60Co-γ射線輻照清香型高粱酒陳化效應(yīng)

陸艷婷 張猛超 李祖光 楊文新 陳金躍 劉超綱 王炳奎 ，

（1浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物與核技術(shù)利用研究所，浙江 杭州 310021；2浙江省數(shù)字旱糧重點實驗室，浙江 杭州 310021；3浙江工業(yè)大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，浙江 杭州 310014）

高粱酒，也被稱為高粱燒酒，屬中國白酒，是一種聞名遐邇的蒸餾酒，乙醇含量在40%～55%（以體積計）之間［1］。白酒的品質(zhì)取決于多種因素，如原料、發(fā)酵劑和發(fā)酵過程、陳化等。中國白酒區(qū)別于威士忌、白蘭地等其他蒸餾酒的最明顯特點是在釀制過程中用到曲藥。曲藥富含多種微生物以及微生物的代謝產(chǎn)物和酶，在白酒釀造過程中將其混合在熟糧食中，各種微生物和酶的聯(lián)合作用將熟糧食發(fā)酵后即可蒸餾出白酒。釀造白酒根據(jù)所用糖化、發(fā)酵菌種和工藝的不同，可分為大曲酒、小曲酒、麩曲酒三大類。傳統(tǒng)白酒釀造主流使用的是大曲和小曲，兩者各具特色。大曲白酒曲香馥郁，口味醇厚，飲后回甜；小曲白酒則酒體柔和、純凈爽口，香氣優(yōu)雅。但中國白酒采用曲藥釀造工藝導(dǎo)致新酒除香氣較沖、入口辛辣、口感雜外，還有明顯的輔料味［2-4］，需在數(shù)年陳化中經(jīng)締合、氧化、縮合、聚合和去雜等一系列物理化學(xué)反應(yīng)來達(dá)到酸酯協(xié)調(diào)、減少酒的刺激感而變得綿柔醇厚［4-6］。

20 世紀(jì)60 年代初，國外開始利用γ 射線輻照加工酒類，但多用于白蘭地和威士忌［7-8］。中國自20世紀(jì)70年代末開始進(jìn)行輻照白酒的研究，γ 射線輻射催陳法主要借助γ 射線傳遞能量，使酒中水分子產(chǎn)生高能自由基，從而引發(fā)氧化反應(yīng)［6-7］。輻照處理可加速酒的陳化，縮短陳化期，達(dá)到用傳統(tǒng)方法貯存2—3年時間才能達(dá)到的陳化效果［8-9］。1994 年我國發(fā)布《GB 14891.9-1994輻照薯干酒衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（2005年廢止），標(biāo)準(zhǔn)中明確了輻照劑量要求，即：經(jīng)60Co-γ或137Cs-γ射線或電子加速器產(chǎn)生的低于10 MeV 電子束照射，其平均總體吸收劑量不得大于4 kGy，但現(xiàn)階段尚未有新的類似標(biāo)準(zhǔn)。截至目前，關(guān)于60Co輻照白酒的安全性研究結(jié)果表明，60Co 輻照白酒無潛在危害［10-11］。香氣是白酒產(chǎn)品的一種屬性，也是感官質(zhì)量指標(biāo)之一。輻照可加速陳化，使酒香更加醇厚，提升白酒品質(zhì)。目前對小曲清香型高粱酒的γ射線輻照加速陳化尚鮮有研究報道。本試驗通過不同劑量γ射線輻照小曲清香型高粱酒，分析輻照后清香型高粱酒的主要香氣化合物組成和比例的變化，旨在為加速高粱酒陳化提供一種綠色低碳的技術(shù)途徑。

1 材料與方法

1.1 樣品酒

來自浙江省的小曲清香型高粱酒，外觀無色、清亮透明、無懸浮物和沉淀，體積分?jǐn)?shù)52.0%，樣品于4 ℃冷藏。輻照處理后45 d檢測主要揮發(fā)性成分并進(jìn)行感官評價。

1.2 試劑

重鉻酸銀劑量計、重鉻酸鉀劑量計，中金輻照股份有限公司深圳技術(shù)檢測中心；正構(gòu)烷烴標(biāo)準(zhǔn)樣品為C8-C30，美國Sigma上海分公司。

1.3 儀器

UV1800紫外可見分光光度計，島津儀器有限公司（蘇州）；GC 2000-Mars 6100氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀，聚光科技股份有限公司（杭州）；75 μm Carboxen/聚二甲基硅氧烷（CAR/PDMS）萃取纖維，Supelco公司（美國）。

1.4 γ-射線輻照處理

輻照處理在浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院國家水稻改良中心輻射育種研究室（浙江省輻照中心）進(jìn)行，輻照源為60Co 靜態(tài)放射源，活度1.33×1015Bq，源棒花藍(lán)式排列。每處理樣品1 000 mL，玻璃瓶裝，化學(xué)劑量計跟蹤，4 個處理根據(jù)實測吸收劑量值由低到高分別為1.51、3.14、4.65、7.37 kGy（分別以T1、T2、T3、T4表示），未輻照為對照（CK）。輻照劑量率30 Gy·h-1。劑量跟蹤的化學(xué)劑量計經(jīng)中國計量科學(xué)研究院國家劑量保證服務(wù)（National Dose Assurance Service，NDAS）比對標(biāo)定。

1.5 測試方法

1.5.1 儀器條件 頂空固相微萃取和氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用（gas chromatograph-mass spectrometer，GC-MS）分析：取1 mL酒樣和4 mL去離子水放入40 mL頂空玻璃萃取瓶中，再加入1.5 g氯化鈉，（50±2） ℃下平衡10 min；然后使用裝有75 μm CAR/PDMS 的固相微萃取手柄的不銹鋼針管刺穿頂空瓶的密封墊片，于瓶內(nèi)頂空部分推出固相微萃?。╯olid phase micro-extraction，SPME）萃取頭，萃取30 min；萃取完成后，將SPME 萃取頭拔出并直接插入氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀的進(jìn)樣口脫附5 min。用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀分析酒樣的揮發(fā)性成分，氣相色譜條件：色譜柱為DB-5MS（30 m×0.25 mm×0.25 μm）；進(jìn)樣口溫度：250 ℃，不分流進(jìn)樣，SPME纖維頭在進(jìn)樣口脫附5 min；柱溫在45 ℃保留3 min，然后以5 ℃·min-1升到90 ℃，在此溫度下保持1 min，最后以3 ℃·min-1升到250 ℃后保持5 min；載氣為高純氦氣（99.999%），流速為0.8 mL·min-1，隔墊吹掃為1.0 mL·min-1。質(zhì)譜條件：電子轟擊離子源（electron impact source，EI），電子能量為70 eV；采用全掃描模式，掃描范圍在45～550m/z；離子阱溫度為180 ℃，傳輸線溫度為250 ℃，箱體溫度為50 ℃；掃描速度為3 scans·s-1，溶劑延遲為4 min。測試3次重復(fù)。

1.5.2 定性與定量分析 成分定性分析通過采集所得到的質(zhì)譜圖利用NIST（2011版本）譜庫檢索完成；同時采用Kovats保留指數(shù)定性的方法來輔助質(zhì)譜檢索定性，質(zhì)譜檢索與保留指數(shù)相結(jié)合的二維定性是一種可信度較高的定性方法［12］。在進(jìn)行保留指數(shù)定性時，參考色譜柱選用DB-5 的文獻(xiàn)值，試驗值與文獻(xiàn)值的差異以1%作為檢索尺度。通過對C8～C30正構(gòu)烷烴標(biāo)準(zhǔn)品的色譜掃描，計算得到各化合物的保留指數(shù)，并與相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)品的保留指數(shù)值進(jìn)行比對，即可對物質(zhì)進(jìn)行有效定性分析。利用峰面積歸一化方法進(jìn)行定量分析，計算各酒樣揮發(fā)性成分的相對含量。

1.5.3 感官評價 感官評價參考文獻(xiàn)［13-14］的方法進(jìn)行，選取對清香型高粱酒的香氣特征和口感敏銳的人員組成評估小組，共7 個成員（30～50 歲），分別為5 男2 女，分別按色、香、味對不同處理進(jìn)行百分制評分。評酒時，評酒員根據(jù)自己的實際感受對樣品的色、香、味進(jìn)行全面的鑒別，評分標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 感官評價標(biāo)準(zhǔn)Table1 Sensory evaluation criteria

1.6 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2016 進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)誤差分析和繪圖，采用SPSS Statistics 24 統(tǒng)計分析軟件進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同輻照劑量處理對清香型高粱酒主要揮發(fā)性成分的影響

應(yīng)用頂空固相微萃取方法富集清香型高粱酒中的揮發(fā)性成分，并通過GC-MS 技術(shù)分析，分別在5 個處理的酒樣中共鑒定出除乙醇外的36～49 種化合物（表2），按清香型白酒中香氣物質(zhì)分類，分為酯類、醇類、醛類、酮類、烯類、其他類（已鑒定出但不屬于前述各類化合物）以及未知類（分離出但未能鑒別出的化合物）。

表2 輻照處理對清香型高粱酒各類揮發(fā)性成分種類和相對含量的影響Table 2 Effect of irradiation treatment on the types and relative content of various volatile compounds in light aroma-type sorghum liquor

由表2 可知，隨著輻照劑量的增大，供試酒中的化合物種類減少，減少數(shù)量最多的是未知化合物。T4 酒樣中化合物種類較CK 減少了13 種，且未知化合物的相對總含量也較CK 減少7.36 個百分點。醇類化合物種類隨輻照劑量的增加而減少，相對含量呈先下降后上升趨勢。T3處理的醛類相對含量較CK、T1、T2均極顯著減少，且與T4 處理無顯著差異。酮類物質(zhì)較穩(wěn)定，各處理與CK 間均無顯著差異。輻照對烯類物質(zhì)相對含量影響較大，各處理均較CK 極顯著增加，T1 與T2、T3 與T4 間均無顯著差異，T3、T4 較T1、T2 極顯著增加。其他類化合物種類在輻照處理后由5 種減少到3 種，這3 種化合物均較穩(wěn)定，各輻照處理間無顯著差異。白酒中的酯類是除乙醇外含量最多的一類化合物，在主要揮發(fā)性成分中占60%以上，且是白酒已知化合物類別中種類最多的一類化合物。隨著輻照劑量的增大，酯類化合物相對含量呈現(xiàn)先上升后呈下降的態(tài)勢，5 個處理中，T1 處理酯類物質(zhì)相對含量最高，達(dá)72.08%，T3處理酯類物質(zhì)相對含量已略低于CK。

2.2 不同輻照劑量處理對清香型高粱酒主要香氣成分的影響

香氣是決定白酒品質(zhì)和風(fēng)味特征的重要指標(biāo)，酯類物質(zhì)是白酒主要呈香物質(zhì)［4，15］。由表3可知，隨著輻照劑量的增加，供試酒樣中辛酸乙酯含量較CK 均顯著上升，己酸乙酯含量先上升后下降再上升，壬酸乙酯含量先下降后上升再下降，癸酸乙酯含量CK 均顯著下降，棕櫚酸乙酯含量先下降后上升。酯類物質(zhì)的香氣以果香型為主，其中乙酯類含量最高，CK和T1～T4酒樣中乙酯類占總酯類含量分別為88.13%、87.31%、91.60%、90.49%、89.86%，其中己酸乙酯和辛酸乙酯含量占一半以上，均為果香型，是清香型香味的主要貢獻(xiàn)者。說明輻照處理可改變酯類物質(zhì)種類及含量。

表3 輻照處理對清香型高粱酒中主要揮發(fā)性成分和相對含量的影響Table 3 Effects of different irradiation doses on the components and relative contents of main volatile compounds in light aroma-type sorghum liquor

醇類也是白酒香味的重要來源［16］。本試驗檢出5 種除乙醇外的醇類化合物，異薄荷醇僅在CK 中檢出。辛醇含量隨輻照劑量的增加而明顯下降，與CK相比，T1～T4的辛醇含量分別下降了0.34、0.60、1.03、1.30 個百分點；隨著輻照劑量增加，1-壬醇相對含量先下降后上升再下降至基本穩(wěn)定，但輻照處理均顯著低于CK；苯乙醇含量在T1處理后較CK下降2.02個百

分點，之后隨著輻照劑量的增加而明顯增加，T3、T4 的含量分別比CK 高0.74、2.53 個百分點；結(jié)合T1 處理后醇類含量較CK 極顯著降低（表2），說明輻照處理可改善雜醇含量。

烯類化合物是清香型白酒風(fēng)味物質(zhì)的重要組成部分。輻照處理顯著增加了月桂烯和檸檬烯的相對含量，T1與T2處理間無顯著差異，T3與T4的月桂烯和檸檬烯相對含量較CK 增加2 倍以上；T3 與T4 處理間檸檬烯相對含量無顯著差異，而月桂烯相對含量呈顯著差異。醛類和酮類化合物均檢出2種，T1、T2的醛類相對含量與CK 無顯著差異，T3、T4 的醛類相對含量均較CK 極顯著下降（表2）；各處理間的胡薄荷酮相對含量均無顯著差異，酮類含量（表2）也無顯著差異。醛類和酮類的相對含量均較少，對酒風(fēng)味有調(diào)和作用。

輻照處理后的已知物質(zhì)中，月桂酸乙酯、異薄荷醇、乙苯、對二甲苯僅在CK 中檢出；順式-4-辛烯酸乙酯和柏木腦在T4 中未檢出；棕櫚酸甲酯在CK 和T2 中檢出，且T2檢出量僅為CK的1/10；白菖烯僅在T4中檢出；4-異丙基苯甲醛和大馬士酮在T3中未檢出。從清香型白酒本身的風(fēng)味特征來看，在本試驗條件下，1.51～3.14 kGy間輻照的陳化效果較好。

2.3 不同處理的清香型高粱酒感官評價結(jié)果

對輻照處理后的酒樣進(jìn)行色、香、味評價，結(jié)果見圖1。輻照后在外觀上各處理間無顯著差異。輻照處理與CK 在香氣上有顯著差異。在口味上，T1、T2 處理后口感柔和、清香純正、余味爽凈，得分無顯著差異；T3 處理略有刺激辣味；T4 處理有明顯刺激辣味。T1、T2 輻照處理后感官評價無顯著差異，且整體顯著高于CK 和其他2 個處理。這與理化指標(biāo)的檢測結(jié)果基本相符。

圖1 輻照處理對清香型高粱酒感官評價的影響Fig.1 Effect of irradiation on sensory evaluation of light aroma-type sorghum liquor

3 討論

3.1 不同劑量輻照對揮發(fā)性化合物相對含量和種類的影響

3.1.1 輻照對酯類含量和種類的影響 輻照處理加速了酒體中醇、酸、酯化合物間的氧化、還原、酯化與水解等化學(xué)反應(yīng)，使其相互轉(zhuǎn)化而達(dá)到新的平衡。壬酸乙酯、癸酸乙酯含量降低減弱了高粱酒中的油脂味和濃香味，突出了清香型白酒清香純正、余味爽凈的特色［9］。辛酸乙酯、己酸乙酯兩種香味物質(zhì)的香氣閾值都很低，對清香型白酒香味具有較大貢獻(xiàn)［17］。辛酸乙酯是典型的白蘭地酒香味，1.51 kGy 的低劑量輻照即可明顯提高高粱酒中的辛酸乙酯含量，促進(jìn)酒體復(fù)合香，具有較好地改善清香型高粱酒風(fēng)味的作用［18-19］。己酸乙酯既構(gòu)成白酒香氣特色，同時賦予白酒特殊微甜略帶苦澀刺激的窖香口味［9］，輻照后己酸乙酯的含量發(fā)生變化，在1.51 kGy 劑量處理后相對含量最高，這也與感官評價的結(jié)果相符。樣品中未檢測出清香型白酒的主體香味物質(zhì)乙酸乙酯，可能與小曲清香型高粱酒的釀制工藝有關(guān)。本試驗中酯類物質(zhì)相對含量隨輻照劑量的增加呈先上升后下降的態(tài)勢，與付立新等［8］0～4 kGy劑量處理的研究結(jié)果基本一致。

3.1.2 輻照對醇類含量和種類的影響 各處理樣品中檢出的醇類相對含量在4.80%～8.79%之間，均為高級醇，一般認(rèn)為酒中含過多高級醇飲后易上頭、易醉。研究認(rèn)為高級醇含量與原料中蛋白質(zhì)含量有關(guān)，高級醇的毒性隨分子量增大而加劇，特別是異丁醇、2，3-丁二醇以及異戊醇是導(dǎo)致“上頭”的主要風(fēng)味物質(zhì)［20-21］，但其可賦于酒體特殊醇香。苯乙醇具有似玫瑰的芳香，是酒中重要的芳香醇，1-壬醇具玫瑰香夾帶橙味，辛醇具脂蠟香，能增進(jìn)苯乙醇的特殊芳香，醇香襯托酯香，使酒香更醇厚，高級醇起到在酒香和后味之間調(diào)和的作用。本試驗結(jié)果表明，4.65 kGy 及以上較高劑量輻照可增加苯乙醇含量。

3.1.3 輻照對烯類含量和種類的影響 各處理樣品中檢出的烯類物質(zhì)中除了1，3，5-環(huán)辛三烯外，其他均是萜烯類化合物，是植物精油的主要成分，在白酒風(fēng)味中具有重要貢獻(xiàn)。白酒中的萜烯具有抗菌、抗氧化等活性［22］。檸檬烯散發(fā)出檸檬香味，可使酒的香味更為厚實、停留時間更長，且具有抗腫瘤、抗微生物等多種生理功能［23］。胡椒烯和β-石竹烯具有明顯的超氧化物離子自由基清除能力［24-25］，都是天然雙環(huán)倍半萜，參與辛辣味道的產(chǎn)生［25］，這可能是本試驗中4.65、7.37 kGy較高劑量處理后高粱酒具有刺激辣味的原因之一。本試驗結(jié)果表明，輻照處理可極顯著增加烯類化合物的含量，特別是月桂烯和檸檬烯的含量。

3.1.4 輻照對醛類和酮類含量和種類的影響 總?cè)┖吭?.51 kGy 和3.14 kGy 處理與CK 無顯著性差異，至4.65 kGy 劑量處理后極顯著減少，這是由于高劑量輻照使酒中產(chǎn)生更多的自由基，使氧化還原反應(yīng)和酯化反應(yīng)進(jìn)程加快。在0～3.14 kGy 區(qū)間，壬醛含量隨輻照劑量的增加而明顯增加，這與付立新等［8］有關(guān)醛類含量在0～4 kGy 區(qū)間隨輻照劑量增加而增加的研究結(jié)果有部分相同，這可能與酒中醛類物質(zhì)種類有關(guān)，說明輻照處理可影響醛類化合物的含量。各處理樣品中檢出的胡薄荷酮和大馬士酮均為萜烯酮，具有萜烯化合物的功能作用，且胡薄荷酮有羥基自由基（·OH）清除能力［22］。樣品中檢出的2 種酮均為芳香酮，其羰基直接連在芳香環(huán)上，且與兩個烴基相連，較穩(wěn)定，說明輻照處理對酮類化合物沒有明顯影響。

本試驗檢測結(jié)果中，3-苯丙酸乙酯、棕櫚酸甲酯、4-異丙基苯甲醛和大馬士酮相對含量均較低，在有些處理中未檢出且無規(guī)律性，可能是由于含量較低且經(jīng)輻照處理后與其他化合物反應(yīng)并存在動態(tài)平衡，也可能因檢測誤差導(dǎo)致未檢出，具體原因有待進(jìn)一步分析。

3.2 輻照酒陳化特點

γ 射線穿透力強、能量高，輻照使酒中水分子和有機(jī)化合物分子產(chǎn)生電離和激發(fā)，產(chǎn)生大量自由基和新分子產(chǎn)物。在有氧條件下，氧與水結(jié)合形成的自由基轉(zhuǎn)變?yōu)榛钚暂^高的OH-1和H2O2。兩者都是強氧化劑，可使醇氧化成醛，醛氧化成羧酸，羧酸與醇作用脫水而成酯，這與白酒在貯存陳化過程中發(fā)生的一系列化學(xué)反應(yīng)相同［6-8］。研究表明，窖藏酒中的乙酸乙酯含量隨著貯存時間的推移而上升，窖藏約1.5 年時達(dá)到最大值［26-27］，這與本研究輻照處理中，酯類相對含量隨輻照劑量增加呈先上升后下降變化的結(jié)果一致。由此可見，輻照所產(chǎn)生的自由基促使氧化還原反應(yīng)和酯化反應(yīng)較常態(tài)下更迅速，各成分含量均有不同程度變化。不同劑量輻照后所產(chǎn)生的自由基數(shù)量不同，使得氧化還原反應(yīng)速率不同，致使各成分含量變化不同，即呈現(xiàn)感官品質(zhì)的差異。

輻照處理降低了酒樣中揮發(fā)性化合物的種類，這與江津津等［28］對新酒與20 年陳酒的揮發(fā)性化合物檢測結(jié)果一致。輻照處理可加速酒的陳化［6-9］，減少陶壇（缸） 貯存每年3%～6%的酒損耗，避免自然陳化過程中酒體難以避免的揮發(fā)，減少資金積壓和漏損等無形浪費［29-30］。但老熟程度僅在數(shù)年之間，不能達(dá)到數(shù)十年窖藏白酒的自然協(xié)調(diào)的口感與香味［6］。低檔次原酒絕無可能通過長期貯存陳化來提高檔次［8-9］，同樣利用輻照處理也不能提高檔次。

1.5～3.0 kGy 劑量輻照高粱酒在短時間內(nèi)即可改變酒風(fēng)味物質(zhì)的含量及比例，酯類物質(zhì)種類和含量適當(dāng)?shù)卦龆嗷驕p少，使香氣增加、香味協(xié)調(diào)，加速了陳化過程，使高粱酒在較短時間內(nèi)陳化，并且呈香穩(wěn)定，口感明顯改善，與劉穎等［31］的研究結(jié)果一致。普通瓶裝白酒在貯存過程中容易發(fā)生酸增酯減的情況，甚至可能導(dǎo)致酯、酸、醇等比例失調(diào)，使風(fēng)味品質(zhì)降低。而輻照催陳法具有時間短的優(yōu)勢，避免了普通白酒貯存老熟所發(fā)生的酯類水解現(xiàn)象，并且能在短時間內(nèi)增加新酒酯類化合物的含量，使出廠白酒能夠在短期內(nèi)擁有較高品質(zhì)，適合普通白酒的市場銷售［6-7］。

將輻照加速陳化的酒與窖藏法有機(jī)結(jié)合，是否既能節(jié)省時間空間，又能獲得更高品質(zhì)的清香型高粱酒，有待進(jìn)一步研究。本試驗僅針對清香型高粱酒輻照陳化進(jìn)行試驗，為該生產(chǎn)工藝的清香型高粱酒加速陳化提供了相應(yīng)的理論支撐。該技術(shù)對濃香型、醬香型等其他香型白酒也有效果，但陳化效果可能因香型和生產(chǎn)工藝不同而在輻照劑量上有所差異［30，32］，也值得進(jìn)一步研究探討。

4 結(jié)論

在本研究的4 個輻照處理中，以1.51 kGy 處理后總酯含量最高，雜醇含量最低，對清香型高粱酒陳化效果最好，其次是3.14 kGy，且1.51 kGy與3.14 kGy處理的感官評價無顯著差異。1.51～3.14 kGy 劑量輻照能顯著增加清香型高粱酒中己酸乙酯、庚酸乙酯、辛酸乙酯和檸檬烯等香味物質(zhì)含量，并降低有害化合物的數(shù)量和含量。4.65 kGy 處理后略有刺激辣味，7.37 kGy處理后有明顯刺激辣味，建議清香型高粱酒陳化輻照劑量在1.5～3.0 kGy 之間，為提高經(jīng)濟(jì)性可在此范圍內(nèi)選擇較低劑量。