红星兼香型白酒香气成分的分析研究

陈思佳，杜艳红，谭 昊，聂建光，李婷婷，李 晓，贾春琪，瞿红宇

（北京红星股份有限公司，北京 101400）

白酒作为世界最著名的六大蒸馏酒之一，是中国本土最受欢迎的传统蒸馏酒，其酿造技艺可追溯到元朝时期[1]。中国白酒种类繁多，市场上不同香型的白酒依靠各自的风格和特点，皆受到广大消费者的欢迎，不同香型白酒风格差异关键在于其香味成分的差异[2-3]。

近些年来，气相色谱-质谱联用（GC-MS）、高效液相色谱-质谱联用（HPLC-MS）等先进分析仪器广泛应用于白酒中香气化合物的定性和定量，其中气质联用技术已经成为检测白酒中挥发性香气成分的主要技术手段[4-5]。为了鉴定特征香气成分，气相色谱-闻香法（GC-O）应运而生，GC-O 是一种将气相色谱-质谱仪器的分析能力和人的鼻子所具有的敏感嗅觉相结合的研究方法，目前已广泛应用于饮料酒成分和水果风味等多方面的研究[6-8]。

本研究应用顶空固相微萃取-气相色谱质谱联用法（HS-SPME-GC-MS）对红星兼香型白酒和其他3种香型白酒中挥发性成分进行鉴定，并结合GC-O 技术对风味物质的香气贡献进行剖析，以比较红星兼香型白酒与其他香型白酒在挥发性化合物种类和含量上的差异，确定红星兼香型白酒重要的香气活性物质。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂及仪器

酒样：兼香型白酒JG(53 %vol)，由北京红星股份有限公司提供；清香型白酒QH(53%vol)、浓香型白酒WL(52 %vol)、酱香型白酒FT(53 %vol)，均从市场采购。

试剂及耗材：氯化钠（分析纯，上海国药化学试剂有限公司）；乙醇（99.9 %，北京百灵威科技有限公司）；定性用标准品和内标物（纯度均大于98.0 %，上海安谱实验科技股份有限公司或上海麦克林生化科技有限公司）；C7～C30 饱和烷烃标准品（Supelco，美国）。

仪器设备：JJ323BC 型电子天平，常熟市双杰测试仪器厂；DVB/CAR/PDMS 固相微萃取三相头（50/30 μ m × 1 cm，Supelco，美国）；8890-7010BGC-MS 联用仪、DB-FFAP 色谱柱（60 m×0.25 mm,0.25 µm)、DB-WAX UI 色谱柱（30 m×0.25 m,0.5 μ m）、20 mL 顶空进样瓶（Agilent，美国）；sniffer 9100 系统（brechbühler，瑞士）；Synergy超纯水机（Millipore，美国）。

1.2 试验方法

1.2.1 色谱条件

DB-FFAP 毛细管色谱柱（60 m×0.25 mm,0.25 μ m）；升温程序：初始温度40 ℃，以2 ℃/min 升到160 ℃，再以10 ℃/min 升到230 ℃，保持15 min；载气（He）流速1.5 mL/min，进样口温度250 ℃，不分流进样。

DB-WAX UI 毛细管色谱柱（30 m×0.25 mm,0.5 μ m）；升温程序：初始温度35 ℃，保持4 min，以5 ℃/min 升温到100 ℃，再 以10 ℃/min 升温至230 ℃，保持13min；载气（N2）流速1.08 mL/min，进样口温度230 ℃，进样量0.5 μ L，分流比30∶1；氢火焰离子检测器（FID）温度为240 ℃，尾吹气30 mL/min，氢气40 mL/min，空气400 mL/min。

1.2.2 质谱条件

电子电离源，能量70 eV；离子源温度230 ℃；四极杆温度150 ℃；辅助通道加热温度250 ℃；全扫描模式，质量扫描范围35～450 m/z。

1.2.3 化合物定性

化合物通过NIST.L20 谱库检索进行初步鉴定，再通过计算化合物的保留指数(retention index,RI)，与文献保留指数比对以及标准品比对，进一步对该化合物进行定性分析。

1.2.4 定量分析

对浓度较高的物质使用DB-WAX UI 柱，GCFID 直接进样法定量分析；浓度较低的物质使用DB-FFAP 柱，HS-SPME-GC-MS 法进行相对定量分析。

1.2.4.1 GC-FID 直接进样法定量分析

内标混合溶液包含叔戊醇、乙酸戊酯、2-乙基丁酸（终浓度200 mg/L），取酒样10 mL 加入100 μ L混合内标，混匀后加入1.5 mL 进样小瓶进行气相色谱分析。采用内标标准曲线法计算样品质量浓度。

1.2.4.2 HS-SPME-GC-MS 内标半定量法分析

内标溶液为4-辛醇（终浓度880 μ g/L），取酒样1.5 mL 于20 mL 顶空瓶中，加入10.0 μ L 内标溶液、6.5 mL 超纯水，加氯化钠饱和，混合均匀后进行分析。HS-SPME 方法参考孙细珍法[9]，条件如下：50/30 µm DVB/CAR/PDMS 萃取头，样品在50 ℃条件下平衡5 min 后，将SPME 纤维头插入顶空瓶中样品上方，50 ℃萃取40 min（250 r/min），萃取结束后，萃取头插入进样口中，于250 ℃脱附5 min；萃取前后均于270 ℃老化15 min。采用以上DB-FFAP 色谱柱条件、质谱条件进行GC-MS 分析，以待测物与内标物的峰面积比，采用内标半定量法计算各化合物的相对含量。

1.2.5 GC-O 分析

对色谱流出成分在毛细管末端以1∶1 的分流比流入嗅闻仪，嗅闻系统传输线温度250 ℃，加湿器流速100 mL/min。闻香小组由4 人组成（均经过专业品酒训练，有一定品评经验，含2 名国家级品酒师），采用时间－强度法（OSME法）[10]，香气强度分别记为1～5 个等级，每人闻香3 次。每个化合物的香气强度值为闻香结果的平均值。“1”表示该化合物香气微弱，“5”表示该化合物香气非常强。闻香时记录香气的保留时间、香气强度以及香气描述。

1.2.6 数据分析

所得数据采用Origin 2022 进行聚类分析和绘图。

2 结果与分析

2.1 酒体挥发性成分分析

4种香型白酒中每类化合物含量所占百分比如图1 所示。由图1 可以看出，在4种白酒样品中含量占比最高的均为酯类化合物，其中浓香型WL 的酯类化合物占比最高；其次是酸类化合物和醇类化合物，兼香型JG 和酱香型FT 的缩醛类化合物含量占比较高，主要是乙缩醛的含量较高。研究发现随着贮存时间的延长，乙醛可以和乙醇缩合成乙缩醛[12]。酱香型白酒和兼香型白酒的缩醛类物质含量较高可能与原酒的贮存期长有关，一般来说酱香型原酒要经过不少于三年时间，贮存成熟才能用于勾调。

图1 4种白酒样品中各类挥发性化合物含量占比

根据检出的挥发性风味成分含量进行热图分析（图2），热图更能够直观地显示各酒样挥发性风味化合物的种类和含量差异。由图2 热图可知，4种不同香型白酒的风味物质构成差异明显，尤其是酱香型FT 与其他3种香型的物质组成差别最大。由层次聚类分析结果可知，当样品被归为4 类时，4种香型能够被区分，说明不同香型间微量化合物的构成存在十分明显的差异。由树状图和热图可知，红星兼香型JG 与清香型QH 在化合物种类和含量上相对相似，其次是与浓香型WL。

图2 4种香型白酒风味物质热图分析

根据前述方法对酒样中挥发性风味成分进行测定分析，从4种白酒样品中共鉴定出138种化合物（表1），其中包括酯类65种，醇类12种，酸类9种，醛酮类15种，芳香类11种，酚类4种，内酯类1种，缩醛类6种，呋喃类10种，含硫化合物2种，含氮化合物1种和萜烯类2种。

表1 4种酒样挥发性风味化合物检出结果

表2 红星兼香型白酒中香气成分的闻香结果

由表1 可知，鉴定出的138种化合物中，红星兼香型包含116种，清香型74种，浓香型101种，酱香型101种。比较可知，兼香型的风味化合物种类更加丰富，这可能与多种因素有关，红星兼香型JG 为浓清酱三香融合的兼香酒体，且应用陈年调味酒进行酒体调制，提升了风味化合物的多样性。近年来对白酒发酵过程中微生物多样性的研究发现，浓香型和酱香型酒醅中微生物的种类和数量明显比清香型丰富，影响了不同香型白酒风味化合物的丰富度[11]。

2.2 GC-O 结果分析

应用顶空固相微萃取技术结合GC-O 闻香技术，鉴定红星兼香型白酒JG 中主要呈香的香气化合物，共嗅闻到35种香气成分（表2），包括酯类15种、酸类4种、芳香族4种、呋喃类1种、吡嗪类1种、醇类1种、酮类1种和未知化合物8种。由表2 可以看出，果香、花香和酸甜味是主要的风味贡献。

酯类化合物大多是由酸和醇在发酵和贮存过程中酯化而成[14]。检测到的15种酯类化合物以乙酯类为主，是最重要的一类呈香物质，主要呈现水果香和甜香，如己酸乙酯呈果香和菠萝香气、丁酸乙酯呈水果香和甜香、3-己烯酸乙酯呈腐败的果香。根据香气强度值的大小（≥3），己酸乙酯（4.6）、丁酸乙酯（3.8）、异戊酸乙酯（3.4）、3-己烯酸乙酯（3.3）、庚酸丙酯（3.3）、戊酸乙酯（3.0）和乳酸乙酯（3.0）是红星兼香型白酒JG 中重要的酯类呈香化合物。此外有研究报道，辛酸乙酯在兼香型白酒中OAV＞1000，含量较低但对兼香型、浓香型、清香型、凤香型酒体风味均有重要贡献，并且在低浓度时对酒体香味有很好的复合作用[1，15]，在本研究中该物质也呈现一定的香气强度。

有机酸类是细菌在发酵过程中逐步产生的，香气特征是酸爽、酸臭、汗臭等气味，酸类是形成酒“后味”的重要成分，也是生成酯类的前体物质[16]。从香气强度来看，香气最强的是己酸（4.4），己酸是酒中己酸乙酯的前体物质，贡献典型的酸涩味和奶酪臭味[17]，其他被嗅闻到的酸类化合物还有异戊酸（3.8）、丁酸（2.4）和乙酸（1.0）。

芳香族化合物主要来源于原料的单宁、木质素、阿魏酸、香草醛，经酵母、细菌发酵生成，贡献花香、蜂蜜香和水果香[18]。芳香族物质普遍具有高沸点、难挥发和留香时间长等特点，是促进酒体优雅醇厚的一类物质[17]。在红星兼香型白酒中，嗅闻到的4种芳香族化合物均为芳香酯，香气强度最大的是呈玫瑰花香的苯乙酸乙酯（4.0）和呈果香的苯丙酸乙酯（4.0），其次是乙酸苯乙酯（2.6）和苯甲酸乙酯（1.3）。

本研究嗅闻到的杂环化合物包括呈溶剂味和汽油味的乙基糠基醚（3.3），以及呈烤坚果香和可可香气的四甲基吡嗪（2.0）。吡嗪及呋喃等杂环类化合物均可以通过美拉德反应产生[19]。乙基糠基醚曾在兼香型、馫香型、浓香型白酒中检出[1，20-21]，四甲基吡嗪阈值低、香味强度大，具有的烘烤香气可以改善白酒风味[22-23]。

本研究还嗅闻到未知化合物8种，未能定性可能是由于含量低导致未出峰或与其他组分共流出。这些成分分别呈现酸味、烘烤香、泥土味、坚果味、青草味等气味，它们对酒体整体香气的贡献也不容忽视。

3 结论

本实验通过HS-SPME 结合GC-MS 技术，利用质谱、保留指数法及标准品比对的方法，从红星兼香型白酒和其他3种典型香型白酒中共鉴定出138种香气成分，红星兼香型白酒包含其中的116种，化合物种类的丰富程度高于其他3种香型白酒。通过GC-O 技术从红星兼香型白酒中嗅闻到35种香气活性物质，按照香气强度值的大小（≥3），己酸乙酯、己酸、苯乙酸乙酯、苯丙酸乙酯、异戊酸、丁酸乙酯、异戊酸乙酯、3-己烯酸乙酯、乙基糠基醚、庚酸丙酯、戊酸乙酯和乳酸乙酯为红星兼香型白酒重要的香气活性物质。本研究为红星兼香型白酒的香气成分剖析提供了依据，但对各类风味物质的协同作用还有待深入研究。