3種貯存方式下老白干原酒揮發(fā)性風味成分變化規(guī)律研究

吳慧珠, 耿曉杰, 朱 琳, 鄭福平,*, 王新磊, 李 晴,李賀賀, 孫寶國, 李澤霞, 張煜行, 佟 毅

(1.北京工商大學 食品質量與安全北京實驗室/中國輕工業(yè)酒類品質與安全重點實驗室,北京 100048;2.河北衡水老白干酒業(yè)股份有限公司,河北 衡水 053000;3.玉米深加工國家工程研究中心 吉林中糧生化有限公司,吉林 長春 130033)

白酒是中國傳統(tǒng)的蒸餾酒,歷經2 000多年的傳承與發(fā)展,形成了自己獨特的風格特征,與白蘭地、威士忌、伏特加、朗姆酒及金酒齊稱為世界六大蒸餾酒[1]。其生產通常單獨用高粱或高粱混合玉米、大米、小麥、豌豆、小米等原料[2],加入大曲、小曲、麩曲等進行糖化發(fā)酵,產生乙醇和其他風味成分。發(fā)酵后的混合物在固態(tài)條件下蒸餾產生白酒原酒,原酒需經過一定時間的貯存進行老熟,在此期間白酒的多種復合香氣逐漸形成[3],待其老熟后再經勾兌、裝瓶的步驟即生產結束。

貯存是使白酒原酒不愉快的新酒味減少、酒體趨向協(xié)調、酒味變得柔和的重要生產階段[4]。目前,原酒的貯存環(huán)境主要有露天、庫房、地窖及山洞等。Zhu等[5]發(fā)現白酒在庫房貯存1年過程中水果、花香、蜂蜜和奶酪的香氣增強,而腌菜、谷物和酒精的香氣減弱,大部分揮發(fā)性風味成分的含量在同一時間增加,壬醛、乙酸苯乙酯、苯甲酸乙酯、4-乙基愈創(chuàng)木酚、丙醇和3-甲基-1-丁醇在庫房貯存365 d后含量下降。露天貯存的特點是貯存溫度隨季節(jié)和晝夜變化較大,這些特點在中國西北地區(qū)尤為顯著。黎賢淑等[6]對新疆伊犁肖爾布拉克白酒進行露天貯存研究,當地夏季白天最高溫度可達38 ℃左右、冬季最低在零下27 ℃左右,其研究結果證明,露天貯存6個月的白酒相當于室內貯存2年白酒的酒質,即露天貯存可以縮短老熟時間,提高白酒質量。洞藏貯酒的特點是環(huán)境的溫濕度相對恒定。吳昊等[7]對白酒原酒分別進行洞藏和庫房貯存,結果顯示,洞藏樣品品評得分高于庫房貯存樣品,洞藏貯存時原酒優(yōu)雅細膩的口感大幅提升。庫房貯存即室溫下貯存,其特點是貯存溫度隨自然季節(jié)變化。胥思霞等[8]對貴州青酒進行庫房貯存和洞藏貯存對比,庫房溫度在-5～32 ℃,濕度在70%～72%;同時在15～22 ℃,濕度88%～95%的條件下洞藏貯存完全相同的酒樣,結果表明:洞藏貯存1年的酒與庫房貯存2年的酒感官質量相當,說明庫房貯存不如洞藏貯存老熟速度快。由此可見,貯存溫度的不同,造成貯存地點的溫度、濕度等物理因素以及其他化學、微生物因素的不同,這會顯著影響白酒風味和品質。

貯存溫度是影響白酒老熟的重要因素之一。理論上講,老熟溫度升高,酒體里一系列化學反應速度加快,如醇酸酯化反應、醇醛縮合反應、醛與醛的縮合反應等[9-10],這將加速白酒的老熟過程。這些反應從分子層面考慮與分子動力學有關。利用分子動力學研究物質的性質和結構,解釋分子層面的化學問題已經廣泛應用于食品、醫(yī)藥、材料等領域[11-12],將其應用于解釋白酒老熟機制、分析揮發(fā)性風味成分的變化十分有意義。白酒的風味成分數量眾多,含量占酒體總質量2%左右[2],貯存老熟時一系列化學反應造成揮發(fā)性風味成分的種類和含量的變化,對白酒的風格和質量具有重要影響。傳統(tǒng)白酒多在庫房、山洞中進行自然老熟,老熟進程緩慢,環(huán)境因子影響顯著。白酒生產地域遼闊,不同地區(qū)酒廠溫度環(huán)境差異大,酒質在貯存老熟期間的控制仍存在很多不足。

前人對白酒老熟過程的研究多集中在對庫房貯存、山洞貯存等自然貯存溫度的研究。提高老熟溫度進行恒溫或變溫老熟,考查樣品在不同貯存溫度下?lián)]發(fā)性風味成分的變化,對探索白酒新型貯存溫度具有重要意義。本研究采用室溫自然貯存、提高溫度恒溫貯存、提高溫度變溫貯存3種貯存方式,對白酒原酒老熟156 d,考查老熟過程中原酒揮發(fā)性風味成分含量及其香氣活度值的變化,旨在為白酒原酒生產過程中工藝優(yōu)化指明方向,也為白酒企業(yè)優(yōu)化酒體設計方案、提升產品質量奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

實驗材料:白酒原酒樣品由河北衡水老白干酒業(yè)股份有限公司提供,酒精度67.7%,采用混蒸混燒老五甑工藝生產,生產日期為2021年11月23日。樣品經老白干公司技術中心的國家級和省級白酒評酒師品評,認為具有典型老五甑工藝老白干白酒原酒的風格和品質。酒樣分裝入3個完全相同的500 mL玻璃酒瓶中分別避光貯存。

實驗試劑:所用試劑均為GC級,純度至少為95%。無水乙醇、壬酸乙酯、2-十一酮、4-甲基愈創(chuàng)木酚,阿拉丁生化科技股份有限公司;氯化鈉、乳酸乙酯、乙酸乙酯,國藥化學試劑股份有限公司;甲酸辛酯、乙酸己酯、戊酸乙酯、己酸乙酯、庚酸乙酯、辛酸乙酯、癸酸乙酯、乙酸異戊酯、異己酸乙酯、己酸異丁酯、己酸異戊酯、丁二酸二乙酯、壬二酸二乙酯、十一酸乙酯、十五酸乙酯、苯乙酸乙酯、亞油酸乙酯、油酸乙酯、苯甲酸乙酯、苯甲酸異戊酯、苯丙酸乙酯、(E)-2-癸烯酸乙酯、月桂酸乙酯、棕櫚酸乙酯、肉豆蔻酸乙酯、白氨酸乙酯、辛酸、正癸酸、壬醛、桃醛、2-戊基呋喃、苯乙烯、β-石竹烯,百靈威科技有限公司;異戊醛二乙醇縮醛、苯乙醛二乙醇縮醛,華威銳科化工有限公司;正己醇、苯乙醇、乙酸苯乙酯,阿法埃莎化學有限公司。

1.2 儀器與設備

7890B-5977A型氣相色譜-質譜聯(lián)用儀(配備60 m×0.25 mm×0.25 μm的DB-FFAP毛細管柱),美國Agilent公司;ODP3型嗅覺檢測器,德國Gerstel公司;DHP-9272型電熱恒溫培養(yǎng)箱,上海一恒科學儀器有限公司;50/30 μm DVB/CAR/PDMS型手動固相微萃取纖維頭,美國Supelco公司。

1.3 實驗方法

1.3.13種貯存方式的白酒老熟條件

酒樣分別貯存在自然室溫(natural temperature,NT)、恒溫40 ℃(constant temperature at 40 ℃,CT)和每日先40 ℃處理12 h后自然降溫12 h的變溫(alternating temperature,AT)條件下。分別在老熟前(記為1 d)及30、58、92、128、156 d取樣分析,每次取樣均進行3次平行實驗。

以NT30d、NT58d、NT92d、NT128d、NT156d表示在自然室溫條件下貯存30、58、92、128、156 d的樣品;以CT30d、CT58d、CT92d、CT128d、CT156d表示在恒溫條件下貯存30、58、92、128、156 d的樣品;以AT30d、AT58d、AT92d、AT128d、AT156d表示在變溫條件下貯存30、58、92、128、156 d的樣品。

1.3.2揮發(fā)性風味成分的HS-SPME提取方法

取1 mL樣品,加水稀釋至酒精度10%,加入200 mg/L的內標2H8-萘和鄰二氯苯各10 μL、氯化鈉2.5 g于20 mL頂空進樣瓶中,密封。在45 ℃水浴中平衡30 min,用240 ℃下老化30 min的萃取頭頂空萃取30 min,將萃取頭插入GC-MS進樣口,解吸5 min。

1.3.3揮發(fā)性風味成分的GC-MS和GC-O分析方法

GC條件:DB-FFAP毛細管柱(60 m×0.25 mm×0.25 μm),載氣為高純氦氣(純度99.999%),采用不分流模式,恒定流速2.5 mL/min,進樣口溫度240 ℃。柱箱升溫程序為初溫40 ℃,以10 ℃/min升至120 ℃,然后以4 ℃/min升至230 ℃,保持5 min。

MS條件:電子轟擊(EI)源,離子源溫度230 ℃,四級桿溫度150 ℃,傳輸管線溫度240 ℃,電子能量70 eV,掃描質量范圍35～450m/z。

GC-O條件:ODP3嗅覺檢測器連接至GC,設置分流比3∶1,由經培訓過的3名專業(yè)人員進行嗅聞,并進行3次平行實驗。

1.3.4揮發(fā)性風味成分的定性和定量方法

以質譜圖(MS)與NIST2020譜庫的比對結果進行定性,并用保留指數(RI)比對、標準品(S)比對和嗅聞定性(O)結合人工解譜進一步確認化合物的結構。

分別取一定量的標準品稀釋后,在乙醇水溶液(酒精度67.7%)中加入一系列已知濃度的稀釋液制成模擬酒樣。通過GC-MS檢測標品和內標對各自濃度的響應,繪制標準曲線。原酒的分析條件與標準曲線建立的條件相同。以外標標準曲線計算每種揮發(fā)性風味成分的含量。

計算揮發(fā)性風味成分的香氣活度值(odor activity value,OAV)時,使用該揮發(fā)性風味成分的測定質量濃度與文獻報道的其在46%乙醇溶液或白酒中測定的閾值進行比對。當OAV>1時,認為其為重要揮發(fā)性風味成分。

1.4 數據分析

采用Origin2021軟件繪制三維散點擬合曲面圖、香氣活度值變化折線圖分析揮發(fā)性風味成分及香氣活度值的變化趨勢,采用Omicshare繪制聚類線熱圖并分析白酒樣品與揮發(fā)性風味成分的潛在關聯(lián),采用SPSS進行顯著性差異分析。

2 結果與分析

2.1 揮發(fā)性風味成分的定性結果

對老熟前(1 d)的白酒原酒進行取樣分析,共定性檢測出55種揮發(fā)性風味成分(見表1)。對3種不同貯存方式的原酒進行定期取樣,對其中43種含量相對較高的具有白酒風味特征的揮發(fā)性風味成分采用標準品外標定量的方式進行分析(見表2)。其中,檢測到最多的物質為酯類成分,含量也最高[13]?？傮w來看,不論在哪種條件下,酯類化合物中含量最多的是乳酸乙酯(大于1 000 mg/L),其次是乙酸乙酯、癸酸乙酯(大于100 mg/L)。乳酸乙酯和乙酸乙酯為主體的自然協(xié)調的復合香氣是老白干白酒區(qū)別于其他香型白酒的主要特點[14]。白酒中呈現甜香的揮發(fā)性風味成分有許多,月桂酸乙酯被證實是白酒中呈現棗香香氣的揮發(fā)性風味成分[15],本研究中它呈現甜香;苯乙酸乙酯被認為是有蜂蜜香氣的揮發(fā)性風味成分[16],與本研究結果相同;有研究發(fā)現乳酸乙酯、棕櫚酸乙酯在一定濃度時也呈現甜香[17],這些揮發(fā)性風味成分都對白酒爽口回甘有著重要的作用。醇類是香與味的過渡橋梁,有文章指出苯乙醇呈現蜜香[18],具有襯托酯香的作用。本研究中它呈現玫瑰、甜香。當然,有些揮發(fā)性風味成分也會呈現令人不愉悅的氣味,例如正辛酸和正癸酸,本研究分別描述為腌菜味和油臭味,這與其他文章[19]分別描述為汗臭、脂肪臭十分相似。雖然它們的味道較為刺激,但是其也對增長酒的后味、掩蓋其他雜味有著重要作用,是白酒不可或缺的揮發(fā)性風味成分。本研究中的異戊醛二乙醇縮醛、苯乙醛二乙醇縮醛有刺激性氣味。有研究發(fā)現縮醛有強烈的揮發(fā)性和刺激感,但與乙醛適宜配比,尤其當白酒中乳酸乙酯含量大于乙酸乙酯含量的情況下,能顯著增加酒的香氣,并消除乳酸乙酯帶來的沉悶感,使酒體口感更顯成熟[18]。

表1 老熟前老白干原酒的揮發(fā)性風味成分

表2 不同貯存方式下老白干原酒中揮發(fā)性風味成分含量的變化

2.2 貯存方式對老白干原酒中揮發(fā)性風味成分含量變化的影響

為深入探究貯存方式對老白干原酒中揮發(fā)性風味成分含量變化的影響,對表1中不同貯存溫度和貯存時間的原酒酒樣中43種揮發(fā)性風味成分的含量繪制了三維散點擬合曲面圖,見圖1。圖1(a)、圖1(b)和圖1(c)分別代表高含量(大于100 mg/L)、中含量(10～100 mg/L)和低含量(1 μg/L～10 mg/L)揮發(fā)性風味成分在不同貯存時長的含量變化情況。由圖1可知,揮發(fā)性風味成分的含量變化趨勢比較復雜,同種成分的含量受貯存方式影響較大。在同一貯存條件下,多數揮發(fā)性風味成分呈升高和先上升后下降的趨勢。

圖1 不同貯存方式下老白干原酒中43種揮發(fā)性風味成分含量的變化

2.2.1自然貯存原酒的變化規(guī)律

由表2和圖1可知,自然老熟時,含量隨時間遞增的揮發(fā)性風味成分有乙酸乙酯、乳酸乙酯、甲酸辛酯、乙酸己酯、十一酸乙酯、十五酸乙酯、油酸乙酯、異戊醛二乙醇縮醛、苯乙醇、β-石竹烯。除個別點外,戊酸乙酯、己酸乙酯、癸酸乙酯、壬二酸二乙酯、苯甲酸異戊酯、乙酸苯乙酯、亞油酸乙酯、苯丙酸乙酯、白氨酸乙酯、苯乙烯含量也隨時間增長逐漸升高。含量變化較大的揮發(fā)性風味成分,如乙酸乙酯,含量由0.195 g/L升至2.314 g/L,乳酸乙酯由1.606 g/L升至5.382 g/L,癸酸乙酯由0.126 g/L升至1.555 g/L,甲酸辛酯由4 μg/L升至80 μg/L,乙酸己酯由27 μg/L升至233 μg/L,戊酸乙酯由122 μg/L升至2 217 μg/L,己酸乙酯由116 μg/L升至950 μg/L。這表明自然貯存時大部分酯類的含量都在以不同的速度增長。

正辛酸、正癸酸、異己酸乙酯、己酸異丁酯、己酸異戊酯、苯甲酸乙酯的含量隨著時間的推移升高后幾乎不變。例如,由1 d至92 d,正辛酸含量由25 μg/L升至39 μg/L后幾乎不變,正癸酸由638 μg/L上升至2 188 μg/L后幾乎不變,異己酸乙酯由42 μg/L升至496 μg/L后幾乎不變,己酸異戊酯由85 μg/L升至149 μg/L后幾乎不變。本研究中,部分酯類含量升高與氧化增加有機酸從而增加酯含量的氧化過程有關,氧化過程一直被認為是存在于從白酒原料處理到貯存老熟整個階段的一個重要反應,后期含量變化穩(wěn)定可能與溶解氧的消耗[20]、水解速度的變慢、酒體進入穩(wěn)定期有關。

壬醛、2-戊基呋喃、(E)-2-癸烯酸乙酯呈現相對較平穩(wěn)的變化趨勢。例如2-戊基呋喃含量較低,含量在0～156 d內變化很小,其在食品中的形成主要涉及熱降解反應,它是在白酒酒醅與高粱高溫蒸料蒸酒時產生[21]。

2.2.240 ℃恒溫貯存原酒的變化規(guī)律

由圖1可知,40 ℃恒溫貯存時,乳酸乙酯、壬酸乙酯、異己酸乙酯、己酸異戊酯、苯甲酸異戊酯、棕櫚酸乙酯、油酸乙酯、亞油酸乙酯、白氨酸乙酯、正辛酸、正癸酸、桃醛、β-石竹烯的含量呈現先增后減的趨勢。乙酸乙酯、乙酸己酯、庚酸乙酯、甲酸辛酯、壬二酸二乙酯的含量在156 d內有明顯下降。部分揮發(fā)性風味成分含量變化較為明顯,如乳酸乙酯的含量由1 d的1.606 g/L升至92 d時最高含量7.385 g/L后波動下降,雖然后期含量下降,但是總體上在156 d的含量比新酒增加了3.3倍。乙酸乙酯由0.195 g/L升至128 d的1.615 g/L后下降至1.136 g/L,中期峰值時含量升高7.3倍。乙酸己酯由27 μg/L升至733 μg/L后下降至174 μg/L,庚酸乙酯由4 μg/L升至58 μg/L后下降至31 μg/L,異己酸乙酯由42 μg/L升至558 μg/L后下降至202 μg/L,己酸異戊酯由85 μg/L升至150 μg/L后下降至107 μg/L。結果表明:40 ℃恒溫貯存時,由于貯存溫度偏高,酯類生成速度和水解速度均加快,大部分酯類含量呈現先增后減的變化趨勢。

除了含量呈現先增后減變化的揮發(fā)性風味成分外,乙酸異戊酯、苯丙酸乙酯、異戊醛二乙醇縮醛、苯乙醛二乙醇縮醛、4-甲基愈創(chuàng)木酚、2-十一酮的含量升高后幾乎不變。乙酸異戊酯由59 869 μg/L在 92 d升高至346 590 μg/L后含量波動很小。苯丙酸乙酯由1 352 μg/L升至14 528 μg/L后含量變化幅度較小。苯丙酸乙酯具有舒適的棗香和甘甜的果香,被認為是老白干白酒陳香的特征性成分[15],以及黍黃酒中的關鍵氣味物質[22]。異戊醛二乙醇縮醛由68 μg/L在30 d內含量翻倍至142 μg/L后含量變化幅度較小,苯乙醛二乙醇縮醛由192 μg/L升至320 μg/L后含量變化較穩(wěn)定,4-甲基愈創(chuàng)木酚由125 μg/L升至1 478 μg/L后含量基本穩(wěn)定。戊酸乙酯的含量隨著時間推移逐漸升高,由122 μg/L升至813 μg/L變化近6倍。壬酸乙酯、2-戊基呋喃、壬醛的含量在恒溫狀態(tài)下變化不大。壬酸乙酯的含量穩(wěn)定在27～31 μg/L,除個別點外,2-戊基呋喃的含量穩(wěn)定在2 μg/L左右。白酒中的醛類物質在發(fā)酵過程中出現,大部分是由氨基酸脫氨和脫羧產生的[23],本研究中,壬醛的含量穩(wěn)定在1～4 μg/L,在貯存期含量變化很小。

2.2.3變溫貯存原酒的變化規(guī)律

在變溫貯存條件下,甲酸辛酯、乙酸乙酯、乙酸異戊酯、乙酸苯乙酯、油酸乙酯、亞油酸乙酯、苯乙酸乙酯、異己酸乙酯、苯甲酸異戊酯、十一酸乙酯、十五酸乙酯、4-甲基愈創(chuàng)木酚、苯乙醇的含量隨著貯存時間增長呈現嚴格的上升趨勢。除個別點以外,乳酸乙酯、乙酸己酯、戊酸乙酯、己酸乙酯、壬酸乙酯、壬二酸二乙酯、己酸異丁酯、異戊醛二乙醇縮醛、苯乙醛二乙醇縮醛、苯乙烯、2-十一酮、桃醛、2-戊基呋喃的含量隨著時間推移逐漸遞增。具體來看變化較為明顯的揮發(fā)性風味成分,例如乳酸乙酯由1.606 g/L升至8.596 g/L,乙酸乙酯由0.195 g/L升至3.052 g/L,甲酸辛酯由4 μg/L升至106 μg/L,戊酸乙酯由122 μg/L升至1 591 μg/L,己酸乙酯由116 μg/L升至1 542 μg/L,壬酸乙酯由29 μg/L升至108 μg/L,乙酸異戊酯由59 869 μg/L升至1 194 003 μg/L,乙酸苯乙酯由439 μg/L升至5 810 μg/L。結果表明大部分酯類化合物在變溫貯存時呈現含量遞增的變化趨勢。

辛酸乙酯、癸酸乙酯、棕櫚酸乙酯、月桂酸乙酯呈現先減后增的趨勢。具體來看,辛酸乙酯由68 μg/L曲線降至45 μg/L后升至185 μg/L;癸酸乙酯的含量由125 552 μg/L在30 d內時快速降至43 465 μg/L后開始上升,最終升至704 006 μg/L;棕櫚酸乙酯由3 253 μg/L連續(xù)30 d下降至309 μg/L后升至3 133 μg/L;月桂酸乙酯由2 401 μg/L降至336 μg/L后升高至2 452 μg/L。

除這些物質外,正癸酸、白氨酸乙酯、(E)-2-癸烯酸乙酯的含量先增后減。正己醇由0.186 g/L在128 d升至2.527 g/L后下降至1.557 g/L,正癸酸的含量由638 μg/L在92 d時升高至2 793 μg/L后緩慢下降至2 219 μg/L,白氨酸乙酯由34 μg/L在92 d達到最高含量71 μg/L后含量下降至57 μg/L,乙酸己酯由27 μg/L在128 d時達到最高值695 μg/L后下降至521 μg/L,(E)-2-癸烯酸乙酯由18 μg/L在92 d時含量升至60 μg/L后含量下降至36 μg/L。而在變溫貯存條件下,壬醛的含量很少(約2 μg/L)且?guī)缀醪蛔儭?/p>

2.2.4反應動力學解釋分析

本研究所用的老白干原酒樣品在24.8 ℃時測得pH值為4.48,酒樣呈酸性。大多數醇、酸、酯、醛、酮類物質處在動態(tài)平衡的原因可能與水分子攻擊羰基碳、羰基氧,以及它們的中間體的過程有關。酸催化時,羰基氧原子先質子化,使羰基碳的正電性增強,提高接受親核試劑進攻的能力,水分子向羰基碳進攻,通過加成、消除反應形成羧酸和醇,羧酸和醇又可以重新結合成酯。也有報道水分子還可以攻擊羰基碳和羰基氧產生中間體,?；羌核嵋阴ニ鈺r的中間體,決定反應的速率,酯類例如己酸乙酯的含量變化與中間體的構型與親核能力息息相關[24]。

另外,鍵能能很好地解釋乳酸乙酯比乙酸乙酯更穩(wěn)定、更快速增長的現象。乳酸乙酯的前體乳酸羥基-氧質子化所需的最小能量較乙酸乙酯的前體物質乙酸高,高鍵能不易斷裂而造成水解,且乳酸比乙酸能多形成一個羥基,因而可以與水或者乙醇形成更多的氫鍵,更穩(wěn)定地存在于酒體中[25]。氫鍵在白酒中起著關鍵作用,氫鍵的加強可以減少游離乙醇分子的數量,使白酒的刺激性降低。含酸的乙醇-水體系中氫鍵較多,能形成締合結構[26],這就能很好地解釋白酒在貯存后口感變得醇厚的現象。

此外,從能量壁壘層面也可以解釋化合物的轉化過程,它們的變化與動力學息息相關。例如一些自發(fā)水解或酯化反應在自然常溫下難以克服能量壁壘,而提高溫度或者有規(guī)律地調節(jié)溫度能夠幫助獲得所需的能量,因而部分酯類在變溫貯存時的含量增幅大于同時間下常溫貯存狀態(tài)酒樣的含量增幅[27]。

2.3 不同貯存方式下老白干原酒中揮發(fā)性風味成分變化規(guī)律的比較

通過繪制熱圖,將不同貯存方式下原酒揮發(fā)性風味成分含量變化進行聚類分析,見圖2。由聚類分析可知,不同溫度條件下熱圖色塊顏色更紅,即含量高的揮發(fā)性風味成分大多出現在貯存時間最長即NT156d和AT156d組,或者中后段CT92d或CT128d組。熱圖處理軟件把不同時期的酒樣分為4類,第1類包括NT156d、AT156d,第2類包括NT30d、CT30d、AT30d、1d,第3類包括NT58d、CT58d、AT58d、CT156d,第4類包括NT92d、CT92d、AT92d、NT128d、CT128d、AT128d。

圖2 3種貯存方式下老白干原酒主要揮發(fā)性風味成分含量熱圖

由圖2可知,NT156d組中的戊酸乙酯、庚酸乙酯、辛酸乙酯、癸酸乙酯、乙酸苯乙酯、苯甲酸乙酯、苯甲酸異戊酯、月桂酸乙酯、苯丙酸乙酯的含量較相同貯存時間下其他處理方式組更多,而乳酸乙酯、乙酸異戊酯、丁二酸二乙酯、棕櫚酸乙酯、正己醇的含量低于相同貯存時間下其他貯存溫度組。AT156d組中的乳酸乙酯、甲酸辛酯、乙酸乙酯、乙酸己酯、乙酸異戊酯、丁二酸二乙酯、己酸乙酯、己酸異戊酯、異己酸乙酯、壬酸乙酯、壬二酸二乙酯、十一酸乙酯、油酸乙酯、肉豆蔻酸乙酯、苯乙酸乙酯、苯乙醇的含量高于相同貯存時間下其他處理方式組,而只有癸酸乙酯、苯甲酸乙酯的含量低于相同貯存時間下其他不同處理組。CT156d組中僅棕櫚酸乙酯的含量比同天數其他處理方式組高,而其甲酸辛酯、乙酸乙酯、乙酸己酯、戊酸乙酯、己酸乙酯、異己酸乙酯、己酸異丁酯、己酸異戊酯、庚酸乙酯、辛酸乙酯、壬酸乙酯、白氨酸乙酯、十一酸乙酯、(E)-2-癸烯酸乙酯、乙酸苯乙酯、苯乙酸乙酯、苯丙酸乙酯、苯甲酸異戊酯、月桂酸乙酯、β-石竹烯、十八烷酸的含量比同時長其他處理方式少。高級醇與酒類的口感密切相關,在本研究中,苯乙醇作為高級醇在AT156d組比自然放置時的含量顯著多,這與氨基酸在轉氨酶作用下轉化為α-酮酸,再經過脫羧成醛,還原成醇的埃里希代謝途徑有關[28],從苯丙氨酸到苯乙醇的過程被加速一定程度上說明變溫對白酒是有利的。

值得關注的是,在其他時間節(jié)點,例如CT128d組中的甲酸辛酯、乙酸己酯、壬二酸二乙酯、異己酸乙酯、棕櫚酸乙酯、十五酸乙酯、正己醇的含量高于其他同天數不同處理方式組,壬酸乙酯、月桂酸乙酯、異戊醛二乙醇縮醛、辛酸的含量低于同天數其他處理組。而CT128d組與CT156d組相比,其甲酸辛酯、乙酸乙酯、乙酸己酯、己酸乙酯、己酸異丁酯、異己酸乙酯、庚酸乙酯、壬酸乙酯、壬二酸二乙酯、乙酸苯乙酯、苯乙酸乙酯、白氨酸乙酯、(E)-2-癸烯酸乙酯、十一酸乙酯、十五酸乙酯、棕櫚酸乙酯、油酸乙酯、亞油酸乙酯、正辛酸、正癸酸的含量均高于CT156d組,或者說由圖2的聚類結果,恒溫條件下156 d與自然老熟58 d的結果相似而恒溫128 d物質含量與自然老熟92 d更相似。這說明在恒溫40 ℃條件下,雖然大多數酯類在156 d時與1 d相比含量有所上升,但都經歷了先增后減的過程,即在128 d時含量出現峰值后在156 d時含量降低,原因可能是溫度的提高使分子內活化能提高,從而提高了白酒陳釀過程中的各種化學反應速率,但是長期的高溫容易使反應過度生成更多的酸類化合物,導致酯類化合物含量下降,溫度高也會加速低沸點物質的揮發(fā)。這些揮發(fā)性風味成分在更長的貯存時間后出現含量減少現象,這說明高溫貯存時間不宜過長,過長會影響酒的風味,需要找到時間和溫度的平衡點。

在變溫貯存條件下,含量幅度變化最大的乳酸乙酯和乙酸乙酯,它們在156 d期間含量變化差異分別高達6.990 g/L和2.856 g/L,這2種物質也是老白干白酒的特征揮發(fā)性風味成分。從增長速度來看,乳酸乙酯在30 d至58 d間含量迅速增長2倍,后期增長緩慢。乙酸乙酯在30～58 d間含量增長4倍,后期緩慢增長。以這2種酯類為代表的多種酯類都在初期(≤58 d)增長迅速,這可能的原因是初期醇類物質、酯類物質、酸類物質、醛類物質都未達到化學平衡狀態(tài),化學動力學促使它們向著穩(wěn)定態(tài)轉化。除此之外,也可能是由于初期貯存容器內氧氣較為充足,能為各種氧化反應提供充足的氧化劑。在變溫貯存下乳酸乙酯和乙酸乙酯的含量隨時間變化幅度大的原因可能是較大溫差能促進締合結構的穩(wěn)定以及加快化學反應速率。這種特殊溫差條件與中國西北地區(qū)晝夜溫差大的自然氣溫條件相似,這種溫差條件在一定程度上能縮短自然陳釀時間。

除此之外,不同成分間的比例也發(fā)生了變化。隨著貯存時間的增長,自然貯存156 d時乳酸乙酯質量濃度與乙酸乙酯質量濃度的比例為2∶1,變溫貯存156 d時乳酸乙酯質量濃度與乙酸乙酯質量濃度的比例為3∶1,它們的質量濃度都是隨時間不斷增長的,可以看出156 d時變溫貯存狀態(tài)下的乳酸乙酯風味更突出,它們含量的不斷升高可能與分子動力學和密度泛函理論有關。值得一提的是,這2種物質是由發(fā)酵過程中乳酸菌和生香酵母進行代謝活動[29]所產生,它們的含量在酒中分別為最多和次多,與前人研究結果相同[30],它們是老白干白酒的骨架揮發(fā)性風味成分。

2.4 老白干原酒揮發(fā)性風味成分的香氣活性值分析

本研究對揮發(fā)性風味成分進行的OAV分析只保留閾值來自文獻中46%乙醇溶液中[31]或白酒中[32]測得的閾值并且在本研究中,共19種化合物的OAV>1,結果見表3。為了更直觀地顯示它們的關系,將14種全部檢測時均OAV>1的重要揮發(fā)性風味成分做成折線圖,見圖3。由圖3可知,1 d中OAV最高的為乙酸異戊酯(237),它具有香蕉香氣,其次是癸酸乙酯、正己醇、乳酸乙酯。NT156d中OAV最大的為乙酸異戊酯(2934),其次是癸酸乙酯、苯丙酸乙酯。CT156d中OAV最高的是乙酸異戊酯(2031),其次是乳酸乙酯、癸酸乙酯。AT156d中含量最高的是癸酸乙酯(3391),它具有梨子香氣。其次是乙酸異戊酯、正己醇。一般來說,OAV>1的物質對整體香氣有貢獻[33],OAV越大,對物質香氣的貢獻就越大。在本研究中,14種化合物在每次檢測時都是OAV>1,這些在老白干原酒貯存過程中對整體香氣貢獻較大的揮發(fā)性風味成分是乙酸異戊酯、癸酸乙酯、正己醇、乳酸乙酯、苯丙酸乙酯、月桂酸乙酯、乙酸乙酯、辛酸乙酯、戊酸乙酯、2-十一酮、己酸乙酯、4-甲基愈創(chuàng)木酚、苯乙酸乙酯和十一酸乙酯。

圖3 3種貯存方式下老白干原酒主要揮發(fā)性風味成分香氣活度值變化

表3 3種貯存方式下老白干原酒中主要揮發(fā)性風味成分在老熟過程中香氣活度值隨時間的變化

進一步分析可以看到,乳酸乙酯的含量在原酒貯存各階段中是最高的,因其閾值較高,OAV并不是最高,造成了揮發(fā)性風味成分的含量與香氣貢獻不對稱的情況。但乳酸乙酯含量隨著時間推移不斷升高,其OAV也不斷升高。白酒中含量不斷上升的物質對整體香氣的貢獻越來越大,含量不斷減少的物質對香氣的貢獻越來越小。具體來說,自然貯存狀態(tài)下乙酸乙酯、戊酸乙酯、乳酸乙酯、癸酸乙酯、乙酸異戊酯、十一酸乙酯隨時間增長對酒體香氣貢獻逐漸增大;恒溫狀態(tài)下癸酸乙酯對酒體香氣貢獻隨時間增長逐漸增大,而乙酸乙酯、庚酸乙酯、苯乙酸乙酯、正己醇在128 d達到貢獻峰值后貢獻值逐漸下降;變溫狀態(tài)下乙酸乙酯、乙酸異戊酯、癸酸乙酯、月桂酸乙酯、十一酸乙酯對酒體香氣貢獻值隨時間增長逐漸增大。

3 結 論

研究分別采用自然貯存(室溫)、恒溫貯存(40 ℃)和變溫貯存(每日40 ℃貯存12 h后自然降溫12 h)3種方式貯存156 d,利用頂空固相微萃取結合GC-MS、GC-O研究老熟過程中原酒主要揮發(fā)性風味成分的變化,共定性出55種揮發(fā)性風味成分。對其中43種含量相對較高的具有白酒風味特征的揮發(fā)性風味成分采用標準品外標定量的方式,監(jiān)測其在156 d貯存期間含量的變化,并計算其氣味活性值。與自然貯存和40 ℃恒溫貯存相比,變溫貯存156 d時大部分酯類例如乳酸乙酯、乙酸乙酯、乙酸己酯、己酸乙酯、壬酸乙酯、乙酸異戊酯、丁二酸二乙酯、己酸異戊酯、異己酸乙酯、壬二酸二乙酯、十一酸乙酯、油酸乙酯、肉豆蔻酸乙酯、苯乙酸乙酯的含量更高。恒溫貯存156 d時僅棕櫚酸乙酯的含量比同天數其他2種處理方式組高,而恒溫處理128 d時,其甲酸辛酯、乙酸乙酯、乙酸己酯、己酸乙酯、己酸異丁酯、異己酸乙酯、庚酸乙酯、壬酸乙酯、壬二酸二乙酯、乙酸苯乙酯、苯乙酸乙酯、白氨酸乙酯、(E)-2-癸烯酸乙酯、十一酸乙酯、十五酸乙酯、棕櫚酸乙酯、油酸乙酯、亞油酸乙酯、正辛酸、正癸酸的含量高于恒溫貯存156 d。

研究表明,40 ℃恒溫貯存時間不宜過長,否則會出現酯類含量減少現象,而變溫貯存在一定程度上能提高酯類含量,縮短老熟時間。官能團、化學鍵、能量壁壘等分子動力學行為對貯存老熟過程產生影響,是隱藏在醇、酯、酸等化學反應背后的原因。希望研究能為不同地區(qū)的釀酒企業(yè)提供相關參考,更好地控制陳釀條件以提高酒質。