指紋圖譜在醬香型白酒生產(chǎn)過程中的應(yīng)用研究進展

彭小東，張 倩，李紅洲，王箐汶，曹天順，田義霞

（貴州省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗檢測院，貴州貴陽 550014）

醬香型白酒為我國傳統(tǒng)優(yōu)質(zhì)白酒的代表之一，獨特的釀造工藝賦予酒體“醬香突出、優(yōu)雅細膩、酒體醇厚、回味悠長、空杯留香持久”的特點[1]。2020年末，我國白酒產(chǎn)能從1358萬kL下降至740萬kL，銷售收入從6125億元降為5836億元，利潤卻從797億元增至1585 億元。醬香型白酒產(chǎn)能、銷售額以及利潤均實現(xiàn)了逆勢而增，產(chǎn)能從41 萬kL 增至60萬kL，占比從3 %提高至8 %，銷售額從1010 億元增至1550 億元，占我國白酒26%，利潤從239 億元提升至630 億元，從29.99 %提升至39.7%[2]?！顿F州省“十四五”戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)集群發(fā)展規(guī)劃》提出，將以赤水河流域產(chǎn)業(yè)帶為核心，重點規(guī)劃布局仁懷、習(xí)水、金沙等優(yōu)質(zhì)醬香型白酒產(chǎn)區(qū)，圍繞微生物資源保護和優(yōu)質(zhì)原料供給、醬香白酒品質(zhì)提升、酒文化內(nèi)涵挖掘等方面打造醬香型白酒產(chǎn)業(yè)集群，持續(xù)鞏固世界級醬香型白酒產(chǎn)業(yè)基地核心區(qū)地位，到2025 年，產(chǎn)量達到60 萬千升，醬香白酒產(chǎn)業(yè)集群總產(chǎn)值達到2500 億元。隨著醬香型白酒市場愈發(fā)火爆，迫切需要企業(yè)對自身的產(chǎn)品進行科學(xué)有效的質(zhì)量控制，建立科學(xué)方法，穩(wěn)定產(chǎn)品品質(zhì)，對規(guī)范醬香型白酒行業(yè)與市場，保障醬酒的持續(xù)、健康發(fā)展具有重要意義。

指紋圖譜技術(shù)源于中藥質(zhì)量控制研究，是一種從整體上研究復(fù)雜物質(zhì)體系的技術(shù)，已經(jīng)在中藥質(zhì)量控制、環(huán)境保護、食品評價等許多領(lǐng)域得到應(yīng)用。指紋圖譜不需要定量即可測定樣品的各種化學(xué)成分，能夠有效地體現(xiàn)產(chǎn)品的整體性和綜合作用，所以指紋圖譜技術(shù)能夠應(yīng)用于白酒分析和質(zhì)量的鑒定?，F(xiàn)階段指紋圖譜主要應(yīng)用于白酒質(zhì)量的穩(wěn)定性評價、白酒香型及真?zhèn)蔚蔫b別、年份酒的判定等方面，關(guān)于將指紋圖譜應(yīng)用在白酒生產(chǎn)過程中的報道較少。醬香型白酒產(chǎn)業(yè)作為貴州省白酒的龍頭產(chǎn)業(yè)，釀造工藝獨特、復(fù)雜，產(chǎn)能和質(zhì)量受到原料、工藝及產(chǎn)區(qū)生態(tài)等多方面的影響，因此如何對醬香型白酒進行生產(chǎn)過程的質(zhì)量控制關(guān)系到整個醬香型白酒行業(yè)的健康、有序和長遠發(fā)展。本文就近年來指紋圖譜技術(shù)在醬香型白酒生產(chǎn)過程中的主要應(yīng)用研究進行綜述，以期為醬香型白酒產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展提供一定的參考。

1 指紋圖譜技術(shù)概述

指紋圖譜是指樣品經(jīng)適當前處理后，采用一定的現(xiàn)代分析手段，得到具有該樣品特性的色譜、光譜以及其他圖譜數(shù)據(jù)資料。圖譜跟人的指紋一樣具有專一性和代表性，因此稱之為指紋圖譜[3]。隨著指紋圖譜應(yīng)用范圍的逐步擴大和分析技術(shù)的不斷進步，根據(jù)分析手段和特征性成分，可將指紋圖譜分為兩大類：生物指紋圖譜和化學(xué)指紋圖譜[4]。生物指紋主要包括蛋白質(zhì)指紋圖譜、DNA 指紋圖譜等，常用的分析方法有聚丙烯酰胺凝膠電泳技術(shù)（SDS-PAGE）、簡單重復(fù)序列或微衛(wèi)星標記（SSR）、內(nèi)部簡單重復(fù)序列（ISSR）、擴增片段長度多態(tài)性（AFLP）、單核苷酸多態(tài)性（SNPs）、隨機擴增多態(tài)性DNA（RAPD）、單核苷酸多態(tài)性（SNP）、相關(guān)序列擴增多態(tài)性（SRAP）等[5]?；瘜W(xué)指紋圖譜主要包括光譜指紋圖譜、色譜指紋圖譜等，常用的分析方法有氣相色譜法（GC）、高效液相色譜法（HPLC）、氣相色譜-質(zhì)譜法(GC-MS)、高效液相色譜-質(zhì)譜法(HPLC-MS)、毛細管電泳-質(zhì)譜法(CEMS)、核磁共振(NMR)、液相色譜-核磁共振法(LCNMR)、X射線衍射法(XRD)等。

指紋圖譜的構(gòu)建主要分為三個步驟：（1）圖譜的采集，是指紋圖譜構(gòu)建的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，生物指紋圖譜，以常見的DNA 指紋圖譜為例，首先需要對樣品進行DNA 提取，選擇多態(tài)性良好的引物進行PCR擴增，最后進行電泳檢測，采集圖像；化學(xué)指紋圖譜，以白酒風(fēng)味指紋圖譜為例，首先需要確定香氣成分的提取方式如直接進樣、固相微萃?。℉SSPME）、液液萃?。↙LE）、頂空進樣(HS)等，再確定分離手段如常用的GC、LC，最后選擇合適的檢測方法如氫火焰離子檢測器（FID）、氮磷檢測器（NPD）、質(zhì)譜（MS）、飛行時間質(zhì)譜（TOF-MS）等，分析過程中需要對色譜條件進行考察，確定合適的色譜柱、載氣流速、分流比及升溫程序等，如采用質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)，還需確定質(zhì)譜條件；（2）根據(jù)得到的圖譜信息，構(gòu)建樣品的指紋圖譜庫，根據(jù)譜庫的用途，收集的圖譜信息要盡可能全面；（3）通過化學(xué)模式識別，數(shù)據(jù)挖掘和中藥色譜指紋圖譜相似度評價軟件等技術(shù)對指紋圖譜進行模式解析和評價，化學(xué)模式識別主要包括系統(tǒng)聚類分析（CA）、主成分分析（PCA）、判別分析（DA）、偏最小二乘法-判別分析（PLS-DA）、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANNS）等[6-7]，相似度評價最常用的軟件為2004 年3 月由國家藥典委員會開發(fā)的《中藥色譜指紋圖譜相似度評價系統(tǒng)》研究版(2004A)和檢驗版(2004B)，后更新至2012版。

各種指紋圖譜技術(shù)及分析方法各有特點，因此在利用這些技術(shù)和分析手段時必須明確實驗?zāi)康?，選擇適合于樣品的圖譜技術(shù)和分析方法，才能得到更加可靠客觀的結(jié)果，也能針對性的解決相關(guān)技術(shù)難題。

2 指紋圖譜在醬香型白酒釀造過程中的應(yīng)用

2.1 釀酒原料上的應(yīng)用

醬香型白酒的發(fā)酵方式為固態(tài)發(fā)酵，以高粱為單一原料，大曲、稻殼等為輔料，精心釀制而成。并不是所有高粱都適合醬香型白酒的釀造，經(jīng)大量研究和生產(chǎn)實踐發(fā)現(xiàn)，貴州本地的“紅纓子”糯高粱為最佳原料，雜交糯高粱次之，粳高粱不適宜[8-11]。在高粱的收購成本上，“紅纓子”糯高粱是其他糯高粱價格的2 倍，粳高粱價格的3 倍。隨著醬香型白酒的持續(xù)火熱，高粱的需求量將會越來越大，這就會導(dǎo)致一些不法商販以次充好，將普通的糯高粱充當“紅纓子”糯高粱售賣，又或是將粳高粱摻入其中牟取暴利，因此對高粱品種的準確識別、鑒定是非常必要的。

高粱品種真實性鑒定應(yīng)用較多的技術(shù)是DNA指紋圖譜，王黎明等[12]篩選出的41 對多態(tài)性引物，可以鑒別出遺傳背景有差異的源自不同國家及不同地區(qū)的甜高粱，構(gòu)建了142 份甜高粱品種資源的分子身份證，可有效的對各品種進行區(qū)分；王晶[13]利用篩選出的41 對多態(tài)性良好的核心引物對國內(nèi)外119 份高粱材料進行PCR 擴增和電泳檢測，構(gòu)建了DNA 指紋圖譜庫，利用距離聚類法和模型聚類法對其中的78 份高粱進行分析，將其簡化分為了4個類群，為提高高粱育種的效率提供了便利；王瑞等[14]利用SSR熒光標記技術(shù)篩選出36對引物，構(gòu)建了20 個高粱品種的SSR 指紋圖譜，并從36 對引物中篩選到兩對多態(tài)性豐富的引物，能夠有效地對20個高粱品種進行區(qū)分；詹秋文等[15]選用100 個RAPD 引物和95 對SSR 引物，通過對引物的篩選，找到多態(tài)性豐富的核心引物，構(gòu)建了42 份高粱和蘇丹草品種資源及2 份雜交種的DNA 指紋圖譜，該研究不僅能夠鑒別親本，還可以將雜交種和親本區(qū)分開來。

化學(xué)指紋圖譜在高粱品種鑒別上也有相關(guān)的應(yīng)用。倪德讓等[16]以17 個不同產(chǎn)地的紅纓子高粱和8 個其他釀酒高粱品種為樣本，建立了基于多酚類化合物HPLC 指紋圖譜，通過相似度評價結(jié)合聚類分析和主成分分析發(fā)現(xiàn)，17批次紅纓子高粱間的相似度大于0.97，其他品種釀酒高粱與紅纓子高粱的相似度均低于0.90，高效地實現(xiàn)紅纓子高粱與其他釀酒高粱品種的區(qū)分。

2.2 勾兌工藝和真?zhèn)巫R別上的應(yīng)用

“勾兌”是白酒行業(yè)的專業(yè)術(shù)語，是指在同一香型白酒中，把不同質(zhì)量、不同特點的酒按照不同的比例搭配混合在一起，使白酒的“色、香、味、格”等達到某種程度上的協(xié)調(diào)和平衡[17]。醬香型白酒的勾調(diào)，是根據(jù)其獨特的釀造工藝，將經(jīng)過一定時間儲藏的各個輪次醬香、醇甜、窖底等類型的單體基酒，按照基酒的特點、數(shù)量比例、成品酒的質(zhì)量要求，經(jīng)過適當比例的調(diào)配，使各微量成分間達到和諧，形成“醬香突出、幽雅細膩、酒體醇厚、回味悠長”的特有風(fēng)格[18]。醬香型白酒作為傳統(tǒng)白酒，其勾調(diào)技藝一直是憑借勾調(diào)師敏銳的感官品評和豐富的勾兌經(jīng)驗進行操作，由于感官易疲勞，經(jīng)驗難繼承等缺陷，使得技術(shù)難以推廣，容易造成產(chǎn)品品質(zhì)不穩(wěn)定[19-20]。指紋圖譜的分析和應(yīng)用可以使技術(shù)更加科學(xué)化、規(guī)范化。醬香型白酒的勾兌需要對各輪次基酒以及調(diào)味酒有深入細致的了解。因此，首先要建立基礎(chǔ)酒、調(diào)味酒以及本廠優(yōu)質(zhì)酒的指紋圖譜庫；其次，以優(yōu)質(zhì)酒或是標樣酒的指紋圖譜為目標，按照缺什么補什么的原則，選取基礎(chǔ)酒及調(diào)味酒進行多次組合、調(diào)味，形成多個小樣，將小樣的圖譜與目標酒樣指紋圖譜進行比較，找出差異，再進行組合、調(diào)味、比對，直到兩張圖譜的差異在勾調(diào)師所接受的范圍內(nèi)[21-22]。

醬香型白酒以貴州茅臺酒享譽中外，其巨大的市場份額和高位的市場價格使得假冒偽劣“茅臺”層出不窮，因此，對名優(yōu)醬酒的真?zhèn)舞b別研究也從未間斷，在這些研究中，指紋圖譜研究在這方面的應(yīng)用較多。鄭巖等[23]用GC-MS 對10 批次的茅臺酒進行了指紋圖譜的測定，建立了茅臺酒的共有指紋圖譜，通過相關(guān)系數(shù)法計算的相似度分析結(jié)果能準確應(yīng)用于貴州茅臺酒的真?zhèn)舞b別；孫其然等[24]利用GC-MS 獲得了茅臺酒的指紋圖譜，并結(jié)合相似度評價軟件對38 個批次的茅臺酒、5 種茅臺醬香系列酒以及12 種其他廠家生產(chǎn)的白酒進行評價分析，可以區(qū)分茅臺酒和其他不同酒精度、不同香型的白酒；王霓等[25]采用近紅外光譜分析法，通過紅外譜圖的比對與樣品特征吸收峰的波數(shù)、強弱等參數(shù)相結(jié)合的方法確定真假醬酒的差異所在，進而確立特征指紋圖譜庫，建立了一種鑒別醬香型白酒真?zhèn)味鹊募夹g(shù)方法。

2.3 質(zhì)量控制、工藝及品牌區(qū)分中的應(yīng)用

在醬香型白酒生產(chǎn)過程中，產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性、不同質(zhì)量、工藝、品牌的區(qū)分以及缺陷酒關(guān)鍵化合物的解析等均涉及指紋圖譜及相關(guān)化學(xué)模式識別方法。

王麗等[26]利用指紋圖譜結(jié)合化學(xué)模式識別（層次聚類、主成分分析）對特定品牌的醬香型白酒品質(zhì)及批次穩(wěn)定性進行了綜合性的評價，通過相似度評價及相關(guān)分析，將相似度大于0.99 作為特定品牌醬香型白酒品質(zhì)獨特性和批次穩(wěn)定性的評價標準，可以有效將其與其他品牌的醬香型白酒區(qū)分，且通過主成分分析找到了17 種與其他品牌醬香白酒差異性物質(zhì)，為該品牌醬香型白酒的質(zhì)量控制提供了技術(shù)支撐；先春等[27]采用GC 法對不同工藝和風(fēng)格的醬香型白酒的香氣成分建立了指紋圖譜，以16個主要共有峰為評價指標，通過相似度評價分析發(fā)現(xiàn)2 種不同工藝的醬香型白酒差異明顯，2 個品牌的傳統(tǒng)大曲醬香型白酒相似度均在0.95 以上（其中一品牌達到了0.99 以上），而碎沙酒除個別樣品外其余樣品的相似度均在0.95 以下，結(jié)合感官品評，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)大曲醬香型白酒的質(zhì)量穩(wěn)定性較碎沙酒要好；張曉婕等[28]利用GC-MS 技術(shù)對不同工藝醬香型白酒的揮發(fā)性物質(zhì)進行了差異分析，并結(jié)合香氣活性值和化學(xué)計量學(xué)法構(gòu)建了鑒別模型，可對兩2 種工藝（碎沙和坤沙）進行區(qū)分，測試正確率為93.33%，基本實現(xiàn)了2 種工藝酒樣的鑒別；張曉婕等[29]對不同質(zhì)量的醬香型白酒的揮發(fā)性物質(zhì)進行了差異分析，利用GC-MS 對同一酒廠5 種質(zhì)量的100個醬香型白酒酒樣中的揮發(fā)性物質(zhì)進行了檢測并構(gòu)建鑒別模型，找到了關(guān)鍵性差異物質(zhì)，采用聚類分析和主成分分析法均可將不同質(zhì)量的醬香型白酒明顯區(qū)分為3 類，通過另外3 個酒企不同質(zhì)量級別醬香型白酒分析結(jié)果代入構(gòu)建的鑒別模型，也可實現(xiàn)質(zhì)量的有效區(qū)分。

異嗅物質(zhì)為醬香型白酒缺陷酒中常見的異嗅缺陷，嚴重影響了醬香型白酒的產(chǎn)品質(zhì)量，由此引起的產(chǎn)品等級降低每年給企業(yè)造成了較大經(jīng)濟損失。江南大學(xué)王露露[30]基于分子感官科學(xué)的研究思路，采用氣相色譜-嗅聞/質(zhì)譜（GC-O/MS）技術(shù)對典型“鹽菜味”酒樣中的香氣活性化合物進行分析，并結(jié)合全二維氣相色譜-飛行時間質(zhì)譜（GC×GC-TOF/MS）技術(shù)對醬香型白酒中揮發(fā)性化合物進行分析，構(gòu)建了包含1086 種化合物的醬香型白酒揮發(fā)性組分指紋圖譜信息庫，通過香氣萃取稀釋分析（cADEA）技術(shù)對比分析了“鹽菜味”異嗅樣品和正常樣品香氣活性組分差異，利用多元統(tǒng)計分析篩選出6 種與醬香型白酒風(fēng)味品質(zhì)顯著相關(guān)的標志性含硫化合物，構(gòu)建了快速判別醬香型白酒風(fēng)味品質(zhì)的分析模型，模型驗證結(jié)果顯示判定準確率可達100%，為醬香型白酒產(chǎn)品質(zhì)量的評價提供了客觀科學(xué)的方法，也為企業(yè)釀造過程中對異味的形成控制提供了靶向性指導(dǎo)；孫優(yōu)蘭等[31]采用GC-MS法對“生青味”的醬香型白酒樣品進行分析，以正常酒的圖譜分析結(jié)果為對照，通過Venn 及聚類熱圖比較統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)缺陷酒與正常酒之間存在顯著差異，并通過正交偏最小二乘判別分析（OPLSDA）找到了構(gòu)成酒體該缺陷特征的重要因子，為醬香型白酒品質(zhì)提升提供科學(xué)依據(jù)

3 總結(jié)與展望

現(xiàn)階段，指紋圖譜在醬香型白酒中的研究和應(yīng)用主要圍繞醬香型白酒成品酒的真?zhèn)舞b別和品質(zhì)穩(wěn)定性評價等方面。醬香型白酒風(fēng)味成分復(fù)雜，是目前白酒香型中風(fēng)味成分最多的，季克良等[32]早在2007年就通過GC×GC-TOFMS 法在醬香型白酒中分離得到873 種風(fēng)味化合物。因此，要想獲得良好的指紋圖譜，更好的應(yīng)用到醬香型白酒的質(zhì)量控制和真?zhèn)舞b別中，一是必須要選擇具有高分離效能的色譜柱，靈敏度高的分析儀器，不斷摸索各種操作條件，如萃取方式、儀器條件（包括色譜條件、質(zhì)譜條件等），不斷積累經(jīng)驗，掌握關(guān)鍵操作，實現(xiàn)準確的定性定量分析；二是要選擇合適的分析軟件或方法對得到的圖譜進行識別、計算，使圖譜的分析更加規(guī)范科學(xué)；三是要將現(xiàn)代儀器分析同傳統(tǒng)感官品評結(jié)合起來，才能更加全面準確地對醬香型白酒的品質(zhì)和風(fēng)味進行評價。

指紋圖譜除了在成品酒的質(zhì)量控制和真?zhèn)舞b別中應(yīng)用外，也可將其應(yīng)用到醬香型白酒的其他生產(chǎn)過程中，幫助控制醬香型白酒的整個生產(chǎn)流程。即根據(jù)各生產(chǎn)環(huán)節(jié)指紋圖譜的變化考察操作條件對產(chǎn)品質(zhì)量的影響程度，調(diào)整相關(guān)工藝參數(shù)，確定合理的工藝條件。如可利用指紋圖譜對釀酒原料進行品種鑒別和質(zhì)量監(jiān)控，指導(dǎo)醬香型白酒釀酒用高粱的育種和種植；可通過指紋圖譜技術(shù)建立醬香型白酒不同輪次（每年）基酒的指紋圖譜庫，通過對譜圖比對分析，可以幫助企業(yè)快速準確的了解公司每年生產(chǎn)的輪次酒的區(qū)別，知曉生產(chǎn)是否有異常，反饋生產(chǎn)車間，適時地調(diào)整生產(chǎn)工藝；也可將指紋圖譜應(yīng)用到企業(yè)的酒庫中，建立不同類型基酒、調(diào)味酒、年份酒等的指紋圖譜數(shù)據(jù)庫，讓企業(yè)更加全面準確的了解各類型酒的分布和庫存情況，更加科學(xué)精準的指導(dǎo)勾兌和生產(chǎn)。相信隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，許多新技術(shù)、新工藝、新方法將會在醬香型白酒生產(chǎn)過程中得到應(yīng)用，指紋圖譜技術(shù)在醬香型白酒中的應(yīng)用也將會越來越全面和廣泛，更好地助力于醬香型白酒產(chǎn)業(yè)的持續(xù)、健康發(fā)展。