清香型白酒风味成分的研究进展

2022-05-13 02:32朱婷婷黄明泉魏金旺吴继红张璟琳

食品科学 2022年7期

王震，叶宏，朱婷婷，黄明泉，魏金旺,*，吴继红，张璟琳

（1.北京工商大学轻工科学技术学院，中国轻工业酿酒分子工程重点实验室，北京市食品风味化学重点实验室，北京 100048；2.北京顺鑫农业股份有限公司牛栏山酒厂，北京 101301）

白酒是我国的国酒，有2 000多年的历史，是中华民族文明与礼仪的载体[1]，在中国传统文化中占有重要地位。中国白酒按照风味类型的不同，可分为清香型、浓香型、酱香型以及其他9种香型[2]。清香型白酒作为白酒中最古老、最受欢迎的品型之一，因其明显的花香和果香而深受消费者的喜爱。根据现行国家标准GB/T 10781.2—2006《清香型白酒》，清香型白酒是指以粮谷为原料，经传统固态法发酵、蒸馏、陈酿、勾兑而成的，未添加食用酒精及非白酒发酵产生的呈香、呈味物质，具有以乙酸乙酯为主体复合香的白酒，其口味醇和、爽口回甜、余味悠长。“曲乃酒之骨”[3]，所用酒曲的不同是导致各种品牌的清香型白酒风味成分不同的重要原因之一。按照酒曲的不同，可将清香型白酒分为大曲清香型、麸曲清香型和小曲清香型白酒。大曲以小麦、大麦、豌豆为主要原料，经粉碎、加水、压制成曲饼，在曲房里进行微生物的自然培养和富集，大曲基酒的品质一般较好。麸曲是以麸皮为原料，蒸熟后接入纯种曲霉菌或者其他霉菌，经人工培养得到的酒曲，通过添加特定菌种，麸曲基酒的品质可达到甚至超过大曲基酒[4]。小曲又叫米曲、白曲，是用米粉或者米糠为原料，添加少量中草药为辅料，加入一定量母曲和适量的水制成坯，在自然条件下或控制温度湿度的条件下培养而成[5]。传统清香型白酒的一般生产工艺流程如图1所示。

图1 清香型白酒生产工艺流程Fig. 1 Flow chart of production process of light-flavor Baijiu

由图1可知，清香型白酒生产工艺的主要特点是“清蒸二次清”。其中，“清蒸”指一次性投料的碎高粱单独进行蒸煮，“二次清”是指原料蒸煮、冷却后加曲两次，发酵两次，蒸馏两次后丢糟，酒糟可作饲料等用途。清香型白酒多采用地缸发酵，在整个酿造过程中主要突出“清”“净”二字，其在蒸馏时不混料，原辅料清蒸和酒醅蒸馏分别进行，对卫生质量要求较高[6]。

清香型白酒作为一种酒精饮料，其风味好坏至关重要。从20世纪60年代起，研究人员便开始对白酒风味进行研究[7-8]。随后，各种前处理方法和精密仪器陆续应用于白酒的风味研究中，如2002年张丽敏等[9]采用直接进样法（direct injection，DI）结合气相色谱-质谱联用技术（gas chromatograph-mass spectrometer，GC-MS）对清香型白酒进行研究，发现在清香型汾酒中几种主要组分的含量在陈酿过程中的变化与其自身沸点、溶解度和汽化热有关。2007年，季克良等[10]应用全二维气相色谱-飞行时间质谱联用仪（comprehensive two dimensional gas chromatography-time of flight mass spectrum，GC×GCTOFMS）对清香型白酒中的微量成分进行研究，鉴定出了484个峰，其中NIST谱库匹配度高于800的化合物共有178种。2009年，史静霞[11]应用液液萃取（liquidliquid extraction，LLE）结合GC-MS等方法从汾酒中分析检测出703种微量成分。2008年，王勇等[12]利用DI-固相微萃取（solid phase microextraction，SPME）、LLE结合GC-MS首次对牛栏山二锅头的挥发性风味物质进行了研究，最终确定了101种香气化合物。目前，国内外学者已从风味化合物的分离方法、检测方法、香气活性成分筛选等各个方面对清香型白酒进行了研究并取得了很大进展，但鲜有文献对清香型白酒风味方面的研究进行总结、归类与分析。

鉴于此，本文对清香型白酒中风味物质的研究进展进行系统地总结，首先，对白酒中风味物质的前处理和检测方法进行比较，然后对当前所报道的几种典型的清香型白酒中的挥发性成分和香气活性化合物进行归纳，并绘制清香型白酒的风味轮，最后对清香型白酒的发展趋势进行展望。本文对清香型白酒风味的研究具有一定的指导作用，也为清香型白酒行业健康发展提供参考。

1 清香型白酒中风味成分的研究方法

白酒中的风味化合物种类繁多，并且溶解性、极性、挥发性和稳定性各异。在过去的几十年中，已有各种前处理方法和精密仪器用于白酒（包括清香型白酒）风味的分析研究中。表1、2分别列出了常用于清香型白酒中风味化合物分析的前处理方法和检测仪器，以及相应的适用条件和优缺点。

表1 清香型白酒风味化合物研究前处理方法Table 1 Pretreatment methods for analysis of flavor compounds in light-flavor Baijiu

续表1

表2 清香型白酒风味化合物常用的检测仪器及特点Table 2 Common detection methods for flavor compounds in lightflavor Baijiu and their characteristics

续表2

虽然从白酒中提取和分离出挥发性风味化合物的前处理手段较多，但尚不存在一种单一又高效的处理方法能从白酒中分离并检测出所有化合物。因此，对于大多数研究均采用多种前处理手段相结合的方法，例如，先采用DI法分析白酒中的骨架成分，再采用SBSE、SPME和（或）LLE来提取白酒中的其他微量成分，然后结合GC、GC-MS、GC-MS/MS、GC×GC-MS等手段来定性定量分析白酒中的风味成分。这是白酒风味研究中应用较广泛的一套方法。杜静怡等[63]就是通过LLE和HS-SPME结合GC-MS、GC-O-MS确定了乙酸异戊酯、3-苯丙酸乙酯、愈创木酚等为志都五谷酒的关键香气成分。

目前，一些新的前处理技术，检测器以及分析仪器也陆续应用于白酒风味研究，如箭型固相微萃取（SPME arrow）、气相-离子迁移质谱仪（gas chromatography-ion mobility spectrometry，GCIMS）、硫化学发光检测器（sulfur chemiluminescence detector，SCD）、氮化学发光检测器（nitrogen chemiluminescence detector，NCD）等[64]。SPME arrow较传统SPME相比，具有较大的吸附表面积和体积，能够检测更多的化合物，且涂层材料种类较多，适用于各种化合物的高效萃取[65]。Zhang Xinyuan等[66]采用HS-SPME-Arrow和GC-MS技术提取和鉴定了白酒样品中82种芳香化合物。这一新技术的出现对白酒风味分析领域具有重要意义。

离子迁移谱（ion mobility spectrometry，IMS）是近几年发展起来的一项新型分析技术，其通过气态离子的迁移率来表征各种不同的化学物质，以达到对各种物质分析检测的目的[67]。在电场下对样品分子进行电离，无需真空条件，灵敏度高，响应快，能够快速准确地检测食品在不同条件下的变化[68]。张敏敏等[69]运用GC-IMS建立了一种可以快速并且准确分辨不同年份酱香型白酒的方法。IMS作为一种检测手段，有望促进清香型白酒检测技术的发展。

SCD是用于检测含硫类化合物的一种新的检测器，与传统的含硫化合物检测器相比，具有高选择性、高灵敏度和高分离度等优点[70]。它对硫的响应是等物质的量且线性的，即使含硫化合物的结构不同，只要物质的量相同都会产生相同的响应值，这使定量测定变得简单方便[71-73]。白酒中的挥发性含硫化合物由于其气味阈值很低，所以即使它们的含量很低，对白酒香气也有很大影响[74-75]。相对于SCD而言，FPD对很多痕量的挥发性含硫化合物检测效果不佳，因为其碳氢化合物溶剂会引起检测器淬灭效应[76]。Song Xuebo等[77]通过HS-SPME结合GC×GC-SCD在老白干白酒中发现12种挥发性含硫化合物，并且通过比较发现，GC×GC-SCD的检测灵敏度远高于GC-SCD，而GC-SCD的灵敏度高于GC-FPD、GC-FID和GC-MS。但SCD也存在一些不足，比如性能很容易受到探头位置和火焰大小的影响，且操作和维护复杂。

NCD是利用样品中含氮化合物和臭氧产生的发光反应，来检测样品中氮含量，从而对样品进行定量的检测器。在复杂的基质条件下，NCD会对有机氮化合物产生等物质的量的线性响应，即使复杂的样品基质也能分析且无干扰[78-83]。郑福平等[84]采用HS-SPME结合GC-NCD测定白酒中含氮化合物的含量，操作简单，准确率高，稳定性好，检测效率高，且能满足样品大量检测的商业化需要。但是，目前NCD检测器的应用还只存在于对胺、硝基化合物、吡啶和喹啉合等有机氮化合物的检测[85]。

总体上来说，虽然目前已有各种前处理方法和分析仪器用于清香型白酒风味的分析，但开发更高效、选择性小、快速绿色环保的前处理方法，以及分离效率高，速度快、灵敏度高和定性能力更强的分析仪器始终是白酒风味，乃至整个食品风味分析方法研究的主要方向，比如气相色谱-核磁共振波谱联用仪和气相色谱-嗅闻-核磁共振波谱联用仪等仪器的开发。

2 清香型白酒中的挥发性风味物质

2.1 香气活性成分

20世纪以来，中国酿酒界和科研工作人员就致力于白酒风味化学的研究工作[7-8]。随着科技的发展，用于分析清香型白酒风味化合物的前处理方法和检测仪器越来越先进，人们也在清香型白酒中发现了更多的微量成分。

截至2020年12月，已报道的清香型白酒中的挥发性微量成分共730种，包括酯类170种、醇类105种、酸类49种、酮类69种、醛类51种、缩醛类32种、含硫化合物24种、呋喃类化合物25种、吡嗪类化合物17种、杂环类化合物14种、芳香类化合物73种、烃类32种、萜烯类48种、含氮化合物13种、其他类化合物8种。由此可知，清香型白酒挥发性风味成分中酯类化合物是最多的，其次是醇类、醛类、酮类、酸类等成分。

为了确认这些挥发性成分是否对清香型白酒的风味有贡献，可通过GC-O或GC-O/MS结合AEDA分析、香气活性值（odor activity values，OAV）等方法从清香型白酒的挥发性成分中筛选出重要的香气活性成分。如Qian Yanping等[86]通过GC-O和GC-MS技术鉴定出不同青稞酒（高、低海拔地区种植的青稞酿造）中最重要的香气物质是丁酸乙酯（OAV分别为369、104）、己酸乙酯（OAV分别为109、47）、辛酸乙酯（OAV分别为247、25）和β-大马酮（OAV分别为120、54）。王勇等[87]采用LLE提取了牛栏山二锅头中的香气活性化合物，并进行GC-O分析，最终确定了对整体香气贡献较大的香气成分有25种，分别是3-甲基丁醇、丁酸、3-甲基丁酸、二甲基三硫醚、香草醛、苯乙醛、乙酸乙酯、苯乙酸乙酯、苯乙酸、2-乙酰基-5-甲基呋喃、三甲基吡嗪、辛酸乙酯、乙酸-2-甲基丙酯、戊酸乙酯、2-羟基己酸乙酯、丁二酸二乙酯、辛酸、2-甲基丙酸、戊酸、2-甲基丙醇、庚醇、4-乙基愈创木酚、乙酸苯乙酯、苯丙酸和四甲基吡嗪。

到目前为止，从清香型白酒中已筛选出了165种香气活性化合物，其中酯类56种、醇类29种、酸类18种、醛酮类22种、缩醛类6种、酚类10种、含硫类12种、含氮类化合物7种、其他化合物5种，具体如表3所示。

根据表3统计3种清香型白酒中各类挥发性风味成分的数量，结果如图2所示，大曲清香与麸曲清香型白酒中各类化合物的含量明显高于小曲清香型白酒，这可能与其发酵过程微生物种类和数量的不同有关，因为研究人员发现在大曲和麸曲清香型白酒中的微生物种类和数量要比小曲清香型白酒中更丰富[94-99]。大曲清香型白酒中的酯类、醇类、缩醛类和含硫类化合物数量高于小曲、麸曲清香型白酒。麸曲清香型白酒中的醛酮类、酚类和含氮类化合物数量高于大曲和小曲清香型白酒。

表3 清香型白酒中的香气活性化合物[88-93]Table 3 Aroma-active compounds in light-flavor Baijiu[88-93]

续表3

图2 大曲、小曲、麸曲清香型白酒中各类挥发性风味成分的数量Fig. 2 Numbers of volatile flavor compounds in Daqu, Xiaoqu and Fuqu light-flavor Baijiu

3种清香型白酒共有的香气活性化合物有39种，包括乙酸乙酯、乙酸苯乙酯、苯乙酸乙酯、丁酸乙酯、丁二酸二乙酯、2-甲基丁酸乙酯、戊酸乙酯、己酸乙酯、庚酸乙酯、乳酸乙酯、辛酸乙酯、癸酸乙酯、月桂酸乙酯、苯甲酸乙酯、苯丙酸乙酯、γ-壬内酯、乙酸异戊酯、1-丙醇、1-丁醇、仲丁醇、1-戊醇、1-己醇、1-辛烯-3-醇、苯乙醇、异丁醇、异戊醇、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸、辛酸、异戊酸、糠醛、壬醇、苯甲醛、苯乙醛、4-甲基愈创木酚、4-乙基愈创木酚；小曲清香与麸曲清香型白酒共有的为0，大曲清香与小曲清香型白酒共有的有3种，但大曲清香与麸曲清香型白酒共有的却有45种。大曲、小曲、麸曲清香型白酒中各类挥发性风味成分具体数量关系如图3所示。大曲清香型白酒与麸曲清香型白酒中大部分的香气活性化合物是相似的，可能是因为其在发酵阶段的微生物种类相似，如雷振河[94]应用高通量测序技术分析了清香型白酒所用的大曲中的微生物，发现大曲中优势微生物主要包括厚壁菌门、变形菌门、放线菌门和酸杆菌门。王勇等[98]同样采用高通量测序技术在清香型白酒所用的麸曲中则发现了变形菌门、放线菌门、厚壁菌门、拟杆菌门四类微生物，有3 类微生物与大曲中的微生物一致。

图3 大曲、小曲、麸曲清香型白酒中各类挥发性风味成分的数量关系Fig. 3 Unique and shared volatile flavor components between Daqu,Xiaoqu and Fuqu light-flavor Baijiu

此外，由表3可知，清香型白酒的香气主要以果香花香为主，其中酯类、醇类化合物在这两种香气上表现最为突出。其中，通过GC-O/MS得到，乙酸乙酯、乙酸苯乙酯、苯乙酸乙酯、丁酸乙酯、丁二酸二乙酯、2-甲基丁酸乙酯、戊酸乙酯、己酸乙酯、庚酸乙酯、乳酸乙酯、辛酸乙酯、癸酸乙酯、月桂酸乙酯、苯甲酸乙酯、苯丙酸乙酯、γ-壬内酯、乙酸异戊酯、1-丙醇、1-丁醇、仲丁醇、1-戊醇、1-己醇、1-辛烯-3-醇、苯乙醇、异丁醇、异戊醇、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸、辛酸、异戊酸、糠醛、壬醇、苯甲醛、苯乙醛、4-甲基愈创木酚、4-乙基愈创木酚在大曲、小曲和麸曲清香型白酒中都有发现，说明这几种物质是清香型白酒中较为常见的香气活性化合物，在整个清香型白酒的风味组成上占有重要地位。它们的形成很可能与某些相同的工艺或者微生物的代谢有关。整体来看，这些化合物在大曲清香型白酒中的FD几乎都高于其在小曲清香和麸曲清香型白酒中的数值，这表明大曲清香型白酒给人的香气感受较其他两类清香型白酒来说更为强烈。

在这3 类清香型白酒都存在FD的化合物中，共有30种化合物的FD≥16。在3种清香型白酒中的具体关系如图4所示。

图4 大曲、小曲、麸曲清香型白酒中FD≥16的香气活性化合物Fig. 4 Volatile flavor components with flavor dilution factor (FD) ≥ 16 in Daqu, Xiaoqu and Fuqu light-flavor Baijiu

由图4可知，在FD≥16的化合物中，有酯类14种、醇类6种、酸类7种、醛类2种、酚类1种。其中，在大曲和麸曲清香型白酒中的数量较多，在小曲清香型白酒中的数量较少。这说明在常见的几种清香型白酒中，小曲清香型白酒与其他两种清香型白酒相比，其香气更为淡雅。在大曲清香型白酒中，乙酸乙酯（FD 180）、乙酸苯乙酯（FD 222）、苯乙酸乙酯（FD 251）、乳酸乙酯（FD 213）、辛酸乙酯（FD 225）、辛醇（FD 23）、苯甲醇（FD 33）、乙酸（FD 33）、丙酸（FD 23）、丁酸（FD 213）、己酸（FD 16）、辛酸（FD 33）、糠醛（FD 16）、苯乙醛（FD 71）在5个品牌的清香型白酒中都有发现。由此可知，这些化合物普遍存在于大曲清香型白酒中，是大曲清香型白酒中常见的香气活性物质。而在这些化合物中，乙酸乙酯（菠萝香气）、乙酸苯乙酯（花香）、苯乙酸乙酯（甜果香）、乳酸乙酯（果香）、辛酸乙酯（果香）、丁酸（汗臭味）的FD（＞200）也较高，说明其在大曲清香型白酒中香气较为强烈。

在大曲、小曲、麸曲清香型白酒都存在OAV的化合物中，乙酸乙酯（FD 115，OAV 42）、丁酸乙酯（FD 163，OAV 77）、戊酸乙酯（FD 252，OAV 53）、己酸乙酯（FD 471，OAV 91）、辛酸乙酯（FD 349，OAV 251）、乙酸异戊酯（FD 60，OAV 52）的OAV也较高，即这几种香气活性化合物是清香型白酒中普遍存在的关键香气化合物。其中，辛酸乙酯的OAV最高，主要呈果香，为清香型白酒的水果味香气做出了重要贡献。虽然辛酸乙酯的平均OAV最高，但它的平均FD却不是最高的，代表它在清香型白酒中的香气强度不是最强的，可能是与其在清香型白酒中的含量和阈值有关。

虽然有一部分化合物的OAV很高，但是它们却并不一定是白酒的特征香气化合物，还需要进行重组缺失实验进一步验证。Gao Wenjun等[89]通过重组缺失实验进一步确定了β-大马酮、乙酸乙酯是汾酒大曲清香型白酒中主要的香气贡献者；Wang Juan等[93]通过重组缺失实验进一步确定了β-大马酮、二甲基三硫醚、戊酸乙酯、丁酸、乙酸乙酯、3-甲基丁醛、乳酸乙酯、己酸、丙位壬内酯、3-羟基-2-丁酮、丁酸乙酯、1-丙醇、香草醇乙醚、香草醛是草原王麸曲清香型白酒的主要香气贡献者；而在小曲清香型白酒中，孙细珍等[92]通过重组缺失实验发现辛酸乙酯、乙酸异戊酯、1,1-二乙氧基乙烷、己酸乙酯、戊酸、1-辛烯-3-醇、乙酸乙酯、异丁醇是小曲清香型白酒的主要香气贡献者。Wang Juan等[93]通过重组缺失实验证明了β-大马酮（FD 19683，OAV 829）、二甲基三硫醚（FD 9，OAV 94）、戊酸乙酯（FD 729，OAV 113）、丁酸（FD 81，OAV 64）、乙酸乙酯（FD 27，OAV 34）、异戊醛（FD 27，OAV 19）、乳酸乙酯（FD 27，OAV 94）、己酸（FD 9，OAV 6）、γ-壬内酯（FD 27，OAV 3）、3-羟基-2-丁酮（FD 9，OAV 195）、丁酸乙酯（FD 243，OAV 68）、1-丙醇（FD 27，OAV 4）、香草醇乙醚（FD 27，OAV 5）、香兰素（FD 243，OAV 4）是草原王中的关键香气化合物，确定了二甲基三硫醚对陈香具有重要贡献，并且对草原王白酒的质量控制具有不可或缺的作用，但其与白酒中其他化合物的相互作用原理尚不清楚，需要进一步研究。杜静怡等[63]在清香型志都五谷酒中发现某种化合物的呈“芝麻、谷香”，其FD高达256，但却未将其定性。

目前我国对于清香型白酒香气成分的研究方法已趋近成熟，但是仍然存在一些问题需要进一步的研究，例如可明显闻到香气但检测不到的化合物的定性、香气成分之间的相互作用，以及关键香气成分的代谢机制和定向调控等。

2.2 清香型白酒的风味轮

清香型白酒的风味特征研究对推动整个白酒风味行业的进步至关重要。清香型白酒作为中国白酒的三大香型之一，具有风格鲜明的花香和果香，其“优雅、飘逸”的香气、“纯净、清雅”的口感、“恬静、淡爽”的风格，造就了它“闻香雅”“入口净”“落喉爽”的独特品质。目前对清香型白酒的风味特征的研究已取得了很大进步，但鲜见有清香型白酒的香气特征风味轮的总结报道。本文通过总结历年来国内外感官评价小组对不同风格特色的清香型白酒的品评，同时参照国内外酒类的风味轮归类法[100-104]，建立了清香型白酒的风味轮，具体如图5所示。

图5 清香型白酒的风味轮[63,88-93,105]Fig. 5 Flavor wheel of light-flavor Baijiu[63,88-93,105]

由图5可知，清香型白酒的风味轮中花香、果香、甜香的种类十分丰富，坚果香、烤香类别占比较少。由此可知，清香型白酒中花香、水果香、甜香的感官相较于其他风味更为丰富。该清香型白酒风味轮的建立，有助于研究者在今后的嗅闻实验中更加准确的进行风味特征的描述，这为找到并确定其中的关键香气成分奠定了基础。

3 结语