白酒中風味成分的檢測分析技術研究進展

沈小娟，丁海龍，雷翔云，任劍波，曹曉念，鄧 波*

（1.瀘州老窖股份有限公司，四川瀘州 646000；2.國家固態(tài)釀造工程技術研究中心，四川瀘州 646000）

白酒歷史悠久，傳統(tǒng)而又獨具特色，是中國的國酒[1]。白酒中的微量成分，如各種酯、酸、醇及醛等有機物雖然含量較低，但其類別、組成及比例對產品口感、風味及香氣極為重要[2]，亦稱為風味成分。根據(jù)生產工藝及風味特征的不同，《飲料酒術語和分類》GB/T 17204—2021 將白酒分為濃、清、醬、米、鳳、豉、芝麻、特、兼、濃醬兼、老白干、董、馥郁等13 種香型。白酒風味與釀造工藝緊密相關[3]，需要從消費者的風味喜好等方面出發(fā)滿足市場需求。近年來，對風味成分的研究已成為白酒領域的熱點，本文綜述了白酒風味成分檢測分析方面的研究進展，總結了各大香型白酒中的風味挖掘及分析的最新成果，探討了研究中存在的局限與不足，并展望了未來技術發(fā)展的方向和趨勢。

1 白酒風味成分的檢測與分析方法

1.1 前處理技術

白酒中的風味成分僅占1%～2%，其極性、溶解性、揮發(fā)性各不相同，存在基質較為復雜，采用單一提取方法不能將白酒中所有的風味化合物提取出來，必須采用不同前處理方法并結合不同的分析儀器才能完成風味成分解析[4]。目前，白酒香氣成分的前處理方法有直接進樣法、液液萃取法（liquid-liquid extraction,LLE）、固相微萃取法（solid phase microextraction，SPME）、攪拌棒吸附法（SBSE）、同時蒸餾萃取法、溶劑輔助風味蒸發(fā)法（SAFE）等[5]。直接進樣法、液液萃取法、固相微萃取法（SPME）由于其操作簡單、效率較高，在白酒風味分析中得到了廣泛應用。例如，郭云霞等[6]研究發(fā)現(xiàn)LLE 對酯類、醇類、酸類以及其他非揮發(fā)性物質具有很好的萃取效果，但是對于易揮發(fā)性物質的萃取效果較差；HS-SPME 對痕量、易揮發(fā)性的物質具有較好的萃取效果，但對難揮發(fā)性物質的萃取效果較差。

1.2 白酒風味成分的檢測技術

白酒風味成分的檢測技術主要包括色譜法、質譜及其聯(lián)用法、核磁共振波譜法和光譜法。單一的檢測方法難以實現(xiàn)對白酒風味成分的全面檢測，所以在白酒風味組學研究中多采用不同的檢測技術聯(lián)合。

色譜、質譜及其聯(lián)用技術因其檢測快速準確、操作簡單等優(yōu)點，在白酒風味成分定性和定量分析中的應用最為廣泛。胡瑾等[7]利用氣相色譜儀，采用白酒專用CP-Wax 57 色譜柱和氫火焰離子化檢測器（FID），以叔戊醇、乙酸正戊酯、2-乙基丁酸為內標，建立了氣相色譜法同時檢測四大香型代表白酒中57 種風味物質的方法。He 等[8]建立了一種同時直接注入兩個色譜柱（CPWax-57CB 和DB-624）對白酒中62 種化合物進行定量的方法，用于分析來自不同地區(qū)和風味類型的38 個白酒樣品中的揮發(fā)性化合物。

近年來，核磁共振波譜法、紅外光譜法等在白酒風味研究中也有所應用。Li等[9]采用質子核磁共振（1HNMR）波譜法獲得中國白酒樣品的非靶向指紋圖譜，可以作為驗證白酒年份真實性的有效工具。張倩等[10]建立了一種檢測濃香型白酒中4種重要風味物質氧穩(wěn)定同位素(δ18O)的方法。宋艷等[11]采用中紅外光譜分析技術結合競爭性自適應重加權算法建立偏最小二乘法（PLS）模型，能夠用于白酒基酒中的乳酸乙酯和乙酸乙酯的快速分析。

1.3 白酒中風味成分的分析方法

感官分析是利用人的感覺器官結合現(xiàn)代多學科理論和技術手段對食品的色、香、味進行感官特性檢驗的科學，近年來在白酒風味成分的相關研究中，是應用最廣泛的方法之一。He等[12]通過感官分析和揮發(fā)性化合物分析對不同辛辣程度的白酒樣品進行了表征，證實己酸乙酯、乙酸乙酯、3-甲基己酸丁酯、乙醛、縮醛和3-甲基丁醛是白酒刺激性最強的貢獻者；酯類對刺激性的貢獻遠高于醛類，低濃度的酸性化合物抑制了對刺激性的感知。梁慧珍等[13]建立了感官品評結果與醬香型白酒風味成分的關系，發(fā)現(xiàn)乙酸、丁酸乙酯、乙醛、甲醇、己酸乙酯、乙酸乙酯、乳酸乙酯、異丁醇、丙酸、己酸10種骨架成分與7種香氣有中高強度的相關性。Jia等[14]采用UPLC-Orbitrap 和foodomics 的綜合指紋識別策略，對鳳香型白酒進行分類，發(fā)現(xiàn)了與基礎酒陳化有關的29 種化合物、15 種有機酸、8 種酯類以及一些羰基化合物。白酒中的揮發(fā)性風味化合物之間會產生加成作用、協(xié)同作用、掩蓋作用或無相互作用，分析這些相互作用的方法主要有S 型曲線法、OAV（氣味活性值）法、σ-τ圖法、分配系數(shù)法以及矢量模型法等，每種方法都有優(yōu)劣，相互驗證可使研究結果更準確[15]。Dai 等[16]引入了線性判別分析（LDA）提取和處理光譜信息，能夠區(qū)分不同香氣類型、品牌、質量和儲存年份的白酒樣品，使用偏最小二乘回歸（PLSR）模型能夠對五種代表性有機酸進行準確定量。Deng 等[17]測定了主要風味化合物在陳化過程中的變化，通過聚類分析發(fā)現(xiàn)老酒和新酒之間存在顯著差異。

2 白酒中的風味成分

風味化合物組成及其感官風味特性是認識、判別白酒香型類別及品質的重要基礎。隨著GC、GC-MS、GC-O、GC×GC-MS、氣相色譜-離子遷移質譜聯(lián)用儀（GC-IMS）等在白酒風味分析中深入應用，白酒中鑒定出的揮發(fā)性成分和香氣活性成分越來越多[18]。Fang 等[19]使用基于質譜的代謝組學方法，在24 種蒸餾酒中檢測到879 種揮發(fā)性有機物和268 種非揮發(fā)性有機物。Xu 等[20]在白酒中共鑒定出510 種酯類化合物，其中9 種乙酯對白酒風味有重要貢獻。孫寶國等[3]總結1990—2021 年的多篇文獻，在白酒中報道的揮發(fā)性成分有2067 種，香氣活性成分有422種。郭雪峰等[21]發(fā)現(xiàn)三大香型白酒的風味輪廓存在顯著差異；異戊酸乙酯、二甲基三硫醚、丁酸乙酯、糠醛、2,3,5-三甲基吡嗪和2,3,5,6-四甲基吡嗪對醬香型白酒風味貢獻大；己酸乙酯、戊酸乙酯、對甲酚和γ-壬內酯是濃香型白酒特征風味形成的關鍵化合物；壬醛、癸酸乙酯和苯乙醇是清香型白酒中特征性風味化合物。

2.1 濃香型白酒的風味成分

作為市場占比最高的香型，對濃香型白酒香味成分的研究從1960 年代持續(xù)至今。有報道在濃香型白酒中發(fā)現(xiàn)了861 種微量成分，包括248 種酯類、122 種醇類、65 種酸類和53 種醛類、83 種酮類、35種縮醛類、29 種含硫化合物、71 種氮化合物、24 種酚類、16 種醚類、63 種碳氫化合物、35 種呋喃類、13種內酯類和4 種其他化合物[1]。濃香型白酒中，酯類含量最高，其中己酸乙酯含量高，香氣閾值低（0.76 mg/L），具有甜味和水果的香氣特征，對主要香氣特征做出了重要貢獻，與乳酸乙酯、乙酸乙酯和丁酸乙酯合稱為“四大酯”；有機酸的含量僅次于酯，醋酸、己酸、丁酸和乳酸是四種主要酸[22]。張競一等[23]在不同季節(jié)和不同餾段基酒中檢測到108種揮發(fā)性物質，發(fā)現(xiàn)總酸和四大酸含量在二段酒中均低于三段酒，總酸及各有機酸含量均為春夏季高于秋冬季。He 等[24]采用氣相色譜-嗅覺測定-質譜（GC-O-MS）對50 種芳香化合物進行了嗅探和鑒定，并通過主成分分析（PCA）和偏最小二乘判別分析（PLS-DA）驗證了丁酸乙酯和己酸乙酯是區(qū)分初段白酒樣品最有效的差異標記。黃婷等[25]采用氣相色譜法，并結合聚類分析（HCA）、主成分分析（PCA）及偏最小二乘判別分析（PLS-DA）等對不同產區(qū)基礎酒進行了識別和分類，發(fā)現(xiàn)不同產區(qū)的濃香型基酒間部分風味物質的含量存在顯著差異。He 等[26]將2D 氣相色譜-飛行時間質譜法與描述性感官分析相結合，鑒定出潛在的香氣化合物262種，其中58 種香氣化合物在四川和江淮的濃香型白酒中差異顯著，川芎嗪、呋喃酮類和羰基含量高導致四川產區(qū)樣品的窖香、烤面包和谷物香氣強度高，高酯含量導致江淮產區(qū)樣品的水果和花卉香氣強度高。Hong 等[27]根據(jù)18 種芳香化合物較高的風味稀釋值（FD）、Osme 值和氣味活性值（OAV）判斷其為重要的芳香化合物，13種香氣成分由于其高香氣表達強度和對不同產區(qū)白酒風味特征的顯著貢獻而被定義為關鍵輪廓香氣成分。Zhao 等[28]通過GC-O 和GC-MS 在古井貢酒（GJG）鑒定出60 種芳香化合物，其中35 種由于其OAV 而被確認為重要的芳香化合物，采用省略試驗將9 種芳香化合物確定為關鍵芳香化合物。Dong 等[29]不僅首次報道了3-甲基吲哚對“泥味”特征的貢獻，還通過比較芳香提取物稀釋分析，在基酒和成品酒中共鑒定出68種和64 種風味成分，確認己酸、丁酸、對甲酚、3-甲基吲哚和3-甲硫基丙醛是造成泥味和烘烤氣味的關鍵風味成分[30]。

2.2 清香型白酒的風味成分

清香型白酒作為三大香型之一，對其風味成分及特征的研究近年來有不少成果。張志勇等[31]采用頂空固相微萃取聯(lián)合全二維氣相色譜-飛行時間質譜（HS-SPME-GC×GC-TOF-MS）在大曲清香型白酒中共檢測到揮發(fā)性化合物251 種，包括56 種酯類、54 種醇類、38 種酸類、30 種醛酮縮醛類、6 種含硫化合物、6 種含氮化合物、21 種呋喃類、20 種芳香族類及20 種其他類型化合物，且鑒定出苯甲酸乙酯、苯乙酸乙酯、苯丙酸乙酯等芳香族化合物，可能對大曲清香型白酒的香氣起到重要作用，程偉等[32]采用相同方法在大曲清香型白酒中也確認了揮發(fā)性香氣成分250余種。譚昊等[33]對紅星清香型白酒風味成分特征進行系統(tǒng)分析，共鑒定出849 種揮發(fā)性組分，通過風味組學分析確證62 種具有香氣活性的揮發(fā)性組分。Wang 等[34]證實乙酸乙酯、丙烯酸乙酯、2-甲基丁酸乙酯、γ-壬內酯、異戊酸乙酯、丁酸乙酯、乙酸異戊酯、辛酸乙酯、戊酸乙酯、3-甲基丁醛、β-大馬士革酮等對清香型白酒香氣有重要貢獻。Sun 等[35]用感官組學方法研究了小曲清香型白酒的香氣特征，鑒定出51 種風味物質為陳年小曲白酒的重要香氣成分；3-羥基-4,5-二甲基-2（5H）-呋喃酮（索托龍）、香草醛和3-（甲硫基）丙醛（甲基硫醇）在小曲清香型白酒的整體香氣特征中起著關鍵作用。

2.3 醬香型白酒的風味成分

近年來，隨著醬香型白酒市場熱度提高，其風味相關的研究也日益增多，在化合物組成、風味剖析及其與工藝相關性等方面都取得了不少進展。莫新良等[36]采用頂空固相微萃?。℉S-SPME）結合氣相色譜-質譜法，通過偏最小二乘判別分析法解析醬酒不同酒樣，共鑒定出68 種風味物質，包括酯類27種、醇類12種、醛酮類10種、酸類3種、芳香族化合物10 種和萜烯類物質6 種。Cai 等[37]采用GCIMS 法在10 家廠商的醬香型白酒中檢測出80 種共有揮發(fā)性成分，OAV 值表明己酸乙酯、戊酸乙酯、2-甲基丁酸乙酯、辛酸乙酯、3-甲基丁酸乙酯、丁酸乙酯和異丁酸乙酯對醬香型白酒的香氣貢獻大。Zhao 等[38]采用感官引導分離法確定2-羥甲基-3,6-二乙基-5-甲基吡嗪是醬香型白酒焦香味的主要貢獻者。孫文佳等[39]采用靜態(tài)頂空與氣質聯(lián)用（GCMC）技術測定醬香型白酒空杯留香中揮發(fā)性香氣成分34 種，確定出具有香氣貢獻的關鍵化合物（OAV＞1）共11 種。Wang 等[40]研究發(fā)現(xiàn)2-甲基-3-呋喃硫醇、甲硫醇、甲基2-甲基-3-呋喃二硫化物、二甲基三硫化物、2-呋喃硫醇、甲硫醇、二甲基二硫化物等成分是茅臺酒的關鍵物質，而濃度較高的二硫化物（2-甲基-3-糠基）通常是茅臺香型白酒中酸菜樣異味的主要原因。伍巨等[41]采用感官評價法分析與驗證正常及霉味、泥臭味、餿酸味、鹽菜味4 種醬香型白酒的缺陷風味特征；十四酸乙酯、丁酸庚酯、己酸丁酯等揮發(fā)性成分對風味貢獻較大。

2.4 其他香型白酒的風味成分

除了三大香型，國內對其他香型白酒風味的研究也頗多。Jia 等[42]在鳳香型白酒中共鑒定出1995種化合物。秦炳偉等[43]采用頂空固相微萃取-全二維氣相色譜-飛行時間質譜在泉香型白酒中共檢測出1258 種揮發(fā)性成分，根據(jù)OAV 值共鑒定出21 種關鍵酯類香氣化合物。孫細珍等[44]通過氣相色譜法及頂空固相微萃取-氣相色譜質譜技術在天龍泉米香型白酒中共鑒定出71 種揮發(fā)性風味物質，其中辛酸乙酯、十四酸乙酯、乙醛、月桂酸乙酯、乙縮醛及二甲基三硫的OAV 值大于100，對整體香氣的構成有重要影響。Zhao 等[45]發(fā)現(xiàn)乳酸是米香型白酒中的主要酸成分，感官評估顯示米香型白酒具有明顯更強的花香和果香。Chen 等[46]采用感官定向風味分析方法研究了酒鬼酒系列白酒的主要香味成分，共鑒定出144 種芳香活性化合物，乙酸乙酯、乳酸乙酯、丁酸乙酯、戊酸乙酯、己酸乙酯、辛酸乙酯、十二酸乙酯、三硫化二甲酯、乙酸、丙酸、丁酸、異戊酸、己酸、辛酸和對甲酚被確定為關鍵芳香化合物。Fan 等[47]對老白干白酒中的414 種揮發(fā)性化學物質進行了檢測，根據(jù)氣味活性值（OAV），32 種揮發(fā)性化合物被進一步確認為重要的氣味物質，遺漏實驗證實9 種香氣化合物是關鍵香氣活性化合物。Zheng 等[48]確認己酸乙酯（OAV 2691）、3-甲基丁醛（2403）、戊酸乙酯（1019）等是芝麻香白酒重要風味物質，并證實了甲硫醛和己酸乙酯對芝麻香型白酒整體香氣的重要性。

3 總結與展望

由于受到釀酒工藝、環(huán)境及存儲時間等因素的影響，白酒風味成分組成十分復雜，感官表現(xiàn)差異顯著。白酒風味成分有揮發(fā)性和非揮發(fā)性兩大類，其中揮發(fā)性成分是白酒香氣特征的物質基礎，非揮發(fā)性成分對整體香氣特征也具有重要影響，兩者相互作用共同影響白酒的香氣、味道和口感。然而目前白酒風味研究也存在一些不足和挑戰(zhàn)，比如研究側重于香氣剖析，在味道方面的研究偏少，例如風味成分的味覺特征和味覺閾值等[49]；無味的揮發(fā)性成分對白酒風味也有一定影響，無味的揮發(fā)性成分分兩種，一種是本身就沒有香氣，另一種是本身雖有香氣，但閾值較高難以被嗅聞到，但是當?shù)陀诓煊X閾值的多種化合物混合時，可能會影響其閾值而被嗅聞到香氣[3]。面對白酒風味研究面臨的問題與挑戰(zhàn)，未來研究的重點方向是以全二維氣相色譜-飛行時間質譜技術、ICP-MS 等現(xiàn)代儀器分析技術為手段，結合風味組學、感官組學和化學計量學技術剖析白酒風味成分，從物質組成與感官表現(xiàn)兩個方面對白酒風味化學進行系統(tǒng)全面的研究。在此基礎上，可能取得風味研究突破的方向是基于白酒風味化學、感官分析和工藝參數(shù)大數(shù)據(jù)，采取不需要先驗知識的深度學習的人工智能方法等對白酒風味進行準確的分析。