李歡歡，余麗娜，雷 婷，湯尚文，盧 敏，劉忠軍，范文瑩

（1.湖北文理學(xué)院 食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院·化學(xué)工程學(xué)院，湖北 襄陽(yáng) 441053；2.湖北省石花釀酒股份有限公司，湖北 襄陽(yáng) 441075）

中國(guó)白酒與白蘭地、威士忌、伏特加、朗姆酒和金酒并稱為六大世界著名蒸餾酒，也是獨(dú)具中國(guó)特色釀造工藝的蒸餾酒，其風(fēng)味品質(zhì)與地理環(huán)境、發(fā)酵原料、工藝操作密不可分，極具地域特色，體現(xiàn)了中國(guó)白酒“天人合一”的釀造真諦[1-3]。湖北省石花釀酒股份有限公司坐落在聞名遐邇的千年古鎮(zhèn)——石花鎮(zhèn)，其前身是清朝同治九年（公元1870年）創(chuàng)立的“石花街黃公順酒館”，已有百年歷史，主打清香型、濃香型和生態(tài)三香型白酒系列[4]。清香型白酒屬大曲酒類，清蒸清糟釀造工藝、固態(tài)地缸發(fā)酵，具有入口綿、落口甜、香氣清正、余味爽凈的特點(diǎn)；濃香型白酒主要以高粱為發(fā)酵原料，采用混蒸續(xù)渣工藝及陳年老窖發(fā)酵制得，具有芳香濃郁、綿柔甘冽、香味協(xié)調(diào)、入口甜、落口綿、尾凈余長(zhǎng)等特點(diǎn)；生態(tài)三香型白酒以多種糧食為原料，具有馥郁香型，融合了清香、濃香、醬香型白酒的生產(chǎn)工藝關(guān)鍵技術(shù)，具有無(wú)色透明，芳香幽雅，三香融合，醇厚綿柔，豐滿圓潤(rùn)，甘冽爽凈，諸位協(xié)調(diào)的特點(diǎn)[5-8]。

白酒作為傳統(tǒng)行業(yè)，在生產(chǎn)與質(zhì)量控制等諸多環(huán)節(jié)憑靠經(jīng)驗(yàn)，缺乏科學(xué)系統(tǒng)的質(zhì)量評(píng)價(jià)體系[9]。已有研究表明白酒的風(fēng)味與其微量成分組成及量比有密切關(guān)系，繪制具有專一性和代表性的白酒風(fēng)味特征指紋圖譜，對(duì)白酒鑒定和質(zhì)量控制具有科學(xué)意義[10-11]。目前，白酒中揮發(fā)性風(fēng)味成分分析主要采用氣相色譜-氫火焰離子化檢測(cè)器（gas chromatography-flame ionization detector，GC-FID）、氣相色譜-質(zhì)譜（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）、氣相色譜-嗅聞法（gas chromatography-olfactometry，GC-O）等，可以對(duì)白酒中常見的揮發(fā)性風(fēng)味成分進(jìn)行檢測(cè)，其中質(zhì)譜檢測(cè)器可以對(duì)未知成分進(jìn)行譜庫(kù)檢索定性。氣相色譜-離子遷移譜（gas chromatography-ion mobility spectroscopy，GC-IMS）技術(shù)[12-13]是一種新興出現(xiàn)的揮發(fā)性成分檢測(cè)技術(shù)，將氣相色譜高效的分離能力和離子遷移譜快速的響應(yīng)優(yōu)勢(shì)合二為一，可得到保留時(shí)間、漂移時(shí)間、信號(hào)強(qiáng)度的三維譜圖，提高定性分析準(zhǔn)確度。與常用的GC-MS相比，具有操作簡(jiǎn)便高效、無(wú)需復(fù)雜樣品前處理、運(yùn)行成本低等優(yōu)勢(shì)，可以實(shí)現(xiàn)快速檢測(cè)及現(xiàn)場(chǎng)分析。目前，氣相色譜-離子遷移譜在揮發(fā)性風(fēng)味成分分析領(lǐng)域廣受國(guó)內(nèi)外青睞，如植物油鑒別及摻假檢測(cè)[14-16]、菌類及菌湯風(fēng)味成分分析[17-19]、酒類發(fā)酵過(guò)程中風(fēng)味的變化[20-22]、調(diào)味品風(fēng)味物質(zhì)的檢測(cè)分析[23-25]、肉類腌制過(guò)程中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的變化[26-28]、果蔬在貯藏過(guò)程中風(fēng)味化合物的分析檢測(cè)[17，29]等。

基于此，本研究采用氣相色譜-離子遷移譜方法對(duì)石花白酒中的揮發(fā)性風(fēng)味成分進(jìn)行定性定量分析，通過(guò)繪制白酒風(fēng)味指紋圖譜對(duì)比不同香型白酒樣品及香型內(nèi)不同品種白酒樣品之間的揮發(fā)性成分組成及含量差異，并利用主成分分析（principal component analysis，PCA）法對(duì)石花白酒樣品進(jìn)行聚類分析（cluster analysis，CA），為石花白酒品質(zhì)分析及真?zhèn)舞b定提供科學(xué)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

白酒樣品均來(lái)自湖北石花釀酒股份有限公司的幾款典型暢銷白酒，囊括濃香型（綿柔三品（編號(hào)NX1，酒精度42%vol）、盛世經(jīng)典（編號(hào)NX2，酒精度42%vol））、清香型（小霸王醉（編號(hào)QX1，酒精度60%vol）、習(xí)襄侯博思518（編號(hào)QX2，酒精度51.8%vol）、習(xí)襄侯觀想618（編號(hào)QX3，酒精度601.8%vol））和生態(tài)三香型（生態(tài)三香1979（編號(hào)SX1，酒精度42%vol）、生態(tài)三香1953（編號(hào)SX2，酒精度52%vol）），每類白酒樣品平行進(jìn)樣3次。

1.2 儀器與設(shè)備

1.3 方法

1.3.1 白酒揮發(fā)性風(fēng)味成分分析

白酒揮發(fā)性風(fēng)味成分分析采用氣相色譜-離子遷移譜法。

白酒樣品預(yù)處理：移取1.00 mL白酒樣品，置于20 mL頂空進(jìn)樣瓶中，壓蓋密封。每種白酒樣品均取3份進(jìn)行平行實(shí)驗(yàn)。

自動(dòng)頂空進(jìn)樣條件：孵育溫度60℃；孵化轉(zhuǎn)速500r/min；孵育時(shí)間10 min；進(jìn)樣針溫度85 ℃；進(jìn)樣體積100 μL，填充速度200 μL/s，進(jìn)樣速度150 μL/s。

氣相色譜-離子遷移譜條件：WAX色譜柱（30m×0.53mm，1 μm）；柱溫60 ℃；載氣/漂移氣為高純氮?dú)猓∟2）（純度≥99.99%）；IMS溫度45 ℃；離子傳輸管載氣流速350 mL/min，色譜柱載氣流速30 mL/min，分析時(shí)間30 min。

定性分析方法：通過(guò)保留時(shí)間/遷移時(shí)間對(duì)石花白酒揮發(fā)性風(fēng)味成分進(jìn)行定性。采用美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所（national instituteof standard and technology，NIST）數(shù)據(jù)庫(kù)和信息管理系統(tǒng)（information management system，IMS）數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行比對(duì)定性。

1.3.2 數(shù)據(jù)處理

采用實(shí)驗(yàn)室分析瀏覽器（laboratory analytical viewer，LAV）內(nèi)置的主成分分析程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 石花白酒樣品揮發(fā)性風(fēng)味成分氣相色譜-離子遷移譜分析

利用LAV分析軟件中的Reporter插件得到不同白酒風(fēng)味成分氣相色譜-離子遷移譜三維立體譜圖（X/Y/Z，保留時(shí)間/遷移時(shí)間/信號(hào)強(qiáng)度），結(jié)果見圖1。由圖1可知，清香型白酒的風(fēng)味物質(zhì)譜圖與濃香型和生態(tài)三香型白酒存在明顯差異，清香型白酒的離子峰明顯少于濃香型和生態(tài)三香型白酒，且峰顏色相對(duì)較淺。而濃香型白酒和生態(tài)三香型白酒的三維譜圖較難觀察區(qū)別。

圖1 不同白酒樣品中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的氣相色譜-離子遷移譜三維譜圖Fig.1 Three-dimensional spectrum of gas chromatography-ion mobility spectrometry of volatile flavor compounds in different Baijiu samples

利用Reporter插件將白酒樣品氣相色譜-離子遷移譜轉(zhuǎn)化為二維平面俯視圖（X/Y，保留時(shí)間/遷移時(shí)間，顏色深淺代表信號(hào)強(qiáng)弱）見圖2。由圖2可知，QX1、QX2和QX3三種清香型白酒樣品的氣相色譜-離子遷移譜相似，但是QX2白酒樣品在保留時(shí)間/遷移時(shí)間480 s/1.7 ms處的物質(zhì)離子峰含量明顯高于QX1和QX3。SX1、SX2、NX1與NX2四種生態(tài)三香型和濃香型白酒樣品的氣相色譜-離子遷移譜較為相似，存在細(xì)微區(qū)別。

圖2 不同白酒樣品中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的氣相色譜-離子遷移二維譜圖Fig.2 Two-dimensional spectrum of gas chromatography-ion mobility spectrometry of volatile flavor compounds in different Baijiu samples

采用Reporter插件的差異對(duì)比模式，選取QX1白酒樣品作為參比，其他白酒樣品的譜圖扣減參比，得到差異對(duì)比圖（白色代表樣品中的揮發(fā)性風(fēng)味成分與參比含量一致，藍(lán)色代表樣品中的揮發(fā)性風(fēng)味成分低于參比，紅色代表樣品中的揮發(fā)性風(fēng)味成分高于參比），結(jié)果見圖3。

圖3 不同白酒樣品中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的氣相色譜-離子遷移譜差異圖Fig.3 Difference plots of gas chromatography-ion mobility spectrometry of volatile flavor compounds in different Baijiu samples

由圖3可知，QX2和QX3白酒樣品經(jīng)過(guò)QX1白酒樣品背景扣除后，差異圖接近白色，說(shuō)明清香型白酒風(fēng)味成分組成及含量相似。觀察清香型白酒的差異對(duì)比，可以直觀觀察QX1、QX3白酒樣品在480 s/1.1 ms和480 s/1.7 ms處物質(zhì)離子峰含量分別比QX2白酒樣品較高和較低，QX1白酒樣品在保留時(shí)間150～350 s范圍內(nèi)的離子峰種類與含量與QX2白酒樣品接近、與QX3白酒樣品差別明顯。生態(tài)三香型白酒和濃香型白酒檢出離子峰較多，且差異譜圖相似，需要對(duì)組分進(jìn)行定性定量以明確差異。

2.2 石花白酒揮發(fā)性風(fēng)味成分定性分析

通過(guò)保留時(shí)間/遷移時(shí)間對(duì)石花白酒揮發(fā)性風(fēng)味成分進(jìn)行定性，通過(guò)比對(duì)GC×IMS Library Search分析軟件內(nèi)置2014 NIST數(shù)據(jù)庫(kù)和IMS數(shù)據(jù)庫(kù)，確定風(fēng)味成分信息，結(jié)果見表1。由表1可知，石花品牌的7種白酒共檢出165種離子峰，通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)比對(duì)定性，共確定18種已知揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，包括酯類化合物5種、醛類化合物6種、酮類化合物3種、醇類化合物2種、酸類化合物1種和呋喃類化合物1種。

表1 不同白酒樣品中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)氣相色譜離子遷移譜圖定性結(jié)果Table 1 Qualitative results of gas chromatography-ion migration spectrometry of volatile flavor compounds in different Baijiu samples

2.3 石花白酒揮發(fā)性有機(jī)物指紋圖譜對(duì)比

不同香型白酒的揮發(fā)性有機(jī)物種類類似，但濃度比例各不相同，因此每種白酒有其特有的指紋譜圖，可以根據(jù)揮發(fā)性物質(zhì)特征圖譜用于石花白酒的品類區(qū)分和真?zhèn)舞b定。通過(guò)Gallery Plot插件對(duì)七種白酒的揮發(fā)性風(fēng)味成分譜峰進(jìn)行重構(gòu)，繪制指紋圖譜，結(jié)果見圖4。

圖4 氣相色譜離子遷移譜圖中選取的揮發(fā)性風(fēng)味成分Gallery Plot圖及局部放大圖Fig.4 Gallery plot and local enlarged plot of volatile flavor compounds selected from gas chromatography-ion migration spectrometry

由圖4可知，七種白酒樣品各有其獨(dú)特的風(fēng)味指紋圖譜，清香型白酒風(fēng)味指紋圖譜相似，生態(tài)三香型和濃香型白酒指紋圖譜相似，清香型與生態(tài)三香型、濃香型白酒的風(fēng)味指紋圖譜在A區(qū)和C區(qū)有明顯區(qū)別。七種白酒樣品均具有B區(qū)的風(fēng)味物質(zhì)，含量略有差別，共有的風(fēng)味物質(zhì)是乳酸乙酯、丙醛和具有水果香氣的乙酸乙酯。

清香型白酒風(fēng)味物質(zhì)相對(duì)較少，特征風(fēng)味物質(zhì)集中在A區(qū)，以丙烯醛、乙酸異丁酯、4-甲基-2-戊酮和異丁醇為主；生態(tài)三香型、濃香型白酒特征風(fēng)味物質(zhì)集中在C區(qū)，以乙酸丁酯、（E,E）-2,4-庚二烯醛、辛酸乙酯、2-辛酮、乙酸、2-乙基呋喃、戊醛、2-丁酮、辛醛、糠醛為主。這些特征風(fēng)味成分可用于石花白酒香型的分類區(qū)分。

QX1、QX2和QX3三種清香型白酒樣品在H區(qū)具有類似的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，即異丁醇，且含量接近；QX1、QX2和QX3三種清香型白酒樣品在D～G區(qū)的揮發(fā)性風(fēng)味成分各有不同。QX1白酒獨(dú)具D區(qū)的丙烯醛和具有香蕉果香的乙酸異丁酯，含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于QX2和QX3白酒樣品；QX1和QX2白酒樣品均具有E區(qū)的4-甲基-2-戊酮，而QX3白酒樣品的含量較低，據(jù)此可用于這三種清香型白酒的分類區(qū)分。

生態(tài)三香型白酒和濃香型白酒風(fēng)味成分較多，且均具有乙酸丁酯和辛酸乙酯，但也存在種類及含量的特征差異，（E,E）-2,4-庚二烯醛是生態(tài)三香型白酒的特征風(fēng)味物質(zhì)，可用于與清香型白酒和濃香型白酒的區(qū)別鑒別。SX1白酒樣品中2-丁酮、辛醛和糠醛的含量較高，SX2白酒樣品中乙酸、2-乙基呋喃含量較高，NX1白酒樣品中2-辛酮含量較高，據(jù)此可用于這四種生態(tài)三香型和濃香型白酒的分類區(qū)分。

2.4 石花白酒樣品基于揮發(fā)性風(fēng)味成分的主成分分析

利用LAV軟件的PCA分析插件對(duì)七種石花白酒樣品的揮發(fā)性風(fēng)味成分分析結(jié)果進(jìn)行主成分分析，結(jié)果見圖5。

圖5 不同白酒樣品揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)主成分分析結(jié)果Fig.5 Principal component analysis results of different Baijiu samples based on volatile flavor compounds

由圖5可知，PC1（68%）與PC2（10%）的累計(jì)方差貢獻(xiàn)率為78%，說(shuō)明降維時(shí)保留了揮發(fā)性風(fēng)味成分的主要有效信息。結(jié)果表明，前三組與后四組差異明顯，七種樣品中前三組聚集在一起（分別是QX1、QX2、QX3三種清香型白酒樣品），后四組聚集在一起（分別是NX1、NX2兩種濃香型白酒樣品和SX1、SX2兩種生態(tài)三香型白酒樣品）。說(shuō)明前三種清香型白酒樣品的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)種類相似，兩種濃香型白酒樣品和兩種生態(tài)三香型白酒樣品的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)種類相似，而清香型白酒樣品與后濃香型和生態(tài)三香型白酒樣品相隔較遠(yuǎn)，體現(xiàn)出明顯的風(fēng)味成分差異性。

3 結(jié)論

本研究利用氣相色譜-離子遷移譜技術(shù)對(duì)石花白酒樣品的揮發(fā)性風(fēng)味成分進(jìn)行定性定量分析。七種典型石花白酒樣品共檢索出165種揮發(fā)性物質(zhì)的離子峰，經(jīng)數(shù)據(jù)庫(kù)檢索確定18種揮發(fā)性風(fēng)味成分，以酯類、醛類、酮類等風(fēng)味成分為主，這些揮發(fā)性風(fēng)味化合物共同構(gòu)成了7種白酒的特征風(fēng)味。通過(guò)Gallery Plot圖對(duì)比和PCA可知，清香型三種白酒風(fēng)味相似，濃香型和生態(tài)三香型四種白酒風(fēng)味相似。七種石花白酒均含有乳酸乙酯、丙醛和乙酸乙酯，清香型白酒具有丙烯醛、乙酸異丁酯、4-甲基-2-戊酮和異丁醇等特征風(fēng)味成分，生態(tài)三香型、濃香型白酒具有乙酸丁酯、（E,E）-2,4-庚二烯醛、辛酸乙酯、2-辛酮、乙酸、2-乙基呋喃、戊醛、2-丁酮、辛醛、糠醛等特征風(fēng)味成分，其中（E,E）-2,4-庚二烯醛是生態(tài)三香型白酒特有的特征風(fēng)味成分，可根據(jù)特征風(fēng)味信息對(duì)白酒香型進(jìn)行鑒定。不僅石花白酒香型間有明顯差異，每種石花白酒也各自具有其特征風(fēng)味物質(zhì)，可作為特征標(biāo)記物質(zhì)用于區(qū)分其他白酒，本研究可對(duì)不同香型石花白酒、同一香型不同品種石花白酒進(jìn)行分類鑒定，對(duì)控制白酒品質(zhì)和真?zhèn)舞b定提供科學(xué)依據(jù)。