肖 雪，陳嘯天，錢沉魚，向章敏*

（廣東省測試分析研究所 廣東省化學(xué)危害應(yīng)急檢測技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510070）

酒的品質(zhì)通常受風(fēng)味類型、原料來源、生產(chǎn)工藝等因素的影響。為了賺取更高的利潤，摻假和冒名是酒行業(yè)長期以來較為關(guān)注的問題[1-2]，因此，酒的品質(zhì)評(píng)價(jià)顯得尤其重要，其中酒的揮發(fā)性化學(xué)物質(zhì)是評(píng)價(jià)酒品質(zhì)的最重要的因素之一，通常包括小分子的烴、醇、酯、羧酸、酮、醛以及含氮和硫的化合物[3]。目前已經(jīng)有大量致力于酒風(fēng)味揮發(fā)性化學(xué)成分檢測技術(shù)的研究，如氣相色譜-吸聞器（gas chroma-tography-olfactometry，GC-O）[4-7]、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（gas chromatography-mass spectrometer，GC-MS）或者氣相色譜-氫火焰離子化檢測器聯(lián)用（gas chromatographyflame ionization detector，GC-FID）[8-13]等。然而，之前的研究表明酒是一種復(fù)雜的基質(zhì)，并且在一維氣相色譜（one-dimensional gas chromatography，1D-GC）分析中常發(fā)生許多的共流出峰，導(dǎo)致檢測結(jié)果出現(xiàn)“假陽性”的現(xiàn)象，因此，具有更高分離能力的技術(shù)仍然有待研究。

全二維氣相色譜（comprehensive two-dimensional gas chromatography，GC×GC）在復(fù)雜化合物的色譜分離中具有較多優(yōu)勢[14-21]。如圖1所示，它提供了一個(gè)真正的正交分離系統(tǒng)，把分離機(jī)理不同而又互相獨(dú)立的兩支色譜柱以串聯(lián)方式結(jié)合組成二維氣相色譜。在這兩支色譜柱之間裝有的一個(gè)調(diào)制器起捕集再傳送的作用[22]。經(jīng)第一支色譜柱分離后的每一個(gè)餾分，都需先進(jìn)入調(diào)制器，進(jìn)行聚焦后再以脈沖方式送到第二支色譜柱中進(jìn)行進(jìn)一步的分離，所有組分從第二支色譜柱進(jìn)入檢測器。信號(hào)經(jīng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)處理后，得到以第一支柱上的保留時(shí)間為第一橫坐標(biāo)，第二支柱上的保留時(shí)間為第二橫坐標(biāo)，信號(hào)強(qiáng)度為縱坐標(biāo)的三維色譜圖，或二維輪廓圖[23]。由于在這個(gè)過程中，樣品經(jīng)兩次完全獨(dú)立的分離，并在第一次分離運(yùn)行的時(shí)間中完成二維分離，而不是簡單的中心切割技術(shù)，因此大大提高了對(duì)基質(zhì)干擾背景中目標(biāo)分析物的分離效果，并且能夠在較短的分析時(shí)間內(nèi)提供相當(dāng)多的樣品成分信息[18]。到目前為止，GC×GC已廣泛應(yīng)用于分析石油、農(nóng)藥、大氣污染物和環(huán)境污染物、精油、食品和藥物等領(lǐng)域，并將隨著該技術(shù)的不斷發(fā)展而擴(kuò)展到更多的領(lǐng)域，同時(shí)與適宜的風(fēng)味物質(zhì)提取方法相結(jié)合，如頂空分析技術(shù)、固相微萃取技術(shù)、同時(shí)蒸餾萃取法、溶劑輔助風(fēng)味蒸發(fā)系統(tǒng)和超臨界CO2流體萃取法等，對(duì)香氣組型分離及指紋識(shí)別[19]、目標(biāo)揮發(fā)性化合物分析[20]和鑒定未知物[14]方面具有更大的發(fā)展前景。最近，周茜等[24]也概述了國內(nèi)外GC×GC在酒類領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀及研究動(dòng)態(tài)。而本文主要綜述了全二維氣相色譜技術(shù)在中國白酒、葡萄酒、啤酒等酒中的應(yīng)用，旨在為其他酒類風(fēng)味化學(xué)物質(zhì)檢測提供參考。

圖1 全二維氣相色譜的工作原理及特點(diǎn)Fig.1 Working principle and characteristics of comprehensive two-dimensional gas chromatography

1 在中國白酒中的應(yīng)用

中國白酒是世界上最古老的酒種之一，其通常是高粱、小麥、大米、玉米等谷物發(fā)酵后精餾而成，再將新鮮的餾分通過一段時(shí)間陳釀，以獲得穩(wěn)定的芳香風(fēng)味[4]。ZHU S等[25]利用全二維氣相色譜技術(shù)分析了茅臺(tái)酒中的風(fēng)味化學(xué)成分，與一維氣相色譜相比，GC×GC顯示了明顯的分析優(yōu)勢，能夠檢測出茅臺(tái)酒中528個(gè)組分，包括有機(jī)酸、醇、酯、酮、醛、縮醛、內(nèi)酯、含氮和含硫化合物。另外，YAO F等[26]先通過液-液萃?。╨iquid-liquid extraction，LLE）和固相微萃?。╯olid-phase microextraction，SPME）對(duì)樣品進(jìn)行預(yù)處理，然后用全二維氣相色譜-飛行時(shí)間-質(zhì)譜（two-dimensional gas chromatography/time of flight-mass spectrometry，GC×GCTOF-MS）鑒定了瀘州老窖酒的風(fēng)味成分，在18種濃香型老窖酒中檢測到了1 300多種化合物，其中320個(gè)化合物是每一種酒都有的，另一些則具有各自的特征成分。該研究還發(fā)現(xiàn)了24種具有生物活性的化合物，并且有數(shù)百種化合物被確定可能是瀘州老窖酒特殊風(fēng)味的來源。

頂空固相微萃?。╤eadspace-solidphase microextraction，HS-SPME）與全二維氣相飛行時(shí)間質(zhì)譜相結(jié)合的方法常被用來分析白酒的揮發(fā)性風(fēng)味化學(xué)成分。李俊等[27]采用此方法對(duì)白酒中62種主要揮發(fā)性風(fēng)味成分進(jìn)行分析，并對(duì)不同輪次的貴州傳統(tǒng)工藝醬香型白酒進(jìn)行了檢測分析，發(fā)現(xiàn)不同輪次酒的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)差異明顯，從而為醬香型白酒勾兌和酒品質(zhì)評(píng)價(jià)提供了物質(zhì)基礎(chǔ)和方法參考。同時(shí)，用該方法闡明了古井貢酒的風(fēng)味特征，可鑒定出包含醇類、酸類、酯類、醛酮類以及健康功能成分在內(nèi)的揮發(fā)性風(fēng)味成分800多種，并表明在這些物質(zhì)的共同作用下，賦予了古井貢酒集風(fēng)味、口感、健康于一體的完美品質(zhì)[28]。陳雙等[29]采用此方法在景芝芝麻香型白酒中檢測到1 029個(gè)色譜峰，進(jìn)一步采用多級(jí)鑒定策略確認(rèn)了可信度較高的揮發(fā)性化合物340種，其中在芝麻香型白酒中鑒定出的揮發(fā)性組分主要包括酯類130種，醇類26種，有機(jī)酸類15種，醛、酮、縮醛類88種，含氮化合物16種，呋喃類20種，含硫化合物25種，萜烯類14種，其他類6種，并首次鑒定了揮發(fā)性含硫化合物11種和萜烯類化合物12種。多種揮發(fā)性含硫化合物香氣獨(dú)特，香氣閾值極低可能對(duì)芝麻香型白酒香氣特征具有重要貢獻(xiàn)。芝麻香型白酒中鑒定出的萜烯類化合物除了具有獨(dú)特的香氣特征外，還具有重要的生理活性。此外，攪拌吸附萃?。╯tir bar sorptive extraction，SBSE）[30-31]和LLE[32-35]分別與GC×GC-TOF-MS相結(jié)合的技術(shù)在白酒分析方面也有諸多報(bào)道。所以，全二維氣相色譜技術(shù)可與其他多種分析技術(shù)聯(lián)合，用于中國白酒的釀造及其特征揮發(fā)性化學(xué)成分的解析具有重要意義。

2 在葡萄酒中的應(yīng)用

香氣是決定葡萄酒品質(zhì)的重要因素之一，揮發(fā)性的甲氧基吡嗪是葡萄酒香氣中的重要成分。RYAN D等[36]通過HS-SPME結(jié)合氮磷檢測器（nitrogen phosphorus detection，NPD）和GC×GC-TOF-MS從葡萄酒中檢測到了甲氧基吡嗪，并比較了兩者檢測2-異丁基-3-甲氧基吡嗪（2-methoxy-3-（2-methylpropyl）pyrazine，IBMP）的能力，結(jié)果使用GC×GC-NPD對(duì)IBMP的檢測限能達(dá)到0.5 ng/L，比使用GC×GCTOF-MS的檢測限（1.95ng/L）低，但兩種方法都能精確而靈敏地對(duì)葡萄酒中IBMP含量進(jìn)行檢測。此外，參照同樣的方法也被單獨(dú)用來表征葡萄酒中的香氣[37]，利用全二維氣相色譜法的檢測結(jié)果表明，在5℃儲(chǔ)存6個(gè)月的葡萄酒中沒有風(fēng)味化學(xué)成分的顯著變化，而儲(chǔ)存在15℃和25℃的樣品中可檢測出芳樟醇、β-大馬烯酮、己酸乙酯和辛酸乙酯的含量顯著降低。NICOLLIK P等[38]首次通過GC×GC-TOF-MS、定量描述分析（quantitativedescriptiveanalysis，QDA）、GC-FID、GC/MS和GC-O評(píng)估了不同葡萄藤管理方式對(duì)葡萄酒揮發(fā)性成分特征的影響，采用GC×GC-TOF-MS可鑒定220種化合物，包括26種芳香活性化合物，這些物質(zhì)同時(shí)也可被GC-O鑒定。其中，8種揮發(fā)性物質(zhì)對(duì)于區(qū)分不同品質(zhì)葡萄酒非常重要，而這8種化合物中有5種只能在第二維柱中分離后才能被檢出，并且有3種含量較高的物質(zhì)可以解釋葡萄酒品質(zhì)與顏色和果實(shí)之間的關(guān)系。HS-SPME結(jié)合GC×GC-TOFMS也可以對(duì)葡萄酒不同的葡萄品種（赤霞珠，梅洛，霞多麗，長相思和黑比諾）中的揮發(fā)性成分進(jìn)行色譜分析[39]，檢測結(jié)果經(jīng)過多元統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，可根據(jù)葡萄品種中12種揮發(fā)性化合物對(duì)葡萄酒進(jìn)行區(qū)別和分類。Pinotage葡萄酒作為南非葡萄酒品種的一部分，WELDEGERGISBT等[40]使用GC×GC-TOF-MS鑒定了該品種9種影響酒香氣的新型揮發(fā)性化學(xué)成分，通過對(duì)比，發(fā)現(xiàn)這9種成分是Pinotage葡萄酒獨(dú)特的揮發(fā)性成分，這項(xiàng)研究結(jié)果表明了該品種葡萄酒迄今為止報(bào)道的揮發(fā)性化學(xué)成分的最詳細(xì)特征。此外，GC×GC也被用于檢測Merlot葡萄酒香氣的復(fù)雜性，因?yàn)檫@種技術(shù)具有優(yōu)于1D-GC的性能[41]。因此，采用全二維氣相色譜技術(shù)可獲得葡萄酒詳細(xì)的揮發(fā)性化學(xué)成分信息，為評(píng)價(jià)葡萄酒品質(zhì)及尋找特征成分提供便利的分析方法。

3 在啤酒中的應(yīng)用

近年來，啤酒的銷量逐年增長，深受廣大消費(fèi)者的普遍歡迎，因此，各種不同風(fēng)味的啤酒產(chǎn)品遍地開花。STEFANUTO P H等[42]采用熱解吸（thermal desorption，TD）結(jié)合GC×GC-TOF-MS對(duì)Trappist和craft啤酒的高復(fù)雜揮發(fā)性有機(jī)化合物進(jìn)行了分析，將HS-SPME、多種攪拌棒吸附萃?。╩ultiple stir bar sorptive extraction，mSBSE）、靜態(tài)頂空（static headspace，SHS）和動(dòng)態(tài)頂空（dynamic headspace，DHS）多種方法應(yīng)用于21種具有代表性的啤酒香味化合物的提取，并進(jìn)行了比較，最終選擇了全自動(dòng)化的DHS進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。MARTINS C等[43]通過優(yōu)化SPME條件對(duì)啤酒進(jìn)行預(yù)處理，使用GC×GC對(duì)復(fù)雜成分進(jìn)行分離，其中有800個(gè)揮發(fā)性化學(xué)成分被檢測到，并對(duì)6種商業(yè)啤酒進(jìn)行了檢測，確定了32種化合物對(duì)啤酒香氣有潛在影響。啤酒中的啤酒花香氣特征對(duì)啤酒的質(zhì)量非常重要，INUIT等[44]采用GC×GCTOF-MS研究比較了不同的啤酒花品種的香氣特征和啤酒中所含化合物的差異，僅關(guān)注啤酒花衍生化合物，67種化合物與一個(gè)或多個(gè)感官描述符密切相關(guān)，每種關(guān)鍵化合物的氣味描述與每個(gè)感官描述符很好地對(duì)應(yīng)，這些化合物很可能是解釋啤酒中啤酒花香氣特征差異的關(guān)鍵化合物。而粟學(xué)俐[45]采用經(jīng)典的一維氣相色譜方法（SPME-GC-MS）技術(shù)對(duì)啤酒進(jìn)行風(fēng)味成分分析，能得到幾十種構(gòu)成啤酒風(fēng)味的“骨架”成分和相應(yīng)的指紋譜圖，并采用全二維氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（GC×GC-MS）對(duì)啤酒風(fēng)味成分進(jìn)行更高層次的檢測，能檢測到除一維色譜之外的數(shù)百種風(fēng)味物質(zhì)。因此，將全二維氣相色譜技術(shù)用于啤酒揮發(fā)性化學(xué)物質(zhì)的檢測和輔助質(zhì)量控制，進(jìn)一步拓展了新技術(shù)新方法在生產(chǎn)實(shí)際中的應(yīng)用前景。

4 其他酒類

眾所周知，除白酒、葡萄酒、啤酒是暢銷的三大酒外，同時(shí)還包含具有一定特色風(fēng)格的不同類型酒品，如日本清酒中的脂肪氣味和苦味具有很明顯的特征，經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)中鏈脂肪酸（medium-chain fatty acids，MCFA）和乙基酯能夠影響這些風(fēng)格特征，同時(shí)GC×GC-FID被用來定量檢測清酒中的MCFA和乙基酯含量，發(fā)現(xiàn)已酸濃度與脂肪氣味密切相關(guān)（P＜0.0001），然后使用GC×GC-TOF-MS確定了與脂肪氣味和苦味相關(guān)的其他化合物，通過對(duì)某些化合物和感官值進(jìn)行相關(guān)分析統(tǒng)計(jì)選擇后，確定了幾個(gè)與清酒中的脂肪氣味和苦味相關(guān)的潛在化合物，如長鏈烷烴，一些MCFA相關(guān)化合物和一些吲哚相關(guān)化合物與脂肪氣味正相關(guān)，而呋喃和酮類化合物與苦味呈正相關(guān)[46]。

酒類生產(chǎn)的不同發(fā)酵工藝對(duì)酒的品質(zhì)具有重要影響，CARDEAL Z L等[47]就通過GC×GC-TOF-MS研究了在發(fā)酵過程中和在不同木材中老化后的朗姆酒品質(zhì)的差異，通過這種方式，很容易發(fā)現(xiàn)在所研究的不同工藝處理的酒之間差別最大的化合物種類，并鑒定出在蒸餾過程中的每個(gè)階段所具有的獨(dú)特化合物。此外，該作者后續(xù)又使用縱向調(diào)制低溫系統(tǒng)（longitudinal modulated cryogenic system，LMCS）裝置的GC×GC-TOF-MS對(duì)不同的烈酒樣品進(jìn)行香氣分析[48]，采用SPME法提取巴西朗姆酒中的揮發(fā)性成分，同時(shí)還包括了杜松子酒、伏特加酒、威士忌、龍舌蘭酒和加味利口酒。在這個(gè)研究中，選擇了BPX5作為第一維主色譜柱和BP20第二維色譜柱的組合方式，共檢測不同朗姆酒樣品中超過200種化合物，其中能夠識(shí)別的有95種化合物。FRANITZA L等[49]通過溶劑輔助風(fēng)味蒸餾（solvent assisted flavor evaporation，SAFE）從25種用甘蔗汁制造的高價(jià)朗姆酒和由甘蔗糖蜜制造的26種高價(jià)朗姆酒中分離出大量揮發(fā)物，然后用GC×GC-TOF-MS分析這些組分，并進(jìn)行了“綜合模板匹配指紋識(shí)別”分析，用于提取各組揮發(fā)物中存在的整個(gè)特征化合物。特征指紋識(shí)別有助于甘蔗汁朗姆酒100%的正確分類，因此實(shí)現(xiàn)了為更高質(zhì)量的朗姆酒定位標(biāo)記的首要目標(biāo)。進(jìn)行預(yù)處理的特征判別以表征12種重要標(biāo)記化合物（1-癸醇，γ-十二內(nèi)酯，3-乙基甲基丁酸酯，壬酸乙酯，3-呋喃甲醛，1-己醇，β-紫羅蘭酮，2-和3-甲基丁醇，癸酸甲酯，3-辛醇和2-十一烷酮）。此外，從發(fā)酵的山梨中蒸餾而來的Slovak-Czech酒因其獨(dú)特的香氣和口感而受到人們喜愛。VYVIURSKA O等[50]通過HS-SPME和LLE對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理，然后采用GC×GC-TOF-MS分析檢測，探究了兩組不同類型的組合柱（非極性×中等極性柱和極性×中等極性柱）的全二維氣相色譜分析方法，結(jié)果表明超過500種化合物被檢測到，近100種與標(biāo)準(zhǔn)相符合。水果酒是近年來發(fā)展比較迅速的一種特殊酒類，具有較好的發(fā)展前景。CAPOBIANGO M等[51]首次使用多維氣相色譜法（multidimensional gas chro-matography，MD-GC）和GC×GC與FID、MS和嗅覺測定法聯(lián)用的技術(shù)，測得了影響香蕉酒香氣的主要揮發(fā)性化合物是3-甲基丁-1-醇、3-甲基丁-1-醇乙酸酯、2-苯乙基乙酸鹽和苯乙醇，該研究將有助于進(jìn)一步研究不同類型水果酒中的特征化合物。因此，對(duì)于新型酒類的揮發(fā)性化學(xué)成分的檢測與分析，全二維氣相色譜技術(shù)均體現(xiàn)了較好的分析效果，對(duì)于促進(jìn)新型酒業(yè)的健康發(fā)展提供必要的檢測手段和物質(zhì)基礎(chǔ)。

5 展望

全二維氣相色譜實(shí)現(xiàn)了把分離機(jī)理不同而又相互獨(dú)立的兩根色譜柱以正交方式相組合，使其具有分辨率高、峰容量大、靈敏度高、分析速度快、族分離等特點(diǎn)，已成為一種對(duì)復(fù)雜樣品非常適用的分析技術(shù)。近些年，由于不同類型的調(diào)制器的改進(jìn)，GC×GC更加引起了人們的關(guān)注。本文闡述了GC×GC-TOF-MS具有表征幾種典型酒中揮發(fā)性化學(xué)成分的分析能力。與傳統(tǒng)的1D-GC分離技術(shù)相比，GC×GC通常能獲得更多數(shù)量的色譜峰，有助于分析物之間的分離和減少復(fù)雜基質(zhì)化合物的干擾而導(dǎo)致這些化合物在1D-GC中共洗脫而被錯(cuò)誤識(shí)別的情況。另一方面，樣品預(yù)處理與檢測儀器的完美結(jié)合是分析測試技術(shù)未來的發(fā)展方向。在酒類揮發(fā)成分和香氣特征表征方面，頂空采樣模式如靜態(tài)頂空、動(dòng)態(tài)頂空和高濃度容量頂空技術(shù)，可便捷地與GC×GC分析儀器在線結(jié)合。GC×GC具有鑒別痕量香味活性化合物的能力，將有助于酒品質(zhì)評(píng)價(jià)、產(chǎn)品定位、摻假鑒別、工藝控制等方面的應(yīng)用。除此之外，全二維氣相色譜還可以在環(huán)境[52]、煙草[53]、石油[54]等領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。隨著調(diào)制器與檢測器領(lǐng)域的快速發(fā)展，全二維氣相色譜技術(shù)的應(yīng)用也將越來越廣泛，成為分析領(lǐng)域不可或缺的一部分。