浓香型白酒微量成分的研究进展

侯雅馨,王俊山,武亚帅,陈昊,黄河,赵东瑞*,孙金沅,黄明泉

(北京工商大学中国轻工业酿酒分子工程重点实验室,北京 100048)

摘 要:浓香型白酒香气浓郁、绵甜醇厚,是中国白酒生产和消费的主流。不同地域、品牌和年份的浓香型白酒各具特色,这与微量成分的种类、含量以及比例密切相关。微量成分的差异不仅取决于原料及生产工艺,还与不同产地复杂的地理环境和气候条件密切相关。目前,浓香型白酒中已检测出861种微量成分,包括酯类、醇类、酸类、醛酮类化合物等。该文从浓香型白酒的生产工艺、主要流派、微量成分的研究方法以及风味物质的研究现状进行综述,以期为白酒行业的研究和发展提供思路和借鉴。

关键词:微量成分;风味物质;浓香型白酒;生产工艺;流派

白酒是中国的国酒,其历史悠久,工艺独特,香型丰富[1]。一直以来,白酒深受国人喜爱,在我国食品工业中占据重要地位。据国家统计局数据显示,2021年白酒产量近71.56亿升,销售收入6 033.48亿元,净利润达1 701.94亿元。随着白酒行业的不断发展,为稳定提升白酒品质,促进白酒行业的转型升级,有关白酒的基础研究逐渐开展起来。目前,有关白酒的研究主要集中于白酒中微量成分的分析鉴定。20世纪60年代,研究人员借助纸层析、板层析、柱层析和气相色谱法对白酒中的微量成分进行分离研究,此为第1个阶段。20世纪90年代起,开始应用填充色谱柱和毛细管色谱柱进行分离与分析,此为第2个阶段。2005年之后,随着科技的发展,人们为进一步确定白酒中的微量成分的种类与含量分布,多种前处理方法和高精度仪器相继被应用于分析研究中,此为第3个阶段[2]。浓香型白酒香气浓郁、绵甜醇厚、尾净余长,是中国白酒生产消费的主流,占据了中国70%以上的白酒市场[3],因此对浓香型白酒的关注与研究由来已久。然而,浓香型白酒生产工艺、流派、微量成分以及风味物质方面的总结、归类尚未有文献报道。

本文主要针对迄今浓香型白酒的生产工艺、主要流派、微量成分的前处理方法、鉴定分析方法及风味物质的研究现状进行梳理与综述,以期为白酒的生产研究及风味品质稳定提供一定的思路与参考。

1 浓香型白酒的生产工艺与流派

浓香型白酒是我国传统白酒酿造技艺传承的典型代表之一,酿酒企业常根据其产地环境的特点及产品的风格,对生产工艺进行适当的调整[4]。浓香型白酒的生产工艺流程如图1所示。

图1 浓香型白酒的生产工艺流程
Fig.1 The production process of strong-aroma Baijiu

1.1 浓香型白酒的生产工艺

1.1.1 原料前处理

浓香型白酒的原料主要是高粱,可以添加大米、小麦、糯米、玉米、小米、黄米、黑米、沙米、绿豆、豌豆等,据此分为单粮和多粮浓香型白酒。原料是决定白酒风味和品质的关键因素之一[5]。经过多年实践,由不同谷物酿造的白酒,其酒体风味有一定差异,总结有“高粱香、大米净、小麦冲、糯米醇、玉米甜”之说。由图1所示,常向酒醅和粮醅中加入糠壳,以保证酒醅和粮醅的疏松性与吸水性。糠壳在使用前需经过蒸煮,以去除异味和有害物质[6]。随后,将粉碎的原料、酒醅、糠壳按照比例进行润料拌和。

1.1.2 曲块制作

浓香型白酒主要采用中温或中高温大曲作为糖化发酵剂,以优质小麦(或搭配大麦、豌豆)为原料,利用天然微生物自然接种。通常,粉碎浸润后的大曲被压制成砖状,经曲房培养,直至成熟[7]。成熟后的大曲中富含多种微生物和酶,且在使用前会在通风良好的库房里存放一段时间,以期生产出品质更佳的白酒。

1.1.3 固态糖化发酵

蒸煮后的酒醅、粮醅和糠壳混合物打量水、摊凉后,于其中均匀混合大曲粉,并在适宜的温度、湿度下于窖池中厌氧发酵数月。窖池由弱酸性黄泥黏土建造,内部涂以一层窖泥,其中定殖了细菌、古菌和真菌等多种微生物。窖池越老,窖泥中有利于白酒生产的微生物数量越多。微生物协同作用促进了酒醅中微量成分的形成,从而使白酒的风味与口感更佳[8]。2016年,Ding等[9]分析了浓香型白酒窖池(2年、10年和40年窖龄)中的微量成分。试验结果表明,正常生产的高窖龄窖池中微量成分种类丰富,含量更高,证实高窖龄窖池所产白酒品质更稳定。

1.1.4 甑桶蒸馏

粮醅与酒醅、糠壳拌和混匀后,在甑桶中同时进行蒸煮和蒸馏。蒸馏出的原酒被经验丰富的摘酒师掐头去尾,经分层、分段摘酒,后分级入库贮存。研究表明,不同层次、不同位置的酒醅蒸制出的原酒其品质会有显著差异,这与微生物、原料配比、孔隙度等理化指标有关。Zheng等[10]对2种浓香型白酒(丰谷酒、剑南春)的头、心、尾3个蒸馏阶段的微量成分进行了分析鉴定。对比发现,从头酒到尾酒微量成分的总含量依次降低,但通常将中心阶段的白酒作为商业白酒的原酒进行进一步陈酿勾调。

1.1.5 贮存陈酿

原酒置于密封的容器(如陶坛、不锈钢罐)内贮存陈酿,期间会发生氧化、酯化、水解和重排等化学反应及物理变化,该过程被称为老熟过程。老熟后的原酒酒质得以改善,酒香浓郁,酒体更加协调柔和[11]。2021年,曹玉发等[12]对2年、3年和5年的浓香型白酒(原酒)进行研究。结果显示,随着贮存陈酿时间的延长,白酒中微量成分的含量发生了显著变化,酯类、醇类等化合物含量显著升高。这些微量成分的变化可能是形成浓香型白酒风味轮廓的重要原因之一。

1.1.6 勾调

老熟后的原酒经技术人员精心勾调制得成品,供消费者挑选购买。浓香型白酒的勾调分为勾兑和调味,是白酒生产中十分重要的环节,根据产品的不同特点每个酒厂的勾调方式也不同。目前,部分酒厂利用计算机勾调和人工尝评相结合的技术,确保消费者喝到的酒浓郁协调,风格统一。在浓香型白酒的勾调中,酯类化合物的种类、含量以及比例对酒体至关重要[13]

近年来,白酒的年产量及规模以上企业数在逐年下降,但产值和利润总额却在逐年上升。这表明我国白酒行业的集中度不断提升,发展势头良好[14]。但目前,白酒的生产还是以半人工半机械化为主,普遍存在产品品质波动,资源利用度较低,劳动强度较高等问题,严重制约了白酒行业高质量可持续发展。值得注意的是,随着基础问题的深化研究,龙头企业正基于现有科研基础,逐步将自动化、数字化技术与白酒传统生产技术相融合,以降低劳动强度,稳定提升白酒品质,使得白酒生产从经验化走向科学化。另外,白酒废弃物(如酒糟)除用于养殖饲料、堆肥外,也可用于功能成分的制备等,进而提升白酒废弃物的生物质资源利用价值,以达到碳中和及绿色可持续发展的目标,打造零碳酒企。

1.2 浓香型白酒的主要流派

不同地域、品牌和年份的浓香型白酒各具特色、蓬勃发展,形成了与之相对应的产品风格。风格特征的差异不仅取决于原料及生产工艺,还与不同产地复杂的地理环境和气候条件密切相关[15]。根据地域划分,浓香型白酒主要分为川派、江淮派和北方派,见图2。

图2 浓香型白酒的流派
Fig.2 The categories of strong-aroma Baijiu

由图2可见,浓香型白酒的微量成分大致可分为几类,但不同流派微量成分的种类、含量、比例均存在不同,这些理化指标的差异决定了其风格特征的不同[18]。2020年,Song等[19]使用非靶向和靶向代谢组学策略对浓香型白酒进行分类。结果表明,29个潜在标记化合物可以有效区分川派和江淮派浓香型白酒。2021年,李爱兰等[20]分析了川派、江淮派、北方派浓香型白酒之间微量成分的差异性。试验筛选出辛酸乙酯、乙酸异丙烯酯等8种与产地密切相关的潜在标记化合物,以及二糠基醚、异戊酸乙酯等6种与品牌密切相关的标记化合物,以实现对不同地域和品牌的浓香型白酒的快速准确鉴别。2018年,王鹏等[21]分析了3种安徽地产的不同品牌浓香型白酒(古井贡酒、迎驾贡酒、文王贡酒)。研究发现,同一流派不同品牌的浓香型白酒风味构成亦有差异。

2 浓香型白酒微量成分的研究方法

浓香型白酒中的微量成分具有多样性和复杂性。目前,以风味为导向,基于分子感官科学和风味化学的研究集中于解析与评价浓香型白酒中的微量成分。有关浓香型白酒微量成分的研究主要是应用不同前处理方法和气相色谱技术对微量成分进行提取、富集、分离,在此基础上结合不同检测技术结合感官评价手段对微量成分的种类、含量、香气贡献等进行分析评价。浓香型白酒中重要的风味物质及常用的前处理和鉴定分析方法如表1所示。

表1 浓香型白酒中重要风味物质的研究概况
Table 1 Research progress on aroma compounds in strong-aroma Baijiu

化合物名称及分类 CAS号 香气特征 前处理 鉴定分析 文献来源酯类化合物己酸庚酯heptyl hexanoate 6976-72-3 果香 a、b、c f、g [22-24]己酸乙酯ethyl hexanoate 123-66-0 青香、果香 a、b f、g [22]、[25]戊酸丁酯butyl pentanoate 591-68-4 果香 b、c f、g [22]、[26]己酸戊酯pentyl hexanoate 540-07-8 青香、果香 a、b、c、d f、g [22]、[24]、[26]丁酸己酯hexyl butanoate 2639-63-6 果香 b、d、e f、g [22]、[27-28]乙酸乙酯ethyl acetate 141-78-6 果香 a、b、d、e f、g [22-23]、[28]十四酸乙酯 ethyl tetradecanoate 124-06-1 油脂 a、c、d、e f、g [24]、[26]、[28]乙酸异戊酯3-methylbutyl acetate 123-92-2 香蕉 a、b、c f、g [22-24]、[26]乙酸丁酯butyl acetate 123-86-4 果香 b f、g [22]辛酸己酯hexyl octanoate 1117-55-1 蔬菜、果香 a、c f、g [23-24]、[26]己酸甲酯methyl hexanoate 106-70-7 菠萝 a、b f、g [22-24]辛酸乙酯 ethyl octanoate 106-32-1 梨香 a、b、c、d、e f、g [22-24]、[26-29]庚酸乙酯 ethyl heptanoate 106-30-9 菠萝 a、b、c、d、e f、g [22-24]、[26-29]γ-壬内酯 γ-nonalactone 104-61-0 甜香 a、e f、g [23]、[29]醇类化合物1-丙醇1-propanol 71-23-8 果香、青香 a、d、e f、g [23]、[27]1-丁醇 1-butanol 71-36-3 醇香、果香 a、b、d、e f、g [22-24]、[28-29]2-戊醇2-pentanol 6032-29-7 果香、醇香 a、c、d f、g [22-24]1-庚醇1-heptanol 111-70-6 青香、果香 a、b f、g [22-24]1-壬醇1-nonanol 143-08-8 果香 a、c f、g [24]、[26]苯乙醇2-phenylethanol 60-12-8 玫瑰、蜂蜜 a、c、e f、g [23]、[26]、[29]酸类化合物乙酸 acetic acid 64-19-7 醋香 a、b、d、e f、g [22-24]、[27-29]丁酸 butanoic acid 107-92-6 酸臭、奶酪 a、b、c、d、e f、g [22-24]、[26-29]戊酸 pentanoic acid 109-52-4 奶酪 a、b、c、e f、g [22-24]、[26-27]、[29]4-甲基戊酸4-methylpentanoic acid 646-07-1 酸味 a、d、e f、g [23-24]、[28-29]己酸 hexanoic acid 142-62-1 奶酪、脂肪 a、b、d、e f、g [22-24]、[27-29]壬酸nonanoic acid 112-05-0 脂肪臭 a、c、e f、g [23]、[26]、[29]

续表1 浓香型白酒中重要风味物质的研究概况
Continue table 1 Research progress on aroma compounds in strong-aroma Baijiu

注:a.液液萃取法;b.顶空固相微萃取法;c.搅拌棒吸附萃取法;d.液液微萃取法;e.直接进样法;f.气相色谱-质谱联用法;g.气相色谱-嗅闻仪联用;h.全二维气相色谱/飞行时间质谱;i.气相色谱-硫化学发光检测器。

化合物名称及分类 CAS号 香气特征 前处理 鉴定分析 文献来源醛酮类化合物(E,E)-2,4-癸二烯醛(E,E)-2,4-decadienal 25152-84-5 脂肪 c f [26]乙醛acetaldehyde 75-07-0 青香、麦芽 b、e f、g [22]、[27]2-异戊醛2-methylbutanal 96-17-3 青香、麦芽 a、b f、g [22-23]异戊醛3-methylbutanal 590-86-3 坚果 a、b、c f、g [22-23]、[26]己醛hexanal 66-25-1 青草香 a f、g [23]壬醛nonanal 124-19-6 柑橘 a、c、e f、g [26]、[29]苯甲醛benzaldehyde 100-52-7 杏仁 a f、g [23]苯乙醛phenylacetaldehyde 122-78-1 玫瑰 a、d、e f、g [23-24]、[28-29]香兰素vanillin 121-33-5 甜香、花香 a、d、e f、g [28-29]2-戊酮2-pentanone 107-87-9 果香 a、c f、g [23-24]、[26]缩醛类化合物乙缩醛1,1-diethoxyethane 105-57-7 果香 a、b、c f、g [22-23]、[26]异丁醛二乙缩醛1,1-diethoxy-2-methylpropane 1741-41-9 果香 a、b、c f、g [22-24]、[26]3-甲基丁醛二乙缩醛1,1-diethoxy-3-methylbutane 3842-03-3 果香 a、b、c、d、e f、g [22-24]、[26]、[29]己醛二乙缩醛1,1-diethoxy-hexane 3658-93-3 花香 a f、g [23]壬醛二乙缩醛1,1-diethoxy-nonane 54815-13-3 果香、花香 a、b、c f、g [22-23]、[26]含硫化合物3-甲硫基丙醇methionol 505-10-2 烤土豆 d、e f、g [28]3-甲硫基丙醛methional 3268-49-3 烤土豆 a、d、e f、g、h、i [28]、[30]3-巯基己醇3-mercaptohexanol 51755-83-0 果香、硫味 a f、g、h、i [31]2-甲基-3-呋喃硫醇2-methyl-3-furanthiol 28588-74-1 肉味 a f、g、h、i [32]4-巯基-4-甲基-2-戊酮4-methyl-4-mercapto-2-pentanone 243-386-8 果香、硫味 a f、g、h、i [31]二甲基二硫醚dimethyl disulfide 624-92-0 卷心菜 a、b f、g、h、i [22-23]、[30]二甲基三硫醚dimethyl trisulfide 3658-80-8 卷心菜 a、b、c、d、e f、g [22-23]、[26]、[28]含氮化合物2-甲基吡嗪2-methylpyrazine 109-08-0 烤香、甜香 a、b f [33]2,6-二甲基吡嗪2,6-dimethylpyrazine 108-50-9 坚果 b f、g [23]、[33]2,3,5-三甲基吡嗪 trimethyl-pyrazine 14667-55-1 坚果、烤香 a、b、c、e f、g [23]、[26]、[29]、[33]四甲基吡嗪tetramethylpyrazine 1124-11-4 甜香、烤香 a、b、c、e f、g [22-23]、[26]、[29]2-乙基吡嗪2-ethylpyrazine 13925-00-3 坚果、霉味 a f、g [24]2,6-二乙基吡嗪2,6-diethylpyrazine 13067-27-1 坚果、烤香 a f、g [23-24]酚类化合物4-甲基苯酚 4-methylphenol 106-44-5 苯酚、动物 a、b、c、d、e f、g [22-24]、[26-28]4-乙基苯酚 4-ethylphenol 123-07-9 苯酚 a、b、d、e f、g [22-24]、[28-29]4-乙基愈创木酚4-ethyl-2-methoxyphenol 2785-89-9 烟熏味 a、b、c、d、e f、g [22-24]、[26]、[28-29]4-甲基愈创木酚4-methylguaiacol 93-51-6 烟熏味 a、d、e f、g [24]、[28]、[29]其它糠醇furfuryl alcohol 98-00-0 焦味 a、d f、g [23]糠醛 2-furfural 98-01-1 焦糖、烤香 a、b、c、d、e f、g [22-24]、[26-27]

2.1 浓香型白酒微量成分的前处理方法

直接进样法(direct injection,DI),即对酒样不进行任何预处理或仅进行简单处理后直接分析,多用于白酒中骨架微量成分的分析。但DI富集率低,白酒中含量较低的微量成分达不到仪器的检测限,通常结合其它方法使用。

液液萃取法(liquid-liquid extraction,LLE)常用的萃取溶剂包括乙醚、戊烷、二氯甲烷等。2012年,聂庆庆等[34]采用LLE分析洋河系列绵柔型白酒(海之蓝、天之蓝和梦之蓝)中的微量成分。其中,碱性组分中的成分比较复杂,有酯类、醇类、醛酮类、含硫化合物等。酸-水溶性组分比较简单,主要是酸类化合物。试验确定洋河系列白酒的主要风味物质为己酸乙酯,同时明确己酸、丁酸乙酯、二甲基三硫醚、三甲基吡嗪、γ-壬内酯对其风味有重要贡献。LLE萃取效果较好,但溶剂消耗量较大,对环境不够友好。

液液微萃取法(liquid-liquid microextraction,LLME)操作简单,溶剂用量小。2013年,王晓欣等[35]借助LLME等对13种浓香型习酒中的微量成分进行分析检测。共鉴定出75种微量成分,其中包括酯类27种,酸类12种,醇类9种,醛酮类8种,酚类3种,芳香族化合物9种,萜烯类3种,呋喃类3种和含硫化合物1种。2021年,杨康卓等[36]采用了LLME研究了五粮液原酒中的9种芳香族化合物。确定该方法重现性好,精密度高,完全满足相关化合物的定性定量需求。

固相萃取法(solid phase extraction,SPE)回收率高,重现性好,可实现快速测定。2012年,聂庆庆等[37]采用SPE定性定量了浓香型白酒中的8种γ-内酯,并建立了白酒中γ-内酯的测定方法。其中γ-己内酯、γ-庚内酯在浓香型白酒中含量较高,γ-戊内酯、γ-丁内酯、γ-己内酯在浓香型原酒中含量较高。但SPE成本较高,耗时较长,在白酒微量成分的分析中应用较少。

固相微萃取法(solid phase microextraction,SPME)减少了样品制备过程中待测目标物的损失。根据萃取纤维与酒样的接触方式,可将SPME技术分为顶空固相微萃取法(headspace solid-phase microextraction,HS-SPME)和直接浸入固相微萃取(direct immerse-solid phase microextraction,DI-SPME)。2005 年,Fan 等[22]首次使用HS-SPME分析洋河大曲新酒、老酒的微量成分。2007年,范文来等[38]使用DI-SPME分析洋河大曲,共检测出52种微量成分。其中酯类化合物的含量高达91%,这表明采用DI-SPME有利于酯类化合物的检出。近年来,SPME Arrow开始应用于白酒分析,其尖端呈箭头形,使得分离富集微量成分时更高效,吸附量更大、灵敏度更高[39]

搅拌棒吸附萃取法(stir bar sorptive extraction,SBSE)富集容量较高,涂层吸附量是SPME的50倍~250倍。2015年,Niu等[26]使用SBSE对5种白酒进行分析检测。在浓香型白酒(国窖1573、五粮液、水井坊、梦之蓝)和酱香型白酒中共鉴定出87种微量成分,包括40种酯类化合物、12种醇类化合物、8种酸类化合物、8种醛酮类化合物、7种缩醛类化合物、6种呋喃类化合物、2种酚类化合物、1种含硫化合物和3种吡嗪类化合物。但其涂层种类较少,富集能力有限,使得其在白酒微量成分分析中有一定的局限性。

除以上方法外,超临界萃取法(supercritical fluid extraction,SFE)[40]、同时蒸馏萃取法(simultaneous distillation extraction,SDE)、溶剂辅助蒸发萃取法(solvent-assisted flavor evaporation,SAFE)、衍生化测定技术(derivatization)等也应用于浓香型白酒微量成分的前处理。不同的前处理方法各有优缺点,通常根据研究的目标成分选取多种前处理方法相结合使用。

2.2 浓香型白酒微量成分的鉴定分析方法

浓香型白酒中微量成分含量、性质差异较大,考虑到单一方法的局限性,应使用多种前处理方法和分析检测技术相结合,实现对微量成分的准确定性与定量分析。

气相色谱-质谱联用法(gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS)已广泛应用于白酒微量成分的定性分析,结合归一化法、外标法和内标法等实现对未知化合物和痕量组分的定量分析。

气相色谱-嗅闻仪联用(gas chromatography-olfactometry,GC-O)技术将GC的高分离能力和人灵敏的嗅觉相结合,以提供关于目标香气成分的香气特征、强度和保留时间等信息。2005年,GC-O开始应用于白酒分析。2006年,Fan等[23]应用GC-O结合DB-WAX和DB-5双柱定性分析五粮液和剑南春,共检测出132种微量成分,其中酯类化合物占多数。GC-O分析时嗅闻人员需要经过科学的感官培训,而且试验结果受人的主观影响较大,容易被感觉器官的敏锐度、生理、心理等多种因素影响。

气相色谱-氢火焰离子化检测器(gas chromatography-flame ionization detector,GC-FID)广泛应用于白酒中主要骨架成分的定量分析。2020年,张馨元等[41]采用SPME Arrow联合GC-FID探究浓香型低度和高度白酒中微量成分的差异。在定量分析的83种微量成分中,有32种化合物在低度白酒中含量更高,这对白酒低度化的研究有一定意义。但是GC-FID检出限较高,对白酒中含量较低的微量成分检测效果不佳。

全二维气相色谱/飞行时间质谱(comprehensive two-dimensional gas chromatography/time of flight mass spectrometry,GC×GC/TOFMS)极大改善了一维气相色谱中色谱峰重叠的问题,具有高灵敏度和高分辨率。2007年,季克良等[42]首次使用GC×GC/TOFMS分析了不同香型白酒中的微量成分。浓香型白酒共检测到674个色谱峰,其中鉴定出342种化合物。2015年,Yao等[43]采用LLE和SPME两种提取方法结合GC×GC/TOFMS分析了18种泸州老窖。这2种提取方法分别检测到2 482、2 178个色谱峰,其中320种化合物是18种泸州老窖所共有的。但GC×GC/TOFMS操作成本较高,相对于GC-MS、GC-O应用较少。

气相色谱-离子迁移质谱联用技术(gas chromatography-ion mobility spectrometry,GC-IMS) 根据离子迁移率的差异对目标成分进行分离检测,分析快速准确。2014年,IMS开始应用于白酒分析检测[44]。2020年,朱玲等[45]采用GC-IMS对比了3种香型白酒的差异。结果表明不同香型白酒间有明显差异,同种香型白酒间差异较小。其中浓香型白酒(泸州老窖)的酯类化合物较多,尤其是己酸酯类。2021年,He等[46]采用LLME结合GC-IMS研究了扳倒井不同蒸馏阶段微量成分的变化。随着蒸馏时间的延长,多数醇溶性和小分子量的化合物呈下降趋势,但水溶性和高分子量的化合物呈上升趋势。

气相色谱-氮磷检测器(gas chromatography-nitrogen phosphorous detection,GC-NPD)对白酒中阈值低、含量低的含氮化合物的检测有较好的选择性。2013年,Wu等[47]利用HS-SPME结合GC-NPD详细研究了9种白酒中的吡嗪类化合物,确定该方法是一种高效的白酒中吡嗪类化合物的分析检测方法。其中2、5-二甲基吡嗪、2、6-二甲基吡嗪、2-乙基吡嗪、2、3、5-三甲基吡嗪、2、3-二乙基吡嗪、2、3、5、6-四甲基吡嗪在浓香型白酒(今世缘、洋河)中均被检测到。

气相色谱-硫化学发光检测器(gas chromatography sulfur chemiluminescence detector,GC-SCD)对白酒中含硫化合物的检测具有很高的选择性和灵敏度。2020年,Song等[32]采用GC-O和GC×GC-SCD测定不同白酒中2-甲基-3-呋喃硫醇和2-呋喃甲硫醇的差异。结果表明,二者在浓香型白酒中含量分别为(0.23±0.06)μg/L~(0.69±0.26)μg/L,(5.95±0.91)μg/L~(10.30±0.80)μg/L,可以作为标志化合物用于不同香型白酒的分类。

另外,电子鼻[48]、气相色谱-火焰光度检测器(gas chromatography-flame photometric detector,GC-FPD)、气相色谱-高场非对称波形离子迁移谱法[49]等检测技术也已应用于浓香型白酒微量成分的分析鉴定,以期发现浓香型白酒中更多的微量成分。

2.3 浓香型白酒关键风味物质的确定

浓香型白酒微量成分定性与定量分析后,为进一步评价各微量成分对白酒整体风味的贡献,可以结合含量、阈值、香气表达强度等确定浓香型白酒的关键风味物质。

香气萃取稀释分析法(aroma extract dilution analysis,AEDA)将酒样逐级稀释后进行GC-O分析,稀释因子(flavor dilution,FD)值越大,其风味贡献度越大。2017年,Niu等[50]采用AEDA方法在3种不同年份的五粮液中发现了62种风味物质,其中45个化合物有着较高的FD值(FD≥16)。2021年,Song等[31]采用AEDA鉴别白酒中两种具有水果味的含硫化合物(3-巯基己醇、4-甲基-4-巯基-2-戊酮)。在浓香型白酒中这两种含硫化合物的FD值为27~729。

香气活性值(odor activity values,OAVs),即某一化合物的浓度与其阈值的比值,OAVs≥1即表示该化合物对白酒风味有直接贡献,OAVs越大,贡献越显著。2007年,中国酿酒工业协会白酒技术委员会组织江南大学和行业评酒专家实施“中国白酒169计划”,测定了白酒中79个化合物的阈值(46%vol酒精-水溶液)。后来,又补充测定了其它化合物的阈值。白酒风味物质的阈值测定大大推动了中国白酒的研究与发展。2015 年,Wang等[25]使用 SPME(自制 DVB/OH-TOS 萃取纤维)结合GC-MS和GC-O的方法分析稻花香酒中的微量成分。试验共鉴定出57种微量成分,通过计算OAVs值进一步筛选出13种化合物,己酸乙酯、戊酸乙酯等被初步确定为稻花香酒的关键风味物质。

初步判定出重要风味物质后,需要进行香气重组(aroma recombination experiments) 与缺失试验(omission experiments)确定关键风味物质。香气重组即将研究发现的重要风味物质按其在真实酒样中的浓度配制在模拟酒样(一定浓度的乙醇水溶液)中。重组酒样与原酒样进行感官评价,两者相似度越高说明重要风味物质的分析结果越准确,可进一步进行缺失试验。缺失试验是在模拟酒样中剔除某一种或者某一类重要风味物质,且重组酒样与原酒样感官评价结果存在明显差异时,则认为该化合物或该类化合物是关键风味物质。董蔚[51]建立浓香型白酒模型酒,重组模型与原酒样无显著性差异,确定酯类、芳香类和含硫化合物是浓香型白酒中的重要风味物质。缺失试验表明3-甲硫基丙醛、二甲基三硫、3-甲基吲哚、4-甲基苯酚、丁酸、己酸、全部的酯类和芳香类化合物为其关键香气化合物。

3 浓香型白酒的风味物质

白酒中98%的成分是乙醇和水,剩余的2%为微量成分。微量成分的种类、比例和含量决定了白酒的风味和品质。迄今为止,白酒中已发现2 067种微量成分[52],其中浓香型白酒中发现861种微量成分,包括酯类261种、醇类122种、酸类65种、醛酮类136种、缩醛类35种、含硫化合物29种、含氮化合物71种、酚类化合物24种、其它118种[53],浓香型白酒的关键风味物质如图3所示。

图3 浓香型白酒的关键风味物质
Fig.3 The key aroma compounds of strong-aroma Baijiu

如图3所示,酯类化合物提供令人愉快的果香、甜香,醇类化合物呈现醇香、果香,酸类化合物具有奶酪香、发酵味,醛酮类化合物具有较明显的青草香、果香,缩醛类化合物提供果香、花香,含硫化合物表现出卷心菜、洋葱味,含氮化合物提供坚果香、烤香,酚类化合物具有酚味、烟熏味,各类化合物相互作用,使浓香型白酒香气品质突出。

3.1 酯类化合物

酯类化合物主要来源于发酵和蒸馏过程,是白酒中种类最丰富、含量最高的微量成分。己酸乙酯、乙酸乙酯、乳酸乙酯和丁酸乙酯是浓香型白酒中最具代表性的酯类,其中己酸乙酯是浓香型白酒中最重要的风味物质[54]。2021 年,Hong等[27]采用 GC-O-MS 分析研究了不同流派的浓香型白酒。在板城烧锅、古井贡、泸州老窖中分别鉴定出50、41、35种化合物,其中酯类化合物为 23、19、14 种。

3.2 醇类化合物

醇类化合物使酒体醇和绵甜,是浓香型白酒中酯类化合物的前体物质。2014年,Xiao等[55]使用电子鼻研究了5种不同产地、香型的中国白酒,并根据试验结果对白酒的产地和风味类型进行分类。共鉴定出86种微量成分,其中醇类化合物10种。2020年,He等[56]使用GC×GC/TOFMS综合分析来自不同地区的浓香型白酒的特异性。结果表明,1-丁醇是浓香型白酒的关键风味物质。

3.3 酸类化合物

酸类化合物有呈味助香作用,其主要贡献是减少白酒的杂味和苦味。浓香型白酒中四大酸分别为己酸、乙酸、乳酸、丁酸。其中己酸是产生窖香主要成分之一[57]。2006年,Fan等[24]采用GC-O结合GC-MS的方法分析洋河大曲。结果表明酯类和酸类化合物是洋河大曲的主要微量成分。其中己酸、丁酸、3-甲基丁酸和戊酸是重要的风味物质。2018年,Zhao等[29]分析研究了古井贡酒,共鉴定出60种微量成分。其中19种化合物FD≥243,35种化合物OAVs≥1。香气重组和缺失试验进一步证实,己酸和丁酸等9种化合物对古井贡酒有重要贡献。

3.4 醛酮类及缩醛类化合物

醛酮类、缩醛类化合物使酒体更加柔和协调。2014年,Wang等[58]研究了浓香型习酒的微量成分。通过计算,3-甲基丁醛、乙醛、2-壬酮、苯甲醛、苯乙醛等在浓香型习酒中OAVs值不小于1,被确定为重要风味物质。2021年,俞飞等[59]采用GC-FID结合OAVs分析机械化及传统酿造的浓香型白酒,确定3-甲基丁醛、3-羟基-2-丁酮等9种化合物为两者共有的风味物质。2016年,李贺贺等[60]对2种古井贡酒中的微量成分进行分析,共鉴定出188种微量成分。结合标准品、保留指数和美国国家标准与技术研究院谱库(National Insititute of Standards and Technology,NIST) 准确定性167种化合物,其中包括乙缩醛、3-甲基丁醛二乙缩醛等7种缩醛类化合物。

3.5 含硫及含氮化合物

含硫及含氮化合物在浓香型白酒中量微香大,对白酒品质有重要贡献。近年来,白酒中已报道的含硫化合物有108种[61]。2019年,Dong等[28]发现浓香型白酒中烘烤味和泥土味是主要由3-甲基吲哚、甲硫醇、己酸、丁酸、对甲酚引起。2021年,Song等[30]应用GC×GC-SCD技术对浓香型白酒中的含硫化合物进行分析,发现了二甲基二硫、3-甲硫基丙醛2种化合物。在4种浓香型白酒中,这2种含硫化合物都有很高的FD值,且OAVs值不小于1,说明其对浓香型白酒的风味有显著影响。2007年,Fan等[33]测定了12种白酒中的吡嗪类化合物。在古井贡、五粮液、剑南春等浓香型白酒中检测出2-甲基吡嗪、2,6-二甲基吡嗪、2-乙基吡嗪、2-乙基-3-甲基吡嗪等多种吡嗪类化合物。这些吡嗪类化合物通常由美拉德反应产生,不仅给白酒带来积极的香气,而且被认为有一定的保健作用[62]

3.6 酚类化合物

酚类物质使白酒的香气柔顺醇厚,有一定的抗氧化功效[63]。徐占成等[64]采用GC×GC/TOFMS分析了剑南春。共检测到1 200种微量成分,包括阿魏酸、儿茶酚、愈创木酚、4-甲基愈创木酚、4-乙基愈创木酚等8种酚类物质。2019年,史冬梅等[65]采用GC-MS选择离子扫描检测了103种白酒中的酚类化合物(4-甲基愈创木酚、苯酚、4-乙基愈创木酚、4-甲基苯酚、4-乙基苯酚和香兰素)。试验发现,浓香型白酒中酚类化合物含量较高。

3.7 其它

此外,浓香型白酒中还有萜烯类、呋喃类和芳香族化合物等微量成分,这些化合物不仅对白酒的品质有提升作用,还具有一定有益于人体健康的功效,包括抗氧化、抗炎、抗抑郁、预防动脉粥样硬化等。这些微量成分是在适量饮酒的情况下,有益健康的物质基础。在《健康中国2030规划纲要》的引导下,坚持风味与健康双导向发展,将助力白酒生产现代化、市场国际化以及品质稳定提高[66]

4 结论与展望

浓香型白酒广受中国人民喜爱,其独特的风味是各种成分相互作用综合形成的。目前,浓香型白酒中重要的风味物质已基本确定。在此基础上,有关风味物质在酿造过程中的变化规律、代谢机制是未来需要解决的实际问题。同时,白酒中风味物质的分析研究应朝着可靠便捷、高效实时以及绿色环保的趋势不断发展,以期构建适合中国白酒综合、宏观的整体分析评价的新方法体系。相关研究的开展和体系的建立将为白酒行业的高质量可持续发展提供重要助力。

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Research Progress on the Trace Components of Strong-aroma Baijiu

HOU Ya-xin,WANG Jun-shan,WU Ya-shuai,CHEN Hao,HUANG He,ZHAO Dong-rui*,SUN Jin-yuan,HUANG Ming-quan
(Key Laboratory of Brewing Molecular Engineering of China Light Industry,Beijing Technology and Business University,Beijing 100048,China)

Abstract:Strong-aroma Baijiu with sweet and mellow taste is the mainstream of Baijiu production and consumption in China.The strong-aroma Baijiu of different regions,brands,and years had unique characteristics,which are closely related to the type,content,and proportion of trace components.Differences in trace components depend on not only raw materials and production processes but also complex geographical and climatic conditions in different production areas.At present,861 trace components have been detected in strong-aroma Baijiu,including esters,alcohols,acids,aldehydes,and ketones.The paper reviewed the research status of the production process,main categories,trace components,and aroma compounds in strong-aroma Baijiu,aiming to provide reference for the research and development of the Baijiu industry.

Key words:trace components;aroma compounds;strong-aroma Baijiu;production process;categories

DOI:10.12161/j.issn.1005-6521.2022.20.025

基金项目:国家自然科学基金青年科学基金项目(32001826)

作者简介:侯雅馨(1996—),女(汉),在读硕士研究生,研究方向:食品风味分析。

*通信作者:赵东瑞(1991—),男(汉),副教授,博士,研究方向:食品风味分析、食品功能性成分评价。

引文格式:

侯雅馨,王俊山,武亚帅,等.浓香型白酒微量成分的研究进展[J].食品研究与开发,2022,43(18):194-205.

HOU Yaxin,WANG Junshan,WU Yashuai,et al.Research Progress on the Trace Components of Strong-aroma Baijiu[J].Food Research and Development,2022,43(18):194-205.

加工编辑:孟琬星

收稿日期:2022-04-14