白酒酿造具有生料制曲、开放式制曲和酿酒环境、多菌种混合固态发酵、甑锅固态蒸馏等工艺特点[1-3]。原辅料的香气物质、酒曲微生物代谢物、窖泥微生物代谢物及蒸馏酒醅产生的香气物质共同组成白酒中复杂多样的风味成分[3-4]。复合香型白酒通常具有2种及以上基本香型白酒的风味特征,又兼顾自身的风格特点,具有生产工艺多样、香气类型多样和风味层次多样的特征[5]。金裕皖馥香白酒作为典型的复合香型白酒,其酿造原料选用高粱、大米和糯米,制曲原料选用豌豆、小麦和大麦,采用高温大曲、中温大曲和麸曲作为糖化发酵剂,以“老窖泥池底”的窖池作为发酵容器,采用“高温堆积、续糟配料、混蒸混烧、分层蒸馏”工艺。
白酒中挥发性风味物质含量低,通常需要前处理富集微量组分,常用方法包括液液萃取、固相微萃取(solid-phase microextraction,SPME)及搅拌棒吸附萃取等,其中SPME因灵敏度高、无溶剂、操作简便而被广泛应用[6-7]。常用检测方法主要为气相色谱-质谱法,但该方法难以有效分离解析白酒复杂风味基质中的微量组分[8]。相比之下,全二维气相色谱-飞行时间质谱(comprehensive two-dimensional gas chromatography-timeof-flight mass spectrometry,GC×GC-TOFMS)具有更高的峰容量、分辨率和灵敏度,已广泛应用于酒类产品的风味研究[9-12]。相对气味活度值(relative odor activity value,ROAV)可量化单一香气组分对食品整体香气轮廓的贡献程度,该指标由香气物质含量与对应香气阈值共同决定[9],借助ROAV分析能够区分白酒中一般风味贡献物质与特征关键香气组分[9,13-15]。目前,已有较多基于风味组学方法对白酒感官特征、风味组分及其特点的研究[6,12,14]。
为探究不同质量等级馥香白酒挥发性风味物质特征及其差异,本研究采用GC×GC-TOFMS并结合ROAV及变量投影重要性(variable importance in projection,VIP)值对窖底酒、优级酒、普级酒3个质量等级馥香白酒的挥发性风味成分进行分析,为馥香白酒品质提升与工艺优化提供理论支撑。
3个质量等级酒样均于2025年5月下旬蒸馏制得。其中,酒醅发酵期为45 d的蒸馏原酒包括窖底酒(乙醇体积分数(75.83±0.15)%)、优级酒(乙醇体积分数(73.79±0.27)%)、普级酒(乙醇体积分数(52.45±0.36)%),编号分别为XD、XY、XP;酒醅发酵期为90 d的蒸馏原酒包括长发酵窖底酒(乙醇体积分数(72.57±0.37)%)、长发酵优级酒(乙醇体积分数(70.74±0.16)%)、长发酵普级酒(乙醇体积分数(61.59±0.15)%),编号分别为LD、LY、LP。
无水乙醇(色谱纯) 上海阿拉丁生化科技股份有限公司;正己醇-D13(色谱纯) 加拿大C/D/N Isotopes公司。
7890A GC-GC仪、DB-HeavyWAX毛细管色谱柱(30 m×250 μm,0.5 μm) 美国Agilent公司;Pegasus 4D TOFMS仪 美国LECO公司;Rxi-17 Sil MS毛细管色谱柱(2 m×150 μm,0.15 μm) 美国Restek公司;MPS-2顶空固相微萃取(headspace solidphase microextraction,HS-SPME)多功能自动进样系统 德国Gerstel公司;50/30 μm DVB/CAR/PDMS三相萃取 头(2 cm) 美国Sigma-Aldrich公司;Milli-Q超纯水仪 美国Millipore公司。
1.3.1 酒样挥发性风味物质测定
1.3.1.1 前处理
采用超纯水分别将不同质量等级酒样稀释至乙醇体积分数10%,4 ℃密封避光保存。
1.3.1.2 HS-SPME条件
取5 mL酒样加入20 mL顶空瓶中,加入10 μL 10.00 mg/L内标正己醇-D13溶液(50%乙醇配制),加盖密封;50 ℃孵育10 min,采用DVB/CAR/PDMS纤维头萃取30 min,立即插入250 ℃ GC进样口,解吸5 min[9,16-17]。
1.3.1.3 GC×GC-TOFMS分析
GC×GC条件:一维色谱柱为DB-HeavyWAX毛细管色谱柱(30 m×250 μm,0.5 μm),二维色谱柱为Rxi-17 Sil MS毛细管色谱柱(2 m×150 μm,0.15 μm),载气为高纯氦气,流速1.0 mL/min,不分流。升温程序为:初始温度40 ℃保留5 min,然后以5 ℃/min升至220 ℃,再以20 ℃/min升至250 ℃,保留2.5 min;二维色谱柱柱温高于一维色谱柱5 ℃,调制解调器温度始终保持高于二维色谱柱15 ℃,全二维分析调制周期4.0 s,接口温度270 ℃[9,16-17]。
MS条件:电子电离源,离子源温度250 ℃,电离能量70 eV;检测器电压1 680 V、传输线温度280 ℃、质谱采集速率50 s-1、质量扫描范围m/z 29~500、扫描频率100 Hz[9,16-17]。
1.3.1.4 定性和定量分析
采用Chroma TOF工作站进行TOFMS数据处理,自动识别信噪比大于50的色谱峰并完成积分与解卷积;将解谱所得峰表分别与NIST 14和Wiley 9质谱库自动匹配检索。结合人工解谱、同系物二维色谱出峰规律比对得到初步定性物质;剔除烷烃类组分后,筛选匹配度、反向匹配度均大于700且匹配可能性大于4 000的化合物作为最终定性结果[16-17];采用内标法对挥发性风味物质进行定量分析[9,15]。
1.3.2 ROAV计算
ROAV可用于评估单体化合物对整体风味的贡献,通过查阅相关文献[18-19]得到各挥发性风味成分在水中的香气阈值,按下式计算ROAV[9,20]:
式中:Cx和Tx分别为挥发性风味化合物的质量浓度和香气阈值/(mg/L);Cs和Ts分别为内标物质的质量浓度和香气阈值/(mg/L)。
所有实验均重复3次,利用Excel 2019软件对数据进行处理,使用SPSS 21.0软件进行单因素方差分析,采用TBtools 2022绘制热图,采用Cytoscape 3.4.0绘制感官特征与挥发性风味组分网络关联图,采用SIMCA 14.1软件进行主成分分析(principal component analysis,PCA)、偏最小二乘判别分析(partial least squares-discriminant analysis,PLS-DA)和正交偏最小二乘判别分析(orthogonal partial least squares-discriminant analysis,OPLS-DA)。
由表1可知,从不同酒样中共鉴定出1 710种挥发性风味成分,样品XP、XY、XD、LP、LY和LD中分别鉴定出1 638、1 393、1 380、1 710、1 612种和1 579种挥发性风味物质;其中,样品LP中检测到的酯类物质最多(281种),样品XP中检测到的醇类(137种)、酮类(126种)、羧酸类(48种)和其他类物质(527种)均最多。
表1 不同质量等级馥香白酒挥发性风味成分GC×GC-TOFMS检测结果
Table1 GC × GC-TOFMS detection results of volatile flavor components in Fu-flavor Baijiu of different quality grades
样品含氮杂环化合物苯环类酯类醇类酮类脂质和类脂醚类羧酸类含氧杂环化合物其他类合计XD178190244103105723943293771 380 LD188219271121971094443374501 579 XP172204262137126805248305271 638 XY162210245101105654840273901 393 LP2192702811071031045945324901 710 LY1931952671221021034642395031 612
酯类是所有样品中数量最多、占比最高的挥发性组分类别,样品XP、XY、XD、LP、LY和LD中酯类物质检出244~281种,与白酒“酯香为主体、多香复合”的典型风味特征高度吻合[4,6]。其中,样品LP酯类物质数量最多,这与长发酵期窖泥微生物群落结构稳定、厌氧环境持续强化密切相关,己酸菌、酵母菌等协同代谢产生大量有机酸与乙醇,在酯化酶长期催化下不断生成中长链酯类,显著提升酯类物质种类与含量[16,31]。相比之下,发酵45 d酒样酯类种类偏少,说明发酵时长是决定酯类风味物质形成与富集的关键工艺因素[21]。
醇类物质在白酒中起到调和香气的作用,部分醇类物质还具有一定的苦味和涩味,其种类和含量变化会影响白酒的口感和风味[6]。另外,酮类物质通常具有特殊的香气,如奶油香、坚果香等[6];羧酸类物质多具有酸味,适度的酸度可以增强白酒的甜味,消除苦味、杂质和干燥感[17]。样品XP中醇类物质(137种)、酮类物质 (126种)、羧酸类物质(48种)数量最多,这可能与以下原因有关:短发酵时间内,酵母菌代谢产生的醇类和有机酸尚未充分发生酯化反应,导致游离醇类和羧酸类前体物质积累;同时,脂肪酸的β-氧化及部分氨基酸的分解代谢在短时间内产生较多酮类中间代谢产物,而发酵时间不足使这些中间代谢物未能进一步转化为酯类等终产物[21]。 另外,普级酒LP检出苯环类物质270种,为全部组别中最多;窖底酒样品里中,LD(长发酵窖底酒)苯环类物质检出219种,明显高于短发酵窖底酒XD(190种), 推测苯环类物质富集与长期窖泥环境带来的窖底香风味特征相关[5-6]。
样品中还检出含硫化合物、吡嗪类及呋喃类化合物,该类物质均具有独特的香气特征,与酯类、醇类等化合物所带来的香气有所不同,这些香气共同交织构成复杂且独特的香气[20-24]。除此之外,吡嗪类与呋喃类化合物多具有生理活性,属于有益健康的功能组分[25-27]。综上,不同质量等级馥香白酒挥发性风味成分差异明显,且延长发酵时间可明显提升酯类物质含量,是决定馥香白酒风味品质与等级差异的关键工艺因素。
由图1A可知,PCA得分图可有效区分6组样品的风味特征,PC1、PC2分别解释22.7%、14.1%总变异,累计方差贡献率偏低。这是由于本研究检出大量挥发性风味物质,高维数据结合无监督PCA算法易引入发酵时长、微量杂峰等无关变异信息,造成方差被分散。各组样本聚类独立、6组样品各自分布于不同区域,组内离散程度低[28] 且样品间几乎无明显交叉重叠,表明不同组别酒样的风味物质组成存在天然区分趋势,为后续筛选品质相关差异风味组分提供基础统计学依据。由图1B可知,有监督模型可剔除与分组无关的正交变异,定向提取不同质量等级样品间特异性风味成分组成差异,全部组别样品实现完全分离,该模型的解释变异量(
)和预测能力(Q2)分别为0.994和0.925,两者均接近于1,说明该模型对数据有较好的解释度,表明各不同等级之间存在显著差异[29]。为检验该模型是否可靠,将该模型经过200次置换检验,由图1C可知,模型自变量拟合指数(R2)为0.93、模型预测指数(Q2)为-0.07,其模拟值低于原始值,Q2回归线截距为负值,表明模型不存在过拟合[30-31]。综上可见,该模型稳定性较好,仪器分析和数据结果均具有较高的可靠性,不同质量等级挥发性风味物质差异明显。
图1 不同质量等级馥香白酒挥发性风味物质PCA得分图(A)、OPLS-DA得分图(B)和200次置换检验结果(C)
Fig.1 PCA score plot (A), OPLS-DA score plot (B) and 200 permutation test results (C) of volatile flavor compounds based on the volatile components of Fu-flavor Baijiu of different quality grades
为分析挥发性风味物质对区分不同质量等级馥香白酒的贡献率,根据OPLS-DA模型,基于VIP>1、P<0.05提取贡献度前50的差异挥发性风味物质并绘制热图,结果见图2。发酵45、90 d样品分为2大簇,表明发酵时间是组分差异的核心驱动因子;同时,对相同发酵期的样品而言,优级酒与窖底酒的挥发性风味物质聚类接近,与普级酒距离较远,质量等级相关的风味差异同样受发酵过程中微生物代谢的定向调控。
图2 不同质量等级馥香白酒排名前50种差异挥发性风味成分热图
Fig.2 Heatmap of the top 50 differential volatile flavor compounds in Fu-flavor Baijiu of different quality grades
乙基吡嗪、2,3-二甲基-5-乙基吡嗪、三甲基吡嗪等吡嗪类化合物在XP组含量较高,而在长发酵期样品中含量相对较低,这一差异与短发酵期的微生物群落结构及微环境特征密切相关。短发酵阶段,酒醅更易处于好氧环境,一方面加速还原糖与含硫氨基酸之间的美拉德反应,另一方面为芽孢杆菌等好氧微生物增殖提供条件,可通过氨基酸脱羧反应、吡嗪合成酶催化等途径将亮氨酸、异亮氨酸等氨基酸转化为吡嗪类化合物[32-33]。苯丁酸乙酯、甲氧基乙酸己酯、3-甲基丁酸乙酯等中长链酯类在长发酵期样品含量较高,在短发酵期样品中含量较低。对长发酵期而言,长发酵期酒醅已形成稳定的厌氧微环境,窖泥中的己酸菌、甲烷菌与酵母菌协同代谢作用显著增强[34],己酸菌可利用酒醅中的碳水化合物生成己酸、丁酸等脂肪酸,酵母菌则通过乙醇发酵产生乙醇,二者在酯化酶的催化下生成中长链酯类[35],这类物质是馥香白酒果香、甜香的重要来源,与 Cheng Wei等[16]在复合香型白酒中发现的长发酵期酯类物质富集规律一致。在XP组中,γ-香叶醇、(E)-2-辛烯醛含量较高;在短发酵周期内,酵母菌代谢旺盛但发酵时间不足,导致乙醇、短链醇未能充分酯化为相应的酯类;同时,脂肪酸β-氧化生成的醛类因反应时间短而积累[36],这些组分所呈现的青草香和脂肪香使XP略带刺激性。
综上,发酵时间通过影响酒醅理化因子驱动微生物菌群动态演替,进而导致差异挥发性物质的选择性累积。短发酵期以芽孢杆菌、假丝酵母为主,表现出显著的种群丰度优势[37],这类微生物繁殖速率快,代谢产物以吡嗪类、短链醛类为主。随着发酵时间延长,酒醅中氧气耗尽,厌氧菌成为优势菌群且有着更充足的代谢时间,促进有机酸积累与酯类物质生成,加快酯化反应,进而推动酒醅中酯类等风味物质的形成与富集[38],这也是不同发酵时间酒醅风味差异性的关键。
ROAV通常用于估计挥发性组分对样品整体风味的感官贡献;其中,ROAV≥1的挥发性组分通常被认定为关键风味组分,而0.1≤ROAV<1的挥发性组分则被认定对样品的整体风味无重要贡献[9]。如表2所示,共筛选出12种在6个样品中ROAV均大于1的挥发性风味成分,包括苯乙酸乙酯、丁酸乙酯、辛酸乙酯、3-甲基丁酸乙酯、癸酸乙酯、己酸乙酯、乙酸异戊酯、苯丙酸乙酯、1-辛烯-3-醇、戊酸乙酯、3-甲基丁醛、己醛,关键风味成分以酯类为主(9种),其次为醛类(2种)、醇类(1种)等,可作为区分不同质量等级馥香白酒的关键风味成分。
表2 不同质量等级馥香白酒特征挥发性成分ROAV
Table2 ROAV of characteristic volatile components in Fu-flavor Baijiu of different quality grades
序号化合物保留指数香气特征XPXYXDLPLYLD 1苯甲醇1 870花香、果香、甜香0.000 060.000 040.000 020.000 050.000 050.000 022苯乙酸乙酯*1 783玫瑰香、桂花香、蜂蜜香、花香3.4934.8461.8604.1291.8782.7153乙酸苯乙酯1 813玫瑰香、花香、橡胶味0000.002004γ-辛内酯1 910椰子、奶油香000000.000 065丙酸乙酯953香蕉、水果香0.0060.0370.0040.0080.0090.0066丁酸乙酯*1 036苹果、菠萝、果香、花香6.57110.13226.80616.03337.79330.3987庚酸乙酯1 331花香、果味、蜂蜜、甜香0.0870.0960.1780.0480.0880.0538辛酸乙酯*1 435梨香味、荔枝香、甜香、百合香70.01847.18570.87268.55281.96397.1049对甲基苯酚2 080酒窖泥味、皮革味、烧焦皮味0.2620.1970.1090.7180.8460.60610丁酸1 624汗味、酸味、坑泥味0.023000.1940.1120.131112,6-二甲基吡嗪1 328咖啡和炒花生的气味0.0090.0090.0040.0120.0070.005123-甲基丁酸乙酯*1 068苹果香、菠萝香、水果香5.83426.43523.92147.09667.98345.33113苯酚2 000胶水或墨水的气味0.000 60.000 50.000 20.0010.0020.000 914甲基吡嗪1 266烤面包、烤杏仁、炸花生香0.000 010.000 000.000 020.000 010.000 0090.000 0115戊酸1 733坑泥味、汗味、酸味0.1460.1120.0660.3250.4290.26716癸酸乙酯*1 639菠萝香、果香、花香2.5443.4392.9461.9042.763 11.60517戊醛979脂肪味、油味、油腻味0.0430.0490.0140.0020.0069.01918庚酸1 950酸味、汗味、泥泞味、霉味0.0090.0060.0040.0160.0240.01519庚醛1 185青草味0.0960.1250.0570.0450.095 30.03620壬酸2 170脂肪味0.0080.0040.0040.0080.0130.00621四甲基吡嗪1 469爆米花、坚果和水果香0.000 60.0020.000 60.000 10.000 19.945222-甲基丁酸1 662汗味、酸味、坑泥味000000.002232-乙酰基呋喃1 499杏仁、甜香、奶油香0.000 20.000 070.000 10.000 10.000 070.000 2245-甲基-2-乙酰基呋喃1 606饼干、烤杏仁、肥皂味0.000 060.000 01000.000 060254-乙基苯酚2 187木香、粉香、烟熏香,轻微的甜香0.0090.0010.0020.1520.1890.101 826丁二酸二乙酯1 681果味、花香、花粉香0.000 80.000 50.000 20.000 90.000 80.000 427壬酸乙酯1 532酯香、甜香、果香0.2850.6190.5630.2960.4080.249282,5-二甲基吡嗪1 320青草味、炒豆香0.000 7000.000 50.000 60.000 429己酸乙酯*1 233甜香、水果香31.06429.29741.63812.68639.05719.16830乙酸异戊酯*1 123香蕉、糖果、苹果香1.58716.70111.18310.73718.81211.66731辛酸2 060果味、花香0.0760.0450.0280.1350.2150.12732正辛醛1 289青草味、果香2.0131.8610.6610.6251.1750.49533壬醛1 391肥皂、青草味1.8292.3581.0190.9971.5970.592342-乙基吡嗪1 337炒芝麻、炒花生、炒面的香气0.000 20.000 20.000 090.000 030.000 040.000 0235乙酸乙酯888菠萝香、苹果香、水果香0.0140.0330.0350.0190.0270.01236己酸1 846汗味、酸味、甜味、水果香0.3620.4140.1370.4491.0090.20337三甲基吡嗪1 402烤土豆和花生香气,可可的风味0.0480.0280.0090.012 410.0140.00838苯丙酸乙酯*1 893菠萝香、果香、蜂蜜香、花香10.03118.88110.35010.24618.8648.42139γ-十二内酯2 376水果香、蜂蜜香、奶油香0.1080.0740.0240.00800.017404-乙基-2-甲氧基苯酚2 032水果、甜香、花香、烟熏、橡胶味0000.3800.6640.14041正癸酸2 276橡胶臭、油漆臭、动物臭0.000 70.000 30.000 20.0020.0010.000 7421-辛烯-3-醇*1 450水果香、青草味、灰尘味26.28825.92913.4085.7835.8814.07943二甲基三硫化物1 377卷心菜味、腐烂蔬菜味、大蒜味0006.4647.1913.374443-甲基丁酸1 666汗味、酸味、脂肪味0.0310.0220.0110.0710.0690.033453-甲硫基丙醇1 719煮胡萝卜味、橡胶味0.000 10000046戊酸乙酯*1 134果味、花香、甜味46.87556.63439.23818.50146.13516.267472-庚醇1 320桃香味、花香味、蜂蜜香0.1060.1920.1460.1490.2440.035483 -甲基丁醛*918花卉香、水果香19.62753.70146.25322.40734.27224.575492,3-二甲基吡嗪1 344烤面包、炸玉米、烤面包、烤花生0.001 030000.000 010050苯乙醇1 907玫瑰香、花香0.010 8080.0060.0030.0070.0060.003515-甲基糠醛1 570杏仁、甜香、坚果香0.000 0380.000 020.000 0070.000 010.000 010.000 00752二甲基二硫1 077煮胡萝卜味、橡胶味0.2971.1651.0373.4727.5914.82353己酸丙酯1 316果香、菠萝、甜香0.0510.0740.0540.0550.0680.03154己醛*1 083花卉、水果香11.97012.4686.6253.3257.3983.22855正丙醇1 036果香、花香、青草味0.001 80.0030.0020.0010.0020.00156正丁醇1 142水果香0.1390.2320.1610.1480.2870.16757愈创木酚1 860花果香、焦酱香、甜味、青草味0.7740.2490.1250.0740.0550.02458木焦油醇1 956烟熏味、酱油味、烟熏味0000.028 380.0480.010 3592-甲基丙酸乙酯961桂花、苹果、桃子、水果香1.1215.6104.306 70.93410.8740.753602-羟基丙酸乙酯1 347甜、果味、青草味0.0010.0030.0010.0030.0040.000 961糠醛1 461特殊的焦糖和坚果香气0.0360.0360.0220.0120.0170.009 7
注:香气特征描述参考https://www.flavornet.org、https://www.femaflavor.org和https://www.chemicalbook.com等数据库;0.低于检出限;*. ROAV>1的物质。
辛酸乙酯在所有酒样中的ROAV均较高,表明辛酸乙酯在所有酒样中均为最重要的香气贡献成分,在LD中达最高值(97.104),是窖底酒香气主体的关键构成,辛酸乙酯具有梨香味、荔枝香、甜香、百合香等愉悦的香气特征,适当浓度可丰富酒样香气层次,对整体风味轮廓具有良好的调和增益效果[39]。己酸乙酯和丁酸乙酯均具有果香和甜香的香气特征,有利于提升酒体的风味层次感[4,6,10],其在不同酒样中的ROAV也相对较高。另外,3-甲基丁酸乙酯在LP中的ROAV为47.096,在LY中最高,达67.983,其具有苹果香、菠萝香、水果香等香气特征,是构成馥香白酒果香风味的重要组分。苯丙酸乙酯具有菠萝香、果香、蜂蜜香、花香等香气特征,其在XY中ROAV为18.881,在LY中为18.864,其对白酒的香气具有较好的调和作用,能够使酒体香气更加浓郁、协调[4]。另外,1-辛烯-3-醇具有青草味、灰尘味等香气特征,其在XP中ROAV为26.288,在XY中为25.929;在适宜的含量下,1-辛烯-3-醇能够为馥香白酒增添独特的风味,使酒体香气更加丰富[40]。
此外,6个酒样中还检测到一些特殊的含硫、含氮类物质。例如,具有卷心菜味、腐烂蔬菜味、煮胡萝卜味等香气特征的二甲基三硫化物和二甲基二硫,该类物质在极低浓度下能够为馥香白酒带来特殊风味,增加酒体的复杂性[6,10]。白酒中的吡嗪类物质主要由酿造过程中的美拉德反应、微生物代谢、蛋白质和氨基酸加热分解等途径产生[26-27]。吡嗪类化合物具有极高的气味强度和极低的阈值,是酱香和浓香等香型白酒中重要的香味物质及功能成分。值得注意的是,四甲基吡嗪是中药川芎的主要成分,也是白酒功能成分研究较多的物质[25,27,41]。虽然在6个酒样中的吡嗪类化合物ROAV普遍偏低,但在LD中四甲基吡嗪的ROAV为9.945,明显高于其他酒样,分析原因可能为来源于窖泥枯草芽孢杆菌代谢及长时间发酵过程中的美拉德反应,90 d发酵窖底酒中窖泥微生物群落结构更稳定、还原态环境更强,为四甲基吡嗪的合成提供了有利条件[26,28]。类似的物质还有戊醛,主要由窖泥芽孢杆菌、乳酸菌经氨基酸代谢生成,长发酵期稳定厌氧环境利于其累积[42]。
为进一步分析不同质量等级馥香白酒挥发性组分与感官特性的关联性,构建馥香白酒前10类感官特征与不同等级酒样挥发性组分的关联网络图,结果如图3所示。
图3 感官特征与挥发性组分的关联网络图
Fig.3 Correlation network diagram of sensory characteristics and volatile components
作为主体特征香气的甜香、果香和菠萝鲜香均与中短链酯类形成强关联,如3-甲基丁酸乙酯、丁酸丁酯、辛酸甲酯等,这类组分是酒体核心愉悦风味的重要来源[4,6]。辅助特征香气包括花香、坚果香、木质香和青草香,花香与β-甲基苯乙醇和γ-十二内酯等物质相关联,坚果香与三甲基吡嗪和2,3-二甲基吡嗪等物质相关联,木质香对应2-甲氧基苯酚、α-香橙烯、可巴烯等,青草香则与己醛、辛醛、1-戊烯-3-醇等物质相关联。另外,脂肪味、蜡质香、鲜香为次要香气,其关联组分含量相对较低,对酒体的整体风味影响不明显。网络图中节点的丰度值可量化风味组分的感官贡献度[43],有利于解析馥香白酒“馥香”的化学本质,为馥香白酒特定组分的调控、酒体风味的优化、质量等级的划分等提供可视化依据。
PLS-DA用于区分不同样品间香气轮廓的总体差异,筛选样品间的差异香气化合物,VIP值表示各个香气成分对各白酒样品分类判别的影响强度和解释能力,通常VIP值>1的风味组分,是区分各组样品风味特征的差异标志物[44]。由图4A可知,PC1和PC2方差解释率分别为41.4%和25.3%,累计方差贡献率达66.7%,能够较好地表征原始数据的总体变异特征;由图4B可知,PLS-DA与PCA结果较吻合,表明样品间的差异较明显。2个不同发酵期白酒样品组间相距较远,表明不同发酵期馥香白酒样品的挥发性组分差异较明显。LP、LY和LD样品聚集于第2、3象限,XP和XY样品位于第1象限,而XD样品则分布于第4象限,3个聚集区域之间无重叠,说明不同质量等级和不同发酵期酒样得到更清晰地分离,组间差异显著。由图4C可知,通过PLS-DA,筛选出31种VIP值>1的差异挥发性组分,其在不同质量等级和不同发酵期酒样中含量差异明显,可作为区分不同质量等级馥香白酒的重要标志物。31种差异挥发性组分包括酸类8种、芳香族化合物及酚类6种、酯类5种、醛类5种、其他类5种、醇类2种;进一步分析比较发现,己酸、己酸乙酯、壬醛、庚醛、4-乙基愈创木酚、琥珀酸二乙酯等挥发性组分的VIP值均较高,表明这些挥发性组分在区分不同质量等级馥香白酒中发挥重要作用,可作为馥香白酒的差异风味成分。

图4 挥发性组分的PCA得分图(A)、PLS-DA得分图(B)和VIP值(C)
Fig.4 PCA score plot (A), PLS-DA score plot (B), and VIP values (C) of volatile components
本研究采用GC×GC-TOFMS分析不同质量等级(窖底酒、优级酒和普级酒)金裕皖馥香白酒的挥发性风味成分,结合PCA和OPLS-DA筛选差异风味标志物,并利用ROAV和VIP值综合评价各成分的风味贡献,系统阐明质量等级对馥香白酒风味组成的调控规律。结果表明,6种酒样共鉴定出1 710种挥发性风味成分,酯类物质数量最多,其中发酵90 d普级酒(LP)酯类最为丰 富(281种)。OPLS-DA模型可完全区分6种酒样,聚类分析结果表明,发酵时间是驱动组分差异的核心工艺因素,相同发酵期内优级酒与窖底酒风味组成接近,与普级酒差距较大。基于ROAV≥1筛选出辛酸乙酯、丁酸乙酯、己酸乙酯等12种关键香气成分,辛酸乙酯在发酵90 d窖底酒中香气贡献最大;基于VIP值>1筛选出己酸、壬醛、4-乙基愈创木酚等31种差异风味化合物,可有效区分不同质量等级酒样。风味特征分析表明,发酵90 d窖底酒苯环类物质更为丰富、窖香突出,优级酒酯香均衡、香气协调,普级酒组分构成最为复杂。本研究构建的多维风味解析框架可为馥香白酒质量等级评价标准的建立及酿造工艺的精准调控提供数据支撑,后续拟结合感官评价与微生物多组学数据进一步深化风味形成机制的解析。
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Volatile Flavor Compound Characteristics in Jinyu-Wan Fu-Flavor Baijiu of Different Quality Grades Based on Comprehensive Two-Dimensional Gas Chromatography-Time-of-Flight Mass Spectrometry
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