稠酒，也称水酒或酒酿，是以优质粮食（糯米或软黄米）为原料，由微生物发酵酿制而成的低酒精含量的原汁酒[1]。稠酒中的营养成分如蛋白质、多糖、有机酸、氨基酸及水溶性维生素等都存在于酒体中，使其具有口感香甜醇厚、营养丰富、风味独具的特点。稠酒作为一种纯天然发酵饮品，四季皆宜饮用，深受人民群众的喜爱。陕西分为陕北、关中、陕南三个行政区划，均有酿造饮用稠酒的传统，关中与陕南稠酒均以糯米、酒曲为原料，而陕北稠酒以软黄米（又称糜子）为主要原料，制作工艺不同，两者在风味、口感、营养等方面各具特色，前者状如牛奶，色白如玉，绵香醇厚[1]；后者呈半流体状，黄澄软糯，酸甜可口。依托发达的市场和成熟的工艺，皇瑰黄桂及永康皇桂等品牌的关中稠酒，更早摆脱个体作坊模式，更早进入规模化、标准化生产；而陕北稠酒，作为具有陕北当地特色的传统美食，虽然也有企业的规模化生产，但由于缺乏统一的工艺标准，各家的产品原料来源及酒曲比例不同，使各家所酿稠酒的风味各不相同[2]。
稠酒的品质分析可以分为两方面[3]，一方面为理化指标，即酒中各种化学物质的含量，本文采用各种化学分析手段进行测试；另一方面为感官指标，即稠酒的形态、颜色、香气、口味等，本文通过挥发性风味物质来对香气和口味进行分析。一般认为，总固形物含量可以反映稠酒中糖类、有机酸等多种物质的含量，也是影响稠酒口感的重要因素[6]。酒精度反映稠酒的发酵程度，是稠酒品分类的重要指标[7]。酸是稠酒重要的呈味物质，总酸与其他物质一起共同构成稠酒特有的醇香[8]。水溶性总糖是稠酒的重要营养成分，影响着稠酒的风味。贺小贤等[4]利用固相微萃取（solidphase microextraction，SPME）结合气相色谱-质谱联用（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）技术检测玉米稠酒的风味物质，显示醇类物质是其主体风味来源。张丽琼等[5]通过感官评定以及营养成分分析比较了几种稠酒的差异，结果显示还原糖及水溶性总糖等营养物质的含量高低也会影响到稠酒的口感。目前，还未见不同地区稠酒品质比较的相关研究报道。
本研究对5种陕北稠酒和3种关中稠酒的理化指标进行了检测，采用气相色谱-质谱（GC-MS）联用技术分析其风味物质，并对结果进行主成分分析（principal component analysis，PCA）及聚类分析（cluster analysis，CA）。以期为深入开发利用陕北稠酒，使其向着绿色、健康的功能食品的方向发展提供实验依据及技术支持。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
5种陕北稠酒（分别标记为1#～5#）：由陕北当地企业生产；3种关中稠酒（分别标记为6#～8#）：市售。重铬酸钾、硫酸、葡萄糖、无水亚硫酸钠：西安化学试剂厂；无水乙醇、体积分数95%乙醇：天津市富宇精细化工有限公司；苯二甲酸氢钾：北京化工厂；氢氧化钠：天津市恒兴化学试剂制造有限公司；苯酚：杭州双林化工试剂厂；3,5-二硝基水杨酸（3,5-dinitrosalicylic acid，DNS）、酒石酸钠钾：上海生工公司。所用试剂均为分析纯。
1.2 仪器与设备
GCMS-QP2010气相色谱质谱联用仪：岛津（中国）有限公司；752紫外可见分光光度计：上海光谱公司；BS210S分析天平：北京赛多利斯公司；9013A电热鼓风干燥箱：上海一恒科学仪器公司；KQ-250DE数控超声波清洗器：昆山超声仪器公司；HWCL-3磁力搅拌反应浴：郑州长城科工贸公司；MS-H280-Pro加热磁力搅拌器：北京大龙公司。
1.3 方法
1.3.1 理化指标检测
总固形物含量和总酸的测定：参考GB/T 13662—2018《黄酒》中的称重法和酸碱滴定法；酒精度的测定：采用分光光度法[9]；还原糖含量的测定：采用3,5-二硝基水杨酸（DNS）比色法[10-13]；水溶性总糖含量的测定：采用硫酸-苯酚法[10-13]。
1.3.2 风味成分分析[4]
样品的制备：称取稠酒约10 g，加水9 mL，常温条件下超声处理30 min，加入体积分数95%乙醇11 mL，2 000 r/min离心20 min，取上清液，0.45 μm滤膜过滤，即得待测样品。
气相色谱条件：RESTEKRtx-Wax色谱柱（30m×0.25mm×0.25 μm）；程序升温为30 ℃保持6 min，以10 ℃/min升至50 ℃保持2 min，再以5 ℃/min升至140 ℃保持2 min，最后以2 ℃/min升至220 ℃保持3 min；载气为氦气（He）（纯度≥99.999%）；流速1.36 mL/min，压力70.0 kPa，进样量2 μL；分流比1∶30。
质谱条件：电子电离（electron ionization，EI）源；电子能量70 eV；接口温度250 ℃；离子源温度200 ℃；母离子285 m/z；激活电压1.5 V；质量扫描范围35～500 m/z。
定性定量分析：利用美国国家标准技术研究所（national institute of standards and technology，NIST）08标准质谱图库检索比对，结合相关文献[14-17]进行定性。采用峰面积归一化法进行定量。
1.3.3 数据处理
采用岛津GCMS solution工作站对谱图进行解析，采用MATLAB R2022a软件进行数据处理及主成分分析（PCA）和聚类分析（CA）。
2 结果与分析
2.1 稠酒样品的理化指标分析
8种稠酒样品的理化指标测定结果见表1。由表1可知，8种稠酒的总固形物含量均＞10%，这与稠酒绵密浓稠的口感相一致；除了5#样品的总酸含量为0.93 g/kg，陕北稠酒1#～4#的总酸含量均＞2.0 g/kg，远高于关中稠酒样品（0.59～1.02 g/kg），这可能与陕北稠酒所用原料软黄米中氨基酸含量比糯米中的高有关[1，4]；酒精度在1.3%vol～2.5%vol之间，符合国标GB/T 17204—2021《饮料酒术语和分类》规定的饮料酒的标准（酒精度＞0.5%vol），8种稠酒样品的发酵程度都比较低，保留了较多的糖类等物质[23]，使得稠酒酸甜可口；还原糖含量分布在1.59%～6.70%之间，水溶性糖含量分布在2.76%～10.07%之间，差异较大。猜测可能是由于不同厂家添加的白砂糖等辅料量不同的原因。
表1 8种稠酒样品理化指标测定结果
Table 1 Determination results of physicochemical indexes of 8 kinds of glutinous millet wine samples
2.2 稠酒样品中风味物质的GC-MS分析
稠酒是软黄米、糯米等原料经蒸煮、发酵而成的混合物，采用GC-MS获得的样品中挥发性风味物质的总离子流图，基本代表了稠酒的整体化学组成，可以客观、全面地反映稠酒的物质组成特征。8种稠酒样品中风味物质GC-MS分析总离子流色谱图见图1。提取8种稠酒样品中的共有特征峰，利用随机工作站所带标准谱库自动检索各组分，各挥发性风味物质的鉴定结果见表2。
图1 8种稠酒样品中挥发性风味物质GC-MS分析总离子流色谱图
Fig.1 Total ion chromatograms of flavor components in 8 kinds of glutinous millet wine samples analyzed by GC-MS
由表2可知，从稠酒样品中鉴定出56种风味物质，其中醛类10种；酮类12种；酸类9种；醇类7种；酯类7种；烷类4种；酚类2种；酸酐2种；呋喃1种；烯类1种；酰类1种。
表2 8种稠酒挥发性风味物质GC-MS分析结果
Table 2 Results of volatile flavor substance in 8 kinds of glutinous millet wine samples analyzed by GC-MS
续表
注：“-”表示未检出。
其中样品1#检出醛类6种，相对含量为42.9%；酮类4种，相对含量为6.7%；酸类5种，相对含量为27.8%；醇类3种，相对含量为6.8%；酯类1种，相对含量为1.7%；烷类1种，相对含量为0.7%；酚类2种，相对含量为11.4%；呋喃1种，相对含量为0.8%；酰类1种，相对含量为1.1%。
样品2#检出醛类6种，相对含量为57.0%；酮类6种，相对含量为7.8%；酸类7种，相对含量为22.0%；醇类3种，相对含量为4.9%；酯类4种，相对含量为4.9%；烷类3种，相对含量为1.4%；酚类1种，相对含量为0.8%；酰类1种，相对含量为1.2%。
样品3#检出醛类7种，相对含量为62.7%；酮类7种，相对含量为9.4%；酸类5种，相对含量为13.0%；醇类5种，相对含量为7.6%；酯类3种，相对含量为2.9%；烷类2种，相对含量为4.0%；酰类1种，相对含量为0.6%。
样品4#检出醛类6种，相对含量为46.2%；酮类6种，相对含量为9.0%；酸类4种，相对含量为24.3%；醇类6种，相对含量为12.3%；酯类3种，相对含量为5.4%；烷类1种，相对含量为0.9%；酚类1种，相对含量为0.7%；酰类1种，相对含量为1.4%。
样品5#检出醛类6种，相对含量为63.4%；酮类8种，相对含量为17.2%；酸类6种，相对含量为10.1%；醇类2种，相对含量为5.0%；酯类2种，相对含量为2.6%；烷类1种，相对含量为0.5%；烯类1种，相对含量为0.5%；酰类1种，相对含量为0.8%。
样品6#检出醛类3种，相对含量为66.5%；酮类9种，相对含量为18.3%；酸类3种，相对含量为9.4%；醇类1种，相对含量为1.8%；酯类3种，相对含量为2.8%；烷类1种，相对含量为0.4%；酸酐1种，相对含量为0.8%；呋喃1种，相对含量为0.3%。
样品7#检出醛类3种，相对含量为63.5%；酮类4种，相对含量为15.4%；酸类3种，相对含量为8.4%；醇类2种，相对含量为3.5%；酯类3种，相对含量为6.2%；烷类1种，相对含量为1.1%；酸酐1种，相对含量为1.1%；烯类1种，相对含量为0.8%。
样品8#检出醛类7种，相对含量为51.8%；酮类7种，相对含量为26.0%；酸类3种，相对含量为11.4%；醇类2种，相对含量为1.4%；酯类3种，相对含量为5.5%；烷类2种，相对含量为1.4%；酸酐1种，相对含量为1.7%；酰类1种，相对含量为0.7%。
8种稠酒共有的挥发性风味物质有9种，分别是糠醛、5-甲基呋喃醛、5-羟甲基糠醛、6-氧杂二环[3.1.0]己-3-酮、2,3-二氢-3,5二羟基-6-甲基-4（H）-吡喃-4-酮、乙酸、甲酸、糠醇和恶唑烷。整体上看，8种样品的挥发性风味物质中均为醛类物质占比最高，相对含量均＞40%，其中5-羟甲基糠醛在每种样品的相对含量均＞25%，是陕北稠酒主要的风味成分，与酸类、酮类、醇类、酯类、醛类、酚类等共同形成了稠酒香甜醇厚的独特风格[19-21]。陕北稠酒和关中稠酒风味成分相对含量的差异主要体现在酸类成分及醇类成分，陕北稠酒酸类成分相对含量为10.1%～27.8%，关中稠酒为8.4%～11.4%，陕北稠酒醇类成分相对含量为4.9%～12.3%，关中稠酒为1.4%～3.5%，两者均为陕北稠酒更高。适量的醇类物质使得稠酒入口绵甜、醇香清怡、口感饱满，并且在醇甜柔顺中透出幽香。酸类使酯类化合物的香气更饱满、浓厚，延缓其他香气组分的挥发，使香味更持久。另一些酮类和酚类化合物其特征不明显，但对风味起到了很好的补充，修饰作用，如糠醛的坚果香味[20]，2,3-二氢-3,5-二羟基-6-甲基-4H-吡喃-4-酮的焦糖味[20]，苯甲醛的杏仁香味和甜味[22]，糠酸甲酯在低浓度时呈现水果味，高浓度时呈现烧焦香味、烟味和蘑菇味[23]，麦芽酚具有增香固香的作用[24]。
2.3 稠酒中风味物质的主成分分析
为了更直观的了解陕北稠酒和关中稠酒在风味成分上的差异，对色谱信息进行主成分分析。主成分分析通过降维减少特征变量消除信息重叠，以较少互不相关的正交变量来表征多维信息[25]。使用MATLAB R2022a软件对稠酒色谱信息进行主成分分析，对样品中风味物质的差异数据进行可视化呈现。将8种稠酒样品的色谱图数据进行转化，将信号的绝对强度映射为范围在[0，100]间的相对强度，再进行分析后得到在7个正交维度上的主成分得分系数矩阵，结果见表3。
表3 8种稠酒挥发性风味物质的主成分得分系数矩阵
Table 3 Score coefficient matrix of principal components of volatile flavor compounds of 8 kinds of glutinous millet wine samples
每个主成分（PC1～PC7）并不表示具体的某种风味物质，而是若干有相关性的风味物质信息的组合，且PC1～PC7数据分布的方差逐次减小[26]。以主成分为坐标，某个样本在数据空间中与其他样本的距离可以表明它们之间的相似度。为了可视化地体现8种稠酒样本间的相似关系，将主成分中方差最大的前3主成分（PC1～PC3）绘制贡献三维图见图2。由图2可知，8个稠酒样品分布在不同区域，根据相互之间距离的远近，可将样品分为四类，样品1#为第一类，样品4#为第二类，样品2#和3#为第三类，样品5#～8#为第四类。第四类斑点最为集中，表明陕北稠酒5#与关中稠酒6#～8#在风味成分上非常接近，而第一类、第二类、第三类共4个样品斑点较为分散，再结合样品5#的位置，显而易见，本研究取样的5个陕北稠酒样品1#～5#，在风味成分上彼此间差异较大。由图2亦可知，陕北稠酒与关中稠酒这两大类具有明显地域特色的饮料酒，在风味成分上存在较大的不同（5#除外）。上述分析结果也与目前两类产品的市场现状相吻合。
图2 8种稠酒样品中前3主成分贡献三维图
Fig.2 Three-dimensional diagram of contributions of the first 3 principal components of glutinous millet wine samples
2.4 聚类分析
主成分分析可以对高维数据进行降维来进行数据可视化，但是在降维过程中会造成一定的数据损失[27]。为了防止数据损失造成错误分类，可采用聚类分析进行验证和补充。以稠酒样品色谱图的信号相对强度为变量进行聚类分析，结果如图3所示，取簇间间距D=400时，可以将稠酒分为4类：样品1#为第一类，样品2#和3#为第二类，样品4#为第三类，样品5#、6#、7#、8#为第四类，这与图2主成分分析的结果相一致。此外，聚类分析可以显示出稠酒风味的分化顺序。如当簇间间距D=600时，相比簇间间距D=400时的划分，样品2#、3#与样品4#合并为一类，说明相比样品1#，样品4#在风味上更接近样品2#和3#。
图3 8种稠酒样品的聚类分析结果
Fig.3 Cluster analysis results of 8 kinds of glutinous millet wine samples
3 结论
本研究对陕北稠酒及关中稠酒的总固形物含量、酒精度、总酸度、还原糖和总糖含量进行了测定。几种稠酒的总固形物含量较高；而酒精度都在1.3%～2.5%之间，符合国标GB/T 17204—2021《饮料酒术语和分类》规定的饮料酒的标准（酒精度＞0.5%vol）。检测结果与稠酒口感绵密浓稠的表现一致。而在总酸度这一指标上，1#～4#稠酒总酸度明显高于5#～8#稠酒，可能是由于酿酒原料不同所致。
此外，对稠酒挥发性风味物质的分析结果显示，陕北稠酒中的主要风味物质包括醛类、酸类、酮类、酯类、酚类、醇类6类物质以及少量的烷烃类化合物，这些挥发性风味物质共同构成了陕北稠酒层次丰富的嗅觉味觉体验。对陕北稠酒和关中稠酒的风味物质信息进行主成分分析和聚类分析结果显示，陕北稠酒各样品间风味成分差异较大，而关中稠酒各样品间风味成分接近。通过采用可视化手段，揭示出目前陕北稠酒质量风味不一，缺乏统一标准的现状。
陕北稠酒风味独特，深受人们喜爱。但要开发利用好陕北稠酒，就不能满足于简单的作坊式生产，而应该在保持原汁原味的基础上，向着标准化生产工艺转变，向着绿色、健康的目标，深入开发、规范生产，使陕北稠酒走出陕北，惠及更多消费者，服务地方经济发展。
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