利用掃描探針顯微鏡對陳釀白酒微觀形態的分析研究

文 靜，余 東，楊澤明，王曉平，李佳鑫，廖 麗，青 倩

(舍得酒業股份有限公司，四川射洪 629200)

白酒在我國有幾千年的發展歷史，在世界各種蒸餾酒中，中國白酒具有香味組分復雜、微量物質種類繁多的特點。白酒是含香味物質的高濃度酒精水溶液，其中98%以上的都是酒精水溶液，不到2%的香味物質是微量成分。據報道，呈香呈味微量物質在白酒的水-乙醇體系中呈現出微觀形態。不同白酒由于原料、生產工藝等的不同，其呈香呈味微量物質會形成不同的微觀形態。濃香型白酒在AFM 掃描圖中呈現出顆粒狀微觀形態，主要是因為形成了由乙醇、酯類、羰基化合物和脂肪酸等呈香呈味物質組成的聚集體，即溶膠。

近年來，利用掃描電子顯微鏡(scanning electron microscope,SEM)和原子力顯微鏡技術(atomic force microscopy,AFM)對不同種類、不同酒精度白酒的微觀形態進行觀察的研究已有報道，如吳士業等利用原子力顯微鏡技術對不同度數白酒的微觀結構進行了分析，但結合人工品評、掃描電子顯微鏡、原子力顯微鏡技術，分析不同陳釀年份對白酒口味及微觀結構的影響研究尚未見公開報道。本研究探討了不同年份白酒及不同產品白酒的微觀形態，為“酒是陳的香”尋找科學依據。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑及儀器

1.1.1 材料

典型濃香型白酒原酒、產品，醬香型白酒產品，乙醇，除醬酒外其他樣本用去離子蒸餾水降到同酒度。

表1 試驗樣品

1.1.2 儀器設備

原子力顯微鏡(Cypher VRS)，牛津儀器科技（上海）有限公司；掃描電子顯微鏡(Apreo S 型)，賽默飛世爾科技電子顯微鏡；OXFORD X-MAX 80 X射線能譜儀，牛津儀器科技（上海）有限公司；真空干燥器(HTZ-6020L)，上海精密儀器儀表有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 掃描電鏡樣品制備方法

將選擇好的硅片清洗干凈并光面向上，通過毛細管移取一定樣品于硅片上，干燥后在樣品及樣品托表面噴鍍一層金膜（10～20 nm），進行觀察（從低倍數到高倍數觀察）。

1.2.2 原子力顯微鏡樣品制備方法

取酒液自然均勻鋪蓋在1 cm 直徑的云母片上，真空干燥后進行AFM觀察。

1.2.3 AFM探針掃描

Tapping 成像模式：采用高頻振動探針掃描樣品，探針與樣品作瞬間接觸并掃描，掃描速率為1.0～2.0 Hz。實驗溫度25 ℃，濕度50%～60%。

1.2.4 白酒感官盲評

由9 名國家評委與省評委組成的白酒品評專業團隊對樣品進行感官盲評，并排序（口感質量排序從1—5代表從好到次）。

2 結果與分析

2.1 感官品評結果（表2）

表2 感官品評結果

2.2 酒樣微觀形態觀察結果

2.2.1 乙醇溶液微觀形態觀察結果

圖1 和圖2 是乙醇的SEM 圖和AFM 掃描圖，從圖1 和圖2 可知，乙醇微觀結構中存在大量規則圓形顆粒，通過圖像軟件數據分析表明圓形顆粒粒徑均＜50 nm。可能是因為乙醇溶液成分簡單，導致顆粒均一、較小。SEM 圖和AFM 掃描圖結果相對應。

圖1 乙醇掃描電鏡觀察結果

圖2 乙醇原子力顯微鏡觀察結果

2.2.2 N0（新酒）微觀形態觀察結果

對照樣品N0 微觀結構如圖3 和圖4 所示，SEM圖和AFM 掃描圖結果顯示新酒中具有大量球形顆粒，分布較均勻，各自獨立存在；多數較暗，較薄，顆粒較小；粒徑在133.6～411.9 nm 之間，與乙醇溶液比，顆粒粒徑明顯較大，這主要是釀造酒中風味成分結構較為復雜所致。通過原子力顯微鏡平行驗證，其結果與掃描電鏡觀察結果一致。

圖3 N0掃描電鏡觀察結果

圖4 N0原子力顯微鏡觀察結果

2.2.3 N1白酒微觀形態觀察結果

貯存1 年的濃香型白酒其微觀結構如圖5 和圖6 所示，由掃描電鏡及原子力顯微鏡的觀察結果可知，貯存1 年的N1 酒樣中有大量的球形顆粒并且夾雜著許多微小顆粒，分布比較均勻，多數較亮，較厚，顆粒較大，粒徑在167.4～1125 nm 之間，較新酒樣大，這可能是白酒在貯存過程中發生了復雜的物理和化學反應所致。掃描電鏡結果與原子力顯微鏡結果呈現相同趨勢。

圖5 N1掃描電鏡觀察結果

圖6 N1原子力顯微鏡觀察結果

2.2.4 N3白酒微觀形態觀察結果

貯存3 年的濃香型白酒微觀結構如圖7 和圖8所示，由掃描電鏡及原子力顯微鏡的觀察結果可知，N3 酒樣顯現大量球形顆粒并且夾雜著許多不同大小的小型顆粒，整體分布比較均勻。顆粒之間存在大量堆積情況，顆粒邊緣較亮，中間偏暗，整體亮度較高，顆粒粒徑在195.1～1389 nm 之間，明顯比貯存1年的濃香型白酒(N1)大。

圖7 N3掃描電鏡觀察結果

圖8 N3原子力顯微鏡觀察結果

2.2.5 N5白酒微觀形態觀察結果

貯存5年的濃香型白酒微觀結構如圖9和圖10所示，由掃描電鏡及原子力顯微鏡觀察結果可知，顆粒大量聚合在一起，整體分布不均勻，分布更為緊密，形態多樣。單個存在的微粒粒徑較小，在56.23～163.8 nm之間。

圖9 N5掃描電鏡觀察結果

圖10 N5原子力顯微鏡觀察結果

2.2.6 N10白酒微觀形態結果

貯存10 年的濃香型白酒微觀結構如圖11 和圖12所示，由掃描電鏡及原子力顯微鏡的觀察結果可知，大多顆粒聚合在一起，光亮，長度長，單個顆粒減少。能譜圖顯示主要是有機物，如圖13 所示，參考有機物反應，推測可能是有機化學反應的有序生長，其中C、O 含量較高，分別占總量的78.58 %和19.30%。

圖11 N10掃描電鏡觀察結果

圖12 N10原子力顯微鏡觀察結果

圖13 N10能譜圖

2.2.7 C1白酒微觀形態觀察結果

C1 微觀形態結構如圖14 和圖15 所示，由掃描電鏡及原子力顯微鏡觀察結果可知，C1 微觀形態呈現大小不等、形狀不一的顆粒狀，且顆粒形態多樣、堆積明顯，微粒粒徑在34～318 nm之間。

圖14 C1掃描電鏡觀察結果

圖15 C1原子力顯微鏡觀察結果

2.2.8 C2白酒微觀形態觀察結果

C2 微觀形態結構如圖16 和圖17 所示，由掃描電鏡及原子力顯微鏡觀察結果可知，堆積明顯，堆積體無顆粒形態；顆粒非常少，大顆粒粒徑在1224～1777 nm 之間，小顆粒粒徑在138.2～160.5 nm之間。

圖16 C2掃描電鏡觀察結果

圖17 C2原子力顯微鏡觀察結果

2.2.9 C3白酒微觀形態觀察結果

C3 微觀形態結構如圖18 和圖19 所示，由掃描電鏡及原子力顯微鏡觀察結果可知，C3 顆粒結構不規則，分布不均勻，堆積明顯，顆粒很少，但顆粒狀態清晰，小顆粒粒徑在75.93～174.5 nm之間。

圖18 C3掃描電鏡觀察結果

圖19 C3原子力顯微鏡觀察結果

2.2.10 J0(醬酒)微觀形態觀察結果

醬酒微觀形態結構如圖20 和圖21 所示，由掃描電鏡及原子力顯微鏡觀察結果可知，醬酒呈現大小相等的顆粒狀微觀物質形態，且顆粒和堆積共存，小顆粒粒徑在124.0～163.1 nm之間。

圖20 J0掃描電鏡觀察結果

圖21 J0原子力顯微鏡觀察結果

3 結論

通過掃描電子顯微鏡和原子力顯微鏡技術對不同陳釀年份和不同產品白酒進行微觀結構分析，可以明顯觀察到呈香呈味物質在乙醇-水體系中形成了大小不等的顆粒狀微觀形態，并且所含種類和數量不同，形成的微觀形態也有所不同。試驗結果表明，樣本基酒年份越長，感官質量越好，陳香越明顯，顆粒越大，堆積越緊密，堆積粒越大；經能譜證明堆積粒是有機物；不同產品的微觀形貌差異明顯。