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HS-SPME/LLME-GC-MS结合感官品评分析山西清香型恒酒香气成分

时间:2024-07-28

郝飞龙,范莹,延莎,云少君,王晓闻,郑福平,樊玮鑫

(1.山西农业大学食品科学与工程学院,山西太谷 030801)(2.北京工商大学食品质量与安全北京实验室,北京100048)(3.山西农业大学实验教学中心,山西太谷 030801)

中国是白酒的故乡,清香型酒是最早的中国白酒,是中国白酒之源。在中国近千年的文化传承过程中逐渐衍生出酱香型、浓香型、凤香型和米香型等现在的12种香型。清香型白酒也被称作汾香型白酒,是以高粱为酿酒原料,利用大麦和豌豆进行制曲,生产工艺可以简单概括为“清蒸二次清”,发酵两次,蒸馏两次。其特点为清香纯正,醇甜柔和,自然谐调,余味爽净[1]。

白酒中的风味成分对白酒的香气、滋味起到了重要作用。丁云连应用气相色谱闻香(GC-O)技术从汾酒中共鉴定出 99种化合物,并采用侵入式固相微萃取(DI-SPME)与气相色谱-质谱(GC-MS)联用法对其中的79种物质做了定量分析[1]。廖永红等[2]采用液液萃取(LLE),顶空固相微萃取(HS-SPEM)结合GC-MS对二锅头的风味物质进行了定性分析。经过对清香型白酒香气重组试验发现,β-大马酮为重要香气成分[3],没有乙酸乙酯与乳酸乙酯,无法勾兑出清香型白酒[4]。

“恒酒”始于明,盛于清,产于我国五岳之一的北岳恒山脚下,已有500多年的悠久历史,为山西省名牌产品,是山西清香型白酒的典型代表,目前对“恒酒”风味的研究还未见报道。本文以恒山酒业三种系列的清香型白酒为研究对象,采用顶空固相微萃取/液液微萃取与气相色谱-质谱联用(HS-SPME/LLMEGC-MS)、气相色谱-氢离子火焰(GC-FID)对挥发成分进行定性定量分析,通过气味活度值(odor activity value,OAV)确定出重要风味成分,并结合感官品评对“恒酒”的香气成分进行整体全面的剖析,为后续优化“恒酒”的生产工艺、系列产品的研发和提升产品感官品质等方面提供科学的理论依据和参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

42%(以下均指乙醇体积分数)恒酒、42%恒山王、42%恒山老白干,山西恒山酒业(集团)有限责任公司;无水乙醇(色谱纯)、乙醚(分析纯)、NaCl(分析纯),天津市光复科技发展有限公司;标准品乙醛、乙酸乙酯、乙缩醛、丁酸乙酯、乳酸乙酯、正丁醇、异丁醇和异戊醇等(均为色谱纯),国药集团化学试剂有限公司;内标:2-辛醇(IS1),比利时ACROS Organics公司;叔戊酸(IS2),阿拉丁试剂有限公司;乙酸香叶酯(IS3),美国Sigma-Aldrich公司;乙酸戊酯(IS4),国药集团化学试剂有限公司;C5~C30正构烷烃,美国Sigma-Aldrich公司;均为色谱纯。

1.2 仪器与设备

Trace 1300 ISQ气相色谱-质谱联用仪、Trace 1300气相色谱-氢火焰离子化检测器,美国 Thermo Fisher公司;50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取头,美国Supelco公司;OM-WAX毛细管柱(30×0.25 mm×0.25 μm),美国Omni Gene LLC公司。

1.3 方法

1.3.1 顶空固相微萃取法(HS-SPME)

参考范文来等[5~7]的方法,前期优化出HS-SPME-GC-MS分析条件,最终确定:将酒样稀释至酒精度为10%vol,取6 mL稀释的酒样加入到顶空瓶中,加 NaCl至饱和(约2 g),10 μL 内标(2-辛醇 95.5 μg/L,乙酸香叶酯116.05 μg/L均为最终浓度),拧紧瓶盖,待进样分析。插入萃取头,50 ℃预热5 min,萃取吸附 45 min,解吸时间 5 min(270 ℃),进行GC-MS分析。

GC 条件:OM-WAX 色谱柱(30×0.25 mm×0.25 μm),进样口温度220 ℃;升温程序:初温50 ℃,保持2 min,2.5 ℃/min升至160 ℃,再以8 ℃/min升至220 ℃,保持2 min;载气为氦气,流速1 mL/min;进样量1 μL,不分流进样。

MS条件:电子电离源(EI);电子能量70 eV;传输线温度 230 ℃;离子源温度 250 ℃;扫描范围:30~350 u;溶剂延迟3.6 min。

1.3.2 液液微萃取法(LLME)

对于白酒中强极性物质,如有机酸类物质,固相微萃取的三相萃取头的响应效果不佳,可以应用液液微萃取法(LLME)结合 GC-MS,检测酒中的有机酸类物质具有很好的效果[5,8]。

前期优化出LLME-GC-MS分析条件:取20 mL酒精度为10%vol的稀释酒样,加入NaCl至饱和(约7 g),10 μL内标(叔戊酸3.6 mg/L,为最终浓度),再加入1 mL重蒸乙醚对其进行萃取,充分振荡约5 min,最后取上层萃取剂过滤后进行GC-MS分析。

GC-MS条件:升温程序:初温50 ℃,保持2 min,以5 ℃/min升至160 ℃,保持2 min,再以10 ℃/min升至220 ℃,保持20 min。其余分析条件同1.3.1。

1.3.3 气相色谱-氢离子火焰检测(GC-FID)

GC-FID是白酒国标分析中常用到的检测技术,与质谱检测技术相比主要用于定量白酒中含量较大的化合物,一般为数百mg/L及g/L级的化合物[9,10]。参考国标分析方法[11],取过滤酒样 1 mL(稀释为40%vol),加10 μL内标(乙酸正戊酯196 mg/L,为最终浓度)。

前期优化出 GC-FID条件:色谱柱为 OM-WAX毛细管柱(30×0.25 mm×0.25 μm),进样量 1 μL,载气氦气,流速1 mL/min,分流比30:1,进样口温度230 ℃,检测器温度300 ℃,升温程序:初温50 ℃,保持3 min,以6 ℃/min升至160 ℃,保持1 min,再以10 ℃/min升至230 ℃,保持5 min。

1.3.4 定性、定量分析

定性分析:采用与质普库(NIST MS Search2.0谱库)、标准品、保留指数(retention index,RI)比对的方法进行结构鉴定。RI值通过参考文献[12]方法进行计算,即可有效鉴定出化合物。

定量分析:HS-SPME/LLME-GC-MS分析,采用外标法定量,用选择特征离子(SIM)法对待测化合物进行积分。标准化合物分别对应相应内标作标准曲线[13]。GC-FID分析方法采用校正因子法对物质进行定量[11]。

1.3.5 重要香气物质的确定

可以通过借用化合物的香气活度值(odor activity value,OAV)来评价物质中的重要香气成分。OAV值等于风味化合物含量与识别阈值的比值[14]。化合物含量通过1.3.4定量方法得到。

1.3.6 感官品评

计算各组分的 OAV值,确定出白酒香气的重要组分。通过感官分析从宏观上全面的分析香气成分,并对确定出的重要组分进行进一步的验证。

1.3.6.1 感官品评小组

感官品评小组由经过基本选拔、专业培训和考核的28名(20名男性,8名女性)嗅味觉灵敏的评酒人员组成,年龄在23~39岁,为本校酿酒专业的学生及老师。

1.3.6.2 酒样品评方法

参考国标GB/T 10345-2007《白酒分析方法》中的感官评定方法,采用盲评方式,将3款酒样随机排序品评,参考白酒感官特征描述语库[15,16],对白酒感官特征进行描述,描述语库中未涉及到的描述词评酒人员可自行添加。同时对相应的感官描述语进行感官强度打分(1~5 级,分别表示感官程度“1”弱/短;“2”较弱/较短;“3”中等;“4”较强/较长;“5”强/长)。

1.3.6.3 感官描述语的筛选和风味剖面图构建

参考GB/T 16861-1997[17]感官特征描述语的筛选方法,计算出M值(描述语贡献程度指数),根据M值的大小筛选出感官特征描述语(将M值小的删除)。

参考GB/T 12313-1990[18]建立感官风味剖面图。

1.3.7 数据分析

采用Microsoft Office Excel 2010应用程序进行数据计算,应用SPSS22.0、Sigma Plot 12.5进行统计学和绘图分析。

2 结果与分析

2.1 香气成分定性与定量

通过HS-SPME/LLME-GC-MS、GC-FID,对恒山酒业三个系列的白酒定性、定量分析,分析结果见表1。共定性、定量出57种香气化合物,三种酒共有的化合物有51种。酯类化合物23种,其中辛酸乙酯、丁二酸二乙酯、乙酸乙酯、乳酸乙酯含量较高;醇类化合物8种,其中2-甲基丙醇、3-甲基丁醇、1-己醇含量较高;脂肪酸类化合物8种,其中2-甲基丙酸、丁酸含量较高;芳香族及酚类化合物9种,β-苯乙醇含量最高。醛酮类化合物7种、呋喃类1种、内脂类1种。酯类、脂肪酸类、醇类化合物的含量相对较高,是主要的香气组成成分。

可以发现,同一酒厂中三个系列的清香型白酒的风味化合物种类和含量上各有所不同,从而使白酒产生了不一样的香味和口感。

表1 三种系列清香型恒酒定性定量分析结果Table 1 Qualitative and quantitative analysis of three series of fen-flavor liquor

1 4 辛酸乙酯 1 4 1 0 M S、R I、S 水果香1 5 己酸异戊酯 1 4 3 0 M S、R I、S 水果香、花香1 6 壬酸乙酯 1 5 0 8 M S、R I、S 水果香、花香1 7 己酸己酯 1 5 8 3 M S、R I、S 水果香1 8 癸酸乙酯 1 6 1 0 M S、R I、S 水果香1 9 丁二酸二乙酯 1 6 6 0 M S、R I、S 水果香、甜香2 0 十一酸乙酯 1 7 2 5 M S、R I、S 花香2 1 月桂酸乙酯 1 8 2 0 M S、R I、S 水果香、甜香2 2 肉豆蔻酸乙酯 2 0 4 0 M S、R I、S 花香2 3 棕榈酸乙酯 2 2 5 0 M S、R I、S 坚果香2 4 2-甲基丙醇a 1 0 8 7 R I、S 葡萄酒香2 5 1-丁醇 1 1 4 0 M S、R I、S 刺激性气味、醇香2 6 3-甲基丁醇a 1 2 1 3 R I、S 水果香、指甲油气味2 7 1-辛烯-3-醇 1 4 5 0 M S、R I、S 蘑菇气味2 8 2-庚醇 1 2 9 0 M S、R I、S 花香、水果香、蜜香2 9 1-己醇 1 4 7 4 M S、R I、S 青香、花香3 0 1-辛醇 1 5 3 5 M S、R I、S 水果香3 1 1-壬醇 1 6 4 5 M S、R I、S 脂肪气味、花香3 2 苯甲醛 1 5 0 5 M S、R I、S 坚果香、杏仁香3 3 β-大马酮 1 8 3 5 M S、R I、S 花香、蜂蜜香3 4 苯乙酸乙酯 1 7 6 0 M S、R I、S 玫瑰香、蜂蜜香3 5 乙酸-2-苯乙酯 1 8 0 5 M S、R I、S 水果、花香3 6 3-苯丙酸乙酯 1 8 7 5 M S、R I、S 水果香、甜香3 7 β-苯乙醇 1 9 0 2 M S、R I、S 玫瑰香、蜂蜜香3 8 4-甲基愈创木酚 1 9 4 5 M S、R I、S 烟熏气味、酱油3 9 4-乙基愈创木酚 2 0 3 0 M S、R I、S 瓜香、水果、甜香4 0 乙酸b 1 4 2 0 M S、R I、S 醋酸、酸臭4 1 2-甲基丙酸b 1 5 5 0 M S、R I、S 酸臭、油脂腐臭4 2 丙酸b 1 5 2 0 M S、R I、S 醋酸4 3 己酸b 1 8 5 2 M S、R I、S 汗臭、奶酪香4 4 丁酸b 1 6 0 8 M S、R I、S 酸臭、泥窖臭4 5 3-甲基丁酸b 1 6 4 8 M S、R I、S 酸臭、脂肪臭4 6 辛酸b 2 0 5 6 M S、R I、S 水果香、油脂臭4 7 戊酸b 2 1 6 5 M S、R I、S 汗臭、酸臭4 8 己醛 1 0 7 3 M S、R I、S 花香、水果香4 9 土臭素 1 8 2 3 M S、R I、S 泥土味5 0 2-辛酮 1 2 7 9 M S、R I、S 水果香、蔬菜味5 1 辛醛 1 2 7 5 M S、R I、S 水果香、青草5 2 2-壬酮 1 3 6 0 M S、R I、S 果香、甜香5 3 壬醛 1 3 6 2 M S、R I、S 肥皂、青草5 4 糠醛 1 4 5 8 M S、R I、S 焦糊臭、坚果香5 5 2-十一酮 1 5 8 0 M S、R I、S 水果香5 6 萘 1 7 3 5 M S、R I、S 樟脑丸味、卫生球味5 7 γ-壬内酯 2 0 1 5 M S、R I、S 甜香、椰子香

序号 内标物 化合物含量/(μ g/L)恒酒 恒山老白干 恒山王1 I S 1 2 9 8 4.9 3±3 2 4.7 4 3 2 4 2.1 5±2 1 0.2 1 9 5 1 2.9 2±4 5 0.5 4 2 I S 1 2 0 6 5.7 8±1 4 3.6 5 6 4 2.6 0±1 7 8.1 3 6 2 5.3 0±9 8.6 2 3 I S 1 3 2 7 7.3 0±2 8 8.1 3 1 0 5 8.9 6±2 1 1.2 0 2 1 8 0.0 8±3 2 7.6 7 4 I S 1 6 2 6 4.9 1±6 8 7.3 4 1 1 2 2 4.8 7±9 5 6.6 8 7 1 0.5 4±8 7.7 5 5 I S 1 1 8 4 9.6 6±1 5 5.4 2 6 1 5 9.1 4±2 3 7.6 2 4 1 1 2.6 4±2 0 6.3 7 6 I S 1 7 4.1 7±1 8.3 2 4 3.9 7±8.4 1 6 5.7 7±3 9.4 5 7 I S 1 1 1 5.6 3±2 7.3 8 1 1.6 4±2.4 2 5.0 6±6.7 1 8 I S 4 3 5 2 4.4 0±5 9.4 6 1 7 1 0.4 5±1 7 5.6 2 2 8 3 9.4 0±2 1 5.2 8 9 I S 1 6 1.7 3±1 6.2 7 3 7.9 8±7.9 8 1 4 4.4 7±3 8.4 1 1 0 I S 1 1 7 2.3 4±2 4.8 5 2 2 2.7 2±6 8.7 2 1 2 1.4 8±3 7.4 5 1 1 I S 4 2 0 9 7.3 0±1 6 5.8 4 2 8 6 6.1 9±2 3 4.2 1 4 1 8 2.8 2±1 7 2.3 2 1 2 I S 1 N D 3 1.9 7±7.8 6 2 4.8 7±7.5 3 1 3 I S 1 1 1 0.8 8±3 1.3 N D 5 3.6 8±1 8.7 1 4 I S 1 9 8 1 8.0 5±3 4 1.5 7 8 8 1 1.2 0±4 6 5.2 7 1 2 6 3 3.4 0±2 7 5.4 6 1 5 I S 1 4 7.5 0±1 4.8 3 4.8 8±1 0.8 2 0.3 9±6.2 8 1 6 I S 1 1 9 3.6 9 5 7 1.7 8 6 9 2.6 2 1 7 I S 1 N D 1 1 7.2 1±3 2.2 8 N D 1 8 I S 1 4 4 6 5.6 9±1 7 8.4 5 5 7 2.8 4±2 5 3.7 7 4 3 6.9 7±3 5 4.8 7 1 9 I S 3 1 5 7 7 1.6 1±5 4 1.5 3 1 0 6 4.4 1±7 3 8.4 1 0 1 7 3.7 3±3 3 4.5 6 2 0 I S 3 1 0.7 6±1.5 8 1 9.0 1±3.7 1 6.4 4±4.2 4 2 1 I S 3 3 6 0.0 1±5 9.3 2 2 1 1.8 6±6 2.7 4 7 4.8 4±4 2.8 2 2 I S 3 8 9.1 7±1 7.5 4 7.5 0±9.8 4 5 9.4 1±1 3.7 7 2 3 I S 3 2 1 1.6 7±4 2.1 2 6 5.4 5±2 4.2 1 0 4.9 5±1 4.8 2 4 I S 4 1 3 4.8 3±2 2.7 8 3 2 4.8 8±5 3.4 2 1 9 8.4 4±3 3.7 4 2 5 I S 1 1 2 6 3 3.4 0±3 3 7.2 6 1 8 2.8 2±2 5 1.5 5 5 1 5 5.4 7±1 9 7.8 2 6 I S 4 4 9 9.8 7±9 7.6 5 7 8 9.4 3±1 2 3.4 5 6 7 7.9 8±1 5 3.4 2 2 7 I S 1 6 0.2 4±1 4.6 5 5 3.4 8±9.4 1 3 3.3 0±6.2 5 2 8 I S 1 4 0.9 2±1 2.5 8 6 2.2 7±1 5.6 4 5.6 3±7.5 2 9 I S 1 5 1 6 5.4 7±1 2 7.5 4 7 1 1 0.0 6±2 6 3.7 7 4 0 6.1 5±1 8 5.9 3 0 I S 1 4 5 6.3 7±5 6.2 4 6 4 5.8 9±8 8.3 2 2 7 2.5 9±4 8.7 5 3 1 I S 3 2 6 1.9 2±6 5.3 3 5 8.0 0±8 7.4 4 4 7 7.2 0±7 3.2 3 2 I S 3 1 8 6 6 1.5 9±4 5 2.7 5 1 5.7 5±8 5.3 2 7 4 3.8 4±2 0 7.3 5 3 3 I S 3 2 9.3 3±3.6 6 1 6.3 4±2.1 8 3 3.2 8±5.6 2 3 4 I S 3 3 6 9.1 9±7 4.5 1 2 3 3.0 6±1 6 4.8 2 1 6.1 3±6 5.4 3 5 I S 3 4 8 0.7 6±1 0 4.5 6 6 1.9 2±8 8.6 5 5 8.0 0±1 5 2.7 2 3 6 I S 3 1 2 3 8.5 6±2 2 4.1 3 9 8.9 2±7 5.2 4 2 7 3.6 2±5 5.8 3 7 I S 3 3 8 6 0 4.8 5±6 2 4.8 1 5 9 8 8.9 7±5 7 8.4 5 2 9 1 6 1.4 0±6 3 3.2 3 8 I S 3 2 6 5.9 2±8 9.4 4 N D 3 5 8.0 0±4 9.3 7 3 9 I S 3 2 4 6.1 3±5 7.5 4 N D 3 2 6.8 4±7 6.5 3 4 0 I S 2 4 9 8.8 5±6 6.7 5 6 6.1 8±1 3 7.8 8 6 6 7.2 9±1 6 4.5 4 1 I S 2 6 6 2 3.7 7±2 3 7.4 4 5 2 5 1.2 2±3 0 8.3 6 3 0 0.2 3±2 5 5.2 4 4 2 I S 2 2 6 6 1.8 8±3 1 6.4 3 5 6 7.2 9±2 8 6.3 7 5 9 3 5.5 5±3 9 4.8

注:“a”表示经GC-FID检测的结果,单位mg/L;“b”表示经LLME方法检测的结果;其余为HS-SPME方法检测结果;MS表示化合物经质谱鉴定;RI表示化合物同标准物质的保留指数比对确认;S表示同标准品比对确认;ND表示未检测到的物质。

2.2 “恒酒”的特征香气分析

对白酒风味化合物进行定量分析,并不能判断出该化合物对香气贡献程度的大小。目前通行的做法是计算该化合物的香气活力值(OAV)。OAV值大于1的风味化合物被认为对白酒风味有贡献,OAV值大于10的风味化合物被认为对风味具有重要贡献。参考风味化合物阈值[19~26],对三种系列白酒进行OAV分析,结果见表2。OAV≥1的化合物共33种,OAV≥10的化合物共14种,酯类物质占了绝大多数,是恒酒特征香气的主要贡献成分,这同酯类是白酒香气的主要成分这一传统认识一致。OAV值最大的为辛酸乙酯。乙酸乙酯和乳酸乙酯含量很高,但 OAV值却不高,与文献报道的结果相吻合[3]。

表2 三种系列恒酒风味化合物OAV值Table 2 Flavor compounds OAV values of three series of HengJiu

注:表中为OAV值大于1的化合物。[19]和[27]表示在体积分数为46%乙醇溶液中的阈值;[23]表示啤酒中的阈值;[25]表示12%乙醇溶液中的阈值;[24]表示水中的阈值;[20]、[21]、[22]、[26]表示10%乙醇溶液中的阈值;ND表示未测出和没有查到的阈值。

2.3 感官分析

2.3.1 “恒酒”风味轮廓描述语的选择

对感官评价小组给出的感官描述语先进行初步的筛选和提炼,整理得到嗅觉描述语65个。计算出各描述语的M值,保留M≥0.0500的描述语,通过品评小组讨论,结合描述语M值,最终确定其中10个作为气味轮廓描述语,结果见表3。

表3 风味描述语M值Table 3 M value of flavor descriptors

2.3.2 “恒酒”感官风味剖面图的构建

由于企业生产各系列白酒的工艺参数、最后的勾调配比等方面的差异,形成了不同的感官特征。三种系列恒酒的感官特征剖面图见图1,直观地反应出了不同产品的特征差异。恒酒的清香、糟香比较突出;恒山老白干酒(清中带酱)的果香、酱香比较突出;恒山王酒(清中带浓)的浓香、焦香比较突出。经比对可以看出,“恒酒”的感官特征描述同OAV值确定出的重要香气成分的香气描述语基本上吻合,从宏观上全面的对香气成分进行了剖析。

图1 “恒酒”香气风味剖面图Fig.1 Aroma flavor profile of “HengJiu”

3 结论

3.1 本研究采用 HS-SPME/LLME-GC-MS、GC-FID对三种系列恒酒的香气成分进行了定性、定量分析,共定性、定量出57种香气成分。经OAV值确定出33种(OAV≥1)具有风味贡献的香气成分,其中 14种(OAV≥10)为重要的香气组分,分别为:辛酸乙酯、戊酸乙酯、丁酸乙酯、β-大马酮、3-甲基丁酸乙酯、乙酸乙酯、己酸乙酯、乳酸乙酯、己醛、乙酸-3-甲基丁酯、γ-壬内酯、戊酸、土臭素和辛醛。酯类物质为白酒香气的主要贡献者。

3.2 通过感官品评,对感官描述语进行整理和筛选,最终确定出10个感官香气轮廓描述词:醋香、清香、麦香、果香、酱香、曲香、糟香、焦香、浓香和花香。建立特征剖面图,直观的反应出了三种系列白酒的感官特征差异。从宏观角度,在整体风味上,全面的对“恒酒”的香气特征进行剖析,并对OAV值确定出的重要组分进行了进一步的验证。本实验结果对恒酒企业系列产品品质的改良、差异化设计及新产品的开发等方面提供了一定的参考意义。

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