采用GC×GC-TOF-MS分析醬香型白酒缺陷酒揮發性風味物質

楊 亮，何珺珺，羅楚翔，張春林*

（1.茅臺學院 釀酒工程系，貴州 仁懷 564501；2.貴州茅臺酒股份有限公司，貴州 仁懷 564501）

醬香型白酒是我國四大基本香型白酒中風味極其獨特的一個酒種[1]，深受消費者喜愛。據有關機構調研資料顯示，2018年我國醬酒產能在50～60萬kL，約占我國白酒整體產能的4%左右；醬酒銷售收入約1 100億元，約占我國白酒收入的20%；醬酒凈利潤約在430～440億元左右，約占行業的35%左右，醬酒整體市場呈現出高增長、高利潤的特點。醬香型白酒的高速發展，與其品質的堅守和獨特的風格密不可分。醬香型白酒風味物質的種類和含量均高于其他香型白酒[2]，也正是這僅占白酒約2%的風味物質決定了白酒的香型、風格和品質。

白酒在釀造過程中會不可避免形成一定量的缺陷酒，導致酒體不協調、偏離原香型應有的香、味、風格。醬香型白酒典型缺陷主要有泥臭味、鹽菜味、異味、泥味、餿味、泥霉味、霉味、煤油味8種，其中異味是除其他幾種缺陷酒外含量較少或暫未明確歸類描述的缺陷型。白酒的缺陷除了由風味物質量比偏離引起外，往往是由于異嗅物質的存在導致的。異嗅物質的存在給醬香型酒風味帶來了負面的影響，降低了優質醬香型白酒的產量。現階段對異嗅物質的研究較多，如杜海等[3-4]鑒定了廣泛存在于多種香型白酒（含醬香型白酒）的缺陷酒中，引起白酒產生土霉味的異嗅物質是土味素、引起白酒產生蘑菇/真菌味等異嗅的物質是3-辛醇和1-辛烯-3-醇，并建立了快速測定該異嗅物質的定量方法，分析了該物質在白酒生產過程中的變化規律；喬敏莎等[5]鑒定出了醬香型白酒中臭味缺陷酒的異嗅物質為二甲基二硫和二甲基三硫；DING X等[6]鑒定出4-甲基苯酚是導致多種白酒（含醬香型白酒）中呈現出動物臭/皮毛臭的異嗅物質；ZHAO T等[7]鑒定出醬香型白酒的焦臭味異嗅來源是2-羥甲基-3,6-二乙基-5-甲基吡嗪。

對異嗅物質的研究主要分為定性分析和定量分析兩個層面。其中定性分析主要采用不同的萃取方式對酒樣萃取后[8]，將萃取出的揮發性組分經氣相色譜-質譜（gaschromatography-mass spectrometer，GC-MS）、氣相色譜-氫火焰離子化檢測器（gaschromatography-flame ionization detector，GC-FID）等儀器檢驗定性[9-10]。由于白酒中揮發性組分組成的復雜性，傳統的一維色譜分離技術難以滿足鑒定白酒中痕量物質的要求[11]，而全二維氣相色譜技術（GC×GC）與飛行時間質譜（timeof flight-massspectrometry，TOF-MS）聯合使用，能夠實現對復雜樣品中揮發性組分分離鑒定，GC×GC-TOF-MS極大地提高了白酒中揮發性組分的分析檢測水平[12-14]，然而目前還沒有關于采用GC×GC-TOFMS技術對醬香型缺陷酒揮發性組分的研究報道。該研究采用頂空固相萃取（headspace solid phasem icro extraction，HSSPME）結合GC×GC-TOF-MS技術解析醬香型缺陷酒揮發性風味組分特征，將有助于增進對醬香型缺陷酒風味化學本質的認識。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

樣品：茅臺鎮某白酒廠提供的鹽菜味缺陷型基酒。

2 cm 50/30μm二乙烯基苯/Carboxen/聚二甲基硅氧烷（DVB/CAR/PDMS）固相微萃取三相頭：美國Sigma-Aldrich公司；NaCl（分析純）：上海國藥集團化學試劑有限公司；C5～C30烷烴標準品（均為色譜純）：天津光復精細化工研究所。

1.2 儀器與設備

MPS 2復合自動進樣系統：德國Gerstel公司；7890N氣相色譜、KT-2001冷噴調制器：美國Agilent Technologies公司；Pegasus4D飛行時間質譜：美國LECO公司；M illi-Q超純水系統：美國M illipore公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 HS-SPME條件

20m L頂空瓶中加入1m L酒樣、4m L超純水和1.5 g NaCl。萃取溫度45℃，樣品平衡時間5min，吸附萃取40min。萃取結束后萃取頭于GC進樣口250℃解吸5 min，進行GC×GC-TOF-MS檢測分析。

1.3.2 GC×GC-TOF-MS分析條件

色譜柱系統：一維色譜柱DB-FFAP（60m×250μm×0.25μm）與二維色譜柱Rxi-17（0.1m×250μm×0.25μm）串聯使用。柱1升溫程序：起始溫度45℃保持3min后，以4℃/min升溫至150℃保持2m in，以6℃/m in升溫至200℃后再以10℃/min升溫至230℃，保持10min。調制器調制時間為4 s，熱調制時間為0.8 s，調制補償溫度為15℃。柱2升溫程序：起始溫度50℃保持3min后，以4℃/min升溫至155℃保持2min，以6℃/min升溫至205℃后再以10℃/min升溫至235℃，保持10m in。樣品運行采用恒流模式，載氣為高純氦氣（He）（純度＞99.999 5%），流速為1m L/min。

MS條件：電子轟擊離子源，電子能量70eV，離子源溫度230℃，質量掃描范圍35～500 amu。數據采集由LECO公司Pegasus4D工作站控制。

1.3.3 數據統計分析

GC×GC-TOF-MS數據由LECO公司Chroma TOFR工作站進行數據處理，色譜峰自動積分解卷積后與NIST 14和Wiley 9質譜庫比對，并生成“峰表”。從“峰表”中選擇正反相似度均＞800的化合物，根據正構烷烴中各烷烴的保留時間，按照改進的Kovats法[15]計算初步定性的各化合物的保留指數，并與文獻報道的保留指數對比鑒定，保留二者數值差異在30以內的化合物。

2 結果與分析

2.1 醬香型白酒缺陷酒中揮發性組分總體分析

通過HS-SPME-GC×GC-TOF-MS共檢測出5 801個色譜峰，如圖1所示，篩查出匹配度較高（正反相似度≥800）且可能性大于4 000的化合物共593多種，經進一步人工解譜驗證、文獻保留指數比對驗證等篩查，對醬香型鹽菜味缺陷型基酒中揮發性化合物進行定性。

圖1 醬香型鹽菜味缺陷酒HS-SPME-GC×GC-TOF-MS 2D色譜圖（a）及3D色譜圖（b）Fig.1 2D plot(a)and 3D plot(b)of chromatography of defective product of sauce-flavor Baijiu with pickled mustard flavor by HS-SPME-GC×GC-TOF-MS

醬香型鹽菜味缺陷酒分析鑒定出的化合物數量見圖2。從圖2可以看出，醬香型鹽菜味缺陷型基酒中揮發性化合物共有415種，從定性出各種類揮發性物質的數量來看，酯類物質種類最多，共有103種，它們對醬香型白酒的典型性和綜合性特征起著關鍵性作用[16]。其次是醛酮類化合物，共檢出72種，醛類物質具有的青草味、酮類物質綿柔的香氣，均能給白酒帶來愉快的香氣，雖然他們種類很多，但相對含量并不高[17]。還有烴類化合物53種，醇類化合物58種，酸類化合物25種，酚類化合物12種，內酯類化合物6種，呋喃類化合物17種，萜烯類化合物33種，含氮類化合物20種，含硫類化合物16種。

圖2 醬香型鹽菜味缺陷酒HS-SPME-GC×GC-TOF-MS分析鑒定的化合物Fig.2 Volatile compounds in defective sauce-flavor Baijiu with pickled mustard flavor identified by HS-SPME-GC×GC-TOF-MS

2.2 醬香型白酒缺陷酒中含硫化合物分析鑒定

揮發性的含硫化合物一般具有閾值極低、含量極低的雙屬性，對白酒中風味的呈現具有重要作用。在鹽菜味缺陷型基酒中鑒定出了16種揮發性含硫化合物如表1所示，硫代乙酸甲酯、噻唑、2-噻吩甲醛、糠基甲基硫醚、二甲基二硫、3-甲基噻吩、3-甲硫基丙酸乙酯、二甲基三硫等物質在現有文獻中有報道[12，17-18]，這些硫化合物香氣閾值較低，多具有讓人不愉快的氣味，比如二甲基二硫和二甲基三硫是醬香型臭味缺陷酒的主要異嗅物質、硫代乙酸甲酯具有洋蔥氣味、3-甲基噻吩具有塑料和橡膠氣味、噻唑具有硫磺味、3-甲硫基丙酸乙酯具有卷心菜氣味等。這些含硫化合物單獨呈香特征并無明顯鹽菜氣味，但它們復合呈香效果很有可能具有某類醬香型缺陷酒的風格特征，對含硫化合物在特定含量下的復合香氣及其對醬香型白酒的風味貢獻有待深入研究[19]。

表1 醬香型鹽菜味缺陷酒鑒定出的揮發性硫化合物Table 1 Volatile sulfur compounds identified in defective product of sauce-flavor Baijiu with pickled m ustard flavor

2.3 醬香型白酒缺陷酒中萜烯類化合物分析鑒定

萜烯類化合物是白酒重要的風味物質，并且具有一定的藥物或保健作用，是白酒中的功能化合物，在多種香型白酒中都檢測出萜烯類化合物。該研究中醬香型鹽菜味缺陷酒的萜烯類物質測定結果見表2。由表2可知，該醬香型白酒中共定性出萜烯類化合物33種，表2中前26種萜烯類化合物在現有報道中均有提及[14，20-21]，其中龍腦、樟腦、里那醇、檸檬烯等具有抗菌活性、香葉醇具有抗病毒活性、α-蒎烯等具有抗氧化活性、α-蒎烯、里那醇、檸檬烯、莰烯、龍腦等有增加膽汁分泌促進助消化的功能；檸檬烯等能抑制蛋白質的異戊二烯化，具有一定抗癌作用等[22-23]。表2中27-33號物質雖未在白酒中報道，但多數在發酵酒等食品中含有[24-25]，如發酵型糯米酒和黑棗酒中分別含有甲基庚烯酮和6-甲基-5-庚烯-2-醇等風味物質[26-27]。萜烯類物質是健康白酒研究導向的重要物質，仍需進一步深入研究。

表2 醬香型鹽菜味缺陷酒鑒定出的萜烯類化合物Table 2 Terpenoid compounds identified in defective product of sauce-flavor Baijiu with pickled mustard flavor

2.4 醬香型白酒缺陷酒中含氮化合物分析鑒定

含氮類化合物以吡嗪類化合物為主，該類化合物一般具有烘焙和堅果香氣。雖然吡嗪類化合物不是醬香型白酒主體香，但吡嗪類化合物是醬香型白酒的特征成分，與醬香型白酒的感官特征密切相關，吡嗪含量的高低影響著醬香白酒的品質。四甲基吡嗪是吡嗪類化合物的典型代表，具有擴張血管，改善微循環及抑制血小板積聚作用，賦予醬香型白酒健康功能[28]。在醬香型缺陷酒中共鑒定出20種吡嗪類化合物結果如表3所示，其中前16種均有在白酒中的相關研究[8，17，29]。吡嗪類物質閾值極低，對酒體風味一般具有正向貢獻，如鑒定出的2-甲基吡嗪、2,3,5,6-四甲基吡嗪等呈焙烤香和堅果香、2,5-二甲基吡嗪具有烤面包香等，此類物質對醬香型白酒的陳香風味有較大貢獻，由這類物質導致酒體出現缺陷的可能性較小。雖然吡啶、惡唑也有報道[12]，但本實驗檢測出的2-乙酰基吡咯、4,5-二甲基惡唑等物質未見與白酒相關研究。

表3 醬香型鹽菜味缺陷酒鑒定出的含氮化合物Table 3 Nitrogen compounds identified in defective product of sauce-flavor Baijiu with pickled m ustard flavor

2.5 醬香型白酒缺陷酒中呋喃類化合物分析鑒定

呋喃類化合物是醬香型白酒的特征化合物以及重要的呈香物質[30]。醬香型鹽菜味缺陷酒中鑒定出17種呋喃類化合物，結果如表4所示，包括糠醛、3-糠醛、2-糠醇、2-乙酰基呋喃等。呋喃類化合物在醬香型白酒中含量相對較高，是醬香型白酒的一個標志組份，但現階段對其風味貢獻的研究相對較少，有必要從風味角度對其功能進一步挖掘[8]。

表4 醬香型鹽菜味缺陷酒鑒定出的呋喃類化合物Table 4 Furan compounds identified in defective product of sauce-flavor Baijiu with pickled mustard flavor

3 結論

本研究采用HS-SPME結合GC×GC-TOF-MS解析了醬香型缺陷酒揮發性組分特征，有效的實現了復雜揮發性組分的分離分析。采用該方法在醬香型缺陷酒中鑒定出揮發性組分415種，其中萜烯類和吡嗪類化合物涵蓋了較多已報道的風味物質。而具有重要風味貢獻的含硫化合物和呋喃類化合物確有較多未見風味相關報道，這些物質可能導致醬香型白酒出現風格偏離，從而產生缺陷的重要因素，特別是某些含硫化合物，很有可能是導致缺陷的異嗅物質。

白酒的風格是由酒體中化合物呈香呈味作用的綜合體現，現階段已鑒定出酒中的化合物，其單獨呈香并無明顯鹽菜味特征，故鹽菜味缺陷風格很有可能是多種化合物綜合呈香作用的結果。多種化合物間相互作用及其對酒體風格的影響，有待進一步研究。另外，全二維分析雖能較好的分離鑒定缺陷酒中揮發性物質，但單獨使用較難研究物質對缺陷酒的風味貢獻，需結合聞香技術分析酒中物質的呈香特征。本研究雖未直接定性出導致醬香型白酒產生缺陷的風味物質，但對后續缺陷酒中異嗅物質的鑒定具有積極意義。