HS-SPME-GC-MS結(jié)合感官評(píng)價(jià)分析金種子馥合香白酒的風(fēng)味成分

程偉,陳雪峰,陳興杰,李娜,周端,楊金玉,薛錫佳,張杰

1(陜西科技大學(xué) 食品與生物工程學(xué)院,陜西 西安,710021) 2(安徽金種子酒業(yè)股份有限公司,安徽 阜陽(yáng),236023) 3(陜西農(nóng)產(chǎn)品加工技術(shù)研究院,陜西 西安,710021)

中國(guó)白酒以酒曲為糖化發(fā)酵劑,利用谷物原料,采用固態(tài)、半固態(tài)或液態(tài)發(fā)酵等形式,再經(jīng)過蒸餾、陳釀和勾兌等工序制成[1]。由于釀造原料與工藝的不同,中國(guó)白酒由最初的“濃、清、醬”等3種香型逐漸發(fā)展到如今的十二大香型[2],當(dāng)前單香型白酒又向復(fù)合香型或多香型白酒發(fā)展。研究表明[3-6],中國(guó)白酒中98%～99%的成分是水和乙醇,1%～2%的微量成分是構(gòu)成酒體的主要呈香、呈味物質(zhì),決定著白酒的質(zhì)量和香型特點(diǎn),塑造了不同的白酒品牌及其口感風(fēng)味。當(dāng)前,主要利用近紅外光譜、氣相色譜、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用、氣相色譜-嗅聞等設(shè)備及技術(shù)對(duì)白酒中的微量成分進(jìn)行檢測(cè)。白酒樣品的前處理及香氣的提取方法主要有液液萃取、固相微萃取及攪拌棒吸附萃取等。其中,固相微萃取是集采集、萃取、濃縮為一體,無(wú)需溶劑且操作簡(jiǎn)單的快速萃取分離方法[7]。SETKOVA等[8]應(yīng)用頂空固相微萃取(headspace solid phase microextraction,HS-SPME)分析冰葡萄酒中的香氣物質(zhì),FAN等[9]應(yīng)用HS-SPME方法結(jié)合氣相色譜-嗅覺法分析白酒的風(fēng)味成分,均表明HS-SPME適用于酒類風(fēng)味成分的檢測(cè)。白酒的傳統(tǒng)感官品評(píng)按現(xiàn)有香型、固定評(píng)語(yǔ)和評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)評(píng)判,感官品評(píng)在白酒質(zhì)量評(píng)價(jià)中具有重要作用[10]。

當(dāng)前,關(guān)于白酒風(fēng)味的研究主要針對(duì)長(zhǎng)江上游和赤水流域的貴州、四川等地區(qū)的醬香、濃香等香型白酒,多采用GC-MS、全二維氣相色譜-飛行時(shí)間質(zhì)譜(comprehensive two-dimensional gas chromatography and time-of-flight mass spectrometry,GC×GC-TOFMS)、氣相色譜-嗅聞(gas chromatography olfactometry,GC-O)等現(xiàn)代分析技術(shù),結(jié)合感官評(píng)價(jià)、濃度稀釋、缺失實(shí)驗(yàn)等方法。然而,針對(duì)江淮地區(qū)的白酒,尤其是馥合香型白酒的風(fēng)味研究較少。解析馥合香白酒的化學(xué)與感官特征差異及其關(guān)聯(lián),對(duì)認(rèn)識(shí)該類白酒的香氣品質(zhì)與影響感官特征的化學(xué)來源具有重要意義。

本文采用HS-SPME和GC-MS聯(lián)用的方法,并結(jié)合香氣活性值(odor activity value,OAV)分析與感官評(píng)價(jià),研究馥合香白酒的風(fēng)味特征,以明確其特征風(fēng)味成分及形成機(jī)理、風(fēng)味成分對(duì)酒體風(fēng)格特征的影響等,為酒體的質(zhì)量控制與勾調(diào)等提供參考。本文首次對(duì)黃淮名酒帶江淮地區(qū)的馥合香型白酒(金種子馥合香白酒)進(jìn)行揮發(fā)性風(fēng)味成分分析,為深入研究江淮白酒的風(fēng)味特征提供基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

不同質(zhì)量等級(jí)的馥合香原酒：特級(jí)酒(以下稱JF1,酒精度63%vol)、優(yōu)級(jí)酒(以下稱JF2,酒精度50%vol),安徽金種子酒業(yè)股份有限公司。

正構(gòu)烷烴類混標(biāo)(C7～C37),壇墨質(zhì)檢標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中心；白酒56種組分混合標(biāo)準(zhǔn)品,中國(guó)食品發(fā)酵工業(yè)研究院有限公司；2,3-丁二醇(純度≥98%),上海易恩化學(xué)技術(shù)有限公司；無(wú)水乙醇(純度≥99.8%),天津市永大化學(xué)試劑有限公司；以上試劑均為色譜純。

5975C+7890A電子電離(electronic ionization,EI)源安捷倫氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀,美國(guó)Agilent公司;57330-U手動(dòng)固相微萃取(solid phase microextraction,SPME)進(jìn)樣器、50/30 μm DVB/CAR/PDMS固相微萃取頭,美國(guó)Supelco公司；85-2恒溫磁力攪拌器,常州普天儀器制造有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 內(nèi)標(biāo)溶液與酒樣的前處理

內(nèi)標(biāo)溶液的制備：準(zhǔn)確稱取0.613 1 g的2,3-丁二醇于50 mL容量瓶中,用體積分?jǐn)?shù)為60%的乙醇溶液定容至50 mL,配制成質(zhì)量濃度為245.22 mg/L的內(nèi)標(biāo)溶液,置于普通冰箱4 ℃低溫、密封、避光保存。

酒樣的前處理：用去離子水分別將JF1、JF2的酒精度稀釋到10%,置于普通冰箱4 ℃低溫、密封、避光保存。

1.2.2 HS-SPME條件

取前處理后的酒樣5.0 mL于20 mL的頂空瓶中,加入3 g NaCl,放入磁力攪拌轉(zhuǎn)子,旋緊瓶蓋,置于固相微萃取攪拌加熱平臺(tái),250 r/min,60 ℃攪拌加熱。萃取頭在使用前插入240 ℃的GC進(jìn)樣口解吸10 min,隨后插入萃取瓶中,萃取40 min；取出萃取頭后立即插入GC-MS進(jìn)樣口,解析溫度240 ℃、解吸時(shí)間6 min。

1.2.3 GC-MS條件

GC條件：安捷倫HP-INNOWAX石英毛細(xì)管柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm),載氣He,(純度≥99.999%),流速1.0 mL/min。采取程序升溫方案：起始溫度40 ℃,維持2 min,以2 ℃/min速度升至100 ℃,再以4 ℃/min升至230 ℃/min,維持3 min。汽化室溫度為240 ℃,分流比5∶1。

MS條件：選擇電子電離離子源(electronic ionization,EI),電子倍增器電壓為350 V,電子能為70 eV,發(fā)射電流為200 μA,接口溫度為240 ℃,離子源溫度為200 ℃,質(zhì)量范圍控制在m/z33～450。

1.2.4 定性、定量分析方法

定性方法：通過對(duì)GC-MS總離子流色譜圖與美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所(National Institute of Standards and Technology,NIST)質(zhì)譜庫(kù)中的化合物進(jìn)行比對(duì)(匹配度≥80%)；同時(shí),將正構(gòu)烷烴(C7～C37)標(biāo)準(zhǔn)品進(jìn)行GC-MS分析,根據(jù)保留時(shí)間計(jì)算保留指數(shù)(retention index,RI)并與文獻(xiàn)報(bào)道的保留指數(shù)(retention index in literature， RIL)進(jìn)行對(duì)比定性,RI計(jì)算參照文獻(xiàn)[11]的方法,如公式(1)所示:

(1)

式中：RIx表示待測(cè)組分的保留指數(shù)；ti表示待測(cè)組分的保留時(shí)間,min；n和n+1分別表示正構(gòu)烷烴的碳原子個(gè)數(shù)；tn和t(n+1)分別表示待測(cè)組分出峰前后相鄰的2個(gè)正構(gòu)烷烴的保留時(shí)間,min。

定量方法：采用內(nèi)標(biāo)法對(duì)樣品中揮發(fā)性成分進(jìn)行定量分析,白酒56種組分混合標(biāo)準(zhǔn)品中的物質(zhì)含量是已知的,其中2,3-丁二醇作為內(nèi)標(biāo)；將2,3-丁二醇單標(biāo)配制成內(nèi)標(biāo)溶液加入到酒樣中,選擇離子掃描,每種化合物選擇2個(gè)特征碎片離子定量分析。

1.2.5 風(fēng)味物質(zhì)的OAV分析

OAV按公式(2)計(jì)算:

(2)

式中：Ci,各化合物的含量,μg/L;OTi,該化合物在空氣中的嗅覺閾值,μg/L[12]。

1.2.6 數(shù)據(jù)分析

采用Aglient Chemstation工作站、Origin 2017軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

1.2.7 感官評(píng)價(jià)

選取5名具有長(zhǎng)期品酒經(jīng)驗(yàn)并已獲取高級(jí)品酒師資格證的白酒品評(píng)專業(yè)人員,按照GB/T 33405—2016《白酒感官品評(píng)術(shù)語(yǔ)》等對(duì)酒樣進(jìn)行感官評(píng)價(jià)。

2 結(jié)果與分析

2.1 JF1和JF2中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的定性分析

兩種樣品(JF1和JF2)揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的總離子圖如圖1所示,鑒定出的化合物如表1所示。JF1共鑒定出59種揮發(fā)性物質(zhì),JF2共鑒定出48種揮發(fā)性物質(zhì),兩種樣品(JF1、JF2)揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)均以酯類物質(zhì)為主,還鑒定出醇類、酸類、醛類和呋喃類等化合物,JF1還檢測(cè)到含硫化合物、烷烴類等特殊化合物。

a-JF1；b-JF2圖1 JF1和JF2中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的總離子流圖Fig.1 Total ion current chromatograms of volatiles in JF1 and JF2

JF1揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的總離子流色譜圖如圖1所示。根據(jù)相似度檢索、匹配度≥80%、揮發(fā)性成分保留指數(shù)的計(jì)算與參考文獻(xiàn)進(jìn)行對(duì)比,共鑒定出59種揮發(fā)性物質(zhì),包括酯類42種、醇類7種、酸類5種、醛類2種、呋喃類1種、含硫化合物1種、烷烴類2種。JF1和JF2的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)GC-MS分析結(jié)果如表1所示,JF1酒體中酯類的相對(duì)含量最高,其中,己酸乙酯的相對(duì)含量為46.41%,乙酸乙酯的相對(duì)含量4.71%,己酸己酯的相對(duì)含量3.57%,棕櫚酸乙酯的相對(duì)含量2.83%,辛酸乙酯的相對(duì)含量2.90%。JF1酒體中的呋喃類與含硫化合物均只檢測(cè)出一種且未檢測(cè)到吡嗪類物質(zhì),這可能與酒樣的前處理方式或色譜柱的選擇有關(guān),也受到萃取頭、萃取時(shí)間、萃取溫度以及基質(zhì)等因素的影響。

JF2樣品中共鑒定出48種揮發(fā)性物質(zhì),包括酯類33種、醇類7種、酸類4種、醛類2種、呋喃類2種。JF2樣品中相對(duì)含量較高的揮發(fā)性物質(zhì)依次為己酸乙酯(45.21%)、乙酸乙酯(6.56%)、丁酸乙酯(3.62%)、棕櫚酸乙酯(3.25%)、己酸(2.43%)等；JF2中丁酸乙酯與己酸的相對(duì)含量較高,區(qū)別于JF1中己酸己酯相對(duì)含量較高的特點(diǎn)。

表1 JF1和JF2的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)GC-MS分析結(jié)果Table 1 Volatile flavor compounds in JF1 and JF2 analyzed by GC-MS

續(xù)表1

JF1和JF2酒體中檢測(cè)到的棕櫚酸乙酯,呈微弱蠟香、果醬和奶油香氣,其相對(duì)含量較高是馥合香白酒區(qū)別于其他白酒的重要特征。JF1和JF2酒體中檢測(cè)到的二甲基三硫醚、2-糠醛、3-糠醛、3-呋喃甲醇、苯乙醇等特殊化合物,其相對(duì)含量均較低,對(duì)馥合香白酒的香氣起修飾作用。其中,糠醛又稱呋喃甲醛,具有特殊香味,糠醛的聞香強(qiáng)度在呋喃類化合物中最高[21],表現(xiàn)出愉悅的焦香氣味或獨(dú)特的醬香風(fēng)味；二甲基三硫醚呈現(xiàn)煮洋蔥、煮蔬菜的味道,研究發(fā)現(xiàn)二甲基三硫醚的缺失對(duì)芝麻香白酒的整體風(fēng)味具有顯著改變[22]；3-呋喃甲醇具有特殊的苦辣氣味,苯乙醇具有清甜的玫瑰樣花香；因此,二甲基三硫醚、2-糠醛、3-糠醛、3-呋喃甲醇、苯乙醇等特殊化合物,對(duì)馥合香白酒呈“馥香”特征具有重要作用。

2.2 JF1和JF2中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的OAV分析

OAV即化合物的香氣濃度與其閾值的比值,OAV≥1表明該化合物對(duì)該物質(zhì)的香氣具有貢獻(xiàn)作用。OAV分析確定JF1和JF2中的主要香氣活性成分如表2所示,JF1所含酯類中的乙酸乙酯在酒體中的含量最高(3 953 264 μg/L),其次為己酸乙酯與乳酸乙酯,分別為1 338 211、1 260 630 μg/L；OAV最大的是己酸乙酯(24 185.99),表明己酸乙酯對(duì)馥合香白酒的香氣貢獻(xiàn)度最大；雖然乙酸乙酯的含量最高,但卻不是對(duì)酒體香氣貢獻(xiàn)最大的酯類物質(zhì)。其次,OAV較大的是丁酸乙酯(14 767.95)、辛酸乙酯(13 015.07),均為JF1中重要的香氣貢獻(xiàn)物質(zhì)。棕櫚酸乙酯的相對(duì)含量較高(2.38%)；然而,棕櫚酸乙酯并不是馥合香白酒的主要香氣活性成分(OAV<1)。JF1所含醇類中異丁醇的含量最高(212 094 μg/L),但OAV只有7.49,小于正丁醇的OAV(30.12),表明正丁醇對(duì)馥合香白酒香氣提供了較高的貢獻(xiàn)。酸類中己酸的含量最高(612 401 μg/L),OAV同樣最大(243.29),表明己酸為馥合香白酒香氣提供了較高的貢獻(xiàn)。

表2 OAV分析確定JF1和JF2中的主要香氣活性成分(OAV≥1)Table 2 Mainly aroma-active compounds in JF1 and JF2 identified by OAV(OAV≥1)

JF1和JF2中OAV≥1的香氣活性物質(zhì)大小依次為己酸乙酯、丁酸乙酯、辛酸乙酯、乙酸苯乙酯、異戊酸乙酯、戊酸乙酯、己酸、己酸丁酯、丁酸、乙酸乙酯、癸酸乙酯、戊酸、正丁醇、辛酸、正己醇、乳酸乙酯、異丁醇、庚酸乙酯、苯甲醛。對(duì)于不同質(zhì)量等級(jí)的馥合香白酒(JF1、JF2),同種物質(zhì)的OAV差異性是相似的。OAV較大的物質(zhì)以酯類為主,其中,己酸乙酯、丁酸乙酯、異戊酸乙酯等均呈水果香,乙酸苯乙酯呈玫瑰花香并帶有蘋果樣的果香。酯類的閾值較低,OAV較大,對(duì)馥合香白酒的特征氣味貢獻(xiàn)較大。酸類物質(zhì)多具有刺激性氣味,不如酯類“馥郁、帶有果香或花香”,如己酸帶有類似羊的氣味,丁酸具有濃烈的奶油、干酪般的不愉快氣味。

采用半定量的數(shù)據(jù)用于計(jì)算OAV,其誤差較大,采用內(nèi)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)曲線法定量的數(shù)據(jù)計(jì)算OAV誤差相對(duì)較小。本文采用正構(gòu)烷烴類混標(biāo)(C7～C37)、白酒56種組分混合標(biāo)準(zhǔn)品、2,3-丁二醇(純度≥98%)作為內(nèi)標(biāo)物等實(shí)現(xiàn)風(fēng)味物質(zhì)的相對(duì)定量,其得到的定量數(shù)據(jù)雖然具有一定的誤差,但對(duì)于剖析馥合香白酒的風(fēng)味組分仍具有參考價(jià)值,尤其是有利于比較JF1、JF2等不同質(zhì)量等級(jí)馥合香白酒的風(fēng)味物質(zhì)差異。

2.3 JF1和JF2的感官評(píng)價(jià)

根據(jù)GB/T 33405—2016《白酒感官品評(píng)術(shù)語(yǔ)》規(guī)定的程度副詞與對(duì)應(yīng)標(biāo)度要求中的9點(diǎn)標(biāo)度法對(duì)JF1和JF2進(jìn)行感官評(píng)分,從酒體的“香、味、感”等3個(gè)方面評(píng)分。根據(jù)評(píng)分表繪制感官評(píng)價(jià)雷達(dá)圖,可以更加清晰直觀地反映出JF1和JF2的感官差異。

JF1和JF2的感官品評(píng)得分對(duì)比如表3所示,JF1和JF2的酯香、焦香、醬香、窖香等表現(xiàn)最為突出,醇甜味與余味/回味明顯,雜味與醛味等不明顯,酒體稍帶有酸味與糠味,酒體的醇厚感、豐滿感、協(xié)調(diào)感等表現(xiàn)突出,整體風(fēng)格明顯,辛辣感較低。JF1和JF2的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)感官評(píng)價(jià)雷達(dá)圖如圖2所示,馥合香白酒的“酯香、窖香”較為突出,這與OAV較大的物質(zhì)以酯類為主相吻合；“焦香、醬香”突出,可能與酒體中含有的二甲基三硫醚、2-糠醛、3-糠醛、3-呋喃甲醇等特殊風(fēng)味物質(zhì)相關(guān),然而這類化合物的OAV均小于1,不屬于馥合香白酒的主要貢獻(xiàn)性香氣物質(zhì)。

通常使用OAV表征風(fēng)味物質(zhì)的風(fēng)味貢獻(xiàn)度,找到對(duì)白酒風(fēng)味貢獻(xiàn)度大的化合物是確定其主體風(fēng)味物質(zhì)的關(guān)鍵。國(guó)際酒類感官品評(píng)普遍采用定量描述分析(quantitative descriptive analysis,QDA)并參考“風(fēng)味輪”描述語(yǔ)和參比樣品,以標(biāo)準(zhǔn)化詞匯描述樣品的感官特征,以數(shù)字化尺度表達(dá)感受強(qiáng)度的差別,對(duì)白酒的感官特征采用數(shù)字化的尺度并建立風(fēng)味物質(zhì)感官評(píng)價(jià)雷達(dá)圖具有重要意義。當(dāng)前,關(guān)于江淮地區(qū)白酒的風(fēng)味研究還不夠全面,還需要進(jìn)行江淮地區(qū)濃香、兼香等香型白酒的風(fēng)味分析,以進(jìn)一步比較分析馥合香白酒的風(fēng)味特征。

a-香；b-味；c-感圖2 JF1和JF2的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)感官評(píng)價(jià)雷達(dá)圖(香、味、感)Fig.2 Radar maps of sensory evaluation of volatile flavor substances in JF1 and JF2(smell、taste、feeling)

3 結(jié)論

本文采用HS-SPME和GC-MS分析等方法,結(jié)合OAV分析與感官評(píng)價(jià)對(duì)馥合香原酒特征性風(fēng)味成分進(jìn)行剖析,得到以下結(jié)論：(1)JF1、JF2中分別檢出59種、48種揮發(fā)性物質(zhì),其中,JF1包含酯類42種,醇類7種,酸類5種,醛類2種,呋喃類1種,含硫化合物1種,烷烴類2種；JF2包含酯類33種、醇類7種、酸類4種、醛類2種、呋喃類2種；棕櫚酸乙酯的相對(duì)含量較高是馥合香白酒區(qū)別于其他白酒的重要特征,二甲基三硫、糠醛、3-糠醛、3-呋喃甲醇、苯乙醇等特殊風(fēng)味物質(zhì)對(duì)酒體呈“馥香”特征具有重要作用。(2)OAV分析表明,JF1和JF2中至少含有18種物質(zhì)的OAV≥1,對(duì)馥合香白酒的香氣有主要貢獻(xiàn),以酯類、醇類和酸類化合物為主；JF1和JF2酒體中對(duì)馥合香白酒香氣特征貢獻(xiàn)最大是己酸乙酯、丁酸乙酯、辛酸乙酯等風(fēng)味物質(zhì),表明酒體在濃香風(fēng)格上較為突出。(3)感官評(píng)價(jià)表明,JF1、JF2均體現(xiàn)出明顯的酯香、焦香、窖香等特征,這與酒體中己酸乙酯、丁酸乙酯、辛酸乙酯等香氣物質(zhì)貢獻(xiàn)度較大的特征相吻合；同時(shí),JF1、JF2均體現(xiàn)出醇甜味、余味/回味明顯,具有豐滿感、醇厚感、協(xié)調(diào)感等特點(diǎn)。