濃香型白酒看花摘酒工藝的可視化分析

林慧，張宿義,,3*，秦輝，張立強(qiáng),3，楊艷，魏陽，楊貴，薛江林

1(四川輕化工大學(xué) 生物工程學(xué)院，四川 宜賓，644000)2(瀘州老窖股份有限公司，四川 瀘州，646000)3(國(guó)家固態(tài)釀造工程技術(shù)研究中心，四川 瀘州，646000)

濃香型白酒是中國(guó)傳統(tǒng)固態(tài)法釀造白酒之一，是以糧谷為原料，中溫大曲為糖化發(fā)酵劑，經(jīng)蒸煮、糖化、發(fā)酵、蒸餾、陳釀、勾調(diào)等一系列工藝釀制而成[1]。獨(dú)特的“泥窖固態(tài)發(fā)酵、續(xù)糟配料、混蒸混燒”釀造工藝賦予了其“窖香濃郁、醇和協(xié)調(diào)、綿甜爽凈、余味悠長(zhǎng)”的風(fēng)格特點(diǎn)[2]。

隨著白酒行業(yè)的發(fā)展及對(duì)白酒品質(zhì)的追求，依靠感官品評(píng)的白酒鑒別方式已逐漸趨于量化和可視化，越來越多國(guó)內(nèi)外學(xué)者采用色譜、質(zhì)譜、光譜等儀器結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)方法，進(jìn)行酒類飲料的風(fēng)味鑒別和差異分析，如對(duì)原料產(chǎn)地、品牌、香型、等級(jí)、年份鑒定等進(jìn)行了分類和判別研究[3-7]。在白酒釀造過程中，摘酒是糟醅發(fā)酵后基酒品質(zhì)控制的一個(gè)重要工藝環(huán)節(jié)，對(duì)保障產(chǎn)品質(zhì)量有著重要作用。然而，目前行業(yè)廣泛應(yīng)用的摘酒方法仍是以人工經(jīng)驗(yàn)判斷的“看花摘酒”和感官品評(píng)為主，依據(jù)“酒花”形態(tài)、大小、消散時(shí)間以及感官嘗評(píng)等將酒體摘取成不同段次[8]。因此，利用“看花摘酒”工藝中酒體差異性風(fēng)味物質(zhì)組分，提供一種客觀、高效、可數(shù)字化控制的摘酒方式是非常有必要的。

尾酒是基酒蒸餾后期餾出的酒，酒度一般在40%vol及以下，含有大量乳酸乙酯、有機(jī)酸等，比例不協(xié)調(diào)，呈味雜、酸澀味重等特點(diǎn)[9]。而黃水是白酒釀造過程中糟醅經(jīng)微生物代謝產(chǎn)生、沉積至窖池底部的游離水，含有微生物菌體、糖類、有機(jī)酸、酯類等成分[10]。在白酒生產(chǎn)應(yīng)用中，尾酒和黃水會(huì)被回收用于白酒調(diào)味、窖池養(yǎng)護(hù)及窖泥培養(yǎng)等方面，因生成量較大，更多地被應(yīng)用于回底鍋復(fù)蒸[11-13]。因此，本文研究針對(duì)企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用，以底鍋中加清水(對(duì)照組)、回尾酒和回黃水3種蒸餾工藝結(jié)合“看花摘酒”工藝分段摘取的10組濃香型白酒基酒過程樣品為研究對(duì)象，采用氣相色譜法-氫火焰檢測(cè)器(gas chromatography-flame ionization detector，GC-FID)技術(shù)測(cè)定酒樣中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，首先探究了回尾酒和回黃水蒸餾工藝對(duì)風(fēng)味物質(zhì)的餾出影響；其次，以各蒸餾工藝為整體，結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)方法建立基于風(fēng)味物質(zhì)的基酒過程樣品的分類模型并進(jìn)行差異性分析，利用差異性物質(zhì)構(gòu)建各段次基酒的鑒別模型，實(shí)現(xiàn)“看花摘酒”工藝風(fēng)味物質(zhì)的可視化分析，為實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、數(shù)據(jù)化的摘酒提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

試劑：乙酸正戊酯、叔戊醇、2-乙基正丁酸，均為色譜純，上海安譜有限公司。

酒樣：取瀘州某濃香型酒廠車間發(fā)酵正常的窖池糟醅，共取樣10甑(同一窖池)，其中4甑底鍋中加清水蒸餾作為對(duì)照組，記為L(zhǎng)S1～LS4；3甑回尾酒蒸餾工藝樣品記為L(zhǎng)S5～LS7；3甑回黃水蒸餾工藝樣品記為L(zhǎng)S8～LS10。底鍋水總量控制為400 kg，回尾酒或黃水量均為200 kg/甑。取樣方法為每甑的酒頭取混合樣，記為L(zhǎng)Sx-頭；二段酒流酒開始，第0 min為第1個(gè)，每間隔2 min取一個(gè)樣，轉(zhuǎn)段點(diǎn)取一個(gè)樣，至轉(zhuǎn)尾酒點(diǎn)取樣結(jié)束，過程樣品依次記為L(zhǎng)Sx-1、2….(x=1～10)。過程均以“看花摘酒”為分段方式，并結(jié)合專業(yè)嘗評(píng)員進(jìn)行分段，具體的看花摘酒方式及各段次酒花特征如表1所示，所回尾酒和黃水含有的主要揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)如表2所示(黃水是車間幾種工藝混合黃水，酒精度及風(fēng)味物質(zhì)含量略高)。

表1 看花摘酒轉(zhuǎn)段時(shí)酒花特征

表2 底鍋中所回尾酒和黃水色譜數(shù)據(jù)

1.2 儀器與設(shè)備

Agilent GC 7820A氣相色譜儀，配備FID檢測(cè)器，美國(guó)Agilent公司；DMA 35便攜式密度計(jì)，安東帕(上海)商貿(mào)有限公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

色譜柱：CP-Wax 57 CB(50 m×0.25 mm×0.2 μm)；GC條件：初始溫度35 ℃，保持3 min，以3 ℃/min的速率升高至70 ℃；以1.5 ℃/min速率升高至80 ℃；以2 ℃/min速率升高至210 ℃，保持10 min。載氣為高純氮，柱流速1.0 mL/min；進(jìn)樣口溫度240 ℃；FID檢測(cè)器溫度：250 ℃；分流比20∶1；進(jìn)樣量1 μL。

定性與定量分析：結(jié)合風(fēng)味物質(zhì)的保留時(shí)間指數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)品的保留時(shí)間進(jìn)行定性分析。內(nèi)標(biāo)法對(duì)風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行定量，以乙酸正戊酯、叔戊醇和2-乙基正丁酸分別作為酯類、醇類、酸類及其他類別風(fēng)味組分的內(nèi)標(biāo)物，以待測(cè)組分與內(nèi)標(biāo)的峰面積和濃度的比值計(jì)算待測(cè)組分含量。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

利用SPSS 22.0、SIMCA 14.1對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行化學(xué)計(jì)量學(xué)分析，Excel 2019、Origin 2021軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理統(tǒng)計(jì)和畫圖分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 三種蒸餾工藝下基酒餾出規(guī)律分析

2.1.1 基酒流酒時(shí)長(zhǎng)、產(chǎn)量和酒精度的變化分析

各蒸餾工藝之間的流酒時(shí)長(zhǎng)和產(chǎn)量及其差異性分析如圖1-a、圖1-b所示，回尾酒和回黃水組的總流酒時(shí)長(zhǎng)顯著增加(P<0.05)，其中主要是二段流酒時(shí)長(zhǎng)被顯著提高(P<0.05)，三段流酒時(shí)長(zhǎng)無顯著差異；另外二三段酒總產(chǎn)量也被顯著提升(P<0.05)，回尾酒和回黃水蒸餾工藝之間產(chǎn)量也具有顯著差異(P<0.05)。

如圖1-c所示，蒸餾過程中酒精濃度隨著流酒時(shí)間的延長(zhǎng)呈下降趨勢(shì)。在轉(zhuǎn)二段酒時(shí)底鍋水、回尾酒、回黃水蒸餾組的酒精度分別為(74.35±1.52)%vol、(75.50±1.51)%vol、(75.63±0.76)%vol；轉(zhuǎn)三段酒分別為(63.65±1.69)%vol、(63.73±1.55)%vol、(64.13±0.91)%vol；轉(zhuǎn)尾酒時(shí)分別為(47.00±1.40)%vol、(46.47±2.76)%vol、(45.97±0.45)%vol，各蒸餾工藝轉(zhuǎn)段時(shí)酒精度差異不大，有研究表明，酒精度與“酒花”形態(tài)、大小的變化有重要關(guān)系[14]。尾酒和黃水中首先是含有一定量酒精，主要影響二段酒流酒時(shí)長(zhǎng)；其次乙醇作為大量微量組分的載體，將進(jìn)一步影響風(fēng)味物質(zhì)的餾出。

a-流酒時(shí)長(zhǎng)；b-產(chǎn)量；c-酒精度

2.1.2 基酒蒸餾過程中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)變化

采用GC-FID方法檢測(cè)基酒過程樣品，共檢測(cè)到揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)69種，其中酯類28種，醇類15種，酸類10種，醛類8種，酮類6種，呋喃2種。為探究回尾酒、黃水對(duì)基酒風(fēng)味物質(zhì)的餾出影響，主要比較了不同蒸餾工藝下醛類、酯類、醇類和酸類4種物質(zhì)隨時(shí)間的含量變化。

(1)醛類、酯類物質(zhì)變化

醛類物質(zhì)在酒中的含量較其他香味成分略低，卻是協(xié)調(diào)、平衡白酒香氣的重要風(fēng)味物質(zhì)[15]。圖2-a所示為蒸餾過程醛類物質(zhì)餾出曲線，隨著流酒時(shí)間增加，醛類物質(zhì)總量呈遞減趨勢(shì)。從變化曲線可以看到回尾酒和回黃水蒸餾工藝提高了流酒開始時(shí)醛類物質(zhì)含量，轉(zhuǎn)二段點(diǎn)時(shí)回尾酒、黃水蒸餾含量是底鍋水蒸餾的1.70～2.10倍；而在轉(zhuǎn)三段點(diǎn)時(shí)，因回尾酒和回黃水組二段酒流酒時(shí)間更長(zhǎng)，其醛類物質(zhì)餾出更加充分，含量更低，為(240.97±4.86)mg/L和(255.56±9.98)mg/L，底鍋水組為(406.24±105.48)mg/L；轉(zhuǎn)尾酒時(shí)各蒸餾工藝之間含量差異不明顯，為(140.67±12.85)～(207.57±22.22)mg/L。

圖2-c為檢測(cè)到的8種醛類物質(zhì)在不同蒸餾工藝下各轉(zhuǎn)段點(diǎn)含量變化的熱圖分析。醛類物質(zhì)在蒸餾過程中可聚為三類，第Ⅰ類以乙醛、乙縮醛、二甲基丁醛為代表在蒸餾過程中含量遞減，可以看到在流酒開始時(shí)，主要是第Ⅰ類醛類物質(zhì)在回尾酒和回黃水蒸餾工藝中餾出含量增加。第Ⅱ類是糠醛，在蒸餾過程中含量遞增，在轉(zhuǎn)三段酒及之后，在回尾酒和回黃水蒸餾工藝中餾出含量被大量提高?？啡┯傻練ぽo料及原料皮殼含有的多縮戊糖產(chǎn)生[16]，過多的糠醛給酒帶來糙辣味，所以生產(chǎn)中適當(dāng)?shù)爻ゾ莆彩怯斜匾?。第Ⅲ類是苯甲醛，在蒸餾過程中及各蒸餾工藝之間無明顯變化規(guī)律。

圖2-b是蒸餾過程中酯類物質(zhì)總含量的變化曲線，是檢測(cè)到的揮發(fā)性物質(zhì)中種類最多、含量最高的一類物質(zhì)，呈先遞減再上升變化趨勢(shì)。比較發(fā)現(xiàn)，回黃水蒸餾工藝提高了流酒開始時(shí)酯類物質(zhì)的餾出量，轉(zhuǎn)二段點(diǎn)時(shí)含量是底鍋水蒸餾的1.32倍；轉(zhuǎn)三段點(diǎn)時(shí)，回尾酒和回黃水蒸餾組含量明顯更低，分別為(3 791.45±0.55)、(3 551.17±0.24)mg/L，底鍋水蒸餾組為(5 488.21±1.04)mg/L；在轉(zhuǎn)尾酒時(shí)，回尾酒蒸餾組含量略高，為(7 259.04±0.65)mg/L，回黃水和底鍋水蒸餾組分別為(6 853.72±0.51)、(6 648.74±0.42)mg/L。

圖2-d為檢測(cè)到的28種酯類物質(zhì)在不同蒸餾工藝下各轉(zhuǎn)段點(diǎn)含量變化的熱圖分析。根據(jù)物質(zhì)變化趨勢(shì)可將酯類物質(zhì)聚為五類，第 Ⅰ 類是以硬脂酸乙酯、異戊酸乙酯、十六烯酸乙酯為代表的大分子酯類物質(zhì)，在酒頭中含量突出，生產(chǎn)中往往需要“掐頭”來除去這些大分子酯類物質(zhì)；第 Ⅱ 類是以丁酸乙酯、己酸乙酯、乙酸乙酯、辛酸乙酯等為代表的小分子、醇溶性酯類物質(zhì)，在蒸餾過程中含量遞減；第 Ⅲ 類是以乳酸乙酯、壬酸乙酯為代表的一些高沸點(diǎn)或水溶性較好的酯類物質(zhì)，在蒸餾過程中含量遞增；第 Ⅳ 和第 Ⅴ 類為己酸異戊酯和月桂酸乙酯，在蒸餾過程及不同蒸餾工藝間變化規(guī)律不明顯。比較不同蒸餾工藝發(fā)現(xiàn)，在流酒開始時(shí)回尾酒和回黃水蒸餾工藝中含量提高的主要為第 Ⅱ 類醇溶性酯類物質(zhì)；而在轉(zhuǎn)三段點(diǎn)時(shí)，回尾酒和回黃水蒸餾工藝中餾出含量降低的主要為第 Ⅱ 類醇溶性酯類以及第 Ⅰ 類大分子酯類物質(zhì)，主要是因?yàn)榛匚簿坪突攸S水蒸餾工藝流酒時(shí)間延長(zhǎng)，酒精濃度還較高時(shí)，Ⅱ 類醇溶性酯類物質(zhì)餾出比較充分，而 Ⅰ 類酯類物質(zhì)在蒸餾過程中在底鍋水蒸餾中含量都略高；在轉(zhuǎn)尾酒點(diǎn)時(shí)，亞油酸乙酯、苯丙酸乙酯、肉豆蔻酸乙酯等大分子酯類物質(zhì)在回尾酒蒸餾工藝中含量比較突出。

a-醛類物質(zhì)總量變化；b-酯類物質(zhì)總量變化；c-各醛類物質(zhì)在不同蒸餾工藝下各轉(zhuǎn)段點(diǎn)含量變化；d-各酯類物質(zhì)在不同蒸餾工藝下各轉(zhuǎn)段點(diǎn)含量變化

(2)醇類、酸類物質(zhì)變化

醇類化合物沸點(diǎn)低、易揮發(fā)，一定量的醇類物質(zhì)能促進(jìn)酯類香氣的揮發(fā)，是重要的呈香呈味物質(zhì)[17]。圖3-a是醇類物質(zhì)的餾出曲線，隨著流酒時(shí)間增加，醇類物質(zhì)總量呈下降變化趨勢(shì)。轉(zhuǎn)二段點(diǎn)時(shí)底鍋水、回尾酒、回黃水蒸餾組含量分別為(1 810.39±135.43)、(1 676.33±221.92)、(1 975.56±104.77)mg/L，回黃水蒸餾工藝中含量略高；轉(zhuǎn)三段點(diǎn)時(shí)分別為(1 334.38±259.35)、(1 232.24±98.06)、(1 216.20±254.14)mg/L；轉(zhuǎn)尾酒時(shí)分別為(890.93±9.92)、(983.00±53.67)、(989.88±54.61)mg/L，各蒸餾工藝在轉(zhuǎn)三段點(diǎn)、轉(zhuǎn)尾酒點(diǎn)含量差異不大。

圖3-c為檢測(cè)到的15種醇類物質(zhì)在不同蒸餾工藝下各轉(zhuǎn)段點(diǎn)含量變化的熱圖分析。醇類物質(zhì)在蒸餾過程中可聚為兩類，第Ⅰ類是以正丙醇、正戊醇、異丁醇為代表的在蒸餾過程中含量呈遞減趨勢(shì)的易揮發(fā)、小分子醇類物質(zhì)；第Ⅱ類是以甲醇、糠醇、β-苯乙醇等為代表的在蒸餾過程含量遞增的醇類物質(zhì)。比較不同蒸餾工藝發(fā)現(xiàn)，在流酒前期，回尾酒和回黃水蒸餾工藝中Ⅰ類醇類物質(zhì)餾出含量提高，在回黃水蒸餾工藝最高，可增強(qiáng)酒體濃厚、刺激口感；在轉(zhuǎn)尾酒時(shí)，回尾酒和回黃水蒸餾工藝中Ⅱ類風(fēng)味物質(zhì)含量突出，其中，糠醇、甲醇、苯甲醇等物質(zhì)在回尾酒蒸餾工藝中含量略高。

有機(jī)酸類化合物在白酒中更多表現(xiàn)為呈味作用，適量的酸可增加酒的后味和醇和感，消除燥辣和苦味[18]。由圖3-b可知，酸類物質(zhì)在蒸餾過程中呈遞增變化趨勢(shì)。轉(zhuǎn)二段點(diǎn)時(shí)底鍋水、回尾酒、回黃水蒸餾組含量分別為(668.41±133.02)、(453.75±93.91)、(584.99±90.87)mg/L；轉(zhuǎn)三段點(diǎn)時(shí)分別為(1 097.37±109.73)、(882.35±31.78)、(947.40±121.15)mg/L；轉(zhuǎn)尾酒時(shí)分別為(1 702.86±94.13)、(1 668.74±254.06)、(1 739.13±232.60)mg/L。不同蒸餾工藝在各轉(zhuǎn)段點(diǎn)含量差異不大，其中底鍋水蒸餾在轉(zhuǎn)二段點(diǎn)、轉(zhuǎn)三段點(diǎn)時(shí)含量略高。

圖3-d為檢測(cè)到的10種酸類物質(zhì)在不同蒸餾工藝下各轉(zhuǎn)段點(diǎn)含量變化的熱圖分析。酸類物質(zhì)在蒸餾過程中可直接聚為一類，均呈增長(zhǎng)變化趨勢(shì)。在流酒前期，丙酸、乙酸、丁酸、己酸等大部分低碳鏈酸類物質(zhì)在回尾酒和回黃水蒸餾工藝中餾出含量被略微降低，到轉(zhuǎn)三段酒及之后，各蒸餾工藝之間含量差異不大；庚酸、辛酸和壬酸在蒸餾過程中餾出含量很低，蒸餾工藝對(duì)其餾出影響不明顯。

a-醇類物質(zhì)總量變化；b-酸類物質(zhì)總量變化；c-各醇類物質(zhì)在不同蒸餾工藝下各轉(zhuǎn)段點(diǎn)含量變化；d-各酸類物質(zhì)在不同蒸餾工藝下各轉(zhuǎn)段點(diǎn)含量變化

2.2 基酒不同段次間揮發(fā)性物質(zhì)分析

2.2.1 主成分分析(principal component analysis, PCA)

PCA是針對(duì)數(shù)據(jù)樣本規(guī)律未知的情況下，借助線性變換對(duì)多指標(biāo)進(jìn)行降維處理，保證信息盡量完整的同時(shí)，提取較少綜合變量的一種多元統(tǒng)計(jì)學(xué)分析手段[19]。對(duì)10組共116個(gè)樣本進(jìn)行PCA，結(jié)果如圖4所示，前2個(gè)主成分的累積貢獻(xiàn)率為53.6%，可基本反映原始數(shù)據(jù)的變異信息。各段次的散點(diǎn)不能被完全區(qū)分開，但聚類趨勢(shì)明顯，表明基酒的分類與其揮發(fā)性物質(zhì)有直接關(guān)系。

圖4 酒樣揮發(fā)性物質(zhì)主成分分析

2.2.2 偏最小二乘判別分析(partial least squares discriminant analysis，PLS-DA)

PLS-DA，一種有監(jiān)督的判別分析方法，可有效對(duì)組間觀察值進(jìn)行區(qū)分，并且能夠找到導(dǎo)致組間差異的影響變量[20]。以各蒸餾工藝下采集的所有過程樣品為整體，進(jìn)一步應(yīng)用PLS-DA建立分類模型，探究各段次風(fēng)味物質(zhì)的差異。以所有樣本的4個(gè)段次數(shù)據(jù)作為分組變量，對(duì)包括酒精度在內(nèi)的70種風(fēng)味組分進(jìn)行分析，建立的PLS-DA模型如圖5-a所示。該模型提取的2個(gè)成分特征值貢獻(xiàn)度為93.8%，說明這2個(gè)成分反映了白酒中風(fēng)味物質(zhì)的總體情況，能有效地對(duì)各段次樣品進(jìn)行分類。其中，酒頭的散點(diǎn)圖比較分散，分別與各組二段酒的第一個(gè)樣品LSx-1靠近，表明揮發(fā)性物質(zhì)差異不大，不易區(qū)分開，主要原因?yàn)榫祁^樣品中風(fēng)味物質(zhì)含量不穩(wěn)定，且不同組別間差異性較大，所以生產(chǎn)中酒頭的摘取方式多以流酒時(shí)間和餾酒質(zhì)量為準(zhǔn)。此外對(duì)模型進(jìn)行200次的置換檢驗(yàn)，以評(píng)估模型是否存在過擬合情況。由圖5-b可知，置換檢驗(yàn)的R2截距為 0.109，Q2截距為-0.189，且所有位于左邊的R2和Q2值(橫坐標(biāo)為0 0.3的點(diǎn))均低于右邊的R2和Q2值(橫坐標(biāo)為1的點(diǎn))，說明模型不存在過擬合的情況[21]。

a-PLA-DA;b-置換檢驗(yàn)

進(jìn)一步探究風(fēng)味組分在各段次間的差異，對(duì)基酒中揮發(fā)性物質(zhì)與段次之間進(jìn)行相關(guān)性分析，其中X代表白酒基酒中揮發(fā)性化合物變量，Y代表段次變量，相關(guān)性分析載荷圖見圖6。由圖6可以看到，各段次間的風(fēng)味物質(zhì)種類及含量存在明顯差異，載荷圖第一、四象限區(qū)域?yàn)轭^酒及二段酒樣品區(qū)域，風(fēng)味物質(zhì)種類豐富，含有大量的酯類、醛酮類、醇類物質(zhì)，低沸點(diǎn)、醇溶性及小分子風(fēng)味化合物被優(yōu)先餾出，含量逐漸減少，同時(shí)，棕櫚酸乙酯、油酸乙酯、十六烯酸乙酯等大分子酯類物質(zhì)在酒頭中含量突出，香氣強(qiáng)烈、豐富。隨著流酒時(shí)長(zhǎng)增加，各成分比例逐漸趨于協(xié)調(diào)，三段酒處在流酒過渡期，特征性物質(zhì)相對(duì)較少且含量差異性不大，有二戊醇、己酸己酯等物質(zhì)；轉(zhuǎn)尾酒后特征性風(fēng)味物質(zhì)明顯，包括乳酸乙酯、糠醛、甲醇、糠醇；能及微溶于水的脂肪酸，沸點(diǎn)隨碳鏈增長(zhǎng)而升高，溶解度隨之減?。灰约耙恍┎蝗苡谒?、高沸點(diǎn)、低密度的油酸乙酯、亞油酸乙酯、苯乙酸乙酯等脂肪酸酯物質(zhì)析出，造成酒液表面開始形成油珠，酒味逐漸粗糙、酸澀、刺激。

圖6 各段次酒樣與揮發(fā)性物質(zhì)的相關(guān)性載荷圖

進(jìn)一步利用變量投影重要度(variable importance for the projection，VIP)篩選特征性物質(zhì)，找出影響段次分類的關(guān)鍵變量，研究中通常以VIP≥1的變量為差異代謝物篩選標(biāo)準(zhǔn)。通過VIP值篩選出8個(gè)差異標(biāo)記物，按VIP值大小依次為酒精度、乙酸乙酯、棕櫚酸乙酯、乳酸乙酯、乙縮醛、己酸乙酯、丁酸乙酯、乙酸，這8種物質(zhì)是引起段次分類的主要變量。其中，酒精度的VIP值最大，進(jìn)一步證實(shí)酒精度與“酒花”形態(tài)的形成、變化有重要關(guān)系，一定的酒花形態(tài)特征反映著一定的酒精濃度，其余幾種酯類物質(zhì)、乙縮醛以及乙酸也是酒體中含量較高的關(guān)鍵性風(fēng)味物質(zhì)。此外，利用ANOVA分析進(jìn)一步驗(yàn)證了這些物質(zhì)含量在不同段次之間具有顯著性差異(P<0.05)，結(jié)果如表3所示。

表3 不同段次基酒中差異性標(biāo)記物

考慮到實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中對(duì)模型要求的簡(jiǎn)便性和可靠性，建立一個(gè)快速、準(zhǔn)確的等級(jí)判別模型，同時(shí)考慮到各組頭酒樣本風(fēng)味物質(zhì)差異性較大，為減少其對(duì)模型的影響，舍去酒頭樣本，以8個(gè)差異標(biāo)記物的含量為變量，隨機(jī)選擇9組樣本為訓(xùn)練集，對(duì)二段酒、三段酒及尾酒樣品再次擬合PLS-DA 判別模型，并選擇剩余一組樣本數(shù)據(jù)為測(cè)試集對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證(測(cè)試集包括二段次酒樣3個(gè)，三段次酒樣3個(gè)，尾酒2個(gè)，共8個(gè)樣)，判別結(jié)果如圖7所示。圖示為9組訓(xùn)練集和1組測(cè)試集的預(yù)測(cè)分類結(jié)果，結(jié)果表明，訓(xùn)練集與測(cè)試集樣本被很好的聚集分類，相鄰轉(zhuǎn)段區(qū)域不可避免地出現(xiàn)靠近的趨勢(shì)，因流酒過程物質(zhì)變化是連續(xù)的，在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用即是找到這個(gè)臨界范圍。如表4所示為預(yù)測(cè)集的判別結(jié)果，準(zhǔn)確率為100%，有效實(shí)現(xiàn)對(duì)未知段次酒樣的判別和分類。

圖7 PLS-DA模型預(yù)測(cè)結(jié)果

表4 預(yù)測(cè)集分類結(jié)果

3 結(jié)論

本研究采用GC-FID測(cè)定了10組濃香型白酒過程樣品的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，分析對(duì)比了3種不同蒸餾工藝下各類風(fēng)味物質(zhì)的餾出規(guī)律，發(fā)現(xiàn)回尾酒和回黃水蒸餾工藝主要影響二段酒流酒時(shí)長(zhǎng)及風(fēng)味物質(zhì)醛類、酯類的餾出。以各蒸餾情況為整體，對(duì)以看花摘酒分段的過程樣品結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)方法進(jìn)行分類研究。通過對(duì)所有樣品包括酒精度在內(nèi)的70種風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行PCA和PLS-DA，結(jié)果表明，PCA、PLS-DA均能實(shí)現(xiàn)各段次酒樣的分類，同時(shí)還通過PLS-DA中的VIP值篩選出影響段次間差異的8種特征性物質(zhì)。利用這8種物質(zhì)，以9組樣本為訓(xùn)練集構(gòu)建PLS-DA段次判別模型，并以1組數(shù)據(jù)(8個(gè)樣本)作為測(cè)試集，結(jié)果顯示，測(cè)試樣本的正確識(shí)別率為100%。本研究利用蒸餾過程中酒樣揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的差異，建立不同段次基酒的分類和判別模型，實(shí)現(xiàn)“看花摘酒”工藝的可視化分析，旨在為實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、數(shù)據(jù)化的摘酒提供理論支撐。