馥合香型白酒酿造过程中四甲基吡嗪的检测及其溯源分析

薛锡佳1,程 伟1,2*,陈雪峰2,兰 伟3,李 娜1,李瑞龙3,潘天全1,代 森1

(1.安徽金种子酒业股份有限公司,安徽阜阳 236023;2.陕西科技大学食品科学与工程学院,陕西西安 710021;3.阜阳师范大学生物与食品工程学院,安徽阜阳 236037)

摘 要:该研究建立了采用顶空固相微萃取(HS-SPME)结合气相色谱-质谱联用(GC-MS)法测定馥合香型白酒酿造过程中四甲基吡嗪(TTMP)含量的方法,通过分析酿造过程中酒曲、粮醅、酒醅(糟)、窖泥及不同发酵层原酒中TTMP的含量,追溯TTMP在白酒酿造过程中的分布及迁移规律。结果表明,其最佳检测条件为体积分数20%乙醇浸提液、氯化钠添加量1.6 g、顶空固相微萃取40 min。在此优化条件下,TTMP在2.0~50 ng/mL质量浓度范围内线性关系良好,相关系数R2>0.999,平均加标回收率为81.0%~112.5%,精密度试验结果相对标准偏差(RSD)<10%。酿造过程中TTMP含量分析结果表明,堆积粮醅中的TTMP含量为61.41 μg/kg,主要来源于高温大曲、配糟酒糟;发酵结束后酒醅上层、中层的TTMP含量最高,分别为220.01 μg/kg、221.19 μg/kg,主要来源于高温大曲、中温大曲、配糟酒糟和堆积粮醅;中层酒醅蒸馏出的原酒中TTMP含量最高(1 235.80 μg/L),来源于发酵酒醅。

关键词:馥合香型白酒;四甲基吡嗪;酿造过程;顶空-固相微萃取;气相色谱-质谱联用

四甲基吡嗪(tetramethylpyrazine,TTMP),又称川芎嗪,是一种含氮类杂环活性化合物。TTMP在多种香型白酒中均有检出,但因不同香型白酒酿造原料及工艺导致含量差异较大。总体而言,酱香型白酒中TTMP含量可达178~1 658 μg/L,普遍高于其他香型白酒[1-2]。TTMP不仅是重要的呈香呈味物质,赋予白酒烤香、坚果香等气息,还具有降血压和血糖、抗菌消炎、保肝护肝、改善机体微循环和抑制肿瘤等多项生理活性[3-8],是目前研究最多的吡嗪类健康因子[9]

TTMP现有的检测相关标准为轻工行业标准QB/T 2748—2012《四甲基吡嗪》及国家安全国家标准GB1886.295—2016《食品安全国家标准食品添加剂2,3,5,6-四甲基吡嗪》,采用气相色谱法检测香料或食品添加剂TTMP的含量,不适用于白酒酿造过程中酒曲、酒醅、粮醅及窖泥等复杂基质的分析。针对白酒酿造过程中TTMP的检测,采用液液萃取(liquid-liquid extraction,LLE)、顶空固相微萃取(headspace solidphase microextraction,HS-SPME)及蒸馏提取进行前处理,气相色谱(gas chromatography,GC)仪分析。吴建峰[10]采用HS-SPME-GC-氮磷检测器(nitrogen phosphorus detector,NPD)建立了内标法分析酒曲和酒醅中包括TTMP在内的含氮类物质的方法;张颖等[11]采用GC法检测堆积糟醅中TTMP含量以筛选高产TTMP菌株;YANG L等[12]采用HS-SPME结合全二维气相色谱飞行时间质谱(comprehensive two-dimensional gas chromatography-time-of-flight mass spectrometry,GC×GC-TOF/MS)法在检测大曲中风味物质的同时还可检测吡嗪类化合物。TTMP作为馥合香型白酒中重要的风味组分和健康因子,对馥合香型白酒的风味特征具有重要影响[13-15];因此,阐明TTMP在馥合香型白酒酿酒过程中的迁移、生成规律和含量分布特点,有利于解析酿造过程中TTMP形成机理,但对于馥合香型白酒酿造过程中的TTMP溯源分析鲜有报道。

本研究以馥合香型白酒为研究对象,采用顶空-固相微萃取-气相色谱质谱联用(HS-SPME-GC-MS)技术,建立了一种快速检测白酒酿造过程中TTMP含量的方法,通过分析馥合香型白酒酿酒过程中酒曲、粮醅、酒醅(糟)、窖泥及不同发酵层原酒中TTMP的含量,追溯TTMP在白酒酿造过程中的分布及迁移规律,以期为指导馥合香型白酒生产中TTMP含量的调控,探究馥合香型白酒酿造机理和生产品质的提高提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

1.1.1 材料

中温大曲(MDQ)、高温大曲(HDQ)、混合麸曲(FQ);配糟酒糟(AZ);粮醅:配糟及稻壳蒸煮后粮醅(SP)、加曲后堆积前粮醅(DJP)、堆积结束后(堆积48 h)粮醅:表层(OP)、内层(IP)和混合(MP);发酵结束后不同发酵层酒醅(发酵65 d):上层(CA)、中层(CM)和下层(CB);不同发酵层原酒混合样:上层(FP)、中层(FY)和下层(FT);发酵结束后窖池底部窖泥(CP)。样品由安徽金种子酒业股份有限公司机械化车间提供。

1.1.2 化学试剂

氯化钠(分析纯)、无水乙醇(色谱纯):国药集团化学试剂有限公司;二氯甲烷(色谱纯):瑞典欧森巴克环保化学公司;四甲基吡嗪标准品(色谱纯):上海阿拉丁生化科技股份有限公司。

1.2 仪器与设备

8860-5977B气相色谱-质谱联用仪:美国Agilent公司;MPS robotic三合一自动进样器:德国Gerstel公司;ME55分析天平:瑞士METTLER TOLEDO公司;FA3204分析天平:上海衡平仪器仪表厂;JK-5200DB超声清洗器:合肥金尼克机械制造有限公司;WH-3旋涡混合仪:上海沪西分析仪器厂有限公司;TGL 16M高速冷冻离心机:长沙湘智离心机仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 馥合香型白酒生产工艺

采用四粮酿造、三曲共酵、分段馏酒的生产方式生产馥合香型白酒,酿酒原料(高粱、小麦、大米和糯米)经破碎、80 ℃以上热水高温润粮后,加入投粮质量3倍的酒糟及约16%的熟糠带压蒸煮至“柔熟而不腻”,摊凉后加入10%的高温大曲和15%的混合麸曲(由白曲麸曲、酵母麸曲及细菌麸曲按一定比例混合而成)即可入堆积床堆积。堆积高度为50~70 cm,堆积时间48 h,堆积24 h时翻堆1次,堆积粮醅顶温可达55 ℃以上。将堆积后粮醅摊凉后二次加曲(加入15%中温大曲和10%混合麸曲)并配糟(加入投粮质量1.5~2倍的酒糟)后,入泥底石板窖发酵60~75 d,上、中、下层酒醅分别挖出,中偏高温馏酒,根据馏出馥合香型白酒质量等级的不同分别入陶坛贮藏3年后勾调使用。

1.3.2 标准溶液的配制

TTMP标准储备液:准确称取0.05 g(精确至0.0001 g)TTMP标准品,用无水乙醇溶解定容至50 mL,其质量浓度为1.00 mg/mL。

TTMP标准中间液:准确吸取TTMP储备液(1.00mg/mL)1.00mL,用无水乙醇定容至100mL,其质量浓度为10.0μg/mL。

TTMP标准工作液:取适量10.0 μg/mL TTMP标准中间液,用20%的乙醇溶逐级稀释,得到质量浓度分别为2.0ng/mL、5.0 ng/mL、10 ng/mL、20 ng/mL、50 ng/mL的系列标准曲线工作溶液,现配现用。

1.3.3 酒曲、粮醅、酒醅(糟)和窖泥中TTMP萃取条件

参照吴建峰[10]样品前处理方法略有改进。将酒曲粉碎至70目,粮醅、酒醅(糟)及窖泥经均质器处理后待检测。准确称取3 g粉碎或均质后的样品于50 mL离心管中,加入30 mL体积分数15%的乙醇溶液,200 W冰浴超声浸提60 min后,4 ℃条件下7 000 r/min离心6 min,吸取上清液5 mL到20 mL顶空瓶中,加入1.6 g的NaCl,旋紧瓶盖,混匀后待进行顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用(HS-SPME-GC-MS)分析。

1.3.4 酒曲、粮醅、酒醅(糟)和窖泥中TTMP含量分析

采用HS-SPME-GC-MS分析酿造过程中酒曲、粮醅、酒醅(糟)和窖泥中TTMP含量。

HS-SPME条件:萃取头为50/30DVB/CAR/PDMS(2cm),50 ℃平衡10 min后,再于50 ℃萃取40 min,磁力搅拌子搅拌速率250 r/min,萃取结束后待GC-MS分析。

GC条件:色谱柱为DB-5MS石英毛细管色谱柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm);升温程序为初始温度50 ℃保持1 min,然后以8 ℃/min升至100 ℃,保持5 min,再以15 ℃/min升温至235 ℃,保持4 min。载气为高纯氦气(He)(纯度>99.999%),流速为2 μL/min;分流进样,分流比为5∶1。

MS条件:采用电子电离(electron ionization,EI)源;电子能量70 eV;四级杆温度150 ℃,离子源温度230 ℃,传输线温度245 ℃。选择离子监测(selected ion monitor,SIM)模式,监测离子136 m/z、54 m/z、42 m/z,定量离子136 m/z。溶剂延迟时间5 min。

定性定量分析:采用保留时间结合质谱图定性,外标法定量。以TTMP质量浓度(x)为横坐标,峰面积(y)为纵坐标绘制标准曲线,获得标准曲线回归方程。以标准曲线回归方程计算样品中TTMP含量,采用直接干燥法[16]测定样品中的水分,以换算绝干样品中TTMP含量。TTMP含量计算公式如下:

式中:X为绝干样品中TTMP含量,μg/kg;c为测定试样对比标准曲线回归方程得到的TTMP质量浓度,ng/mL;V为样品的定容体积,mL;m表示取样量,g;H表示样品中水分含量,%;1 000为换算系数。

1.3.5 白酒中TTMP含量分析

参考孙啸涛等[17]的方法检测白酒中TTMP含量,略有改进,采用液液萃取-气相色谱-质谱联用技术(LLE-GC-MS)分析白酒样品中TTMP含量。称取一定质量酒样,用超纯水将酒样酒精度稀释至15%vol,取稀释后酒样5 mL,加入1.6 g NaCl,涡旋混匀后,加入2 mL二氯甲烷涡旋萃取1 min,6 000 r/min低温离心5 min,取下清液。重复此提取步骤2次,合并下清液,准确定容至6 mL,混匀后进GC-MS分析。

GC-MS条件及定性定量分析:进样方式由顶空固相微萃取改为液体进样,进样量为1μL。其他条件均参考方法1.3.3。

1.3.6 TTMP萃取条件优化

对TTMP萃取条件进行优化。固定基础条件为乙醇体积分数10%,氯化钠添加量1.6 g,固相微萃取头萃取时间40min,分别选取乙醇体积分数(10%、15%、20%、25%、30%)、NaCl添加量(1.4 g、1.5 g、1.6 g、1.7 g、1.8 g)、固相微萃取头萃取时间(30 min、35 min、40 min、45 min、50 min)进行萃取条件优化实验,考察上述条件对TTMP加标回收率的影响。

1.3.7 方法学考察

(1)线性范围、检出限及定量限

以2,3,5,6-四甲基吡嗪质量浓度(x)为横坐标,峰面积(y)为纵坐标,绘制标准曲线,获得TTMP标准曲线回归方程。以信噪比>3计算检出限,信噪比>10计算定量限。

(2)加标回收率及精密度试验

在50 μg/kg、100 μg/kg和200 μg/kg三个水平的加标浓度下,分别对酒曲、粮醅、酒醅(糟)和窖泥中的TTMP测定加标回收率,每个加标浓度进行6个平行实验。

1.3.8 数据处理与统计分析

每个样品重复检测3次,采用SPSS 23.0处理数据,使用Origin 2017绘制柱状图。

2 结果与分析

2.1 萃取条件优化

2.1.1 乙醇体积分数对萃取效果的影响

乙醇体积分数对四甲基吡嗪萃取效果的影响见图1。由图1可知,随着乙醇体积分数在10%~25%范围内的升高,TTMP的回收率逐渐增加;乙醇体积分数为20%和25%时,加标回收率相差不大,分别为100.9%和105.2%;其中20%乙醇体积分数萃取时回收率最接近100%。当乙醇体积分数30%时,标准曲线相关系数R2<0.95,无法准确定量。这可能是因为乙醇的浓度偏高,萃取头吸附量有限,乙醇与TTMP的吸附竞争加剧,影响了TTMP的吸附。因此,选择最适浸提液乙醇体积分数为20%。

图1 乙醇体积分数对四甲基吡嗪萃取效果的影响
Fig.1 Effect of ethanol volume fraction on tetramethylpyrazine extraction efficiency

2.1.2 NaCl添加量对萃取效果的影响

NaCl的加入可以有效调节化合物的气相-液相分配比而提高萃取效率[18]。NaCl添加量对四甲基吡嗪萃取效果的影响见图2。

图2 NaCl添加量对四甲基吡嗪萃取效果的影响
Fig.2 Effect of NaCl addition on tetramethylpyrazine extraction efficiency

由图2可知,随着NaCl添加量在1.4~1.6 g范围内的增加,TTMP的加标回收率逐渐增加;当NaCl的添加量为1.6 g时,加标回收率最高,为100.9%;当NaCl添加量>1.6 g,TTMP的加标回收率有所下降。可能是因为随着NaCl添加量的加大,萃取液过饱和程度增加,影响到了萃取液的黏度,导致扩散速度减慢[19]。因此,选择最适NaCl添加量为1.6 g。

2.1.3 萃取时间对萃取效果的影响

使用DVB/CAR/PDM三相萃取头萃取样品中的TTMP,三相萃取头包含了不同性质的涂层,对于多种化合物都具有良好的萃取能力。目标物质的萃取过程,其实是萃取物、萃取头与顶空部分的动态平衡过程,当三者达到动态平衡时,目标物的萃取量最大,萃取效果最优[20]。萃取时间对四甲基吡嗪萃取效果的影响见图3。

图3 萃取时间对四甲基吡嗪萃取效果的影响
Fig.3 Effect of extraction time on tetramethylpyrazine extraction efficiency

由图3可知,随着萃取时间在30~40 min范围内的增加,TTMP加标回收率逐渐增加;当萃取时间为40 min时,TTMP的加标回收率达到最高值,为100.9%;当萃取时间>40 min时,TTMP的加标回收率下降明显。其原因可能是,当使用萃取头的萃取时间过长时,可能会因部分大分子量化合物的吸附增加而导致TTMP萃取量的减少;同时,吸附时间过长还有可能增加被吸附化合物间的相互反应、减少萃取头的使用寿命[21-22]。因此,选择最适萃取时间为40 min。

2.2 方法学考察

2.2.1 线性关系、线性回归方程、检出限及定量限

以TTMP标准品质量浓度(x)为横坐标,对应的峰面积(y)为纵坐标,绘制TTMP标准曲线,得到标准曲线回归方程。由表1可知,在2.0~50 ng/mL的质量浓度范围内线性关系良好,线性回归方程为y=1 057x,相关系数(R2)为0.999 1。酒曲、粮醅、酒醅(糟)和窖泥中TTMP的方法检出限分别为1.5 μg/kg、3.0 μg/kg、3.0 μg/kg、3.0 μg/kg,定量限分别为5.0 μg/kg、10.0 μg/kg、10.0 μg/kg、10.0 μg/kg。

表1 四甲基吡嗪的平均加标回收率及相对标准偏差
Table 1 Average adding standard recovery rate and relative standard deviation of tetramethylpyrazine

样品名称本底值/(μg·kg-1)加标质量浓度/(μg·kg-1)测定值/(μg·kg-1)平均回收率/%相对标准偏差/%酒曲62.60粮醅68.49酒醅(糟)106.46窖泥467.51 57.86 115.71 231.43 89.48 178.95 357.91 101.75 203.50 407.00 108.20 216.40 432.81 110.74 156.33 296.11 169.15 261.76 364.48 219.00 278.01 474.80 556.67 652.75 845.78 83.2 81.0 100.9 112.5 108.0 82.7 110.6 84.3 90.5 82.4 85.6 87.4 3.5 2.6 2.8 4.6 5.7 2.4 4.8 9.4 1.9 5.9 2.1 6.8

2.2.2 方法的加标回收率及精密度

四甲基吡嗪的平均回收率及相对标准偏差结果见表1。由表1可知,不同质量浓度添加水平的酒曲、粮醅、酒醅(糟)和窖泥中TTMP的平均回收率分别为81.0%~100.9%、82.7%~112.5%、84.3%~110.6%、82.4%~87.4%,平均回收率范围均在80%~120%之间,精密度试验结果的相对标准偏差<10%,该方法具有良好的准确度和精密度,可以满足酿造过程中酒曲、粮醅、酒醅(糟)和窖泥TTMP含量分析的需求。

2.3 酒曲中四甲基吡嗪含量

馥合香型白酒酒曲中TTMP含量检测结果见图4。由图4可知,3种酒曲中均能检出TTMP,高温大曲HDQ中TTMP的含量最高,为80.07 μg/kg,高于中温大曲MDQ(60.10 μg/kg)、麸曲FQ(3.98 μg/kg)。美拉德反应可为食品生产积累吡嗪化合物[23-24],丰富食品的色泽和风味。高温大曲一般采用“伏天制曲”,培养顶温可达60~65 ℃。非酶促褐变使得高温大曲HDQ颜色较中温大曲MDQ和麸曲FQ颜色更深,且赋予了高温大曲HDQ较为浓郁的焦香、炒香气息。而在适宜的反应条件下,美拉德反应物的产生量与反应温度及反应持续的时间正相关[25],这可能是高温大曲HDQ中TTMP含量高于中温大曲MDQ和麸曲FQ的主要原因。麸曲FQ中TTMP含量最低,其原因可能是TTMP的代谢累积主要依靠细菌麸曲,白曲麸曲和酵母麸曲中产TTMP极少,而馥合香型白酒酿造用麸曲由白曲麸曲、酵母麸曲及细菌麸曲三种麸曲通过一定比例混合而成,细菌麸曲占比较低,仅约20%。因此,高温大曲HDQ和中温大曲MDQ可能是馥合香型白酒酿造过程中TTMP增加的主要酒曲来源。

图4 馥合香型白酒酒曲中四甲基吡嗪的含量检测结果
Fig.4 Determination results of tetramethylpyrazine contents in Jiuqu of Fuhexiangxing Baijiu

2.4 堆积粮醅及配糟酒糟中四甲基吡嗪含量

馥合香型白酒堆积粮醅及配糟酒糟中TTMP含量检测结果见图5。由图5可知,配糟酒糟AZ中TTMP的含量最高,为107.80 μg/kg;配糟及稻壳蒸煮后粮醅SP和加曲后堆积前粮醅DJP中TTMP含量较低,分别为15.57 μg/kg、23.88 μg/k;堆积结束后的粮醅中TTMP含量显著提升,其中,表层粮醅OP、内层粮醅IP及混合粮醅MP中TTMP含量分别为50.68 μg/kg、68.99 μg/kg、61.41 μg/kg。配糟酒糟AZ中TTMP含量较高的原因可能是发酵酒醅经馏酒后的TTMP并未完全随酒液馏出而有部分残留在酒糟中。蒸煮后的粮醅SP摊凉后拌入高温大曲HDQ和麸曲FQ进行高温堆积,高温大曲HDQ中较高含量的TTMP为堆积前粮醅DJP引入了更多的TTMP及其代谢前体物质。

图5 馥合香型白酒堆积粮醅及配糟酒糟中四甲基吡嗪含量检测结果
Fig.5 Determination results of tetramethylpyrazine contents in stacked fermented grains and distillers' grains of Fuhexiangxing Baijiu

高温堆积工序对于TTMP的累积具有重要作用,也是酱香、芝麻香和馥合香型白酒生产中必不可少的工序。高温堆积不仅有利于美拉德反应的进行,堆积粮醅中较高氧气的含量,也有助于好氧芽孢杆菌的繁殖和代谢,从而产生更多的TTMP。经过48 h的高温堆积,TTMP的含量从堆积前DJP到堆积后(混合样MP)增加了1.57倍;同时,堆积后内层粮醅IP中TTMP含量显著高于堆积后表层粮醅OP,这可能与堆积粮醅内外层的温度及细菌多样性有关。堆积粮醅内层温度为57.1 ℃,较表层温度(55.2 ℃)更高;此外,程伟等[26]在研究金种子馥合香型白酒不同生产方式的堆积过程对微生物群落的影响时发现,机械组堆积粮醅的内层细菌多样性和芽孢杆菌属(Bacillus)细菌相对丰度均高于表层。Bacillus能够产生蛋白酶、淀粉酶和纤维素酶等多酶系,具有耐高温及生香功能,其主要代谢产物就包含吡嗪类化合物[27-28]。因此,配糟酒糟AZ和高温大曲HDQ等高TTMP含量物料的添加,加之高温反应与微生物代谢,使得堆积后粮醅中TTMP含量迅速累积。

2.5 发酵酒醅和窖泥中四甲基吡嗪的含量及对比分析

馥合香型白酒发酵酒醅及窖泥中TTMP含量检测结果见图6。由图6可知,将发酵酒醅自窖池顶部分为上层CA、中层CM和下层CB,在馥合香型白酒不同层次的发酵酒醅中,上层CA与中层CM的发酵酒醅中TTMP含量较高,分别为220.01 μg/kg、221.19 μg/kg,均明显高于下层酒醅CB(45.32 μg/kg)。因此,除了堆积过程累积的TTMP及入池发酵加入中温大曲MDQ、配糟酒糟AZ带入较多的TTMP外,在馥合香型白酒窖池内发酵过程中,上层CA和中层CM的酒醅中TTMP也得到大量的积累,可以为馥合香型白酒贡献焦香感。这可能是因为窖池内部存在温度场,即因酒醅不断发酵产热以及介质间的传热不均导致窖池内部温度分区,影响了美拉德反应的进行;另一方面,窖池的内部,上、中、下层酒醅所处的环境差异较大,微生物生长代谢微环境的不同影响了窖池内酿酒微生物的种类和代谢活力,从而可能影响了TTMP在酒醅中的累积[29]

图6 馥合香型白酒发酵酒醅及窖泥中四甲基吡嗪含量检测结果
Fig.6 Determination results of tetramethylpyrazine contents in fermented grains and pit mud of Fuhexiangxing Baijiu

对发酵结束后池底窖泥CP中TTMP进行了检测,其TTMP含量高达581.91 μg/kg。馥合香型白酒发酵后结束后容器底部的窖泥不仅是发酵容器的重要组成部分,还能为白酒提供丰富的风味物质,窖泥的质量对浓香型和多种馥合香型白酒的生产至关重要[30]。窖池底部的窖泥中具有良好的厌氧环境,使得窖池底部的细菌以乳酸菌和芽孢菌为优势菌,并且芽孢杆菌和乳酸杆菌与馥合香型白酒中大多数挥发性化合物的合成代谢过程均存在显著的相关性[31-32]。下层发酵酒醅温度与窖池底部窖泥温度相当,而窖泥CP中TTMP含量是下层酒醅CB中的12.84倍,这可能是由于窖池长期用于发酵酿酒使得池底窖泥不断驯化并自然老熟,随着窖泥老熟度的增加,窖泥中芽孢杆菌含量也随之增加[33-34],芽孢杆菌及其代谢产物的共同积累导致了窖泥CP中较高的TTMP含量。

2.6 不同发酵层原酒中四甲基吡嗪的含量及对比分析

不同发酵层馥合香型原酒中TTMP含量检测结果见图7。由图7可知,不同发酵原酒中TTMP含量差异较大,TTMP在中层原酒FY中含量最高,为1 235.80 μg/L,是上层原酒FP(667.18 μg/L)的1.85倍;下层原酒FT中含量最低,仅为195.81 μg/L。

图7 不同发酵层馥合香型原酒中四甲基吡嗪含量检测结果
Fig.7 Determination results of tetramethylpyrazine contents in different fermentation layers of Fuhexiangxing base liquor

为更好地突出“馥合香”的特征,金种子馥合香型白酒采用中偏高温馏酒。经过蒸馏工序,TTMP在原酒中浓缩,此外,还有部分TTMP在蒸馏过程中生成,因此原酒中TTMP的含量远高于发酵酒醅。在蒸馏前,中层酒醅CM与上层酒醅CA中TTMP含量相当,均远高于下层酒醅CB,但中层酒醅CM较上层酒醅CA在整个发酵过程中厌氧发酵更充分,加之发酵酒醅的水分因重力下沉到中下层,中下层酒醅水大酒多,使其蒸酒总耗时明显多于上层酒醅CA,而蒸馏阶段TTMP的生成主要来源于美拉德反应[35-36],随着蒸酒时间的加长,美拉德反应时间延长,这可能是造成TTMP的含量在中层原酒FY中高于上层原酒FP的原因。

3 结论

本研究采用HS-SPME-GC-MS对白酒酿造过程中的酒曲、粮醅、酒醅(糟)和窖泥中TTMP进行检测,确定其最佳萃取条件为体积分数20%乙醇浸提液、NaCl 添加量1.6 g、萃取时间40 min。该方法在2.0~50 ng/mL质量浓度范围内线性关系良好,相关系数R2>0.999;平均加标回收率为81.0%~112.5%,精密度试验结果相对标准偏差<10%,适用于酒曲、粮醅、酒醅(糟)和窖泥中TTMP的定量检测。基于该方法对金种子馥合香型白酒酿造过程中TTMP进行溯源结果表明,堆积粮醅中的TTMP主要来源于高温大曲及配糟酒糟,发酵酒醅中的TTMP主要来源于高温大曲、中温大曲、配糟酒糟和堆积粮醅,馥合香型原酒中的TTMP来源于发酵酒醅,堆积和发酵两个工艺过程中TTMP含量可能受到温度和酿酒微生物的双重影响,而在蒸酒工艺过程可能主要是由于温度和蒸酒时长的影响,为馥合香型白酒生产累积了较多的TTMP。本研究有利于明确馥合香型白酒酿造过程中TTMP的来源,为调控白酒中TTMP的含量提供依据。但未对影响TTMP累积的培养环境及微生物分布差异等因素以及TTMP原酒贮存过程中的变化进行系统研究,故TTMP形成机制尚不完全明确。因此,还需要进一步系统研究馥合香型白酒酿造过程中理化指标、微生物多样性、TTMP关联酿造微生物及其代谢特征,筛选高产TTMP菌株并应用到生产过程中,以阐明TTMP在馥合香型白酒酿造过程中的代谢机理并提升馥合香型白酒产品中TTMP含量。

参考文献:

[1]WU J F, XU Y.Comparison of pyrazine compounds in seven Chinese liquors using headspace solid-phase micro-extraction and GC-nitrogen phosphourus detection[J].Food Sci Biotechnol,2013,22(5):1-6.

[2]FAN H Y, FAN W, XU Y.Characterization of key odorants in Chinese Chixiang aroma-type liquor by gas chromatography olfactometry,quantitative measurements,aroma recombination,and omission studies[J].J Agr Food Chem,2015,63(14):3660-3668.

[3]ZHANG Y Q,WU J B,YIN W,et al.Design,synthesis and biological evaluation of ligustrazine/resveratrol hybrids as potential anti-ischemic stroke agents[J].Chinese J Nat Med,2020,18(8):633-640.

[4]HAIDY E M, ESTHER T M.Tetramethylpyrazine guards against cisplatin-induced nephrotoxicity in rats through inhibiting HMGB1/TLR4/NF-κB and activating Nrf2 and PPAR-γ signaling pathways[J].Eur J Pharmacol,2019,857:172-422.

[5]LI J, GONG X Z.Tetramethylpyrazine: An active ingredient of Chinese herbal medicine with therapeutic potential in acute kidney injury and renal fibrosis[J].Front Pharmacol,2022,13:820071.

[6]YANG S J,WU S D,DAI W L,et al.Tetramethylpyrazine: A review of its antitumor potential and mechanisms[J].Front Pharmacol,2022,12:764331.

[7]LI Y J,LIU R P,DING M N.Tetramethylpyrazine prevents liver fibrotic injury in mice by targeting hepatocyte-derived and mitochondrial DNAenriched extracellular vesicles[J].Acta Pharmacol Sin,2022,43:2026-2041.

[8]张温清.芝麻香型白酒四甲基吡嗪形成及其高产TTMP酿造工艺研究[D].合肥:合肥工业大学,2020.

[9]朱艳美,陈亨业,邓高琼,等.高温大曲白酒中吡嗪类化合物的检测、来源、香气和功能活性研究进展[J].食品工业科技,2023,44(5):420-428.

[10]吴建峰.白酒中四甲基吡嗪全程代谢机理研究[D].无锡:江南大学,2013.

[11]张颖,李霄霄,李景辉,等.高产四甲基吡嗪芽孢杆菌的筛选及其对酱香型白酒堆积过程的影响[J].食品工业科技,2022,43(2):142-149.

[12]YANG L, FAN W L, XU Y.GC×GC-TOF/MS and UPLC Q-TOF/MS based untargeted metabolomics coupled with physico chemical properties to reveal the characteristics of different type daqus for making soy sauce aroma and flavor type Baijiu[J].LWT-Food Sci Technol,2021,146:111416.

[13]程伟,陈雪峰,陈兴杰,等.全二维气相色谱-飞行时间质谱法分析馥合香白酒中挥发性特征组分[J].食品与发酵工业,2022,48(11):239-245.

[14]尤宇漫,徐岩,范文来,等.金种子馥合香白酒香气成分分析[J].食品与发酵工业,2023,49(9):291-297.

[15]刘帮,王西,张亚东,等.中国白酒中四甲基吡嗪的研究进展[J].酿酒科技,2023(4):105-109.

[16]中华人民共和国国家卫生和计划生育委员会.GB 5009.3—2016 食品安全国家标准食品中水分的测定[S].北京:中国标准出版社,2016.

[17]孙啸涛,王宗元,刘淼,等.涡旋辅助液液微萃取结合GC-MS法检测67种白酒中四甲基吡嗪、4-甲基愈创木酚和4-乙基愈创木酚[J].食品科学,2017,38(18):73-79.

[18]MARTÍ M P,MESTRES M,SALA C,et al.Solid-phase microextraction and gas chromatography olfactometry analysis of successively diluted samples.A new approach of the aroma extract dilution analysis applied to the characterization of wine aroma[J].J Agr Food Chem,2003,51:7861-7865.

[19]艾对,张富新,于玲玲,等.羊奶中挥发性成分顶空固相微萃取条件的优化[J].食品与生物技术学报,2015,34(1):40-46.

[20]李媛媛,李德美,张亚东,等.顶空固相微萃取葡萄酒挥发性物质的条件优化[J].中国酿造,2020,39(6):138-142.

[21]李凯,焦娇,李树萍,等.HS-SPME-GC-O-MS联用法分析红枣发酵饮料易挥发性成分条件的优化[J].食品工业科技,2017,38(4):54-62.

[22]任晓宇,张少云,裴晓静,等.红枣白兰地中香气成分的顶空固相微萃取条件优化[J].食品工业科技,2018,39(7):249-291.

[23]STAROWICZ M,ZIELIN′SKI H.How Maillard reaction influences sensorial properties (color,flavor and texture)of food products?[J].Food Res Int,2019,35(8):707-725.

[24]XU Q P,TAO W Y,AO Z H.Antioxidant activity of vinegar melanoidins[J].Food Chem,2007,102(3):841-849.

[25]SUN Y F,LIN L,ZHANG P Y.Color development kinetics of Maillard reactions[J].Ind Eng Chem Res,2021,60(9):3495-3501.

[26]程伟,陈雪峰,陈兴杰,等.复合香型白酒粮醅机械化和传统堆积发酵过程中微生物群落结构的对比分析[J].食品科学,2023,44(14):153-161.

[27]LI H,LIAN B,DING Y H,et al.Bacterial diversity in the central black component of Maotai Daqu and its flavor analysis[J].Ann Microbiol,2014,64(4):1659-1669.

[28]冯国杨,杨波,邢俊德,等.发酵食品中四甲基吡嗪的检测、来源及其微生物合成途径研究进展[J].中国酿造,2022,41(4):1-6.

[29]HE Q,ZHOU W,CHEN X Y,et al.Chemical and bacterial composition of Broussonetia papyrifera leaves ensiled at two ensiling densities with or without Lactobacillus plantarum[J].J Cleaner Prod,2021,329:129792.

[30]朱莉莉,罗惠波,黄治国,等.浓香型白酒窖泥质量评价理化指标的筛选[J].中国酿造,2018,37(12):33-39.

[31]CHENG W,CHEN X,XUE X,et al.Comparison of the correlations of microbial community and volatile compounds between pit mud and fermented grains of compound-flavor Baijiu[J].Foods,2024,13(2):203.

[32]徐相辉,常强,孙伟,等.文王浓香型白酒不同深度新老窖泥理化性质与微生物演替分析[J].食品工业科技,2022,43(21):29-136.

[33]李学思,王杨,曹振华,等.窖泥微生物与酒体质量的关联性分析[J].酿酒科技,2021(9):74-79.

[34]刘治国,方超,张晓元,等.浓香型白酒窖泥理化因子、微生物群落、感官质量以及相关性研究进展[J].食品科学,2023,44(21):351-358.

[35]高传强.美拉德反应产物对芝麻香典型风格形成的影响[J].酿酒科技,2010(1):53-56.

[36]谭光迅,韩兴林,李建飞,等.蒸馏过程中的美拉德反应[J].酿酒科技,2010(11):61-64.

Detection and traceability of tetramethylpyrazine in the brewing process of Fuhexiangxing Baijiu

XUE Xijia1,CHENG Wei1,2*,CHEN Xuefeng2,LAN Wei3,LI Na1,LI Ruilong3,PAN Tianquan1,DAI Sen1
(1.Anhui Jinzhongzi Distillery Co.,Ltd.,Fuyang 236023,China;2.School of Food Science and Engineering,Shaanxi University of Science&Technology,Xi'an 710021,China;3.School of Biology and Food Engineering,Fuyang Normal University,Fuyang 236037,China)

Abstract:In this study,a method was established for the determination of tetramethylpyrazine(TTMP)in the brewing process of Fuhexiangxing Baijiu by headspace solid-phase microextraction(HS-SPME)combined with gas chromatography-mass spectrometry(GC-MS), the distribution and migration of TTMP in the brewing process of Baijiu were traced by analyzing the content of TTMP in Jiuqu,fermented grains(distiller's grains),pit mud and base liquor in different fermentation layers during brewing.The results showed that the optimal detection conditions were volume fraction of ethanol extract 20%,NaCl addition 1.6 g,and headspace solid-phase microextraction time 40 min.Under the optimized conditions,TTMP had a good linear relationship in the mass concentration range of 2.0-50 ng/ml,the correlation coefficient R2 was greater than 0.999,the average adding standard recovery rate was 81.0%-112.5%,and the relative standard deviation(RSD)of precision test results was less than 10%.The analysis results of the TTMP contents during the brewing process showed that the TTMP content in the stacked fermented grains was 61.41 μg/kg,which was mainly originated from hightemperature Daqu and distiller's grains.The highest TTMP contents were found in the upper and middle layers of fermented grains after fermentation,with 220.01 μg/kg and 221.19 μg/kg,respectively,which was mainly originated from high-temperature Daqu, medium-temperature Daqu, distiller's grains,and stacked fermented grains.The TTMP content in base liqor from middle-layer fermented grains was the highest(1 235.80 μg/L),which originated from the fermented grains.

Key words:Fuhexiangxing Baijiu;tetramethylpyrazine;brewing process;headspace-solid phase microextraction;gas chromatography-mass spectrometry

中图分类号:TS201.2

文章编号:0254-5071(2024)12-0038-07

doi: 10.11882/j.issn.0254-5071.2024.12.007

引文格式:薛锡佳,程伟,陈雪峰,等.馥合香型白酒酿造过程中四甲基吡嗪的检测及其溯源分析[J].中国酿造,2024,43(12):38-44.

收稿日期:2024-03-11

修回日期:2024-06-29

基金项目:2023年度安徽省重点研究与开发计划项目(No.2023n06020032);2023年度企业博士后科研工作站计划项目(No.2023JKY-B01);2023年度企业产学研合作计划项目(No.2023JKY-HC1580);2023年皖北创新团队项目

作者简介:薛锡佳(1987-),女,高级工程师,硕士,研究方向为酿酒微生物及白酒风味。

*通讯作者:程 伟(1984-),男,高级工程师,博士研究生,研究方向为发酵工程与酿酒生产技术。