GC-IMS结合多元统计学比较不同产区市售酱香型白酒挥发性风味成分

作为中国白酒最具代表性的香型之一[1]，酱香型白酒的生产过程较为复杂，对酿造原料、地理环境及其他微生态环境均有一定要求[2]。酱香型白酒的核心产区主要分布于贵州省和四川省接壤的赤水河流域沿岸，独特的地理位置和气候条件孕育出一大批知名的酱香型白酒品牌，例如茅台、郎酒和习酒等。除此之外，我国山东省、河北省和黑龙江省等北方地区亦衍生出许多酱香型白酒品牌，例如云门酱酒、北大仓酱酒和河北迎春酒等。由于酿造环境、工艺以及储藏方式的差异，有研究指出贵州省仁怀市和四川省出产的酱香型白酒具有自身独特的风味特征，仁怀产区样品主要呈现曲香，而四川产区样品则呈现青草香[3]。此外，亦有研究指出河北和黑龙江地区出产的酱香型白酒风味特征亦存在显著差异，河北产区样品粮香、曲香、焦香突出，整体呈现焦中带酱的感官，而黑龙江产区样品甜香更为突出[4]。因此，对不同产区出产的酱香型白酒风味物质进行解析，积极甄别不同产区酱香型白酒的风味特征物质，对酱香型白酒风味品质的提升具有积极意义。

气相色谱-离子迁移谱（gas chromatography-ion mobility spectrometry，GC-IMS）技术在发酵食品挥发性风味物质鉴别领域具有广泛的应用[5]，其通过高选择性识别样品中可挥发性成分，获得被测物质的三维数据（保留时间、迁移时间和离子强度），具有操作简单快捷、灵敏度高和谱图可视化的分析优势[6]。在酿造酒风味研究领域，该技术已用于猕猴桃酒酒龄的识别[7]、石榴果酒挥发性风味物质的动态变化规律揭示[8]以及不同品质白酒挥发性风味物质的甄别[9]等。由此可见，将GC-IMS技术用于酱香型白酒挥发性风味物质的解析具有一定的可行性。

本研究采用GC-IMS技术和多元统计学研究方法，对茅台镇和其他地区酱香型白酒样品的挥发性风味成分进行比较分析，结合主成分分析（principal components analysis，PCA）和相对气味活度值（relative odor activity value，ROAV）得到关键化合物（ROAV＞1），以期为酱香型白酒产地与其风味品质之间对应关系的确立提供理论参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

酱香型白酒样品：市售，酒精度均为53%vol，均为2022年出厂。其中，4个样品产自贵州茅台镇（编号为S1、S2、S3、S4），其余4个样品分别产自河北邯郸市、河北磁县、北京昌平区和黑龙江齐齐哈尔市（编号分别为N1、N2、N3、N4）。

1.2 仪器与设备

Flavour SpecR 气相色谱-离子迁移谱联用仪（配自动进样顶空装置）：德国G.A.S公司；WAX毛细管色谱柱（30 m×0.53mm，1 μm）：美国RESTEK公司；20 mL磁力钳口顶空进样瓶：中国浙江哈迈科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 不同产区酱香型白酒挥发性风味成分GC-IMS分析

样品前处理：准确吸取100 μL酱香型白酒样品于20 mL磁力钳口顶空进样瓶中，并加入900 μL蒸馏水稀释，用磁性铝盖和硅胶隔垫密封后常温下避光保存，每个样品做三组平行。

自动顶空进样条件：参考ZHANG Q等[10]的方法，将处理好的白酒样品置于进样盘待检，设置顶空孵育温度：60℃；加热方式：振荡加热；孵育时间：15 min；孵化转速50 r/min；平衡时间：5 min；顶空进样针温度：85 ℃；进样体积：100 μL；进样模式：不分流；使用高纯氮气（N2）（纯度≥99.99%）推动和清洗顶空针；清洗时间：5 min。

气相色谱条件：参考YU H Y等[11-12]的方法，气相色谱柱温度为60 ℃，以高纯度的N2（纯度≥99.999%）作为载气，设置流速程序：初始流速2 mL/min，保持2 min，然后经过8 min线性增加到10 mL/min，再经过20 min线性增加到100 mL/min；采集时间30 min。

离子迁移谱条件：参考LIU C F等[13-14]的方法，漂移管温度为45 ℃，以高纯度的N2（纯度≥99.999%）作为漂移气，流速保持在150 mL/min，线性电压为500 V/cm。漂移管内部的电离源为氘辐射，即β射线，放射源为3H，电离模式为正离子模式。

定性定量分析：使用GC-IMS配套的VOCal软件内置美国国家标准与技术研究院（National Institute of Standards and Technology，NIST）数据库和IMS数据库对被测物质进行定性分析；根据峰体积归一化法计算已定性挥发性成分的相对含量。

1.3.2 相对气味活度值的测定

参考杨李娜等[15]的方法计算样品中挥发性成分的ROAV。选取对样品总体风味贡献最大的挥发性风味成分的ROAV定义为100，并按照以下公式对其他化合物的ROAV进行计算。

式中：Ci为样品中挥发性风味成分的相对含量，%；Ti为该挥发性风味成分对应的阈值，μg/L；Cm为对样品风味贡献最大的挥发性风味成分的相对含量，%；Tm为对样品风味贡献最大的挥发性风味成分的阈值，μg/L。

使用SAS 9.4软件对已定性挥发性风味成分进行主成分分析，使用Origin 2021软件绘制柱状图、因子载荷图和因子得分图，使用R 4.2.1软件绘制气泡图。

2 结果与分析

2.1 茅台镇和其他产区酱香型白酒挥发性风味成分定性分析

本研究采用GC-IMS技术对8个酱香型白酒样品进行定性分析，结果见表1。由表1可知，8个样品中共定性出51种挥发性风味成分，包括酯类24种、醇类9种、醛类10种和酮类8种，其中包含12种化合物的单体、二聚体和多聚体，这与张卜升等[4]的研究结果较为相似，表明这些挥发性风味成分共同作用影响酱香型白酒的特征风味。

2.2 茅台镇和其他产区酱香型白酒挥发性风味成分相对含量分析

为了清晰地观察不同产区市售酱香型白酒中挥发性风味成分的构成，本研究基于归一化法对已定性挥发性风味成分进行相对定量分析，并统计各白酒样品中不同类挥发性风味成分累积占比，结果见图1。

由图1可知，酯类化合物是茅台镇和其他地区酱香型白酒的主要香气成分，相对含量分别在55.28%～62.38%和61.40%～65.09%之间，酯类物质可以赋予酱香型白酒浓郁的果香、花香和甜香等芳香风味[16-17]。其次是醇类、醛类和酮类化合物，醇类化合物相对含量分别在15.18%～21.09%和16.79%～18.65%之间，醇类是白酒醇甜口感和助香剂的主要来源[18-19]。醛类化合物相对含量分别在5.13%～5.80%和3.67%～6.14%之间，酮类化合物相对含量分别在3.73%～5.81%和2.14%～4.43%之间，醛酮类化合物具有增加酒体的刺激性和芳香风味的作用[20-21]，这些化合物共同构建了酱香型白酒的主体香气特征。对以上结果进行方差分析发现，酯类、醇类、醛类和酮类化合物的相对含量在茅台镇和其他地区酱香型白酒之间差异均不显著（P＞0.05），说明不同产区酱香型白酒中挥发性成分整体较类似。唐平等[22]采用GC-MS技术对赤水河流域的茅台镇、习水、遵义、金沙和古蔺5个产区酱香型白酒进行分析发现，赤水河流域酱香型白酒的挥发性化合物种类丰富，但主要化合物种类均为酯类、醇类、醛类和酮类，且不同产区酱香型白酒中的酯类化合物种类和相对含量均占据绝对优势，这与本研究结果一致，体现了酱香型白酒酯香突出的主要风味特征。

2.3 茅台镇和其他产区酱香型白酒挥发性风味成分差异分析

基于PCA，本研究对茅台镇和其他产区酱香型白酒中挥发性风味成分进行了多元统计分析，探究了不同产地酱香型白酒中挥发性风味成分的差异，结果见图2。

由图2（A）可知，PC1方差贡献率为30.74%，代表变量包括丙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸乙酯等，PC2方差贡献率为28.93%，代表变量包括己酸乙酯、丁酸丙酯、戊酸乙酯等，PC1和PC2可以累积反映原始数据标准变异的59.67%，基本可以代表和解释8个酱香型白酒的大部分风味信息。由图2（B）可知，不同产地酱香型白酒样品在空间排布上具有明显的分离趋势，表明茅台镇和其他地区酱香型白酒样品之间挥发性成分构成具有明显差异。结合图2（A）发现异戊酸乙酯、异丁酸乙酯、乳酸乙酯、乙酸异戊酯、3-甲基-1-丁醇、2-甲基丙醇、糠醛、丙酮和2-丁酮等物质在茅台镇酱香型白酒中明显富集，乙酸乙酯、戊酸乙酯、丁酸乙酯、丙酸乙酯、乙酸丙酯、甲酸乙酯和乙醇等物质在其他地区酱香型白酒中明显富集，说明上述差异挥发性风味成分能有效区分茅台镇和其他产区白酒样品。

2.4 茅台镇和其他产区酱香型白酒关键差异挥发性风味化合物的筛选

已有研究证实，白酒中挥发性风味成分的含量与其对酒体的香气贡献不一定呈正相关，还需要结合酒体中各成分的阈值进行有效分析[24]。为了进一步明晰茅台镇和其他产区区酱香型白酒中差异挥发性风味成分的贡献情况，本研究通过查阅相关文献确定了差异挥发性风味成分在白酒中的香气阈值，并计算了其ROAV，以ROAV＞1作为关键差异挥发性风味化合物的筛选标准，ROAV越高表明其对酒体的香气贡献越突出[15]，结果见表2。由表2可知，从8个酱香型白酒样品中共获得6种关键挥发性风味化合物（ROAV＞1），分别为异戊酸乙酯、己酸乙酯、戊酸乙酯、丁酸乙酯、辛酸乙酯和乙酸异戊酯，其中对茅台镇酱香型白酒香气贡献更突出的为异戊酸乙酯、辛酸乙酯和乙酸异戊酯，ROAV分别为82.25、5.56、1.52，对其他地区酱香型白酒香气贡献更突出的为己酸乙酯、戊酸乙酯、丁酸乙酯，ROAV分别为33.19、32.55、10.48。这些化合物对酱香型白酒香气轮廓的形成具有决定性的作用。结合挥发性风味成分的风味特征可知，茅台镇酱香型白酒果香味特征突出，而其他产区酱香型白酒则呈现窖香、果香、甜香等多种风味的复合表达。值得一提的是，纳入本研究的酱香型白酒样品均是经过勾调后的市售产品，为了迎合消费者的喜好，并没有完全保留住酱香型白酒的原有特征风味，从而可能影响酒体中挥发性风味化合物的香气贡献[25]。

3 结论

本研究采用GC-IMS技术结合多元统计学分析方法，对4个产自茅台镇和4个产自其他地区的市售酱香型白酒的挥发性风味成分进行比较分析。结果表明，8个白酒样品中共定性出51种挥发性风味成分，包括酯类24种、醇类9种、醛类10种和酮类8种。PCA结果表明，茅台镇和其他地区酱香型白酒中各挥发性风味成分存在差异。根据ROAV＞1共筛选得到6种关键差异挥发性风味化合物，分别为异戊酸乙酯、己酸乙酯、戊酸乙酯、丁酸乙酯、辛酸乙酯和乙酸异戊酯。其中，对茅台镇酱香型白酒香气贡献更突出的为异戊酸乙酯、辛酸乙酯和乙酸异戊酯，对其他地区酱香型白酒香气贡献更突出的为己酸乙酯、戊酸乙酯、丁酸乙酯。

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