酱香型白酒酿造工艺较为复杂，以高粱为主要原料，在长达1 年的酿制周期内经历两次投料、9 次蒸煮、8 次发酵和7 次馏酒而成[1]。通常情况下，刚蒸馏出来的基酒含有部分令人不愉快的成分，导致酒体辛辣、刺激且难以入口，需要经过一定年限的储藏可使酒体增加柔和、醇厚的口感[2-3]。酱香型白酒的储藏时间一般都在3 年以上，酒体在储藏期内会发生氧化、挥发和溶解等物理及化学反应，进而导致酒体中酯类、醇类、醛类等挥发性风味物质发生变化[3-4]。由此可见，全面解析酱香型白酒储藏期内挥发性风味物质种类和含量的变化，对白酒品质的提升具有积极的意义。
电子鼻通过模拟动物嗅觉机理，实现了对挥发性物质的识别、分析与检测，具有操作简便、无损检测、重复性好的优势[5]。气相色谱-离子迁移谱（gas chromatography-ion mobility spectroscopy，GC-IMS）联用技术是一项有效进行挥发性有机化合物（volatile organic compounds，VOC）二维分离检测的技术，结合了气相色谱（gas chromatography，GC）高分离度和离子迁移谱（ion mobility spectroscopy，IMS）高灵敏性的优势，通过GC的保留特性和IMS 检测器的离子迁移率生成挥发性风味物质的2D 图谱，具有样品前处理简单、分析速度快和准确性高的优势[6]。刘丽丽等[7]利用电子鼻和GC-IMS 技术结合分析贮酒容器对白酒香气成分的影响，分析结果一致表明陶坛与不锈钢罐贮酒风格相似，而酒海贮酒风格独特。周容[8]通过对不同年份兼香型白酒的分析显示，电子鼻技术稳定性好，GC-IMS 技术可有效分析不同年份白酒中的风味差异。GC-IMS 技术可对电子鼻分析结果进行定性阐述和相对定量可视化分析，两种技术联用解析食品中挥发性物质已成为一种有效分析手段，如已广泛应用在冻猪里脊风味分析[9]、不同储藏期大黄鱼油风味差异解析[10]和掺伪红花籽油甄别判断[11]等研究领域。由此可见，结合电子鼻和GC-IMS 技术对酱香型白酒挥发性风味进行分析具有很好的应用前景。
本研究结合电子鼻和GC-IMS 技术，解析新酿、储藏1 年和3 年酱香型白酒中挥发性物质构成，并利用多元统计学分析方法对样品中挥发性物质进行可视化分析，从而探究储藏时间对酱香型白酒风味的影响，以期为酱香型白酒品质的提升提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
酱香型白酒：湖北省襄阳市某酒厂，新酿（2022 年5月中旬馏酒）、储藏1 年（2021 年5 月中旬馏酒）和3 年（2019 年5 月中旬馏酒）的酱香型白酒样品均为第四轮次基酒，酒体置于陶坛库的陶缸中避光储藏，3 个批次酒体生产所使用的原料及发酵和蒸馏工艺参数基本相同。
1.2 仪器与设备
PEN3 型电子鼻：德国AIRSENSE 公司；Flavour-Spec®GC-IMS 风味分析仪：德国G.A.S 公司；WAX 色谱柱（30 m×0.53 mm×1µm）：美国RESTEK 公司。
1.3 试验方法
1.3.1 电子鼻分析
取1.1 中酱香型白酒使用蒸馏水稀释至酒精度为20% vol，取15 mL 已稀释的样液置于40 mL 顶空瓶中，室温平衡30 min 后，使用直接顶空吸气法进行风味检测。采样时间为1 s∕组，传感器自清洗时间为90 s，传感器归零时间为5 s，样品准备时间为5 s，进样流量为400 mL∕min，分析采样时间为60 s，取49、50、51 s 的传感器响应值进行分析[7]。每个样品平行测定3 次。
1.3.2 GC-IMS 分析
准确吸取1.1 中酱香型白酒20µL，用水稀释100 倍后置于20 mL 顶空瓶中进行上机处理，每个样品平行测定3 次。
顶空进样条件：孵育温度60 ℃，孵育时间15 min，孵化转速500 r∕min，进样针温度85 ℃，进样体积100µL[12]。
GC 条件：WAX 色谱柱（30 m×0.53 mm×1µm），柱温60 ℃，分析时间30 min，载气为高纯度氮气（N2），载气流速：0～2 min 保持2 mL∕min，2～10 min 线性提升到10 mL∕min，10～30 min 线性提升到100 mL∕min。
IMS 条件：漂移气为高纯度N2，漂移气流速为150 mL∕min，IMS 温度为45 ℃[13]。
1.4 数据统计与可视化分析
采用FlavourSpec® GC-IMS 风味分析仪配套的VOCal 分析软件内置NIST 数据库和IMS 数据库进行风味物质定性定量分析，并利用Reporter 和Gallery plot 两款插件进行样品间挥发性物质差异分析；采用SIMCA14.1.0 软件基于偏最小二乘判别分析（partial least squares discriminant analysis，PLS-DA）对挥发性风味物质进行投影变量重要性分析（variable important in projection，VIP）；采用Past 4.09 软件进行显著性分析；采用Origin 2019 绘制柱形图；采用R4.0.1 绘制聚类树形图；每个样品平行测定3 次，结果以平均数±标准差表示。
2 结果与分析
2.1 基于电子鼻技术对不同储藏时间酱香型白酒挥发性成分的分析
为探究储藏时间对酱酒风味品质的影响，本研究基于电子鼻技术对新酿、储藏1 年和储藏3 年的酱香型白酒进行检测分析，并利用方差分析（analysis of variance，ANOVA）对不同储藏时间酱香型白酒之间W1C、W3C、W5C、W1W、W2S 传感器响应值进行显著性分析，结果见表1。
表1 电子鼻传感器对不同储藏时间酱香型白酒风味指标响应值的差异性分析
Table 1 Variability analysis of response values of electronic nose sensors for flavor indexes of sauce flavor Baijiu with different storage time
注：同列不同小写字母表示差异显著，P<0.05。
测试指标性能描述新酿储藏1 年储藏3 年W1C对芳香类物质灵敏0.03±0.00a 0.03±0.00a 0.03±0.00a W3C对氨气、芳香类物质灵敏0.05±0.00b 0.05±0.00b 0.06±0.00a W5C对烷烃、芳香类物质灵敏0.03±0.00b 0.03±0.00b 0.04±0.00a W1W对有机硫化物、萜类物质灵敏157.44±0.16b 157.94±0.27b 192.25±0.66a W2S对乙醇灵敏70.50±0.47b 69.86±0.10b 114.69±1.24a
由表1 可知，传感器W3C、W5C、W1W 和W2S 对储藏3 年的酱香型白酒响应值显著偏高（P<0.05），且上述传感器对新酿和储藏1 年的酱香型白酒响应值差异不显著（P>0.05），这表明储藏3 年的酱香型白酒挥发性风味物质中芳香类物质、有机硫化物、萜类物质和乙醇含量更高。芳香类物质作为白酒香气成分的重要组成部分，对白酒香味香气具有重要贡献；二甲基硫醚、二甲基二硫醚和二甲基三硫醚等有机硫化物具有增强果香的作用[14]；乙醇、异丁醇等醇类物质在白酒中可以衬托酯香；萜类物质在白酒酿造中可以提供松脂味和橙香味[15]。由此可知，储藏时间对酱酒风味品质的提升具有积极的意义，且储藏3 年的酱香型白酒中对白酒香气具有重要贡献的芳香类物质含量明显偏高。
2.2 基于GC-IMS 技术对不同储藏时间酱香型白酒挥发性成分的分析
通过检测样品中挥发性物质的迁移时间、保留时间和保留指数，并与软件内置的数据库进行比对，GCIMS 技术可以进一步对样品中挥发性风味物质组成及相对含量进行分析，有效弥补了电子鼻分析的不足。基于GC-IMS 统计分析结果，本研究采用欧氏距离对不同储藏时间酱香型白酒样品进行了层次聚类分析[13，16]，结果如图1 所示。
图1 不同储藏时间酱香型白酒的层次聚类图
Fig.1 Hierarchical clustering diagram of sauce flavor Baijiu with different storage time
a、b、c 分别代表同一样品平行测定3 次的编号。
由图1 可知，不同储藏时间酱香型白酒样品存在明显聚类趋势。当欧氏距离大于15 时，新酿酒聚为一类，储藏1 年和3 年的酱香型白酒聚为一类，表明储藏时间对酱香型白酒风味产生了影响。上述分析结果证实，储藏时间对酒体中挥发性风味物质具有重要影响，导致不同储藏时间酱香型白酒风味存在差异，这与电子鼻分析结果一致。
不同储藏时间酱香型白酒中挥发性组分的相对含量如图2 所示。
图2 不同储藏时间酱香型白酒中挥发性组分的相对含量分析
Fig.2 Relative content of volatile substances in sauce flavor Baijiu with different storage time
同一组分不同小写字母表示差异显著，P<0.05。
由图2 可知，3 个酱香型白酒样品中挥发性组成主要分为5 类，其中酯类占比63.92%～64.14%，醇类占比14.23%～14.63%，醛类占比4.40%～6.04%，酮类占3.66%～4.94%，未定性占比11.31%～13.38%。酯类物质具有呈香作用，是酒体香气浓郁的重要因素之一[17]，而ANOVA 分析发现不同样品间酯类和醇类物质差异均不显著（P>0.05）。进一步分析发现，不同样品间挥发性风味物质中醛类和酮类物质存在显著差异（P<0.05），且随着储藏时间的延长，醛类物质相对含量呈现逐渐升高的趋势，酮类物质呈现先升高后降低的趋势。
为了明确酒样中具体哪些挥发性风味物质存在差异，本研究利用GC-IMS 指纹图谱，直观比较了3 个样品间挥发性风味物质组成及相对含量的差异[18]。GCIMS 指纹图谱如图3 所示。
图3 不同储藏时间酱香型白酒GC-IMS 指纹图谱
Fig.3 GC-IMS fingerprint of sauce flavor Baijiu with different storage time
每一行代表同一个样品中所有挥发性风味物质的信号峰，每个样品平行测定3 次，右侧为样品编号，每一列代表同一种挥发性风味物质在不同样品中的信号峰，信号峰强度与化合物相对含量成正比。M.单体化合物；D.二聚体化合物；P.多聚体化合物；*.迁移谱系库中未定性的物质。
由图3 可知，3 个酱酒样品中共鉴定出52 个信号峰，对应38 种挥发性风味物质（含有单体、二聚体及多聚体），主要包括20 种酯类、6 种醇类、7 种醛类和5 种酮类。其中，不同储藏时间酱酒挥发性风味物质中己酸乙酯、戊酸乙酯、乙酸乙酯、丁酸乙酯、异丁酸乙酯、乙酸异戊酯、丙酸乙酯和乳酸乙酯等酯类，乙醇、3-甲基-1-丁醇和异丁醇等醇类与丙醛和3-甲基丁醛等醛类的相对含量均较高。由图3 亦可知，酒样间存在部分具有明显差异的挥发性风味物质（主要集中在方框部分）。随着酱酒储藏时间的延长，2-甲基丁酸乙酯、糠醛、苯甲醛和2-丁酮的相对含量逐渐升高，己酸丙酯、辛酸乙酯、乙酸己酯、正己醇、2-戊酮、2-庚酮和4-甲基-3-戊烯-2-酮呈现先升高后降低的趋势，乙酸丁酯、乙酸异丁酯、丁酸丙酯、正丙醇和正丁醇呈现逐渐降低的趋势。
2.3 基于GC-IMS 技术对不同储藏时间酱香型白酒挥发性风味物质关键化合物的分析
白酒的风味特征除与挥发性风味物质相对含量有关外，还与其气味阈值相关[19]，阈值越小的挥发性风味物质其气味强度越大。为进一步解析导致不同储藏时间酱酒之间风味差异的关键化合物，根据查阅到的白酒中风味化合物阈值，本研究结合酱香型白酒中化合物的相对含量，对其相应的相对气味活度值（raletive odor activity value，ROAV）进行了计算。通常情况下，ROAV>1 的风味化合物被认为是样品的关键风味化合物，ROAV 值越大表明该物质对样品整体风味贡献率越大[20]。经分析发现，储藏1 年酱酒中己酸乙酯相对含量最高，且该化合物的阈值为55.33µg∕L，对酒体整体香气贡献较大，因此将储藏1 年酱香型白酒中己酸乙酯的ROAV 值定义为100，并根据如下公式计算酱香型白酒中所有化合物的ROAV 值。
RX = 100 × CX∕Ci × Ti∕TX
式中：RX 为酒体中物质X 的气味活度值；CX 和Ci分别为酒体中物质X 和己酸乙酯的百分含量，%；TX和Ti 分别为酒体中物质X 和己酸乙酯的阈值，µg∕L。
将酱香型白酒中ROAV>1 挥发性风味物质的阈值、气味特征及其ROAV 值进行统计分析，结果如表2 所示。
表2 不同储藏时间酱酒中ROAV>1 挥发性风味物质的阈值及风味特征统计
Table 2 Volatile substances with ROAV>1 and flavor characteristics of sauce flavor Baijiu with different storage time
注：ROAV 值表示为平均值±标准差；同行不同小写字母表示差异显著，P<0.05。
挥发性风味物质己酸乙酯戊酸乙酯异戊酸乙酯乙酸戊酯异丁醛丁酸乙酯丙醛异丁酸乙酯3-甲基丁醛乙酸异戊酯辛酸乙酯阈值∕（µg∕L）55.33[21]26.68[21]6.89[8]1.00[22]5.90[8]81.50[8]15.00[8]57.47[21]16.51[8]93.90[22]12.87[21]气味特征描述茴香，甜香，果香，窖香果香，花香，甜香苹果香甜香，果香，熟梨香坚果香、焦糊香果香，花香刺激性气味桂花香，果香花香，果香甜香，果香果香，甜香，百合花香ROAV 值∕%储藏3 年92.38±0.62b 77.38±1.07b 92.49±4.28a 43.89±2.72b 26.17±0.61b 20.96±0.32b 16.04±0.09a 11.99±0.04a 7.07±0.64a 4.65±0.15b 4.14±0.11c新酿93.54±0.29b 68.98±0.52c 47.89±0.86c 39.97±0.00c 24.18±0.23c 23.40±0.05a 14.27±0.00b 11.55±0.06b 7.36±0.08a 5.28±0.05a 4.39±0.00b储藏1 年99.21±0.88a 81.58±0.51a 82.25±2.13b 50.95±1.36a 27.77±0.61a 19.25±0.16c 13.59±0.24c 10.27±0.04c 7.55±0.43a 4.22±0.08c 5.48±0.18a
由表2 可知，3 个酱香型白酒样品中有11 种ROAV>1 的关键风味化合物，包括8 种酯类和3 种醛类。其中，己酸乙酯、戊酸乙酯、异戊酸乙酯、乙酸戊酯和异丁醛ROAV>20，在不同储藏时间酱香型白酒之间差异显著（P<0.05），对储藏酒的风味贡献较为突出，且异戊酸乙酯对储藏3 年酱香型白酒风味贡献更大。丙醛和异丁酸乙酯ROAV 值在10～20 之间，在不同储藏时间酱香型白酒之间差异亦显著（P<0.05），且对储藏3 年的酱香型白酒风味贡献更大。
为进一步探究不同储藏时间酱香型白酒中具有显著差异的挥发性风味物质，本研究结合偏最小二乘判别分析（PLS-DA）对酱香型白酒中38 种挥发性风味物质进行VIP 分析，当化合物VIP>1 时则表明该物质为样品间的关键差异化合物，且VIP 值越大的物质在判别分析中的贡献越大[5]，不同储藏时间酱香型白酒中差异挥发性风味物质的热图如图4 所示。
图4 不同储藏时间酱香型白酒中差异挥发性风味物质的热图
Fig.4 Heat map of differential volatile aroma substances in sauce flavor Baijiu with different storage time
由图4 可知，不同储藏时间酱香型白酒中共有12 种关键差异化合物，包括戊酸乙酯（VIP=1.55）、己酸乙酯（VIP=1.98）、丁酸乙酯（VIP=1.55）、乙酸丁酯（VIP=1.72）、异戊酸乙酯（VIP=1.61）、2-甲基丁酸乙酯（VIP=1.29）、乙酸乙酯（VIP=1.36）、异丁酸乙酯（VIP=1.02）、正己醇（VIP=1.23）、3-甲基-1-丁醇（VIP=1.03）、糠醛（VIP=1.77）和2-戊酮（VIP=1.67）。由层级聚类分析（hierarchical cluster analysis，HCA）可以看出，关键差异化合物在不同储藏时间酱香型白酒中具有明显差异，可以有效区分新酿、储藏1 年和3 年的酱香型白酒。丁酸乙酯和乙酸丁酯在新酿酱香型白酒中相对含量最高，戊酸乙酯、正己醇、己酸乙酯和2-戊酮在储藏1 年酱香型白酒中相对含量最高，3-甲基-1-丁醇、糠醛、异戊酸乙酯、2-甲基丁酸乙酯、乙酸乙酯和异丁酸乙酯在储藏3 年酱香型白酒中相对含量最高。
乙酯类化合物作为白酒整体风味贡献的重要香气化合物，可以赋予酒体浓郁的果香及独特的芳香气味并提升白酒的风味品质[23]。白酒中醇类物质含量越高香气越突出[24]，且3-甲基-1-丁醇是五粮液、剑南春和沂蒙老区浓香型白酒中香气贡献最大的醇类物质[25]。2-戊酮、糠醛、异丁醛、丙醛和3-甲基丁醛等醛酮类物质具有沸点低、挥发性高的特点，当其挥发时在白酒中具有助香和呈味作用[26]。综上可知，对白酒香气贡献突出的乙酯类化合物、3-甲基-1-丁醇以及部分醛酮类化合物在储藏3 年的酱香型白酒中相对含量最高，这使储藏3 年的酱香型白酒整体风味更为突出，与电子鼻分析结果一致。
3 结论
本研究以新酿、储藏1 年和3 年的酱香型白酒为研究对象，结合电子鼻和GC-IMS 技术对其挥发性风味物质的差异进行了解析。结果显示，不同储藏时间的酱香型白酒之间风味存在差异。随着酱香型白酒储藏时间的延长，醛类物质的相对含量呈现逐渐升高的趋势，酮类物质呈现先升高后降低的趋势，且储藏3 年酱香型白酒中芳香类物质、有机硫化物、萜类物质和乙醇等挥发性物质以及3-甲基-1-丁醇、糠醛、异戊酸乙酯、2-甲基丁酸乙酯、乙酸乙酯和异丁酸乙酯等化合物的相对含量更高，具有浓郁果香及独特芳香气味的异戊酸乙酯和异丁酸乙酯亦是其关键化合物。由此可见，储藏对酱香型白酒风味品质的形成具有积极意义，且对白酒香气具有重要贡献的芳香类物质、乙酯类化合物、3-甲基-1-丁醇以及部分醛酮类化合物在储藏3年的酱香型白酒中含量明显偏高，表明储藏3 年的酱香型白酒整体风味更为突出。
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