对酱香型白酒的品质和风味进行评价。

指纹图谱除了在成品酒的质量控制和真伪鉴别中应用外，也可将其应用到酱香型白酒的其他生产过程中，帮助控制酱香型白酒的整个生产流程。即根据各生产环节指纹图谱的变化考察操作条件对产品质量的影响程度，调整相关工艺参数，确定合理的工艺条件。如可利用指纹图谱对酿酒原料进行品种鉴别和质量监控，指导酱香型白酒酿酒用高粱的育种和种植；可通过指纹图谱技术建立酱香型白酒不同轮次（每年）基酒的指纹图谱库，通过对谱图比对分析，可以帮助企业快速准确的了解公司每年生产的轮次酒的区别，知晓生产是否有异常，反馈生产车间，适时地调整生产工艺；也可将指纹图谱应用到企业的酒库中，建立不同类型基酒、调味酒、年份酒等的指纹图谱数据库，让企业更加全面准确的了解各类型酒的分布和库存情况，更加科学精准的指导勾兑和生产。相信随着现代科技的发展，许多新技术、新工艺、新方法将会在酱香型白酒生产过程中得到应用，指纹图谱技术在酱香型白酒中的应用也将会越来越全面和广泛，更好地助力于酱香型白酒产业的持续、健康发展。