蒲璐璐，戴怡鳳，李豆南，郭 燦，姚鍵梅，徐 浩，邱樹毅*

（1.貴州省茶葉研究所，貴州 貴陽 550025；2.貴州大學(xué) 釀酒與食品工程學(xué)院，貴州 貴陽 550025）

醬香型白酒獨特的生產(chǎn)工藝使其在香氣化合物種類以及數(shù)量上比較復(fù)雜[1-2]，主要包括酯類、酸類、醇類、醛類、酮類、酚類、丙酮類、氮雜環(huán)類和含硫類等化合物[3]。這些成分賦予醬香型白酒“空杯留香、醬香明顯、入口綿柔”等特點，深受消費者喜愛[4-5]。然而對于優(yōu)質(zhì)醬酒而言，酒中風(fēng)味物質(zhì)是決定酒品質(zhì)的關(guān)鍵因素，隨著醬酒酒齡的增加，風(fēng)味也會不斷提升，使得酒體品質(zhì)有明顯提升。近年來，眾多醬香型白酒企業(yè)紛紛提出“年份酒”的概念[6-8]，但是這些所謂的“年份酒”中卻摻雜著許多偽劣、冒牌產(chǎn)品，對醬酒產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展產(chǎn)生了不利的影響[9]。目前的研究中，尚未有較好的方法對醬酒的酒齡進行鑒定[10]，因此開發(fā)出有效的酒齡鑒別方法顯得十分必要。而氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)用于白酒風(fēng)味香氣成分檢測分析較為成熟，對白酒的品牌鑒別，品質(zhì)評價有重要參考價值[11-13]。

本實驗以貴州某企業(yè)不同酒齡的醬香型白酒為主要研究對象，利用電子鼻和直接進樣結(jié)合氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)，研究醬香型白酒中揮發(fā)性成分隨著酒齡的變化規(guī)律，揭示其陳化過程中的物理化學(xué)變化，并結(jié)合主成分分析（principal component analysis，PCA）、線性判別分析法（linear discriminant analysis，LDA）以及聚類分析（cluster analysis，CA）等科學(xué)方法從不同角度對酒齡酒進行分析鑒別，為產(chǎn)品的品質(zhì)評價以及市場監(jiān)督提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

不同酒齡醬香型白酒（JX1（酒齡4年，酒精度54%vol）；JX2（酒齡7年，酒精度53%vol）；JX3（酒齡10年，酒精度53%vol）；JX4（酒齡16年，酒精度52%vol）；JX5（酒齡18年，酒精度51%vol））：某白酒生產(chǎn)企業(yè)。

1.2 儀器與設(shè)備

7890A-5975C氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（gas chromatographymass spectrometry，GC-MS）：美國Aglient公司；PEN3便攜式電子鼻：德國Airsense公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 色譜條件

氣相色譜條件：毛細(xì)管柱，DB-Wax（30 m×0.25 mm，0.25 mm）；程序升溫：50 ℃保持1 min，以5 ℃/min升至120 ℃；再以8 ℃/min升至230 ℃，保持1 min；進樣口溫度：250 ℃；載氣：氦氣（He），流速：1 mL/min；溶劑延遲3 min；直接進樣，進樣量1 μL。

質(zhì)譜條件：電離方式為電子電離（electron ionization，EI）源，電子能量70 eV，離子源溫度230 ℃，四級桿溫度150 ℃；傳輸線溫度250 ℃。全掃模式，掃描質(zhì)量范圍45～500 amu。

1.3.2 進樣方式

直接吸取1 μL的樣品進行氣相色譜（GC）分析，每個樣品平行測定3次。

1.3.3 電子鼻檢測分析

將樣品稀釋300倍后，準(zhǔn)確吸取1 mL至20 mL頂空瓶中。電子鼻測定其揮發(fā)性氣味，每個樣品平行測定3次。電子鼻運行參數(shù)：測定時間120 s；沖洗時間60 s；進樣準(zhǔn)備時間5 s；進樣流速600 mm/min。

電子鼻傳感器性能如表1所示。

表1 電子鼻傳感器名稱及性能描述Table 1 Name and performance description of electronic nose sensor

1.3.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

運用電子鼻自帶軟件Winmuster軟件對電子鼻分析數(shù)據(jù)進行主成分和線性判別分析；未知化合物經(jīng)美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（national institute of standards and technology，NIST）11.0 譜庫相匹配，只有當(dāng)匹配度均＞80（最大值為100）的鑒定結(jié)果才予以確認(rèn)，利用Origin18.0進行分析。按峰面積歸一化法計算各物質(zhì)的相對含量。運用SPSS 22.0對香氣成分?jǐn)?shù)據(jù)進行聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同酒齡樣品的GC-MS分析

由表2可知，5種不同酒齡醬酒共檢查出52種揮發(fā)性成分，主要包括酯類15種、醇類16種、酸類7種、酮類4種、呋喃類3種、烷烴類3種以及其他物質(zhì)4種。其中JX1檢測出43種揮發(fā)性成分，JX2中檢測出47種，JX3檢測出47種，JX4檢測出47種，JX5檢測出46種。總體而言，隨著酒齡的增加，多數(shù)揮發(fā)性成分種類呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢。亞油酸乙酯為白酒中三大高級脂肪酸之一，為白酒空杯留香的主要成分[14]，對白酒的口感、風(fēng)味和穩(wěn)定性起到至關(guān)重要的作用。存儲液面比率大、日光、加熱以及酒精度等都能促進亞油酸乙酯的分解作用[15-16]。研究發(fā)現(xiàn)，僅在JX5中檢出亞油酸乙酯，這可能是由于JX5酒精度稍低，導(dǎo)致亞油酸乙酯溶解度下降析出。針對5種酒齡醬香型酒的GC-MS初步分析結(jié)果表明，不同酒齡的酒樣，所含揮發(fā)性物質(zhì)種類以及含量存在一定差異。

表2 不同酒齡醬香型白酒揮發(fā)性物質(zhì)GC-MS分析結(jié)果Table 2 Results of volatile substances in sauce-flavor Baijiu with different ages analyzed by GC-MS

續(xù)表

四甲基吡嗪是白酒中主要功能性成分之一，有研究表明，四甲基吡嗪需要通過微生物的代謝在酶的作用下產(chǎn)生前體物質(zhì)乙偶姻和氨，再進一步縮合反應(yīng)而成，且制曲階段高溫能明顯強化乙偶姻與銨鹽縮合產(chǎn)生四甲基吡嗪。本研究發(fā)現(xiàn)，隨著酒齡的增加，四甲基吡嗪的含量降低，但四甲基吡嗪的前體物質(zhì)乙偶姻含量增加[17-18]。這可能是由于隨著存儲時間的增加及氣候的變化，四甲基吡嗪又分解為乙偶姻與銨鹽等物質(zhì)。

為進一步探究酒齡酒與風(fēng)味物質(zhì)的關(guān)系，運用SPSS22.0對五批醬香型酒齡酒揮發(fā)性成分進行統(tǒng)計，結(jié)果表明丁酸乙酯、己酸乙酯、庚酸乙酯、戊酸乙酯、丁酸、戊酸、己酸、乙偶姻等揮發(fā)性成分與酒齡呈正比，而苯乙酸乙酯、2-甲基丙醇、2-甲基丁醇、呋喃、四甲基吡嗪等成分與酒齡呈負(fù)相關(guān)。

隨著酒齡的增加，酯類物質(zhì)含量總體呈上升趨勢，醇類物質(zhì)呈現(xiàn)波浪形變化趨勢，其中JX5醇類含量最少；酸類物質(zhì)總體呈上升趨勢，呋喃類成分則隨著酒齡的增加，呈現(xiàn)下降趨勢?？赡苁窃陉愥勥^程中，空氣緩慢進入陶壇，在陶壇表面發(fā)生接觸性催化氧化反應(yīng)，如醇類物質(zhì)被氧化成有機酸，導(dǎo)致醇香減少、酯香增加[19]。此外，有文獻(xiàn)報道：較高的氧初始濃度有利于提高陳釀過程中香氣化合物的濃度，也是導(dǎo)致就得陳年香氣更為明顯的一個原因[20]。

白酒的陳化是陳釀過程中新產(chǎn)生的所有香氣物質(zhì)和發(fā)生變化的原料香、曲香和發(fā)酵香的一種復(fù)合香[21]，綜上所述，陳化主要是酸酯平衡、風(fēng)味物質(zhì)相互作用、低沸點風(fēng)味物質(zhì)的揮發(fā)以及貯存容器表面活性中心參與等綜合作用的結(jié)果。

2.2 不同酒齡樣品的聚類分析

從不同酒齡酒揮發(fā)性成分的聚類結(jié)果分析可知（如圖1所示），5種酒齡的醬香酒總體可分為兩大類，JX1、JX2、JX3、JX4為一類，JX5為一類，且隨著酒齡的增加醬香型白酒的香氣成分種類和含量都發(fā)生了變化，其中第一大類又分為2小類：（1）JX4，（2）JX1、JX2、JX3；這表明酒齡為4年、7年和10年的樣品相關(guān)性較大，在揮發(fā)性成分構(gòu)成及相對含量上更為接近，但與酒齡為16年、18年的樣品相關(guān)性就略小，說明醬酒酒齡越接近，揮發(fā)性成分也就越接近，但在酒齡達(dá)到10年以上時，酒體中揮發(fā)性成分則出現(xiàn)較大的變化，呈現(xiàn)出典型特征。研究結(jié)果也表明聚類分析可以較好地對不同酒齡的醬香型白酒進行分類。

圖1 不同酒齡醬香型白酒揮發(fā)性成分的聚類分析樹狀圖Fig.1 Dendrogram of cluster analysis of volatile components in sauce-flavor Baijiu with different ages

2.3 不同酒齡樣品的主成分分析

2.3.1 電子鼻PCA降維處理

5種不同酒齡的醬酒電子鼻PCA及LDA結(jié)果見圖2。由圖2A可知，第一主成分方差貢獻(xiàn)率為98.29%，第二主成分方差貢獻(xiàn)率為1.34%，累計方差貢獻(xiàn)率99.63%，說明電子鼻對五個酒齡樣品揮發(fā)性成分的信息提取較為完整，而從相同酒齡的所有測定樣品點均落在相鄰的區(qū)域內(nèi)可知電子鼻檢測的區(qū)分度良好。同時，兩軸變化率大于99%，表示分析中無干擾成分，幾乎保留了所有原始信息，可進行有效分析。五個酒齡樣品在PC2軸差異不大，在PC1軸能區(qū)分開來。從各批樣品橢圓的距離來看，JX1與JX2氣味接近，JX3與JX4 氣味接近，JX5自成一類。可見不同儲存酒齡醬酒其揮發(fā)性成分存在差異，且差異主要體現(xiàn)在第一主成分上，與主成分分析結(jié)果相似。

圖2 不同酒齡醬香型白酒揮發(fā)性成分主成分分析（A）及線性判別分析（B）Fig.2 Principal component analysis (A),linear discriminant analysis (B)of volatile components in sauce-flavor Baijiu with different ages

通過SPSS22.0對5個不同酒齡10個傳感器的響應(yīng)值進行主成分分析，得出第一主成分和第二主成分的成分矩陣表，進而求得兩個主成分的表達(dá)公式：

（其中ZS1表示S1傳感器響應(yīng)值經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化處理后的結(jié)果，其他傳感器數(shù)值同樣經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化處理）

由第一表達(dá)式可知，傳感器W1C、W2W對第一主成分影響較大。結(jié)合表1各傳感器對應(yīng)的敏感物質(zhì)可知五個酒齡酒樣品中的有機硫化合物以及芳香成分含量存在明顯差異。

2.3.2 電子鼻LDA降維處理

LDA線性判別分析是在PCA分析后進行，對電子鼻傳感器所感應(yīng)的揮發(fā)性物質(zhì)的響應(yīng)信號進一步優(yōu)化處理，更好的將數(shù)據(jù)之間的差異性擴大，進而反映不同分析的差異情況，注重響應(yīng)值在空間的分布及距離分析[22-25]。如圖2B所示，判別式LD1和LD2的方差貢獻(xiàn)率分別為82.03%和14.75%，總方差貢獻(xiàn)率96.78%，較好的反應(yīng)了樣品的信息。5個酒齡的樣品沒有重疊，表明LDA可以對樣品進行有效區(qū)分。由圖2B可知，不同酒齡的醬酒樣品間區(qū)分效果良好，通過第一主成分就能夠區(qū)分，且樣品點相對于PCA降維處理方式，區(qū)分效果更為顯著。

3 結(jié)論

本研究從酒樣揮發(fā)性香氣成分的層面研究了不同酒齡醬香型白酒的差異，通過電子鼻以及GC-MS快速分析了5種不同酒齡的醬香型白酒。結(jié)果顯示：GC-MS從5種不同酒齡的醬香型白酒中共檢測出52種揮發(fā)性成分，主要包括酯類15種，醇類16，酸類7種，酮類4種，呋喃類3種，烷烴類3種，其他類4種。五種酒齡醬香型酒中揮發(fā)性成分種類和含量存在差異，其中JX1檢測出43種，JX2中檢測出47種，JX3檢測出47種，JX4檢測出47種，JX5檢測出46種。同時對酒樣的電子鼻分析數(shù)據(jù)進行主成分（PCA）和線性判別分析（LDA），結(jié)果顯示：不同酒齡的樣品沒有重疊，表明LDA與PCA分析均可以對樣品進行有效區(qū)分，但LDA數(shù)據(jù)降維分析方式相對于PCA分析方式，對不同酒齡樣品的區(qū)分效果更好。此外，研究初步證實對不同酒齡醬香型白酒揮發(fā)性成分種類的相對含量進行聚類分析（CA），可以對不同酒齡醬香型白酒揮發(fā)性氣味進行歸類。研究中發(fā)現(xiàn)且隨著酒齡則增加，酯類物質(zhì)含量呈先減少后增加趨勢，酸類物質(zhì)呈上升趨勢，呋喃類隨著酒齡的增加，上升趨勢明顯。

本課題采用電子鼻和氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)對5種不同酒齡的醬香型白酒的揮發(fā)性成分進行研究分析，該方法具有高效可靠、無毒無害、節(jié)省溶劑耗材等優(yōu)勢，檢測發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的效果較好，便于定量研究。為今后醬香酒酒齡鑒別方法和模型體系的建立打下研究基礎(chǔ)。