電子鼻結(jié)合電子舌技術(shù)對(duì)五種醬香型白酒大曲的風(fēng)味物質(zhì)分析

王利萍，郎 瑩，邱樹(shù)毅，胡勝蘭，戴怡鳳*，劉彩婷，田露琴，胡麗莎

（1.貴州大學(xué)釀酒與食品工程學(xué)院，貴州省發(fā)酵與生物制藥重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴州貴陽(yáng) 550025；2.貴州王茅酒曲研究院有限公司，貴州貴陽(yáng) 550025)

“曲乃酒之骨”，醬香型白酒所使用的培養(yǎng)溫度最高可達(dá)65 ℃的高溫大曲在白酒制作過(guò)程中不僅是釀造原料，是釀酒發(fā)酵的動(dòng)力，還發(fā)揮著糖化發(fā)酵劑、菌種劑等多種作用，為醬香型白酒的風(fēng)味和風(fēng)味前體物質(zhì)的形成做出了很大的貢獻(xiàn)。

目前，對(duì)大曲中風(fēng)味化合物的研究主要借助HS-SPME-GC-MS 技術(shù)，也有學(xué)者選擇電子鼻與電子舌技術(shù)分析大曲中的風(fēng)味化合物?？梢阅M人體味覺(jué)感受機(jī)制的電子舌技術(shù)能評(píng)價(jià)樣品的整體滋味，包括樣品的酸、甜、苦、澀、咸、鮮味以及苦味回味、澀味回味和豐富性。模擬人體嗅覺(jué)感官而開(kāi)發(fā)的電子鼻技術(shù)利用對(duì)氮氧化合物敏感的W5S 傳感器等10 個(gè)傳感器可以快速無(wú)損檢測(cè)樣品中的香氣化合物?？傊娮由嗯c電子鼻技術(shù)都是利用不同傳感器對(duì)樣品的交叉響應(yīng)以識(shí)別樣品的本質(zhì)并分析成分，具有簡(jiǎn)單、高效、客觀等優(yōu)點(diǎn)。CAI等分別運(yùn)用電子舌、電子鼻對(duì)高溫大曲中風(fēng)味化合物進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)不同高溫大曲對(duì)電子舌傳感器與電子鼻的W1S、W1C、W3C 以及W5C傳感器的響應(yīng)值差異極其顯著（p＜0.0001），對(duì)電子鼻其余傳感器響應(yīng)值差異極顯著。CAI 等同樣采用電子感官（電子舌、電子鼻）對(duì)低溫大曲的風(fēng)味特征進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)3 種低溫大曲對(duì)除W5S、W6S 傳感器之外的傳感器響應(yīng)值差異顯著（p＜0.05），8 個(gè)電子舌傳感器對(duì)低溫大曲的響應(yīng)值差異極顯著（p＜0.01）。張?chǎng)蔚炔捎肞EN3型電子舌對(duì)檢測(cè)大曲的方法進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)最佳測(cè)定條件是40 mL頂空瓶中加入0.5 g 16目顆粒度的樣品。王曉勇等利用PEN3型電子鼻測(cè)定0.5 g 16目顆粒度的大曲樣品風(fēng)味，認(rèn)為電子鼻測(cè)定大曲香氣可作為評(píng)判大曲糖化力高低與對(duì)應(yīng)白酒質(zhì)量的創(chuàng)新性方法。張春林等取2 g瀘州老窖大曲與1 mL飽和氯化鈉加入10 mL 頂空瓶進(jìn)行電子鼻分析，發(fā)現(xiàn)所使用的電子鼻對(duì)于大曲中的芳香化合物有明顯響應(yīng)。

采用電子鼻與電子舌研究大曲的文獻(xiàn)報(bào)道有限，因此本研究以貴州仁懷市5 個(gè)醬香型白酒企業(yè)的高溫大曲作為研究對(duì)象，對(duì)比樣品中滋味化合物與香氣化合物對(duì)傳感器響應(yīng)強(qiáng)度的差異，對(duì)電子舌電子鼻實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析（principal component analysis,PCA）。

1 材料與方法

1.1 樣品

貴州省仁懷市不同的5 種醬香型白酒酒企的5種醬香型白酒酒曲1 號(hào)、酒曲2 號(hào)、酒曲3 號(hào)、酒曲4號(hào)、酒曲5號(hào)。

1.2 試劑與儀器

試劑：無(wú)水乙醇(≥99.8%)，上海阿拉丁試劑有限公司；

儀器設(shè)備：SZ-93A 純水蒸餾器，上海亞榮有限責(zé)任公司；PEN3 型電子鼻，德國(guó)Airsense 公司；SA-402B型電子舌，日本Insent公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 5種酒曲電子舌分析

電子舌分析使用SA-402B 型電子舌儀器，采用兩步清洗法程序測(cè)定，平行測(cè)定3次。

采用兩種前處理方法進(jìn)行電子舌測(cè)定：（1）95%乙醇溶液萃取酒曲中滋味化合物：取6 g 大曲加入60 mL 95 %乙醇溶液，40 ℃超聲萃取1 h，后在室溫下過(guò)濾，將過(guò)濾后的溶液稀釋至乙醇濃度30%后進(jìn)行電子舌分析；（2）去離子水萃取大曲中風(fēng)味化合物：取6 g 大曲加入60 mL 去離子水，40 ℃超聲萃取1 h，室溫下過(guò)濾，取濾液進(jìn)行電子舌分析。

1.3.2 5種酒曲電子鼻分析

采用PEN3 便攜式電子鼻分析5 種醬香型白酒酒曲。分別采用兩種前處理方式進(jìn)行測(cè)定：（1）95%乙醇溶液提取酒曲中香氣化合物：取6 g 大曲加入60 mL 95 %乙醇溶液，40 ℃超聲萃取1 h，室溫下過(guò)濾，將該溶液稀釋至乙醇濃度20 %后進(jìn)行電子鼻分析；（2）酒曲粉末直接進(jìn)行電子鼻分析。

1.3.3 數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)用Microsoft office Excel 2016 統(tǒng)計(jì)分析，雷達(dá)圖以及主成分分析圖均用Origin 2021繪制，采用SPSS 25.0軟件進(jìn)行單因素方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 電子舌分析5種醬香型白酒大曲

圖1 是采用兩種不同前處理的1 號(hào)酒曲電子舌分析雷達(dá)圖，95 %乙醇溶液提取的1 號(hào)酒曲在咸味、酸味、苦味和澀味方面都更為強(qiáng)烈，兩種不同處理方式的1 號(hào)酒曲在酸味方面的差異最為明顯。95%乙醇溶液能提取更多酒曲中的滋味物質(zhì)，故選擇95%乙醇溶液萃取5種酒曲中滋味化合物。

圖1 兩種溶劑萃取1號(hào)酒曲電子舌雷達(dá)圖

從圖2 可看出，除酸味強(qiáng)度差異明顯之外，5 種醬香型白酒大曲的電子舌分析風(fēng)味輪廓基本相似。從圖3 可以看出，5 種酒曲對(duì)CAO 酸味傳感器的負(fù)響應(yīng)值差異顯著（P＜0.05），推測(cè)5種大曲中對(duì)應(yīng)酸味的化合物含量以及種類(lèi)存在差異。5種大曲對(duì)對(duì)應(yīng)于咸味、鮮味的傳感器響應(yīng)值較大，說(shuō)明5種大曲中與咸味、鮮味相關(guān)的化合物含量較高，且5 種大曲咸味差異顯著（p＜0.05）。5 種大曲在對(duì)應(yīng)于苦味、澀味、后澀味的傳感器的響應(yīng)值幾乎重疊，說(shuō)明5種樣品在這3種滋味上具有一定的相似性。

圖2 95%乙醇溶液萃取5種酒曲電子舌分析雷達(dá)圖

圖3 5種大曲電子舌各傳感器響應(yīng)值

對(duì)酒曲電子舌數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析后得到PCA 分析圖，圖4 中同形狀的點(diǎn)代表5 個(gè)醬香型酒曲的3 個(gè)平行數(shù)據(jù)，點(diǎn)與點(diǎn)之間的距離代表樣品之間特征差異的大小，若同一樣品的點(diǎn)分布集中則說(shuō)明該樣品的電子舌分析重復(fù)性較好。同一象限內(nèi)的點(diǎn)越接近，表明其香氣組成及含量的相似度越高。該主成分分析圖中主成分1 方差貢獻(xiàn)率為64.9%，主成分2方差貢獻(xiàn)率為21.2%，累計(jì)方差貢獻(xiàn)率為86.1%，說(shuō)明電子舌對(duì)5 個(gè)酒曲樣品揮發(fā)性成分的信息提取較為完整。從圖4 可以看出，2 號(hào)、4 號(hào)、與5 號(hào)3 種酒曲數(shù)據(jù)點(diǎn)分布距離較近，說(shuō)明這3 種酒曲經(jīng)過(guò)95 %乙醇溶液提取后的滋味化合物比較相似。

圖4 95%乙醇溶液萃取5種酒曲電子舌分析PCA圖

2.2 電子鼻分析5種醬香型白酒大曲

PEN3 電子鼻傳感器陣列中各傳感器都有對(duì)應(yīng)的敏感特征氣體，由此可分析出5 種大曲主要揮發(fā)氣體。圖5a 是95 %乙醇溶液提取5 種醬香型白酒大曲香氣化合物的電子舌雷達(dá)圖，除了對(duì)應(yīng)于氮氧化合物的W5S 傳感器響應(yīng)值大于其他傳感器的響應(yīng)值之外，5 種大曲電子鼻分析風(fēng)味輪廓相似，具體表現(xiàn)為1 號(hào)、3 號(hào)、5 號(hào)大曲對(duì)W5S 傳感器的響應(yīng)值差異不顯著（p＞0.05），2 號(hào)、3 號(hào)、4 號(hào)大曲對(duì)W5S 傳感器的響應(yīng)值差異不顯著（p＞0.05）。如圖5b 是5 種大曲粉末電子鼻分析雷達(dá)圖，從圖5 可以看出，5 種大曲對(duì)對(duì)應(yīng)于氮氧化合物的W5S 傳感器響應(yīng)值最大，5 種大曲對(duì)傳感器W5S 的響應(yīng)值差異不顯著（p＞0.05）。

比較圖5a 與圖5b，除對(duì)應(yīng)于氫氣的傳感器W6S、對(duì)應(yīng)于甲烷的傳感器W1S、對(duì)應(yīng)于烷烴的傳感器W3S之外，95%乙醇溶液提取5種酒曲的香氣化合物對(duì)其余傳感器的響應(yīng)值均大于酒曲粉末香氣化合物對(duì)各傳感器的響應(yīng)值。響應(yīng)值增加最為明顯的是W5S、W1W、W2W 傳感器的響應(yīng)值，說(shuō)明95 %乙醇能萃取出大曲中更多的氮氧化合物、硫化物以及有機(jī)硫化物。

圖5 電子鼻雷達(dá)圖

圖6 5種酒曲電子鼻分析各傳感器響應(yīng)值

圖7a 是95%乙醇溶液提取5 種醬香型白酒大曲中香氣化合物的電子鼻分析PCA 圖，第一主成分方差貢獻(xiàn)率為78.3%，第二主成分方差貢獻(xiàn)率為12.6%，累計(jì)方差貢獻(xiàn)率90.9%，說(shuō)明電子鼻對(duì)5種酒曲香氣化合物的信息提取較為完整。從5 種酒曲分布距離來(lái)看，1號(hào)、3號(hào)、4號(hào)、5號(hào)酒曲的數(shù)據(jù)點(diǎn)之間存在互相混合，說(shuō)明這4 種酒曲氣味比較相似，集中分布于第2 象限的2 號(hào)酒曲氣味與其他4種酒曲組間距離較大，說(shuō)明2 號(hào)酒曲與其他4 種酒曲的氣味差異較大，差異主要體現(xiàn)在PC1方向。

圖7 5種大曲電子鼻分析PCA圖

圖7b 是5 種大曲粉末電子鼻分析PCA 圖，第一主成分方差貢獻(xiàn)率為68.4%，第二主成分方差貢獻(xiàn)率為22.9 %，累計(jì)方差貢獻(xiàn)率91.3 %，說(shuō)明電子鼻對(duì)5 種大曲香氣化合物的提取較為完整。如圖7b 所示，1 號(hào)、2 號(hào)、3 號(hào)酒曲在PCA 圖中存在部分重疊，說(shuō)明這3種酒曲氣味接近，4號(hào)、5號(hào)酒曲與上述3種酒曲的氣味差異較大。

比較圖7a 與圖7b，1 號(hào)、2 號(hào)、3 號(hào)酒曲粉末氣味接近，95 %乙醇溶液萃取后1 號(hào)、3 號(hào)、4 號(hào)、5 號(hào)酒曲氣味接近，說(shuō)明95 %乙醇溶液萃取后提取出的更多風(fēng)味化合物使4 號(hào)、5 號(hào)酒曲與1 號(hào)、3 號(hào)酒曲氣味接近，使2 號(hào)酒曲與1 號(hào)、3 號(hào)酒曲氣味差異變大。

3 結(jié)論

運(yùn)用電子舌電子鼻分析5 種貴州醬香型白酒大曲中風(fēng)味化合物，結(jié)果表明95 %乙醇溶液能提取出大曲中更多的滋味化合物與香氣化合物。根據(jù)電子舌結(jié)果，5 種大曲的酸味是差異最大的1 種滋味，苦味、澀味、后澀味較為相似；5 種酒曲中3 號(hào)酒曲的酸味強(qiáng)度最小，5 號(hào)酒曲的酸味強(qiáng)度最大；2號(hào)酒曲與5 號(hào)酒曲滋味化合物較為相似。在酒曲粉末與95%乙醇溶液提取液電子鼻分析中，5 種酒曲的氮氧化合物的含量普遍最高，3 號(hào)酒曲粉末與1 號(hào)酒曲95 %乙醇萃取液中氮氧化合物含量最高。5 種大曲對(duì)其余傳感器的響應(yīng)值差異較小，即5 種大曲電子鼻分析風(fēng)味輪廓基本相似，合理推測(cè)酒曲氣味差異的主要原因可能是氮氧化合物含量的差異，且95 %乙醇能萃取出大曲中更多的氮氧化合物、硫化物以及有機(jī)硫化物。