白酒中的风味物质Word下载.docx

1、 variation; identification; classification1. 前言白酒是中国传统的蒸馏酒，历史悠久，和白兰地、威士忌、金酒、伏特加、老姆酒并称为世界著名六大蒸馏酒。因自然环境、酿造原料、糖化发酵剂种类和生产工艺等因素的不同, 形成了各具特色、风格典型的各种香型的白酒。所谓香型，是指具有历史悠久独特的酿酒生产工艺所形成的以某些香味成分为主的产品，并拥有广大的消费群体。目前, 以茅台酒、郎酒、武陵酒为代表的酱香型，以汾酒、宝丰酒、黄鹤楼酒为代表的清香型，以泸州老窖特曲、五粮液、剑南春、全兴大曲、沱牌曲酒、洋河大曲、双沟大曲、古井贡、宋河粮液为代表的浓香型，以三花酒、湘山

2、酒为代表的米香型，以西凤酒为代表的凤香型等五大香型得到举世公认，其中浓香型、清香型、米香型、凤香型已制定了国家标准1。国际上啤酒、葡萄酒和蒸馏酒等酒类的芳香成分种类已发现超过1000 种。至1998 年，白酒中香味成分已检出342 种, 其中定量检出180 种以上。白酒香味成分种类有：醇类、酯类、酸类、醛酮类化合物、缩醛类、芳香族化合物、含氮化合物和呋喃化合物等。醇类中除乙醇外，最主要的是异戊醇、异丁醇和正丙醇，在浓香型和酱香型白酒中还含有一定量的正丁醇，属于醇甜和助香剂的主要物质来源，对形成酒的风味和促使酒体丰满、浓厚起着重要的作用；醇类也是酯类的前驱物质。酯类是具有芳香的化合物，在各种香型

3、白酒中起着重要作用，是形成酒体香气浓郁的主要因素，己酸乙酯、乳酸乙酯和乙酸乙酯是白酒的重要香味成分。酸类主要是乳酸、乙酸、丁酸和己酸等有机酸类, 影响白酒的口感和后味，是影响口味的主要因素，酸不足是造成后味寡淡的主要原因。醛酮类化合物包括乙醛、2,3-丁二酮和3-羟基丁酮等。缩醛类以乙缩醛的含量最多。4-乙基愈创木酚、苯甲醛、香草醛和酪醇等芳香族化合物是酱香型白酒的重要香味成分，-苯乙醇在豉香型白酒中含量最高，而在米香型酒中次之。含氮化合物主要是四甲基吡嗪、三甲基吡嗪和2,6-二甲基吡嗪。呋喃化合物中以呋喃甲醛较为突出，是酱香型白酒的特征成分之一2。长期以来人们对白酒中香味物质的研究主要集中于

4、其中的挥发性、半挥发性组分，对这些组分的检测基本上都是采用气相色谱或气相色谱与质谱联用技术。2. 风味物质的分离分析 风味物质的来源我国固态法酿酒用粮主要是高粱、大米、小麦、大麦、玉米、糯米等杂粮，其主要成分是淀粉、蛋白质、脂肪、维生素、果胶、单宁、纤维素、半纤维素、木质素和其他物质。在酒曲作用下，粮食在窖池内发酵是一个极为复杂的过程， 除了众所周知的淀粉糖化、酵母发酵生成乙醇的复杂的酶化学反应体系外，还存在着非厌氧微生物、厌氧微生物（ 梭状芽胞杆菌、各种厌氧菌、多种甲烷菌） 、好氧性微生物、野生酵母的复杂的代谢（ 生命过程） 活动，酶化学反应，复杂的其他生物化学反应，多种多样的有机化学反应等

5、。发酵结束后的酒醅是一个极为复杂的混合物，在蒸馏的过程中酒醅中的挥发性物质或多或少地与水和乙醇一道被蒸馏出来，成为酒的骨架成分和微量成分。醇类（ 一元醇、多元醇和芳香醇） 是糖、氨基酸等成分在霉菌、酵母菌、细菌等微生物的作用下生成的。高级醇主要是由酵母菌在非正常代谢状态下脱去氨基酸中的氨再经脱羧酶脱羧生成，其含量及种类与原料、菌种、酒醅成分及发酵条件等有关。白酒醅中形成的有机酸种类很多，产酸的途径也很多。但大多有机酸是由细菌生成。酯类的生成途径有二：一是通过有机化学反应生成酯，在常温条件下极为缓慢，往往需要经几年时间才能使酯化反应达平衡。二是由微生物的生化反应生成酯，这是白酒生产中产酯的主要途

6、径。存在于酒醅中的汉逊酵母、假丝酵母等微生物，均有较强的产酯能力。羰基化合物生成途径很多，如醇经氧化、酮酸脱羧、氨基酸脱氨脱羧等反应， 均可生成相应的醛、酮。白酒中的芳香族化合物多为酚类化合物。它们来自小麦或制麦曲过程中由微生物生成；或在制麦曲时形成中间产物，再由酵母菌或细菌发酵而生成，并在发酵过程中相互进行转化；或由某些氨基酸及高粱中的单宁生成。白酒中的挥发性含硫化合物，大多来自胱氨酸及蛋氨酸等含硫氨基酸。当然，粮食本身的一些香味成分、酒曲中不同微生物产生的芳香成分、糟醅蒸馏过程中产生的香气成分以及窖泥微生物产生的香气成分都会不同程度地带入酒体中，形成白酒的风味物质3。 风味物质的分离分析最

7、初，一般采用常规的化学分析方法测定白酒中的总酸、总酯、总醛、甲醇和杂醇油等成分。1964 年，原中国轻工业部组织的茅台、汾酒试点研究组采用纸层析色谱法定性及半定量检出白酒中的酸和酯及芳香族化合物等成分；同时， 在茅台试点应用薄层色谱法和柱层色谱法探讨茅台酒中的有机酸成分。1966 年, 内蒙古轻工研究所用气相色谱分析定量白酒中较高沸点的酯类, 如辛酸乙酯和乳酸乙酯等2。目前对白酒中风味物质的分离与分析应用的最多的是色谱与检测器的联用设备。气相色谱法的分离原理是使混合物中的各组分在固定相（ 固定液） 与流动相（ 载体）间进行交换，由于各组分在性质和结构上的不同，当它们被流动相推动经过固定相时与固

8、定相发生的相互作用的大小、强弱会有差异，以致各组分在固定相中滞留的时间有长有短，而按顺序流出达到分离的目的。气相色谱法本是作为一种分离手段，但自从气相色谱配备各种检测器（ 如FID、TCD、FPD等） 以后，能使分离分析一次完成，具有分离效果好、灵敏度高、选择性强、分析速度快、用途广泛等优点，使气相色谱成为一种极重要的现代分析工具。对于白酒中那些挥发性极低的物质，气相色谱无法检测，这时需要利用高效液相色谱进行分离和检测。Shukui Zhu4等人就是研究了运用一种全二维色谱/飞行时间质谱仪来测定白酒中的挥发性物质。讨论了柱组合的和最优升温程序的选择。结合色层分离谱和保留指数数据，根据TOFMS

9、自动处理的数据鉴定出茅台酒种含有528种化学组分，包括有机酸、醇类、酯类、酮类、醛类、缩醛、内酯、含氮化合物以及含硫化合物等。此外，他们还研究了对茅台酒风味有重要影响的香气成分。 GCGC/TOFMS contour plot of organic acids in Moutai liquor sample有机酸的二维气相色谱分离结果如图1所示，在茅台酒样品中共发现了38种有机酸，大部分是饱和的一元羧酸，同系的直链一元羧酸包括乙酸到棕榈酸都被检测到。在酱香型白酒中，己酸、丁酸是主要的脂肪族酸；己酸、丁酸、3-甲基-丁酸、2-甲基-苯丙酸、正辛酸、正戊酸主要贡献蛤臭味，乙酸贡献醋味，4-甲基-2

10、戊酸贡献草莓味。检测出的酯类主要有同系的甲基、乙基饱和直链C1C10和C14C16脂肪酸等，此外还有由高级醇、苯基、烷氧基、二元羧酸、不饱和脂肪族酸等构成的酯。其中，乙基己酸酯、乙基丁酸酯、乙酸乙酯、乙基戊酸酯、乙基3-甲基丁酸、乙基辛酸等酯类对于茅台酒的香气有较为重要的影响。醇类主要有从乙醇至壬醇等同系的饱和直链基伯醇，2-丁醇至2-壬醇等同系的饱和直链基仲醇，以及一些饱和的支链醇、苯基醇和不饱和醇；乙醇和3-甲基-丁醇是其中含量较多的醇类。羰基化合物主要有酮类、醛类、缩醛，其中检测到94种酮、39种醛、10种缩醛。1,1-二乙氧基乙烷、1,1-二乙基-2-甲基-丙烷、1,1-二乙基-3-甲

11、基-丁烷、糠醛、苯乙醛等也是构成其香气成分不可或缺的部分。此外，样品中还含有部分吡嗪、吡啶、噻唑等含氮化合物，二甲基二硫化合物、二甲基三硫化合物等含硫化合物及同系的C6C9和C11C12等-内酯化合物。WenLai Fan和Michael两人5在对样品进行分馏后，通过气相色谱-嗅觉法（GC-O）分析了五粮液中的香气成分。经含DB-wax和DB-5柱的GC-O分析，检测到五粮液中的香气成分共有132种，其中126种香气成分通过GC- MS进行了鉴定；进一步通过香味抽提稀释分析法（AEDA）鉴定五粮液和剑南春中最重要的香气成分。结果表明，酯类，尤其是乙基类脂，是最重要的香气组分。不同种类的醇、醛、

12、缩醛、烷基吡嗪、呋喃衍生物、内酯以及含硫化合物和酚类化合物对于其香气也是比较重要的。根据风味稀释值（FD），五粮液及剑南春中最重要香气成分为丁酸乙酯、戊酸乙酯、己酸乙酯、辛酸乙酯、己酸丁酯、3-甲基-丁酸乙酯、己酸和1,1-二乙氧基-3-甲基丁烷（FD1024）。除己酸对酒的热度有所贡献外，其他成分对酒的水果香气、花香气、苹果香气及菠萝香气均有所贡献。在这两种酒中也鉴定出了包括2,5-二甲基-3甲基-吡嗪、2-乙基-6-甲基-吡嗪、2,6-二甲基-吡嗪、2,3,5-三甲基-吡嗪和3,5二甲基-2-戊基-吡嗪在内的几种吡嗪化合物，尽管对它们还需进行进一步的定量分析，但是五粮液中的大部分吡嗪类化合

13、物比剑南春中的有较高的FD值，因此五粮液相对剑南春具有较强的坚果香气、焙烤香气。同时，WenLai Fan和Michael两人6采用先相色谱分馏再气相色谱-嗅觉法（GC-O） 研究了洋河大曲中的香气成分。首先采用三氯-氟化甲烷萃取洋河大曲，之后再分离出酸性及中性部分；再用硅胶正相色谱将中性部分分离成四部分，使用GC-O和GC-MS分析各部分中的香气组分。结果表明，洋河大曲中的酯类和脂肪族羧酸是构成其风味的主要物质。其中的己酸乙酯（嗅觉值=15）和丁酸乙酯（嗅觉值14）可能是最重要的酯类，此外，辛酸乙酯、3-甲基丁基己酯、乙基戊酯也是比较重要的（嗅觉值10）。己酸、丁酸、3-甲基-丁酸和戊酸等具

14、有较高嗅觉值的酸对酒的酸味具有较高的影响；1-己醇、3-甲基-丁醇也具有较高而嗅觉值，此外，4-甲基-愈创木酚、4-乙基-愈创木酚及4-乙基-苯酚等对于洋河大曲的香、甜、烟、腥味等有较高的影响；1,1-二乙氧基乙烷、1,1-二乙氧基-2-甲基丙烷及1,1-二乙氧基-3-甲基丁烷等对大曲的水果香气及花香味有较高的影响。WenLai Fan和Michael两人7还采用固相微萃取技术（SPME）萃取洋河大曲新酒及陈酒样品，之后进行气相色谱-嗅觉稀释分析以确定样品中的香气成分。首先用去离子水稀释原料酒样品至乙醇含量为14% （v/v），然后使用14%的乙醇-水溶液对样品进行逐步稀释（1:1）后进行顶空

15、固相微萃取；样品经50温度下15min的预平衡，同温度下搅拌萃取30 min后，注射进GC，经使用DB-Wax和DB-5柱子的GC-MS 和GC-O进行鉴别。结果表明，酯类是影响洋河大曲香气的主要成分，新酒及陈酒中的己酸乙酯、丁酸乙酯和戊酸乙酯等均有较高的风味稀释值（FD 8192），乙酸甲酯、庚酸乙酯、苯甲酸乙酯及己酸丁酯等也是影响香气的重要成分（FD256）；而且，样品中的1,1-二乙氧基乙烷、1,1-二乙氧基-3-甲基丁烷也具有较高的风味稀释值（FD256），其他具有中等大小风味稀释值的香气成分有乙醛、3-甲基-丁醇、2-戊醇（FD32）。新酒同陈酒相比，香气模式没大的区别，但是陈酒香气

16、成分的风味稀释值较新酒的要高很多。 PCA plots from 14 Chinese liquor samples: （A） distribution of 76 odorants in 14 Chinese liquor samples （numbers correspond to those inTable 1）; （B） separation of different Chinese liquor samples based on the concentrations of 76 aroma compounds.Wenlai Fan等8将固相搅拌棒萃取技术（SBSE）与GC-MS联用分

17、析白酒中的香气成分。结果表明，在最优的操作条件下，从14中白酒中分离鉴别得到76种挥发性成分，包括25种酯类、10种醇类、9种醛和酮、8种香气成分、5种呋喃、3种含氮化合物、6种酸、4种酚类、3种萜烯、1种含硫化合物、1种内酯以及1种缩醛。尽管SBSE不能定量分析一些极性物质，但是SBSE是一种从白酒种萃取挥发性组分的快速、简单、有效而且可信的方法。通过对样品香气的化学计量学分析可以看出，这些白酒可以分成三类，其化学统计分析结果见图2。从图2的统计学分析中实验者得出结论：随着储藏时间的延长，酱香型的泸州老窖的酱香风味可以变得更加浓烈，而它独特的制造工艺才是产生这种酱香型风味的原因。国内的陕西西

18、凤酒厂9则进行了采用溶剂萃取法萃取西凤酒中风味物质的试验。 萃取操作流程图其结果表明溶剂萃取有较好的回收率，也可定量分析，操作相对容易，因为应用较为广泛，同时溶剂萃取可能导致易挥发组分的损失，大量使用有机溶剂会造成污染。所以，溶剂萃取方法有利有弊。 许荣强等人10采用硅橡胶复合膜对白酒中的风味成分进行了渗透汽化分离。用硅橡胶复合膜对新型白酒进行渗透蒸发分离，原酒中5 种酯类（乳酸乙酯除外）和乙缩醛的分离脱除率达到100%，乙醛的脱除率超过87%，且加速了乙醛到乙缩醛的缩合转化。其对高级醇类也有良好的选择性分离表现。 白酒的香气鉴别与分类Qinyi Zhang等11采用激光感应复合加热技术制备了

19、ZnO纳米粒子，通过加入MnO2，TiO2和Co2O3而大大的改善气体传感器的敏感性，从而可以应用于测定五种不同的白酒，白云边、北京二锅头、红星二锅头、枝江大曲以及监利粮酒、酒精和稀释的酒精。尽管白酒中的主要成分是酒精，中国白酒的主要不同点却在于它们因不同的组分而具有的特有香型，香型是鉴定白酒中十分重要的因素。比较了主成分分析与判别分析联用（PCA-DA），反馈人工神经网络（BP-ANN）以及学习矢量化网络（LVQ）对以上几种白酒的区分能力；它们预测测试样品的的精确度分别为、和%，LVQ是他们研究中最适合感知算法类型，表明了气体传感器在调整白酒质量中的应用。 PCA results of tr

20、aining data obtained from sensor array图4所示的是从感知器中获得的数据的PCA区分结果。可以看出，酒精以及稀释酒精和不同香型的白酒可以正确的区分。但是，在同种香型白酒中却发生了重叠，属于浓香同一香型的白云边和枝江大曲，在它们的边界区域发生了重叠；而且，由于同属于清香型的北京二锅头和红星二锅头发生了严重的重叠。酒精含量并不是鉴定白酒的关键因素，由于分属不同的香型，尽管它们有相近的酒精含量，监利粮酒和枝江大曲却可以很好的区分；稀释的酒精和清香型白酒之间也出现了这种情况。 Identification results for seven liquors by u

21、sing BP-ANN Identification results for seven liquors by using LVQ表1所示的是BP-ANN的数据结果，同PCA-DA结果相比，BP-ANN训练数据的准确度达到了100%。但是存在的误判非但没有减少，却出现了变大的情况；误判的情况不仅出现在相同香型的白酒中，也出现在不同香型的白酒之间。特别是将商业酒鉴别成了稀释酒精（把白云边分类成了稀释酒精）或者是将稀释酒精鉴别成了商业酒（把稀释酒精分类成了白云边），这在实际中是不能被接受的。出现这种情况的原因是忽视了相同样品之间的比较，这种方法由于较低的精确度而不适合用于鉴定白酒。表2所示的是LV

22、Q判定的结果，准确度大大的提高，测试数据达到了%，整体数据达到了%。56个样品中，只有6个出现了分类的错误；可见这种方法是白酒鉴别中的一种很有效的方法。Hui Qin12等人采用比色人工鼻对6个不同地区的浓香型白酒进行了鉴定。试验中采用化学原料作为传感元件，对试验数据采用分层聚类分析（HCA）、主成分分析（PCA）和线性分析（LDA）三种化学计量学方法进行分析，结果显示每一类白酒都能集中在PCA得分图上，在45个分类试验中HCA没有出现错误，LDA的预测鉴定能力也达到了100%。以上的结果表明比色人工鼻能很好地将来自不同地区的白酒进行鉴定分类。比色人工鼻系统由气体产生设备、气体检测设备和控制与

23、数据采集系统组成。其中气体产生设备可以获得白酒中的挥发性风味物质，气体检测设备中含有一个比色人工鼻能很好的检测这些风味物质，控制与数据采集系统由一台电脑与开发的软件程序组成。其结构见图5。 Schematic diagram of the colorimetric artificial nose system 不同地区产的浓香型白酒由于气候和酿造过程的差异，其组成也存在差异，这导致它们会使传感器上的化学染料发生不同的颜色变化。试验中对9种著名的浓香型白酒进行了鉴定，颜色变化明显，说明比色人工鼻法能很好的鉴定白酒。其结果见图6。 Color change profiles for Chinese

24、 liquor with the colorimetric artificial nose. PCA score plot using the three most important principal components based on the data for the analysis of all Chinese liquor. Hierarchical cluster analysis dendrogram for Chinese liquor SLDA scatter plot for Chinese liquor.图7为PCA分析得到的三维图，由图中可知，9种不同种类的白酒有

25、明显的集群趋势，FGF和FGL之间距离最近，与其它样品的距离较远，这表明他们两的感官质量和物理化学指标非常的相似。而GJ、TQ和BN虽然来自同一个制造商，但是他们的距离非常远且三者之间有相同的距离，这可能是由于他们内在质量的差异。图8即为HCA分析的树状图，其中有两个主要群落，一个是包含FGF、FGL和BN的群落，另外一个是其它酒的群落，这与PCA分析结果类似，说明HCA也是一个鉴定和分类白酒的方法。图9显示了LDA分析的判别函数，从图中可以清晰的观察到9个样品的散点，说明其具有100%的鉴定分类能力。从以上结果可以看出，采用比色人工鼻和计量学分析方法可以很好的将白酒进行鉴定和分类。 生产和储

26、藏过程中风味物质的变化白酒的香味成分及其的复杂，种类多，跨度大，目前已经有很多科学研究者对其风味成分进行了研究，白酒在其生产过程中需要经历发酵、蒸馏、贮存陈化等工序，风味物质在这些过程中也会存在很大的变化，其会对白酒的质量品质带来直接的影响，为此，研究风味成分在生产过程的变化规律有着极其重要的意义。Xinliang Mo等人13为了弄清楚基于挥发性组分含量的米酒酿造中使用小麦曲的最优时间，采用顶空固相微萃取技术（HS-SPME）联用气相-质谱法（GC-MS）研究了米酒大曲在发酵和储藏过程中挥发性组分的变化。结果表明，包括醇类、醛类、芳香族组分、酚类、硫化物、呋喃以及含氮化合物在内的大多数挥发性

27、种类组分的浓度在发酵的第一天至第四天中呈现明显的增长趋势，然后逐渐地下降。诸如酸类、酮类在内的少数挥发性组分在发酵第一天后达到顶峰，酯类自发酵第一天至第八天呈现缓慢地增加，内酯和酯类自发酵的第一天至第十五天分别缓慢地升高，之后下降；然而萜烯的变化情况却有点飘忽不定。这些结果表明，发酵及储存过程中的大部分种类的挥发性组分浓度变化是不一致的，这也使得决定基于挥发性组分含量的米酒的发酵和储存过程中的小麦曲的最优加入时间变得可能。国内的舒代兰14等人运用色谱技术对浓香型白酒糟醅发酵过程中香气成分的变化趋势进行了研究。其香气成分、有机酸和酯的变化分析见表3、4和图10。研究发现糟醅中乙酸、丁酸、己酸和乳

28、酸的变化趋势与对应的乙酯生成趋势大体一致。但各类香气成分的含量比例及其变化趋势，在糟醅中与在白酒产品中却存在一定的差异性。 Relationship between ethyl lactate and total esters GC results of flavour components in Zaopei （mg/g） GC results of organic acids in Zaopei （mg/g）表3的分析结果显示，在低沸点香气成分中，乙酸乙酯量以g 的含量入窖，一周后迅速上升，虽然第二周有所下降，但基本保持在g 附近的水平；正丙醇、正丁醇和异丁醇的变化趋势大致相同，含量均以较

29、高含量入窖后有一定幅度的下降，第二周迅速回升后又下降，发酵第五周后开始缓慢增加；异戊醇与2- 甲基-1- 丁醇在色谱峰上重叠而未能分开，二者在较低含量g 时入窖，迅速增加到最高峰g（第14d）达到，随后开始下降，发酵五周后又有一定量的回升。在中高沸点香气成分中，乳酸乙酯含量入窖时较高，由于微生物代谢需要，发酵起始后因为分解代谢而含量下降，在一周时达到最低点，随着发酵的进行以及乳酸含量和乙醇含量的增加，表现为合成代谢而呈上升趋势，发酵中期达到最高峰g 后，又有一定量的减少；己酸的含量从入窖时的g 增长到第一周的g，并继续增加，第二周达到了最高点g，其后因为酯合成代谢的影响，含量有一个大幅度的下降

30、，随后在波动中增加，保持在3mg/g 的水平；己酸乙酯含量相对乳酸乙酯较低，其变化趋势与己酸的变化趋势类似，随着发酵的进行以及己酸和乙醇含量的增加，己酸乙酯含量在第二周达到接近最高值的g，之后有些下降，发酵中期后持续稳定增加到后期的g 水平；己醇含量相对也不高，第二周达到峰值g，其含量变化趋势与己酸乙酯非常相似。在整个发酵过程中，微量香气成分糠醛、-苯乙醇、辛酸乙酯、-乙酸苯乙酯等四种物质的含量都不超过g，在发酵前期的变化趋势也大体一致，其含量缓慢增加，基本上均在发酵第二周达到最大值，然后有较大幅度的回落，发酵三周后，-苯乙醇和辛酸乙酯含量呈二次增加趋势，而- 乙酸苯乙酯在第三周以后不能被检测出，糠醛则在波动中略微增加。表4显示了整个发酵过程中，糟醅中低碳链有机酸成分的含量及其变化趋势。在所检测的11种有机酸中，乳酸在发酵糟醅中含量最高，在发酵一周后达到最高值g，而后在38mg/g 水平波动；乙酸含量居第二位，同样在发酵一周后达到最高值g 后出现一些波动，基本上稳定在2m