基于智能感官和GC-MS技術(shù)分析市售醬香型白酒的品質(zhì)

黃鍶钘，賀子豪，王玉榮，田龍新，周加平，劉菊珍，郭 壯，3*

（1.湖北文理學(xué)院 湖北省食品配料工程技術(shù)研究中心，湖北 襄陽(yáng) 441053；2.襄陽(yáng)市醬香型白酒固態(tài)發(fā)酵企校聯(lián)合創(chuàng)新中心，湖北 襄陽(yáng) 441053；3.醬香型白酒固態(tài)發(fā)酵襄陽(yáng)市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 襄陽(yáng) 441614）

中國(guó)白酒作為世界六大蒸餾酒之一，以其古老的釀造工藝和獨(dú)特的風(fēng)味特征而聞名[1]。作為十二大香型之一的醬香型白酒，因具有“醬香突出、酒體醇厚、回味悠長(zhǎng)、空杯留香”的酒體特征，以及日漸明晰的保健作用，越來(lái)越受到廣大消費(fèi)者的青睞，市場(chǎng)接受度也逐漸升高[2-3]。醬香型白酒釀造工藝復(fù)雜且周期較長(zhǎng)，具有高溫制曲、高溫堆積、高溫發(fā)酵、高溫餾酒、生產(chǎn)周期長(zhǎng)、貯存時(shí)間長(zhǎng)、大量用曲、多輪次發(fā)酵的“四高兩長(zhǎng)，一大一多”工藝特點(diǎn)，導(dǎo)致酒體中形成了復(fù)雜的風(fēng)味化合物，這也是醬香型白酒區(qū)別與其他香型白酒的主要原因之一[4-5]。醬香型白酒的風(fēng)味特征受到釀造微生態(tài)、釀酒微生態(tài)以及復(fù)雜釀造工藝等多種因素的影響，酒體中揮發(fā)性香氣化合物含量很低，僅占白酒總體積的1%～2%，但其種類豐富，目前已發(fā)現(xiàn)的微量風(fēng)味化合物已達(dá)1 874種，對(duì)白酒的質(zhì)量及風(fēng)味品質(zhì)具有重要影響[6]。研究表明，作為我國(guó)十二大香型白酒中風(fēng)味物質(zhì)構(gòu)成最為復(fù)雜的白酒，醬香型白酒的主體香氣成分尚未明確，解析醬香型白酒的主體風(fēng)味成分仍是白酒科研領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一[7-8]。因此，比較不同醬香型白酒的質(zhì)量品質(zhì)和風(fēng)味特征，對(duì)醬香型白酒中風(fēng)味物質(zhì)的探究及發(fā)展具有重要意義。

色度儀和電子舌通過(guò)模擬生物體視覺和味覺的智能感官系統(tǒng)，并利用陣列傳感器獲取被測(cè)樣品色澤和滋味品質(zhì)的定量描述信息，具有操作簡(jiǎn)單快捷、分析準(zhǔn)確高效和客觀性強(qiáng)等特點(diǎn)[9]。氣相色譜-質(zhì)譜（gaschromatography-mass spectrometry，GC-MS）通過(guò)高效分離優(yōu)勢(shì)，結(jié)合質(zhì)譜的精確檢測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜組分的定性和定量分析，具有較高的靈敏度和可操作性，是目前食品分析領(lǐng)域最常用、最成熟的方法之一[10-11]。近年來(lái)，智能感官與GC-MS技術(shù)相結(jié)合，在酒精飲料中有著廣泛應(yīng)用。陳爍[12]采用GC-MS技術(shù)對(duì)發(fā)酵火龍果酒中的酯類物質(zhì)進(jìn)行了定量分析，并通過(guò)色度儀探究了溫度、儲(chǔ)藏時(shí)間以及添加劑對(duì)火龍果酒色澤的影響，為火龍果酒確定了最佳的護(hù)色方案。蘆建超[13]采用電子舌和GC-MS技術(shù)為白酒勾調(diào)最優(yōu)配方的確定、提升白酒勾調(diào)生產(chǎn)自動(dòng)化水平提供了解決方案。WANG L等[14]采用智能感官結(jié)合GC-MS技術(shù)對(duì)以糯米、紫米、紅米和黃米為原料發(fā)酵的甜酒釀進(jìn)行了比較分析，為甜酒釀原料的選擇提供了參考價(jià)值。因此，智能感官與GC-MS技術(shù)相結(jié)合，對(duì)醬香型白酒的質(zhì)量和風(fēng)味品質(zhì)進(jìn)行分析具有可行性。

本研究以10個(gè)市售醬香型白酒為研究對(duì)象，采用色度儀和電子舌對(duì)白酒樣品的顏色參數(shù)和滋味品質(zhì)進(jìn)行分析，結(jié)合GC-MS技術(shù)對(duì)酒體中揮發(fā)性化合物進(jìn)行檢測(cè)，并對(duì)揮發(fā)性風(fēng)味化合物進(jìn)行聚類分析（cluster analysis，CA）及偏最小二乘法-判別分析（orthogonal partial least square method-discriminant analysis，OPLS-DA），比較不同醬香型白酒的質(zhì)量品質(zhì)及風(fēng)味特征。以期為醬香型白酒的市場(chǎng)規(guī)范、企業(yè)質(zhì)控以及其白酒產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

10個(gè)醬香型白酒酒樣（53%vol）：4個(gè)酒樣（編號(hào)為A、C、D和H）產(chǎn)地為貴州省遵義市仁懷市，4個(gè)酒樣（編號(hào)為B、E、F和G）產(chǎn)地為貴州省遵義市，1個(gè)酒樣（編號(hào)為I）產(chǎn)地為貴州省畢節(jié)市以及1個(gè)酒樣（編號(hào)為J）產(chǎn)地為湖北省襄陽(yáng)市；極性溶液、參比溶液和味覺標(biāo)準(zhǔn)溶液：日本INSENT公司；酒石酸、氯化鉀、鹽酸和氫氧化鉀（均為分析純）：西隴科學(xué)股份有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

Ultra Scan PRO色度儀：美國(guó)Hunter Lab公司；SA-402B電子舌：日本INSENT公司；GCMS-QP 2020氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀：日本島津公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 顏色參數(shù)的測(cè)定

對(duì)10個(gè)市售醬香型白酒樣品的顏色參數(shù)進(jìn)行測(cè)定，參考MCDERMOTT A等[15]的方法，色度儀提前打開預(yù)熱1 h，預(yù)熱完成將測(cè)試模式設(shè)為透射，并用校正光阱、黑卡和校正標(biāo)準(zhǔn)白板對(duì)色度儀進(jìn)行校正后測(cè)定樣品的色澤。校正完成后取適量醬香型白酒樣品于50 mm×10 mm×50 mm石英比色皿中，讀數(shù)以CIE1976色度空間值L*值、a*值和b*值表示，其中L*值為亮暗度（值越大表示越亮），a*值為紅綠度（為正值時(shí)偏紅，反之偏綠），b*值為黃藍(lán)度（為正值時(shí)偏黃，反之偏藍(lán)），每個(gè)樣品平行測(cè)定3次。

1.3.2 電子舌的測(cè)定

對(duì)10個(gè)市售醬香型白酒樣品的滋味進(jìn)行測(cè)定，取30 mL醬香型白酒樣品，加入適量超純水稀釋至酒精度為20%vol后置于電子舌測(cè)試杯中進(jìn)行分析。參考ZHAO X X等[16]的方法使用電子舌檢測(cè)醬香型白酒樣品的酸味、苦味、澀味、咸味和鮮味5個(gè)基本味以及苦味、澀味和鮮味3個(gè)基本味的回味，每個(gè)樣品測(cè)定4次，取后3次測(cè)定的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

1.3.3 揮發(fā)性風(fēng)味化合物的測(cè)定

對(duì)10個(gè)市售醬香型白酒樣品的揮發(fā)性風(fēng)味化合物進(jìn)行測(cè)定，揮發(fā)性風(fēng)味化合物的測(cè)定采用GC-MS法。

樣品預(yù)處理：取1.0 mL醬香型白酒樣品置于20 mL頂空瓶中，加入5.0 mL水稀釋，50 ℃吸附30 min，平衡10 min，進(jìn)樣口解吸3 min后啟動(dòng)儀器采集數(shù)據(jù)。

GC條件[17]：DB-WAX毛細(xì)管色譜柱（60 m×0.25 mm×0.25 μm），起始溫度50 ℃，保持3 min后以10 ℃/min升到240 ℃，維持10 min；載氣為高純氦氣（He）（＞99.999%）；流速為1.0 mL/min。

MS條件[18]：電子電離（electron ionization，EI）源，電子能量為70 eV；離子源溫度230 ℃，連接口溫度250 ℃，質(zhì)量掃描范圍為20.00～450.00 amu。

定性定量分析：利用美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所（national institute of standards and technology，NIST）質(zhì)譜庫(kù)進(jìn)行定性分析，僅保留比對(duì)相似度＞700的定性結(jié)果，并手動(dòng)過(guò)濾掉柱流失產(chǎn)生的化合物（主要是含硅和鹵素的化合物）[19]，采用峰面積歸一化法進(jìn)行相對(duì)定量分析，所有數(shù)據(jù)均在乙醇的出峰時(shí)間關(guān)閉燈絲，相對(duì)定量結(jié)果為除去乙醇含量的百分含量。

1.3.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2016進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，R4.1.3繪制氣泡圖、花瓣圖和聚類樹狀圖，且聚類距離采用歐式距離，數(shù)據(jù)采用不轉(zhuǎn)換方式，聚類方法采用Ward linkage法，采用SIMCA14.1進(jìn)行OPLS-DA的變量投影重要性（variable importance in the projection，VIP）值的可視化分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 市售醬香型白酒感官品質(zhì)分析

2.1.1 顏色參數(shù)的檢測(cè)結(jié)果

本研究首先使用色度儀對(duì)10個(gè)市售醬香型白酒的顏色參數(shù)進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果見表1。由表1可知，醬香型白酒L*值最大且差異最小，b*值差異最大，變異系數(shù)分別為0.49%和221.56%，表明10個(gè)市售醬香型白酒整體呈現(xiàn)透明色且在黃藍(lán)度上具有明顯差異。

表1 市售醬香型白酒顏色參數(shù)的檢測(cè)結(jié)果（n=10）Table 1 Detection results of color indexes of commercial sauceflavor Baijiu

2.1.2 電子舌檢測(cè)結(jié)果

為進(jìn)一步解析醬香型白酒滋味品質(zhì)之間的差異，采用電子舌對(duì)10個(gè)市售醬香型白酒的滋味進(jìn)行了分析，其相對(duì)強(qiáng)度見表2。

表2 市售醬香型白酒電子舌滋味指標(biāo)相對(duì)強(qiáng)度（n=10）Table 2 Relative intensity of taste indexes of commercial sauceflavor Baijiu

由表2可知，10個(gè)醬香型白酒在苦味的回味、酸味、咸味、鮮味、澀味、鮮味的回味和苦味等指標(biāo)上相對(duì)強(qiáng)度值差異較大，極差值分別為2.93、1.88、1.29、1.27、1.08、1.05和1.02。KOBAYASHI Y等[20]研究表明，當(dāng)某一滋味指標(biāo)的相對(duì)強(qiáng)度值之差=1時(shí)，則是人體味覺感官可以區(qū)分的最小差異。由此可見，除澀味的回味外，10個(gè)醬香型白酒在滋味指標(biāo)上存在較明顯的差異，且在苦味的回味指標(biāo)上的差異最大。

程度等[21]通過(guò)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，相較于其他釀酒用原料，高粱的香氣強(qiáng)度更強(qiáng)，主要以酯類、醛類和酮類為主，且因高粱中游離態(tài)的香氣物質(zhì)具有揮發(fā)性，其對(duì)白酒風(fēng)味品質(zhì)特征具有直接影響。邵明凱等[22]研究表明，酵母菌通過(guò)對(duì)乙醇和對(duì)白酒風(fēng)味貢獻(xiàn)最大的酯類物質(zhì)產(chǎn)生直接作用，從而導(dǎo)致不同輪次白酒產(chǎn)量和品質(zhì)存在差異。由此可知，醬香型白酒的風(fēng)味品質(zhì)與其含有的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)之間具有直接作用。

2.2 市售醬香型白酒揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)分析

采用GC-MS技術(shù)對(duì)10個(gè)市售醬香型白酒中揮發(fā)性化合物進(jìn)行了分析，通過(guò)譜庫(kù)檢索、保留指數(shù)以及比對(duì)相似度，共定性鑒定出718種揮發(fā)性化合物，酒樣中相對(duì)含量＞1%的揮發(fā)性化合物有50種，其在白酒中的相對(duì)含量見圖1。

圖1 市售醬香型白酒中揮發(fā)性風(fēng)味化合物相對(duì)含量Fig.1 Relative contents of volatile flavor compounds of commercial sauce-flavor Baijiu

由圖1可知，按照物質(zhì)化學(xué)結(jié)構(gòu)性質(zhì)，酒樣中相對(duì)含量＞1%的揮發(fā)性風(fēng)味化合物為50種，包括30種酯類、7種醇類、6種醛類、4種酮類、2種烷烴類和1種含硫化合物。其中，酯類物質(zhì)在10個(gè)市售醬香型白酒中的種類最多，其次為醇類和醛類物質(zhì)，其平均相對(duì)含量分別為78.80%、6.80%和10.98%。進(jìn)一步對(duì)10個(gè)市售醬香型白酒中相對(duì)含量＞1%的揮發(fā)性化合物的種類進(jìn)行分析，結(jié)果見圖2。

圖2 市售醬香型白酒中揮發(fā)性化合物種類數(shù)量的花瓣韋恩圖Fig.2 Petal venn diagram of the number of types volatile compounds of commercial sauce-flavor Baijiu

由圖2可知，10個(gè)市售醬香型白酒中共有的揮發(fā)性風(fēng)味化合物有25種，其平均相對(duì)含量為66.35%。結(jié)合圖1可知，酒樣中共有的25種揮發(fā)性化合物可分為5類，包括18種酯類物質(zhì)：庚酸乙酯、丁酸乙酯、癸酸乙酯、戊酸乙酯、3-甲基戊酸乙酯、壬酸乙酯、異戊酸乙酯、棕櫚酸乙酯、異丁酸乙酯、丙酸乙酯、己酸丙酯、2-甲基丁酸乙酯、乙酸異戊酯、反式-4-癸烯酸乙酯、己酸異戊酯、月桂酸乙酯、己酸己酯和己酸丁酯；2種醇類物質(zhì)：異戊醇和正丙醇；3種醛類物質(zhì)：糠醛、異戊醛和苯甲醛；1種酮類物質(zhì)：4-十一酮；1種有機(jī)硫化物：二甲基三硫。酯類、醇類、醛類、酮類物質(zhì)及有機(jī)硫化物平均相對(duì)含量分別為51.87%、4.25%、9.00%、0.48%和0.75%。此外，醬香型白酒中亦存在特有的揮發(fā)性風(fēng)味化合物，酒樣A特有的揮發(fā)性風(fēng)味化合物為十一烷，相對(duì)含量為1.34%，酒樣B特有的揮發(fā)性風(fēng)味化合物為甲氧基丙酮，相對(duì)含量為10.28%，酒樣E特有的揮發(fā)性風(fēng)味化合物為甲酸丁酯，相對(duì)含量為1.80%，酒樣G特有的揮發(fā)性風(fēng)味化合物為4-甲基-1-戊醇，相對(duì)含量為3.78%，酒樣H特有的揮發(fā)性風(fēng)味化合物為丙酮醛，相對(duì)含量為7.73%，酒樣I特有的揮發(fā)性風(fēng)味化合物為丙酮酸乙酯，相對(duì)含量為1.68%。

由圖2亦可知，除了上述揮發(fā)性風(fēng)味化合物之外，酒樣中還含有多種其他風(fēng)味化合物，對(duì)白酒整體風(fēng)味貢獻(xiàn)較大。由此可知，不同醬香型白酒中揮發(fā)性化合物組成及相對(duì)含量存在差異，從而可能導(dǎo)致酒體風(fēng)味品質(zhì)有所不同。

白酒的風(fēng)味特征除了與揮發(fā)性化合物的含量有關(guān)外，還與風(fēng)味化合物之間的協(xié)調(diào)作用及其對(duì)酒體的貢獻(xiàn)相關(guān)[23]。為了更加準(zhǔn)確合理的解析不同醬香型白酒之間的風(fēng)味差異，基于白酒中相對(duì)含量＞1%的50種揮發(fā)性風(fēng)味化合物，對(duì)10個(gè)市售醬香型白酒進(jìn)行了聚類分析。結(jié)果見圖3。

圖3 基于相對(duì)含量＞1%揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)市售醬香型白酒的聚類分析Fig.3 Cluster analysis of commercial sauce-flavor Baijiu based on volatile flavor compounds with relative content＞1%

由圖3可知，當(dāng)距離為20時(shí)，本研究的10個(gè)市售醬香型白酒主要被劃分為3個(gè)聚類，其中A、B、C和I共4個(gè)酒樣隸屬于聚類I，D、F和G共3個(gè)酒樣隸屬于聚類II，E、H和J共3個(gè)酒樣隸屬于聚類III，且較之聚類III酒樣，聚類I和聚類II酒樣之間距離更近。由此表明，聚類分析可以有效區(qū)分10個(gè)市售醬香型白酒，且隸屬于聚類I的酒樣A、B、C、I與隸屬于聚類II的酒樣D、F、G之間相對(duì)含量＞1%揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)構(gòu)成更為相似。其中，酒樣A、B、C、D、F和G均來(lái)自于貴州省遵義市，由此可推測(cè)地域因素對(duì)酒樣中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)構(gòu)成具有影響[6]。

通過(guò)PLS-DA對(duì)10個(gè)市售醬香型白酒樣品構(gòu)建分類模型，可有效將不同酒樣劃分為3個(gè)聚類，且與上述聚類分析結(jié)果一致?；诖?，為篩選出可以區(qū)分3個(gè)聚類醬香型白酒樣品的差異化合物，基于PLS-DA對(duì)相對(duì)含量＞1%的50種揮發(fā)性化合物在3個(gè)聚類醬香型白酒中的貢獻(xiàn)進(jìn)行VIP值量化分析，并利用熱圖對(duì)不同聚類中揮發(fā)性化合物的相對(duì)含量變化進(jìn)行了分析，結(jié)果見圖4。一般認(rèn)為，VIP值＞1的揮發(fā)性化合物可作為PLS-DA模型的關(guān)鍵差異化合物，且VIP值越大，該物質(zhì)在模型預(yù)測(cè)中的貢獻(xiàn)越大[24]。

圖4 3個(gè)聚類醬香型白酒中變量投影重要性值＞1揮發(fā)性化合物Fig.4 Volatile compounds with variable importance projection＞1 in sauce-flavor Baijiu of three clusters

由圖4可知，本研究從3個(gè)聚類醬香型白酒中確定了19種可有效區(qū)分酒樣的關(guān)鍵差異化合物，分別為棕櫚酸乙酯、3-甲基戊酸乙酯、正己酸乙酯、庚酸乙酯、戊酸乙酯、苯甲醛、己酸異戊酯、己酸丙酯、乙酸異戊酯、己酸己酯、丁酸乙酯、甲酸丁酯、異丁酸乙酯、正丙醇、壬酸乙酯、丙酮醛、異戊酸乙酯、癸酸乙酯和2-甲基丁酸乙酯，其中酯類物質(zhì)是對(duì)酒體風(fēng)味貢獻(xiàn)最大且種類最多的風(fēng)味化合物。由圖4亦可知，除棕櫚酸乙酯和苯甲醛之外，多數(shù)關(guān)鍵差異化合物在聚類I和聚類II酒樣之間相對(duì)含量差異較小，表明隸屬于聚類I和聚類II的醬香型白酒風(fēng)味更為相似，這與上述聚類分析結(jié)果一致。此外，VIP值排名前三的棕櫚酸乙酯、3-甲基戊酸乙酯和正己酸乙酯亦是3個(gè)聚類醬香型白酒之間的顯著差異化合物（P＜0.05）。

研究表明，酯類物質(zhì)是白酒主要的呈香成分，且丁酸乙酯、異丁酸乙酯、壬酸乙酯和異戊酸乙酯等乙酯類化合物大多呈現(xiàn)果香、甜香、花香或獨(dú)特的芳香氣味[25]。醇類、醛類和酮類物質(zhì)主要起到襯托酯香、協(xié)調(diào)香氣與口感的作用。其中，呈微弱蠟香、果醬和奶油香氣的棕櫚酸乙酯在聚類I酒樣中相對(duì)含量明顯偏高，聚類II酒樣次之，適量的棕櫚酸乙酯可以增強(qiáng)酒體的穩(wěn)定性和厚重感，且具有降低干澀味且增強(qiáng)后味的作用[26]，這可能是導(dǎo)致上述電子舌分析中所有酒樣在澀味的回味指標(biāo)上差異較小的原因之一。呈菠蘿香和酯香的3-甲基戊酸乙酯在聚類III酒樣中相對(duì)含量明顯偏高，表明其可以賦予酒體濃郁的甜果香和酯香等香氣，這可能與醬香型白酒的年份相關(guān)[27]。呈果香、花香和酯香等香氣的正己酸乙酯在聚類I和聚類II酒樣中相對(duì)含量明顯偏高，可以賦予酒體濃郁的水果香、花香和酯香等風(fēng)味，且正己酸乙酯作為清香型白酒的主體香氣成分，亦是評(píng)價(jià)酒質(zhì)優(yōu)劣的重要指標(biāo)之一[28]。綜上可知，不同聚類的醬香型白酒具有獨(dú)特的風(fēng)味特征，且隸屬于聚類I和聚類II酒樣的風(fēng)味品質(zhì)更為相似。

3 結(jié)論

本研究結(jié)果顯示，10個(gè)市售醬香型白酒在黃藍(lán)度、苦味的回味、酸味、咸味、鮮味、澀味、鮮味的回味和苦味指標(biāo)上具有明顯差異，酒體主要呈現(xiàn)透明色且具有微苦而不澀的滋味特征。此外，10種市售醬香型白酒中相對(duì)含量＞1%揮發(fā)性化合物共有50種，其中，酯類30種、醇類7種、醛類6種、酮類4種、烷烴類2種和含硫化合物1種，共有揮發(fā)性風(fēng)味化合物有25種，特有揮發(fā)性化合物有6種，且酯類物質(zhì)是白酒的主要揮發(fā)性化合物，其次是醇類和醛類物質(zhì)，并確定了19種可有效區(qū)分3個(gè)聚類酒樣的關(guān)鍵差異化合物，其中棕櫚酸乙酯、3-甲基戊酸乙酯和正己酸乙酯是3個(gè)聚類醬香型白酒之間的顯著差異化合物（P＜0.05）。綜上所述，可以利用智能感官和GC-MS技術(shù)對(duì)本研究的10個(gè)市售醬香型白酒進(jìn)行有效鑒別。