不同前处理方法结合GC-MS检测浓香型白酒中挥发性风味成分

冯子芸1,杨康卓1,何张兰1,王建力1,郑 佳1,2*

(1.宜宾五粮液股份有限公司,四川 宜宾 644000;2.固态发酵资源利用四川省重点实验室,四川 宜宾 644000)

摘 要该研究采用固相萃取(SPE)、液液微萃取(LLME)、顶空-固相微萃取(HS-SPME)和浸入式-固相微萃取(DI-SPME)4种不同的前处理方法,结合气相色谱-质谱联用(GC-MS)技术对浓香型白酒中的挥发性风味物质进行检测与分析。结果表明,共鉴定出130种挥发性风味物质,包括酯类53种、醇类15种、酸类15种、芳香族类10种、醛类20种(其中缩醛类14种)、酮类8种、呋喃类6种、吡嗪类3种。不同前处理方法测得的挥发性风味物质种类相似,但数量和含量具有明显差异。SPE和LLME适用于大部分物质的萃取,对于lg P值<0的亲水性物质以及lg P值<2或者lg P值>6的疏水性物质具有较好的萃取率,特别是醛类物质。HS-SPME与DI-SPME测得的酯类和芳香类物质相对含量高于SPE和LLME方法,尤其适合2<lg P值<6的疏水性酯类物质的测定。该研究结果为进一步研究浓香型白酒的风味组成提供了理论基础。

关键词浓香型白酒;挥发性风味成分;气相色谱-质谱联用;前处理方法

中国白酒是一种由谷物发酵而来的传统蒸馏酒,与白兰地、威士忌、朗姆酒、伏特加、金酒并称为世界六大蒸馏酒[1]。白酒中的挥发性风味成分包括酯类、醇类、酸类、醛类、酮类及缩醛类化合物等,其来源于白酒的发酵、蒸馏及老化过程,通常被认为是决定白酒品质的主要因素,国内对此已经进行了广泛的研究。HE F等[2]采用液液微萃取(liquid-liquid microextraction,LLME)结合气相色谱-质谱联用(gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS)和顶空气相色谱-离子迁移谱(headspace gas chromatographyion migration spectrometry,HS-GC-IMS)检测了浓香型白酒蒸馏过程中挥发性化合物的变化;HONG J X等[3]采用直接进样结合气相色谱-嗅觉/质谱(gas chromatographyolfactometry/mass,GC-O/MS)的方法,分别鉴定了3种浓香型白酒样品中潜在的香气化合物;ZHENG J 等[4]基于EN的固相萃取技术结合全二维气相色谱/飞行时间质谱 (comprehensive two-dimensional gas chromatog raphy-time of flight mass spectrometry,GC×GC-TOFMS)从浓香型白酒样品中鉴定出约500种挥发性化合物;WANG Q等[5]采用顶空固相微萃取(headspace-solid phase microextraction,HS-SPME)、液液微萃取,并结合气相色谱-质谱和磷脂脂肪酸指纹图谱方法,从浓香型原酒中鉴定出75种挥发性香气成分。

白酒饮用过程中挥发性化合物的释放与其类型、极性、疏水性有关[6]。化合物的疏水性通常以该物质在正辛烷和水中的分配系数比值的对数值(lg P)来表征,lg P值为负值表示亲水性,lg P值为正值表示疏水性,且数值越大疏水性越强[7-8]。研究表明,当饮用白酒时,香气会被立即感知,迅速消散的香气通常是疏水性的,而持久感知的香气则是亲水性的,但也有例外,一些具有相似疏水性的化合物也可能具有不同的保持时间[9]。因此,研究白酒中挥发性风味物质与其亲、疏水性的关系,对调节白酒香气和口感具有重要的现实意义,并可根据目标化合物的lg P值选择合适的前处理方式。

目前,白酒中挥发性风味物质检测的研究多集中于单一前处理技术,只有选择合适的前处理方法对白酒成分进行检测,才能确保检测的高效性和准确度。本研究量化评估了固相萃取(solid phase extraction,SPE)、液液微萃取(LLME)、顶空-固相微萃取(HS-SPME)和浸入式-固相微萃取(direct immersion solid-phase microextraction,DI-SPME)4种前处理技术对浓香型白酒中各类挥发性成分的提取效率,利用不同样品前处理手段,结合GC-MS对浓香型白酒的挥发性风味特征进行分析,建立了浓香型白酒在不同前处理方式下的挥发性成分数据库,并结合lg P值进行相关性分析,系统比较了4种技术的适用性,为白酒风味研究提供方法学参照,并为进一步认识浓香型白酒的风格特征提供了必要的数据支撑。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

52%vol浓香型白酒:市售。

二氯甲烷(纯度≥99.9%):美国赛默飞世尔科技公司;甲醇(纯度≥99.9%)、乙醇(纯度≥99.5%)、C7~C30直链正构烷烃混合物、戊烷(纯度≥99.0%)、月桂酸乙酯、1-庚醇、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸、庚酸、辛酸、癸酸、己酸-2-苯乙酯、2-乙酰基呋喃、2-乙酰基-5-甲基呋喃(均为色谱纯):美国西格玛奥德里奇生命科学公司;无水硫酸钠(纯度≥99.0%)、4-甲基戊酸、苯甲醛(均为色谱纯):阿拉丁生化科技股份(上海)有限公司;乙酸乙酯、丙酸乙酯、丁酸乙酯、亚油酸乙酯、1-丁醇、2-戊醇、1-己醇、1-戊醇、壬酸、2-甲基丙酸、苯乙酸、苯甲酸乙酯、苯乙醇、苯酚、对甲酚、2-甲基丙醛、己醛、2-戊酮、乙偶姻、2,6-二甲基吡嗪、糠醛、糠醇(均为色谱纯):梯希爱(上海)化成工业发展有限公司。

1.2 仪器与设备

MD200-1氮气吹扫仪:杭州奥盛仪器有限公司;固相微萃取手柄、50μm CAR/DVB/PDMS纤维萃取头、200 mg/3 mL LiChrolut EN固相萃取柱(填料粒径40~120 μm):默克美国Supelco公司;7890B-5977B气相色谱-质谱联用仪:美国Agilent公司。

1.3 方法

1.3.1 样品前处理方法

(1)固相萃取

参考文献[4],取LiChrolut EN固相萃取柱,上样前,依次使用5 mL的二氯甲烷、甲醇、体积分数10%乙醇-水溶液进行洗脱。取0.2 mL浓香型白酒样品,用超纯水将其酒精度稀释至10%vol,稀释后的酒样倒入固相萃取柱中,置于真空装置上,以1 mL/min的流速使酒样缓缓渗透填料。上样完成后,用5 mL的超纯水洗脱,室温下进行真空干燥,再使用5 mL的二氯甲烷进行洗脱,洗脱液用无水硫酸钠干燥过夜,过滤后在氮气流下浓缩至200 μL,用于GC-MS检测分析。

(2)液液微萃取

取0.2 mL浓香型白酒样品,采用饱和食盐水将其酒精度稀释至10%vol,用5 mL二氯甲烷涡旋(500 r/min)萃取5 min,有机相用无水硫酸钠过夜干燥,过滤后在氮气流下浓缩至200 μL,用于GC-MS检测分析。

(3)顶空固相微萃取

吸取0.2 mL浓香型白酒样品于20 mL顶空样品瓶中,加入饱和食盐水将其酒精度稀释至10%vol,将顶空样品瓶于60 ℃孵育15 min,插入50/30 μm DVB/CAR/PDMS三相萃取头,萃取头距液面2~3 mm,萃取吸附45 min,将萃取头插入气相色谱进样口,于250 ℃解吸附5 min,用于GC-MS检测分析。

(4)浸入式固相微萃取

酒样处理方式同顶空固相微萃取,将顶空样品瓶于60℃孵育15 min,插入50/30 μm DVB/CAR/PDMS三相萃取头,萃取头完全浸入液体,60 ℃萃取吸附45 min,吸附完成后,用无尘纸小心擦去表面水分,将萃取头插入气相色谱进样口,于250 ℃解吸附5 min,用于GC-MS分析。

1.3.2 GC-MS条件

气相色谱条件:HP-INNOWAX毛细管色谱柱(60.0 m×0.32 mm×0.25 μm),进样口温度250 ℃,载气为高纯氦气(He),流速1 mL/min,不分流模式进样;升温程序为起始温度40 ℃,保持5 min,以4 ℃/min升至230 ℃,保持15 min。

质谱条件:电子电离(electron ionization,EI)源;电子能量70 eV;离子源温度200 ℃,四级杆温度150 ℃,质量扫描范围35~350 m/z。

1.3.3 定性定量分析

挥发性化合物的定性[10]:先将化合物的检测结果与美国国家标准与技术研究院(National Institute of Standards and Technology,NIST)20标准数据库进行比对,根据匹配度>800对化合物进行初步定性;再计算各物质的Kovats保留指数(retention index,RI)[11],并与文献报道的保留指数值进行比较。同时,与标准品在相同色谱条件下的保留时间对比,最终确定该物质。定量:采用峰面积归一化法进行定量。

2 结果与分析

2.1 不同前处理方法结合GC-MS检测浓香型白酒中挥发性风味成分结果比较

采用SPE、LLME、HS-SPME和DI-SPME 4种不同的前处理方法结合GC-MS对浓香型白酒样品中的挥发性风味物质进行检测,结果从浓香型白酒样品中共鉴定出130种挥发性风味化合物,包括酯类53种、醇类15种、酸类15种、芳香族类10种、醛类20种(其中缩醛类14种)、酮类8种、呋喃类6种、吡嗪类3种,其总离子流色谱图见图1。

图1 不同前处理方式下浓香型白酒样品的GC-MS总离子流色谱图
Fig.1 GC-MS total ion chromatogram of strong-flavor Baijiu samples under different pretreatment methods

由图1可知,HS-SPME与DI-SPME样品的GC-MS总离子流色谱图很相似,而SPE和LLME样品的GC-MS总离子流色谱图则各有不同。为了比较不同前处理方法酒样中挥发性风味物质的差异,基于挥发性风味物质相对含量进行聚类分析,结果见图2。

图2 基于各类挥发性风味物质相对含量不同前处理方式下浓香型白酒样品的聚类分析热图
Fig.2 Cluster analysis heat map of strong-flavor Baijiu samples based on relative contents of various volatile flavor compounds under different pretreatment methods

由图2可知,HS-SPME与DI-SPME方法检测到的挥发性风味物质均以酯类物质为主,相对含量均>91%;而SPE与LLME方法检测到的酯类物质相对含量较低,分别为53%和59%,结果表明,使用50/30 μm CAR/DVB/PDMS纤维萃取头的两种SPME方法对酯类物质具有很高的吸附效率。此外,两种SPME方法检测到的芳香族类物质的相对含量均高于SPE和LLME方法。然而,酸类、醇类、醛类和酮类等挥发性风味物质的相对含量则在SPE和LLME方法中较高,其中,缩醛类物质在LLME方法中相对含量最高,醇类和酸类物质在SPE方法中相对含量最高,结果表明,不同的前处理方法对浓香型白酒中挥发性风味物质的萃取效果有较大差异。

2.2 酯类物质

酯类化合物是该白酒中含量最高的一类化合物,其中己酸乙酯是最重要的酯类化合物之一,其在52%vol的五粮液中的含量>2 g/L[12]。通过4种不同的前处理方法结合GC-MS从浓香型白酒样品中共鉴定出53种酯类化合物,结果见表1。

表1 不同前处理方式下浓香型白酒样品中酯类化合物的GC-MS测定结果
Table 1 Determination results of esters in strong-flavor Baijiu under different pretreatment methods by GC-MS

保留指数 文献保留指数 化合物 lg P 值相对含量/%SPE LLME HS-SPME DI-SPME 904 960 972 1 003 1 020 1 035 1 050 1 067 1 132 1 135 1 167 1 219 1 197 1 199 1 252 1 260 1 275 1 282 1 296 1 315 1 318 1 328 1 338 1 356 1 361 1 419 1 422 1 425 1 437 1 443 1 468 1 474 1 521 1 524 1 540 1 556 1 562 1 559 1 585 1 620 1 628 1 649 1 663 1 697 1 690 1 857 2 058 2 160 894[12]964[12]984[10]/1 020[12]1 039[12]1 041[10]1 055[10]1 129[12]// /1 197[13]1 173[10]1 241[12]1 259[14]1 275[11]1 276[15]// / / / /1 356[12]1 400[1]/1 417[16]1 404[1]1 442[12]/1 468[17]1 509[1]1 504[18]/1 551[19]//1 572[19]1 613[20]1 607[19]1 630[17]1 664[21]1 737[22]1 687[12]1 839[23]2 057[23]2 161[24]乙酸乙酯丙酸乙酯异丁酸乙酯丁酸甲酯乙酸异丁酯丁酸乙酯2-甲基丁酸乙酯3-甲基丁酸乙酯乙酸异戊酯戊酸乙酯丁酸异丁酯丁酸丁酯己酸甲酯4-甲基戊酸乙酯己酸乙酯异戊酸丁酯丁酸异戊酯乙酸己酯5-甲基己酸乙酯3-己烯酸乙酯戊酸丁酯己酸丙酯庚酸乙酯己酸异丁酯乳酸乙酯2-羟基-丁酸乙酯己酸丁酯丁酸己酯环己甲酸乙酯辛酸乙酯己酸异戊酯乳酸丁酯己酸戊酯辛酸丙酯壬酸乙酯辛酸异丁酯庚酸异戊酯2-羟基-4-甲基戊酸乙酯乳酸异戊酯己酸己酯乙酰丙酸乙酯癸酸乙酯辛酸异戊酯十一酸乙酯丁二酸二乙酯月桂酸乙酯十四酸乙酯十五酸乙酯0.71 1.24 1.59 1.24 1.59 1.77 2.12 2.12 2.12 2.30 2.65 2.83 2.30 2.65 2.83 3.18 3.18 2.83 3.18 2.59 3.37 3.37 3.37 3.71-0.19 0.34 3.90 3.90 2.77 3.90 4.24 0.88 4.43 4.43 4.43 4.78 4.78 1.22 1.22 4.96 0.4 4.96 5.31 5.49 1.26 6.02 7.09 7.62 8.97±0.11 0.45±0.01 0.22 0.01 5.84±0.31 3.19±0.06 0.09 0.20±0.01 0.58±0.01 1.74±0.05 0.01 ND 0.03±0.02 0.03 17.02±0.37 ND 0.03<0.01 0.03<0.01 ND 0.05 1.53±0.03 ND 9.64±0.68 0.02 0.05 0.01 0.06 1.07±0.02 0.37 0.02 0.01 ND ND ND ND 0.56±0.01 0.04 0.10 0.01 0.04 ND ND 0.04 0.04 0.07 0.01 10.76±0.06 0.44±0.03 5.04±0.15<0.01 2.22±0.12 3.60±0.20 0.09 0.23 0.03±0.01 1.96±0.15 0.01 ND 0.04 0.04 23.51±0.55 ND 0.04<0.01 0.03<0.01 ND 0.06 1.98±0.09 ND 6.25±0.08 0.01 0.06±0.01 0.01 0.07±0.01 1.27±0.11 0.42±0.03 0.01 0.01 ND ND ND ND 0.49±0.04 0.03 0.12±0.01 0.01 0.05 ND ND 0.04 0.04 0.08 0.01 0.54±0.02 0.05 0.02 ND ND 1.63±0.04 0.04 0.17 ND 2.64±0.03 ND 0.01 0.06 0.09 55.34±0.17 0.02 0.13 0.01 0.16 0.01 0.02 0.44±0.01 8.29±0.09 0.70±0.01 0.09 ND 0.73±0.02 0.15±0.02 0.01 9.20±0.20 3.70±0.04 ND 0.20 0.02 0.47±0.01 0.02 0.12 0.10 ND 1.89±0.04 ND 0.70±0.01 0.06 0.01 0.01 ND 0.14±0.02 ND 0.63±0.02 0.06 0.02±0.01 ND ND 2.48±0.08 0.09 0.33 ND 4.44±0.08 ND 0.02±0.01 0.10±0.01 0.12±0.01 69.52±0.79 0.01 0.09 0.01 0.11 0.01 0.01 0.24±0.01 5.61±0.16 0.26±0.02 0.08±0.01 ND 0.24±0.01 0.04 0.01 3.78±0.27 1.13±0.11 ND 0.05<0.01 0.10±0.01<0.01 0.03 0.10±0.01 ND 0.49±0.07 ND 0.16±0.03 0.02<0.01 0.01 ND 0.05±0.01 ND

续表

注:“ND”表示物质未检出。未展示相对标准偏差的数据表示相对标准偏差<0.01。下同。

保留指数 文献保留指数 化合物 lg P 值2 259 2 292 2 468 2 492 2 540相对含量/%SPE LLME HS-SPME DI-SPME 2 250[25]2 283[19]2 467[23]2 493[23]2 538[23]棕榈酸乙酯9-十六烯酸乙酯十八酸乙酯油酸乙酯亚油酸乙酯合计8.15 7.63 9.21 8.69 8.17 0.70±0.01<0.01 0.01 0.09 0.18±0.01 52.98 0.78±0.03<0.01 0.02 0.10±0.01 0.23±0.02 59.64 0.17±0.02 ND ND<0.01<0.01 86.56 0.31±0.10 ND ND 0.01 0.02 90.76

由表1可知,SPE和LLME方法均检出44种酯类物质,HS-SPME和DI-SPME方法均检出41种酯类物质,说明4种前处理方法在酯类物质数量上差异并不明显。通过lg P值结合相对含量分析比较发现,采用4种前处理方法检出的lg P值为0~2的酯类化合物中,其相对含量在LLME和SPE方法中远高于DI-SPME和HS-SPME方法。然而,lg P值为2~6的酯类化合物则相反,绝大部分物质被DI-SPME和HS-SPME方法检出的相对含量要高于LLME和SPE方法,其中两种SPME方法检出的相对含量>83%,是其他两种方法的3~4倍。lg P值>6的酯类化合物均属于不易挥发的高级脂肪酸酯,其相对含量大小规律与lg P值为0~2的酯类化合物相似。结果表明,采用SPME方法对lg P值为2~6的酯类化合物具有更高的吸附效率。

此外,从浓香型白酒中共鉴定出5种含羟基的酯类化合物,分别是乳酸乙酯、2-羟基丁酸乙酯、乳酸丁酯、2-羟基-4-甲基戊酸乙酯和乳酸异戊酯。这5种化合物的lg P值均<2,其中乳酸乙酯因其亲水性,lg P值<0。与lg P值为0~2的酯类化合物相比,这5种化合物的挥发性较弱,除高含量的乳酸乙酯和2-羟基-4-甲基戊酸乙酯被检出外,其他3种化合物在两种SPME方法中均未被检出,但在SPE方法中检测到这些物质的相对含量均最高。

HS-SPME与DI-SPME两种方法相比,检出的酯类化合物相对含量也有明显差异。对于lg P值为0~3的酯类化合物,DI-SPME方法检出的相对含量高于HS-SPME,其中己酸乙酯、丁酸乙酯、戊酸乙酯、3-甲基丁酸乙酯和乙酸乙酸等化合物的差异最为明显;对于lg P值为3~8的酯类化合物,HS-SPME方法检出的相对含量高于DI-SPME,其中庚酸乙酯、辛酸乙酯、壬酸乙酯和癸酸乙酯等化合物的差异最为明显;而对于lg P值>8及含羟基的不易挥发酯类化合物,DI-SPME方法检出的相对含量均高于HS-SPME。

2.3 醇类物质

通过4种不同的前处理方法结合GC-MS从浓香型白酒样品中鉴定出53种醇类化合物,结果见表2。由表2可知,SPE和LLME方法均检出14种醇类化合物,而两种SPME方法均仅检出11种,未检出的3种醇类化合物的lg P值均<2。

表2 不同前处理方式下浓香型白酒样品中醇类化合物的GC-MS测定结果
Table 2 Determination results of alcohols in strong-flavor Baijiu under different pretreatment methods by GC-MS

保留指数 文献保留指数 化合物 lg P 值相对含量/%SPE LLME HS-SPME DI-SPME 1 035 1 100 1 127 1 152 1 179 1 217 1 228 1 260 1 325 1 363 1 451 1 456 1 559 1 661 1 031[26]1 099[12]1 115[26]1 147[26]1 183[27]1 213[12]1 222[28]1 258[28]1 320[29]1 361[12]1 452[23]1 458[26]1 560[26]1 661[26]2-丁醇2-甲基丙醇2-戊醇1-丁醇3-戊烯-2-醇3-甲基戊醇2-己醇1-戊醇2-庚醇1-己醇1-辛烯-3-醇1-庚醇1-辛醇1-壬醇合计0.69 0.69 1.22 0.88 1.04 1.22 1.75 1.41 2.29 1.94 2.64 2.47 3.00 3.53 0.95±0.10 1.90±0.07 3.33±0.06 1.10±0.01<0.01 4.63±0.05 0.22 0.15 0.21 0.61±0.01 0.01 0.03 0.02 ND 13.18 0.35±0.02 0.56±0.03 1.72±0.04 0.26±0.02<0.01 3.01±0.06 0.17±0.01 0.08 0.19±0.01 0.52±0.02 0.01 0.03 0.02 ND 6.93 ND 0.02 0.10 0.02 ND 0.27 0.02 ND 0.07 0.20 0.01 0.03 0.04 0.06 0.94 ND 0.02 0.09±0.01 0.02 ND 0.24±0.03 0.02 ND 0.08±0.01 0.19±0.02 0.01 0.03 0.04±0.01 0.02 0.74

SPE和LLME方法检出的醇类物质的总相对含量均高于两种SPME方法,其中SPE方法检出的醇类物质的总相对含量最高,为13.18%。lg P值≥3的1-辛醇和1-壬醇在两种SPME方法中的相对含量均高于其他两种方法,而lg P值<3的绝大部分化合物相对含量顺序则为SPE>LLME>两种SPME,仅个别物质萃取效率相似,其中lg P值<1的化合物在SPE方法中的相对含量是LLME方法的2倍以上。结果表明,在4种前处理方法中,SPE方法对lg P值<3的醇类物质具有更好的萃取效果。

2.4 酸类物质

通过4种不同的前处理方法结合GC-MS从浓香型白酒样品中共鉴定出15种有机酸类物质,结果见表3。由表3可知,两种SPME方法均仅检出己酸、庚酸和辛酸3种酸类物质,而SPE和LLME方法则均能检出15种酸类物质,且SPE方法中检出的酸类化合物的总相对含量最高,为25.04%。乙酸的lg P值<0,表明其具有亲水性。在两种SPME方法中均未检出乙酸,且在LLME和SPE方法中乙酸的相对含量也较低,说明4种前处理方法对乙酸的萃取效率都不高,因此,对乙酸的分析检测应该采用其他方法。而对于乙酸以外的其他有机酸类物质,lg P值<1.4的酸类物质在SPE方法中的相对含量均高于LLME方法,而lg P值>1.4的酸类物质在两种方法中的相对含量无明显差异。结果表明,SPE方法对大部分酸类物质的萃取效率要高于LLME方法,因此可用于白酒中挥发性酸类物质的检测。

表3 不同前处理方式下浓香型白酒样品中酸类化合物的GC-MS测定结果
Table 3 Determination results of acids in strong-flavor Baijiu under different pretreatment methods by GC-MS

保留指数 文献保留指数 化合物 lg P 值1 493 1 576 1 602 1 660 1 703 1 773 1 800 1 840 1 878 1 988 2 094 2 201 2 307 2 658 2 697相对含量/%SPE LLME HS-SPME DI-SPME 1 471[26]1 564[26]1 585[26]1 652[26]1 692[12]1 772[30]/1 813[31]1 870[12]//2 211[29]2 300[32]2 568[10]2 650[10]乙酸丙酸2-甲基丙酸丁酸异戊酸戊酸2-甲基戊酸4-甲基戊酸己酸庚酸辛酸壬酸癸酸苯乙酸苯丙酸合计-0.28 0.25 0.59 0.78 1.13 1.31 1.66 1.66 1.84 2.37 2.90 3.43 3.96 1.50 1.84 0.01 0.02±0.01 0.18±0.01 4.14±0.13 0.48±0.02 2.67±0.10 0.01 0.02 15.66±0.36 1.11±0.04 0.51±0.03 0.04±0.01 0.01 0.14±0.03 0.03 25.04 0.06±0.01 0.01 0.04 0.92±0.07 0.22±0.01 1.41±0.06 0.01 0.02 15.96±0.71 1.08±0.06 0.54±0.03 0.01±0.01 0.01 0.08±0.01 0.03 20.38 ND ND ND ND ND ND ND ND 2.52±0.14 0.14±0.03 0.13±0.04 ND ND ND ND 3.21 ND ND ND ND ND ND ND ND 3.42±0.02 0.28 0.34±0.01 ND ND ND ND 3.70

2.5 芳香族类物质

采用4种前处理方法结合GC-MS从浓香型白酒样品中共鉴定出10种芳香族类化合物,结果见表4。

表4 不同前处理方式下浓香型白酒样品中芳香族类化合物GC-MS测定结果
Table 4 Determination results of aromatic compounds in strong-flavor Baijiu under different pretreatment methods by GC-MS

保留指数 文献保留指数 化合物 lg P 值相对含量/%SPE LLME HS-SPME DI-SPME 1 546 1 669 1 678 1 796 1 909 1 938 2 038 2 091 2 194 2 207 1 540[26]1 662[26]1 680[26]1 799[33]1 904[34]1 935[12]2 037[12]2 094[35]2 160[1]205[19]苯甲醛苯乙醛苯甲酸乙酯苯乙酸乙酯苯丙酸乙酯苯乙醇苯酚对甲酚己酸-2-苯乙酯2-乙基苯酚合计1.64 1.78 2.73 2.50 2.79 1.36 1.48 1.94 4.42 2.47 0.08 0.04 0.02 0.53±0.01 0.09 0.21 0.05 0.13 0.02 0.05 1.19 0.07±0.01 0.06 0.02 0.55±0.04 0.08±0.01 0.14±0.01 0.02±0.00 0.09±0.01 0.02 0.04 1.09 0.08 ND 0.14 1.28±0.02 0.49±0.01 0.02 ND 0.03 0.10±0.01 ND 2.44 0.11±0.01 ND 0.10±0.02 1.56±0.05 0.38 0.02 ND 0.07±0.01 0.03±0.01 ND 2.12

由表4可知,两种SPME方法均仅鉴定出7种芳香族类化合物,苯乙醛、苯酚和2-乙基苯酚仅在SPE和LLE方法中检出。

通过比较物质的相对含量发现,lg P值为2~5的芳香酯类化合物,即苯甲酸乙酯、苯乙酸乙酯、苯丙酸乙酯和己酸-2-苯乙酯在两种SPME方法中的相对含量均明显高于其他两种方法。苯甲醛在4种方法中检出的相对含量相差不大,其他芳香族类化合物则更适合用SPE和LLME方法处理。在这4种lg P值为2~5芳香族酯类化合物中,除lg P值最小的苯乙酸乙酯在DI-SPME方法中相对含量高于HS-SPME外,其他3种芳香族酯类化合物的相对含量均是HS-SPME高于DI-SPME。苯乙醇、苯酚和对甲酚等带羟基的芳香族化合物的lg P值均<2,在SPE方法中的相对含量均高于其他3种方法。结果表明,SPE和LLME方法适合于白酒中大部分的芳香族类物质的检测,但对于芳香族酯类物质的提取,两种SPME方法则更适合。

2.6 醛类物质

通过4种前处理方法结合GC-MS从浓香型白酒样品中共鉴定出20种醛类物质,结果见表5。由表5可知,14种为缩醛类物质,这些缩醛类物质均在SPE和LLME方法中被检出;而在两种SPME方法中,仅均检出1,1-二乙氧基-3-甲基丁烷一种缩醛。其余6种醛类化合物中,两种SPME方法均仅检出两种,其lg P值均>1;而在LLME和SPE方法中,除异戊醛外,其余均被检出。由于LLME与SPE均采用二氯甲烷作为有机溶剂,而异戊醛与二氯甲烷在相同规格的极性wax色谱柱中的保留指数分布非常接近,所以在SPE和LLME方法中异戊醛被溶剂峰掩盖,未被检测到。1,1-二乙氧基乙烷、1,1-二乙氧基丁烷、1,1,1-二乙氧基戊烷和1-二乙氧基-3-甲基丁烷等在醛类物质中的相对含量最高,且LLME方法中的相对含量明显高于其他3种方法,说明在这4种前处理方法中,LLME方法更适用于白酒中缩醛类物质的检测。

表5 不同前处理方式下浓香型白酒样品中的醛类化合物的GC-MS测定结果
Table 5 Determination results of aldehydes in strong-flavor Baijiu under different pretreatment methods by GC-MS

保留指数 文献保留指数 化合物 lg P 值811 838 844 866 889 923 950 976 1 003 1 052 1 079 1 084 1 091 1 114 1 312 1 337 1 405 1 434 1 530 1 735相对含量/%SPE LLME HS-SPME DI-SPME 819[12]//867[36]892[1]925[12]950[1]// / /1 068[1]1 089[36]/1 291[1]1 340[37]1 400[32]1 431[37]1 498[38]1 717[18]2-甲基丙醛1-乙氧基-1-甲氧基乙烷1,1-二乙氧基甲烷丁醛1,1-二乙氧基乙烷异戊醛1,1-二乙氧基丙烷1,1-二乙氧基丁烷1-(1-乙氧基乙氧基)-丁烷(E)-2-丁烯醛1,1-二乙氧基戊烷1,1-二乙氧基-3-甲基丁烷己醛1-(1-乙氧基乙氧基)-戊烷1,1,3-三乙氧基丙烷1,1-二乙氧基庚烷壬醛1,1-二乙氧基辛烷1,1-二乙氧基壬烷(2,2-二乙氧基乙基)-苯合计0.72 0.61 0.80 0.91 1.14 1.25 1.68 2.21 2.21 0.51 2.74 2.56 1.97 2.74 1.90 3.80 3.56 4.33 4.86 3.14 0.08±0.03 0.06±0.10 0.16±0.01<0.01 2.14±0.12 ND 0.01 0.04<0.01 0.01 0.04 0.29±0.01 0.03<0.01 0.01 0.01<0.01<0.01 0.02<0.01 2.94 0.12±0.01 0.01 0.16±0.01<0.01 6.76±0.93 ND 0.02 0.16±0.01 0.01 0.00 0.16 1.09±0.07 0.03 0.03 0.01 0.01 ND ND 0.02 0.04 8.66 ND ND ND ND ND 0.04 ND ND ND ND ND 0.13±0.05 0.01 ND ND ND 0.03 ND ND ND 0.22 ND ND ND ND ND 0.03±0.02 ND ND ND ND ND<0.01 0.02 ND ND ND 0.02 ND ND ND 0.07

2.7 酮类物质

采用4种前处理方法结合GC-MS从浓香型白酒样品中共鉴定出8种酮类化合物,结果见表6。由表6可知,两种SPME方法均仅检出2-戊酮、2-庚酮和2-壬酮共3种酮类化合物,lg P值>3的2-壬酮仅在两种SPME方法中检出;lg P值<0的乙偶姻仅在LLME方法中检出。酮类化合物在4种前处理方法中被检出的总相对含量大小顺序为SPE>LLME>DI-SPME>HS-SPME。结果表明,SPE和LLME方法萃取效率相似,可以检出白酒中大部分的挥发性酮类物质。

表6 不同前处理方式下浓香型白酒中酮类化合物的GC-MS测定结果
Table 6 Determination results of ketones in strong-flavor Baijiu under different pretreatment methods by GC-MS

保留指数 文献保留指数 化合物 lg P 值895 991 1 088 1 133 1 191 1 272 1 303 1 393相对含量/%SPE LLME HS-SPME DI-SPME 909[12]983[28]1 092[38]1 139[38]1 185[26]/1 296[26]1 392[28]2-丁酮2-戊酮2-己酮4-庚酮2-庚酮4-乙氧基-2-丁酮乙偶姻2-壬酮合计0.37 0.90 1.44 1.97 1.97 0.38-0.43 3.03 0.08 1.88±0.03 0.08 0.01 0.03 0.01 ND ND 2.10 0.11±0.01 1.42±0.06 0.07 0.01 0.03 0.01 0.03 ND 1.67 ND 0.14±0.04 ND ND 0.01 ND ND 0.02 0.14 ND 0.15±0.07 ND ND 0.02 ND ND 0.01 0.18

2.8 呋喃、吡嗪类物质

采用4种前处理方法结合GC-MS从浓香型白酒样品中共鉴定出3种吡嗪类化合物和6种呋喃类化合物,结果见表7。由表7可知,吡嗪类化合物的lg P值均<2;在SPE和LLME方法中,这3种吡嗪类物质均能被检出,但在两种SPME方法中均仅检出三甲基吡嗪一种化合物,然而,据文献[21]报道,使用HS-SPME的前处理方法可从大曲中检测到这3种吡嗪化合物,与本研究结果不一致。这可能是因为白酒中高浓度的酯类化合物与吡嗪类化合物产生了竞争性吸附,导致这类化合物的吸附效率降低。从相对含量来看,在SPE方法中检出的吡嗪类物质均高于其他3种前处理方法。结果表明,在4种前处理方法中,SPE方法更适用于白酒中吡嗪类物质的检测。

表7 不同前处理方式下浓香型白酒样品中呋喃、吡嗪类化合物GC-MS测定结果
Table 6 Determination results of furans and pyrazines in strong-flavor Baijiu under different pretreatment methods by GC-MS

保留指数 文献保留指数 化合物 lg P 值相对含量/%SPE LLME HS-SPME DI-SPME 1 339 1 396 1 415 1 346[17]1 389[36]1 411[12]0.64 1.17 1.17 1 485 1 526 1 632 1 636 1 680 1 875 1 482[12]1 522[12]/1 618[26]1 678[12]1 857[1]2,6-二甲基吡嗪2-乙基-6-甲基吡嗪三甲基吡嗪合计糠醛2-乙酰基呋喃糠酸乙酯2-乙酰基-5-甲基呋喃糠醇己酸糠酯合计0.94 0.52 1.52 0.98 0.20 3.22 0.04 0.01 0.03 0.08 1.80±0.01 0.02 ND 0.02 0.03 ND 1.88 0.02 0.01 0.01 0.04 0.96±0.04 0.01 ND 0.01 0.01 ND 0.99 ND ND 0.01 0.01 0.26±0.01 ND 0.01 ND ND 0.08 0.41 ND ND 0.01 0.01 0.38±0.03 ND 0.02 ND ND 0.02 0.42

在6种呋喃类化合物中,糠酸乙酯和己酸糠酯这两种呋喃酯类化合物仅在两种SPME方法中被检出,这再次验证了SPME对酯类化合物具有更高的吸附性。其余4种呋喃类化合物的lg P值均<1,除糠醛外,其他均未在两种SPME方法中检出,且4种前处理方法中,SPE方法中检出的这4种化合物相对含量高于其他3种前处理方法。

3 结论

本研究采用SPE、LLME、HS-SPME和DI-SPME 4种常用的样品前处理方法结合GC-MS技术从浓香型白酒样品中共鉴定出130种挥发性风味物质,包括酯类53种、醇类15种、酸类15种、芳香族类10种、醛类20种(其中缩醛类14种)、酮类8种、呋喃类6种、吡嗪类3种。不同前处理方法测得的挥发性风味物质种类相似,但数量和含量具有明显差异。SPE和LLME适用于大部分物质的萃取,对于lgP值<0的亲水性物质以及lg P值<2或者lg P值>6的疏水性物质具有较好的萃取率,特别是醛类物质。HS-SPME与DI-SPME测得的酯类和芳香族类物质相对含量高于SPE和LLME方法,尤其适合2<lg P值<6的疏水性酯类物质的测定。本研究结果为后期研究根据物质的疏水性选择合适的前处理方法提供了理论依据。

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Volatile flavor components in strong-flavor Baijiu detected by different pretreatment methods combined with GC-MS

FENG Ziyun1,YANG Kangzhuo1,HE Zhanglan1,WANG Jianli1,ZHENG Jia1,2*
(1.Yibin Wuliangye Co.,Ltd.,Yibin 644000,China;2.Solid-state Fermentation Resource Utilization Key Laboratory of Sichuan Province,Yibin 644000,China)

Abstract:The volatile flavor compounds in strong-flavor(Nongxiangxing)Baijiu were detected and analyzed by four pretreatment methods including solid phase extraction (SPE), liquid-liquid microextraction (LLME), headspace-solid phase microextraction (HS-SPME) and immersion-solid phase microextraction(DI-SPME),combined with gas chromatograph mass spectrometry(GC-MS).The results showed that a total of 130 volatile flavor compounds were identified including 53 esters,15 alcohols,15 acids,10 aromatics,20 aldehydes(including 14 acetals),8 ketones,6 furans and 3 pyrazines.The types of volatile flavor substances measured by different pretreatment methods were similar, but the quantities and contents showed significant differences.SPE and LLME were suitable for the extraction of most substances.They had good extraction rates for hydrophilic substances with lg P<6 and hydrophobic substances with lg P<2 or >6,especially aldehyde substances.The relative contents of esters and aromatic substances measured by HS-SPME and DI-SPME were higher than those by SPE and LLME methods,and were particularly suitable for the determination of hydrophobic ester substances with 2<lg P<6.The research results provided a theoretical basis for further studies on the flavor composition of strong-flavor Baijiu.

Key words:strong-flavor Baijiu;volatile flavor compound;gas chromatography-mass spectrometry;pretreatment method

中图分类号TS262.3

文章编号:0254-5071(2025)06-0266-09

doi: 10.11882/j.issn.0254-5071.2025.06.038

引文格式冯子芸,杨康卓,何张兰,等.不同前处理方法结合GC-MS检测浓香型白酒中挥发性风味成分[J].中国酿造,2025,44(6):266-274.

收稿日期2024-08-12

修回日期:2025-03-21

基金项目四川省科技计划(24RCYJ0124)

作者简介冯子芸(1997-),女,助理工程师,硕士,研究方向为白酒风味化学。

*通讯作者郑 佳(1986-),男,高级工程师,博士,研究方向为白酒风味化学。