蘇格蘭不同品牌麥芽威士忌揮發(fā)性風(fēng)味成分分析

張德芹，朱曉春，李拂曉，駱紅波，胡建鋒，孫優(yōu)蘭

（貴州習(xí)酒股份有限公司，貴州習(xí)水 564622）

威士忌（Whiskey）是以大麥等谷物為原料，經(jīng)發(fā)芽、糖化、發(fā)酵、蒸餾、陳釀、混配制得的一種蒸餾酒，其酒精度數(shù)在43%vol 左右，被英國人稱為“生命之水”。按照生產(chǎn)產(chǎn)地，威士忌主要分為蘇格蘭威士忌、愛爾蘭威士忌、美國威士忌和加拿大威士忌等；按照釀造方法主要分為單麥芽威士忌、純麥芽威士忌、谷物威士忌和調(diào)合威士忌等[1-4]。相關(guān)數(shù)據(jù)表明，近年來我國煙酒進(jìn)出口貿(mào)易中，威士忌酒進(jìn)口規(guī)?？傮w呈現(xiàn)快速增長趨勢，進(jìn)口規(guī)模由2017年的9.17 億元快速增至2021 年的30.02 億元，其中以蘇格蘭麥芽威士忌消費(fèi)占比較高，是當(dāng)今中國最熱門的西方烈酒。蘇格蘭威士忌在文化和經(jīng)濟(jì)上都是比較重要的產(chǎn)品，在風(fēng)味化學(xué)方面，蘇格蘭威士忌是一種復(fù)雜的混合物，由數(shù)千種風(fēng)味化合物組成，其性質(zhì)在很大程度上尚未解析透徹[5]。

因此，本研究采用氣相色譜-氫火焰檢測器（gas chromatography-flameionization detector，GCFID）、液液微萃取-氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（liquidliquid microextraction-gas chromatography-massspectrometry，LLME-GC-MS），對國內(nèi)流行的4 個品牌11 款麥芽威士忌感官特征及風(fēng)味結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行解析，旨在為不同品牌威士忌產(chǎn)品的特征風(fēng)味解析及品質(zhì)表達(dá)提供理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑及儀器

酒樣：4個品牌11款蘇格蘭麥芽威士忌（40%vol或43%vol，橡木桶陳釀時(shí)間為12 年～21 年），均通過市場采購獲得，其酒精度、原料及工藝等相關(guān)信息如表1所示。

表1 不同品牌威士忌產(chǎn)品詳細(xì)信息

試劑：無水乙醚、氯化鈉、正戊烷，均為分析純，購于成都金山化學(xué)試劑有限公司；正構(gòu)烷烴混合標(biāo)準(zhǔn)品（C7～C40）、乙醇、2-辛醇、2-乙基丁酸、乙酸正戊酯、乙醛、丙醛、異丁醛、甲酸乙酯、二乙氧基甲烷、乙酸乙酯、乙縮醛、甲醇、異戊醛、2-戊酮、仲丁醇、丁酸乙酯、丙醇、異戊酸乙酯、異丁醇、乙酸異戊酯、戊酸乙酯、2-戊醇、丁醇、異戊醇、己酸乙酯、戊醇、醋嗡、乳酸乙酯、己醇、辛酸乙酯、乙酸、糠醛、丙酸、異丁酸、2，3-丁二醇、1，2-丙二醇、丁酸、異戊酸、戊酸、苯乙酸乙酯、己酸、β-苯乙醇、庚酸、辛酸、棕櫚酸乙酯、油酸乙酯、亞油酸乙酯等98 種標(biāo)準(zhǔn)化合物（均為色譜純，純度均≥95 %），購于上海安譜實(shí)驗(yàn)科技股份有限公司。

儀器設(shè)備：氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（Agilent GC 7890-5975 MSD），美國Agilent 公司；氣相色譜儀（Agilent GC 8890），美國Agilent 公司；超純水系統(tǒng)（Aquaplore3S），美國艾科浦公司；電子天平（AR2130/C），奧豪斯上海公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 感官描述性分析方法

參照國標(biāo)GB/T 11857—2008《威士忌》[6]方法，對11 款威士忌產(chǎn)品的色澤、香氣、口味及余韻等指標(biāo)進(jìn)行感官描述性分析。

1.2.2 揮發(fā)性風(fēng)味成分分析

1.2.2.1 GC-FID檢測方法

取酒樣10 mL置于儲備瓶中，加入200 μL混合內(nèi)標(biāo)（叔戊醇320.4 mg/L、乙酸正戊酯351.4 mg/L、2-乙基丁酸361.6 mg/L），混勻后分裝至進(jìn)樣瓶。

GC 條件：DB-WAX 色譜柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）；進(jìn)樣口溫度240 ℃；進(jìn)樣量1 μL；分流比30∶1；載氣為氮?dú)猓兌取?9.999 %）；柱流量1 mL/min；升溫程序：起始30 ℃，保持3 min，3 ℃/min升溫至90 ℃，不保持，再以5 ℃/min升溫至180 ℃，保持25 min；氫火焰離子化檢測器溫度250 ℃。

1.2.2.2 LLME-GC-MS檢測方法

LLME 條件：準(zhǔn)確吸取10 mL 稀釋到10 %vol的酒樣，加入氯化鈉至飽和（3 g 左右），添加10 μL內(nèi)標(biāo)物（2-辛醇：16.1 mg/L），加入2 mL 乙醚∶戊烷（1∶1），渦旋振蕩3 min，靜置分層后吸取上層有機(jī)相1 mL至進(jìn)樣瓶。

GC 條件：采用DB-FFAP色譜柱（60 m×0.25 mm×0.25 μm，J&W Scientific），進(jìn)樣口溫度和氣相色譜檢測器溫度250 ℃，載氣為氦氣（純度≥99.999%），流量為1.2 mL/min，不分流進(jìn)樣；程序升溫條件為：①吡嗪類、酚類、硫化物：初溫40 ℃保持1 min，以8 ℃/min 升至80 ℃，不保持，以2.5 ℃/min 升至115 ℃，不保持，以8 ℃/min 升至155 ℃，不保持，以5 ℃/min 升至220 ℃，不保持；② 其他微量化合物：初溫40 ℃保持1 min，以2.5 ℃/min 升至100 ℃，保持1 min，以3 ℃/min 升至160 ℃不保持，以5 ℃/min升至230 ℃，保持10 min。

MS 條件：采用EI 離子源和70 eV 的電子能量，設(shè)置離子源溫度為230 ℃，四級桿溫度為150 ℃，掃描范圍為45～550 amu。

1.2.3 風(fēng)味成分定性定量方法

1.2.3.1 定性分析

利用Agilent ChemStation將酒樣檢測原始數(shù)據(jù)依次進(jìn)行去除噪音、基線矯正和峰面積積分等步驟，利用NIST 20a.L譜庫檢索、標(biāo)準(zhǔn)品比對，并結(jié)合保留指數(shù)（retention index，RI）對酒樣中檢出化合物進(jìn)行定性。其中保留指數(shù)定性：根據(jù)改進(jìn)的Kovats 法[7]計(jì)算RI，將C7～C40 正構(gòu)烷烴與酒樣在相同的色譜條件下進(jìn)樣分析，通過保留時(shí)間計(jì)算未知化合物的保留指數(shù)，按公式（1）計(jì)算：

式中：RI 為保留指數(shù)；n 和n+1 分別為未知物流出前后正構(gòu)烷烴碳原子數(shù)；tn和tn+1分別為相應(yīng)正構(gòu)烷烴的保留時(shí)間；ti為未知物在氣相色譜中的保留時(shí)間（tn＜t＜tn+1）。

1.2.3.2 定量分析

（1）標(biāo)準(zhǔn)曲線定量

以10%vol 乙醇-飽和氯化鈉水溶液作為標(biāo)曲溶劑，加入已知濃度待測物標(biāo)準(zhǔn)儲備液，并進(jìn)行梯度稀釋，配制成系列標(biāo)準(zhǔn)溶液。加入同樣品一致的混合內(nèi)標(biāo)溶液，進(jìn)行GC-FID、LLME-GC-MS 檢測分析，檢測條件與前述方法一致，采用選擇特征離子法掃描進(jìn)行測定。以待測物與相應(yīng)內(nèi)標(biāo)物質(zhì)的峰面積比為縱坐標(biāo)，質(zhì)量濃度比為橫坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線并對樣品中各檢出化合物進(jìn)行精確定量。以信噪比大于3 作為檢出限，信噪比大于10 時(shí)作為定量限。

（2）內(nèi)標(biāo)法定量：計(jì)算內(nèi)標(biāo)物峰面積和樣品中各組分峰面積比值，從而定量出風(fēng)味成分的含量。

1.2.4 數(shù)據(jù)分析及圖像處理

采 用Microsoft Office Excel 2016、SIMCAP14.1 等相關(guān)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、統(tǒng)計(jì)學(xué)分析及結(jié)果可視化。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同品牌麥芽威士忌感官特征

對11 款不同品牌麥芽威士忌的感官分析結(jié)果見表2。由表2可知，4 個品牌代表性產(chǎn)品的感官風(fēng)格各異，其中MKL 威士忌以太妃糖香氣特征突出，SGD 威士忌以巧克力、煙熏味特征突出，BF 威士忌以干果香、橡木味特征突出，GLFD 威士忌以成熟的水果香、橡木味特征突出。這主要是由于不同的生產(chǎn)工藝、地理環(huán)境和陳釀時(shí)間造就了其感官風(fēng)格的差異性。

表2 不同品牌麥芽威士忌感官分析結(jié)果

2.2 不同品牌麥芽威士忌揮發(fā)性風(fēng)味成分檢測結(jié)果

酒樣中所含風(fēng)味成分的種類和含量是決定酒體品質(zhì)和風(fēng)格典型性的關(guān)鍵因素，采用GC-FID、LLME-GC-MS 兩種檢測分析技術(shù)對11 款不同品牌麥芽威士忌風(fēng)味成分進(jìn)行定性和定量分析，通過對檢測圖譜峰進(jìn)行提取和匹配，結(jié)合質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫比對、標(biāo)準(zhǔn)品比對和保留指數(shù)鑒定，在不同品牌麥芽威士忌中共定性定量出風(fēng)味化合物99 種，包括酯類33 種，醇類19 種，醛類8 種，酸類10 種，吡嗪類10 種，酮類9 種，酚類6 種以及其他類4 種。根據(jù)定量結(jié)果發(fā)現(xiàn)，各麥芽威士忌酒中的風(fēng)味物質(zhì)總含量在2405.31～3667.31 mg/L 之間，以GLFD-21 年含量最高，酸類、醇類、酯類、醛類含量相對較高，對所檢風(fēng)味成分的含量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和可視化，如圖1所示。

圖1 不同品牌麥芽威士忌揮發(fā)性風(fēng)味檢測結(jié)果

酯類化合物主要來源于發(fā)酵過程中醇和酸的酯化作用[7]，11 款威士忌酒中檢出酯類共計(jì)33 種，含量為267.84～439.49 mg/L，占總含量的10.28%～16.01 %，以SGD GLOD-21 年定量結(jié)果最高，GLFD-12 年含量最低。檢出含量較高的主要有乙酸乙酯、乳酸乙酯、癸酸乙酯、辛酸乙酯、異戊酸乙酯以及十二酸乙酯等，其中乙酸乙酯和乳酸乙酯主要呈水果香和甜香[8]，癸酸乙酯和辛酸乙酯具有似白蘭地水果香[9]，異戊酸乙酯和十二酸乙酯主要呈花果香氣[10]。相關(guān)研究表明[11]，上述風(fēng)味化合物對威士忌酒具有重要的風(fēng)味貢獻(xiàn)。通過對比發(fā)現(xiàn)，乙酸乙酯和乳酸乙酯均隨陳釀時(shí)間的延長而升高，乳酸乙酯在SGD GLOD-21 年中含量（66.95 mg/L）高于其他酒體2.5～8 倍；除乳酸乙酯外，SGD GLOD-21 中癸酸乙酯（45.83 mg/L）、十二酸乙酯（19.64 mg/L）、辛酸乙酯（30.14 mg/L）含量均高于其他產(chǎn)品，使該產(chǎn)品擁有馥郁的水果香氣，與感官結(jié)果基本一致。

醇類化合物是酯類化合物的前驅(qū)物質(zhì)，主要通過酵母發(fā)酵代謝、蛋白質(zhì)分解等生成[12]，11 款威士忌酒中檢出醇類共計(jì)19 種，含量為710.02～1269.64 mg/L，占總含量的21.91 %～40.72 %，以MKL-15年含量最高，GLFD-18年含量最低。檢出含量較高的醇類主要為異丁醇、異戊醇、正丙醇以及β-苯乙醇等，與已有報(bào)道基本一致[13-14]。適宜的高級醇類可以賦予酒體特殊的香氣，使酒體柔和、醇厚，根據(jù)檢測結(jié)果，MKL-15 年中高級醇類含量最高，可能是影響其感官特征的主要因素；此外，β-苯乙醇在SGD 和BF 兩個品牌中含量相對較高，可賦予酒體花香氣息。

酸類化合物主要由微生物利用淀粉、脂肪、蛋白質(zhì)等有機(jī)物發(fā)生生化反應(yīng)生成[15]，11 款威士忌酒中酸類化合物共計(jì)10 種，含量為1190.76～2342.24 mg/L，占總含量的43.25%～63.87%，其中以GLFD-21 年含量最高，BF-12 年含量最低。檢出含量較高的主要有乙酸、乳酸、辛酸、異戊酸、己酸等，酸類對酒體的口味具有重要作用，同時(shí)可以平衡香氣。根據(jù)檢測結(jié)果，GLFD-21 年中乙酸和乳酸含量均明顯高于其他威士忌，是造成其口味口感方面差異的主要因素。

醛類共計(jì)檢測出8 種揮發(fā)性化合物，含量為78.61～134.55 mg/L，占總含量的3.07 %和5.37 %，含量較高的主要有乙縮醛、乙醛以及糠醛等，其中乙縮醛作為白酒老熟重要的標(biāo)志性化合物之一，主要由儲存過程中醛和醇發(fā)生縮合而成。根據(jù)檢測結(jié)果，乙縮醛在儲存年份長的威士忌中含量相對較高，說明該化合物是威士忌陳釀過程的重要特征性物質(zhì)。

其他類化合物如酮類共檢出9 種，含量為4.07～9.34 mg/L，占總含量的0.16 %～0.39 %，以3-羥基-2-丁酮和2-戊酮含量較高；酚類共檢出6種，含量為1.88～0.49 mg/L，占總含量的0.02 %左右；相比之下，檢出吡嗪類含量更低，僅占總含量的0.01%左右。上述幾類的含量占比低，對整體的揮發(fā)性化合物的影響相對較小。

2.3 不同品牌麥芽威士忌揮發(fā)性風(fēng)味差異性分析

主成分分析（PCA）是一種多元統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)，通過確定少數(shù)幾個主成分因子來表示原樣本中多個復(fù)雜且規(guī)律難尋的變量，得到樣本間規(guī)律性與差異性的評價(jià)，作為一種數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析手段，主成分分析被廣泛應(yīng)用于食品領(lǐng)域的研究[15-17]。因此，為解析不同品牌威士忌風(fēng)味差異，對11 款產(chǎn)品進(jìn)行PCA 分析，其酒樣分布圖及載荷圖結(jié)果如圖2所示。

圖2 不同品牌麥芽威士忌PCA分析

根據(jù)圖2（a）Score plot，11 個威士忌酒共聚為4類，BF 威士忌與GLFD-12 年和18 年聚為一類，主要分布于Y軸的正半軸；MKL威士忌與SGD-12 年和15 年聚為一類，主要分布于X 軸的正半軸；GLFD-21年和SGD DFZ-21年分別單獨(dú)聚類，其中GLFD-21 年位于第三象限，SGD DFZ-21 年位于第四象限，說明其酒樣風(fēng)味的差異特征較明顯。

結(jié)合圖2（b）Bioplot 可以看出，MKL 威士忌和SGD 威士忌的風(fēng)味物質(zhì)含量比較豐富，而BF 威士忌和GLFD 威士忌風(fēng)味物質(zhì)的豐富程度則相對較小，進(jìn)一步說明風(fēng)味化合物的量比關(guān)系是導(dǎo)致酒體風(fēng)格特征差異的主要因素。進(jìn)一步對比各風(fēng)味成分的相關(guān)性大小，發(fā)現(xiàn)與MKL 威士忌、SGD-12 年和15 年相關(guān)性較大的風(fēng)味成分主要有亞油酸乙酯、苯乙醇、己酸己酯、乙酰苯、2-甲基吡嗪、2,5-二甲基吡嗪等，與BF 威士忌、GLFD-12 年和18 年相關(guān)性較大的風(fēng)味成分主要有乙酸苯乙酯、乙酸異戊酯、丙醇、異丁酸、糠醛等，與GLFD-21 年威士忌呈現(xiàn)正相關(guān)的風(fēng)味成分主要有2-乙?；?5-甲基呋喃、3-辛醇、1-辛烯-3-醇、2-乙酰基吡咯、2-庚酮等，與SGD DFZ-21 年威士忌呈現(xiàn)正相關(guān)的風(fēng)味成分主要有戊酸乙酯、甲酸乙酯、辛酸乙酯、乳酸乙酯等，上述成分是構(gòu)成各類酒體風(fēng)格差異的主要特征性成分，但其對各類酒體的風(fēng)味貢獻(xiàn)還需進(jìn)一步研究。

3 結(jié)論

本研究以國內(nèi)流行的4 個品牌（MKL、SGD、BF、GLFD）11 款麥芽威士忌代表性產(chǎn)品為研究對象，通過感官描述分析，表明4 個品牌麥芽威士忌感官風(fēng)格各異，其中MKL 威士忌以太妃糖香氣特征突出，SGD 威士忌以巧克力、煙熏味特征突出，BF 威士忌以干果香、橡木味特征突出，GLFD 威士忌以成熟的水果香、橡木味特征突出；通過GCFID、GC-MS 聯(lián)用檢測技術(shù)從11 款麥芽威士忌中共定性定量出風(fēng)味化合物99 種，包括酯類33 種，醇類19 種，醛類8 種，酸類10 種，吡嗪類10 種，酮類9種，酚類6 種以及其他類4 種。結(jié)合PCA 分析結(jié)果表明，MKL 威士忌、SGD-12 年和15 年威士忌酒聚為一類，其相關(guān)性較大的成分主要有亞油酸乙酯、苯乙醇、己酸己酯、乙酰苯、2-甲基吡嗪、2,5-二甲基吡嗪等；BF 威士忌、GLFD-12 年和18 年威士忌酒聚為一類，其相關(guān)性較大的成分主要有乙酸苯乙酯、乙酸異戊酯、丙醇、異丁酸、糠醛等；GLFD-21年威士忌與SGD DFZ-21 年威士忌均單獨(dú)聚類，其中GLFD-21 年威士忌以雜環(huán)類化合物如2-乙酰基-5-甲基呋喃、2-乙酰基吡咯等為主要差異性特征成分，而SGD DFZ-21 年威士忌主要以酯類為主要差異性特征成分，如戊酸乙酯、辛酸乙酯、乳酸乙酯等，上述成分是構(gòu)成各類酒體風(fēng)格差異的主要特征性成分。本研究解析了MKL、SGD、BF 和GLFD 4個品牌代表性產(chǎn)品的感官特性及其風(fēng)味結(jié)構(gòu)特征和差異，為不同品牌麥芽威士忌表達(dá)提供了理論參考。