基于靜態(tài)頂空-氣質(zhì)聯(lián)用法分析醬香型白酒空杯香氣成分

孫文佳，汪廷彩，雷 毅，劉鴻鋼，鄧艷虹

（廣東省食品檢驗(yàn)所 國家白蘭地、威士忌、伏特加及葡萄酒產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，廣東 廣州 510435）

空杯留香是指裝過優(yōu)質(zhì)白酒的杯子，酒的香氣會保留一段時(shí)間的現(xiàn)象。主要原因是優(yōu)質(zhì)白酒中含有多種芳香氣味的化合物，揮發(fā)速度慢，酒的香氣持續(xù)散發(fā)[1-3]。特別是優(yōu)質(zhì)醬香型白酒，有空杯留香持久的典型風(fēng)格[4-5]?？毡粝銜r(shí)間的長短，也是評價(jià)一款醬香酒等級的因素之一[6]。目前，主要是從感官品評技術(shù)對空杯留香現(xiàn)象進(jìn)行闡述，針對空杯留香開展儀器檢測的文獻(xiàn)報(bào)道較少[7-9]。頂空萃取可以準(zhǔn)確并精確地進(jìn)行多個(gè)樣品的自動分析，使用頂空進(jìn)樣可以非常有效地減少用于樣品前處理的時(shí)間和金錢，無需從基體中提取出被分析物以便進(jìn)行液體進(jìn)樣。目前，頂空與色譜技術(shù)聯(lián)用已廣泛用于酒中揮發(fā)性香氣成分的分析[10-12]。吳惠勤等[7]采用溶劑抽提-自然揮發(fā)-溶解法分離珍酒、茅臺酒空杯香成分，認(rèn)為醬香型珍酒、茅臺酒的空杯香成分存在于中性組分中，以十六酸乙醋、油酸乙酯、亞油酸乙醋、苯乙醇和苯乙酸乙醋為主。徐占成等[8]發(fā)明了一種用于收集空杯香氣的特殊酒杯，利用全二維氣相色譜-飛行質(zhì)譜對收集到的白酒氣體物質(zhì)進(jìn)行分析，確定出6種殘留在酒杯中的氣味物質(zhì)。SAGRATINI G等[13]采用頂空固相微萃取與氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)對來自意大利麥奇斯和阿布魯佐的蒙特普爾恰諾單品種紅葡萄酒的揮發(fā)性香氣成分進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)己酸乙酯、癸酸乙酯和辛酸乙酯等酯類和苯乙醇、3-甲基-1-丁醇等醇類是主要的香氣化合物。

該研究模擬感官品評中品評空杯的操作，提出了一種靜態(tài)頂空獲取空杯香氣成分的前處理方法。采用靜態(tài)頂空結(jié)合氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法（static headspace gas chromatog raphy-mass spectrometry，SHS-GC-MS）檢測醬香型白酒中空杯留香香氣成分，采用單因素試驗(yàn)研究了平衡溫度、平衡時(shí)間對醬香型白酒香氣成分有效峰個(gè)數(shù)的影響，優(yōu)化空杯留香揮發(fā)性香氣成分檢測參數(shù)，并結(jié)合香氣活力值（odor activity value，OAV）評價(jià)香氣貢獻(xiàn)大小，旨在為研究醬香型白酒空杯留香揮發(fā)性香氣成分的檢測方法提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

醬香型白酒酒樣（2020年）：產(chǎn)自貴州省仁懷市茅臺鎮(zhèn)。其他試劑均為國產(chǎn)分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

7890-5977B氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀、7697A頂空進(jìn)樣器、DB-624（30 m×0.32 mm×1.8 μm）毛細(xì)管色譜柱：美國Agilent公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品的預(yù)處理

參照國家標(biāo)準(zhǔn)白酒分析方法GB/T 10345—2007《白酒分析方法》中白酒感官品評的分析方法[15]，結(jié)合相關(guān)的品鑒文字和視頻資料[16]，模擬感官品評中空杯香的處理方式，獲取酒樣的空杯香氣。

將準(zhǔn)備好的醬香型白酒酒樣10 mL加入20 mL頂空瓶中，室溫下靜置30 min；用移液槍吸空頂空瓶中的酒樣，室溫下靜置5 min；密封頂空瓶，待測。

1.3.2 頂空條件的優(yōu)化

進(jìn)樣環(huán)體積1 mL，定量環(huán)溫度100 ℃，樣品瓶填充壓力15kPa，加壓時(shí)間0.25min，充氣時(shí)間0.2min，進(jìn)樣時(shí)間0.5min；傳輸線：DB-ProSteel，傳輸線溫度120 ℃；載氣：氦氣（He）。

根據(jù)動力學(xué)和熱力學(xué)原理分析得出，平衡溫度、平衡時(shí)間、樣品量是影響靜態(tài)頂空方法的主要因素[3]。本試驗(yàn)研究空杯留香情況，只對前兩個(gè)因素進(jìn)行優(yōu)化。采用單因素試驗(yàn)，分別考察平衡溫度（50 ℃、60 ℃、70 ℃、80 ℃、90 ℃）、平衡時(shí)間（10 min、15 min、20 min、25 min、30 min）對醬香型白酒香氣成分有效峰個(gè)數(shù)的影響。

1.3.3 儀器方法

氣相色譜條件：進(jìn)樣口溫度220 ℃；柱溫采用程序升溫，起始溫度70 ℃，保留2 min，以10 ℃/min升至100 ℃，保留2 min，再以15 ℃/min升至220 ℃，保留15 min；恒定流速1.5 mL/min；分流比10∶1；載氣為氦氣（He）。

質(zhì)譜條件：傳輸線溫度250 ℃，電離方式為電子電離（electronic ionization，EI）源，電子能量70 eV；離子源溫度230 ℃，MS四級桿溫度150 ℃，質(zhì)譜采集類型為全掃描模式，掃描范圍35～400m/z。

1.3.4 定性定量方法

香氣成分利用MS全離子掃描模式（scan）下的總離子流圖譜，依據(jù)色譜保留時(shí)間、質(zhì)譜信息和美國國家標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)研究所（national institute of standards and technology，NIST）14標(biāo)準(zhǔn)譜庫比對結(jié)果相結(jié)合的方法進(jìn)行定性分析。

各香氣成分的含量采用內(nèi)標(biāo)物乙酸正丁酯進(jìn)行半定量分析。同時(shí)計(jì)算化合物的OAV來衡量某種香氣化合物對空杯香氣的貢獻(xiàn)情況。

2 結(jié)果與分析

2.1 頂空條件優(yōu)化結(jié)果分析

2.1.1 平衡溫度對醬香型白酒空杯香氣成分的影響

考察平衡溫度對醬香型白酒香氣成分檢測結(jié)果的影響，結(jié)果見圖1。

圖1 平衡溫度對醬香型白酒空杯香氣成分的影響Fig.1 Effect of equilibrium temperature on lingering aroma in empty glass of sauce-flavor Baijiu

由圖1可知，隨著平衡溫度的升高，定性化合物的數(shù)量呈現(xiàn)先增后減的趨勢，當(dāng)平衡溫度達(dá)到80 ℃時(shí)，定性化合物的數(shù)量達(dá)到最多，為34個(gè)。隨著溫度的升高，化合物的理論分配系數(shù)增加，酒樣的香氣組分逐漸揮發(fā)；但繼續(xù)升高平衡溫度，可能導(dǎo)致某些香氣組分分解，分配系數(shù)降低，定性化合物數(shù)量開始減少。本試驗(yàn)研究酒空杯留香的香氣成分，應(yīng)選擇瓶壁香氣組分盡可能揮發(fā)但又不會分解的溫度作為最佳平衡溫度。因此，選擇80 ℃作為最佳平衡溫度。

2.1.2 平衡時(shí)間對醬香型白酒空杯香氣成分的影響

考察平衡時(shí)間對醬香型白酒香氣成分檢測結(jié)果的影響，結(jié)果見圖2。

圖2 平衡時(shí)間對醬香型白酒空杯香氣成分的影響Fig.2 Effect of equilibration time on lingering aroma in empty glass of sauce-flavor Baijiu

由圖2可知，隨著平衡時(shí)間的延長，定性化合物數(shù)量先增后降再達(dá)到平衡。平衡15 min時(shí)定性化合物數(shù)量最多，為34個(gè)；當(dāng)平衡時(shí)間繼續(xù)延長，空杯留香香氣成分的數(shù)量變化不明顯。平衡時(shí)間應(yīng)選擇能讓組分盡可能多的揮發(fā)出來，且盡量減少能耗和縮短檢測時(shí)間。因此，選擇最佳平衡時(shí)間為15 min。

2.2 醬香型白酒空杯留香香氣成分結(jié)果分析

通過單因素試驗(yàn)獲得頂空-氣質(zhì)聯(lián)用法檢測醬香型白酒空杯留香香氣成分的最佳條件，在此最佳條件下，采用氣相色譜-質(zhì)譜法對醬香型白酒中的香氣成分進(jìn)行檢測，GC-MS分析優(yōu)化后總離子流色譜圖見圖3；通過NIST14標(biāo)準(zhǔn)譜庫進(jìn)行檢索，對優(yōu)化后醬香型白酒香氣成分進(jìn)行定性定量，結(jié)果見表1。

圖3 醬香型白酒空杯香氣成分GC-MS分析總離子流色譜圖Fig.3 Total ion chromatogram of aroma components in empty glass of sauce-flavor Baijiu analysis by GC-MS

由表1可知，依據(jù)色譜保留時(shí)間和質(zhì)譜信息等方法對醬香型白酒空杯香氣成分進(jìn)行定性分析，檢測出香氣成分34種，其中酯類9種、醇類6種、醛類6種、酸類4種和其他類9種。各香氣成分的含量采用內(nèi)標(biāo)法進(jìn)行半定量分析，空杯香氣化合物以乙醇、乙酸乙酯、乙縮醛、乙醛、乳酸乙酯、乙酸為主。

表1 醬香型白酒空杯留香香氣成分Table 1 Composition of lingering aroma in empty glass of sauce-flavor Baijiu

醬香型白酒空杯留香香氣成分組成雷達(dá)圖見圖4。由圖4可知，醬香型白酒空杯留香香氣成分組成以酯類為主，其次是其他類、醛類、醇類，酸類較少。從含量上看，除乙醇外，酯類化合物含量最高，幾乎為其他四類化合物的1.5倍。但對于氣味化合物而言，含量多寡并不能代表其在整體酒香氣中占重要地位，與其閾值有重要關(guān)系。通常通過香氣活性值（OAV）來評價(jià)一種香氣物質(zhì)對整體香氣的貢獻(xiàn)大小，OAV≥1的香氣物質(zhì)被認(rèn)為對整體香氣是有重要貢獻(xiàn)的。

圖4 醬香型白酒空杯留香香氣成分組成雷達(dá)圖Fig.4 Radar chart analysis of lingering aroma in empty glass of sauce-flavor Baijiu

由表2可知，醬香型白酒空杯留香香氣成分中共有11種的OAV＞1，這些物質(zhì)是空杯香氣的重要貢獻(xiàn)化合物。其中3-甲基丁醛、乙酸、3-甲基-丁酸乙酯、乙醛、丁酸乙酯、戊酸乙酯、己酸乙酯這7種化合物的OAV較高，均＞100。

表2 醬香型白酒空杯留香香氣化合物閾值和香氣活力值Table 2 Thresholds and OAVs of lingering aroma in empty glass of sauce-flavor Baijiu

酯類化合物有類似水果香氣、花香和奶油的香氣，使酒體優(yōu)雅細(xì)膩。有文獻(xiàn)認(rèn)為醬香型白酒的空杯留香主要是由酯類物質(zhì)呈現(xiàn)的一種感官風(fēng)味[7]。在11種香氣化合物中，酯類物質(zhì)有7種，3-甲基-丁酸乙酯具有類似蘋果、桑子香氣，含量雖然較低但由于其較低的閾值，所以在空杯香氣中貢獻(xiàn)較大。酯類相對含量最高的是乙酸乙酯，但是由于其閾值偏高，其香氣貢獻(xiàn)是最小的。感官品評空杯香氣時(shí)，該醬香型白酒空杯初聞有糧香中微帶花果香氣，香氣優(yōu)雅細(xì)膩。

白酒中的醛類主要為甲醛、乙醛、糠醛、丁醛、戊醛、乙縮醛等，這些醛類都是白酒釀造過程中的產(chǎn)物。白酒中的乙醛起到促進(jìn)陳味、促進(jìn)放香作用。乙醛和乙醇可縮合成乙縮醛，乙縮醛本身具有愉快的清香味，似果香，帶甜味，是白酒老熟的重要標(biāo)志，也是優(yōu)質(zhì)大曲酒含量最高的醛類，是大曲酒主要香味成分之一?？啡╊愃菩尤氏?，有焦香氣，有文獻(xiàn)報(bào)道認(rèn)為糠醛可能是“槽香”的主要成分[20]。醛類相對含量最高的是乙縮醛，其次是乙醛。但通過OAV進(jìn)行評價(jià)發(fā)現(xiàn)，醛類物質(zhì)對醬香型白酒的空杯香氣也有較大貢獻(xiàn)。在11種香氣化合物中醛類物質(zhì)有2種，有蘋果香味的3-甲基丁醛雖然含量不足乙醛的一半，但對空杯香氣的貢獻(xiàn)大于乙醛。

酸是酒的重要風(fēng)味物質(zhì)，酸量少，酒味淡，后味短；酸量大，酸味露頭，酒味粗糙。適量的酸可對酒起緩沖作用，并在貯存過程中能緩慢地形成香酯。該醬香型白酒空杯留香中的酸香主要來自乙酸。乙酸刺激性強(qiáng)，給酒帶來愉快的酸香和酸味。感官品評空杯香氣時(shí)，空杯的酸香明顯、舒適不刺激。

醇類相對含量最高的是乙醇，其他醇類含量較少，通過OAV進(jìn)行評價(jià)發(fā)現(xiàn)醇類化合物不是空杯香的主要呈香物質(zhì)。感官品評空杯香氣時(shí)，乙醇的味道不明顯?？毡袣埓娴囊掖伎赡苤饕亲鳛槠渌衔锏娜軇?，其揮發(fā)的時(shí)候帶出了一些高沸點(diǎn)的呈香化合物，促進(jìn)了醬香型白酒的空杯放香。

其他類中主要是烷烴和酮，其中檢出四甲基吡嗪。四甲基吡嗪具有擴(kuò)張血管、改善微循環(huán)及抑制血小板積聚作用，賦予中國白酒以健康功能[21-23]。白酒中四甲基吡嗪在制曲、堆積發(fā)酵過程均有產(chǎn)生，并經(jīng)蒸餾帶入酒中[24]。四甲基吡嗪是中國白酒特有的功能性成分，對白酒的風(fēng)味起著重要的作用，有文獻(xiàn)研究表明四甲基吡嗪在醬香型白酒中有較高含量[25-26]。四甲基吡嗪有愉快的焙烤香、堅(jiān)果香，但其閾值較高，對空杯香氣的貢獻(xiàn)不明顯。

3 結(jié)論

本研究以某品牌醬香型白酒為研究對象，盡可能的模擬感官品評中空杯留香處理樣品方式獲取空杯香，通過單因素試驗(yàn)分別考察平衡溫度、平衡時(shí)間因素對醬香型白酒空杯留香香氣成分有效峰個(gè)數(shù)的影響，對靜態(tài)頂空-氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)檢測醬香型白酒中香氣成分的條件進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)果表明，靜態(tài)頂空-氣質(zhì)聯(lián)用檢測醬香型白酒空杯留香香氣成分的最佳條件為：平衡溫度80 ℃，平衡時(shí)間15 min。在此條件下，鑒定出醬香型白酒空杯留香香氣成分34種，通過OAV評價(jià)香氣貢獻(xiàn)大小，OAV＞1的化合物有11種，主要是以酯類、醛類、酸類化合物為主。OAV較高的香氣物質(zhì)為該醬香型白酒空杯留香貢獻(xiàn)出花果香、酸香、酯香等香氣特征。