劉麗麗，楊 輝，荊 雄，徐 晨，張亞芳，閻宗科，祁耀華

（1.陜西科技大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，陜西 西安 710021；2.陜西西鳳酒股份有限公司，陜西 寶雞 721000）

白酒是以糧谷為原料，經(jīng)蒸煮、糖化、發(fā)酵、蒸餾而制成的蒸餾酒[1]。其制作工藝獨(dú)特，酒體別具一格，具有不可比擬的典型特質(zhì)[2]。新蒸餾的白酒常帶有刺激性氣味，入口辛辣酸澀，口感欠佳，需要經(jīng)過長時(shí)間的貯存老熟之后才會(huì)變得柔和、醇厚[3-4]。白酒常用的貯存容器有酒海、陶壇、不銹鋼罐等[5]，陶壇一直被白酒企業(yè)廣泛應(yīng)用，其透氣性及豐富的金屬離子可以促進(jìn)白酒酯化、氧化還原、縮合等反應(yīng)，促進(jìn)老熟；不銹鋼罐具有耐腐蝕、儲(chǔ)量大、損耗低等特點(diǎn)，但其透氣性差、不含可以促進(jìn)新酒老熟的金屬元素，酒體老熟速度緩慢；酒海是鳳香型白酒——西鳳酒專用貯存容器，其“醇香典雅、甘潤挺爽、諸味協(xié)調(diào)、尾凈悠長”和“不上頭、不干喉、回味愉快”的獨(dú)特風(fēng)格與酒海有著莫大的聯(lián)系[6]。酒海是用當(dāng)?shù)厍G條編制成簍，用血料、石灰制成黏膠，將其內(nèi)表面用麻紙裱糊百余層，最后再以雞蛋清、蜂蠟、菜籽油按順序涂抹后風(fēng)干。在貯存過程中酒海涂料中蛋白質(zhì)、氨基酸、有機(jī)酸和脂類等系列物質(zhì)會(huì)慢慢溶于酒中，與酒體中的物質(zhì)發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，使西鳳酒呈現(xiàn)出獨(dú)特的蜜香、杏仁香及“酒?！标愊?。

電子鼻是由化學(xué)傳感器和模式識(shí)別系統(tǒng)構(gòu)成，以檢測樣品的響應(yīng)信號(hào)值來綜合評(píng)價(jià)樣本信息，可以對(duì)樣品的香氣物質(zhì)和滋味信息進(jìn)行對(duì)比分析[7-8]。目前，電子鼻已經(jīng)廣泛應(yīng)用于果蔬[9]、果飲[10]、煙草[11]和酒類等食品領(lǐng)域，其中在酒類行業(yè)的應(yīng)用主要集中于品種辨別[12-13]、香型分析[14-15]、風(fēng)味分析[16-17]、酒齡辨別[18-20]、真?zhèn)舞b別[21]等方面。電子鼻在食品工業(yè)中的應(yīng)用克服了傳統(tǒng)人工品評(píng)時(shí)表現(xiàn)出的受主觀影響和重復(fù)性差的問題。

氣相色譜離子遷移譜（gas chromatography-ion mobility spectrometry，GC-IMS）是一種利用GC結(jié)合IMS對(duì)樣品中揮發(fā)性組分進(jìn)行快速檢測的技術(shù)[22]，該技術(shù)是基于復(fù)雜化合物組分經(jīng)過色譜柱分離后，離子化化合物在特定的電場中通過固定的距離（漂移管）所需的漂移時(shí)間不同實(shí)現(xiàn)[23]。本研究將電子鼻與GC-IMS技術(shù)相結(jié)合，對(duì)不同容器貯存鳳香型白酒風(fēng)味進(jìn)行研究，以期為鳳香型白酒老熟貯存工藝的開發(fā)提供一定的借鑒意義。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

2007年4月產(chǎn)鳳香型基酒混合均勻后分別封存于酒海、陶壇、不銹鋼罐容器中，于2019年3月取樣。酒樣編號(hào)：1號(hào)酒海貯酒，2號(hào)陶壇貯酒，3號(hào)不銹鋼罐貯酒，4號(hào)新產(chǎn)酒（2019年產(chǎn)），由陜西西鳳酒股份有限公司提供；氫氧化鈉（≥96%） 天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

PEN3電子鼻 德國AIRSENSE公司；FlavourSpec?GC-IMS 德國G.A.S公司；CTC-PAL自動(dòng)頂空進(jìn)樣 裝置 瑞士CTC Analytics公司；Phenom Pro X飛納掃描電鏡 復(fù)納科學(xué)儀器（上海）有限公司；pHS-25型 pH計(jì) 上海雷磁有限公司；精密酒精計(jì) 河北青縣燕河玻璃計(jì)器廠；101-3A電熱鼓風(fēng)干燥箱 北京科偉永興儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 電子鼻分析

移液槍吸取1 mL白酒樣品置于250 mL燒杯中，用量筒量取149 mL純凈水，加入到燒杯中，混合均勻后，雙層保鮮膜封口，室溫下靜置約2 min上機(jī)測試。

直接頂空吸氣法：直接將進(jìn)樣針頭插入含樣品的密封樣品杯中，電子鼻進(jìn)行測定（表1）。測定條件：采樣時(shí)間為1 s/組；傳感器自清洗時(shí)間為300 s；傳感器歸零時(shí)間為5 s；樣品準(zhǔn)備時(shí)間為5 s；進(jìn)樣流量為400 mL/min；分析采樣時(shí)間為60 s。每個(gè)樣品3 次平行實(shí)驗(yàn)。

表1 電子鼻傳感器性能Table 1 Electronic nose sensor performance

1.3.2 GC-IMS分析

取0.1 mL酒樣，加0.9 mL水稀釋，置于20 mL頂空瓶中待測，每個(gè)樣品做3個(gè)平行實(shí)驗(yàn)。

頂空進(jìn)樣條件：頂空孵化溫度60 ℃；孵育時(shí)間10 min；孵化轉(zhuǎn)速500 r/min；進(jìn)樣針溫度65 ℃；進(jìn)樣體積100.0 μL。

GC條件：色譜柱MXT-WAX（30 m×0.53 mm，1 μm）；柱溫60 ℃；載氣高純N2（純度≥99.99%）；初始流速2.0 mL/min保持2 min，在2～10 min內(nèi)線性增至10 mL/min，10～20 min內(nèi)線性增至100 mL/min，保持10 min。

IMS條件：漂移管長度9.8 cm；管內(nèi)線性電壓400 V/cm；溫度45 ℃；漂移氣流速150 mL/min（N2，純度≥99.99%）。

1.3.3 酒海內(nèi)壁結(jié)構(gòu)觀察

裁取貯酒前酒海內(nèi)壁、貯酒5個(gè)月后酒海內(nèi)壁，干燥后粘樣噴金鍍膜，于掃描電鏡下觀察、拍照。1

.3.4 樣品理化指標(biāo)測定

乙醇體積分?jǐn)?shù)依據(jù)GB 5009.225—2016《酒中乙醇濃度的測定》酒精計(jì)法進(jìn)行測定[24]；總酸、總酯、固形物依據(jù)GB/T 10345—2007《白酒分析方法》測定[25]。pH值用pH計(jì)進(jìn)行測定。測3 次平行后取平均值。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Minitab、Origin對(duì)電子鼻響應(yīng)值進(jìn)行主成分分析（principal components analysis，PCA）和雷達(dá)圖繪制。

GC-IMS數(shù)據(jù)分析：VOCal應(yīng)用軟件內(nèi)置的NIST數(shù)據(jù)庫和IMS數(shù)據(jù)庫可對(duì)物質(zhì)進(jìn)行定性定量分析；Reporter直接對(duì)比樣品之間的譜圖差異；Gallery Plot指紋圖譜對(duì)比，直觀且定量地比較不同樣品之間的揮發(fā)性有機(jī)物差異；Dynamic PCA動(dòng)態(tài)PCA和相似度分析圖，用于將樣品聚類分析和相似度分析，以及快速確定未知樣品的種類。面積歸一化法計(jì)算樣品中物質(zhì)相對(duì)含量，SPSS軟件進(jìn)行分析。

PCA是考察多個(gè)變量間相關(guān)性的一種多元統(tǒng)計(jì)方法，研究通過少數(shù)PC揭示多個(gè)變量間的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，即從原始變量中導(dǎo)出少數(shù)PC，作為新的綜合指標(biāo)，使它們盡可能多地保留原始變量的信息。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同容器貯存鳳香型白酒電子鼻分析

2.1.1 電子鼻PCA

從圖1可以看出，PC1、PC2的貢獻(xiàn)率分別為68.9%和23%，累計(jì)貢獻(xiàn)率為91.9%，說明該數(shù)據(jù)可以很好地反映樣品的整體信息。新產(chǎn)酒和不同容器貯酒之間相距較遠(yuǎn)，且3種容器貯酒間差距明顯，尤其是經(jīng)酒海貯酒明顯區(qū)別于其他2種。老熟是酒體香氣改善的一個(gè)重要工藝，且貯存容器對(duì)老熟過程中酒體感官的變化有不可或缺的作用，容器不同，作用不同[6]。

圖1 電子鼻PCAFig. 1 PCA analysis of electronic nose data

2.1.2 電子鼻雷達(dá)圖分析

從圖2可以看出，W5S、W1S、W1W、W2S四個(gè)傳感器對(duì)酒樣的響應(yīng)較高，其余6個(gè)傳感器響應(yīng)較低，各酒樣間差異不明顯。新產(chǎn)酒在W5S、W1S、W1W、W2S四個(gè)傳感器響應(yīng)最高，說明其中氮氧化合物、甲烷等短鏈烷烴、無機(jī)硫化物和乙醇等芳香化合物含量較高，這是由于新產(chǎn)酒中常含有一些易揮發(fā)的物質(zhì)，如甲醇、含硫化合物等，同時(shí)各化合物之間沒有達(dá)到平衡穩(wěn)定的狀態(tài)，導(dǎo)致新產(chǎn)酒的口感和香氣較差。經(jīng)貯存后的酒樣中這些物質(zhì)含量有所下降，響應(yīng)值較低，尤其是經(jīng)酒海貯酒樣響應(yīng)最低，說明酒樣經(jīng)酒海貯存可以加快這些物質(zhì)的揮發(fā)及反應(yīng)，改善酒體風(fēng)味。

圖2 電子鼻雷達(dá)圖Fig. 2 Radar chart of electronic nose data

2.2 不同容器貯存鳳香型白酒GC-IMS分析

2.2.1 GC-IMS二維譜分析

如圖3所示，反應(yīng)離子峰兩側(cè)的每一個(gè)點(diǎn)代表一種揮發(fā)性有機(jī)物。白色表示濃度較低，紅色表示濃度較高，顏色越深表示濃度越大。4個(gè)酒樣中的揮發(fā)性物質(zhì)通過GC-IMS得到很好分離，可以直觀地看出其間的差異。反應(yīng)離子峰右側(cè)有一明顯的紅色豎線，此為乙醇峰[26]，因酒樣中乙醇含量高，故此峰有拖尾現(xiàn)象。

圖3 GC-IMS二維譜圖Fig. 3 Two-dimensional GC-IMS spectra

2.2.2 GC-IMS差異譜圖分析

為了更好地反映不同樣品間揮發(fā)性成分的含量差別，以新產(chǎn)酒為參比，利用設(shè)備自帶的Reporter插件繪制樣品間的差異圖譜，其余譜圖扣除新產(chǎn)酒樣品的信號(hào)峰，得到其他樣品與新產(chǎn)酒之間的差異譜圖，如圖4所示。圖中藍(lán)色區(qū)域說明該物質(zhì)在此樣品中較參比低，紅色區(qū)域說明該物質(zhì)較參比多，顏色越深，差異越大。與新產(chǎn)酒相比，陶壇、不銹鋼罐貯酒的差異圖譜相似，與酒海貯酒的差別較大，說明貯存容器對(duì)酒體老熟過程中揮發(fā)性成分變化具有不同的影響，驗(yàn)證了不同貯酒容器對(duì)白酒老熟的促進(jìn)作用不同[27]，且陶壇、不銹鋼罐的作用相似，而酒海的作用區(qū)別于陶壇與不銹鋼罐。

圖4 GC-IMS差異譜圖Fig. 4 Differential GC-IMS spectra

2.2.3 揮發(fā)性物質(zhì)分析

通過GC-IMS內(nèi)置的NIST數(shù)據(jù)庫和IMS數(shù)據(jù)庫對(duì)酒樣中的揮發(fā)性成分進(jìn)行定性分析，在4 類酒樣中共檢測出66種揮發(fā)性成分，定性46種，其中有6種揮發(fā)性成分的含量較高，在分離時(shí)不但有單體的存在，還產(chǎn)生二聚體，如表2所示。定性的46種揮發(fā)性成分包括酯類物質(zhì)23種、醛類8種、酮類6種、醇類6種、酸類1種及其他類2種。白酒的主要揮發(fā)性成分為酯類、酸類、醇類、醛類等，其中2,6-二甲基-4-庚酮、γ-丁內(nèi)酯、甲硫基丙醛、二丙基硫醚等物質(zhì)，在白酒中是首次檢出?？赡苁怯捎贗MS對(duì)如氨基、巰基、鹵素基團(tuán)以及含不飽和鍵結(jié)構(gòu)的醛、酮、醚等有機(jī)化合物和芳香族化合物具有高靈敏度。

表2 酒樣中檢測出的揮發(fā)性成分及其相對(duì)含量Table 2 Volatile components and their relative contents detected in Baijiu samples

為了進(jìn)一步比較不同容器貯酒中揮發(fā)性成分之間的差異，通過GC-IMS自帶的Gallery Plot軟件繪制指紋圖譜，結(jié)果如圖5所示。每個(gè)樣品平行測定3 次，顏色越深表示峰強(qiáng)度越大，含量越高。從指紋圖譜中可直觀地發(fā)現(xiàn)不同樣品間揮發(fā)性物質(zhì)的差異。

圖5 GC-IMS指紋圖譜Fig. 5 GC-IMS fingerprint

從表2、圖5可以看出，經(jīng)過貯存的酒樣，其揮發(fā)性成分與新產(chǎn)酒有明顯差別（主要集中在A區(qū)域），主要有己醇、丁醇、己酸丁酯、己酸丙酯、丁酸丁酯、己酸甲酯、乙酸丁酯、乙酸丙酯、2-戊酮、丙酮、戊醛以及6種未定性物質(zhì)，貯酒樣中含量都明顯降低，這與濃香型白酒的變化規(guī)律相似[30]；且不同容器貯酒中這幾類物質(zhì)含量相近，如己酸丁酯，在新產(chǎn)酒中相對(duì)含量為0.45%，不同容器貯酒中相對(duì)分別為0.28%、0.21%、0.26%。同時(shí)，3-甲基丁醛、2,6-二甲基-4-庚酮、雙乙酰、丁酮、異戊醇、異丁醇在貯酒樣含量相近，且較新產(chǎn)酒高。不銹鋼罐、陶壇、酒海貯酒之間也有明顯差異，集中在B、C區(qū)域，不銹鋼罐、陶壇貯酒中甲酸乙酯、異丁酸乙酯、丙酸乙酯、3-甲基丁酸乙酯、雙乙酰、1-丙醇等物質(zhì)的相對(duì)含量較高，而乙酸庚酯、乙酸異戊酯、乙酸異丁酯、辛酸乙酯、己醛、2-庚酮、異丙醇、異戊烷、二丙基硫醚等物質(zhì)在酒海貯酒中相對(duì)含量較高。青草香的己醛、梨香的2-庚酮、木香的異丙醇在陶壇、不銹鋼罐貯酒中相對(duì)含量與新產(chǎn)酒相差不大，分別為0.02%～0.03%、0.02%～0.03%、0.05%～0.07%，而在酒海貯酒中分別為0.16%、0.07%、0.26%；低濃度下具有蔬菜青香，高濃度下為特殊臭味的二丙基硫醚[29]相對(duì)含量更是由0.16%增加至0.86%，這幾種風(fēng)味物質(zhì)可能是導(dǎo)致酒海貯酒不同于其他容器貯酒風(fēng)格的關(guān)鍵。

2.2.4 樣品聚類分析

從圖6可以看出，貯存后酒樣可明顯區(qū)分于新產(chǎn)酒，說明貯存老熟過程中，酒體會(huì)發(fā)生明顯變化，但不同容器貯酒間也有明顯差別，其中，陶壇與不銹鋼罐貯酒之間的距離最近，說明兩者的相似度最高，酒海貯酒與其他兩者之間的距離較遠(yuǎn)，酒體風(fēng)格迥然不同，這一結(jié)論與電子鼻和GC-IMS差異譜圖結(jié)果一致。

圖6 樣品的最近鄰-歐氏距離圖Fig. 6 Nearest neighbor-Euclidean distance diagram of Baijiu samples

2.3 貯酒器對(duì)其酒樣成分差異性的影響

從圖6可以看出，揮發(fā)性物質(zhì)含量順序：新產(chǎn)酒＞不銹鋼罐貯酒＞陶壇貯酒＞酒海貯酒。不銹鋼屬于金屬晶體，其致密性高；陶壇為硅酸鹽燒結(jié)而成，其中分布著細(xì)小的空隙，具有一定的透氣性；而酒海為植物荊條編制而成，內(nèi)壁涂有生石灰、蛋清、蜂蠟和菜油等組成的內(nèi)涂層，貯酒過程生石灰溶解、蛋清分解以及蜂蠟菜油中有機(jī)酸的遷移使酒海內(nèi)壁透氣性隨貯酒時(shí)間的延長越來越強(qiáng)。透氣性強(qiáng)可以增加酒體中的溶解氧含量，而溶解氧是影響物質(zhì)水解和氧化反應(yīng)的關(guān)鍵性因素[5]，透氣性不同也可能是導(dǎo)致不同容器貯酒間風(fēng)格不同的原因。如圖7所示，表明貯酒后酒海內(nèi)壁的透氣性大大增強(qiáng)。

圖7 酒海內(nèi)壁涂層表面形貌（×200）Fig. 7 Surface morphology of the inner wall coating of Jiuhai (× 200)

分析圖5中不同容器貯酒成分的差異發(fā)現(xiàn)，陶壇和不銹鋼罐貯酒中含量較高的成分大部分分子質(zhì)量較小，且分子中含有較小非極性基團(tuán)的物質(zhì)，其極性較大，依據(jù)相似相溶規(guī)律，在高乙醇體積分?jǐn)?shù)酒（極性小）中溶解度較小，其揮發(fā)性較強(qiáng)。表3表明酒海貯酒的乙醇體積分?jǐn)?shù)最高（極性最?。?，而酒海的透氣性強(qiáng)，因此，在酒海貯酒中這些分子質(zhì)量較小的物質(zhì)揮發(fā)損失大，因而含量少，而那些分子質(zhì)量大，分子中含有較大非極性基團(tuán)的物質(zhì)，其極性小，在高度酒中溶解度大，揮發(fā)性小，在酒海貯酒中含量較高，因此，物質(zhì)的揮發(fā)性或極性是影響不同貯酒成分差異的主要因素之一。

表3 酒樣理化指標(biāo)Table 3 Physiochemical indexes of Baijiu samples

不同容器貯酒總酸、總酯、固形物、pH值指標(biāo)的變化與GC-IMS、電子鼻結(jié)果類似。陶壇、不銹鋼罐貯酒的指標(biāo)相似，而酒海貯酒具有獨(dú)特性，一是總酸最低，與新產(chǎn)酒相比降低了近50%，與王科岐[31]的研究結(jié)果相似，這可能與酒海內(nèi)壁涂層中含血料和石灰粉等堿性物質(zhì)有關(guān)；也可能是由于酒海透氣性較強(qiáng)，導(dǎo)致酒樣中揮發(fā)性酸類物質(zhì)揮發(fā)所致；也可能醇酸酯化反應(yīng)生成酯的速度高于其他貯存容器，從而使總酸降低。二是可溶性固形物最高，增加了近6 倍，可溶性固形物主要來源于酒海內(nèi)壁涂層的可溶物[1]，其成分還有待研究，可能是這些可溶物與酒體中的物質(zhì)形成了絡(luò)合物或者是聚合物。三是乙醇體積分?jǐn)?shù)高，酒海內(nèi)壁涂層所用的血料是一種蛋白膠質(zhì)鹽，與乙醇可形成半滲透薄膜，對(duì)乙醇體積分?jǐn)?shù)30%以上的酒體有良好的隔絕作用[5]。四是pH值較高，這與酒海內(nèi)壁涂層中含有堿性物質(zhì)-生石灰有關(guān)，生石灰和水反應(yīng)形成氫氧化鈣，中和酒中的有機(jī)酸使總酸降低，pH值升高；張忠茂等[32]研究發(fā)現(xiàn)：一些高級(jí)脂肪酸酯在強(qiáng)酸性有機(jī)酸的影響下發(fā)生取代反應(yīng)，逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榈吞荚訑?shù)的脂肪酸酯，貯存后的鳳香型白酒中高級(jí)脂肪酸酯含量較高[30]，可能與其pH值有關(guān)。

3 結(jié) 論

將GC-IMS與電子鼻技術(shù)相結(jié)合用于貯酒容器對(duì)鳳香型白酒香氣成分的影響研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)新產(chǎn)酒與貯存后酒樣中揮發(fā)性成分含量及理化指標(biāo)存在顯著差別，陶壇與不銹鋼罐貯酒間具有化合物種類和含量相似性，而酒海貯酒香氣具有獨(dú)特性。GC-IMS分析的4 類酒樣中共檢測出66種揮發(fā)性成分，包括酯類物質(zhì)23種、醛類8種、酮類6種、醇類6種、酸類1種、其他類2種。通過對(duì)比4 類酒樣的GC-IMS指紋圖譜，并采用鄰近算法分析發(fā)現(xiàn)，不銹鋼罐和陶壇貯酒中揮發(fā)性成分含量相近，乙醇酯類、雙乙酰、1-丙醇等物質(zhì)的含量較酒海貯酒中的高，而酒海貯酒中的高級(jí)醇酯類、醛酮類等物質(zhì)的含量較高，同時(shí)，酒海貯酒還具有最低總酸質(zhì)量濃度，最高可溶性固形物質(zhì)量濃度、乙醇體積分?jǐn)?shù)及pH值，顯示酒海貯存的獨(dú)特性。

總之，3種貯酒容器貯酒化學(xué)成分存在明顯差異性，而白酒中還大量存在非揮發(fā)性物質(zhì)，它們與揮發(fā)性物質(zhì)一起構(gòu)建各種白酒的獨(dú)特性和差異性，因此后續(xù)還需進(jìn)一步分析不同貯酒中非揮發(fā)性物質(zhì)的種類和含量，結(jié)合本研究結(jié)果更好闡明不同貯酒器對(duì)貯酒差異性的影響。