小曲清香白酒蒸餾過程不同餾分風(fēng)味物質(zhì)變化規(guī)律研究

汪 茜，張 良，黃志久，，，羅 廣，楊 波，趙金松，4*

（1.四川輕化工大學(xué) 生物工程學(xué)院，四川 自貢 643000；2.瀘州老窖集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川 瀘州 646000；3.醉清風(fēng)酒業(yè)股份有限公司，四川 瀘州 646000；4.四川省酒業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川 成都 610096）

白酒是中華民族的傳統(tǒng)產(chǎn)品，是世界六大蒸餾酒之一，按香型可分為12種，不同香型白酒有其獨特的香氣風(fēng)格特征[1-2]。清香型白酒為其一，同時又分為大曲清香、小曲清香和麩曲清香[1]。小曲清香白酒酒體柔和，醇甜爽凈，清香純正[3-4]，具有乙酸乙酯為主體的清雅、舒適諧調(diào)的復(fù)合香氣[5]，深受現(xiàn)代年輕人的喜愛。

小曲清香白酒以小曲作糖化劑，主要采用培菌糖化、清蒸清燒的生產(chǎn)方式，廣泛分布在我國西南地區(qū)[6-8]。傳統(tǒng)川法小曲白酒生產(chǎn)工藝是小曲清香白酒釀造工藝的典型代表[9]。在白酒釀造工藝中有“看花摘酒，分段摘酒”[10]，可見摘酒酒精度與酒體質(zhì)量息息相關(guān)。小曲清香傳統(tǒng)工藝釀造中，采用“掐頭去尾”，中間整段摘酒的方式取酒，缺乏分段摘酒、分級儲存的概念[11-12]。隨著白酒機械化生產(chǎn)的應(yīng)用，摘酒工藝也趨向于機械化、自動化、智能化，現(xiàn)有的機械化摘酒大多數(shù)靠對酒精度的檢測進(jìn)行取酒[13-15]。隨著餾酒的進(jìn)行，酒精度不斷變化，不同風(fēng)味物質(zhì)分先后流出，導(dǎo)致不同餾分酒質(zhì)量及風(fēng)味存在差異[16-18]。

近年來，對小曲清香型白酒的研究日益增多，從酒體風(fēng)味、不同原料、微生物菌群、貯存方法等方面多有研究[19-26]。如孫細(xì)珍等[27]對現(xiàn)代和傳統(tǒng)兩種工藝釀造的小曲清香白酒進(jìn)行風(fēng)味成分分析，結(jié)果表明，兩種工藝生產(chǎn)的酒體在主要風(fēng)味物質(zhì)種類上差異較小，但呈香強度和香氣活度值差異較大。樊杉杉等[28]結(jié)合箭型固相微萃取結(jié)合氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)和化學(xué)計量學(xué)對小曲清香型原酒進(jìn)行等級判別研究，利用揮發(fā)性組分間的差異可以準(zhǔn)確對白酒原酒樣品的等級進(jìn)行區(qū)分和鑒別。唐潔等[24]研究清香小曲白酒新工藝中微生物和環(huán)境因子對酒體風(fēng)味變化的影響，環(huán)境和微生物因素共同解釋了酒醅風(fēng)味物質(zhì)38.44%的變化，酒醅風(fēng)味物質(zhì)的重要影響因素有水分、酵母總數(shù)、還原糖和淀粉。到目前為止，對小曲清香白酒風(fēng)味的影響因素研究較多，但對機械化釀造小曲清香白酒在不同餾分原酒風(fēng)味組分的研究較少，找到不同餾分酒的風(fēng)味組分規(guī)律與酒精度的相關(guān)性，則可根據(jù)酒精度對餾酒進(jìn)行風(fēng)味“可視化”摘酒，實現(xiàn)小曲清香機械化生產(chǎn)的分段摘酒，分級貯存。

本實驗利用氣相色譜法（gas chromatography，GC）檢測小曲清香不同餾分酒中的風(fēng)味組分，對風(fēng)味組分進(jìn)行主成分分析（principal component analysis，PCA）、層次聚類分析（hierarchical cluster analysis，HCA）、Person相關(guān)性分析，以期找到風(fēng)味組分的餾出規(guī)律以及與酒精度的相關(guān)性，為酒企自動摘酒、量質(zhì)摘酒提供科學(xué)數(shù)據(jù)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

酒樣：瀘州某公司小曲清香白酒固態(tài)法機械化釀造車間生產(chǎn)原酒，從出酒開始計時，每3 min取一次酒樣，共18個酒樣，每個酒樣1 000 mL，1號（68% vol）、2號（74% vol）、3號（73% vol）、4號（73% vol）、5號（72% vol）、6號（69% vol）、7號（67% vol）、8號（65% vol）、9號（62% vol）、10號（59% vol）、11號（56% vol）、12號（53% vol）、13號（50% vol）、14號（48% vol）、15號（44% vol）、16號（42% vol）、17號（40% vol）、18號（38% vol）。

無水乙醇（分析純），乙醛、乙縮醛、糠醛、甲醇、仲丁醇、正丙醇、異丁醇、正丁醇、異戊醇、正戊醇、正己醇、β-苯乙醇、2-甲基丁醇、辛酸、乙酸、丙酸、異戊酸、己酸、庚酸、乙酸乙酯、丁酸乙酯、戊酸乙酯、己酸乙酯、乳酸乙酯、甲酸乙酯、乙酸異戊酯、辛酸乙酯、壬酸乙酯、乙酸丁酯、十六酸乙酯等30種標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（純度均＞99.0%）：天津光復(fù)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

7820A氣相色譜儀、HP-5毛細(xì)管柱（30 m×0.32 mm×0.25 μm）：美國Agilent公司。

1.3 方法

1.3.1 常規(guī)理化指標(biāo)檢測

根據(jù)GB/T 10345—2007《白酒分析方法》[29]中指示劑法測定總酸、總酯含量。

1.3.2 風(fēng)味物質(zhì)檢測

定性分析：風(fēng)味物質(zhì)的保留時間結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)品的保留時間進(jìn)行定性分析。

定量分析：定量分析方法參照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 10345—2007《白酒分析方法》[29]中白酒風(fēng)味成分定量。

氣相色譜檢測方法：GC條件為初始溫度35 ℃，保持8 min，以3 ℃/min的速率升高至140 ℃，保持1 min，以5 ℃/min速率升高至180℃，以10℃/min速率升高至210℃，保持10min；載氣為氦氣（He），柱流速1.0 mL/min；進(jìn)樣口溫度240 ℃；分流比40∶1；進(jìn)樣量1 μL。

1.3.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

利用SPSS 26.0對數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析（PCA），層次聚類分析（HCA），Person相關(guān)性分析；Excel 2015、Origin 2018對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和作圖分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 常規(guī)理化指標(biāo)分析

白酒中酸和酯是重要的呈香呈味物質(zhì)，對酒體品質(zhì)有著重大影響[9]。對不同餾分酒的酒精度、總酸和總酯進(jìn)行了檢測，結(jié)果如表1所示。

表1 不同餾分原酒酒精度及總酸、總酯含量Table 1 Alcohol contents,total acid and total ester in different distillation fractions of base-liquor

由表1可知，隨蒸餾時間的延長，不同餾分酒的酒精度呈先上升后下降的趨勢，在第2餾分酒處達(dá)到最高值（74% vol）；總酸含量大致呈先下降后上升的趨勢，在第3餾分酒處含量最低（0.30 g/L），隨后逐漸上升在酒尾處達(dá)到最高值（0.66 g/L）；總酯含量隨餾酒進(jìn)行持續(xù)下降，在前4個餾分酒中下降速度較快，后逐漸趨于平緩。部分接酒時間（3～9 min）內(nèi)的餾分酒總酸和總酯的差異性不顯著（P＞0.05），而接酒時間超過9 min的餾分酒總酸和總酯差異顯著（P＜0.05），說明實行分段摘酒具有一定的實際意義。

2.2 風(fēng)味物質(zhì)分析

利用氣相色譜對小曲清香白酒的18個餾分酒進(jìn)行風(fēng)味成分檢測，共檢測出30種物質(zhì)，其中包括醛類3種，酯類11種，醇類10種，酸類6種。對各餾分酒中的風(fēng)味成分進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，為進(jìn)一步的探索不同餾分酒中各風(fēng)味物質(zhì)的差異，對30種風(fēng)味物質(zhì)采用熱圖分析，結(jié)果如圖1所示。

圖1 不同餾分原酒風(fēng)味物質(zhì)含量熱圖Fig.1 Heat map of flavor substance contents in different distillation fractions

由圖1可知，不同餾分酒中各風(fēng)味成分的種類相似，但含量上存在較大差異。大部分醛類、酯類、醇類和小部分酸類（如庚酸、辛酸）大量分布在于餾酒前期（1～5餾分酒），隨餾酒時間的推移逐漸減少，高級醇的含量對酒體品質(zhì)影響很大，適宜濃度會提升酒體整體香氣，濃度過高會產(chǎn)生異雜味[9]，損害酒質(zhì)；乙酸乙酯為小曲清香白酒的主體香氣組分，在蒸餾前期含量最高，其含量高低很大程度上決定酒體風(fēng)格特征。糠醛、乳酸乙酯、壬酸乙酯、β-苯乙醇、乙酸、丙酸、異戊酸等隨蒸餾的進(jìn)行逐漸增加，集中分布在餾酒后期（14～18餾分酒）；戊酸乙酯、甲醇集中分布在餾酒中期（6～13餾分酒），餾酒前期和后期含量少。酒體中各風(fēng)味組分有其獨特的風(fēng)格特點，同時也相互作用呈現(xiàn)不同的風(fēng)味，如正丙醇與乙醛、乙酸醛等相互作用，構(gòu)成小曲清香爽口帶苦的味覺特點；丁酸乙酯與β-苯乙醇相互作用，賦予小曲清香白酒以甜為底的風(fēng)格特征，同時使呈香更持久[9]。

2.2.1 主成分分析

對18個餾分原酒中的30種風(fēng)味物質(zhì)含量數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析，結(jié)果見表2。由表2可知，前3個主成分累計方差貢獻(xiàn)率達(dá)76.08%，基本代表降維前原始數(shù)據(jù)的大量信息，因此提取前3個主成分進(jìn)行主成分分析。各風(fēng)味物質(zhì)在前3個主成分中的載荷值見表3。結(jié)合表2和表3可知，主成分（PC）1單獨方差貢獻(xiàn)達(dá)55.023%，其代表物質(zhì)有辛酸乙酯、異丁醇、仲丁醇、丁酸乙酯等，包括大部分的酯、醇、醛類物質(zhì)；PC2單獨方差貢獻(xiàn)率為12.453%，其代表物質(zhì)為甲醇、正戊醇、己酸乙酯等；PC3單獨方差貢獻(xiàn)率為8.602%，其代表物質(zhì)有丙酸、戊酸乙酯、異戊酸、乙酸，多數(shù)為酸類物質(zhì)。

表2 不同餾分原酒風(fēng)味物質(zhì)主成分分析特征值及累計方差貢獻(xiàn)率Table 2 Principal components analysis eigenvalues and cumulative variance contribution rates of flavor compounds in different distillation fractions of base-liquor

表3 各風(fēng)味物質(zhì)主成分載荷值Table 3 Principal component load value of each flavor compound

續(xù)表

18個餾分原酒在前3個主成分的分布情況見圖2。

圖2 不同餾分原酒在前3個主成分二維散點圖Fig.2 Two-dimensional scatter plot of the first 3 principal components of different distillation fractions of base-liquor

從圖2a可知，在PC1和PC2上，1號和2號酒樣分布在第一象限，17號和18號酒樣分布在第二象限，這4個酒樣的PC2含量相對較高；3號～16號酒樣全部分布在PC2的負(fù)半軸且較為集中，將18個餾分原酒很好的分為三個部分。由圖2b可知，PC1和PC3分布相對散亂，14、15、16號酒樣集中在一起，分布在第三象限，說明這3個酒樣的PC3含量相似。結(jié)合圖2a、圖2b可知，1～18號酒樣在PC1的得分依次降低，所以PC1含量隨蒸餾的進(jìn)行逐漸減少。

2.2.2 層次聚類分析

30種風(fēng)味物質(zhì)的層次聚類分析圖見圖3。由圖3可知，當(dāng)標(biāo)度的距離為8.0時，可將18個餾分酒樣有效分為4類，聚類Ⅰ包括：17、18號餾分酒；聚類Ⅱ包括：13～16號餾分酒；聚類Ⅲ包括：1、2號餾分酒；聚類Ⅳ包括：3～12號餾分酒。根據(jù)其微量成分種類及含量差異，將酒頭、酒尾有效類別出來，中間部分酒樣分為兩段，整個餾酒過程分為四個大段。此聚類結(jié)果與主成分分析結(jié)果可進(jìn)行相互驗證，13號酒樣具有一定誤差，在主成分分析中13號酒樣與14、15、16號酒樣在PC3上相距較遠(yuǎn)，其余酒樣聚類結(jié)果一致。由此可見，聚類分析結(jié)果與主成成分析結(jié)果雖然存在些許偏差，但大體分類結(jié)果一致。

圖3 不同餾分原酒的層次聚類分析Fig.3 Hierarchical cluster analysis of different distillation fractions of base-liquor

2.2.3 主成分與酒精度的相關(guān)性分析

前3個主成分與酒精度的Person相關(guān)分析結(jié)果見表4。由表4可知，酒精度與PC1相關(guān)系數(shù)達(dá)0.887，呈極顯著性相關(guān)（P＜0.01）；但與PC2、PC3不相關(guān)。為考察PC2、PC3與酒精度的關(guān)聯(lián)性，將酒精度與PC2、PC3作散點圖分析，結(jié)果見圖4。由圖4可知，不同酒精度的酒樣，在PC2、PC3上的得分存在差異，1和2號、17和18號酒樣在PC2得分中與其他酒樣差異大，偏離總趨勢較遠(yuǎn)；14、15、16號酒樣在PC3得分中與其他酒樣差異大，嚴(yán)重偏離總趨勢。根據(jù)相關(guān)性分析，按主成分分析和層次聚類分析結(jié)果進(jìn)行四段分段接酒，四段酒的風(fēng)味組分差異較大，可以達(dá)到量質(zhì)摘酒的目的。

圖4 酒精度與PC2、PC3相關(guān)性分析得分散點圖Fig.4 Scatter diagram of correlation analysis alcohol and principal component 2,principal component 3

表4 主成分與酒精度Person相關(guān)性分析結(jié)果Table 4 Person correlation analysis results between principal components and alcohol content

3 討論

小曲清香白酒在蒸餾過程中，酒精度變化呈拋物線趨勢，在第2餾分酒時達(dá)到峰值74% vol后逐漸下降?？偹岷侩S蒸餾的進(jìn)行大致持續(xù)上升，在酒尾處含量達(dá)到最高，這與酸類物質(zhì)沸點有關(guān)，酸類物質(zhì)沸點相對較高[9]，所以多分布在蒸餾后期?？傰ズ侩S餾酒時間的延長，含量逐漸降低，因為大部分酯類物質(zhì)沸點較低，所以多集中于餾酒初期。

通過氣相色譜檢測，在18個餾分原酒中共檢測到醇類10種、酯類11種、酸類6種、醛類3種等30種風(fēng)味組分。在熱圖分析中，發(fā)現(xiàn)大部分酯類物質(zhì)、醇類物質(zhì)主要分布在蒸餾前期，大部分酸類物質(zhì)分布在蒸餾后期，蒸餾中期各組分含量相對均衡。通過主成分分析提取出3個主成分，PC1（55.02%）、PC2（12.45%）、PC3（8.60%），其累計方差貢獻(xiàn)率為76.08%，可代表原始數(shù)據(jù)大部分信息，對3個主成分創(chuàng)建散點圖觀察各餾分原酒的主成分得分分布情況，可得出一個分類情況：聚類Ⅰ包括：17、18號兩個餾分酒；聚類Ⅱ包括：1、2號兩個餾分酒；聚類Ⅲ包括：3～13號十一個餾分酒；聚類Ⅳ包括：14～16號三個餾分酒。在層次聚類分析標(biāo)度距離為8.0時，同樣可將所有餾分原酒分為4類，聚類Ⅰ包括：17、18號兩個餾分酒；聚類Ⅱ包括：13～16號四個餾分酒；聚類Ⅲ包括：1、2號兩個餾分酒；聚類Ⅳ包括：3～12號十個餾分酒。層次聚類分析與主成分分析可相互驗證，兩者分析結(jié)果存在些許偏差，13號餾分原酒的類別有所差異，其余酒樣聚類一致。誤差產(chǎn)生原因可能是，主成分分析是根據(jù)提取出的主成分進(jìn)行的歸類，聚類分析是利用原始數(shù)據(jù)處理后進(jìn)行的聚類，所以存在一定誤差。

最后，將提取出的3個主成分與餾分原酒酒精度進(jìn)行Person相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)只有PC1與酒精度呈極顯著相關(guān)，再通過散點圖尋找PC2、PC3與酒精度關(guān)聯(lián)性，發(fā)現(xiàn)不同酒精度下，PC2、PC3得分具有斷崖式割據(jù)現(xiàn)象，且成段割據(jù)。

4 結(jié)論

結(jié)合主成分分析、層次聚類分析、相關(guān)性分析，掌握酒體中主要風(fēng)味物質(zhì)的餾出規(guī)律，可將小曲清香白酒整個餾酒時段分為四段：頭酒段（1～2餾分）、中前段（3～13餾分或3～12餾分）、中后段（14～16餾分或13～16餾分）、尾段（17～18餾分）。每個酒樣對應(yīng)其酒精度，在全自動化機械生產(chǎn)中，接酒處裝有酒精檢測儀[7]，則可根據(jù)餾酒酒精度進(jìn)行分段接酒。此研究對實際生產(chǎn)中，實現(xiàn)小曲清香白酒依靠酒精度進(jìn)行掐頭去尾、分段摘酒、分級儲存具有重要意義，從而盡可能的剔除酒中的不良物質(zhì)，保留有益風(fēng)味組分，對提高酒體質(zhì)量具有重要作用，在酒體勾調(diào)上留有更大發(fā)揮空間。