GC-IMS分析典型濃香型白酒揮發(fā)性成分差異

付 勛，聶青玉，張 艷，李 翔，劉 丹，譚鵬昊，馮婷婷，唐廷廷

（重慶三峽職業(yè)學(xué)院 農(nóng)林科技學(xué)院，重慶 萬(wàn)州 404155）

中國(guó)地域遼闊，白酒品種眾多，由于“水土氣氣生”、酒曲、原料、釀酒工藝等眾多因素，白酒中含有1%～2%的復(fù)雜微量有機(jī)化合物，包含酯類(lèi)、醇類(lèi)、醛類(lèi)、酸類(lèi)、酚類(lèi)、含氮化合物等，最終形成了白酒獨(dú)特的風(fēng)格和香型，尤以濃香型、醬香型、清香型為主[1-6]。在眾多香型白酒中，濃香型白酒的市場(chǎng)占有率為70%。濃香型白酒生產(chǎn)主要以“跑窖法”、“原窖法”及“老五甑”生產(chǎn)工藝為主，具有“泥窖固態(tài)發(fā)酵、續(xù)糟配料、混蒸混燒”等共同生產(chǎn)工藝特點(diǎn)，形成了己酸乙酯等水果香氣為主體的風(fēng)味物質(zhì)成分，但由于原料、生產(chǎn)工藝、地域等因素，不同酒企或同一酒企不同檔次產(chǎn)品中微量風(fēng)味物質(zhì)成分也存在差異[7-12]。

目前，對(duì)白酒微量揮發(fā)性物質(zhì)成分的測(cè)定方法主要包括離子色譜（ion chromatography，IC）、高效液相色譜（high performance liquid chromatography，HPLC）、氣相色譜（gas chromatography，GC）、頂空固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜（headspace-solid phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry，HS-SPME-GC-MS）聯(lián)用技術(shù)。氣相-離子遷移譜法（gas chromatography-ion mobility spectrometry，GC-IMS）是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新的分析檢測(cè)技術(shù)，將其用于食品的特征風(fēng)味物質(zhì)分析在國(guó)外已有廣泛研究[13]，其中在飲料[14]、果蔬[15]及肉制品[16]等產(chǎn)品的風(fēng)味分析及鑒別上已廣泛應(yīng)用。在國(guó)內(nèi)，該技術(shù)已廣泛應(yīng)用于食品風(fēng)味物質(zhì)的相關(guān)研究[17-22]，主要用于油脂分類(lèi)鑒定，肉制品風(fēng)味物質(zhì)差異分析，部分農(nóng)產(chǎn)品快速鑒定分析等，但該技術(shù)在白酒分析檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用報(bào)道相對(duì)較少，朱玲等[23]采用GC-IMS技術(shù)檢測(cè)3種不同香型白酒揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，發(fā)現(xiàn)該技術(shù)能夠快速區(qū)分不同的白酒香型。該技術(shù)在相同香型白酒的不同產(chǎn)地、不同等級(jí)的鑒別方面尚待深入研究。本研究以8個(gè)典型濃香型白酒（五糧液、瀘州老窖（百年瀘州老窖、國(guó)窖1573）、劍南春、洋河（夢(mèng)之藍(lán)、天之藍(lán)）、中華杜康、古井貢酒）為試樣，采用GC-IMS技術(shù)對(duì)樣品進(jìn)行分析，建立指紋圖譜、采用動(dòng)態(tài)主成分分析（dynamic principal component analysis，DPCA）和歐氏距離等方法對(duì)8個(gè)樣品進(jìn)行鑒別，以期能為同一香型不同品牌的白酒鑒別提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

濃香型白酒，8個(gè)樣品均為市售，集中采購(gòu)，包含五糧液、瀘州老窖、劍南春、洋河、中華杜康、古井貢酒等典型濃香型白酒企業(yè)生產(chǎn)的共計(jì)8個(gè)典型濃香型白酒樣品，各供試白酒樣品信息見(jiàn)表1。

表1 供試白酒樣品信息Table 1 Information of tested Baijiu samples

1.2 儀器與設(shè)備

1.3 方法

1.3.1 濃香型白酒中揮發(fā)性物質(zhì)分析法測(cè)定

不同濃香型白酒樣品中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)采用氣相色譜-離子遷移譜聯(lián)用（GC-IMS）技術(shù)測(cè)定，取1 mL樣品，置于20 mL頂空瓶中，60 ℃孵育10 min后進(jìn)樣100 μL，進(jìn)樣針溫度85 ℃，孵化轉(zhuǎn)速500 r/min。

GC-IMS測(cè)定條件如下：分析時(shí)間30 min，MXT-WAX色譜柱（0.28 mm×0.25 μm×15 m），柱溫60 ℃、載氣/漂移氣為氮?dú)猓∟2）、IMS溫度45 ℃。

1.3.2 不同濃香型白酒樣品中揮發(fā)性物質(zhì)分析

2 結(jié)果與分析

2.1 不同品牌濃香型白酒中揮發(fā)性物質(zhì)成分分析

不同品牌濃香型白酒的揮發(fā)性物質(zhì)成分GC-IMS分析圖譜見(jiàn)圖1，揮發(fā)性物質(zhì)成分差異見(jiàn)圖2，揮發(fā)性物質(zhì)成分三維譜圖見(jiàn)圖3。由圖1可知，其中橫向坐標(biāo)為離子遷移時(shí)間，縱向坐標(biāo)為氣相色譜保留時(shí)間[24]，1.0處為反應(yīng)離子峰（reaction ion peak，RIP），峰兩側(cè)每點(diǎn)為一種白酒中揮發(fā)性物質(zhì)，顏色深淺反應(yīng)物質(zhì)含量高低。由圖2可知，以1#樣品為參比，其余7個(gè)樣品為扣除參比圖譜，扣除后背景為白色，紅色表示物質(zhì)含量高于1#，藍(lán)色越深則反之。由圖3可知，8個(gè)樣品的三維圖譜在部分物質(zhì)上存在相似性，其中1#樣品紅色部分較其余7個(gè)樣品多且顏色深，說(shuō)明1#樣品部分揮發(fā)性物質(zhì)在組成及含量上均較豐富，6#樣品中紅色、藍(lán)色部分均較少，說(shuō)明6#樣品中較少的部分揮發(fā)性物質(zhì)高于其余7個(gè)樣品，同時(shí)也有較少部分揮發(fā)性物質(zhì)較低；5#在橫坐標(biāo)1.0右側(cè)紅色部分較為明顯，說(shuō)明5#樣品含有部分高于其他7個(gè)樣品的揮發(fā)性物質(zhì)。

圖1 不同品牌濃香型白酒中揮發(fā)性物質(zhì)成分Fig.1 Volatile substances in different brands of strong-flavor Baijiu

圖2 不同品牌濃香型白酒中揮發(fā)性物質(zhì)成分對(duì)比差異Fig.2 Comparative differences of volatile components in different brands of strong-flavor Baijiu

圖3 不同品牌濃香型白酒中揮發(fā)性物質(zhì)成分三維譜圖Fig.3 Three-dimensional spectrum of volatile compounds in different brands of strong-flavor Baijiu

2.2 不同品牌濃香型白酒中揮發(fā)性物質(zhì)定性分析

根據(jù)特征物質(zhì)遷移和保留時(shí)間，用數(shù)字標(biāo)識(shí)出白酒樣品中揮發(fā)性物質(zhì)，由于目前軟件NIST2014與IMS數(shù)據(jù)庫(kù)不完善，可定性的濃香型白酒中主要揮發(fā)性成分的單體及二聚體物質(zhì)共34種，表2與圖4中相應(yīng)編號(hào)物質(zhì)一一對(duì)應(yīng)，圖譜中部分揮發(fā)性物質(zhì)見(jiàn)表2。由圖4和表2的定性結(jié)果可知，8種不同品牌濃香型白酒中共檢測(cè)出揮發(fā)性物質(zhì)34種，其中酯類(lèi)17種，醛類(lèi)7種，醇類(lèi)6種，酮類(lèi)2種，酸類(lèi)和吡嗪各1種，這一結(jié)果與傳統(tǒng)采用氣相色譜、氣質(zhì)聯(lián)用等分析手段所檢測(cè)出濃香型白酒中主要的揮發(fā)性物質(zhì)較一致[25-26]。其中，能體現(xiàn)出濃香型白酒的水果特征香味的己酸乙酯、乙酸乙酯、乙酸異戊酯、乙酸異丁酯、丙酸乙酯、甲酸乙酯、丁酸乙酯等揮發(fā)性物質(zhì)均有檢出。

圖4 不同品牌濃香型白酒揮發(fā)性成分定性分析Fig.4 Qualitative analysis of volatile compounds in different brands of strong-flavor Baijiu

表2 不同品牌濃香型白酒中揮發(fā)性物質(zhì)定性結(jié)果Table 2 Qualitative results of volatile compounds in different brands of strong-flavor Baijiu

續(xù)表

2.3 不同品牌濃香型白酒中揮發(fā)性物質(zhì)Gallery Plot指紋譜圖分析

為了便于比較不同品牌濃香型白酒樣品揮發(fā)性物質(zhì)變化規(guī)律及相對(duì)含量差異，每個(gè)樣品做3次重復(fù)測(cè)定，樣品標(biāo)號(hào)為縱坐標(biāo)，揮發(fā)性物質(zhì)成分為橫坐標(biāo)，采用Gallery Plot繪制揮發(fā)性物質(zhì)指紋譜圖見(jiàn)圖5，圖5中顏色深淺反應(yīng)揮發(fā)性成分含量差異。由圖5可看出，不同白酒樣品之間風(fēng)味物質(zhì)成分差異，不同樣品之間的差異較大，黃框所示為樣品中均含有的揮發(fā)性物質(zhì)，其含量較接近；紅框所示物質(zhì)在各自樣本中含量相對(duì)較高，且存在明顯差異的揮發(fā)性物質(zhì)。各樣品中，己酸乙酯、戊酸乙酯、丙酸乙酯、丁酸乙酯、乙酸丁酯、甲基乙酸丁酯、丁醇、2-丁醇、3-甲基丁醇等揮發(fā)性成分均有檢出，己酸乙酯為濃香型白酒中含量最高、為主要酯類(lèi)物質(zhì)之一。丁酸乙酯（單體）與己酸乙酯作為濃香型白酒的主體香味物質(zhì)在各樣本中最為突出，其含量相近，但己酸乙酯（二聚體）在1#、2#、3#、4#樣品中含量豐富，在5#、6#、7#樣品中產(chǎn)量較低；其次，1#樣品在特征物質(zhì)成分的類(lèi)型及含量最高，這可能與1#采用典型的多糧濃香型白酒跑窖法生產(chǎn)工藝相關(guān)[27]，但不同典型樣品在特征揮發(fā)性成分上差異較大，甲基乙酸丁酯在1#中含量最高，在2#、6#號(hào)樣品中其次，在其余樣品中相對(duì)較少；2-乙烷基-3,5-二甲基吡嗪在1#、5#、6#樣品中含量較高；丙醛、異丁醛、戊醛等物質(zhì)在1#樣品中含量較高，其余樣品中含量極低；1-戊醇、1-己醇、庚酸乙酯、辛酸乙酯等物質(zhì)在1#樣品中含量豐富，在其余樣品中含量極低或未檢測(cè)出；丁醇在1#、2#、6#樣品中含量較高，3#、7#樣品極低，其余樣品中含量較少；糠醛在2#、4#樣品中含量較高，1#樣品含量最低，其余樣品中含量較少；甲酸乙酯在3#樣品中含量最高，2#、4#、7#、8#樣品中含量較少，1#、6#樣品中極低；乙酸乙酯在3#、7#樣品中含量較高，6#樣品中含量最少，其余樣品中較少；5#樣品中乳酸乙酯含量最高，3#、6#、7#、8#樣品含量較少，1#、2#、4#樣品含量最低；5#樣品中乳酸乙酯和乙酸含量相對(duì)其他樣品較高；6#樣品相對(duì)于其他樣品以乙酸異丁酯為主的揮發(fā)性物質(zhì)含量較高；8#樣品相對(duì)于其他樣品乙酸異戊酯等物質(zhì)含量較高。

圖5 不同品牌濃香型白酒揮發(fā)性成分指紋譜圖Fig.5 Fingerprints of volatile compounds in different brands of strong-flavor Baijiu

2.4 不同品牌濃香型白酒中揮發(fā)性物質(zhì)聚類(lèi)分析

采用DPCA對(duì)不同濃香型白酒樣品揮發(fā)性成分進(jìn)行動(dòng)態(tài)主成分和相似度分析，結(jié)果見(jiàn)圖6。由圖6可知，降維后前兩個(gè)主成分累計(jì)方差貢獻(xiàn)率為72%，能夠較好地表征原始數(shù)據(jù)的特征。平行樣較緊密的聚集，而樣本間則有一定距離。其中3#、4#、7#之間距離相對(duì)接近，洋河、杜康等以“老五甑”生產(chǎn)工藝為主要代表的濃香型白酒中揮發(fā)性物質(zhì)成分特征相似度較高，但天之藍(lán)和夢(mèng)之藍(lán)之間特性相似度有存在一定距離。2#、5#、8#之間距離相對(duì)接近，以“原窖法”生產(chǎn)工藝為代表的瀘州老窖1573樣品和90年窖齡百年瀘州老窖樣品揮發(fā)性物質(zhì)成分特征相似度較高，但兩樣品之間有一定距離，90年窖齡瀘州老窖和古井貢酒特性相似度最接近，1#、6#之間距離相對(duì)接近，以多糧型“跑窖法”生產(chǎn)工藝為代表的五糧液和劍南春在揮發(fā)性物質(zhì)成分上特征相似度較高。由圖7樣本間的歐式距離也可以看出5#、8#之間的距離最近，樣本相似度最高，1#、3#之間的距離最遠(yuǎn)，相似度最低。

圖6 不同品牌濃香型白酒揮發(fā)性成分動(dòng)態(tài)主成分分析Fig.6 Dynamic principal component analysis of volatile compounds in different brands of strong-flavor Baijiu

圖7 不同品牌濃香型白酒揮發(fā)性成分歐氏距離Fig.7 Euclidean distance of volatile compounds in different brands of strong-flavor Baijiu

3 結(jié)論

以五糧液、瀘州老窖、劍南春、洋河、中華杜康、古井貢酒等8種典型濃香型白酒為試樣，采用GC-IMS技術(shù)對(duì)白酒中揮發(fā)性物質(zhì)成分進(jìn)行分析，共檢測(cè)出酯類(lèi)17種，醛類(lèi)7種，醇類(lèi)6種，酮類(lèi)2種，酸和吡嗪各1種。

研究借助指紋圖譜對(duì)比分析，可直觀對(duì)比不同樣品之間揮發(fā)性物質(zhì)成分的相似度及差異性，研究發(fā)現(xiàn)不同樣品間在己酸乙酯、戊酸乙酯、丙酸乙酯、丁酸乙酯、乙酸丁酯、甲基乙酸丁酯、丁醇等物質(zhì)均有檢出，其中己酸乙酯為濃香型白酒的標(biāo)志性揮發(fā)性成分，不同樣品中其他揮發(fā)性物質(zhì)成分存在特征差異性。其中，1#樣品五糧液揮發(fā)性物質(zhì)成分在種類(lèi)和含量上最突出。

研究采用動(dòng)態(tài)主成分分析和“最近鄰”指紋分析等分析方法能夠區(qū)分典型濃香型白酒特征揮發(fā)性成分，且效果顯著；方法在用于鑒別和區(qū)分不同類(lèi)型濃香型白酒特征揮發(fā)性物質(zhì)成分有一定價(jià)值，同時(shí)，該方法在其他香型白酒的鑒別和區(qū)分方面，值得進(jìn)一步研究。