基于主成分分析法評價(jià)醬香型白酒的不同輪次基酒

唐維川，孔祥凱，王婷，邱聲強(qiáng)，趙金松,3，錢宇,4,5，云嶺

（1.四川輕化工大學(xué)生物工程學(xué)院，四川自貢 643000）（2.四川省川酒集團(tuán)醬酒有限公司，四川瀘州 646500）（3.四川省酒業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川瀘州 646000）（4.瀘州老窖集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川瀘州 646000）（5.四川輕化工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，四川自貢 643000）

醬香型白酒是中國白酒主要香型之一，其“12987”的釀造工藝形成了醬香型白酒獨(dú)特的風(fēng)味特征[1]。其風(fēng)味物質(zhì)種類極其豐富，早在2007年，Zhu S等[2]通過二維氣相色譜/飛行時(shí)間質(zhì)譜檢測發(fā)現(xiàn)，茅臺酒中可檢測的風(fēng)味物質(zhì)有528種。同年，季克良等[3]在茅臺酒中鑒定出873種微量成分。豐富的香氣物質(zhì)在酒體中自由組合形成了醬香型白酒獨(dú)特的風(fēng)味特點(diǎn)，早期曾陸續(xù)推測4-乙基愈創(chuàng)木酚、三甲基吡嗪、糠醛和呋喃等物質(zhì)是其主體香成分，但都被一一推翻，其主體香成分仍是一個(gè)謎[4-7]。

醬香型白酒一個(gè)生產(chǎn)周期包括7個(gè)產(chǎn)酒輪次，各個(gè)輪次產(chǎn)酒風(fēng)格不盡相同，多個(gè)輪次酒組合在一起使得醬香型白酒酒體成分更加復(fù)雜、獨(dú)特[8,9]。近年來，大量酒廠開展生產(chǎn)研究，但少有酒廠取得階段性進(jìn)展，知名醬香酒廠仍集中于赤水河流域。醬香型白酒的各輪次基酒風(fēng)味特點(diǎn)存在明顯區(qū)別，在白酒勾調(diào)過程中，成品酒的化合物成分取決于各輪次酒勾調(diào)比例，但輪次酒的細(xì)化研究還存在大片空白。

氣相色譜（Gas Chromatography）、高效液相色譜儀（High Performance Liquid Chromatography）等儀器已廣泛應(yīng)用于白酒風(fēng)味物質(zhì)分析[2,10]。氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用（Gas Chromatograph Mass Spectrometer）不僅用于簡單的檢測風(fēng)味物質(zhì)成分，同時(shí)可有效應(yīng)用于白酒品牌鑒定、白酒中塑化劑測定。隨著越來越多的風(fēng)味物質(zhì)得到定性定量，主成分分析(Principal Component Analysis)、判別分析（Distinguish Analysis）、偏最小二乘法判別分析（Partial Least Squares-Discriiminate Analysis）、聚類分析（Cluster Analysis）、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析（Artificial Neural Networks）等方法也應(yīng)用到了酒類風(fēng)味物質(zhì)的分析研究中[11]。

本研究通過自動進(jìn)樣法，利用氣相色譜對同一窖池7個(gè)輪次基酒風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行檢測。利用主成分分析等方法對不同輪次酒樣風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行分析，旨在探究同一窖池不同輪次酒體個(gè)性與共性，為酒體設(shè)計(jì)及生產(chǎn)工藝提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料和試劑

材料：基酒酒樣分別取自某醬香型白酒生產(chǎn)車間同一窖池7個(gè)輪次，各輪次所取酒樣為該窖池該輪次全部基酒混合后的酒樣。

試劑：無水乙醇；乙醛、乙縮醛、甲醇、2-戊酮、仲丁醇、正丙醇、異丁醇、正丁醇、異戊醇、正戊醇、正己醇、乙酸、仲戊醇、糠醛、丙酸、異丁酸、正丁酸、異戊酸、戊酸、己酸、β-苯乙醇、乙酸乙酯、丁酸乙酯、戊酸乙酯、己酸乙酯、乳酸乙酯等26種標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，均為色譜純，純度＞99.0%，購于天津光復(fù)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器設(shè)備

氣相色譜(GC7890B)，美國Agilent公司；CP-WAX毛細(xì)管柱（50 m×0.25 mm×0.20 μm），美國Agilent公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 白酒常規(guī)理化指標(biāo)檢測

根據(jù)GB/T 10345-2007中指示劑法測定總酸總酯。簡要概述為取50.0 mL酒樣于250.0 mL回流瓶中，以酚酞作為指示劑，用氫氧化鈉標(biāo)液滴定至粉紅色，計(jì)算總酸。再加入25.0 mL氫氧化鈉標(biāo)液沸水浴回流30 min，冷卻后用硫酸滴定至微紅色剛好消失，計(jì)算總酯含量。

1.3.2 香氣物質(zhì)氣相色譜分析方法

1.3.2.1 氣相色譜檢測方法

GC條件：35 ℃，保持5 min，以3.5 ℃/min升溫速率升至200 ℃，保持5 min；進(jìn)樣口溫度230 ℃，分流比50:1；載氣為He，載氣流速1 mL/min；進(jìn)樣量1 μL。

1.3.2.2 定性分析

結(jié)合風(fēng)味物質(zhì)的保留時(shí)間與標(biāo)準(zhǔn)樣品保留時(shí)間進(jìn)行定性分析。

1.3.2.3 定量分析

參照GB/T 10345-2007中內(nèi)標(biāo)法定量。使用60%乙醇溶液定容待測標(biāo)準(zhǔn)樣品100 mL于容量瓶中，體積分?jǐn)?shù)為0.02%（V/V）。對混合標(biāo)樣溶液進(jìn)樣分析，通過標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)含量與峰面積計(jì)算出校正因子f。

1.3.3 數(shù)據(jù)分析

氣相色譜檢測以乙酸正丁酯為內(nèi)標(biāo)物，對基酒主要香氣成分進(jìn)行定量分析。通過SPSS 22.0對7個(gè)輪次酒樣的風(fēng)味物質(zhì)含量進(jìn)行主成分分析，使用Excel、origin 8.0等軟件做圖。主成分分析是一種對數(shù)據(jù)進(jìn)行濃縮的分析方法，將多項(xiàng)分析將濃縮為關(guān)鍵性指標(biāo)，通過方差貢獻(xiàn)率計(jì)算各項(xiàng)關(guān)鍵指數(shù)的權(quán)重并計(jì)算得到綜合評分。

2 結(jié)果與分析

2.1 常規(guī)理化檢測結(jié)果分析

各輪次酒總酸總酯含量如表1所示。由表1可知，同一窖池各輪次基酒總酸含量呈下降趨勢，第1～3輪次酒中總酸含量下降比例相對較大，第4輪次酒開始總酸下降趨勢減緩，第6輪次酒總酸含量趨于穩(wěn)定?？傰ズ砍尸F(xiàn)出先上升，后下降的趨勢，在第3輪次酒時(shí)總酯含量達(dá)到最大，隨后不斷下降。

表1 不同輪次基酒總酸總酯含量Table 1 The total acid and total ester content of different rounds of crude spirits

2.2 不同輪次酒香氣成分分析

通過直接進(jìn)樣法結(jié)合氣相色譜對7個(gè)輪次基酒香氣成分進(jìn)行檢測，共檢測出46種化合物，選取其中26種物質(zhì)進(jìn)行定量分析，結(jié)果見表2、圖1。由表2可知，26種香氣成分中，酸類7種，酯類5種，醛類3種，醇類10種，酮類1種。

表2 不同輪次酒中香氣成分含量Table 2 Flavor substances content in different rounds of Baijiu

圖1 七輪次基酒風(fēng)味物質(zhì)色譜圖Fig.1 Chromatogram of flavor substances in seven rounds of crude spirits

由圖2可知，7輪次酒中酸類物質(zhì)含量緩慢降低，但變化較小，約占總成分的15%～20%。酯類物質(zhì)含量前期增長明顯，隨后緩慢降低，在第2輪次酒達(dá)到最大值715.53 mg/100 mL，第3～7輪次酒中酯類含量占比最高，但占比從59%不斷減小至38%。醇類物質(zhì)含量呈現(xiàn)出先急劇下降、后緩慢升高的變化趨勢，在第1、2輪次酒中占比最高，分別占59%、43%，在第3次酒中醇類含量下降至9%，隨后緩慢增加，在第7次酒中增加至31%。醛類物質(zhì)含量呈現(xiàn)波段式上升，第1、2輪次酒占比較低，后續(xù)輪次占比7%～15%。酮類物質(zhì)含量相對穩(wěn)定，變化較小。

圖2 各輪次基酒揮發(fā)性成分含量Fig.2 Content of volatile components in crude spirits in each round

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2.2.1 不同輪次酸類物質(zhì)含量變化

有機(jī)酸是醬香型白酒風(fēng)味物質(zhì)中的主要物質(zhì)之一，承擔(dān)調(diào)節(jié)白酒濃厚感的作用[16]。由圖3可知，酸類物質(zhì)中乙酸含量明顯高于其他酸類物質(zhì)，約占酸類物質(zhì)含量的82%～96%，第1、2輪次酒中含量最高，隨后乙酸含量逐漸下降。丙酸含量在第1輪次酒中占酸類物質(zhì)13%，隨后占比減少至1%左右。其他酸類物質(zhì)含量極低，皆呈現(xiàn)出先減少后增加的變化趨勢。

圖3 各輪次酒中酸類物質(zhì)含量變化Fig.3 Changes of acid content in Baijiu of each round

2.2.2 不同輪次酯類物質(zhì)含量變化

酯類是芳香類化合物，白酒中乙酸乙酯、丁酸乙酯、己酸乙酯和乳酸乙酯等四大酯含量最高，一部分由微生物直接代謝，另一部分由酸和醇類經(jīng)酯化反應(yīng)產(chǎn)生，能夠賦予酒體果香，令人產(chǎn)生愉悅感[8,17,18]。

由圖4可知，同其他酯類相比，醬香型白酒中乳酸乙酯和乙酸乙酯含量極高。乙酸乙酯在第1、2輪次酒中含量不斷上升，占比約為57%和87%，在第3輪次酒中乙酸乙酯含量急劇降低，隨后含量趨于穩(wěn)定。乳酸乙酯在第1輪次酒中含量較低，但第2輪次酒開始急劇升高，在第3輪次酒中成為含量最高的酯類物質(zhì)，占比69%，隨后緩慢降低，由68%降至59%。其他酯類物質(zhì)變化趨勢為先減少，后增加。

“我就記仇怎么啦？我以前好心管你，勸你，但你從來都聽不進(jìn)去，只會氣我，還罵我……除非有一天，你能超過我，再來跟我談和好的事吧。否則你什么都不要跟我說，我最討厭沒出息的人了?！睆埥B凡絮絮叨叨，把深埋在心里的積怨都宣泄出來了。

圖4 各輪次酒中酯類物質(zhì)含量變化Fig.4 Changes of esters in Baijiu of each round

2.2.3 不同輪次醇類物質(zhì)含量變化

白酒中的醇類主要是高級醇類，能夠增加酒體醇甜感，也是酯類的前體物質(zhì)，含量過高可使酒體發(fā)悶、不協(xié)調(diào)，使人飲用后頭疼[19]。

由圖5可知，正丙醇在醇類中含量變化較大，第1、2輪次酒含量極高，約占醇類63%～89%，第3輪次酒急劇減少至38.1 mg/100 mL，約占42%，隨后含量緩慢上升。第1輪次酒仲丁醇含量較高，約占25%，第2輪次酒含量降低至11.6 mg/100 mL，約占2%，隨后含量趨于穩(wěn)定狀態(tài)。其他醇類物質(zhì)含量總體呈現(xiàn)先上升，后下降的變化趨勢。

圖5 各輪次酒中醇類物質(zhì)含量變化Fig.5 Changes of alcohols in Baijiu of each round

2.2.4 不同輪次羰基類物質(zhì)含量變化

醛類物質(zhì)能夠使白酒香味更加飄逸，也是生成縮醛的前體物質(zhì)，縮醛類能夠賦予白酒清香柔和感,同時(shí)，乙醛、乙縮醛的比例在一定程度上作為判斷酒質(zhì)與酒齡的標(biāo)志之一[20]。

由圖6可知，醛類物質(zhì)整體變化趨勢較為接近，皆呈現(xiàn)出先下降后上升，再下降再上升的波段式上升趨勢。乙醛和乙縮醛含量相對較高，但第5、6輪次糠醛含量大于乙縮醛和乙醛。

圖6 各輪次酒中醛類物質(zhì)含量變化Fig.6 Changes of aldehydes in Baijiu of each round

酮類能夠賦予酒體綿柔細(xì)膩感，由圖7可知，可定量的酮類物質(zhì)僅2-戊酮，第1輪次酒時(shí)含量較高，隨后急劇降低，并趨于穩(wěn)定。

圖7 各輪次酒中2-戊酮含量變化Fig.7 Changes of 2-pentanone in Baijiu of each round

2.3 各輪次酒主成分分析

主成分分析是能夠?qū)⒍鄠€(gè)數(shù)據(jù)信息濃縮，并能夠保留數(shù)據(jù)大量信息的分析方法[21]。本研究以七個(gè)不同輪次醬香型白酒基酒中乙醛、乙縮醛、甲醇、2-戊酮、仲丁醇、正丙醇、異丁醇、正丁醇、異戊醇、正戊醇、正己醇、乙酸、仲戊醇、糠醛、丙酸、異丁酸、正丁酸、異戊酸、正戊酸、正己酸、β-苯乙醇、乙酸乙酯、丁酸乙酯、戊酸乙酯、己酸乙酯、乳酸乙酯等26種風(fēng)味物質(zhì)為樣本，利用SPSS22.0軟件進(jìn)行主成分分析，相關(guān)結(jié)果見表3～5。

表3 各輪次基酒風(fēng)味物質(zhì)主成分分析特征值及累計(jì)貢獻(xiàn)率Table 3 Principal component analysis eigenvalues and cumulative contribution rate of original Baijiu flavor substances in each round

表4 各輪次基酒風(fēng)味物質(zhì)主成分載荷Table 4 Principal component loading of original Baijiu flavor substances in each round

由表3可知，各輪次基酒風(fēng)味物質(zhì)的前3個(gè)主成分累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到了89.30%，超過85%，保證了濃縮后的綜合變量能夠代表大多數(shù)數(shù)據(jù)信息，故取前三個(gè)主成分進(jìn)行分析具有可行性。各輪次基酒中的26個(gè)原始變量（乙醛、乙縮醛、甲醇……己酸乙酯、乳酸乙酯；分別計(jì)作X1、X2、X3……X25、X26）與各主成分具有線性關(guān)系，表5為各變量與主成分之間的關(guān)系系數(shù)，3個(gè)主成分與變量的線性關(guān)系為：

表5 各輪次基酒風(fēng)味物質(zhì)與各主成分的關(guān)系Table 5 The relationship between flavor substances and principal components in each round of original Baijiu

PC1=7.305X1+0.656X2-5.188X3+7.125X4-5.75X5+7.688X6-1.188X7-8.422X8-0.313X9+10.688X10+7.375X11-10.25X12+3.75X13-5.281X14+8.063X15-9.508X16+4.102 X17+5.094X18-3.82X19+0.929X20-9X21-3.969X22-5.469X23-1.453X24+0.313X25+6.608X26，第一主成分單獨(dú)貢獻(xiàn)率達(dá)到50.35%，其代表正己醇（0.947）、正戊醇（0.934）、正丁酸（0.895）等；

PC2=-9.5X1+1.375X2+9.25X3-10X4+7.5X5-9.75X6+3.5X7+9.625X8-3.375X9-15.5X10-4.625X11+12.5X12-6.5 X13+9.125X14-10X15+11.063X16-4.813X17-6.24X18+4.18 8X19-0.242X20+8.75X21+5.25X22+8.5X23+4.625X24-0.5X25-10.5X26，第二主成分單獨(dú)貢獻(xiàn)率達(dá)到28.162%，其代表為己酸乙酯（0.92）、異丁酸（0.912）、β-苯乙醇（0.899）等；

PC3=2.551X1-1.078X2-2.172X3+2.25X4-2.875X5+4.063X6-0.297X7-3.438X8+1.258X9+7.125X10+1.75X11-4.313X12+2.078X13-2.484X14+3.719X15-2.023X16+0.633 X17+0.898X18-0.859X19+0.163X20-2.156X21-2.211X22-2.875X23-1.453X24-0.219X25+1.375X26，第三主成分單獨(dú)貢獻(xiàn)率達(dá)到10.788%，其代表為異丁醇（0.702）、仲丁醇（0.551）、正丁酸（0.525）等。

以各輪次酒在3個(gè)主成分上的貢獻(xiàn)率作為綜合評分權(quán)重系數(shù)，計(jì)算綜合評分，評分模型為F=50.35 PC1+28.16PC2+10.79PC3，計(jì)算出各輪次酒綜合評分分值見表6。由表6可知，7輪次酒中，3、4、5次酒得分較高，4次酒評分最高，1、2、6、7次酒評分較低。此結(jié)果與感官評價(jià)結(jié)果相同，因此該模型具有可行性。

表6 各輪次酒綜合評分分值Table 6 Comprehensive score of Baijiu in each round

以表6中7輪次基酒PC1載荷值為x軸、PC2為y軸做主成分得分散點(diǎn)圖得圖8。從圖8中可以看出7個(gè)輪次基酒區(qū)分結(jié)果較明顯，不同風(fēng)味、品質(zhì)基酒離散較為顯著。第1次酒位于第2象限，與其他輪次酒距離較遠(yuǎn)，醬香型白酒釀造前期，糟醅酸度高，產(chǎn)酸菌為優(yōu)勢菌種，有機(jī)酸含量高，故前期輪次酒澀味、酸味重[22]。第2次酒在y軸方向上相對距離1次酒較遠(yuǎn)、離3、4、5次酒較近，但x軸方向上位置偏左，第2次酒中高級醇和有機(jī)酸含量相對第1次酒較低，酸澀味比1次酒淡，后味回甜。第3、4、5次酒為大周期產(chǎn)酒，三個(gè)輪次酒的散點(diǎn)整體較為集中，均在x軸下方，y軸附近，相互之間又存在明顯間隙，其酒體醬香突出，酒體醇厚，風(fēng)味典型。第6、7次酒散點(diǎn)分布也相對集中于第1、4象限交界處，其酒體醬香較突出，帶有焦香和苦味。由此可見，基于主成分分析法能夠較為有效的對不同輪次酒進(jìn)行分類，能夠較好的體現(xiàn)各輪次酒體風(fēng)味的共性和個(gè)性，風(fēng)味特征相似的酒體散點(diǎn)相對聚合，不同風(fēng)味的酒體散點(diǎn)分布離散，能夠較好反應(yīng)出不同輪次基酒的典型性和相似性。

圖8 各輪次基酒綜合得分散點(diǎn)圖Fig.8 Scatter chart of comprehensive score of crude spirits in each round

3 結(jié)論

3.1 通過指示劑法檢測出7個(gè)輪次酒中總酸總酯含量，總酸含量隨輪次數(shù)增加而減少，最大值2.94 g/L，最小值1.51 g/L?？傰ズ砍氏壬仙笙陆档内厔?，由3.57 g/L開始上升，第3輪次總酯含量達(dá)到最高值5.14 g/L，隨后降低至3.10 g/L。

3.2 利用直接進(jìn)樣法結(jié)合氣相色譜定量檢測出26種揮發(fā)性物質(zhì)，其中酸類7種，酯類5種，醛類3種，醇類10種，酮類1種，酯類和酸類物質(zhì)分別占16.31%～59.36%、15.32%～20.41%。乙酸占酸類物質(zhì)82%～96%，乙酸乙酯和乳酸乙酯分別占酯類物質(zhì)的28.53%～86.80%、8.63%～68.70%。乙酸乙酯與乳酸乙酯含量同馬宇[23]通過液液萃取與GC-MS聯(lián)用檢測出的乙酸乙酯含量（1.1～2.4 g/L）、乳酸乙酯含量0.8～2.7 g/L接近，結(jié)論中第1、2輪次酒中均明顯高于其他輪次與本研究實(shí)驗(yàn)結(jié)果相同。前兩次酒中乙酸乙酯含量大于乳酸乙酯，隨后乳酸乙酯含量升高，以68.70%的占比成為含量最高的酯類。醇類物質(zhì)中正丙醇含量占比 27.93%～88.50%，前兩次酒中正丙醇（63.73%～88.50%）含量較高，韓興林等[8]測出正丙醇含量在1000 mg/L以上，且前2個(gè)輪次含量較高，生澀味重，與本研究所得結(jié)論一致。羰基類化合物中，乙醛和乙縮醛含量占比分別為26.67%～52.95%、28.71%～41.70%，整體呈波段上升趨勢。

3.3 通過SPSS 22.0對26種風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行主成分分析，選出前3個(gè)主成分，累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá)89.30%，可涵蓋大部分?jǐn)?shù)據(jù)信息。利用主成分1、2作二維得分散點(diǎn)圖，對不同輪次白酒的區(qū)分效果良好，各輪次酒總體分布為四大部分，1、2次酒分別占據(jù)第2象限和x軸負(fù)半軸，3、4、5三個(gè)大輪次酒散點(diǎn)集中在y軸負(fù)半軸，第6、7次酒分布在第1、4象限交界區(qū)域。各輪次酒綜合得分模型得分情況為：4＞5＞3＞7＞6＞1＞2，與感官評價(jià)結(jié)果相似，生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，3～5輪次基酒醬香突出，酒體醇和，6、7輪次酒醬香明顯，有焦糊味，1、2輪次酒有醬香味、生沙味重，有酸澀味。綜上所述，主成分分析法基本能夠?qū)崿F(xiàn)不同輪次酒的特征香味物質(zhì)的差異性評價(jià)。