基于全二维气相色谱质谱联用法分析特香型白酒挥发性成分差异

胡秋连 吴遥 欧阳思雨 杜裕芳 周晓晴 贾佳

以赣清老酒、锦江洞藏老酒、四特酒等3种特香型白酒为试样，采用全二维气相色谱质谱联用法（GC×GC-qMS）对白酒中的挥发性物质成分进行定性和相对定量分析，同时采用主成分分析（PCA）对样品进行鉴别。结果表明，3种白酒中共检测出99种挥发性风味物质，其中，酯类42种，醛酮类17种，醇类28种，酸类10种和其他类2种。利用主成分分析筛选出14种差异化合物，初筛出了18种特香型白酒特有风味物质，为特香型白酒风味物质的个性和共性研究提供了物质基础。

在我国，因其自然环境、微生物群系、酿造原料及酿造工艺的不同，白酒产品的种类繁多，风味不一。从化学成分来说，白酒的主要成分是水和乙醇，占总量的98%-99%，而溶于其中的一些呈香、呈味的微量成分则占1%-2%，不过，正是这些微量成分在各自白酒中的不同含量和比例决定了白酒的香型和风格。因此可以说，特征性风味物质是区分不同香型白酒的重要依据。

目前，已知的白酒香型有13种。国内外对风味物质的研究主要集中在清香型、浓香型、酱香型等香型，对特香型白酒的研究鲜见于报道。同时，国标GB/T 20823-2017中只规定了丙酸乙酯一种风味物质。因此，特香型白酒中风味物质及其特有的价值应受到关注，而对其成分的分析检测是不可或缺的。

不同香型白酒的风味物质香气强度存在较大差异，同一香型不同品牌白酒的风味物质香气强度具有相似性，但也存在细微差别。相比常规一维的气相色谱质谱联用仪，全二维气相色谱-质谱技术具有更大的峰容量、更高的分辨率和灵敏度等特点。这一技术可以检测出远大于一维GC-MS常规鉴定的化合物，为白酒中风味物质的分析提供一种强大的分析工具。

本研究采用全二维气相色谱质谱联用法（GC×GC-qMS）对3种不同品牌的特香型白酒中挥发性风味物质进行定性和定量分析，同时结合主成分分析的分析方法，以期为白酒酿造过程中的风味化学理论研究提供参考，为特香型白酒风味品质的控制提供一种新途径。

1.材料与方法

1.1 材料与试剂

赣清老酒（52%vol、江西樟树市古城酒业有限公司）、锦江洞藏老酒（45%vol、万载县商创农业发展有限责任公司）、四特酒（45%vol、四特酒有限责任公司）。

1.2 仪器与设备

GC/MS-TQ8050型全二维气相色谱-四级杆串联质谱仪，日本岛津公司。数据采集由GCMS solution 4.45 SP1完成，数据分析由GC Image 2.8r GC×GC软件完成。

1.3 气相色谱和质谱条件

色谱柱：一维色谱柱DB-WAX型色谱柱（30m×0.25mm×0.25μm），美国安捷伦科技有限公司。二维色谱柱：BPX5型（2.5m×0.1mm×0.1μm），澳大利亚SGE Analytical Science公司。

色谱条件：进样口温度250℃；恒压力操作模式；进样量为1μL，分流比10：1；程序升温：初始温度40℃，保持2min，以3℃/min升至250℃，保持5 min。

质谱条件：离子化方式：电子轰击离子源（electron ionization，EI）。采集方式：全扫描Scan；离子源温度230℃；接口温度250℃。质量扫描范围：35-320u；溶剂延迟时间3.0min；调制周期4.2s；热喷时间350ms。

1.4 样品前处理

吸取样品10.0mL于10mL容量瓶中，混匀后取1mL过滤膜，供全二维气相色谱-质谱分析。

1.5 实验数据处理

采用由美国Zoex公司开发的软件GC Image 2.8r对物质进行定性和相对定量分析。首先，识别出信噪比（SNR）大于71.2的色谱峰后进行自动积分，并与标准质谱库（NIST MS Search 2.4）进行比对和人工鉴别，所有比对鉴别结果导出生成“峰表”。接着，去除烷烃类等对特香型白酒风味物质没有贡献的化合物，选择检索相似度大于800的化合物作为最终定性结果。采用Simca13.0软件进行主成分分析（principle component analysis，PCA）。

2.结果与讨论

2.1 不同品牌特香型白酒中挥发性物质定性分析

不同品牌特香型白酒风味物质成分的全二维轮廓图见图1，三维图谱见图2。

白酒的风味物质种类主要有醇类、酯类、酸类、醛酮类化合物。由于全二维分离效果主要取决于第一根色谱柱，而白酒中的主要风味物质为极性物质，因此本研究一维柱选择极性柱，按极性大小先将其分开，二维柱选择非极性柱，以便针对在一维柱上无法分开的物质按沸点的不同在二维柱上将其再次分离，以达到较好的分离效果。

分析结果显示，本研究采用的柱子和条件能够将一维色谱图上重叠的化合物按照极性和沸点在二维谱图上进行排布，使各化合物实现正交分离（见图1）。图1中的每个点都代表酒体中的一种风味物质，颜色的亮度高低反映的是浓度高低。图2中不易观察三个白酒三维图谱的具体差异。

图2 不同品牌白酒风味物质成分三维图

2.2 不同品牌特香型白酒中挥发性风味物质定性分析

通过全二维气相色谱-四极杆质谱法得到全二维轮廓图（图1），结合NISTMS Search 2.4标准质谱库及人工解谱，在不同品牌特香型白酒中共鉴定出99种匹配度较高的挥发性风味物质（检索相似度大于800），其中，酯类42种，醛酮类17种，醇类28种，酸类10种和其他类2种。

对所测结果进行分析，鉴定出3个品牌的特香型白酒有32个共有风味物质成分。

2.3 特香型白酒中共有风味物质相对定量分析

为更直观地对比不同品牌白酒中共有风味物质的相对含量差异，笔者分别做了不同品牌白酒中共有风味物质各类物质总含量和各化合物信号峰体积的柱状图（见图3和图4），并采用Excel和Adobe AI绘制了风味指纹图谱，图中各点颜色深浅反映了风味物质含量差异（见图5）。

分析三个白酒共有的风味物质成分发现，其中酯、醇、酸的相对检出含量最高，不同品牌的检出含量有些许差异。如图3所示，酯、醇两类物质的含量差别较大，赣清老酒中酯的总含量较高，锦江洞藏中醇的总含量较高。如图4、图5所示，乙酸乙酯、乙缩醛、丁酸乙酯、正丙醇、异戊醇、己酸乙酯、乳酸乙酯、乙酸、（2R，3R）-（-）-2，3-丁二醇、丁酸、正己酸、β-苯乙醇和正丁醇的含量相对较高，赣清老酒中己酸乙酯的含量最高，锦江洞藏中乙酸的含量最高，四特酒中乙酸乙酯的含量最高。

2.4 特香型白酒中共有风味物质主成分分析

基于不同香型白酒的共有风味物质含量进行主成分分析（PCA）和正交偏最小二乘法判别分析（OPLS-DA），结果见图6。

由图6可知，三个酒之间聚集的较为紧密，四特酒和锦江洞藏距离更接近，说明两者成分含量更相似。三个特香型白酒的共有风味物质不存在显著性差异。

OPLS-DA分析可用来筛选不同组之间的差异化合物。通过OPLS-DA分析，每个化合物可以得到一个VIP值，VIP值越大，代表该物质对于区分样品组间所具有的贡献越大，VIP＞1时，可认为该物质为不同样品组之间的差异化合物。通过对3个品牌特香型白酒的共有风味物质成分进行组间比较发现，VIP＞1的差异化合物共有14种，其中，醛酮类物质6种（3-甲基丁醛、乙缩醛、异戊醛、糠醛、丁醛二乙缩醛、3-羟基-2-丁酮），醇类物质4种（异丁醇、正戊醇、己醇、正丁醇），酯类物质2种（癸酸乙酯、辛酸乙酯），酸类物质2种（丁酸、正己酸）。由此，可以反推出共有风味物质中剩余18种为特香型白酒的特有风味物质（乙酸乙酯、丁酸乙酯、正丙醇、异戊醇、己酸乙酯、正戊醇、乳酸乙酯、乙酸、苯甲醛、（2R，3R）-（-）-2，3-丁二醇、DL-白氨酸乙酯、乳酸异戊酯、（2S，3S）-（+）-2，3-丁二醇、1，2-丙二醇、糠醇、（2，2-二乙氧基乙基）-苯、月桂酸乙酯、β-苯乙醇）。

结论

本研究以赣清老酒、锦江洞藏、四特酒这三个品牌的特香型白酒为研究对象，采用GC×GC-qMS技术对特香型白酒的挥发性风味物质进行定性和相对定量分析，共检出挥发性风味物质5类共99种，其中，酯类42种，醛酮类17种，醇类28种，酸类10种和其他类2种。通过相对定量分析可知，三个品牌的白酒风味物质的各类总含量比较接近；通过主成分分析可知，三个品牌的白酒在共有风味物质上距离较近，说明三个特香型白酒的共有风味物质不存在显著性差异。通过筛选VIP值发现，VIP＞1的差异化合物共有14种，其中，醛酮类物质6种，醇类物质4种，酯类物质2种，酸类物质2种。初筛出乙酸乙酯、丁酸乙酯、正丙醇、异戊醇、己酸乙酯、正戊醇、乳酸乙酯、乙酸、苯甲醛、（2R，3R）-（-）-2，3-丁二醇、DL-白氨酸乙酯、乳酸异戊酯、（2S，3S）-（+）-2，3-丁二醇、1，2-丙二醇、糠醇、（2，2-二乙氧基乙基）-苯、月桂酸乙酯、β-苯乙醇这18种为特香型白酒的特有风味物质。本次研究进一步细化了不同品牌特香型白酒风味物质种类和含量的个性与共性，为特香型白酒区分标准的建立及国标风味物质的完善提供了理论依据和参考价值，同时为厂家酿造特香型白酒时的风味化学理论研究提供了参考。

基金项目

江西省市场监督管理局科技项目“基于全二维气质联用法探索特香型白酒中风味成分”（GSJK202120）。

*通讯作者

贾佳（1994.02-），女，河南禹州人，硕士，工程师；研究方向：分析检测。