瀘型酒蒸餾過(guò)程中基酒揮發(fā)性物質(zhì)變化分析

徐 勇，蒲秀鑫，郎召偉，張曉娟，王松濤，沈才洪，陸震鳴*，許正宏，

（1.國(guó)家固態(tài)釀造工程技術(shù)研究中心，四川 瀘州 646000；2.江南大學(xué)糧食發(fā)酵工藝與技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，江蘇 無(wú)錫 214122；3.江南大學(xué) 工業(yè)生物技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 生物工程學(xué)院，江蘇 無(wú)錫 214122）

中國(guó)白酒因其悠久的歷史、獨(dú)特的工藝，而成為我國(guó)具有民族特色的蒸餾酒，并與威士忌、伏特加、白蘭地、朗姆酒和金酒并稱為世界六大蒸餾酒[1]。濃香型白酒是中國(guó)白酒的典型代表之一，具有獨(dú)特的酒體風(fēng)格。

白酒中最主要的物質(zhì)是乙醇，但除了乙醇外還存在種類極其豐富的其他風(fēng)味物質(zhì)，盡管這些風(fēng)味物質(zhì)在酒中的含量很低，但是它們卻對(duì)白酒風(fēng)味和酒質(zhì)起重要的作用[2]。蒸餾是白酒生產(chǎn)過(guò)程的重要工序之一，可將酒醅中乙醇和其他多種微量揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)濃縮至基酒中[4-6]。蒸餾過(guò)程中的物質(zhì)的餾出順序是基于不同風(fēng)味化合物的沸點(diǎn)差異和水溶性不同，進(jìn)而導(dǎo)致了不同蒸餾時(shí)間的酒的風(fēng)味的不同。因此，研究白酒蒸餾過(guò)程中不同時(shí)間段對(duì)應(yīng)的風(fēng)味化合物的變化情況，對(duì)于明確風(fēng)味物質(zhì)在蒸餾過(guò)程中各階段基酒中的變化情況以及對(duì)后續(xù)監(jiān)控基酒品質(zhì)有重要意義。

本研究采用頂空固相微萃取（headspace solid-phase micro-extraction，HS-SPME）方法萃取瀘型酒蒸餾過(guò)程中基酒的揮發(fā)性物質(zhì)。并結(jié)合氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）等檢測(cè)手段來(lái)研究基酒在蒸餾過(guò)程中的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的變化情況，監(jiān)測(cè)了蒸餾過(guò)程中酒精度的變化情況，同時(shí)通過(guò)多元統(tǒng)計(jì)方法確定和分析了不同蒸餾時(shí)間對(duì)應(yīng)的基酒風(fēng)味特征物質(zhì)。以其為后續(xù)深入研究白酒風(fēng)味的變化機(jī)理奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

取發(fā)酵成熟的酒醅并進(jìn)行蒸餾，得到基酒樣品。從蒸餾開(kāi)始的第0 min開(kāi)始取樣，直至蒸餾結(jié)束，其間每隔1 min取樣一次。在蒸餾過(guò)程中共取得20個(gè)樣品，分別編號(hào)為0～19號(hào)。

氯化鈉、無(wú)水乙醇、甲醇、濃硫酸、重鉻酸鉀（均為分析純）：國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；2-辛醇（色譜純）：美國(guó)Sigma-Aldrich公司。

1.2 儀器與設(shè)備

Bruker SCIONSQ456氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀：德國(guó)Bruker公司；0/30μm DVB/CAR/PDMS頂空固相萃取頭：美國(guó)Supelco公司。

1.3 方法

1.3.1 基酒酒精度的測(cè)定[7]

分別準(zhǔn)確吸取0、0.02 mL、0.04 mL、0.06 mL、0.08 mL、0.10 mL、0.12 mL的乙醇標(biāo)準(zhǔn)溶液（40%）加入具塞比色管中，分別加入2 mL重鉻酸鉀溶液（8%）和1 mL濃硫酸，搖勻，靜置反應(yīng)10 min，用蒸餾水定容。反應(yīng)后的溶液用蒸餾水稀釋8倍后于波長(zhǎng)585 nm處測(cè)量其吸光度值。以吸光度值為縱坐標(biāo)，乙醇濃度為橫坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。吸取0.03 mL基酒至5 mL具塞比色管中，加2 mL重鉻酸鉀溶液（8%），再緩慢加入1 mL濃硫酸，搖勻，靜置反應(yīng)10 min，用蒸餾水定容，反應(yīng)后的溶液先用蒸餾水稀釋8倍后于波長(zhǎng)585 nm處測(cè)定吸光度值。樣品中的酒精含量根據(jù)乙醇標(biāo)準(zhǔn)曲線回歸方程計(jì)算。

1.3.2 酒醅和基酒中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的測(cè)定[8]

樣品處理方法：稱取2 g酒醅或8 mL基酒至20 mL頂空固相微萃取瓶中，加8 mL蒸餾水、3 g氯化鈉和10μL 2-辛醇，振蕩均勻。將萃取頭插入萃取瓶上部空氣，在50℃條件下吸附40 min，在GC進(jìn)樣口250℃解吸5 min。

分析條件：DB-Wax色譜柱（30 m×0.32 mm×0.25μm）。氦氣（He）為載氣，1.0 mL/min，氣化室溫度250℃，色譜柱起始溫度40℃，維持3 min，再以5℃/min速率升溫至60℃，最后以10℃/min速率升至230℃，維持8 min，共計(jì)32 min。電子電離（electron ionization，EI）源，電子倍增器電壓為350 V，電子能量為70 eV，發(fā)射電流200μA，接口溫度250℃，離子源溫度200℃，掃描范圍控制在33～450 u。

1.3.3 多元統(tǒng)計(jì)分析

（1）聚類分析

選取參與聚類分析的風(fēng)味物質(zhì)作為變量，對(duì)變量進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。根據(jù)要求選擇合適的聚類類型，本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行Q型聚類時(shí)選用歐氏距離（Euclidean distance）法，進(jìn)行R型聚類時(shí)選用相關(guān)系數(shù)距離（Pearson correlation）法[9]。

（2）主成分分析

選取參與主成分分析的風(fēng)味物質(zhì)作為變量，對(duì)變量進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。本實(shí)驗(yàn)主要選用巴特利特球形檢驗(yàn)（Bartlett Test of Sphericity）和KMO（Kaiser-Meyer-Olkin）檢驗(yàn)來(lái)確認(rèn)原有變量是否適合主成分分析。并通過(guò)計(jì)算變量的協(xié)方差矩陣，根據(jù)結(jié)果選取特征值大于1，累計(jì)方差貢獻(xiàn)率大于80%作為后續(xù)分析的主成分。通過(guò)分析結(jié)果找出每個(gè)樣本與原變量之間的關(guān)系[9]。

2 結(jié)果與分析

2.1 蒸餾過(guò)程中基酒酒精度變化

瀘型酒蒸酒過(guò)程是在邊上汽邊裝料的條件下進(jìn)行的。蒸餾完成后可將4%vol～6%vol左右的乙醇經(jīng)汽化、冷凝、汽化等步驟濃縮為70%vol左右酒精度的大曲酒基酒[5]。從圖1可以看出，隨著蒸餾時(shí)間的延長(zhǎng)，基酒中酒精度逐漸下降，第0～1 min為第一段酒頭，此時(shí)酒精度較高為75.6%vol；第2～14 min為第二段，此時(shí)酒精度下降較為緩慢；第15～19 min為第三段酒尾，此時(shí)酒精度開(kāi)始迅速下降至13.9%vol。

2.2 蒸餾過(guò)程中基酒揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)變化

蒸餾過(guò)程中，在蒸汽的不斷加熱下，溫度會(huì)不斷升高，隨著酒精的蒸出，酒醅中的多種微量風(fēng)味物質(zhì)在蒸餾過(guò)程中也會(huì)和蒸汽一同進(jìn)入酒體。由于不同化合物具有不同的理化性質(zhì)，因此不同蒸餾時(shí)間段的基酒具有不同的變化規(guī)律，從而造成了不同時(shí)間段的基酒具有不同的風(fēng)味特點(diǎn)。本次通過(guò)GC-MS在蒸餾過(guò)程的20個(gè)基酒樣品中共檢測(cè)出105種揮發(fā)性風(fēng)味化合物，其中64種酯類物質(zhì)、12種醇類物質(zhì)、5種酸類物質(zhì)、8種醛類物質(zhì)、3種酚類物質(zhì)和13種其他化合物。

2.2.1 酯類物質(zhì)

蒸餾過(guò)程中酯類物質(zhì)總含量變化見(jiàn)圖2，四大酯類化合物的變化見(jiàn)圖3。酯類物質(zhì)共檢測(cè)出64種，是檢測(cè)到的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)中種類最多、含量最高的。從圖2可以看出，隨著蒸餾時(shí)間的延長(zhǎng)，酯類物質(zhì)含量呈下降的趨勢(shì)，從蒸餾開(kāi)始時(shí)的1 700.9 mg/L下降至蒸餾結(jié)束時(shí)的320.5 mg/L。酯類物質(zhì)大量集中在酒頭，即0～1 min階段，且呈現(xiàn)快速下降的趨勢(shì)，其中含量較高的四大酯類化合物，如乙酸乙酯、丁酸乙酯、己酸乙酯在第0～1 min也呈現(xiàn)迅速下降。此外，通過(guò)圖3可以看出，乳酸乙酯在蒸餾過(guò)程中表現(xiàn)為逐漸上升趨勢(shì)，這可能是由于其具有沸點(diǎn)和極性相對(duì)較高的原因。

乙酸乙酯、丁酸乙酯、己酸乙酯、乳酸乙酯在濃香型白酒中含量較高且是白酒風(fēng)味的主要貢獻(xiàn)者，因此被稱為是濃香型白酒的四大酯，其中己酸乙酯是濃香型白酒主體香氣成分[10]。從圖3可以看出，己酸乙酯在整個(gè)蒸餾過(guò)程中平均占揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)總量的47.4%，并且含量呈下降趨勢(shì)，從823.9 mg/L下降至169.3 mg/L。乙酸乙酯從開(kāi)始時(shí)的155.8 mg/L下降至結(jié)束時(shí)的2.5 mg/L，丁酸乙酯從153.9 mg/L下降至7.3 mg/L。乳酸乙酯在蒸餾過(guò)程中間（10 min）才被檢測(cè)到，這與張鵬等[11]報(bào)道的濃香型白酒的四大酯的變化規(guī)律一致。

圖3 蒸餾過(guò)程中四大酯類化合物的變化Fig.3 Changes of four main ester contents during distillation

2.2.2 醇類物質(zhì)

醇類物質(zhì)在白酒中對(duì)酯類物質(zhì)具有助香、襯托作用，使香氣更濃郁醇厚[12-14]。本實(shí)驗(yàn)共檢測(cè)到包括丁醇、己醇、庚醇、辛醇、壬醇、葵醇、異丁醇、異戊醇、苯乙醇、6-十一烷醇、1-十六烷醇、烯丙基正戊基甲醇在內(nèi)的12種醇類物質(zhì)。從圖4可以總結(jié)出，醇類物質(zhì)在蒸餾過(guò)程中總體呈下降趨勢(shì)，從22.1 mg/L下降至11.9 mg/L。且醇類物質(zhì)在蒸餾第0～14 min時(shí)呈不規(guī)律的下降趨勢(shì)，在第15 min以后開(kāi)始急劇下降，造成這種變化規(guī)律的主要原因可能是由于在0～14 min基酒中含有較多的異戊醇和己醇，這兩種物質(zhì)對(duì)醇類物質(zhì)的變化干擾較大，因此呈現(xiàn)不規(guī)律的變化結(jié)果，在14 min以后由于異戊醇含量迅速降低，導(dǎo)致醇類物質(zhì)總量急劇下降，這與酒精度的變化趨勢(shì)一致。

圖4 蒸餾過(guò)程醇類物質(zhì)的變化Fig.4 Changes of alcohol contents during distillation

2.2.3 酸類物質(zhì)

酸類物質(zhì)作為白酒中的重要呈味物質(zhì)，在白酒中可以起到緩沖酒體、協(xié)調(diào)口感的作用[15-16]。在蒸餾過(guò)程中檢測(cè)到的酸類物質(zhì)主要有亞麻酸、戊酸、己酸、庚酸和辛酸這5種酸類物質(zhì)，己酸是檢測(cè)出來(lái)的酸類物質(zhì)中含量最高的，在整個(gè)蒸餾過(guò)程都能檢測(cè)到。從圖5可以總結(jié)出，酸類物質(zhì)的含量總體變化是呈上升趨勢(shì)的，從2.1 mg/L上升至23.8 mg/L。在蒸餾過(guò)程的前半段即第0～13 min時(shí)酸類物質(zhì)的含量上升趨勢(shì)較為平緩，在第14分鐘后才開(kāi)始呈現(xiàn)較為急劇的上升趨勢(shì)，尤其是第16分鐘后變化更為明顯。

圖5 蒸餾過(guò)程中酸類物質(zhì)的變化Fig.5 Changes of acid contents during distillation

2.2.4 醛類物質(zhì)

醛類物質(zhì)在酒中可以起到很強(qiáng)的呈香作用[17-18]，盡管其在酒中的含量低且種類少[19-20]。本次實(shí)驗(yàn)共檢查到的醛類物質(zhì)主要有壬醛、糠醛、苯甲醛、6-壬烯醛、反式-2-壬烯醛、苯乙醛二乙縮醛、反式-2,4-癸二烯醛、異丁醛二乙縮醛這8種醛類物質(zhì)。從圖6可知，醛類物質(zhì)的變化趨勢(shì)為剛開(kāi)始蒸餾時(shí)上升較為緩慢，蒸餾進(jìn)行到10 min后開(kāi)始迅速上升，然后又在17 min后下降。醛類物質(zhì)的含量從開(kāi)始時(shí)的3.69 mg/L上升至18.9 mg/L，隨后又下降至14.67 mg/L。

圖6 蒸餾過(guò)程中醛類物質(zhì)的變化Fig.6 Changes of aldehyde contents during distillation

2.3 瀘型酒基酒蒸餾過(guò)程中揮發(fā)性成分的多元統(tǒng)計(jì)分析

多元統(tǒng)計(jì)分析的變量選擇為在蒸餾過(guò)程中通過(guò)GC-MS檢測(cè)到的檢出率＞80%的33種揮發(fā)性風(fēng)味化合物，依次編號(hào)為V1～V33，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 參與多元統(tǒng)計(jì)分析的33種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)Table 1 Thirty-three volatile compounds used for multivariate statistical analysis

2.3.1 聚類分析

本實(shí)驗(yàn)對(duì)20個(gè)基酒樣品進(jìn)行聚類分析，結(jié)果如圖7所示。

圖7 基于風(fēng)味物質(zhì)的蒸餾過(guò)程中20個(gè)基酒樣品聚類分析Fig.7 Cluster analysis of 20 base liquor samples based on the volatile compounds during distillation

根據(jù)聚類分析的結(jié)果可以將蒸餾過(guò)程分為四段，第一段是0～1 min，第二段是2～7 min，第三段是8～15 min，第四段是16～19 min。生產(chǎn)企業(yè)將蒸餾過(guò)程中基酒樣品分為三段，分別是0～1 min為第一段酒頭，2～14 min為第二段，15～19 min為第三段酒尾，這一分類與本實(shí)驗(yàn)的聚類結(jié)果相似。

2.3.2 主成分分析

通過(guò)對(duì)在蒸餾過(guò)程中檢測(cè)到的檢出率＞80%的33種揮發(fā)性風(fēng)味化合物和20個(gè)基酒樣品作為變量分別進(jìn)行主成分分析，結(jié)果如圖8所示。

圖8 蒸餾過(guò)程基酒中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)主成分分析Fig.8 Principal component analysis based on the volatile compounds in base liquor during distillation

結(jié)合圖8（a）和（b）可以發(fā)現(xiàn)，在蒸餾開(kāi)始時(shí)主要為大量的酯類化合物，分別是乙酸乙酯、乙酸異戊酯、乙酸己酯、丁酸乙酯、丁酸異戊酯、戊酸乙酯、己酸乙酯、己酸丙酯、庚酸乙酯、棕櫚酸乙酯、反油酸乙酯、亞油酸乙酯。這12種酯類化合物賦予酒頭豐富的香氣，可以與其他蒸餾時(shí)間的基酒很好的分開(kāi)；在蒸餾第1～7分鐘主要對(duì)應(yīng)的風(fēng)味化合物為4-甲基戊酸乙酯、丁酸丁酯、己酸異丁酯、己酸異戊酯、己酸戊酯、己酸己酯、異戊酸異戊酯、辛酸乙酯、壬酸乙酯、癸酸乙酯、異戊醇、壬醛、2,4-二叔丁基苯酚，這13種風(fēng)味化合物在這個(gè)蒸餾階段含量較高，賦予該階段基酒獨(dú)特的香氣，可以將其與其他階段基酒區(qū)分開(kāi)；在蒸餾第8～15分鐘對(duì)應(yīng)的風(fēng)味物質(zhì)主要為苯甲酸乙酯、月桂酸乙酯、己醇、辛醇這四種風(fēng)味化合物，這些物質(zhì)賦予此階段基酒醇甜濃郁的香氣，與其他階段的基酒可以加以區(qū)分；在蒸餾第16～19分鐘對(duì)應(yīng)的風(fēng)味物質(zhì)主要為苯乙酸乙酯、苯丙酸乙酯、己酸、糠醛這四種風(fēng)味化合物，這些化合物使蒸餾第16～19分鐘的酒尾表現(xiàn)出酸澀苦悶的風(fēng)味，與其他階段基酒風(fēng)味形成鮮明對(duì)比。

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)采用HS-SPME結(jié)合GC-MS等檢測(cè)手段研究了瀘型酒基酒蒸餾過(guò)程中的揮發(fā)性物質(zhì)的變化規(guī)律。瀘型酒基酒的酒精度從蒸餾剛開(kāi)始的75.6%vol下降至結(jié)束時(shí)的13.9%vol。采用聚類分析方法對(duì)揮發(fā)性物質(zhì)組成進(jìn)行了分析，結(jié)果表明整個(gè)蒸餾過(guò)程可分為4個(gè)階段：0～1 min，1～7 min，8～15 min，16～19 min。通過(guò)主成分分析發(fā)現(xiàn)，0～1 min基酒中的主要特征化合物為乙酸乙酯、乙酸異戊酯、乙酸己酯等各種酯類化合物，賦予了酒頭豐富的香氣成分；1～7 min基酒中主要特征化合物為丁酸丁酯等酯類，以及異戊醇、壬醛等；8～15 min基酒中主要特征化合物為苯甲酸乙酯、月桂酸乙酯等酯類，以及己醇、辛醇等醇類，賦予基酒醇甜濃郁的香氣；16～19 min基酒中主要特征化合物為苯乙酸乙酯、苯丙酸乙酯、己酸、糠醛，可能使該階段的酒體呈現(xiàn)酸澀苦悶的風(fēng)味。本研究對(duì)于瀘型酒蒸餾工藝的解釋提供了數(shù)據(jù)支持和參考依據(jù)。