不同原料釀造單糧白酒風(fēng)味物質(zhì)特異性分析

江 偉,韋 杰,李寶生,3,董建輝,王曉軍,蘇志華,韓興林,皇甫潔,欒春光,郝建秦,王德良

(1.中國食品發(fā)酵工業(yè)研究院有限公司,國家酒類品質(zhì)與安全國際聯(lián)合研究中心,北京 100015;2.宣賓竹海酒業(yè)有限公司,四川 宜賓 644304;3.南陽師范學(xué)院生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,河南 南陽 473061;4.承德大清獵苑酒業(yè)有限公司,河北 承德 068450)

中國白酒是以糧谷為主要原料,以酒曲為糖化發(fā)酵劑,經(jīng)固態(tài)、半固態(tài)或液態(tài)發(fā)酵、蒸餾、貯存、勾兌而成的蒸餾酒[1]。白酒作為中國傳統(tǒng)的飲料酒,與威士忌、伏特加、朗姆酒、白蘭地和金酒并列為世界著名六大蒸餾酒。白酒按照香氣風(fēng)格特點(diǎn)可分為醬香型、濃香型、清香型、米香型、兼香型、鳳香型等13 個香型[2]。釀造白酒的原料較多,以高粱、玉米、大米、小麥、糯米和青稞等糧食為主。不同原料釀造白酒的風(fēng)味物質(zhì)并不同,這些物質(zhì)主要由醇、酸、酯、醛、酮類等物質(zhì)構(gòu)成,它們在酒中的分布和含量不相同,也因此決定白酒的香氣和口味[3-5]。

白酒中的微量香味成分是構(gòu)成白酒香味和風(fēng)格的重要物質(zhì)。從20世紀(jì)50年代開始研究,到目前為止己經(jīng)在我國白酒中檢測到近1 000 種成分[6]。目前經(jīng)常使用氣相色譜-質(zhì)譜(gas chromatography-mass spectrometry,GCMS)聯(lián)用技術(shù)結(jié)合氣相色譜-聞香(gas chromatographyolfactometry,GC-O)技術(shù)對白酒中的風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行定量和定性分析[7-9]。GC-MS出現(xiàn)于20世紀(jì)50年代,它具有GC可對復(fù)雜組分分離和含量測量的特點(diǎn),還兼顧MS的選擇性高、鑒別能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)[10]。GC-MS聯(lián)用技術(shù)能快速分離和鑒定樣品,并對于批量物質(zhì)的整體和動態(tài)分析起到了很大的促進(jìn)作用。自20世紀(jì)90年代以后,GC-MS技術(shù)在白酒香氣成分的鑒定中得到廣泛應(yīng)用[11-16]。GC-O技術(shù)是一種發(fā)現(xiàn)樣品中可能存在的香氣化合物的技術(shù),它將傳統(tǒng)的人工聞香與GC技術(shù)結(jié)合,通過在色譜柱末端增加一個三通,將原來直接進(jìn)入檢測器的氣流分一部分出來,進(jìn)行人工聞香[17]。21世紀(jì)初,GC-O技術(shù)在白酒風(fēng)味分析中也得到廣泛應(yīng)用[18-20]。

目前,國內(nèi)對于白酒風(fēng)味的研究報道非常多,包括各種香型白酒風(fēng)味的分析比較[21-28],但是對不同原料釀造白酒風(fēng)味物質(zhì)的研究非常少。本研究采用GC-O-MS技術(shù)對5 種不同原料高粱、小麥、大米、糯米和玉米釀造白酒的風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行定量分析,并針對這5 種原料酒的香氣活性物質(zhì)進(jìn)行鑒定,最后采用感官評價方式比較它們的酒體風(fēng)味和質(zhì)量,為選擇不同的釀酒原料提供科學(xué)依據(jù)[29-30]。課題組己研究5 種不同原料蒸煮后對白酒香氣的影響[31],現(xiàn)進(jìn)一步對不同原料釀造白酒中風(fēng)味物質(zhì)的特異性進(jìn)行分析。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

糧谷原料為高粱、小麥、大米、糯米、玉米,原料產(chǎn)地分別為澳大利亞和中國河南、四川、湖北、甘肅。

大曲為中溫大曲(酒廠提供);酵母購自安琪酵母(伊犁)有限公司。

內(nèi)標(biāo)試劑:叔戊醇(色譜純,96.0%)、乙酸正戊酯(色譜純,98.5%)、2-乙基丁酸(色譜純,99%)美國Sigma-Aldrich公司。

1.2 儀器與設(shè)備

DLFU盤式粉碎機(jī) 德國Buhler-Miag公司;ST180-A蘇格電磁爐 廣東省中山市蘇格電器有限公司;Clarus 600氣相色譜儀-Autosystem XL質(zhì)譜儀 美國PerkinElmer公司;CP-WAX毛細(xì)管柱(50 m×0.25 mm,0.2 μm)、7890 A-Sniffer 9000-7000 GC-MS聯(lián)用儀美國Agilent公司;Al204電子天平 梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司;嗅聞儀 瑞士Brechbuhler公司;蒸酒器設(shè)備(2 kg規(guī)格) 自制改裝。

1.3 方法

1.3.1 釀酒工藝流程和要點(diǎn)

以清香型大曲白酒的工藝流程為基礎(chǔ),進(jìn)行釀造實(shí)驗(yàn),見圖1。

圖1 清香型白酒工藝流程Fig. 1 Flow chart for the brewing process of Fen-f l avor Chinese Baijiu

粉碎:稱取原料1.7 kg,用粉碎機(jī)粉碎粒度至1.5 mm。潤糧堆積:向粉碎后的原料中加入原料量65%的熱水;用紗布覆蓋堆料,每隔5～6 h翻拌一次;堆積22 h。蒸糧:原料采用清蒸;裝甑上料,要求見汽撒料,均勻上平;蒸糧80 min。加水揚(yáng)冷:蒸后的紅糝趁熱出甑并攤成長方形,潑入原料量30%的冷水。添加微生物:大曲加入量為原料量的12%,安琪酵母加入量為原料量的0.02%,再加入原料量2%糖水活化20 min。發(fā)酵:采用壇子發(fā)酵,瓷碗倒扣后加水密封,發(fā)酵期為25 d。蒸酒:發(fā)酵結(jié)束,酒醅拌入原料量20%的稻殼進(jìn)行清蒸接酒。

1.3.2 GC-MS條件

GC條件:進(jìn)口溫度240 ℃,載氣He,流速1 mL/min,進(jìn)樣量1 μL,分流比10∶1。升溫程序?yàn)?5 ℃保持6 min,以4 ℃/min程序升溫至60 ℃,以6 ℃/min程序升溫至110 ℃,保持3 min,以6 ℃/min程序升溫至205 ℃,保持13 min。

MS條件:電子電離源70 eV,離子源溫度230 ℃,傳輸線溫度240 ℃,質(zhì)量掃描范圍29～300 u。

1.3.3 固相微萃取(solid-phase microextraction,SPME)條件

將白酒樣品稀釋至體積分?jǐn)?shù)15%,量取10 mL于30 mL萃取瓶中,加蓋密封置于55 ℃水浴鍋中平衡20 min,SPME吸附40 min后插入GC進(jìn)樣口,250 ℃條件下解吸5 min。

1.3.4 GC-O-MS分析條件

GC柱溫箱程序升溫條件:初始溫度40 ℃,以2 ℃/min速率升至215 ℃,保持3 min。進(jìn)樣口溫度250 ℃,載氣He,流速1.2 mL/min,壓力145.82 kPa,不分流。

MS條件:電子電離源,電子能量70 eV,傳輸線溫度280 ℃,離子源溫度230 ℃,四極桿溫度150 ℃,溶劑延遲4 min,質(zhì)量掃描范圍m/z 55～500。

嗅聞口:接口溫度為200 ℃。通以濕空氣,提高嗅聞人員的靈敏度和舒適度。

本實(shí)驗(yàn)選擇3 位嗅聞人員,均己通過標(biāo)準(zhǔn)品的培訓(xùn),其中有1 位是白酒國家評委。感官評價員嗅聞時記錄所聞到化合物的保留時間、氣味強(qiáng)度以及對其氣味特性進(jìn)行適當(dāng)?shù)拿枋?。氣味?qiáng)度共分為5 個等級進(jìn)行評價,即1:極弱;2:弱;3:中等;4:強(qiáng);5:極強(qiáng)。當(dāng)3 個評價員中至少有2 個得出相同的結(jié)論,評價方可算作有效,從而來確定嗅聞活性物質(zhì)的強(qiáng)度。

1.3.5 化合物定性

化合物在GC-O-MS上的采集信息通過Masshunter Workstation B.03.01數(shù)據(jù)處理軟件處理。采用美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所NIST(National Institute of Standards and Technology)譜庫2.0檢索、化合物的保留指數(shù)和氣味特性3 種方法共同定性揮發(fā)性香氣成分;部分物質(zhì)通過與標(biāo)準(zhǔn)化合物的線性保留指數(shù)(linear retention index,LRI)和芳香特性比較實(shí)現(xiàn)精確定性?；衔風(fēng)RI利用系列正構(gòu)烷烴換算,計(jì)算公式如下:

式中:tn+1為碳數(shù)為n+1的正構(gòu)烷烴保留時間;tn為碳數(shù)為n的正構(gòu)烷烴保留時間;t為未知物的GC保留時間(tn＜t＜tn+1)。

1.3.6 感官評價

選擇7 名國家級白酒評委進(jìn)行感官品評,將釀造出不同的白酒依次倒入50 mL無色透明的品評杯中供其品嘗。每次品嘗微量(約2 mL),品嘗完漱口進(jìn)行下一種白酒的品嘗,依次打分并且描述其特征。打分的范圍為0(無味)～9(無法掩蓋的味道)。

2 結(jié)果與分析

2.1 5 種原料酒GC-O-MS分析

5 種白酒經(jīng)SPME提取,GC-O-MS檢測分析,鑒定出的揮發(fā)性成分并不都對白酒的香氣有貢獻(xiàn)。GC-O-MS可以通過嗅聞鑒定出白酒的香氣活性物質(zhì),總離子流圖見圖2。

圖25 種原料酒GC-O-MS譜圖Fig. 2 GC-O-MS Spectra for five single-grain Chinese Baijiu

5 種單糧白酒經(jīng)GC-O-MS分析,香氣成分主要包括萜烯類、雜環(huán)類、醇類、芳香類、醛類、酯類物質(zhì),5 種糧食的香氣成分差異見圖3。高粱、小麥、大米、玉米、糯米的單糧白酒樣品分別發(fā)現(xiàn)71、59、62、31、70 種香氣成分。5 種白酒樣品中酯類物質(zhì)最多,萜烯類的物質(zhì)最少。其中,高粱酒中酯類物質(zhì)最多,醛類和芳香類物質(zhì)在高粱酒和糯米酒中最多,醇類、雜環(huán)類、萜烯類和其他類物質(zhì)在5 種酒樣中數(shù)量相差無幾。

表1 5 種原料酒香氣活性物質(zhì)分析Table 1Aroma-active compounds identi fied in five single-grain Chinese Baijiu

圖3 5 種單糧白酒的香氣成分對比分析Fig. 3 Comparative analysis of flavor compounds of five single-grain Chinese Baijiu

除對比5 種單糧白酒的整體風(fēng)味情況以外,進(jìn)一步根據(jù)嗅聞強(qiáng)度共鑒定出25 種香氣活性物質(zhì),如表1所示。其中小麥酒的香氣活性物質(zhì)最多,為23 種,高梁酒為22 種,玉米酒2 種,大米酒為20 種,糯米酒18 種。5 種原料酒均檢測到的香氣活性物質(zhì)為16 種:乙酸乙酯、異戊醛、乙醇、異丁酸乙酯、2-甲基丁酸乙酯、異戊酸乙酯、異戊醇、2-正戊基呋喃、己酸乙酯、壬醛、辛酸乙酯、壬酸乙酯、癸酸乙酯、(E)-4-癸烯酸乙酯、月桂酸乙酯、棕櫚酸乙酯。這些種物質(zhì)中,大部分為酯類,貢獻(xiàn)了水果香和花香。貢獻(xiàn)香氣程度較大的物質(zhì)為乙酸乙酯、2-甲基丁酸乙酯、2-正戊基呋喃、己酸乙酯、辛酸乙酯,貢香比例(酒體中各香氣活性物質(zhì)提供香氣的比例)分別為2.68%～3.97%、0.07%～0.16%、0.14%～1.25%、2.3%～3.74%、8.64%～19.64%。其中高粱酒有9 種物質(zhì)的香氣貢獻(xiàn)較大(嗅聞強(qiáng)度≥4),小麥酒、大米酒和玉米酒分別有7 種,糯米酒有5 種。

2.2 5 種原料酒感官評價分析

圖4 5 種原料酒酒風(fēng)味感官指紋圖譜Fig. 4 Sensory evaluation fingerprints of flavor of five single-grain Chinese Baijiu

經(jīng)專業(yè)人員對5 種原料酒進(jìn)行感官評價及評分,整理并繪制成糧谷酒風(fēng)味特征雷達(dá)圖。從圖4可以看出,高粱酒在潤滑感、協(xié)調(diào)感、整體風(fēng)格較其他原料釀造的白酒評價高,高粱酒酯香則和小麥酒的感官評價相同;玉米酒在原料香、醇香上評價高;糯米酒爽凈感與大米酒相同;大米酒在花香上感官特征比其他原料高。這一結(jié)果與傳統(tǒng)釀造中“高粱香,玉米甜,大米凈”相契合。

3 結(jié) 論

通過GC-O-MS技術(shù)首先鑒定出高粱、小麥、大米、玉米、糯米單糧白酒樣品的風(fēng)味物質(zhì),分別有71、59、62、31、70 種香氣成分,可見各種單糧白酒存在顯著差異。同時,基于嗅聞情況,發(fā)現(xiàn)高粱酒、小麥酒、大米酒、糯米酒和玉米酒的香氣活性物質(zhì)分別為22、23、20、18、21 種,貢獻(xiàn)香氣程度較大的物質(zhì)是乙酸乙酯、2-甲基丁酸乙酯、2-正戊基呋喃、己酸乙酯、辛酸乙酯,貢香比例范圍分別為2.68%～3.97%、0.07%～0.16%、0.14%～1.25%、2.3%～3.74%、8.64%～19.64%。其中高粱酒有9 種物質(zhì)的香氣貢獻(xiàn)較大(嗅聞強(qiáng)度≥4),小麥酒、大米酒和玉米酒分別有7 種,糯米酒有5 種。通過感官評價分析,高粱以酯香、整體協(xié)調(diào)風(fēng)格評價最高,小麥酒以酯香為主,玉米酒以原料香和醇香為主,大米酒和糯米酒則以爽凈感為主。

綜上所述,選擇高粱為釀制白酒的主要原料是中國白酒長期的生產(chǎn)實(shí)踐[30],本研究從揮發(fā)性成分含量和香氣活性物質(zhì)的嗅聞強(qiáng)度以及感官評價等實(shí)驗(yàn)表明,高粱酒的風(fēng)味都是占據(jù)優(yōu)勢地位。本研究中不同的原料釀造的白酒風(fēng)味各具特色,可為提高白酒質(zhì)量提供了理論依據(jù),同時對釀造白酒時選擇原料提供了指導(dǎo)。