高能電子束輻照劑量方式對白酒揮發(fā)性成分的影響

張義杰，李 磊，潘際林，汪江波

（1.湖北省食品質(zhì)量安全監(jiān)督檢驗研究院湖北省食品質(zhì)量安全檢測工程技術(shù)研究中心，湖北武漢 430075；2.武漢愛邦高能技術(shù)有限公司，湖北武漢 436031；3.湖北工業(yè)大學(xué)生物工程與食品學(xué)院，湖北武漢 430068）

白酒是我國傳統(tǒng)文化智慧結(jié)晶，其獨特風(fēng)味與其貯藏過程中的老熟工藝緊密相關(guān)，其經(jīng)過一年以上的貯藏，進(jìn)行一系列的物理化學(xué)變化與締合過程[1-4]，使酒的燥辣感和刺激性減弱，醇香味增加，沉淀白酒中的雜質(zhì)，提升白酒的香味。我國規(guī)定，國家名優(yōu)糧食酒蒸餾酒貯藏期為3年，優(yōu)質(zhì)酒為1年，如此便增加了酒廠成本，延長了生產(chǎn)周期，造成資金積壓，貯藏期白酒的揮發(fā)損耗，直接影響了經(jīng)濟(jì)效益。采用高效的人工催陳技術(shù)，來縮短白酒的陳釀周期，便成為白酒行業(yè)的迫切需求。人工催陳熟化的方法有超高壓法[5-6]、超聲波法[7-8]、微波法[9-10]、紫外光照射法[11]、γ射線輻射法[12-14]、催化劑法[15-16]、吸附法[17]等，都對白酒的催陳具有一定效果。

隨著電子束輻照技術(shù)的發(fā)展，因其輻照時間短、處理方便、成本低等特點，更廣泛地用于食品輻照。張苗苗等[18]研究了電子束對瀘州老窖1573的輻照處理，氣相色譜結(jié)果顯示，56種香氣中41種的含量發(fā)生變化，總酯含量整體呈下降趨勢、酸類含量呈上升趨勢；張滿滿等[19]對濃香型大曲白酒進(jìn)行不同劑量的輻照處理，發(fā)現(xiàn)其酸類、醛類物質(zhì)增加。本實驗為了深入研究電子束對白酒催陳的效果，在研究高能電子束不同劑量對白酒揮發(fā)性成分的影響后，進(jìn)一步探究不同的輻照劑量方式對白酒催陳熟化效果的影響，以期取得更好的催陳效果。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

1.1.1 材料

濃香型白酒（原漿新酒、酒精度52.1%vol）：由湖北工業(yè)大學(xué)釀酒中試基地提供。

1.1.2 試劑

氯化鈉（分析純）：國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；乙醇、乙酸（均為色譜純）：美國Sigma公司。

1.2 儀器與設(shè)備

固相微萃?。╯olid-state microextraction，SPME）手動進(jìn)樣器、75μm CAR-PDMS、100 μm PDMS萃取頭：美國Supelco公司；7890A/5975C氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（gas chromatographymassspectrometry，GC-MS）儀、DB-WAX毛細(xì)管色譜柱（30m×0.25 mm×0.25 μm）：美國安捷倫公司；PC-420磁力恒溫攪拌器：美國Corning公司；IS-2A 10MeV高頻高壓電子直線加速器：武漢愛邦高能技術(shù)有限公司。

1.3 方法

1.3.1 白酒的輻照處理

取白酒分裝于30 mL密封玻璃瓶中，每瓶20 mL白酒，平放于小車上，固定，小車速度2.5 m/min。電子直線加速器能量為10 MeV、輻照寬度80 cm，白酒酒樣總輻照劑量8 kGy[20]、單圈輻照時間＜1 s。

實驗組1：白酒樣品，隨小車運行1圈，單圈輻照劑量8 kGy、總輻照劑量8 kGy，總輻照時間1 s，設(shè)置4組平行實驗；

實驗組2：白酒樣品，隨小車運行2圈，單圈輻照劑量4 kGy、總輻照劑量8 kGy，總輻照時間2 s，設(shè)置4組平行實驗；

實驗組3：白酒樣品，隨小車運行4圈，單圈輻照劑量2 kGy、總輻照劑量8 kGy，總輻照時間4 s，設(shè)置4組平行實驗；

實驗組4：白酒樣品，隨小車運行8圈，單圈輻照劑量1 kGy、總輻照劑量8 kGy，總輻照時間8 s，設(shè)置4組平行實驗；

對照組：白酒樣品，未輻照，設(shè)置4組平行實驗。

1.3.2 樣品處理

分別取6 mL蒸餾水和4 mL白酒樣品置于50 mL萃取瓶中，加入2.5 g氯化鈉，混合均勻，將SPME萃取頭通過瓶蓋插入到樣品的頂空部分，置于磁力恒溫攪拌器中固定，攪拌轉(zhuǎn)速250 r/min、45 ℃預(yù)熱5 min，推出纖維頭，頂空吸附40 min，萃取完成后抽回纖維頭，從樣品瓶中拔出萃取頭，再將萃取頭插入氣相色譜進(jìn)樣口進(jìn)行解吸。

1.3.3 儀器條件

色譜條件：DB-WAX毛細(xì)管色譜柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）；載氣：氦氣（He）；流量：1 mL/min，不分流，進(jìn)樣口溫度250 ℃；柱溫：起始溫度50 ℃，以7 ℃/min升溫至120 ℃，再以28 ℃/min升溫至270 ℃，保持10 min。

質(zhì)譜條件：接口溫度250 ℃，離子源溫度230 ℃，電離方式為電子電離（electron ionization，EI）源，電子能量70 eV，四級桿溫度150 ℃，傳輸線溫度290 ℃，掃描質(zhì)量范圍33～450 amu。

1.3.4 數(shù)據(jù)處理

通過美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所（national institute of standards and technology，NIST）14L標(biāo)準(zhǔn)譜庫自動檢索各組分質(zhì)譜數(shù)據(jù)，按照標(biāo)準(zhǔn)譜圖及保留指數(shù)對機(jī)檢結(jié)果進(jìn)行核對和確認(rèn)，列舉揮發(fā)性成分的鑒定結(jié)果并比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同輻照劑量方式的白酒揮發(fā)性風(fēng)味成分分析

對照組、實驗組1、2、3、4的揮發(fā)性風(fēng)味成分的GC-MS總離子流色譜圖見圖1，對所有成分經(jīng)譜庫檢索和其他方法核實，從對照組和實驗組中共鑒定出86種揮發(fā)性化合物，結(jié)果見表1。

圖1 對照組和實驗組的揮發(fā)性成分的GC-MS總離子流色譜圖Fig.1 Total ion chromatogram of volatile components in control group and test group by GC-MS

表1 對照組和實驗組1～4揮發(fā)性成分的GC-MS分析結(jié)果Table 1 Results of volatile components in control group and test groups 1-4 by GC-MS

續(xù)表

續(xù)表

由圖1和表1可知，對照組的揮發(fā)性成分76種，占其總揮發(fā)性成分的95.54%。其中醇類11種、醛類8種、酮類2種、酸類11種、酯類36種、烴類5種、其他3種，各類成分分別占總揮發(fā)性成分的比例為6.31%、1.93%、0.11%、4.03%、82.20%、0.20%和0.76%。

由圖1和表1可知，實驗組1～4不同輻照劑量方式的白酒中的揮發(fā)性成分分別為83、82、74、52種，分別占總揮發(fā)性成分的94.66%、83.89%、75.58%和68.16%。其中實驗組1和4中揮發(fā)性成分種類分別為：醇類10種和8種、醛類8和5種、酮類4和3種、酸類11和9種、酯類40和19種、烴類7和5種、其他皆為3種，各類成分分別占總揮發(fā)性成分的比例為6.24%和4.60%、1.73%和0.52%、0.26%和0.10%、4.21%和1.29%、81.13%和60.73%、0.55%和0.51%、0.54%和0.41%。

2.2 不同輻照劑量方式的白酒揮發(fā)性風(fēng)味成分對比分析

張苗苗等[18]研究發(fā)現(xiàn)，電子束輻照白酒具有催陳效果，且不同年份的白酒，其催陳所需輻照劑量不同，可見輻照劑量與白酒揮發(fā)性成分變化具有一定的關(guān)系，而不同的輻照劑量方式也可能對白酒的揮發(fā)性成分產(chǎn)生一定的影響。從表1可以看出，實驗組1的揮發(fā)性成分有83種，而對照組為76種。二者相同的揮發(fā)性成分共有74種，經(jīng)過單圈8 kGy劑量輻照，2-甲基-1-戊醇、7-十五碳烯未檢測到，而新增酮類、酯類、烴類物質(zhì)種類分別為2、4、3。實驗組1～4保持總的輻照劑量一致，單圈輻照劑量分別為8 kGy、4 kGy、2 kGy、1 kGy，輻照圈數(shù)分別為1、2、4、8，而隨著輻照圈數(shù)的增加，揮發(fā)性成分種類有所減少，由83種分別降至82、74、52種。帶有高能量的電子束會選擇性的進(jìn)攻電子親和力高的部位，高能電子也會選擇性攻擊白酒體系揮發(fā)性成分，而容易分解的成分則可能會部分或完全降解，產(chǎn)生自由基，如氫自由基、氧自由基、羧基、羥基等，這也可能是易分解的酯類物質(zhì)種類大量減少的原因。

對照組共檢測出76種揮發(fā)性成分，其中酯類物質(zhì)36種，占比82.2%，己酸乙酯相對含量46.1%，占比最大。辛酸乙酯、乳酸乙酯、丁酸乙酯、己酸異戊酯、己酸己酯、葵酸乙酯、棕櫚酸乙酯等相對含量都＞2.5%，庚酸乙酯、月桂酸乙酯相對含量＞1%。這些酯類物質(zhì)是濃香型白酒中最重要的香氣物質(zhì)，且與洋河大曲[21]、五糧液的香氣成分貢獻(xiàn)度基本一致，而差別是實驗用白酒的己酸己酯、葵酸乙酯、棕櫚酸乙酯含量均較高，相對含量均＞3%，而在洋河大曲、五糧液中含量偏小。酸類物質(zhì)在白酒中具有重要的作用，在酒中，己酸和丁酸相對含量最高，其次是異戊酸、辛酸、庚酸、異丁酸、乙酸和戊酸，這與洋河大曲、五糧液中酸的種類基本一致。

從表1可以看出，白酒經(jīng)過單圈8 kGy的劑量輻照后，即實驗組1，醇類、酮類、烴類的相對含量無顯著變化；醛類物質(zhì)由1.93%降為1.73%；酯類物質(zhì)由82.20%降為80.76%，而酸類由4.04%增加為4.21%，這與張苗苗等[18]研究的電子束輻照白酒、李聰麗[6]研究的超高壓處理白酒的酯類和酸類物質(zhì)的變化趨勢一致，表明白酒經(jīng)過單圈8 kGy的輻照后，對白酒具有催陳作用。改變白酒的輻照劑量方式，從實驗組1至4，醇類物質(zhì)中，乙醇、丁醇、3-甲基丁醇含量變化不顯著，而異戊醇由0.23%降為0.07%，己醇、辛醇、苯乙醇等都顯著降低，2,3-丁二醇、苯甲醇則在實驗組4中未檢測到；醛類、酮類、酸類和酯類物質(zhì)的含量都逐漸下降或下降至未檢測到；烴類物質(zhì)含量反而逐漸上升。其含量下降的機(jī)制可能是隨著圈數(shù)的增加，電子束間歇性攻擊揮發(fā)性成分，產(chǎn)生的自由基增加，自由基再發(fā)生復(fù)雜反應(yīng)生成其他成分，如氣體、烷烴，而輻照后靜置的白酒玻璃瓶密封蓋有松動，且瓶體溫度前后變化不顯著，可以說明有氣體產(chǎn)生，但仍需進(jìn)一步研究證明。

3 結(jié)論

高能電子束對濃香型白酒進(jìn)行輻照處理，總輻照劑量不變，通過改變單圈輻照劑量來研究白酒揮發(fā)性成分的變化，并采用頂空固相微萃取和氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)測定其揮發(fā)性成分。通過單圈8 kGy的劑量輻照后，揮發(fā)性成分由76種增加至83種，酯類物質(zhì)由36種增至40種，相對含量由82.2%降至81.13%；酸類物質(zhì)種類不變，相對含量由4.03%增至4.21%，證明單圈8 kGy的劑量輻照濃香型白酒，具有一定的催陳熟化作用。

保持白酒總的輻照劑量不變，降低單圈輻照劑量，增加輻照次數(shù)，其揮發(fā)性成分由83種分別降至82、74、52種，酯類、酸類、醇類、醛類物質(zhì)相對含量顯著降低或降至低于檢測限，這反而對白酒香氣不利。因此，在采用高能電子束加速濃香型白酒熟化的方法上，單圈的輻照劑量方式即可。高能電子束單圈輻照處理白酒加速陳化的方法，具有成本低、處理簡單、安全的特點，值得推廣應(yīng)用。