酱香型白酒以高粱为主要原料，经润粮、蒸煮、摊晾、加曲、堆积发酵、窖池发酵、固态蒸馏、陈酿、勾调、装瓶等工艺酿造而成，其主要由98%左右的乙醇和水及2%左右的微量成分组成。微量成分包括酯类、醇类、醛酮类、有机酸、芳香族化合物及杂环类化合物等，它们在白酒的香气和口感中起着至关重要的作用[1-2]。酱香型白酒具有酱香突出、香气优雅、酒体丰满醇厚、口感舒适怡人口感醇厚有层次等特点，在白酒消费品中占有重要地位[3-4]。根据《中国酱酒产业和市场相关观察报告》，2024年中国酱酒销售收入达到2 400亿元，实现利润约970亿元，这些数据凸显了酱香型白酒在中国白酒行业中的经济影响力。
空杯留香是指白酒在饮用后，残留在空杯中的香气物质挥发所产生的持续香气[5]，其已被视为酱香型白酒品质的重要评价指标之一[6]。空杯留香主要原因是优质白酒中含有多种芳香气味的化合物，挥发速度慢，酒的香气持续散发[7-8]。顶空-固相微萃取-气相色谱-质谱联用技术（headspace solid-phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry，HS-SPME-GC-MS）是一种高效的分析方法，具有快速、灵敏度高等优点。近年来，该技术已广泛应用于白酒风味物质的研究[9-11]。在酱香型白酒空杯香气物质的探索中，孙文佳等[12]利用静态顶空-气质联用技术测定了酱香型白酒空杯中残留的34种香气成分，并确定出3-甲基丁醛、乙酸、丁酸乙酯、戊酸乙酯和己酸乙酯等11种香气活度值（odor activity value，OAV）＞1的香气活性物质。张卜升[6]利用GC-MS分析15款酱香型白酒静置45 min时的挥发性化合物，在15款酱香型白酒内共检测到155种化合物，共筛选出11种变量重要性投影（variable importance in projection，VIP）＞1的化合物作为酱香型白酒空杯香气的潜在标记化合物。QIN D等[5]利用真空辅助吸附萃取法结合气相色谱质谱法在8种酱香型白酒样品空杯香气中鉴定出81种风味化合物，并筛选出7种可以用以区分不同酱香型白酒样品的潜在标志物。QIN D等[13]报道酱香型白酒的空杯香气持续的时间平均为28 d，其空杯的特点是浓郁的粮香、酸败味和草药香气。但是目前关于酱香型白酒空杯香气的系统研究仍较为有限，对于贵州典型酱香型白酒空杯留香的关键成分仍不清楚。
为此，本研究采用顶空-固相微萃取-气相色谱质谱联用技术，探讨了不同倒扣时间对酱香型白酒空杯香气的影响，并利用统计分析方法解析不同酒样空杯中的挥发性化合物差异及其贡献空杯香气的潜在物质，以期为酱香型基酒的品质提升提供科学的理论依据。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
茅台酒（MT）：贵州茅台酒厂（集团）有限责任公司；习酒（XJ）：贵州习酒股份有限公司；金沙窖酒（JS）：贵州金沙窖酒酒业有限公司。3种酒样的酒精度均为53%vol，每个酒样设置3个平行样。
1.2 仪器与设备
安捷伦7890B-7000C气相色谱-质谱联用仪（配有HP-5MS毛细管色谱柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）、DVB/CAR/PDMS固相微萃取头）：美国Agilent公司。
1.3 方法
1.3.1 不同倒扣时间对空杯留香的影响
取15 mL酒样加入20 mL顶空瓶中，5 min后将酒液倒掉，分别将瓶子倒扣0、1 h、2 h、3 h、4 h、5 h以干燥除去瓶中残留的酒液，分别测定其挥发性风味物质的变化。
1.3.2 空杯留香中的挥发性风味物质测定
样品前处理：将15 mL白酒注入20 mL顶空瓶中，静置5 min后倒掉酒液，并将顶空瓶倒置放置3 h，使其内部完全干燥无残留液珠。随后密封瓶口，使用DVB/CAR/PDMS型固相微萃取（SPME）纤维于70 ℃进行30 min的挥发物吸附。萃取完成后，将SPME纤维插入250 ℃的GC-MS进样口进行解吸，持续时间为5 min。
色谱条件：样品以不分流模式注入，采用HP-5MS毛细管色谱柱进行色谱分离。温度程序设定为：起始温度40 ℃维持3 min，随后以10 ℃/min的速率升温至250 ℃，保持6 min。
质谱条件：采用全扫描模式（Full Scan），扫描范围为35～500 amu，溶剂延迟时间为3 min，离子源温度设置为230 ℃。
定性定量分析：根据美国国家标准与技术研究院（National Institute of Standards and Technology，NIST）数据库进行定性分析，采用峰面积归一化法计算每种香气化合物的相对百分比含量。
1.3.3 相对气味活度值计算
按照LI B等[14]的方法分析挥发性风味化合物对整体风味的贡献度，计算相对气味活度值（relative odor activity value，ROAV），其计算公式如下：
式中：ROAVX表示化合物的相对气味活性值，C%X和TX分别表示风味化合物的相对百分比含量和阈值，对总体风味有最大贡献的风味化合物的相对百分比含量和阈值分别用C%stan和Tstan表示。
1.3.4 数据分析
通过Excel 2016对实验数据进行整理，利用SPSS 25软件进行相关性分析和方差分析，利用Origin 2022和R软件（https：//www.r-project.org）进行主成分分析（principal component analysis，PCA）、正交偏最小二乘法判别分析（orthogonal partial least squares-discriminant analysis，OPLS-DA）。基于circlize 0.4.15软件包中的Z-score算法，对相对峰面积进行标准化处理并绘制热图。物质的相对含量以“均值±标准差”表示。
2 结果与分析
2.1 不同倒扣时间对空杯留香挥发性风味物质的影响
以MT酒样为试验样品，利用HS-SPME-GC-MS系统分析了在不同倒扣时间下的挥发性风味成分变化，不同倒扣时间的空杯挥发性风味化合物数量见图1。由图1可知，鉴定出24种挥发性风味成分，包括酯类、醇类、酸类、醛类及少量烯烃和含氮化合物。
图1 不同倒扣时间的空杯挥发性风味化合物数量
Fig.1 Number of volatile flavor compounds in empty cups at different inverted time
不同倒扣时间下各挥发性风味成分的相对峰面积变化热图见图2。由图2可知，在倒扣0 h条件下，检测到的挥发性化合物数量为24种，其中酯类化合物占主导地位，尤其是短链脂肪酸乙酯（如己酸乙酯、辛酸乙酯），其峰面积在初始时最大。研究表明，酱香型白酒的空杯留香主要来源于酯类物质，可赋予酒体果香、花香和奶油香气，是白酒风味的重要组成部分[15-16]。这些短链酯类易于快速挥发，导致其含量随倒扣时间的延长而迅速下降。经过1 h倒扣，检测到19种挥发性风味化合物，短链脂肪酸乙酯的峰面积已显著下降，但仍可检测到；倒扣2 h时，检测到12种挥发性化合物，这些短链酯类物质几乎完全消失。但中长链脂肪酸乙酯（如月桂酸乙酯、十四酸乙酯）及部分芳香族化合物相对稳定，成为主要残留成分。分析认为，这一现象主要与倒扣初期空杯中残留的酒液珠有关，随着时间推移，这些液珠逐渐挥发，导致部分成分的浓度降低。
图2 不同倒扣时间下空杯挥发性风味成分的相对峰面积热图
Fig.2 Heatmap of relative peak area of volatile flavor compounds in empty cups at different inverted time
倒扣3 h时，空杯中的液珠完全挥发，检测到的挥发性风味成分大幅减少，仅剩11种物质。此时，芳香族酯（如苯乙酸乙酯）、芳香醇（如苯乙醇）及邻苯二甲酸二甲酯等高分子质量和高沸点的物质表现出良好的残留特性，显示出较强的持香性。经过4 h和5 h倒扣后，空杯中的挥发性风味成分进一步减少，分别剩4种和2种挥发性风味物质，主要为高沸点的芳香族酯类、醇类及烯烃类物质。除常规的酯类、醇类、酸类物质外，本研究还在酱香型白酒空杯中检测到角鲨烯和四甲基吡嗪，这表明酱香型白酒空杯中挥发性风味成分具有较高的结构多样性，可能对香气的复杂性与持久性起到重要作用。
上述结果表明，酱香型白酒空杯中的挥发性风味成分在不同倒扣时间下表现出明显的分层挥发特征。短链酯类因分子质量小易于快速挥发，主要贡献于前期香气；而高碳脂肪酸酯、芳香族酯及芳香醇类物质则因较高的沸点和分子质量，挥发较慢，主要负责后期空杯持久留香。因此，倒扣3 h时空杯中所保留的挥发性成分具有较强的稳定性，既能准确反映白酒核心香气成分的稳定性，又避免了前期快速挥发组分的干扰，更好地代表了白酒的空杯香气物质。综上所述，选择空杯倒扣时间为3 h，有助于准确分析不同酒样在空杯中的挥发性风味物质差异。
2.2 不同酒样的空杯留香挥发性风味物质分析
贵州是中国酱香型白酒的主要生产省份，拥有茅台镇、习水、金沙等多个核心产区，各产区的产品呈现出各具特色的风味特征[17]。为进一步解析贵州典型酱香型白酒在空杯留香特征上的异同，研究选取贵州省的3种典型酱香型白酒MT、XJ、JS进行空杯挥发性成分分析。通过HS-SPME-GC-MS对3种酒样的空杯香气进行分析，结果见表1，基于挥发性风味物质的峰面积绘制热图，结果见图3。
表1 不同酱香型白酒的空杯挥发性风味成分峰面积
Table 1 Peak area of volatile flavor components in empty cups of different sauce-flavor Baijiu
注：“/”表示未检出，同行不同小写字母表示差异显著（P＜0.05）。
图3 不同酱香型白酒的空杯挥发性风味成分相对峰面积热图
Fig.3 Heatmap of relative peak area of different volatile flavor compounds in empty cup of different sauce-flavor Baijiu
由表1和图3可知，共鉴定出26种挥发性成分，主要是酯类、酸类、醇类、吡嗪类。在3种酒样的空杯中均检测出己酸、癸酸等短链脂肪酸，这类化合物在46%乙醇溶液中通常表现出较强的酸臭、汗臭或窖泥臭特征。由于极性较强，短链脂肪酸通常具有较低的嗅觉阈值，随着碳链增长，其阈值逐渐降低，但超过一定碳链长度后，阈值可能再次升高[18]。长链脂肪酸（棕榈酸）在JS和XJ酒样检出，棕榈酸可与挥发性香气化合物发生相互作用，影响白酒的口感[19]。适量的长链脂肪酸不仅能够使酒体香气舒缓，回味悠长，避免出现爆香及后味寡淡的现象[20]，还能起到减少苦味、增长后味、使酒体丰满、促进回甜、增加醇厚度等作用[21]。
棕榈酸乙酯在3种酒样的空杯中均检出。棕榈酸乙酯是白酒中常见的长链脂肪酸酯，赋予酒体蜡质气息与奶油样香气。在低温条件下，该酯类物质易形成絮状沉淀，是导致白酒出现浑浊现象的主要成分之一，并对酒体黏稠度具有明显提升作用。已有研究表明，向乙醇体系中添加一定浓度的棕榈酸乙酯能够显著调控风味分子的挥发行为，从而引起整体风味特性的变化[22]。己酸乙酯仅在XJ酒样中检出，该物质是酱香型白酒中的重要酯类之一，赋予酒体类似果香和窖香[23]。相比之下，MT酒样中长链酯类（如油酸乙酯、亚油酸乙酯）的相对含量较高，这两种化合物主要贡献类似脂肪或油脂的气味[24]，直接影响酒体的油润感和丰满度。MT酒样中还富含月桂酸乙酯、肉豆蔻酸乙酯等酯类物质，前者具有类似月桂香的气味，后者则具有类似花香特征。这些酯类的协同作用可能增强了成品酒和MT酒样空杯香气丰富度，使其表现出更复杂的风味层次。
苯乙醇在MT中表现出较高的含量。苯乙醇具有类似花香和果香特征，在提升酒体香气层次方面起到重要作用。尽管XJ酒样中苯乙醇的含量略有下降，其香气贡献仍然明显，在空杯香气物质中占据重要地位。苯乙酸的分布趋势与苯乙醇相似，在MT中的含量较高。QIN D等[13]的研究结果表明，苯乙醇和苯乙酸在酱香型白酒空杯香气中占据主导地位，它们对空杯香气的贡献较为显著。本研究进一步证明了苯乙醇和苯乙酸在酱香型白酒空杯风味构成中的重要性。
四甲基吡嗪在MT酒样的空杯中相对含量最高。四甲基吡嗪是白酒中重要的含氮杂环化合物，主要通过美拉德反应生成。由于该反应通常在高温条件下显著发生，因此高温制曲、高温堆积发酵及高温蒸馏工艺使酱香型白酒中四甲基吡嗪含量显著高于其他香型[25-26]。
综上，MT酒样表现出较为丰满和复杂的香气层次，一定含量的己酸乙酯是XJ这一品类产品所具有的果香特征的重要来源。苯乙醇和苯乙酸在3个酒样中均表现出较高的含量，对空杯香气的形成具有重要作用。分析认为：不同酒样在空杯香气上的差异不仅取决于酯类、醇类和脂肪酸的相对含量，并与这些化合物在酒体中的相互作用密切相关。
2.3 不同酒样的空杯中关键差异化合物的筛选
2.3.1 差异化合物分析
为了阐明3种酒样的空杯香气之间的差异，利用主成分分析（PCA）和正交偏最小二乘法判别分析（OPLS-DA）对GC-MS数据进行多元统计分析，结果见图4。
图4 3种酒样的空杯挥发性风味成分主成分分析（a）、正交偏最小二乘判别分析（b）、200次置换检验结果（c）及变量重要性投影值（d）
Fig.4 Principal component analysis (a),orthogonal partial least-squares discriminant analysis (b),results of the 200-permutation test (c),and variable importance in projection value (d) of volatile flavor compounds in empty cups of three Baijiu samples
由图4a可知，PC1和PC2的方差贡献率分别为63.3%和33.0%，总的方差贡献率达到96.3%，说明前两个主成分能较好的代表整体信息。这3组酒样的空杯香气特征能得到很好的区分，XJ、JS距离较近，但与MT距离较远。由图4b和4c可知，OPLS-DA分析总方差贡献率为96.6%，变量解释率R2=0.996 4、预测能力Q2=0.998 2，说明模型不存在过拟合现象，模型可靠。PCA和OPLS-DA分析表明，两个模型均能将贵州不同酱香型酒样进行区分，且不同酒样组内差异较小，组间差异较大。进一步明确3组酒样空杯中的差异化合物，根据变量重要性投影（VIP）＞1筛选出差异化合物，结果见图4d。由图4d可知，共有13种VIP＞1的化合物，分别是肉豆蔻酸乙酯、己酸乙酯、1,1-乙二醇二乙酸酯、十七烷酸乙酯、（S）-1,2-丙二醇、α-酮戊二酸、9-十六碳烯酸乙酯、苯乙醇、2,4-二甲基-3-戊醇、四甲基吡嗪、棕榈酸乙酯、油酸乙酯、月桂酸乙酯。表明这13种空杯香化合物可用来区分不同样品。
2.3.2 化合物风味贡献分析
相对气味活性值（ROAV）是一种基于风味物质嗅觉阈值来识别食品关键香气成分的方法，可用于评估各风味化合物对样品整体香气特征的相对贡献[27]。1≤ROAV≤100表明化合物对样品的主要风味具有重要贡献，0.1≤ROAV≤1表明化合物对样品具有风味贡献[14]。在本研究中，苯乙酸对空杯的整体风味贡献很大。为此，将苯乙酸的ROAVstan定义为100，进一步计算其他风味化合物的贡献度，筛选出ROAV≥1的关键风味化合物，结果见表2。
表2 不同酱香型白酒空杯挥发性风味成分的相对气味活度值
Table 2 Relative odor activity value of volatile flavor compounds in empty cups of different sauce-flavor Baijiu
由表2可知，在部分酒样中检测到庚酸、己酸乙酯。庚酸仅在MT酒样的空杯中检出，其ROAV为0.60。癸酸在3组酒样的空杯中均检出，其对MT、XJ、JS的空杯风味贡献较低，分别为1.04、1.42、2.13，这可能赋予空杯中一定的酸味或动物气味。
在酯类化合物中，酒样XJ中己酸乙酯的ROAV高达94.10，表明其对该酒样空杯香气的贡献极为显著。肉豆蔻酸乙酯在酒样JS中的ROAV最高（82.23），这表明其甜腊质和花香特征可能增强酒样JS的空杯香气丰满度。在MT和XJ酒样中也检测到一定含量的肉豆蔻酸乙酯，其ROAV分别为58.69和35.97，这些组分赋予酒体甜香和花香特征。
吡嗪类化合物一般呈焙烤香和坚果香[28]。本研究检测到的四甲基吡嗪在酒样MT和JS中的ROAV分别为1.26和1.22，说明其可能对这2种酒样的空杯香气层次起到一定的提升作用。四甲基吡嗪带有甜香、花香和水蜜桃香气，这可能是酒样MT和JS在空杯留香中具有更持久、愉悦香气的原因之一。
3组酒样的空杯香气特征存在明显差异。MT酒样表现出较为丰满的油润感、花香、甜香，其空杯香气更持久、愉悦；XJ酒样的空杯表现出更强的果香；JS的空杯留香特征与MT酒样较为相似，表现出较强的花香和果香。
综上，基于VIP＞1筛选出的差异化合物中，肉豆蔻酸乙酯、苯乙酸、己酸、癸酸的ROAV＞1，表明这4种物质可能是上述3组酱香型酒样（MT、XJ、JS）空杯中的关键差异风味物质。
3 结论
本研究采用HS-SPME-GC-MS联用技术，结合主成分分析（PCA）、正交偏最小二乘-判别分析（OPLS-DA）及相对气味活性值（ROAV）法，系统探究了茅台酒（MT）、习酒（XJ）、金沙窖酒（JS）3种酱香型白酒的空杯留香特征及其差异。分析确定酱香型白酒的倒扣时间为3 h。在此条件下，3种酒样空杯中挥发性成分的种类及相对含量均存在显著差异（P＜0.05）：MT酒样呈现出丰富的花香、甜香和油润感；XJ酒样以果香为主；JS酒样则表现出复杂的花果香层次。通过变量重要性投影值（VIP＞1）和相对气味活性值（ROAV＞1）分析，筛选出对3种酒样空杯香气差异起关键作用的风味化合物为肉豆蔻酸乙酯、苯乙酸、己酸、癸酸。本研究揭示了酱香型白酒空杯留香的层次性与差异性，为深入理解白酒空杯风味物质提供了新的思路。
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