基于全二維氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用法分析特香型白酒揮發(fā)性成分差異

胡秋連 吳遙 歐陽(yáng)思雨 杜裕芳 周曉晴 賈佳

以贛清老酒、錦江洞藏老酒、四特酒等3種特香型白酒為試樣，采用全二維氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用法（GC×GC-qMS）對(duì)白酒中的揮發(fā)性物質(zhì)成分進(jìn)行定性和相對(duì)定量分析，同時(shí)采用主成分分析（PCA）對(duì)樣品進(jìn)行鑒別。結(jié)果表明，3種白酒中共檢測(cè)出99種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，其中，酯類42種，醛酮類17種，醇類28種，酸類10種和其他類2種。利用主成分分析篩選出14種差異化合物，初篩出了18種特香型白酒特有風(fēng)味物質(zhì)，為特香型白酒風(fēng)味物質(zhì)的個(gè)性和共性研究提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。

在我國(guó)，因其自然環(huán)境、微生物群系、釀造原料及釀造工藝的不同，白酒產(chǎn)品的種類繁多，風(fēng)味不一。從化學(xué)成分來(lái)說(shuō)，白酒的主要成分是水和乙醇，占總量的98%-99%，而溶于其中的一些呈香、呈味的微量成分則占1%-2%，不過(guò)，正是這些微量成分在各自白酒中的不同含量和比例決定了白酒的香型和風(fēng)格。因此可以說(shuō)，特征性風(fēng)味物質(zhì)是區(qū)分不同香型白酒的重要依據(jù)。

目前，已知的白酒香型有13種。國(guó)內(nèi)外對(duì)風(fēng)味物質(zhì)的研究主要集中在清香型、濃香型、醬香型等香型，對(duì)特香型白酒的研究鮮見于報(bào)道。同時(shí)，國(guó)標(biāo)GB/T 20823-2017中只規(guī)定了丙酸乙酯一種風(fēng)味物質(zhì)。因此，特香型白酒中風(fēng)味物質(zhì)及其特有的價(jià)值應(yīng)受到關(guān)注，而對(duì)其成分的分析檢測(cè)是不可或缺的。

不同香型白酒的風(fēng)味物質(zhì)香氣強(qiáng)度存在較大差異，同一香型不同品牌白酒的風(fēng)味物質(zhì)香氣強(qiáng)度具有相似性，但也存在細(xì)微差別。相比常規(guī)一維的氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀，全二維氣相色譜-質(zhì)譜技術(shù)具有更大的峰容量、更高的分辨率和靈敏度等特點(diǎn)。這一技術(shù)可以檢測(cè)出遠(yuǎn)大于一維GC-MS常規(guī)鑒定的化合物，為白酒中風(fēng)味物質(zhì)的分析提供一種強(qiáng)大的分析工具。

本研究采用全二維氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用法（GC×GC-qMS）對(duì)3種不同品牌的特香型白酒中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行定性和定量分析，同時(shí)結(jié)合主成分分析的分析方法，以期為白酒釀造過(guò)程中的風(fēng)味化學(xué)理論研究提供參考，為特香型白酒風(fēng)味品質(zhì)的控制提供一種新途徑。

1.材料與方法

1.1 材料與試劑

贛清老酒（52%vol、江西樟樹市古城酒業(yè)有限公司）、錦江洞藏老酒（45%vol、萬(wàn)載縣商創(chuàng)農(nóng)業(yè)發(fā)展有限責(zé)任公司）、四特酒（45%vol、四特酒有限責(zé)任公司）。

1.2 儀器與設(shè)備

GC/MS-TQ8050型全二維氣相色譜-四級(jí)桿串聯(lián)質(zhì)譜儀，日本島津公司。數(shù)據(jù)采集由GCMS solution 4.45 SP1完成，數(shù)據(jù)分析由GC Image 2.8r GC×GC軟件完成。

1.3 氣相色譜和質(zhì)譜條件

色譜柱：一維色譜柱DB-WAX型色譜柱（30m×0.25mm×0.25μm），美國(guó)安捷倫科技有限公司。二維色譜柱：BPX5型（2.5m×0.1mm×0.1μm），澳大利亞SGE Analytical Science公司。

色譜條件：進(jìn)樣口溫度250℃；恒壓力操作模式；進(jìn)樣量為1μL，分流比10：1；程序升溫：初始溫度40℃，保持2min，以3℃/min升至250℃，保持5 min。

質(zhì)譜條件：離子化方式：電子轟擊離子源（electron ionization，EI）。采集方式：全掃描Scan；離子源溫度230℃；接口溫度250℃。質(zhì)量掃描范圍：35-320u；溶劑延遲時(shí)間3.0min；調(diào)制周期4.2s；熱噴時(shí)間350ms。

1.4 樣品前處理

吸取樣品10.0mL于10mL容量瓶中，混勻后取1mL過(guò)濾膜，供全二維氣相色譜-質(zhì)譜分析。

1.5 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

采用由美國(guó)Zoex公司開發(fā)的軟件GC Image 2.8r對(duì)物質(zhì)進(jìn)行定性和相對(duì)定量分析。首先，識(shí)別出信噪比（SNR）大于71.2的色譜峰后進(jìn)行自動(dòng)積分，并與標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜庫(kù)（NIST MS Search 2.4）進(jìn)行比對(duì)和人工鑒別，所有比對(duì)鑒別結(jié)果導(dǎo)出生成“峰表”。接著，去除烷烴類等對(duì)特香型白酒風(fēng)味物質(zhì)沒有貢獻(xiàn)的化合物，選擇檢索相似度大于800的化合物作為最終定性結(jié)果。采用Simca13.0軟件進(jìn)行主成分分析（principle component analysis，PCA）。

2.結(jié)果與討論

2.1 不同品牌特香型白酒中揮發(fā)性物質(zhì)定性分析

不同品牌特香型白酒風(fēng)味物質(zhì)成分的全二維輪廓圖見圖1，三維圖譜見圖2。

白酒的風(fēng)味物質(zhì)種類主要有醇類、酯類、酸類、醛酮類化合物。由于全二維分離效果主要取決于第一根色譜柱，而白酒中的主要風(fēng)味物質(zhì)為極性物質(zhì)，因此本研究一維柱選擇極性柱，按極性大小先將其分開，二維柱選擇非極性柱，以便針對(duì)在一維柱上無(wú)法分開的物質(zhì)按沸點(diǎn)的不同在二維柱上將其再次分離，以達(dá)到較好的分離效果。

分析結(jié)果顯示，本研究采用的柱子和條件能夠?qū)⒁痪S色譜圖上重疊的化合物按照極性和沸點(diǎn)在二維譜圖上進(jìn)行排布，使各化合物實(shí)現(xiàn)正交分離（見圖1）。圖1中的每個(gè)點(diǎn)都代表酒體中的一種風(fēng)味物質(zhì)，顏色的亮度高低反映的是濃度高低。圖2中不易觀察三個(gè)白酒三維圖譜的具體差異。

圖2 不同品牌白酒風(fēng)味物質(zhì)成分三維圖

2.2 不同品牌特香型白酒中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)定性分析

通過(guò)全二維氣相色譜-四極桿質(zhì)譜法得到全二維輪廓圖（圖1），結(jié)合NISTMS Search 2.4標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜庫(kù)及人工解譜，在不同品牌特香型白酒中共鑒定出99種匹配度較高的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)（檢索相似度大于800），其中，酯類42種，醛酮類17種，醇類28種，酸類10種和其他類2種。

對(duì)所測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，鑒定出3個(gè)品牌的特香型白酒有32個(gè)共有風(fēng)味物質(zhì)成分。

2.3 特香型白酒中共有風(fēng)味物質(zhì)相對(duì)定量分析

為更直觀地對(duì)比不同品牌白酒中共有風(fēng)味物質(zhì)的相對(duì)含量差異，筆者分別做了不同品牌白酒中共有風(fēng)味物質(zhì)各類物質(zhì)總含量和各化合物信號(hào)峰體積的柱狀圖（見圖3和圖4），并采用Excel和Adobe AI繪制了風(fēng)味指紋圖譜，圖中各點(diǎn)顏色深淺反映了風(fēng)味物質(zhì)含量差異（見圖5）。

分析三個(gè)白酒共有的風(fēng)味物質(zhì)成分發(fā)現(xiàn)，其中酯、醇、酸的相對(duì)檢出含量最高，不同品牌的檢出含量有些許差異。如圖3所示，酯、醇兩類物質(zhì)的含量差別較大，贛清老酒中酯的總含量較高，錦江洞藏中醇的總含量較高。如圖4、圖5所示，乙酸乙酯、乙縮醛、丁酸乙酯、正丙醇、異戊醇、己酸乙酯、乳酸乙酯、乙酸、（2R，3R）-（-）-2，3-丁二醇、丁酸、正己酸、β-苯乙醇和正丁醇的含量相對(duì)較高，贛清老酒中己酸乙酯的含量最高，錦江洞藏中乙酸的含量最高，四特酒中乙酸乙酯的含量最高。

2.4 特香型白酒中共有風(fēng)味物質(zhì)主成分分析

基于不同香型白酒的共有風(fēng)味物質(zhì)含量進(jìn)行主成分分析（PCA）和正交偏最小二乘法判別分析（OPLS-DA），結(jié)果見圖6。

由圖6可知，三個(gè)酒之間聚集的較為緊密，四特酒和錦江洞藏距離更接近，說(shuō)明兩者成分含量更相似。三個(gè)特香型白酒的共有風(fēng)味物質(zhì)不存在顯著性差異。

OPLS-DA分析可用來(lái)篩選不同組之間的差異化合物。通過(guò)OPLS-DA分析，每個(gè)化合物可以得到一個(gè)VIP值，VIP值越大，代表該物質(zhì)對(duì)于區(qū)分樣品組間所具有的貢獻(xiàn)越大，VIP＞1時(shí)，可認(rèn)為該物質(zhì)為不同樣品組之間的差異化合物。通過(guò)對(duì)3個(gè)品牌特香型白酒的共有風(fēng)味物質(zhì)成分進(jìn)行組間比較發(fā)現(xiàn)，VIP＞1的差異化合物共有14種，其中，醛酮類物質(zhì)6種（3-甲基丁醛、乙縮醛、異戊醛、糠醛、丁醛二乙縮醛、3-羥基-2-丁酮），醇類物質(zhì)4種（異丁醇、正戊醇、己醇、正丁醇），酯類物質(zhì)2種（癸酸乙酯、辛酸乙酯），酸類物質(zhì)2種（丁酸、正己酸）。由此，可以反推出共有風(fēng)味物質(zhì)中剩余18種為特香型白酒的特有風(fēng)味物質(zhì)（乙酸乙酯、丁酸乙酯、正丙醇、異戊醇、己酸乙酯、正戊醇、乳酸乙酯、乙酸、苯甲醛、（2R，3R）-（-）-2，3-丁二醇、DL-白氨酸乙酯、乳酸異戊酯、（2S，3S）-（+）-2，3-丁二醇、1，2-丙二醇、糠醇、（2，2-二乙氧基乙基）-苯、月桂酸乙酯、β-苯乙醇）。

結(jié)論

本研究以贛清老酒、錦江洞藏、四特酒這三個(gè)品牌的特香型白酒為研究對(duì)象，采用GC×GC-qMS技術(shù)對(duì)特香型白酒的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行定性和相對(duì)定量分析，共檢出揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)5類共99種，其中，酯類42種，醛酮類17種，醇類28種，酸類10種和其他類2種。通過(guò)相對(duì)定量分析可知，三個(gè)品牌的白酒風(fēng)味物質(zhì)的各類總含量比較接近；通過(guò)主成分分析可知，三個(gè)品牌的白酒在共有風(fēng)味物質(zhì)上距離較近，說(shuō)明三個(gè)特香型白酒的共有風(fēng)味物質(zhì)不存在顯著性差異。通過(guò)篩選VIP值發(fā)現(xiàn)，VIP＞1的差異化合物共有14種，其中，醛酮類物質(zhì)6種，醇類物質(zhì)4種，酯類物質(zhì)2種，酸類物質(zhì)2種。初篩出乙酸乙酯、丁酸乙酯、正丙醇、異戊醇、己酸乙酯、正戊醇、乳酸乙酯、乙酸、苯甲醛、（2R，3R）-（-）-2，3-丁二醇、DL-白氨酸乙酯、乳酸異戊酯、（2S，3S）-（+）-2，3-丁二醇、1，2-丙二醇、糠醇、（2，2-二乙氧基乙基）-苯、月桂酸乙酯、β-苯乙醇這18種為特香型白酒的特有風(fēng)味物質(zhì)。本次研究進(jìn)一步細(xì)化了不同品牌特香型白酒風(fēng)味物質(zhì)種類和含量的個(gè)性與共性，為特香型白酒區(qū)分標(biāo)準(zhǔn)的建立及國(guó)標(biāo)風(fēng)味物質(zhì)的完善提供了理論依據(jù)和參考價(jià)值，同時(shí)為廠家釀造特香型白酒時(shí)的風(fēng)味化學(xué)理論研究提供了參考。

基金項(xiàng)目

江西省市場(chǎng)監(jiān)督管理局科技項(xiàng)目“基于全二維氣質(zhì)聯(lián)用法探索特香型白酒中風(fēng)味成分”（GSJK202120）。

*通訊作者

賈佳（1994.02-），女，河南禹州人，碩士，工程師；研究方向：分析檢測(cè)。