劉玉平,黃明泉,鄭福平,陳海濤,孫寶國(guó)*
中國(guó)白酒中揮發(fā)性成分研究進(jìn)展
劉玉平,黃明泉,鄭福平,陳海濤,孫寶國(guó)*
(北京工商大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院,食品添加劑與配料北京高校工程研究中心,北京 100048)
中國(guó)白酒中的揮發(fā)性成分對(duì)白酒的香型和風(fēng)格起著重要作用,本文總結(jié)國(guó)內(nèi)近十年來(lái)在采用直接進(jìn)行氣質(zhì)聯(lián)用、溶劑萃取與氣質(zhì)聯(lián)用、固相微萃取技術(shù)與氣質(zhì)聯(lián)用等技術(shù)提取和分析中國(guó)白酒中揮發(fā)性成分所做的研究工作,對(duì)白酒中揮發(fā)性香成分的來(lái)源、作用以及影響白酒中揮發(fā)性成分的因素進(jìn)行了簡(jiǎn)單歸納。分析表明:固相微萃取與氣質(zhì)聯(lián)用是比較簡(jiǎn)單方便、有效提取和分析白酒中揮發(fā)性成分的方法。
中國(guó)白酒;揮發(fā)性成分;提?。环治?/p>
中國(guó)白酒具有悠久的歷史,它以高粱等糧谷為主要原料,以大曲、小曲或麩曲及酒母等為糖化發(fā)酵劑,經(jīng)蒸煮、糖化、發(fā)酵、蒸餾而制成的蒸餾酒,在八大蒸餾酒中白酒獨(dú)具一格[1]。從古至今,白酒是中國(guó)人在是社交、慶典、婚禮等活動(dòng)中不可缺少的特殊飲品,在日常生活中也占有十分重要的地位。從化學(xué)組成來(lái)看,白酒中有98%是水和乙醇,1%~2%是呈香呈味的微量成分,且這些微量成分在各種白酒中的含量和比例不同,構(gòu)成了各種酒的不同香型和不同風(fēng)格[2]。白酒的呈香物質(zhì)復(fù)雜,所包括的揮發(fā)性成分種類多、數(shù)量大。近年來(lái)分析儀器的快速發(fā)展,促進(jìn)了白酒中揮發(fā)性成分的提取與分析。
對(duì)白酒中揮發(fā)性成分進(jìn)行分析,主要有兩方面的作用:一是通過(guò)分析不同生產(chǎn)工藝條件下白酒中揮發(fā)性成分的變化情況,為確定最佳的生產(chǎn)工藝提供指導(dǎo);二是通過(guò)提取與分析白酒中揮發(fā)性成分,為調(diào)配出象真度高的白酒香精提供理論依據(jù)。因此對(duì)白酒中揮發(fā)性成分進(jìn)行提取與分析顯得尤為重要。
本文對(duì)近十年來(lái)白酒中揮發(fā)性成分的研究情況進(jìn)行歸納和總結(jié),對(duì)從事白酒中揮發(fā)性成分研究的人員有很大的參考價(jià)值,另外對(duì)調(diào)香師在選擇酒用香料時(shí)有一定的借鑒作用。
1.1 直接采用氣質(zhì)聯(lián)用的分析方法
直接采用氣質(zhì)聯(lián)用進(jìn)行分析是指樣品不進(jìn)行前處理或簡(jiǎn)單處理,采用直接進(jìn)樣分析。該方法無(wú)需有機(jī)溶劑,操作簡(jiǎn)單,方便快速,由于白酒中含有水分,需要選擇合適的色譜柱和適合的檢測(cè)器。郭文杰等[3]以叔戊醇、乙酸正戊酯和2-乙基丁酸為內(nèi)標(biāo),采用直接進(jìn)
樣,用氣質(zhì)聯(lián)機(jī)分析了古井貢酒中的特征香氣成分,共分析出醇類14種、酯類37種、醛類11種、酸類9種;同時(shí)采用該方法也分析了五糧液、劍南春、瀘州老窖中的香氣成分。徐超一等[4]采用配有FID檢測(cè)器的氣相色譜,用標(biāo)準(zhǔn)品做對(duì)比,直接進(jìn)樣分析了干邑酒中的醇、醛和酯類化合物,共分析出23種成分。吳文祥等[5]用配有OV-1701毛細(xì)管色譜柱的氣質(zhì)聯(lián)機(jī),采用直接進(jìn)樣的方法分析了46%茅臺(tái)王子酒中的香氣成分,共鑒定出22種成分,其中醇類5種、酯類10種、醛酮類6種、酸類1種。黃艷梅等[6]采用直接進(jìn)樣,用配有CPWAX57CB的毛細(xì)管柱的氣質(zhì)聯(lián)機(jī)分析了古井貢酒中的揮發(fā)性成分,共鑒定出102種成分,其中酯類43種、醇類21種、酸類14種、醛酮類11種、縮醛類3種、呋喃類4種、酚類6種。張宿義等[7]為了研究瀘型酒在貯存過(guò)程中微量香成分變化規(guī)律,用配有交聯(lián)石英毛細(xì)管柱HP-INNOWWAX和FID檢測(cè)器的氣相色譜和氣質(zhì)聯(lián)機(jī),以叔戊醇、乙酸正戊酯和2-乙基丁酸為內(nèi)標(biāo),采用直接進(jìn)樣的方法,對(duì)同一檔次的瀘型酒在貯存半年、1年、2年、3年、5年時(shí)其中的揮發(fā)性成分進(jìn)行了定性和定量分析,鑒定出醛酮類6種、醇類11種、酸類8種、酯類17種。劉宇馳等[8]通過(guò)直接進(jìn)樣,用配有FID檢測(cè)器和WH-3型玻璃填充柱的氣相色譜分析了郎酒中的揮發(fā)性成分,共分析出20多種成分。吳兆征等[9]將52%的濃香型古貝春白酒經(jīng)過(guò)聚醚砜過(guò)濾膜過(guò)濾后,用氣質(zhì)聯(lián)機(jī)直接進(jìn)行分析,鑒定出70多種揮發(fā)性香成分。周華生等[10]采用配有PEG-20M毛細(xì)管柱的氣質(zhì)聯(lián)機(jī),以叔戊醇、乙酸正戊酯和2-乙基丁酸為內(nèi)標(biāo),采用直接進(jìn)樣的方法,對(duì)五糧液和黃金酒的香氣成分進(jìn)行了分析,其中從五糧液中鑒定出41種成分,從黃金酒中鑒定出38種成分,同時(shí)采用相關(guān)方法對(duì)兩種酒中的營(yíng)養(yǎng)性成分進(jìn)行了測(cè)定。
1.2 樣品濃縮與氣質(zhì)聯(lián)用的分析方法
白酒中含有大量的乙醇和水,可采用濃縮的方法把其中的乙醇和水除去,得到微量香成分的濃縮物。該方法操作較簡(jiǎn)單,但在濃縮過(guò)程中會(huì)損失部分揮發(fā)性成分。趙東等[11]將500mL基礎(chǔ)酒在KD濃縮儀上減壓濃縮到5mL,用配有氮磷檢測(cè)器(NPD)和HP-5MS的毛細(xì)管柱的氣質(zhì)聯(lián)機(jī),對(duì)其中的芳香族類化合物進(jìn)行了分析,從中鑒定出了4-乙烯基愈創(chuàng)木酚、苯乙醛和香蘭素。
1.3 溶劑萃取與氣質(zhì)聯(lián)用的分析方法
溶劑萃取就是用有機(jī)溶劑對(duì)白酒中的香成分進(jìn)行萃取,然后進(jìn)行分析;由于白酒大多數(shù)是無(wú)色透明液體,該方法也稱為液液萃取。Fan等[12]用煮沸冷卻后的去離子水將洋河大曲酒稀釋,用三氯氟甲烷(Freon 11)萃取了其中的香成分,所得到的香成分被分成酸性部分和中性/堿性部分,中性/堿性部分被進(jìn)一步分成4部分,所得到的5個(gè)提取物經(jīng)配有DB-Wax和DB-5毛細(xì)管柱的氣質(zhì)聯(lián)用和氣相色譜-嗅聞儀(GC-O)分析,共鑒定出70多種成分;他們采用類似的方法,用乙醚做溶劑,萃取并分析了五糧液和劍南春中的香成分,其中從五糧液中鑒定出126種香成分[13]。葉鵬等[14]以乙醚做溶劑,萃取了“翔安邨”清香型高粱酒中的香成分,經(jīng)濃縮后,用配有DB-5MS的毛細(xì)管柱的氣質(zhì)聯(lián)機(jī)進(jìn)行了分析,從中鑒定出22種成分,其中大部分為酯類。柳軍等[15]將兼香型白酒和濃香型白酒用去離子水稀釋,用乙醚萃取了其中的香成分,然后將其分成酸性、水溶性、中性和堿性4個(gè)組分,用配有FID檢測(cè)器和DB-Wax毛細(xì)管柱的氣質(zhì)聯(lián)機(jī)和氣相色譜-嗅聞儀進(jìn)行分析,從兼香型白酒中鑒定出90種香成分,通過(guò)計(jì)算香氣強(qiáng)度值,認(rèn)為對(duì)白酒香氣貢獻(xiàn)比較大的是己酸乙酯、4-乙烯基愈瘡木酚、己酸、3-甲基丁醇、3-甲基丁酸乙酯、4-乙基愈瘡木酚、香草醛、乙酸2-苯乙酯和丁酸。丁云連等[16]采用類似的方法分析了衡水老白干酒中的香成分,從中鑒定出90種香成分,通過(guò)計(jì)算香氣強(qiáng)度值,認(rèn)為對(duì)老白干酒香氣貢獻(xiàn)比較大的是4-乙基愈創(chuàng)木酚、乙酸2-苯乙酯、丁酸、異戊醇、β-苯乙醇、2-乙?;?5-甲基呋喃、苯丙酸乙酯、γ-壬內(nèi)酯、異戊酸、香蘭素、乙酸乙酯、異戊醛二乙醇縮醛等。Zhu等[17]用2:1(V/V)的乙醚和正戊烷混合物做溶劑,萃取了茅臺(tái)酒中的香成分,經(jīng)全二維氣相色譜與飛行時(shí)間質(zhì)譜聯(lián)用(GC×GC/ TOFMS)分析,從中鑒定出528種成分,其中包括有機(jī)酸、酯、醇、醛、酮、縮羰基化合物、吡嗪類、吡啶類、腈類和含硫化合物等。侯冬巖等[18]用2:1(V/V)的乙醚和戊烷混合物做溶劑,對(duì)鋼都酒進(jìn)行處理,將其中的香成分分為酚類化合物、堿性、中性和酸性成分,以己酸乙酯和己酸為外標(biāo),用氣質(zhì)聯(lián)機(jī)進(jìn)行分析,從中鑒定出35種成分,其中含量最高的是己酸乙酯,據(jù)此可認(rèn)定鋼都酒為濃香型白酒。溶劑萃取法也用于提取果酒中的香成分,如師艷秋等[19]用二氯甲烷萃取了紅莓發(fā)酵酒中的香成分,經(jīng)氣質(zhì)聯(lián)機(jī)分析,從中鑒定出了54種成分;陳娟等[20]用二氯甲烷萃取了不同品種桑椹的蜂蜜發(fā)酵酒中的香成分,經(jīng)氣質(zhì)聯(lián)機(jī)分析,從中鑒定出了60多種成分。
1.4 固相微萃取技術(shù)與氣質(zhì)聯(lián)用的分析方法
固相微萃取技術(shù)是從20世紀(jì)90年代興起并迅速發(fā)展起來(lái)的新型的、環(huán)境友好的樣品前處理技術(shù)。它是通過(guò)利用微纖維表面少量的吸附劑從樣品中分離和濃縮分析物的技術(shù),無(wú)需有機(jī)溶劑,操作也很簡(jiǎn)便,現(xiàn)在也用于提取與分析酒中的揮發(fā)性成分。Fan等[21]采用頂空固相微萃取提取了不同生產(chǎn)年代的洋河大曲酒中的揮發(fā)性成分,經(jīng)配有DB-Wax毛細(xì)管柱的氣質(zhì)聯(lián)機(jī)和氣相色譜-嗅聞儀分析,共鑒定出85多種成分。范文來(lái)等[22]
采用浸入式固相微萃取提取了洋河大曲酒中的揮發(fā)性成分,經(jīng)配有FFAP毛細(xì)管柱的氣質(zhì)聯(lián)機(jī)分析,共鑒定出53種成分,同時(shí)對(duì)萃取條件進(jìn)行了優(yōu)化,較佳的萃取條件是酒精度14%,采用攪拌方式,萃取頭為PDMS,樣品在30℃預(yù)熱15min,萃取時(shí)間30min。張艷紅等[23]用頂空固相微萃取提取,經(jīng)配有FID檢測(cè)器和PEG20毛細(xì)管柱的氣相色譜分析,測(cè)定了茅臺(tái)酒和郎酒中的吡嗪類化合物,并對(duì)萃取溫度、萃取時(shí)間和離子化強(qiáng)度進(jìn)行了優(yōu)化。王勇等[24]用頂空固相微萃取和液液萃取提取了牛欄山二鍋頭酒中的揮發(fā)性成分,經(jīng)氣質(zhì)聯(lián)機(jī)分析,從中鑒定出了101種物質(zhì)。杜艷紅等[25]用頂空固相微萃取和液液萃取提取紅星二鍋頭酒中的揮發(fā)性成分,經(jīng)氣質(zhì)聯(lián)機(jī)分析,從中鑒定出了138種物質(zhì)。Fan等[26]用頂空固相微萃取和液液萃取提取,用氣質(zhì)聯(lián)機(jī)分析了市售茅臺(tái)、茅臺(tái)迎賓酒、郎酒、五糧液、洋河藍(lán)色經(jīng)典、今世緣、古井貢、西鳳酒、董酒、四特、劍南春、汾酒12種白酒中的吡嗪類化合物,共鑒定出27種。固相微萃取不僅用于白酒中揮發(fā)性成分的提取,還用于果酒中揮發(fā)性成分的提取與分析,如荔枝酒[27]、蘋果酒[28]、沙棘酒[29]、藍(lán)莓酒[30]等。
1.5 超臨界二氧化碳流體萃取技術(shù)與氣質(zhì)聯(lián)用的分析方法
超臨界流體是近二三十年來(lái)研究得比較活躍的體系。它的許多物理化學(xué)性質(zhì)介于氣體和液體之間,并具有兩者的優(yōu)點(diǎn),無(wú)毒、不可燃、廉價(jià)、綠色、環(huán)保,且作為溶劑反應(yīng)產(chǎn)物易分離,因此在化學(xué)工業(yè)上占有很大優(yōu)勢(shì)。隨著超臨界流體技術(shù)(尤其是超臨界二氧化碳技術(shù))的成熟與普及,該技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于提取揮發(fā)性香成分。王道平等[31]采用超臨界二氧化碳提取了習(xí)酒中的香成分,經(jīng)配有AB-Inowax彈性石英毛細(xì)管柱的氣質(zhì)聯(lián)機(jī)分析,從中鑒定出23種香成分,其中主要的香成分有己酸乙酯、乳酸乙酯、己酸、乙酸、乙酸乙酯、異戊醇等。
1.6 其他方法
除以上方法外,其他提取揮發(fā)性香成分的方法也可以用于提取白酒中的揮發(fā)性成分,如動(dòng)態(tài)頂空、同時(shí)蒸餾萃取、微波輔助萃取、超聲輔助萃取等[32],其中有的已經(jīng)用在提取酒中揮發(fā)性香成分,劉春波等[33]采用吹掃捕集與氣相色譜結(jié)合的方法分析了酒中的揮發(fā)性醛酮;樊振江等[34]采用同時(shí)蒸餾萃取提取了調(diào)味酒保健枸杞酒中的揮發(fā)性香成分,經(jīng)配有HP-INNOWAX毛細(xì)管柱的氣質(zhì)聯(lián)機(jī)分析,從中鑒定出25種香成分,其中酯類5種、醛酮類5種、酸醇類1 0種,其他5種。
按照結(jié)構(gòu)來(lái)分,白酒中的主要揮發(fā)性成分可以分為酯類、醇類、有機(jī)酸類、醛酮類、縮羰基類、酚類、吡嗪類化合物、含硫化合物等。
酯類化合物是白酒中種類最多的揮發(fā)性香成分,其中乙酯占的比例較高;酯類能夠賦予白酒果香,使人產(chǎn)生愉悅感[35]。酯類化合物一方面可以由微生物代謝產(chǎn)生,如濃香型大曲酒的主體香成分己酸乙酯是通過(guò)窖泥中己酸菌代謝產(chǎn)生的[36];另一方面,酯類也可由發(fā)酵過(guò)程中生成的酸與醇經(jīng)酯化反應(yīng)生成的,由于白酒中乙醇含量比較高,使得乙酯在所生成的酯中占了較大比例。己酸乙酯、乳酸乙酯、乙酸乙酯和丁酸乙酯被稱為白酒中的四大酯,在大部分白酒的揮發(fā)性香成分中都能檢測(cè)到,其中清香型白酒是以乙酸乙酯為主體復(fù)合香的白酒[37],鳳香型白酒以乙酸乙酯和己酸乙酯為主的復(fù)合香氣的白酒[38]。
醇類是白酒的醇甜和助香劑的重要來(lái)源[10],它主要通過(guò)兩種途徑產(chǎn)生:一是釀酒所用的曲中含有蛋白酶,蛋白酶對(duì)原料中的蛋白質(zhì)進(jìn)行降解生成氨基酸,酵母菌攝取氨基酸后產(chǎn)生比氨基酸少一個(gè)碳原子的脂肪醇;二是由糖質(zhì)生成氨基酸的合成過(guò)程中,由中間產(chǎn)物酮酸生成[39]。
有機(jī)酸主要來(lái)源于微生物生命代謝過(guò)程,如乙酸是乙醇被醋酸菌氧化而得[40],乳酸是由乳酸菌產(chǎn)生的[41]。有機(jī)酸不僅是形成酯的原料,適量的酸還能改善白酒口感,賦予白酒濃厚的感覺。
醛酮類能使酒的香氣透發(fā)飄逸,它有多種來(lái)源途徑。白酒屬于多種微生物發(fā)酵,醛酮類可由微生物代謝產(chǎn)生;在發(fā)酵過(guò)程中,原料中的蛋白質(zhì)和多糖類物質(zhì)被分解成氨基酸和小分子的還原糖,氨基酸和還原糖發(fā)生美拉德反應(yīng)產(chǎn)生醛酮類香成分;白酒在儲(chǔ)存和老化過(guò)程中,醇類可通過(guò)光氧化降解、熱氧化降解[42],或與空氣中的氧發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生醛酮[43]??s羰基類一般是由醛酮與醇發(fā)生縮合反應(yīng)生成的,它的形成可以使酒的的香氣柔和[44]。
酚類可由原料中的木質(zhì)素經(jīng)高溫分解產(chǎn)生,吡嗪類化合物可由發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生的氨基酸與3-脫氧葡萄糖醛酮經(jīng)系列反應(yīng)產(chǎn)生[45],含硫化合物一般是由含硫的氨基酸轉(zhuǎn)化而來(lái);這些化合物在白酒的揮發(fā)性成分中含量一般較少,由于它們的香氣閾值較低,能賦予白酒特有的香氣,使得不同香型的白酒之間有明顯的差別,如芝麻香型白酒中吡嗪類化合物構(gòu)成了芝麻香的特征香氣[46]。
白酒中的揮發(fā)性香成分受到多種因素影響,如所使用的原料種類、原料的比例、地理環(huán)境、水質(zhì)、微生物菌群等,即使是同一個(gè)廠家的白酒,也會(huì)由于生產(chǎn)時(shí)細(xì)微的差別導(dǎo)致白酒中揮發(fā)性成分有所不同[47]。云敏等[48]為了推測(cè)醬香型郎酒醬味來(lái)源,對(duì)生產(chǎn)中涉及到
的微生物進(jìn)行了研究,初步推測(cè)高溫型紅曲霉可能是醬香型郎酒醬味來(lái)源的主要微生物種類之一。曾偉等[49]研究了四特基酒在不同貯存容器中香味成分的變化規(guī)律,發(fā)現(xiàn)新酒貯存在不銹鋼罐會(huì)增大總酸含量,貯存在陶缸中會(huì)增加總酯含量;基礎(chǔ)酒經(jīng)大水泥池貯存后,己酸乙酯、乳酸乙酯、丁酸乙酯在7~8個(gè)月達(dá)到最高值;新酒經(jīng)不銹鋼罐貯存后,乳酸乙酯到6個(gè)月達(dá)到最高值后下降,己酸乙酯、乙酸乙酯、丁酸乙酯隨貯存時(shí)間延長(zhǎng)其值增加;新酒經(jīng)陶缸貯存后,己酸乙酯隨貯存期延長(zhǎng)其值增加,乙酸乙酯、丁酸乙酯、乳酸乙酯在半年內(nèi)呈上升趨勢(shì),隨后下降。涂向勇等[36]通過(guò)窖泥與基酒成分關(guān)系的比較研究,發(fā)現(xiàn)成熟老窖泥和新窖窖泥微生物群落和營(yíng)養(yǎng)成分的變化,對(duì)濃香型白酒中香成分的含量和比例協(xié)調(diào)起著重要作用。物理催陳可加速白酒老熟,同時(shí)也使得白酒中的揮發(fā)性香成分發(fā)生變化。韓興林等[50]進(jìn)行了物理催陳對(duì)清香型白酒中微量成分及酒體結(jié)構(gòu)影響的探討,結(jié)果表明激光和紫外可提高酒體的氧化速度,乙醛量增高。遲延剛等[51]對(duì)板城燒鍋酒中揮發(fā)性香成分進(jìn)行了歸納總結(jié),認(rèn)為所選用的優(yōu)質(zhì)原料、適宜釀酒的生態(tài)環(huán)境、特定的微生物區(qū)系、優(yōu)質(zhì)的老窖池、優(yōu)良的中高溫大曲、特定的生產(chǎn)工藝等造就了板城燒鍋酒特有香氣。
白酒中的揮發(fā)性成分復(fù)雜,在白酒中起著非常重要的作用;人們已經(jīng)意識(shí)到只知道白酒中的骨架香成分并不能區(qū)分白酒的細(xì)微差別。隨著科技的發(fā)展,提取與分析方法不斷得到完善與普及,從分析儀器來(lái)看,已經(jīng)從單獨(dú)使用氣相色譜分析逐漸過(guò)度到采用氣質(zhì)聯(lián)機(jī)分析,目前正向采用高新技術(shù)的方向發(fā)展。分析技術(shù)的不斷進(jìn)步,越來(lái)越多的香氣閾值低、含量少的揮發(fā)性香成分(如含硫和含氮的香料化合物)在白酒中被檢測(cè)出來(lái);這些微量成分的發(fā)現(xiàn)對(duì)進(jìn)一步優(yōu)化白酒的生產(chǎn)工藝,提高白酒質(zhì)量提供了理論依據(jù),同時(shí)對(duì)白酒的勾兌也起到了一定的指導(dǎo)作用。
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Recent Advances in Extraction and Analysis of Volatile Flavor Compounds in Chinese Liquor
LIU Yu-ping,HUANG Ming-quan,ZHENG Fu-ping,CHEN Hai-tao,SUN Bao-guo*
(Beijing Higher Institution Engineering Research Center of Food Additives and Ingredients, School of Chemical and Environmental Engineering, Beijing Technology and Business University, Beijing 100048, China)
Volatile flavor compounds play an important role for the type and style of Chinese liquor. This paper summarizes the applications of gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) without sample pretreatment and with solvent extraction or solid-phase microextraction to analyze the volatile components in Chinese liquor reported in the recent decade. Moreover, the sources, roles and affecting factors of volatile components in Chinese liquor are summed up briefly. In conclusion, solid-phase microextraction coupled with GC-MS is comparatively more simple and effective method for the analysis of volatile composition of Chinese liquor.
Chinese liquor;volatile flavor compounds;extraction;analysis
TS262.39
A
1002-6630(2010)21-0437-05
2010-08-20
北京市教委市屬高等學(xué)校人才強(qiáng)教計(jì)劃資助項(xiàng)目(PHR201008244)
劉玉平(1969—),男,副教授,碩士,主要從事香料化學(xué)研究。E-mail:liuyp@th.btbu.edu.cn
*通信作者:孫寶國(guó)(1961—),男,教授,博士,主要從事香料化學(xué)研究。E-mail:sunbg@btbu.edu.cn