基于氣相色譜技術(shù)的醬香型白酒有機質(zhì)特征指紋分析方法優(yōu)化研究

解凌遠 宋月 申州洋

[摘要]本文從白酒成分出發(fā)，結(jié)合不同現(xiàn)代儀器分析手段的特點，選取了一種針對白酒有機質(zhì)組分進行特征指紋分析的方法，從醬香型白酒入手，對白酒的研究現(xiàn)狀、檢測手段、實驗方法（預(yù)處理方法、色譜條件、色譜柱的選擇）進行分析，將不同檢測手段和實驗方法進行橫向?qū)Ρ?，為特征指紋分析方法的建立提供了理論依據(jù)，并為白酒品級和種類的鑒別提供了一種新思路。

[關(guān)鍵詞]白酒;氣相色譜;高分辨質(zhì)譜;標志物檢測;指紋分析

中圖分類號：TS262.3 文獻標識碼：A DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.202003

白酒的組成分子較多，成分復雜，研究其分子組成有利于從本質(zhì)上認清白酒的特征，通過分子的組成以及相對含量判斷白酒的品質(zhì)及其所屬的酒類。

針對我國白酒三大主要香型——醬香型、濃香型及清香型，前人已經(jīng)通過液液萃?。↙LE）或固相萃?。⊿PE）等技術(shù)與氣相色譜-氫火焰離子化檢測器聯(lián)用（GC-FID），或采用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（GC-MS）的方法測定部分白酒中含有的微量有機物成分。

由于選取的白酒香型、預(yù)處理、萃取方法及分析所用儀器等不同，同一香型不同品牌中檢測出的結(jié)果也不盡相同。目前我國在使用高分辨質(zhì)譜（HRMS）對白酒有機質(zhì)成分分析方面的研究非常少，而普遍使用的是GC-MS分析實驗方法。但使用高分辨質(zhì)譜儀能夠得到更大分子量范圍的譜圖，即可以檢測出更大分子量的有機成分。要想找到不同種類白酒的指紋譜圖，并定性檢測出白酒中的未知成分，首先需要發(fā)現(xiàn)標志物質(zhì)，再對標志峰進行定性;先針對一種香型的白酒進行實驗，探究實驗方案的可行性，再對其他香型白酒進行分析。

1 白酒成分及實驗酒樣選擇

1.1 白酒成分及不同香型的特點

白酒含有的化合物十分豐富，酒精與水的含量約為98%，微量成分的含量約為2%，這2%的微量成分決定著白酒的風味特征。微量成分復雜、種類繁多，這些物質(zhì)按照化合物類別可分為酯類、醇類、酸類、醛類、羰基、含氮、含硫、呋喃、醚類、酚類、氨基酸和其他類物質(zhì)[1]。由于白酒中的這些化合物的含量少、種類多，使研究分析工作的難度較大。不同香型的白酒特征成分略有不同，濃香型白酒的主體香是己酸乙酯，清香型白酒的主體香是乙酸乙酯，而醬香型白酒的主體香至今還沒有定論，醬香型白酒擁有比其他白酒更為豐富的香味物質(zhì)[2]。

1.2 實驗白酒種類的選擇

濃香型白酒的國標尚未制定成文，因此在準備酒樣時難以統(tǒng)一標準，故排除;清香型白酒總體香含量較低，并且是小曲發(fā)酵，發(fā)酵簡單，微生物發(fā)酵產(chǎn)物也相對較少，對于尋找有機質(zhì)分子來說難度較大，故也不是理想選擇。因此，首先采用醬香型的白酒進行實驗，確定實驗方法后，可以應(yīng)用于各類白酒。雖然醬香型白酒的主體香還沒確定，但是醬香型白酒擁有比其他白酒更為豐富的香味物質(zhì)，較多的有機質(zhì)組分更有利于初步的檢測，以確定檢測方法。綜上分析，實驗擬選擇醬香型白酒。

2 檢測手段的選擇與分析

2.1 蒸餾酒常規(guī)檢測手段

目前國外蒸餾酒中有機質(zhì)組成的分析方法主要有氣相色譜和質(zhì)譜分析法等，如利用頂空固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（HS-SPME-GC-MS）和高分辨率質(zhì)譜技術(shù)（HRMS）鑒別多種朗姆酒[3]，利用電噴霧-傅里葉變換質(zhì)譜法（ESI-FT-ICR-MS）分析威士忌的組成成分并控制品質(zhì)[4]，以及利用色譜技術(shù)分析酚類物質(zhì)和短鏈有機酸成分對白蘭地品質(zhì)的決定性影響[5]等。

2.2 GC-FID在白酒有機質(zhì)成分定性分析中的可行性分析

色譜圖的形狀無準確標志作用，即無法精確判別白酒的種類。通過知網(wǎng)檢索，檢索式為：主題（白酒）+全文（GC-FID）找到128個結(jié)果;主題（白酒）+全文（GC-MS）找到1292個結(jié)果，故GC-FID可供參考的文獻過少。沒有質(zhì)譜圖的情況下無法通過搜庫推測分子式和結(jié)構(gòu)式，難以定性，也難以通過文獻中其他人的成果幫助對每根峰定性。此外，直接進樣GC-FID多用于定量分析某些高濃度化合物，其定性分析需配制標準溶液，根據(jù)混合標樣色譜圖的保留時間[6-12]和出峰順序定性各組分，即定性結(jié)果需要與標準溶液對比得出。若要定性較多組分，標品的購買以及根據(jù)色譜圖逐個定性的難度較大。也有參考《白酒分析方法》（GB/T 10345—2007）進行檢測，但可定性的物質(zhì)只有十余種，且無法實現(xiàn)對未知組分的檢測。綜上，排除GC-FID方法。

2.3 GC-MS和HRMS在特征指紋分析中的優(yōu)點

通過高分辨率質(zhì)譜圖的峰數(shù)差異可粗略得出總的有機質(zhì)種類差異，可大致作為白酒檔次的判斷依據(jù)。此外，采用HRMS結(jié)合GC-MS、GC-FID、GC-O等方法對蒸餾酒和葡萄酒的分析已有不少研究。例如，利用GC-HRMS技術(shù)對39種影響葡萄酒品質(zhì)的半揮發(fā)性化合物（農(nóng)藥殘留、酚類物質(zhì)、活性二苯乙烯等）進行測定[13];利用GC-HRMS對（半）揮發(fā)性威士忌成分進行指紋圖譜分析[14];利用高分辨率質(zhì)譜對啤酒多酚進行綜合表征，并通過產(chǎn)品離子掃描實驗對碎片的高質(zhì)量準確度進行驗證[15];利用液相色譜-電噴霧-高分辨質(zhì)譜聯(lián)用對葡萄酒和啤酒樣品中揮發(fā)性硫醇進行鑒別和定量[16]。以上文獻中均提到了高分辨率質(zhì)譜準確識別化合物的重要性，并且高分辨率質(zhì)譜儀彌補了氣相色譜的缺點，即分析樣品前必須先使樣品中大部分有機質(zhì)揮發(fā)出來，再鑒定揮發(fā)組分的組成。常用的固相萃取過程中常會損失大量的醇類物質(zhì)，造成結(jié)果部分缺失。相比之下，HRMS分析手段不要求樣品必須以氣態(tài)形式存在，能夠鑒定難揮發(fā)組分，對GC-MS的結(jié)果是個很好的補充。

GC-MS可以解決高分辨質(zhì)譜的定量問題，HRMS可以輔助GC-MS更準確定性，兩者結(jié)合使用可以加強實驗的準確性，此方法有良好的可行性。

3 實驗方法

3.1 實驗條件

白酒液液萃取的關(guān)鍵是乙醇濃度對萃取物的影響。高度白酒必須稀釋后才能有效萃取，適宜的乙醇濃度為10vol%～14vol%[17-18]。

實驗中的柱溫選擇、進樣口溫度選擇、分流比和載氣流量選擇各不相同，載氣流速等色譜條件隨儀器而異，需通過試驗選擇最佳操作條件，以內(nèi)標峰和樣品中其他組分峰獲得完全分離為準。

3.2 前處理方法及優(yōu)化

取100mL酒樣，置于250mL分液漏斗中，然后加入萃取劑，振蕩15min，靜置5min，取下層液體再次萃取。萃取劑依次添加80mL、50mL、30mL，連續(xù)萃取3次。將萃取后的液體，過濾至旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)瓶，蒸餾至1mL左右，用0.25?m有機濾膜過濾后裝入棕色樣品瓶，置于4℃冰箱中儲存，以備上機使用。提取劑種類、混合比例及用量需進行預(yù)實驗優(yōu)化選擇。

3.3 色譜柱的選擇及對比分析

醬香型白酒的微量成分具有如下特征：（1）酸含量高。（2）酯含量較濃香型低，但有機質(zhì)種類豐富齊全，主要含有丙酸乙酯、異戊酸乙酯、異丁酸乙酯等。（3）醛酮類含量高。（4）含氮雜環(huán)化合物是各香型中最多的。（5）經(jīng)常出現(xiàn)正丙醇、庚醇和辛醇含量高。（6）呋喃類化合物特別是糠醛含量高。（7）芳香族化合物含量高。

小口徑毛細管柱如PEG-20M、FFAP一般應(yīng)用于高溫色譜，具有分離效果好、分離組分多、檢出極限高的特點。但PEG-20M柱對乙酸乙酯、乙縮醛、甲醇分離效果不好，乙酸乙酯與乙縮醛峰常重合，因此不適于檢測乙酸乙酯。對于高沸點酯類、醇類、酸類組分的分離效果好，面對這些組分的分析問題時，這兩種色譜柱應(yīng)為首選，一般多用于酒樣中高沸點醇酯等芳香成分的分析。此外，CP-Wax57CB也是白酒香味分析中較為理想的柱型，1999年后CP-Wax 57CB是蔡心堯等人白酒分析實際工作的首選，其能夠彌補PEG-20M、FFAP類色譜柱的不足，且只適用于FID為檢測器的氣相色譜，故不適合用作指紋分析。與PEG-20M類似，Wax柱的固定相也為聚乙二醇，是高極性柱，其中HP-INNOWax、DB-Wax較為常用。DB-Wax是經(jīng)典的PEG柱子，和傳統(tǒng)的保留指數(shù)一致或相近，一般多用于氣相色譜;HP-INNOWax與之特性相當，但耐溫較高，且保留特性稍有差異，因此更適用于GC-MS分析。經(jīng)上述分析，采用GC-MS與HRMS聯(lián)合使用的方法，HP-INNOWax和PEG-20M兩種毛細管色譜柱更適合白酒的有機質(zhì)特征指紋分析。

4 結(jié) 論

通過高分辨率質(zhì)譜得到一種粗略鑒定白酒品質(zhì)的方法，并且能夠通過GC-MS和HRMS檢測出未知標志化合物用來快速區(qū)分白酒種類，得到醬香型白酒的特征指紋圖譜，并適用于其他香型酒樣檢測，且實驗結(jié)果可靠。

參考文獻

[1] 陳果忠，李世鋒，陳佳文.白酒微量香氣成分分析與樣品處理應(yīng)用研究[J].中國釀造，2018，37（4）：1-6.

[2] 馮俊旗.河南六種白酒香氣成分的分析與構(gòu)成規(guī)律研究[D].新鄉(xiāng)：河南科技學院，2013.

[3] J.R.Belmonte-Sánchez，S.Gherghel，J.ArrebolaLiébana，et al. Rum classification using fingerprinting analysis of volatile fraction by headspace solid phase microextraction coupled to gas chromatography-mass spectrometry[J].Talanta，2018（187）：348-356.

[4]J.S.Garcia，B.G.Vaz，Y.E.Corilo，et al.Whisky analysis by electro spray ionization-Fourier transform masss pectrometry[J].Food Research International，2013（51）：98-106.

[5] M.M.Sánchez-Guillén，M.Schwarz-Rodríguez，M.C.Rodríguez-Dodero，et al. Discriminant ability of phenolic compounds and short chain organic acids profiles in the determination of quality parameters of Brandy de Jerez [J].Food Chemistry，2019（285）：275-281.

[6] 范文來，徐巖.白酒香氣物質(zhì)研究的方法學[J].食品科學技術(shù)學報，2018，36（3）：1-10.

[7] 李大和，王超凱，李國紅.白酒生產(chǎn)檢驗（十二）：原酒及成品酒分析[J].釀酒科技，2014（4）：122-126.

[8] 蔡心堯.采用毛細管柱直接進樣技術(shù)分析白酒香味組分的方法研討[J].釀酒，2004（3）：7-10.

[9] 范文來，徐巖.醬香型白酒中呈醬香物質(zhì)研究的回顧與展望[J].釀酒，2012，39（3）：8-16.

[10] 胡韶武，張國杰.白酒分析方法（2007版）解讀[J].釀酒，2007 （5）：91-92.

[11] 陳霈，蘆光生，叢娃莉.對PEG20M、DNP+Tween60（80）和402柱的白酒分析評價[J].福建分析測試，2008（1）：47-48.

[12] Fan W，Qian M C.Headspace Solid Phase Microextraction and Gas Chromatography？Olfactometry Dilution Analysis of Young and Aged Chinese“Yanghe Daqu” Liquors[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry，2005， 53（20）：7931-7938.

[13] T.Rodríguez-Cabo，I.Rodríguez，M.Ramil，et al.Multiclass semi-volatile compounds determination in wine by gas chromatography accurate time-of-flight mass spectrometry[J].Journal of Chromatography A，2016 （1442）：107-117.

[14] Michal Stupak，Ian Goodall，Monika Tomaniova.A novel approach to assess the quality and authenticity of Scotch Whisky based on gas chromatography coupled to high resolution mass spectrometry[J].Analytica Chimica Acta，2018（1042）：60-70.

[15] Paola Quifer-Rada，Anna Vallverdú-Queralt，Miriam Martínez-Huélamo，et al.A comprehensive characterisation of beer polyphenols by high resolution mass spectrometry （LC–ESI-LTQ-Orbitrap-MS）[J].Food Chemistry， 2015（169）：336-343.

[16] Vichi S，Nuria Cortés-Francisco，Caixach J.Analysis of volatile thiols in alcoholic beverages by simultaneous derivatization/extraction and liquid chromatography-high resolution mass spectrometry[J].Food Chemistry，2015，175（175）：401-408.

[17] Fan W L，Qian M C.Identification of aroma compounds in Chinese“YangheDaqu”liquor by normal phase chromatography fractionation followed by gas chromatography/olfactometry[J].Flavor and Fragrance Journal，2006，21（2）：333-342.

[18] Fan W L，Qian M C.Characterization of aroma compounds of Chinese“Wuliangye”and“Jiannanchun”liquors by aroma extract dilution analysis[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry，2006，54（7）：2695-2704.