高粱蒸煮風味物質(zhì)香氣活力研究

楊玉波，倪德讓，林琳，汪地強，王莉

(貴州茅臺酒股份有限公司 技術(shù)中心，貴州 仁懷，564501)

白酒是我國特有的傳統(tǒng)蒸餾酒種，常用的釀造原料主要有高粱、大米、小麥和玉米等，各種糧食有其自身的特征香氣[1]，這些風味物質(zhì)通過生產(chǎn)工藝被帶入到基酒中，從而決定了基酒的風味品質(zhì)[2]。茅臺酒作為傳統(tǒng)單糧發(fā)酵工藝的代表，其獨特的釀造工藝對釀酒原料有很高的要求。茅臺酒釀造所采用的當?shù)靥禺a(chǎn)優(yōu)質(zhì)糯高粱對最終茅臺酒風格的形成影響很大[3-5]。茅臺酒釀造用糯高粱在蒸煮糊化過程中產(chǎn)生的香氣舒適宜人，是茅臺酒特征香氣之一，在感官品評中被稱作“糧香”。深入研究高粱蒸煮產(chǎn)生的主要香氣成分以及這些香氣成分對“糧香”的貢獻，對于解析釀酒原料與白酒風味品質(zhì)的相關(guān)性具有重要的現(xiàn)實意義。

目前，高粱風味物質(zhì)的研究多關(guān)注生高粱的揮發(fā)性成分[6]、結(jié)合態(tài)香氣組分構(gòu)成[7-8]、熟高粱的風味物質(zhì)[9-10]等，而對高粱蒸煮過程中的香氣物質(zhì)研究卻較少。研究團隊前期采用氣體采樣吸附結(jié)合氣相色譜-嗅聞儀(gas chromatography-olfactometry，GC-O)分析了茅臺酒釀造用高粱蒸煮的主要香氣成分，確定了“糧香”是一種整體呈甜香和花香的復合香氣，從蒸汽吸附溶液中解析了20種香氣活性物質(zhì)[11]。這些香氣活性物質(zhì)以芳香族化合物為主，但也存在部分物質(zhì)ODP嗅聞強度較低，因此對揮發(fā)性香氣組分的香氣貢獻還需要進一步的研究。高粱蒸煮香氣由多種化合物組成，而不同的化合物閾值也存在差異，以香氣活力值(odor activity value，OAV)作為評價指標來分析各化合物的香氣貢獻，可以明晰各化合物對整體“糧香”特征的影響，為“糧香”酒樣的品評提供理論依據(jù)。

本研究以茅臺酒釀造用高粱蒸煮香氣為研究對象，對具有顯著“糧香”貢獻的化合物進行了定量分析，并結(jié)合OAV分析對高粱蒸煮特征香氣組分進行了深入研究。本研究有助于提高對茅臺酒糧香風味特征的認識，為“糧香”特征酒樣的剖析提供了技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

茅臺酒生產(chǎn)用高粱，茅臺基酒。

乙醇(≥95%)、氯化鈉(≥99.5%)：上海國藥集團；苯乙醛(≥95%)、苯乙酮(≥99.5%)、乙酸苯乙酯(≥97.0%)、苯乙酸丙酯(≥98%)、2-苯乙醇(≥99%)、香草醛(99%)、愈創(chuàng)木酚(≥98%)、γ-壬內(nèi)酯(97%)、2-辛醇(97%)：均購于美國Sigma公司；4-乙烯基愈創(chuàng)木酚(95%)：百靈威公司。

1.2 儀器與設(shè)備

氣體采樣泵224-PCXR4,美國SKC公司；氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀7890A-5975C，美國Agilent公司；多功能自動進樣器MPSⅡ，德國Gerstel公司；2 cm DVB/CAR/PDMS固相微萃取頭，美國Supelco。

1.3 方法

1.3.1 高粱蒸煮香氣物質(zhì)的定量分析

按文獻[11]所述方法吸附高粱蒸汽。精確稱量3.6 g NaCl于20 mL頂空瓶中，加入10 mL蒸汽吸附溶液，并加入10 μL 2-辛醇(5.45 mg/L，乙醇溶液)作為內(nèi)標化合物，旋緊瓶蓋。采用浸入式固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用方法(direct immersion-solid phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometric，DI-SPME-GC-MS)對揮發(fā)性成分進行提取、分離與分析。

標準曲線的繪制：將一定濃度的標準品配制在體積分數(shù)為10%的乙醇溶液中，并用等體積的10%乙醇溶液進行逐級稀釋，配制成一系列濃度梯度的混合標準溶液，按照高粱蒸煮香氣物質(zhì)的定量方法進行分析，并以目標化合物與內(nèi)標物的濃度比為橫坐標，響應(yīng)比為縱坐標建立標準曲線。

1.3.2 酒樣中“糧香”化合物的分析

吸取2 mL酒樣于頂空瓶中，加入8mL超純水稀釋后添加3.6 g NaCl飽和，并加入10 μL 2-辛醇(5.45 mg/L，乙醇溶液)作為內(nèi)標化合物，旋緊瓶蓋。按照高粱蒸煮香氣物質(zhì)的定量方法進行分析。

1.3.3 “糧香”特征物質(zhì)的OAV分析

香氣活力值用以表征某種香氣化合物對香氣貢獻的大小，計算方法見公式(1)：

(1)

式中：ci為樣品中的風味化合物濃度；閾值參照文獻[12]以體積分數(shù)10%乙醇溶液體系計。

1.3.4 儀器條件

氣相色譜條件：色譜柱，J&WDB-FFAP石英毛細柱(30 m×0.25 mm，0.25 μm)；進樣口溫度250 ℃；不分流進樣；SPME萃取頭解吸附時間5 min；載氣(He)流速1.6 mL/min；升溫程序：起始溫度40 ℃不保持，以6 ℃/min升溫速率升溫至230 ℃，保持20 min。

質(zhì)譜條件：電子電離源(electron ionization, EI)；電子轟擊能量70 eV；離子源溫度230 ℃；掃描方式：全掃描(scan)，范圍m/z35～350 amu；質(zhì)譜譜庫：NIST 14a.L。

2 結(jié)果與分析

2.1 高粱蒸煮香氣物質(zhì)的定量分析

前期研究結(jié)果表明，茅臺酒釀造高粱蒸煮特征物質(zhì)按照香氣特征可以分為：甜香、青草香、蒸糧香、生糧食香、堅果香、焦糖香和焦香這7類香韻。其中，甜香是高粱蒸煮香氣的主要特征，而蒸糧香對整體“糧香”特征有著不可或缺的貢獻[11]。為了深入分析各風味物質(zhì)對“糧香”特征的貢獻，實驗在前期研究的基礎(chǔ)上，對高粱蒸煮甜香和蒸糧香香韻中重要的風味物質(zhì)進行了定量分析。這些化合物包括甜香香韻中GC-O嗅聞強度大于2.0的苯乙醛、苯乙酮、乙酸苯乙酯、苯乙酸丙酯、苯乙醇和香草醛，蒸糧香香韻的愈創(chuàng)木酚和γ-壬內(nèi)酯，以及焦糖香香韻的4-乙烯基愈創(chuàng)木酚。通過氣體采樣結(jié)合溶劑吸附收集了10份蒸煮高粱蒸汽吸附溶液，感官評價均認為“糧香”特征明顯，它們中重要的風味貢獻物質(zhì)定量分析結(jié)果如表1。

表1 高粱蒸煮主要香氣化合物的定量分析結(jié)果Table 1 Quantitative results of main flavor compounds in sorghum steam

蒸汽吸附溶液中的含量最高的是4-乙烯基愈創(chuàng)木酚，質(zhì)量濃度為64.58～331.15 μg/L，對焦糖香有突出貢獻；其次是苯乙醇，含量為16.28～196.04 μg/L，表現(xiàn)出類似玫瑰花的香氣；乙酸苯乙酯和苯乙酸丙酯的含量較低，基本在1 μg/L以下；愈創(chuàng)木酚作為蒸糧香的關(guān)鍵風味物質(zhì)，最高達到了64.1 μg/L。高粱蒸煮關(guān)鍵香氣物質(zhì)的定量分析也再次佐證了苯乙醛和苯乙醇是甜香和花香特征的主要來源。但是，含量大的物質(zhì)對整體香氣的貢獻并不一定大，需要結(jié)合對應(yīng)的閾值才能判定各物質(zhì)對整體“糧香”特征的重要性。

2.2 高粱蒸煮香氣物質(zhì)的OAV分析

根據(jù)各香氣化合物在文獻[12]報道中的香氣閾值濃度，以9種香氣化合物在蒸汽吸附溶液中的含量均值計算它們的香氣活力值。從表2可以看出，共有3種香氣化合物OAV大于1，分別是苯乙醛、愈創(chuàng)木酚和4-乙烯基愈創(chuàng)木酚。

表2 高粱蒸煮主要香氣化合物的OAV分析Table 2 OAV analysis of main aroma compounds insorghum steam

苯乙醛具有明顯的花香特征，給人以愉悅、柔和的感覺，對“糧香”的花香香韻有重要的貢獻。它的OAV值也最高，達到了10.59，說明它對高粱蒸煮的香氣有十分重要的作用。其他具有花香和甜香特征的化合物中僅有香草醛濃度與風味閾值相近，其他化合物濃度遠低于閾值，說明了它們對花香和甜香香韻的貢獻不高，不是花香和甜香特征的主要來源。

愈創(chuàng)木酚的濃度高于其風味閾值，且標準品具有辛香、煙熏氣息的特征，其OAV值雖然不大，但在蒸煮高粱中表現(xiàn)出類似蒸糧食的香氣，是“糧香”特征不可或缺的組分之一。GC-O分析感知到的另一種具有蒸糧食香氣特征的化合物γ-壬內(nèi)酯，其平均OAV僅為0.05，且在10個樣品中的含量均遠低于閾值。表明其對蒸糧香香韻的貢獻并不大，對蒸糧香起主要呈香作用的是愈創(chuàng)木酚。

4-乙烯基愈創(chuàng)木酚的OAV為4.0，GC-O分析認為其具有淡淡的焦糖香，與標準品直接嗅聞的辛香、煙熏有差異，可能與其在樣品中的濃度和聞香人員狀態(tài)有關(guān)。4-乙烯基愈創(chuàng)木酚在收集的吸附溶液中具有含量高、香氣活力值大的特點，說明它也是蒸煮高粱“糧香”的重要貢獻物質(zhì)。

2.3 高粱蒸煮關(guān)鍵香氣物質(zhì)的驗證

2.3.1 模擬溶液中的驗證

高粱蒸煮吸附溶液中特征化合物的定量和OAV分析表明，苯乙醛、愈創(chuàng)木酚和4-乙烯基愈創(chuàng)木酚是“糧香”特征的關(guān)鍵香氣化合物，同時，它們也是茅臺酒中重要的香氣成分[13-14]。實驗根據(jù)蒸汽吸附溶液中的定量結(jié)果配制化合物標準品進一步驗證，按照10個樣品中各化合物濃度的均值含量(表2)添加至體積分數(shù)為10%的乙醇水溶液中，進行感官聞香評價。當表2中的9種化合物均添加時，聞香結(jié)果認為甜香重、甜膩感突出；只添加苯乙醛、愈創(chuàng)木酚和4-乙烯基愈創(chuàng)木酚這3種對“糧香”有主要貢獻的化合物時，與“糧香”特征有一定的相似度?？紤]到蒸煮高粱的蒸汽具有高溫、濕潤的特點，因此將3種化合物按樣品中的均值濃度添加在水中，45 ℃水浴密封加熱10 min后再打開聞香，可以感知到明顯的“糧香”特征，并且與茅臺酒生產(chǎn)中高粱蒸煮的香氣十分類似，熟糧食香氣明顯，甜香突出。從而進一步表明了茅臺酒生產(chǎn)用高粱蒸煮所產(chǎn)生的“糧香”是以愈創(chuàng)木酚貢獻的蒸糧香香韻、4-乙烯基愈創(chuàng)木酚貢獻的焦糖香韻、苯乙醛貢獻的甜香香韻為主的復合香氣。

2.3.2 溶液吸收蒸汽的驗證

實驗選擇了5個用溶液吸收了蒸汽的樣品，由專業(yè)品評人員按照“糧香”嗅聞強度由大到小依次排序為A到E，結(jié)合它們中的愈創(chuàng)木酚和苯乙醛的相對含量進行對比分析，結(jié)果如圖1。愈創(chuàng)木酚和苯乙醛在溶液中的含量與“糧香”感官強度具有相關(guān)性，表明它們對“糧香”香韻有貢獻。

圖1 溶液吸收蒸汽樣品中的愈創(chuàng)木酚和苯乙醛含量對比Fig.1 The concentration of 2-Methoxyphenol and Phenylacetaldehyde in sorghum steam

2.3.3 “糧香”特征酒樣中的驗證

實驗還通過對“糧香”特征酒樣的分析，驗證了愈創(chuàng)木酚、4-乙烯基愈創(chuàng)木酚、苯乙醛對“糧香”特征的貢獻。選擇兩組具有典型“糧香”特征的酒樣，由專業(yè)品評人員按照糧香強弱排序，并分析酒樣中的愈創(chuàng)木酚、4-乙烯基愈創(chuàng)木酚和苯乙醛含量。其中4-乙烯基愈創(chuàng)木酚在兩組酒樣中均未檢出，說明4-乙烯基愈創(chuàng)木酚并不是酒樣中“糧香”特征的主要貢獻物質(zhì)。不同“糧香”特征酒樣中的愈創(chuàng)木酚與苯乙醛含量如圖2。

圖2 兩組酒樣中的愈創(chuàng)木酚和苯乙醛含量Fig.2 The concentration of -Methoxyphenol and Phenylacetaldehyde in two groups of wine

兩組“糧香”特征酒樣的愈創(chuàng)木酚含量為8.6～58.5 μg/L，苯乙醛為765～997 μg/L。參照46%乙醇溶液中的閾值計算[15]，它們在酒樣中的OAV值分別為0.6～4.4和765～997。苯乙醛的OAV值高表明其在“糧香”酒樣中的風味貢獻較大，這與前期高粱蒸煮香氣甜香和花香突出的研究結(jié)論一致。愈創(chuàng)木酚的OAV雖然較小，但其表現(xiàn)出明顯的蒸糧食的香氣特征，且兩組“糧香”特征酒樣中的愈創(chuàng)木酚含量與“糧香”強度具有相關(guān)性，“糧香”強度大的酒樣中愈創(chuàng)木酚含量高，但苯乙醛的差別并不大，其原因是苯乙醛主要貢獻了花香和甜香香韻，對蒸糧香韻的貢獻較小，從而進一步表明愈創(chuàng)木酚對酒樣的“糧香”特征有貢獻。

3 結(jié)論

實驗在確定茅臺酒生產(chǎn)用高粱蒸煮香氣是以花香和甜香香韻為主的復合香氣的基礎(chǔ)上，進一步定量分析了蒸汽吸收溶液中呈甜香、花香和蒸糧香的物質(zhì)，并結(jié)合OAV分析發(fā)現(xiàn)苯乙醛、4-乙烯基愈創(chuàng)木酚和愈創(chuàng)木酚3種化合物的OAV均大于1，從而明確苯乙醛是甜香和花香的關(guān)鍵化合物，4-乙烯基愈創(chuàng)木酚主要貢獻了焦糖香特征，愈創(chuàng)木酚對蒸糧香有貢獻；通過模擬溶液配制進一步驗證了它們對“糧香”特征有貢獻。對溶液吸收蒸汽樣品的對比分析表明，苯乙醛和愈創(chuàng)木酚含量與“糧香”強度正相關(guān)；而“糧香”特征酒樣的定量分析結(jié)果則表明，酒樣中的愈創(chuàng)木酚含量與“糧香”強度具有相關(guān)性，其對“糧香”有著十分重要的作用。以上研究表明，對茅臺酒生產(chǎn)用高粱蒸煮香氣有貢獻的物質(zhì)是苯乙醛、愈創(chuàng)木酚和4-乙烯基愈創(chuàng)木酚。

研究對高粱蒸煮香氣物質(zhì)進行了深入分析，豐富了高粱蒸煮香氣研究體系，關(guān)鍵香氣化合物在酒樣中的驗證也完善了白酒風味物質(zhì)評價體系，對“糧香”特征酒樣的品評具有理論支持和實踐指導作用，對白酒中原料來源的風味物質(zhì)研究具有重要的意義。

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