基于智能感官和GC-MS技術分析市售醬香型白酒的品質

黃鍶钘，賀子豪，王玉榮，田龍新，周加平，劉菊珍，郭 壯，3*

（1.湖北文理學院 湖北省食品配料工程技術研究中心，湖北 襄陽 441053；2.襄陽市醬香型白酒固態發酵企校聯合創新中心，湖北 襄陽 441053；3.醬香型白酒固態發酵襄陽市重點實驗室，湖北 襄陽 441614）

中國白酒作為世界六大蒸餾酒之一，以其古老的釀造工藝和獨特的風味特征而聞名[1]。作為十二大香型之一的醬香型白酒，因具有“醬香突出、酒體醇厚、回味悠長、空杯留香”的酒體特征，以及日漸明晰的保健作用，越來越受到廣大消費者的青睞，市場接受度也逐漸升高[2-3]。醬香型白酒釀造工藝復雜且周期較長，具有高溫制曲、高溫堆積、高溫發酵、高溫餾酒、生產周期長、貯存時間長、大量用曲、多輪次發酵的“四高兩長，一大一多”工藝特點，導致酒體中形成了復雜的風味化合物，這也是醬香型白酒區別與其他香型白酒的主要原因之一[4-5]。醬香型白酒的風味特征受到釀造微生態、釀酒微生態以及復雜釀造工藝等多種因素的影響，酒體中揮發性香氣化合物含量很低，僅占白酒總體積的1%～2%，但其種類豐富，目前已發現的微量風味化合物已達1 874種，對白酒的質量及風味品質具有重要影響[6]。研究表明，作為我國十二大香型白酒中風味物質構成最為復雜的白酒，醬香型白酒的主體香氣成分尚未明確，解析醬香型白酒的主體風味成分仍是白酒科研領域的研究熱點之一[7-8]。因此，比較不同醬香型白酒的質量品質和風味特征，對醬香型白酒中風味物質的探究及發展具有重要意義。

色度儀和電子舌通過模擬生物體視覺和味覺的智能感官系統，并利用陣列傳感器獲取被測樣品色澤和滋味品質的定量描述信息，具有操作簡單快捷、分析準確高效和客觀性強等特點[9]。氣相色譜-質譜（gaschromatography-mass spectrometry，GC-MS）通過高效分離優勢，結合質譜的精確檢測數據，實現對復雜組分的定性和定量分析，具有較高的靈敏度和可操作性，是目前食品分析領域最常用、最成熟的方法之一[10-11]。近年來，智能感官與GC-MS技術相結合，在酒精飲料中有著廣泛應用。陳爍[12]采用GC-MS技術對發酵火龍果酒中的酯類物質進行了定量分析，并通過色度儀探究了溫度、儲藏時間以及添加劑對火龍果酒色澤的影響，為火龍果酒確定了最佳的護色方案。蘆建超[13]采用電子舌和GC-MS技術為白酒勾調最優配方的確定、提升白酒勾調生產自動化水平提供了解決方案。WANG L等[14]采用智能感官結合GC-MS技術對以糯米、紫米、紅米和黃米為原料發酵的甜酒釀進行了比較分析，為甜酒釀原料的選擇提供了參考價值。因此，智能感官與GC-MS技術相結合，對醬香型白酒的質量和風味品質進行分析具有可行性。

本研究以10個市售醬香型白酒為研究對象，采用色度儀和電子舌對白酒樣品的顏色參數和滋味品質進行分析，結合GC-MS技術對酒體中揮發性化合物進行檢測，并對揮發性風味化合物進行聚類分析（cluster analysis，CA）及偏最小二乘法-判別分析（orthogonal partial least square method-discriminant analysis，OPLS-DA），比較不同醬香型白酒的質量品質及風味特征。以期為醬香型白酒的市場規范、企業質控以及其白酒產業的發展提供一定的理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

10個醬香型白酒酒樣（53%vol）：4個酒樣（編號為A、C、D和H）產地為貴州省遵義市仁懷市，4個酒樣（編號為B、E、F和G）產地為貴州省遵義市，1個酒樣（編號為I）產地為貴州省畢節市以及1個酒樣（編號為J）產地為湖北省襄陽市；極性溶液、參比溶液和味覺標準溶液：日本INSENT公司；酒石酸、氯化鉀、鹽酸和氫氧化鉀（均為分析純）：西隴科學股份有限公司。

1.2 儀器與設備

Ultra Scan PRO色度儀：美國Hunter Lab公司；SA-402B電子舌：日本INSENT公司；GCMS-QP 2020氣相色譜-質譜聯用儀：日本島津公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 顏色參數的測定

對10個市售醬香型白酒樣品的顏色參數進行測定，參考MCDERMOTT A等[15]的方法，色度儀提前打開預熱1 h，預熱完成將測試模式設為透射，并用校正光阱、黑卡和校正標準白板對色度儀進行校正后測定樣品的色澤。校正完成后取適量醬香型白酒樣品于50 mm×10 mm×50 mm石英比色皿中，讀數以CIE1976色度空間值L*值、a*值和b*值表示，其中L*值為亮暗度（值越大表示越亮），a*值為紅綠度（為正值時偏紅，反之偏綠），b*值為黃藍度（為正值時偏黃，反之偏藍），每個樣品平行測定3次。

1.3.2 電子舌的測定

對10個市售醬香型白酒樣品的滋味進行測定，取30 mL醬香型白酒樣品，加入適量超純水稀釋至酒精度為20%vol后置于電子舌測試杯中進行分析。參考ZHAO X X等[16]的方法使用電子舌檢測醬香型白酒樣品的酸味、苦味、澀味、咸味和鮮味5個基本味以及苦味、澀味和鮮味3個基本味的回味，每個樣品測定4次，取后3次測定的數據進行分析。

1.3.3 揮發性風味化合物的測定

對10個市售醬香型白酒樣品的揮發性風味化合物進行測定，揮發性風味化合物的測定采用GC-MS法。

樣品預處理：取1.0 mL醬香型白酒樣品置于20 mL頂空瓶中，加入5.0 mL水稀釋，50 ℃吸附30 min，平衡10 min，進樣口解吸3 min后啟動儀器采集數據。

GC條件[17]：DB-WAX毛細管色譜柱（60 m×0.25 mm×0.25 μm），起始溫度50 ℃，保持3 min后以10 ℃/min升到240 ℃，維持10 min；載氣為高純氦氣（He）（＞99.999%）；流速為1.0 mL/min。

MS條件[18]：電子電離（electron ionization，EI）源，電子能量為70 eV；離子源溫度230 ℃，連接口溫度250 ℃，質量掃描范圍為20.00～450.00 amu。

定性定量分析：利用美國國家標準技術研究所（national institute of standards and technology，NIST）質譜庫進行定性分析，僅保留比對相似度＞700的定性結果，并手動過濾掉柱流失產生的化合物（主要是含硅和鹵素的化合物）[19]，采用峰面積歸一化法進行相對定量分析，所有數據均在乙醇的出峰時間關閉燈絲，相對定量結果為除去乙醇含量的百分含量。

1.3.4 數據處理

采用Excel 2016進行數據處理，R4.1.3繪制氣泡圖、花瓣圖和聚類樹狀圖，且聚類距離采用歐式距離，數據采用不轉換方式，聚類方法采用Ward linkage法，采用SIMCA14.1進行OPLS-DA的變量投影重要性（variable importance in the projection，VIP）值的可視化分析。

2 結果與分析

2.1 市售醬香型白酒感官品質分析

2.1.1 顏色參數的檢測結果

本研究首先使用色度儀對10個市售醬香型白酒的顏色參數進行測定，結果見表1。由表1可知，醬香型白酒L*值最大且差異最小，b*值差異最大，變異系數分別為0.49%和221.56%，表明10個市售醬香型白酒整體呈現透明色且在黃藍度上具有明顯差異。

表1 市售醬香型白酒顏色參數的檢測結果（n=10）Table 1 Detection results of color indexes of commercial sauceflavor Baijiu

2.1.2 電子舌檢測結果

為進一步解析醬香型白酒滋味品質之間的差異，采用電子舌對10個市售醬香型白酒的滋味進行了分析，其相對強度見表2。

表2 市售醬香型白酒電子舌滋味指標相對強度（n=10）Table 2 Relative intensity of taste indexes of commercial sauceflavor Baijiu

由表2可知，10個醬香型白酒在苦味的回味、酸味、咸味、鮮味、澀味、鮮味的回味和苦味等指標上相對強度值差異較大，極差值分別為2.93、1.88、1.29、1.27、1.08、1.05和1.02。KOBAYASHI Y等[20]研究表明，當某一滋味指標的相對強度值之差=1時，則是人體味覺感官可以區分的最小差異。由此可見，除澀味的回味外，10個醬香型白酒在滋味指標上存在較明顯的差異，且在苦味的回味指標上的差異最大。

程度等[21]通過調查研究發現，相較于其他釀酒用原料，高粱的香氣強度更強，主要以酯類、醛類和酮類為主，且因高粱中游離態的香氣物質具有揮發性，其對白酒風味品質特征具有直接影響。邵明凱等[22]研究表明，酵母菌通過對乙醇和對白酒風味貢獻最大的酯類物質產生直接作用，從而導致不同輪次白酒產量和品質存在差異。由此可知，醬香型白酒的風味品質與其含有的揮發性風味物質之間具有直接作用。

2.2 市售醬香型白酒揮發性風味物質分析

采用GC-MS技術對10個市售醬香型白酒中揮發性化合物進行了分析，通過譜庫檢索、保留指數以及比對相似度，共定性鑒定出718種揮發性化合物，酒樣中相對含量＞1%的揮發性化合物有50種，其在白酒中的相對含量見圖1。

圖1 市售醬香型白酒中揮發性風味化合物相對含量Fig.1 Relative contents of volatile flavor compounds of commercial sauce-flavor Baijiu

由圖1可知，按照物質化學結構性質，酒樣中相對含量＞1%的揮發性風味化合物為50種，包括30種酯類、7種醇類、6種醛類、4種酮類、2種烷烴類和1種含硫化合物。其中，酯類物質在10個市售醬香型白酒中的種類最多，其次為醇類和醛類物質，其平均相對含量分別為78.80%、6.80%和10.98%。進一步對10個市售醬香型白酒中相對含量＞1%的揮發性化合物的種類進行分析，結果見圖2。

圖2 市售醬香型白酒中揮發性化合物種類數量的花瓣韋恩圖Fig.2 Petal venn diagram of the number of types volatile compounds of commercial sauce-flavor Baijiu

由圖2可知，10個市售醬香型白酒中共有的揮發性風味化合物有25種，其平均相對含量為66.35%。結合圖1可知，酒樣中共有的25種揮發性化合物可分為5類，包括18種酯類物質：庚酸乙酯、丁酸乙酯、癸酸乙酯、戊酸乙酯、3-甲基戊酸乙酯、壬酸乙酯、異戊酸乙酯、棕櫚酸乙酯、異丁酸乙酯、丙酸乙酯、己酸丙酯、2-甲基丁酸乙酯、乙酸異戊酯、反式-4-癸烯酸乙酯、己酸異戊酯、月桂酸乙酯、己酸己酯和己酸丁酯；2種醇類物質：異戊醇和正丙醇；3種醛類物質：糠醛、異戊醛和苯甲醛；1種酮類物質：4-十一酮；1種有機硫化物：二甲基三硫。酯類、醇類、醛類、酮類物質及有機硫化物平均相對含量分別為51.87%、4.25%、9.00%、0.48%和0.75%。此外，醬香型白酒中亦存在特有的揮發性風味化合物，酒樣A特有的揮發性風味化合物為十一烷，相對含量為1.34%，酒樣B特有的揮發性風味化合物為甲氧基丙酮，相對含量為10.28%，酒樣E特有的揮發性風味化合物為甲酸丁酯，相對含量為1.80%，酒樣G特有的揮發性風味化合物為4-甲基-1-戊醇，相對含量為3.78%，酒樣H特有的揮發性風味化合物為丙酮醛，相對含量為7.73%，酒樣I特有的揮發性風味化合物為丙酮酸乙酯，相對含量為1.68%。

由圖2亦可知，除了上述揮發性風味化合物之外，酒樣中還含有多種其他風味化合物，對白酒整體風味貢獻較大。由此可知，不同醬香型白酒中揮發性化合物組成及相對含量存在差異，從而可能導致酒體風味品質有所不同。

白酒的風味特征除了與揮發性化合物的含量有關外，還與風味化合物之間的協調作用及其對酒體的貢獻相關[23]。為了更加準確合理的解析不同醬香型白酒之間的風味差異，基于白酒中相對含量＞1%的50種揮發性風味化合物，對10個市售醬香型白酒進行了聚類分析。結果見圖3。

圖3 基于相對含量＞1%揮發性風味物質市售醬香型白酒的聚類分析Fig.3 Cluster analysis of commercial sauce-flavor Baijiu based on volatile flavor compounds with relative content＞1%

由圖3可知，當距離為20時，本研究的10個市售醬香型白酒主要被劃分為3個聚類，其中A、B、C和I共4個酒樣隸屬于聚類I，D、F和G共3個酒樣隸屬于聚類II，E、H和J共3個酒樣隸屬于聚類III，且較之聚類III酒樣，聚類I和聚類II酒樣之間距離更近。由此表明，聚類分析可以有效區分10個市售醬香型白酒，且隸屬于聚類I的酒樣A、B、C、I與隸屬于聚類II的酒樣D、F、G之間相對含量＞1%揮發性風味物質構成更為相似。其中，酒樣A、B、C、D、F和G均來自于貴州省遵義市，由此可推測地域因素對酒樣中揮發性風味物質構成具有影響[6]。

通過PLS-DA對10個市售醬香型白酒樣品構建分類模型，可有效將不同酒樣劃分為3個聚類，且與上述聚類分析結果一致。基于此，為篩選出可以區分3個聚類醬香型白酒樣品的差異化合物，基于PLS-DA對相對含量＞1%的50種揮發性化合物在3個聚類醬香型白酒中的貢獻進行VIP值量化分析，并利用熱圖對不同聚類中揮發性化合物的相對含量變化進行了分析，結果見圖4。一般認為，VIP值＞1的揮發性化合物可作為PLS-DA模型的關鍵差異化合物，且VIP值越大，該物質在模型預測中的貢獻越大[24]。

圖4 3個聚類醬香型白酒中變量投影重要性值＞1揮發性化合物Fig.4 Volatile compounds with variable importance projection＞1 in sauce-flavor Baijiu of three clusters

由圖4可知，本研究從3個聚類醬香型白酒中確定了19種可有效區分酒樣的關鍵差異化合物，分別為棕櫚酸乙酯、3-甲基戊酸乙酯、正己酸乙酯、庚酸乙酯、戊酸乙酯、苯甲醛、己酸異戊酯、己酸丙酯、乙酸異戊酯、己酸己酯、丁酸乙酯、甲酸丁酯、異丁酸乙酯、正丙醇、壬酸乙酯、丙酮醛、異戊酸乙酯、癸酸乙酯和2-甲基丁酸乙酯，其中酯類物質是對酒體風味貢獻最大且種類最多的風味化合物。由圖4亦可知，除棕櫚酸乙酯和苯甲醛之外，多數關鍵差異化合物在聚類I和聚類II酒樣之間相對含量差異較小，表明隸屬于聚類I和聚類II的醬香型白酒風味更為相似，這與上述聚類分析結果一致。此外，VIP值排名前三的棕櫚酸乙酯、3-甲基戊酸乙酯和正己酸乙酯亦是3個聚類醬香型白酒之間的顯著差異化合物（P＜0.05）。

研究表明，酯類物質是白酒主要的呈香成分，且丁酸乙酯、異丁酸乙酯、壬酸乙酯和異戊酸乙酯等乙酯類化合物大多呈現果香、甜香、花香或獨特的芳香氣味[25]。醇類、醛類和酮類物質主要起到襯托酯香、協調香氣與口感的作用。其中，呈微弱蠟香、果醬和奶油香氣的棕櫚酸乙酯在聚類I酒樣中相對含量明顯偏高，聚類II酒樣次之，適量的棕櫚酸乙酯可以增強酒體的穩定性和厚重感，且具有降低干澀味且增強后味的作用[26]，這可能是導致上述電子舌分析中所有酒樣在澀味的回味指標上差異較小的原因之一。呈菠蘿香和酯香的3-甲基戊酸乙酯在聚類III酒樣中相對含量明顯偏高，表明其可以賦予酒體濃郁的甜果香和酯香等香氣，這可能與醬香型白酒的年份相關[27]。呈果香、花香和酯香等香氣的正己酸乙酯在聚類I和聚類II酒樣中相對含量明顯偏高，可以賦予酒體濃郁的水果香、花香和酯香等風味，且正己酸乙酯作為清香型白酒的主體香氣成分，亦是評價酒質優劣的重要指標之一[28]。綜上可知，不同聚類的醬香型白酒具有獨特的風味特征，且隸屬于聚類I和聚類II酒樣的風味品質更為相似。

3 結論

本研究結果顯示，10個市售醬香型白酒在黃藍度、苦味的回味、酸味、咸味、鮮味、澀味、鮮味的回味和苦味指標上具有明顯差異，酒體主要呈現透明色且具有微苦而不澀的滋味特征。此外，10種市售醬香型白酒中相對含量＞1%揮發性化合物共有50種，其中，酯類30種、醇類7種、醛類6種、酮類4種、烷烴類2種和含硫化合物1種，共有揮發性風味化合物有25種，特有揮發性化合物有6種，且酯類物質是白酒的主要揮發性化合物，其次是醇類和醛類物質，并確定了19種可有效區分3個聚類酒樣的關鍵差異化合物，其中棕櫚酸乙酯、3-甲基戊酸乙酯和正己酸乙酯是3個聚類醬香型白酒之間的顯著差異化合物（P＜0.05）。綜上所述，可以利用智能感官和GC-MS技術對本研究的10個市售醬香型白酒進行有效鑒別。