吳慧珠, 耿曉杰, 朱 琳, 鄭福平,*, 王新磊, 李 晴,李賀賀, 孫寶國(guó), 李澤霞, 張煜行, 佟 毅

(1.北京工商大學(xué) 食品質(zhì)量與安全北京實(shí)驗(yàn)室/中國(guó)輕工業(yè)酒類品質(zhì)與安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100048;2.河北衡水老白干酒業(yè)股份有限公司,河北 衡水 053000;3.玉米深加工國(guó)家工程研究中心 吉林中糧生化有限公司,吉林 長(zhǎng)春 130033)

白酒是中國(guó)傳統(tǒng)的蒸餾酒,歷經(jīng)2 000多年的傳承與發(fā)展,形成了自己獨(dú)特的風(fēng)格特征,與白蘭地、威士忌、伏特加、朗姆酒及金酒齊稱為世界六大蒸餾酒[1]。其生產(chǎn)通常單獨(dú)用高粱或高粱混合玉米、大米、小麥、豌豆、小米等原料[2],加入大曲、小曲、麩曲等進(jìn)行糖化發(fā)酵,產(chǎn)生乙醇和其他風(fēng)味成分。發(fā)酵后的混合物在固態(tài)條件下蒸餾產(chǎn)生白酒原酒,原酒需經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的貯存進(jìn)行老熟,在此期間白酒的多種復(fù)合香氣逐漸形成[3],待其老熟后再經(jīng)勾兌、裝瓶的步驟即生產(chǎn)結(jié)束。

貯存是使白酒原酒不愉快的新酒味減少、酒體趨向協(xié)調(diào)、酒味變得柔和的重要生產(chǎn)階段[4]。目前,原酒的貯存環(huán)境主要有露天、庫(kù)房、地窖及山洞等。Zhu等[5]發(fā)現(xiàn)白酒在庫(kù)房貯存1年過(guò)程中水果、花香、蜂蜜和奶酪的香氣增強(qiáng),而腌菜、谷物和酒精的香氣減弱,大部分揮發(fā)性風(fēng)味成分的含量在同一時(shí)間增加,壬醛、乙酸苯乙酯、苯甲酸乙酯、4-乙基愈創(chuàng)木酚、丙醇和3-甲基-1-丁醇在庫(kù)房貯存365 d后含量下降。露天貯存的特點(diǎn)是貯存溫度隨季節(jié)和晝夜變化較大,這些特點(diǎn)在中國(guó)西北地區(qū)尤為顯著。黎賢淑等[6]對(duì)新疆伊犁肖爾布拉克白酒進(jìn)行露天貯存研究,當(dāng)?shù)叵募景滋熳罡邷囟瓤蛇_(dá)38 ℃左右、冬季最低在零下27 ℃左右,其研究結(jié)果證明,露天貯存6個(gè)月的白酒相當(dāng)于室內(nèi)貯存2年白酒的酒質(zhì),即露天貯存可以縮短老熟時(shí)間,提高白酒質(zhì)量。洞藏貯酒的特點(diǎn)是環(huán)境的溫濕度相對(duì)恒定。吳昊等[7]對(duì)白酒原酒分別進(jìn)行洞藏和庫(kù)房貯存,結(jié)果顯示,洞藏樣品品評(píng)得分高于庫(kù)房貯存樣品,洞藏貯存時(shí)原酒優(yōu)雅細(xì)膩的口感大幅提升。庫(kù)房貯存即室溫下貯存,其特點(diǎn)是貯存溫度隨自然季節(jié)變化。胥思霞等[8]對(duì)貴州青酒進(jìn)行庫(kù)房貯存和洞藏貯存對(duì)比,庫(kù)房溫度在-5～32 ℃,濕度在70%～72%;同時(shí)在15～22 ℃,濕度88%～95%的條件下洞藏貯存完全相同的酒樣,結(jié)果表明:洞藏貯存1年的酒與庫(kù)房貯存2年的酒感官質(zhì)量相當(dāng),說(shuō)明庫(kù)房貯存不如洞藏貯存老熟速度快。由此可見(jiàn),貯存溫度的不同,造成貯存地點(diǎn)的溫度、濕度等物理因素以及其他化學(xué)、微生物因素的不同,這會(huì)顯著影響白酒風(fēng)味和品質(zhì)。

貯存溫度是影響白酒老熟的重要因素之一。理論上講,老熟溫度升高,酒體里一系列化學(xué)反應(yīng)速度加快,如醇酸酯化反應(yīng)、醇醛縮合反應(yīng)、醛與醛的縮合反應(yīng)等[9-10],這將加速白酒的老熟過(guò)程。這些反應(yīng)從分子層面考慮與分子動(dòng)力學(xué)有關(guān)。利用分子動(dòng)力學(xué)研究物質(zhì)的性質(zhì)和結(jié)構(gòu),解釋分子層面的化學(xué)問(wèn)題已經(jīng)廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、材料等領(lǐng)域[11-12],將其應(yīng)用于解釋白酒老熟機(jī)制、分析揮發(fā)性風(fēng)味成分的變化十分有意義。白酒的風(fēng)味成分?jǐn)?shù)量眾多,含量占酒體總質(zhì)量2%左右[2],貯存老熟時(shí)一系列化學(xué)反應(yīng)造成揮發(fā)性風(fēng)味成分的種類和含量的變化,對(duì)白酒的風(fēng)格和質(zhì)量具有重要影響。傳統(tǒng)白酒多在庫(kù)房、山洞中進(jìn)行自然老熟,老熟進(jìn)程緩慢,環(huán)境因子影響顯著。白酒生產(chǎn)地域遼闊,不同地區(qū)酒廠溫度環(huán)境差異大,酒質(zhì)在貯存老熟期間的控制仍存在很多不足。

前人對(duì)白酒老熟過(guò)程的研究多集中在對(duì)庫(kù)房貯存、山洞貯存等自然貯存溫度的研究。提高老熟溫度進(jìn)行恒溫或變溫老熟,考查樣品在不同貯存溫度下?lián)]發(fā)性風(fēng)味成分的變化,對(duì)探索白酒新型貯存溫度具有重要意義。本研究采用室溫自然貯存、提高溫度恒溫貯存、提高溫度變溫貯存3種貯存方式,對(duì)白酒原酒老熟156 d,考查老熟過(guò)程中原酒揮發(fā)性風(fēng)味成分含量及其香氣活度值的變化,旨在為白酒原酒生產(chǎn)過(guò)程中工藝優(yōu)化指明方向,也為白酒企業(yè)優(yōu)化酒體設(shè)計(jì)方案、提升產(chǎn)品質(zhì)量奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

實(shí)驗(yàn)材料:白酒原酒樣品由河北衡水老白干酒業(yè)股份有限公司提供,酒精度67.7%,采用混蒸混燒老五甑工藝生產(chǎn),生產(chǎn)日期為2021年11月23日。樣品經(jīng)老白干公司技術(shù)中心的國(guó)家級(jí)和省級(jí)白酒評(píng)酒師品評(píng),認(rèn)為具有典型老五甑工藝?yán)习赘砂拙圃频娘L(fēng)格和品質(zhì)。酒樣分裝入3個(gè)完全相同的500 mL玻璃酒瓶中分別避光貯存。

實(shí)驗(yàn)試劑:所用試劑均為GC級(jí),純度至少為95%。無(wú)水乙醇、壬酸乙酯、2-十一酮、4-甲基愈創(chuàng)木酚,阿拉丁生化科技股份有限公司;氯化鈉、乳酸乙酯、乙酸乙酯,國(guó)藥化學(xué)試劑股份有限公司;甲酸辛酯、乙酸己酯、戊酸乙酯、己酸乙酯、庚酸乙酯、辛酸乙酯、癸酸乙酯、乙酸異戊酯、異己酸乙酯、己酸異丁酯、己酸異戊酯、丁二酸二乙酯、壬二酸二乙酯、十一酸乙酯、十五酸乙酯、苯乙酸乙酯、亞油酸乙酯、油酸乙酯、苯甲酸乙酯、苯甲酸異戊酯、苯丙酸乙酯、(E)-2-癸烯酸乙酯、月桂酸乙酯、棕櫚酸乙酯、肉豆蔻酸乙酯、白氨酸乙酯、辛酸、正癸酸、壬醛、桃醛、2-戊基呋喃、苯乙烯、β-石竹烯,百靈威科技有限公司;異戊醛二乙醇縮醛、苯乙醛二乙醇縮醛,華威銳科化工有限公司;正己醇、苯乙醇、乙酸苯乙酯,阿法埃莎化學(xué)有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

7890B-5977A型氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(配備60 m×0.25 mm×0.25 μm的DB-FFAP毛細(xì)管柱),美國(guó)Agilent公司;ODP3型嗅覺(jué)檢測(cè)器,德國(guó)Gerstel公司;DHP-9272型電熱恒溫培養(yǎng)箱,上海一恒科學(xué)儀器有限公司;50/30 μm DVB/CAR/PDMS型手動(dòng)固相微萃取纖維頭,美國(guó)Supelco公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.13種貯存方式的白酒老熟條件

酒樣分別貯存在自然室溫(natural temperature,NT)、恒溫40 ℃(constant temperature at 40 ℃,CT)和每日先40 ℃處理12 h后自然降溫12 h的變溫(alternating temperature,AT)條件下。分別在老熟前(記為1 d)及30、58、92、128、156 d取樣分析,每次取樣均進(jìn)行3次平行實(shí)驗(yàn)。

以NT30d、NT58d、NT92d、NT128d、NT156d表示在自然室溫條件下貯存30、58、92、128、156 d的樣品;以CT30d、CT58d、CT92d、CT128d、CT156d表示在恒溫條件下貯存30、58、92、128、156 d的樣品;以AT30d、AT58d、AT92d、AT128d、AT156d表示在變溫條件下貯存30、58、92、128、156 d的樣品。

1.3.2揮發(fā)性風(fēng)味成分的HS-SPME提取方法

取1 mL樣品,加水稀釋至酒精度10%,加入200 mg/L的內(nèi)標(biāo)2H8-萘和鄰二氯苯各10 μL、氯化鈉2.5 g于20 mL頂空進(jìn)樣瓶中,密封。在45 ℃水浴中平衡30 min,用240 ℃下老化30 min的萃取頭頂空萃取30 min,將萃取頭插入GC-MS進(jìn)樣口,解吸5 min。

1.3.3揮發(fā)性風(fēng)味成分的GC-MS和GC-O分析方法

GC條件:DB-FFAP毛細(xì)管柱(60 m×0.25 mm×0.25 μm),載氣為高純氦氣(純度99.999%),采用不分流模式,恒定流速2.5 mL/min,進(jìn)樣口溫度240 ℃。柱箱升溫程序?yàn)槌鯗?0 ℃,以10 ℃/min升至120 ℃,然后以4 ℃/min升至230 ℃,保持5 min。

MS條件:電子轟擊(EI)源,離子源溫度230 ℃,四級(jí)桿溫度150 ℃,傳輸管線溫度240 ℃,電子能量70 eV,掃描質(zhì)量范圍35～450m/z。

GC-O條件:ODP3嗅覺(jué)檢測(cè)器連接至GC,設(shè)置分流比3∶1,由經(jīng)培訓(xùn)過(guò)的3名專業(yè)人員進(jìn)行嗅聞,并進(jìn)行3次平行實(shí)驗(yàn)。

1.3.4揮發(fā)性風(fēng)味成分的定性和定量方法

以質(zhì)譜圖(MS)與NIST2020譜庫(kù)的比對(duì)結(jié)果進(jìn)行定性,并用保留指數(shù)(RI)比對(duì)、標(biāo)準(zhǔn)品(S)比對(duì)和嗅聞定性(O)結(jié)合人工解譜進(jìn)一步確認(rèn)化合物的結(jié)構(gòu)。

分別取一定量的標(biāo)準(zhǔn)品稀釋后,在乙醇水溶液(酒精度67.7%)中加入一系列已知濃度的稀釋液制成模擬酒樣。通過(guò)GC-MS檢測(cè)標(biāo)品和內(nèi)標(biāo)對(duì)各自濃度的響應(yīng),繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。原酒的分析條件與標(biāo)準(zhǔn)曲線建立的條件相同。以外標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算每種揮發(fā)性風(fēng)味成分的含量。

計(jì)算揮發(fā)性風(fēng)味成分的香氣活度值(odor activity value,OAV)時(shí),使用該揮發(fā)性風(fēng)味成分的測(cè)定質(zhì)量濃度與文獻(xiàn)報(bào)道的其在46%乙醇溶液或白酒中測(cè)定的閾值進(jìn)行比對(duì)。當(dāng)OAV>1時(shí),認(rèn)為其為重要揮發(fā)性風(fēng)味成分。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Origin2021軟件繪制三維散點(diǎn)擬合曲面圖、香氣活度值變化折線圖分析揮發(fā)性風(fēng)味成分及香氣活度值的變化趨勢(shì),采用Omicshare繪制聚類線熱圖并分析白酒樣品與揮發(fā)性風(fēng)味成分的潛在關(guān)聯(lián),采用SPSS進(jìn)行顯著性差異分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 揮發(fā)性風(fēng)味成分的定性結(jié)果

對(duì)老熟前(1 d)的白酒原酒進(jìn)行取樣分析,共定性檢測(cè)出55種揮發(fā)性風(fēng)味成分(見(jiàn)表1)。對(duì)3種不同貯存方式的原酒進(jìn)行定期取樣,對(duì)其中43種含量相對(duì)較高的具有白酒風(fēng)味特征的揮發(fā)性風(fēng)味成分采用標(biāo)準(zhǔn)品外標(biāo)定量的方式進(jìn)行分析(見(jiàn)表2)。其中,檢測(cè)到最多的物質(zhì)為酯類成分,含量也最高[13]?？傮w來(lái)看,不論在哪種條件下,酯類化合物中含量最多的是乳酸乙酯(大于1 000 mg/L),其次是乙酸乙酯、癸酸乙酯(大于100 mg/L)。乳酸乙酯和乙酸乙酯為主體的自然協(xié)調(diào)的復(fù)合香氣是老白干白酒區(qū)別于其他香型白酒的主要特點(diǎn)[14]。白酒中呈現(xiàn)甜香的揮發(fā)性風(fēng)味成分有許多,月桂酸乙酯被證實(shí)是白酒中呈現(xiàn)棗香香氣的揮發(fā)性風(fēng)味成分[15],本研究中它呈現(xiàn)甜香;苯乙酸乙酯被認(rèn)為是有蜂蜜香氣的揮發(fā)性風(fēng)味成分[16],與本研究結(jié)果相同;有研究發(fā)現(xiàn)乳酸乙酯、棕櫚酸乙酯在一定濃度時(shí)也呈現(xiàn)甜香[17],這些揮發(fā)性風(fēng)味成分都對(duì)白酒爽口回甘有著重要的作用。醇類是香與味的過(guò)渡橋梁,有文章指出苯乙醇呈現(xiàn)蜜香[18],具有襯托酯香的作用。本研究中它呈現(xiàn)玫瑰、甜香。當(dāng)然,有些揮發(fā)性風(fēng)味成分也會(huì)呈現(xiàn)令人不愉悅的氣味,例如正辛酸和正癸酸,本研究分別描述為腌菜味和油臭味,這與其他文章[19]分別描述為汗臭、脂肪臭十分相似。雖然它們的味道較為刺激,但是其也對(duì)增長(zhǎng)酒的后味、掩蓋其他雜味有著重要作用,是白酒不可或缺的揮發(fā)性風(fēng)味成分。本研究中的異戊醛二乙醇縮醛、苯乙醛二乙醇縮醛有刺激性氣味。有研究發(fā)現(xiàn)縮醛有強(qiáng)烈的揮發(fā)性和刺激感,但與乙醛適宜配比,尤其當(dāng)白酒中乳酸乙酯含量大于乙酸乙酯含量的情況下,能顯著增加酒的香氣,并消除乳酸乙酯帶來(lái)的沉悶感,使酒體口感更顯成熟[18]。

表1 老熟前老白干原酒的揮發(fā)性風(fēng)味成分

表2 不同貯存方式下老白干原酒中揮發(fā)性風(fēng)味成分含量的變化

2.2 貯存方式對(duì)老白干原酒中揮發(fā)性風(fēng)味成分含量變化的影響

為深入探究貯存方式對(duì)老白干原酒中揮發(fā)性風(fēng)味成分含量變化的影響,對(duì)表1中不同貯存溫度和貯存時(shí)間的原酒酒樣中43種揮發(fā)性風(fēng)味成分的含量繪制了三維散點(diǎn)擬合曲面圖,見(jiàn)圖1。圖1(a)、圖1(b)和圖1(c)分別代表高含量(大于100 mg/L)、中含量(10～100 mg/L)和低含量(1 μg/L～10 mg/L)揮發(fā)性風(fēng)味成分在不同貯存時(shí)長(zhǎng)的含量變化情況。由圖1可知,揮發(fā)性風(fēng)味成分的含量變化趨勢(shì)比較復(fù)雜,同種成分的含量受貯存方式影響較大。在同一貯存條件下,多數(shù)揮發(fā)性風(fēng)味成分呈升高和先上升后下降的趨勢(shì)。

圖1 不同貯存方式下老白干原酒中43種揮發(fā)性風(fēng)味成分含量的變化

2.2.1自然貯存原酒的變化規(guī)律

由表2和圖1可知,自然老熟時(shí),含量隨時(shí)間遞增的揮發(fā)性風(fēng)味成分有乙酸乙酯、乳酸乙酯、甲酸辛酯、乙酸己酯、十一酸乙酯、十五酸乙酯、油酸乙酯、異戊醛二乙醇縮醛、苯乙醇、β-石竹烯。除個(gè)別點(diǎn)外,戊酸乙酯、己酸乙酯、癸酸乙酯、壬二酸二乙酯、苯甲酸異戊酯、乙酸苯乙酯、亞油酸乙酯、苯丙酸乙酯、白氨酸乙酯、苯乙烯含量也隨時(shí)間增長(zhǎng)逐漸升高。含量變化較大的揮發(fā)性風(fēng)味成分,如乙酸乙酯,含量由0.195 g/L升至2.314 g/L,乳酸乙酯由1.606 g/L升至5.382 g/L,癸酸乙酯由0.126 g/L升至1.555 g/L,甲酸辛酯由4 μg/L升至80 μg/L,乙酸己酯由27 μg/L升至233 μg/L,戊酸乙酯由122 μg/L升至2 217 μg/L,己酸乙酯由116 μg/L升至950 μg/L。這表明自然貯存時(shí)大部分酯類的含量都在以不同的速度增長(zhǎng)。

正辛酸、正癸酸、異己酸乙酯、己酸異丁酯、己酸異戊酯、苯甲酸乙酯的含量隨著時(shí)間的推移升高后幾乎不變。例如,由1 d至92 d,正辛酸含量由25 μg/L升至39 μg/L后幾乎不變,正癸酸由638 μg/L上升至2 188 μg/L后幾乎不變,異己酸乙酯由42 μg/L升至496 μg/L后幾乎不變,己酸異戊酯由85 μg/L升至149 μg/L后幾乎不變。本研究中,部分酯類含量升高與氧化增加有機(jī)酸從而增加酯含量的氧化過(guò)程有關(guān),氧化過(guò)程一直被認(rèn)為是存在于從白酒原料處理到貯存老熟整個(gè)階段的一個(gè)重要反應(yīng),后期含量變化穩(wěn)定可能與溶解氧的消耗[20]、水解速度的變慢、酒體進(jìn)入穩(wěn)定期有關(guān)。

壬醛、2-戊基呋喃、(E)-2-癸烯酸乙酯呈現(xiàn)相對(duì)較平穩(wěn)的變化趨勢(shì)。例如2-戊基呋喃含量較低,含量在0～156 d內(nèi)變化很小,其在食品中的形成主要涉及熱降解反應(yīng),它是在白酒酒醅與高粱高溫蒸料蒸酒時(shí)產(chǎn)生[21]。

2.2.240 ℃恒溫貯存原酒的變化規(guī)律

由圖1可知,40 ℃恒溫貯存時(shí),乳酸乙酯、壬酸乙酯、異己酸乙酯、己酸異戊酯、苯甲酸異戊酯、棕櫚酸乙酯、油酸乙酯、亞油酸乙酯、白氨酸乙酯、正辛酸、正癸酸、桃醛、β-石竹烯的含量呈現(xiàn)先增后減的趨勢(shì)。乙酸乙酯、乙酸己酯、庚酸乙酯、甲酸辛酯、壬二酸二乙酯的含量在156 d內(nèi)有明顯下降。部分揮發(fā)性風(fēng)味成分含量變化較為明顯,如乳酸乙酯的含量由1 d的1.606 g/L升至92 d時(shí)最高含量7.385 g/L后波動(dòng)下降,雖然后期含量下降,但是總體上在156 d的含量比新酒增加了3.3倍。乙酸乙酯由0.195 g/L升至128 d的1.615 g/L后下降至1.136 g/L,中期峰值時(shí)含量升高7.3倍。乙酸己酯由27 μg/L升至733 μg/L后下降至174 μg/L,庚酸乙酯由4 μg/L升至58 μg/L后下降至31 μg/L,異己酸乙酯由42 μg/L升至558 μg/L后下降至202 μg/L,己酸異戊酯由85 μg/L升至150 μg/L后下降至107 μg/L。結(jié)果表明:40 ℃恒溫貯存時(shí),由于貯存溫度偏高,酯類生成速度和水解速度均加快,大部分酯類含量呈現(xiàn)先增后減的變化趨勢(shì)。

除了含量呈現(xiàn)先增后減變化的揮發(fā)性風(fēng)味成分外,乙酸異戊酯、苯丙酸乙酯、異戊醛二乙醇縮醛、苯乙醛二乙醇縮醛、4-甲基愈創(chuàng)木酚、2-十一酮的含量升高后幾乎不變。乙酸異戊酯由59 869 μg/L在 92 d升高至346 590 μg/L后含量波動(dòng)很小。苯丙酸乙酯由1 352 μg/L升至14 528 μg/L后含量變化幅度較小。苯丙酸乙酯具有舒適的棗香和甘甜的果香,被認(rèn)為是老白干白酒陳香的特征性成分[15],以及黍黃酒中的關(guān)鍵氣味物質(zhì)[22]。異戊醛二乙醇縮醛由68 μg/L在30 d內(nèi)含量翻倍至142 μg/L后含量變化幅度較小,苯乙醛二乙醇縮醛由192 μg/L升至320 μg/L后含量變化較穩(wěn)定,4-甲基愈創(chuàng)木酚由125 μg/L升至1 478 μg/L后含量基本穩(wěn)定。戊酸乙酯的含量隨著時(shí)間推移逐漸升高,由122 μg/L升至813 μg/L變化近6倍。壬酸乙酯、2-戊基呋喃、壬醛的含量在恒溫狀態(tài)下變化不大。壬酸乙酯的含量穩(wěn)定在27～31 μg/L,除個(gè)別點(diǎn)外,2-戊基呋喃的含量穩(wěn)定在2 μg/L左右。白酒中的醛類物質(zhì)在發(fā)酵過(guò)程中出現(xiàn),大部分是由氨基酸脫氨和脫羧產(chǎn)生的[23],本研究中,壬醛的含量穩(wěn)定在1～4 μg/L,在貯存期含量變化很小。

2.2.3變溫貯存原酒的變化規(guī)律

在變溫貯存條件下,甲酸辛酯、乙酸乙酯、乙酸異戊酯、乙酸苯乙酯、油酸乙酯、亞油酸乙酯、苯乙酸乙酯、異己酸乙酯、苯甲酸異戊酯、十一酸乙酯、十五酸乙酯、4-甲基愈創(chuàng)木酚、苯乙醇的含量隨著貯存時(shí)間增長(zhǎng)呈現(xiàn)嚴(yán)格的上升趨勢(shì)。除個(gè)別點(diǎn)以外,乳酸乙酯、乙酸己酯、戊酸乙酯、己酸乙酯、壬酸乙酯、壬二酸二乙酯、己酸異丁酯、異戊醛二乙醇縮醛、苯乙醛二乙醇縮醛、苯乙烯、2-十一酮、桃醛、2-戊基呋喃的含量隨著時(shí)間推移逐漸遞增。具體來(lái)看變化較為明顯的揮發(fā)性風(fēng)味成分,例如乳酸乙酯由1.606 g/L升至8.596 g/L,乙酸乙酯由0.195 g/L升至3.052 g/L,甲酸辛酯由4 μg/L升至106 μg/L,戊酸乙酯由122 μg/L升至1 591 μg/L,己酸乙酯由116 μg/L升至1 542 μg/L,壬酸乙酯由29 μg/L升至108 μg/L,乙酸異戊酯由59 869 μg/L升至1 194 003 μg/L,乙酸苯乙酯由439 μg/L升至5 810 μg/L。結(jié)果表明大部分酯類化合物在變溫貯存時(shí)呈現(xiàn)含量遞增的變化趨勢(shì)。

辛酸乙酯、癸酸乙酯、棕櫚酸乙酯、月桂酸乙酯呈現(xiàn)先減后增的趨勢(shì)。具體來(lái)看,辛酸乙酯由68 μg/L曲線降至45 μg/L后升至185 μg/L;癸酸乙酯的含量由125 552 μg/L在30 d內(nèi)時(shí)快速降至43 465 μg/L后開(kāi)始上升,最終升至704 006 μg/L;棕櫚酸乙酯由3 253 μg/L連續(xù)30 d下降至309 μg/L后升至3 133 μg/L;月桂酸乙酯由2 401 μg/L降至336 μg/L后升高至2 452 μg/L。

除這些物質(zhì)外,正癸酸、白氨酸乙酯、(E)-2-癸烯酸乙酯的含量先增后減。正己醇由0.186 g/L在128 d升至2.527 g/L后下降至1.557 g/L,正癸酸的含量由638 μg/L在92 d時(shí)升高至2 793 μg/L后緩慢下降至2 219 μg/L,白氨酸乙酯由34 μg/L在92 d達(dá)到最高含量71 μg/L后含量下降至57 μg/L,乙酸己酯由27 μg/L在128 d時(shí)達(dá)到最高值695 μg/L后下降至521 μg/L,(E)-2-癸烯酸乙酯由18 μg/L在92 d時(shí)含量升至60 μg/L后含量下降至36 μg/L。而在變溫貯存條件下,壬醛的含量很少(約2 μg/L)且?guī)缀醪蛔儭?/p>

2.2.4反應(yīng)動(dòng)力學(xué)解釋分析

本研究所用的老白干原酒樣品在24.8 ℃時(shí)測(cè)得pH值為4.48,酒樣呈酸性。大多數(shù)醇、酸、酯、醛、酮類物質(zhì)處在動(dòng)態(tài)平衡的原因可能與水分子攻擊羰基碳、羰基氧,以及它們的中間體的過(guò)程有關(guān)。酸催化時(shí),羰基氧原子先質(zhì)子化,使羰基碳的正電性增強(qiáng),提高接受親核試劑進(jìn)攻的能力,水分子向羰基碳進(jìn)攻,通過(guò)加成、消除反應(yīng)形成羧酸和醇,羧酸和醇又可以重新結(jié)合成酯。也有報(bào)道水分子還可以攻擊羰基碳和羰基氧產(chǎn)生中間體,?；羌核嵋阴ニ鈺r(shí)的中間體,決定反應(yīng)的速率,酯類例如己酸乙酯的含量變化與中間體的構(gòu)型與親核能力息息相關(guān)[24]。

另外,鍵能能很好地解釋乳酸乙酯比乙酸乙酯更穩(wěn)定、更快速增長(zhǎng)的現(xiàn)象。乳酸乙酯的前體乳酸羥基-氧質(zhì)子化所需的最小能量較乙酸乙酯的前體物質(zhì)乙酸高,高鍵能不易斷裂而造成水解,且乳酸比乙酸能多形成一個(gè)羥基,因而可以與水或者乙醇形成更多的氫鍵,更穩(wěn)定地存在于酒體中[25]。氫鍵在白酒中起著關(guān)鍵作用,氫鍵的加強(qiáng)可以減少游離乙醇分子的數(shù)量,使白酒的刺激性降低。含酸的乙醇-水體系中氫鍵較多,能形成締合結(jié)構(gòu)[26],這就能很好地解釋白酒在貯存后口感變得醇厚的現(xiàn)象。

此外,從能量壁壘層面也可以解釋化合物的轉(zhuǎn)化過(guò)程,它們的變化與動(dòng)力學(xué)息息相關(guān)。例如一些自發(fā)水解或酯化反應(yīng)在自然常溫下難以克服能量壁壘,而提高溫度或者有規(guī)律地調(diào)節(jié)溫度能夠幫助獲得所需的能量,因而部分酯類在變溫貯存時(shí)的含量增幅大于同時(shí)間下常溫貯存狀態(tài)酒樣的含量增幅[27]。

2.3 不同貯存方式下老白干原酒中揮發(fā)性風(fēng)味成分變化規(guī)律的比較

通過(guò)繪制熱圖,將不同貯存方式下原酒揮發(fā)性風(fēng)味成分含量變化進(jìn)行聚類分析,見(jiàn)圖2。由聚類分析可知,不同溫度條件下熱圖色塊顏色更紅,即含量高的揮發(fā)性風(fēng)味成分大多出現(xiàn)在貯存時(shí)間最長(zhǎng)即NT156d和AT156d組,或者中后段CT92d或CT128d組。熱圖處理軟件把不同時(shí)期的酒樣分為4類,第1類包括NT156d、AT156d,第2類包括NT30d、CT30d、AT30d、1d,第3類包括NT58d、CT58d、AT58d、CT156d,第4類包括NT92d、CT92d、AT92d、NT128d、CT128d、AT128d。

圖2 3種貯存方式下老白干原酒主要揮發(fā)性風(fēng)味成分含量熱圖

由圖2可知,NT156d組中的戊酸乙酯、庚酸乙酯、辛酸乙酯、癸酸乙酯、乙酸苯乙酯、苯甲酸乙酯、苯甲酸異戊酯、月桂酸乙酯、苯丙酸乙酯的含量較相同貯存時(shí)間下其他處理方式組更多,而乳酸乙酯、乙酸異戊酯、丁二酸二乙酯、棕櫚酸乙酯、正己醇的含量低于相同貯存時(shí)間下其他貯存溫度組。AT156d組中的乳酸乙酯、甲酸辛酯、乙酸乙酯、乙酸己酯、乙酸異戊酯、丁二酸二乙酯、己酸乙酯、己酸異戊酯、異己酸乙酯、壬酸乙酯、壬二酸二乙酯、十一酸乙酯、油酸乙酯、肉豆蔻酸乙酯、苯乙酸乙酯、苯乙醇的含量高于相同貯存時(shí)間下其他處理方式組,而只有癸酸乙酯、苯甲酸乙酯的含量低于相同貯存時(shí)間下其他不同處理組。CT156d組中僅棕櫚酸乙酯的含量比同天數(shù)其他處理方式組高,而其甲酸辛酯、乙酸乙酯、乙酸己酯、戊酸乙酯、己酸乙酯、異己酸乙酯、己酸異丁酯、己酸異戊酯、庚酸乙酯、辛酸乙酯、壬酸乙酯、白氨酸乙酯、十一酸乙酯、(E)-2-癸烯酸乙酯、乙酸苯乙酯、苯乙酸乙酯、苯丙酸乙酯、苯甲酸異戊酯、月桂酸乙酯、β-石竹烯、十八烷酸的含量比同時(shí)長(zhǎng)其他處理方式少。高級(jí)醇與酒類的口感密切相關(guān),在本研究中,苯乙醇作為高級(jí)醇在AT156d組比自然放置時(shí)的含量顯著多,這與氨基酸在轉(zhuǎn)氨酶作用下轉(zhuǎn)化為α-酮酸,再經(jīng)過(guò)脫羧成醛,還原成醇的埃里希代謝途徑有關(guān)[28],從苯丙氨酸到苯乙醇的過(guò)程被加速一定程度上說(shuō)明變溫對(duì)白酒是有利的。

值得關(guān)注的是,在其他時(shí)間節(jié)點(diǎn),例如CT128d組中的甲酸辛酯、乙酸己酯、壬二酸二乙酯、異己酸乙酯、棕櫚酸乙酯、十五酸乙酯、正己醇的含量高于其他同天數(shù)不同處理方式組,壬酸乙酯、月桂酸乙酯、異戊醛二乙醇縮醛、辛酸的含量低于同天數(shù)其他處理組。而CT128d組與CT156d組相比,其甲酸辛酯、乙酸乙酯、乙酸己酯、己酸乙酯、己酸異丁酯、異己酸乙酯、庚酸乙酯、壬酸乙酯、壬二酸二乙酯、乙酸苯乙酯、苯乙酸乙酯、白氨酸乙酯、(E)-2-癸烯酸乙酯、十一酸乙酯、十五酸乙酯、棕櫚酸乙酯、油酸乙酯、亞油酸乙酯、正辛酸、正癸酸的含量均高于CT156d組,或者說(shuō)由圖2的聚類結(jié)果,恒溫條件下156 d與自然老熟58 d的結(jié)果相似而恒溫128 d物質(zhì)含量與自然老熟92 d更相似。這說(shuō)明在恒溫40 ℃條件下,雖然大多數(shù)酯類在156 d時(shí)與1 d相比含量有所上升,但都經(jīng)歷了先增后減的過(guò)程,即在128 d時(shí)含量出現(xiàn)峰值后在156 d時(shí)含量降低,原因可能是溫度的提高使分子內(nèi)活化能提高,從而提高了白酒陳釀過(guò)程中的各種化學(xué)反應(yīng)速率,但是長(zhǎng)期的高溫容易使反應(yīng)過(guò)度生成更多的酸類化合物,導(dǎo)致酯類化合物含量下降,溫度高也會(huì)加速低沸點(diǎn)物質(zhì)的揮發(fā)。這些揮發(fā)性風(fēng)味成分在更長(zhǎng)的貯存時(shí)間后出現(xiàn)含量減少現(xiàn)象,這說(shuō)明高溫貯存時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng),過(guò)長(zhǎng)會(huì)影響酒的風(fēng)味,需要找到時(shí)間和溫度的平衡點(diǎn)。

在變溫貯存條件下,含量幅度變化最大的乳酸乙酯和乙酸乙酯,它們?cè)?56 d期間含量變化差異分別高達(dá)6.990 g/L和2.856 g/L,這2種物質(zhì)也是老白干白酒的特征揮發(fā)性風(fēng)味成分。從增長(zhǎng)速度來(lái)看,乳酸乙酯在30 d至58 d間含量迅速增長(zhǎng)2倍,后期增長(zhǎng)緩慢。乙酸乙酯在30～58 d間含量增長(zhǎng)4倍,后期緩慢增長(zhǎng)。以這2種酯類為代表的多種酯類都在初期(≤58 d)增長(zhǎng)迅速,這可能的原因是初期醇類物質(zhì)、酯類物質(zhì)、酸類物質(zhì)、醛類物質(zhì)都未達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài),化學(xué)動(dòng)力學(xué)促使它們向著穩(wěn)定態(tài)轉(zhuǎn)化。除此之外,也可能是由于初期貯存容器內(nèi)氧氣較為充足,能為各種氧化反應(yīng)提供充足的氧化劑。在變溫貯存下乳酸乙酯和乙酸乙酯的含量隨時(shí)間變化幅度大的原因可能是較大溫差能促進(jìn)締合結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定以及加快化學(xué)反應(yīng)速率。這種特殊溫差條件與中國(guó)西北地區(qū)晝夜溫差大的自然氣溫條件相似,這種溫差條件在一定程度上能縮短自然陳釀時(shí)間。

除此之外,不同成分間的比例也發(fā)生了變化。隨著貯存時(shí)間的增長(zhǎng),自然貯存156 d時(shí)乳酸乙酯質(zhì)量濃度與乙酸乙酯質(zhì)量濃度的比例為2∶1,變溫貯存156 d時(shí)乳酸乙酯質(zhì)量濃度與乙酸乙酯質(zhì)量濃度的比例為3∶1,它們的質(zhì)量濃度都是隨時(shí)間不斷增長(zhǎng)的,可以看出156 d時(shí)變溫貯存狀態(tài)下的乳酸乙酯風(fēng)味更突出,它們含量的不斷升高可能與分子動(dòng)力學(xué)和密度泛函理論有關(guān)。值得一提的是,這2種物質(zhì)是由發(fā)酵過(guò)程中乳酸菌和生香酵母進(jìn)行代謝活動(dòng)[29]所產(chǎn)生,它們的含量在酒中分別為最多和次多,與前人研究結(jié)果相同[30],它們是老白干白酒的骨架揮發(fā)性風(fēng)味成分。

2.4 老白干原酒揮發(fā)性風(fēng)味成分的香氣活性值分析

本研究對(duì)揮發(fā)性風(fēng)味成分進(jìn)行的OAV分析只保留閾值來(lái)自文獻(xiàn)中46%乙醇溶液中[31]或白酒中[32]測(cè)得的閾值并且在本研究中,共19種化合物的OAV>1,結(jié)果見(jiàn)表3。為了更直觀地顯示它們的關(guān)系,將14種全部檢測(cè)時(shí)均OAV>1的重要揮發(fā)性風(fēng)味成分做成折線圖,見(jiàn)圖3。由圖3可知,1 d中OAV最高的為乙酸異戊酯(237),它具有香蕉香氣,其次是癸酸乙酯、正己醇、乳酸乙酯。NT156d中OAV最大的為乙酸異戊酯(2934),其次是癸酸乙酯、苯丙酸乙酯。CT156d中OAV最高的是乙酸異戊酯(2031),其次是乳酸乙酯、癸酸乙酯。AT156d中含量最高的是癸酸乙酯(3391),它具有梨子香氣。其次是乙酸異戊酯、正己醇。一般來(lái)說(shuō),OAV>1的物質(zhì)對(duì)整體香氣有貢獻(xiàn)[33],OAV越大,對(duì)物質(zhì)香氣的貢獻(xiàn)就越大。在本研究中,14種化合物在每次檢測(cè)時(shí)都是OAV>1,這些在老白干原酒貯存過(guò)程中對(duì)整體香氣貢獻(xiàn)較大的揮發(fā)性風(fēng)味成分是乙酸異戊酯、癸酸乙酯、正己醇、乳酸乙酯、苯丙酸乙酯、月桂酸乙酯、乙酸乙酯、辛酸乙酯、戊酸乙酯、2-十一酮、己酸乙酯、4-甲基愈創(chuàng)木酚、苯乙酸乙酯和十一酸乙酯。

圖3 3種貯存方式下老白干原酒主要揮發(fā)性風(fēng)味成分香氣活度值變化

表3 3種貯存方式下老白干原酒中主要揮發(fā)性風(fēng)味成分在老熟過(guò)程中香氣活度值隨時(shí)間的變化

進(jìn)一步分析可以看到,乳酸乙酯的含量在原酒貯存各階段中是最高的,因其閾值較高,OAV并不是最高,造成了揮發(fā)性風(fēng)味成分的含量與香氣貢獻(xiàn)不對(duì)稱的情況。但乳酸乙酯含量隨著時(shí)間推移不斷升高,其OAV也不斷升高。白酒中含量不斷上升的物質(zhì)對(duì)整體香氣的貢獻(xiàn)越來(lái)越大,含量不斷減少的物質(zhì)對(duì)香氣的貢獻(xiàn)越來(lái)越小。具體來(lái)說(shuō),自然貯存狀態(tài)下乙酸乙酯、戊酸乙酯、乳酸乙酯、癸酸乙酯、乙酸異戊酯、十一酸乙酯隨時(shí)間增長(zhǎng)對(duì)酒體香氣貢獻(xiàn)逐漸增大;恒溫狀態(tài)下癸酸乙酯對(duì)酒體香氣貢獻(xiàn)隨時(shí)間增長(zhǎng)逐漸增大,而乙酸乙酯、庚酸乙酯、苯乙酸乙酯、正己醇在128 d達(dá)到貢獻(xiàn)峰值后貢獻(xiàn)值逐漸下降;變溫狀態(tài)下乙酸乙酯、乙酸異戊酯、癸酸乙酯、月桂酸乙酯、十一酸乙酯對(duì)酒體香氣貢獻(xiàn)值隨時(shí)間增長(zhǎng)逐漸增大。

3 結(jié) 論

研究分別采用自然貯存(室溫)、恒溫貯存(40 ℃)和變溫貯存(每日40 ℃貯存12 h后自然降溫12 h)3種方式貯存156 d,利用頂空固相微萃取結(jié)合GC-MS、GC-O研究老熟過(guò)程中原酒主要揮發(fā)性風(fēng)味成分的變化,共定性出55種揮發(fā)性風(fēng)味成分。對(duì)其中43種含量相對(duì)較高的具有白酒風(fēng)味特征的揮發(fā)性風(fēng)味成分采用標(biāo)準(zhǔn)品外標(biāo)定量的方式,監(jiān)測(cè)其在156 d貯存期間含量的變化,并計(jì)算其氣味活性值。與自然貯存和40 ℃恒溫貯存相比,變溫貯存156 d時(shí)大部分酯類例如乳酸乙酯、乙酸乙酯、乙酸己酯、己酸乙酯、壬酸乙酯、乙酸異戊酯、丁二酸二乙酯、己酸異戊酯、異己酸乙酯、壬二酸二乙酯、十一酸乙酯、油酸乙酯、肉豆蔻酸乙酯、苯乙酸乙酯的含量更高。恒溫貯存156 d時(shí)僅棕櫚酸乙酯的含量比同天數(shù)其他2種處理方式組高,而恒溫處理128 d時(shí),其甲酸辛酯、乙酸乙酯、乙酸己酯、己酸乙酯、己酸異丁酯、異己酸乙酯、庚酸乙酯、壬酸乙酯、壬二酸二乙酯、乙酸苯乙酯、苯乙酸乙酯、白氨酸乙酯、(E)-2-癸烯酸乙酯、十一酸乙酯、十五酸乙酯、棕櫚酸乙酯、油酸乙酯、亞油酸乙酯、正辛酸、正癸酸的含量高于恒溫貯存156 d。

研究表明,40 ℃恒溫貯存時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng),否則會(huì)出現(xiàn)酯類含量減少現(xiàn)象,而變溫貯存在一定程度上能提高酯類含量,縮短老熟時(shí)間。官能團(tuán)、化學(xué)鍵、能量壁壘等分子動(dòng)力學(xué)行為對(duì)貯存老熟過(guò)程產(chǎn)生影響,是隱藏在醇、酯、酸等化學(xué)反應(yīng)背后的原因。希望研究能為不同地區(qū)的釀酒企業(yè)提供相關(guān)參考,更好地控制陳釀條件以提高酒質(zhì)。