威士忌制备过程中理化指标及挥发性风味物质动态变化规律研究

威士忌（Whisky）是以水、发芽或未发芽谷物、酵母为原料，通过糖化、液态发酵、蒸馏，再经橡木桶熟陈、最后装瓶制成的一种酒精度不低于40%vol（ABV）的饮料[1-3]。根据欧洲关于威士忌的定义，威士忌是由发芽谷物或发芽谷物的糖化酶转化的其他谷物制成的糖化液经发酵、蒸馏制成的一种酒精饮料[4]。为保留原料自身的风味，蒸馏时酒精度不能超过94.8%vol[5]。在威士忌制备过程中发酵和蒸馏是两个至关重要的环节，发酵是酒精的生产，而蒸馏则是酒精的分离[6-8]。

发酵是威士忌生产中最重要的步骤，是指将酵母接种到麦汁中，让其利用麦汁中的糖分转化成酒精的过程[7，9]。典型麦汁中通常含有2%蔗糖、1%果糖、10%葡萄糖、50%麦芽糖、15%麦芽三糖、10%麦芽四糖和10%糊精，在酵母的作用下蔗糖、果糖、葡萄糖和麦芽糖会被很快消耗，麦汁也转化为原酒浆麦汁，并在酵母的作用下转化为原酒浆[10-11]。另外，酵母在不同生长温度下会产生多种有机酸（如乙酸、琥珀酸等）、高级醇、羧酸、酯、醛、酮等[10-14]，而且这些物质通常会保留到威士忌新酒中，对威士忌的最终风味形成也有重要贡献[11-12]。宋绪磊等[15]考察了不同酵母对威士忌品质的影响，结果表明不同酵母对原酒浆（起始麦汁浓度为14.9°P）的pH、总酸、发酵度影响较大，发酵结束时原酒浆的酒精度为5.24%vol～6.42%vol，残糖为3.0～4.1 g/100 g。蒸馏是实现威士忌酒精度提升的重要手段[8-10，16]。在蒸馏过程中，加热原酒浆直至沸腾状态，不同沸点的物质随着温度的升高将依次蒸发出来，收集后获得不同的馏分[17]。酒精是不同馏分的主要成分，通常在78.15 ℃时以酒精-水共沸物的形式被蒸出[18]。当温度低于78.15 ℃时，馏分中还会混合有许多低沸点的物质，如乙醛；当温度高于78.15 ℃时，高沸点的物质随即进入馏分中，如长链脂肪酸乙酯[18]。此外，蒸馏还促进发酵液中前体物质的相互作用，生成新风味物质[19]。因此，研究发酵过程中糖类、酸类等理化指标变化及蒸馏过程风味物质变化，对优化威士忌生产工艺，酒心和酒尾的摘取提供科学依据，提升威士忌的品质有重要意义。

本研究以蒸馏麦芽为原料、以威士忌专用商业酵母为发酵剂开展麦汁发酵和原酒浆的蒸馏。采用高效液相色谱（high performance liquid chromatography，HPLC）、气相色谱-质谱联用（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）等技术分析原酒浆发酵及蒸馏过程中理化指标和挥发性风味物质，并进行主成分分析（principal component analysis，PCA）和层次聚类分析（hierarchial clustering analysis，HCA），以期明确发酵与蒸馏理化指标及挥发性风味物质的变化规律，为中国威士忌的高质量发展提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

1.1.1 材料

蒸馏麦芽：中粮麦芽（大连）有限公司；威士忌专用活性干酵母粉：法国Fermentis公司。

1.1.2 试剂

葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖、异麦芽糖、麦芽三糖（均为色谱纯）：上海源叶生物科技有限公司；1,2,3-三氯丙烷（色谱纯）：北京曼哈格生物科技有限公司；正构烷烃（色谱纯）：上海安谱实验科技股份有限公司；乙酸、丙酸、乳酸（均为色谱纯）、无水乙醇、氯化钠、浓硫酸（均为分析纯）：国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

Grainfather G70 Brewing Systerm、Grainfather Conical Fermenter、Grainfather Glycol Chiller：新西兰Bevie Handcraft公司；50 L纯铜塔式蒸馏器：山东海润智造高端装备科技有限公司；ME 203天平：美国梅特勒公司；PB-10酸度计：德国赛多利斯公司；DMA 4500M密度仪：奥地利Anton Paar公司；LA-20AT高效液相色谱仪、Nexis GC-2030气相色谱仪（配HSS-30A顶空进样器、氢火焰离子化检测器（flame ionization detector，FID）、电子捕获检测器（electron capture detector，ECD））、GCMS-2020NX气相色谱质谱联用仪（配AOC-6000多功能自动进样器）：日本岛津公司。

1.3 方法

1.3.1 威士忌酿造工艺流程及操作要点[20-23]

麦芽粉碎→糖化→发酵→蒸馏→桶陈

操作要点：

麦芽糖化：将10 kg麦芽粉碎（对辊间距为1.5 mm），加入35 L的热水中（水温为68 ℃），在糖化过程中于65 ℃保温1.5 h，使用80 ℃的热水进行洗糟，至麦芽糖度为16°P。使用盘管冷凝器将麦汁冷却30 ℃以下，并泵入Grainfather Conical Fermenter。

发酵：将活性干酵母置于10倍其质量的无菌水或麦汁（25～35 ℃）中，静置15 min，轻轻摇动，使其形成酵母浆后使用[20]。活化酵母按60 g/L的用量，接入冷却后的麦汁中，连接冷水机后，在（32.0±0.5）℃进行发酵，每24 h取样分析麦汁理化性质和风味的变化情况。发酵结束时，发酵罐单向水封阀不再有气泡冒出，发酵液中酵母出现沉淀，同时发酵液的比重不再发生变化[24]。

蒸馏：将原酒浆倒入安装好的蒸馏设备中，设定目标温度100 ℃进行蒸馏。前150 mL作为一个馏分，之后每10 min收集一个馏分。当馏分酒精度首次低于40%vol时，每5 min收集一个馏分，直至馏分中酒精度低于20%vol[25]。对所得馏分依次编号，用于馏分组成及挥发性风味物质分析。

1.3.2 理化指标检测

麦汁、威士忌原酒浆及馏分的糖、酸含量和酒精度使用高效液相色谱法测定，并使用外标定量法进行定性及定量。

样品前处理：麦汁经0.45 μm孔径的无机相滤膜、原酒浆上清和各馏分样品经0.45 μm孔径的有机相滤膜过滤后得待测液。

HPLC条件[26-27]：Aminex HPX-87H色谱柱（300 mm×7.8 mm）；柱温65 ℃；流动相为0.005 mol/L H2SO4，流速为0.600 mL/min。检测器为示差检测器，进样量20 μL。

定性及定量方法：配制已知质量浓度的标准品（葡萄糖、麦芽糖、果糖、乙酸、丙酸、乳酸）和已知体积分数的酒精标准溶液，经与上述相同处理后，绘制标准曲线。检索样品与标准品保留时间一致的峰进行定性，使用外标定量法对样品中目标峰进行定量。

1.3.3 麦汁及馏分中挥发性风味化合物的检测

麦汁及馏分中挥发性风味物质的测定采用GC-MS检测。

样品制备：取5 mL发酵液或馏分样品至20 mL顶空进样瓶，准确加入2,3-三氯丙烷（10 mg/L）内标溶液150 μL，加密封垫、铝盖压紧摇匀。将准备好的顶空测试样品，放置于顶空固相微萃取自动进样系统，60 ℃恒温振荡10 min，待顶空风味物质浓度达到平衡后插入SPME fiber，萃取30 min后拔出，插入进样口，脱附3 min[28]。

气相色谱条件[29]：DB-WAX57CB色谱柱（50m×0.25mm，0.2 μm）；载气为高纯度氦气（He）（99.999%），流速1 mL/min；进样口温度250℃；解吸时间1min；升温程序：初始温度40℃，保持3 min，以10 ℃/min速度上升到150 ℃，随后以4 ℃/min速度上升到230 ℃，保持8 min。进样量1 μL，不分流进样；溶剂延迟时间2 min。

质谱条件：电子电离（electron ionization，EI）源，电子能量70 eV；四极杆温度150 ℃；离子源温度230 ℃；接口温度280 ℃；扫描方式：质谱扫描范围：30～500 m/z。

定性定量分析方法：通过GC-MS检测分析啤酒挥发性化合物总离子流色谱图，自动识别信噪比（S/N）＞200的色谱峰，通过美国国家标准技术研究所（National Institute of Standards and Technology，NIST）14谱库与样品色谱峰进行比对分析，筛选得到匹配度＞80%的物质，并结合保留指数（retention index，RI）计算值与文献RI值差值（＜50）进行定性分析。采用半定量法计算挥发性风味化合物含量。

1.3.4 气味活度值筛选关键风味化合物

采用气味活度值（ordor activity value，OAV）评价各化合物对样品总体风味的贡献，将OAV＞1是样品中的关键风味化合物，其值越大代表其贡献性越大[30]。OAV计算公式如下：

1.3.5 数据处理

数据处理使用MS Office 2016。不同样本的单因素方差分析使用SPSS 25.0；层次聚类分析、主成分分析使用JMP 17.0[31-32]，使用Origin 2019绘图。研究中理化指标的测定均重复3次，结果以“平均值±标准差”表示。

2 结果与分析

2.1 威士忌发酵过程中理化指标的变化

对威士忌发酵过程中麦汁及原酒浆的酒精度、3种糖组分（葡萄糖、麦芽糖、果糖）和3种酸组分（乙酸、丙酸、乳酸）进行分析，结果见图1。

由图1A可知，由于酵母菌无氧发酵利用麦汁中的糖分生成酒精，因此发酵前2 d酒精度在原酒浆中呈上升趋势，并在第2天时达到最大值，为8.20%vol。在发酵第2～3天酒精度下降，这是因为原酒浆中的糖分消耗殆尽后，酵母开始利用乙醇合成相应的代谢产物[33-34]。酵母在代谢酒精的过程中，酒精不仅可用于乙酰辅酶A的合成，进而用于三羧酸循环，还会在其代谢到乙醛的过程中产生还原态烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（nicotinamide adenine dinucleotide，NADH），成为细胞内重要的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（nicotinamide adenine dinucleotide phosphate，NADPH）来源[34]。由图1B可知，麦汁中含量最高的糖组分为麦芽糖，为72.195 g/L。随着发酵过程的进行，麦芽糖、葡萄糖和果糖都下降明显，第1天降幅最大，麦芽糖、葡萄糖和果糖分别降至2.969 g/L、0.260 g/L和0.739 g/L，这表明活化后的酵母细胞代谢活力急剧上升，在接入麦汁中会快速将其中可利用的糖分耗尽。糖分的这种变化与Lager酵母在不同麦汁中代谢糖分的规律接近[35]。由图1C可知，丙酸和乳酸含量在发酵过程中呈上升趋势，乙酸含量在发酵过程中呈稳定趋势，在发酵第3天时乙酸、丙酸和乳酸含量分别达到0.029 g/L、0.135 g/L和0.491 g/L。由于威士忌制备时所用的麦汁未经煮沸杀菌，这些酸含量在第3天最高的原因可能是乳酸菌等微生物产酸所致。酸类物质在调和威士忌口感的同时还可与醇类物质酯化生成酯类化合物，为威士忌增加独特的风味[13]。结果表明，发酵过程中适当允许产酸微生物的存在对于提升威士忌的品质是必要的。

2.2 威士忌发酵过程中挥发性风味物质变化

威士忌发酵过程中麦汁及原酒浆挥发性风味物质OAV变化见表1。由表1可知，从麦汁及原酒浆中共检出具有OAV的挥发性风味化合物44种，其中醇类8种，醛类4种，酮类3种，酯类27种，其他类2种。因阈值较高或无阈值，酸类物质OAV未得到。

由表1可知，醇类物质是威士忌的基本香气成分之一，这些物质主要来源于酵母发酵麦汁（谷物糖化液）过程中氨基酸代谢或糖代谢产物。麦汁和原酒浆中共检出8种醇类化合物，其中仅异戊醇在原酒浆中OAV＞1，能为发酵麦汁带来杂醇味、发酵味、果味、香蕉味和轻微白兰地味。

酯类物质是威士忌酒的重要香气物质，主要产生于酵母的麦汁（谷物糖化液）酒精发酵及橡木桶桶陈过程[7]，能赋予威士忌酒浓郁的花香和果香。麦汁和原酒浆中共检出27种酯类化合物，其中麦汁中检出2种OAV＞1的酯类化合物，分别为癸酸甲酯和棕榈酸甲酯，赋予麦汁果味、脂肪味、蜡味等风味特点。原酒浆中共检出12种OAV＞1的酯类化合物，分别为癸酸甲酯、棕榈酸甲酯、乙酸异戊酯、乙酸苯乙酯、丁酸乙酯、乙酸乙酯、辛酸甲酯、棕榈酸乙酯、癸酸乙酯、辛酸乙酯、月桂酸乙酯、己酸乙酯，其中己酸乙酯、辛酸乙酯、癸酸甲酯OAV最高，能赋予威士忌蜡味、果味（香蕉味、菠萝味）、甜味、葡萄酒味、奶油脂肪味、肥皂味、白兰地味等风味特点。在这些酯中，乙酸酯的数量近40%，这也说明乙酸酯是发酵过程中具有快速生成的优势，是原酒浆中风味物质的重要组成部分[36]。

醛类和酮类也是威士忌的香气组成成分。麦汁和原酒浆中共检测4种醛类和3种酮类，仅壬醛OAV＞1，能赋予威士忌醛香味、柑橘味、黄瓜和瓜皮味、轻微生土豆和油腻坚果和椰子味。麦汁和原酒浆检出2种其他类化合物，其中仅2-甲氧基-4-乙烯苯酚在原酒浆中OAV＞1，能赋予威士忌辛辣粉味、丁香酚味、木质味、烟熏味、松脂味。

2.3 馏分中酒精度及酸类物质的变化

典型麦芽威士忌的发酵过程通常有乳酸菌等微生物的参与，因此威士忌酒厂在进行威士忌的蒸馏时不仅关注酒精浓度的变化，也会聚焦馏分中酸类物质的变化情况，以获得高品质威士忌新酒[11，13]。威士忌蒸馏过程中酒精度及酸类物质变化结果见图2。由图2A可知，在蒸馏过程中酒精度呈下降趋势，其中第1个馏分中酒精度最高，为71.0%vol。馏分2和3酒精度在55%vol左右，20～40 min酒精度在50%vol左右；馏分4～7酒精度降至43.1%vol，在第70 min时酒精度降至35.5%vol。馏分8～11酒精度已经降至35%vol以下。馏分10的酒精度降至20.53%vol。这表明馏分中高于酒精沸点的物质随着蒸馏过程的推进逐渐被蒸馏出来。因此，高品质的威士忌需要摘取馏分的特定部分[11，22]。

由图2B可知，在馏分组成中可检测到乙酸、丙酸和乳酸3种酸类物质，其中乙酸和丙酸仅在馏分1中检测到，含量分别为1.714 g/L和0.29 g/L。在馏分2～11中均未能检测到乙酸、丙酸和乳酸。这表明三种酸类物质在蒸馏的初期就已经被蒸馏出，可能对后期威士忌的桶陈贡献不大。因为多数厂家都将蒸馏初期的馏分作为酒头予以摘除[9，11，22]。因此，分析馏分中酸类物质的分布情况对确定高品质馏分段具有重要意义[13，22]。

2.4 馏分中挥发性风味物质变化

2.4.1 馏分挥发性风味物质气味活度值

馏分中挥发性风味物质GC-MS检测结果显示，共检测出51种挥发性风味化合物，计算OAV，结果见表2。

醇类物质是威士忌酒的基本香气化合物，这些物质主要来源于酵母发酵麦汁（谷物糖化液）过程中氨基酸代谢或糖代谢产物。由表2可知，馏分1～11中共检出9种醇类化合物，其中，异戊醇、反式-橙花叔醇、金合欢醇、月桂醇是馏分1～11共有。异戊醇OAV最高，分别为16.75（馏分1）、8.67～12.77（馏分2～8）、6.16～7.81（馏分9～11），异戊醇可赋予威士忌杂醇味、发酵味、果味、香蕉味、轻微白兰地味。反式-橙花叔醇、金合欢醇和月桂醇在馏分1～11中OAV均＞1，可赋予威士忌青草味、花果味、柑橘味、蜡味、油腻味、香菜味、金属味、肥皂味、醛味、泥土味等风味特点。此外，1-癸醇和乙缩醛OAV值也较高，在蒸馏过程中呈下降趋势，可赋予威士忌青草味、脂肪味、多汁柑橘味等风味特点。

酮类和醛类化合物也是威士忌酒香气的主要贡献者。酮类化合物赋予产品花香味、果味和脂肪味。馏分中共检出1种酮类化合物，为大马士酮；其中馏分9～11中大马士酮的OAV最高，为733.59～885.61，能赋予威士忌苹果味、玫瑰味、蜂蜜味、香烟味、甜味的风味特点。

酯类物质是威士忌酒的重要香气物质，主要产生于酵母的麦汁（谷物糖化液）酒精发酵及橡木桶桶陈过程，能赋予威士忌酒浓郁的花香和果香。馏分1～11中共检出30种酯类化合物，棕榈酸乙酯、月桂酸乙酯、异戊酸乙酯、乙酸异戊酯、乙酸己酯、乙酸苯乙酯、辛酸异戊酯、辛酸乙酯、戊酸乙酯、己酸乙酯、癸酸乙酯、庚酸乙酯、丁酸乙酯、醋酸辛酯、2-甲基丁酸乙酯共15种物质是蒸馏液中OAV＞1的化合物，其中乙酸异戊酯、辛酸乙酯、己酸乙酯、癸酸乙酯、月桂酸乙酯、乙酸苯乙酯、棕榈酸乙酯共7种物质是所有馏分共有的风味酯类物质，其中辛酸乙酯的OAV最高，分别为2 268.90（馏分1）、210.79～717.63（馏分2～8）、68.53～240.44（馏分9～11），可赋予威士忌蜡味、果味（葡萄酒味、菠萝味）、奶油脂肪味、肥皂味、白兰地味。己酸乙酯、癸酸乙酯、辛酸乙酯和月桂酸乙酯在威士忌不同时间馏分中OAV也较高，赋予威士忌甜味、果味（菠萝味、苹果味、葡萄味、香蕉味）、蜡味、青草味、花香味、香料味、奶油脂肪味、白兰地味等风味特点。此外，棕榈酸甲酯、异戊酸乙酯和2-甲基丁酸乙酯是馏分1中特有的风味物质，能赋予威士忌油味、蜡味、脂肪味、水果味（葡萄味、菠萝味、芒果味、樱桃味）。苯甲酸乙酯、戊酸乙酯和辛酸甲酯是馏分2～6中特有的风味物质，能赋予威士忌甜味、青草味、果味（菠萝味、草莓味、柑橘味）、腊味、脂肪味等风味特点。

馏分1～11中共检出5种醛类化合物，乙缩醛为馏分1～10所共有，OAV分别为36.44（馏分1）、0.70～24.72（馏分2～8）、0.68～1.14（馏分9～10），能赋予威士忌奶油、水果、宜人的热带水果味。肉豆蔻醛是馏分1中特有的OAV＞1的风味物质，能赋予威士忌乳酸味、椰子味、木制和鱼腥味、轻微果味。椰子醛是馏分10～11中共有的OAV＞1的风味物质，能赋予威士忌椰子味、桃味、杏味。

2.4.2 馏分关键风味物质层次聚类分析

聚类分析是利用合并算法来计算各变量间的距离的一种分析方法。变量间距离越小，相似度越高。本研究对不同馏分中OAV＞1的35种关键风味化合物进行层次聚类分析，结果见图3。

由图3可知，11个馏分可分为3大类：第一大类包括馏分1，第二大类包括馏分2～6，第三大类包括馏分7～11。

35种风味化合物同样被分为3大类：第一大类包括己酸乙酯、癸酸乙酯、辛酸乙酯在内的20种风味化合物，这些物质OAV较高，呈现蜡味、果味（苹果味、香蕉味）、甜味、青草味、奶制品味等风味特点，是第一大类（馏分1）的分类依据。第二大类包括辛酸异戊酯、1-癸醇在内的7种风味化合物，这些物质OAV较高，呈现果味（柑橘味、椰子味）、青草味、脂肪味、甜味、蜡味等风味特点，是第二大类（馏分2～6）的分类依据。第三大类包括反式-橙花叔醇、大马士酮在内的8种风味化合物，呈现青草味、木头味、苹果味、玫瑰味、蜂蜜味、香烟味、甜味等风味特点，这是第三大类（馏分7～11）的分类依据。威士忌样本之间的关系被分为3大类，第一大类包括酒头、第二大类包括酒心1～5，第三大类包括酒心6～7和酒尾1～3。层次聚类分析结果表明，可以依据挥发性风味成分组成区分不同馏分。

2.4.3 馏分关键风味物质主成分分析

为进一步揭示威士忌馏分之间的风味差异，采用主成分分析法分析了不同馏分中OAV＞1的35种关键风味化合物，结果见图4。

由图4可知，主成分（principal component，PC）1（PC1）和主成分2（PC2）方差贡献率分别为57.6%和21.4%，累计方差贡献率为79.0%，足以区分不同产区威士忌的香气特征。不同馏分分别位于三个明显不同的区域，其中区域①包括馏分1，与二甲硫醚、月桂酸、己酸乙酯等物质接近；区域②包括馏分2～6，与1-癸醇、异丁醇等物质靠近；区域③包括馏分7～11，与二甲基二硫醚、椰子醛等物质接近。

由图4A可知，馏分1与馏分2～6、馏分7～11区别在PC1上，其中馏分1分布在PC1正半轴，馏分1与馏分7～11在PC1负半轴；区域②与区域③区别在PC2上，其中②分布在PC2负半轴，③分布在PC2正半轴。由图4B可知，随着酒精度的降低，馏分2～6（PC2负半轴）中的物质正辛醇、1-癸醇逐渐被二甲硫醚、椰子醛等物质取代，变为馏分7～11（PC2正半轴）。

一般载荷矩阵数值越高被认为越重要，前两个因子的载荷矩阵见表3。由表3可知，乙醛、棕榈酸甲酯、异戊酸乙酯、2-甲基丁酸乙酯、二甲硫醚、肉豆蔻醛、庚酸乙酯、月桂醇、己酸乙酯、棕榈酸乙酯、辛酸乙酯、醋酸辛酯、乙酸己酯、丁酸乙酯、乙酸异戊酯、月桂酸乙酯、壬酸乙酯、癸酸乙酯、乙缩醛、异戊醇共20种物质与PC1呈正相关，这些是馏分1中的特征物质，风味呈现多样化。正辛醇与PC2呈负相关，是馏分2～6中的特征化合物，主要呈现蜡味、青草味、柑橘味、橙子和醛类香味、轻微果味等风味特点，反式-橙花叔醇与PC2呈正相关，是馏分7～11中的特征化合物，主要呈现青草味、花味、木头味、果味、柑橘味、甜瓜味等风味特点。

3 结论

本研究通过分析威士忌制备过程中理化指标及风味物质变化，揭示了原酒浆和蒸馏馏分的物质变化和风味形成规律。原酒浆中共检出44种挥发性风味物质，蒸馏馏分共检出51种挥发性风味物质。酒精度及4种风味贡献度最大的酯类物质（癸酸甲酯、癸酸乙酯、辛酸乙酯、丁酸乙酯）OAV在发酵过程中呈先上升后下降趋势，第2天达到最大值。蒸馏馏分随蒸馏时间的增加酒精度呈下降趋势。基于馏分关键风味化合物（OAV＞1），通过聚类分析及主成分分析可区分不同馏分，通过风味物质分析和主成分分析可为蒸馏过程中酒头、酒心及酒尾的摘取，提供最直接的数据支撑。

参考文献：

[1]安家静，郑小柏，熊大维，等.威士忌麦芽新酒在Oloroso两年后挥发性风味成分的变化[J].中国酿造，2023，42（2）：199-204.

[2]DAUTE M,JACK F,BAXTER I,et al.Comparison of three approaches to assess the flavour characteristics of Scotch whisky spirit[J].Appl Sci,2021,11(4):1410.

[3] GARCÍA-MORENO M V, SÁNCHEZ-GUILLÁN M M, DELGADOGONZÁLEZ M J,et al.Chemical content and sensory changes of Oloroso Sherry wine when aged with four different wood types[J].LWT-Food Sci Technol,2021,140:110706.

[4]PIGGOTT J R.Current developments in biotechnology and bioengineering[M].Netherlands:Elsevier,2017:435-450.

[5] WIS′NIEWSKA P, DYMERSKI T, WARDENCKI W, et al.Chemical composition analysis and authentication of whisky[J].J Sci Food Agr,2015,95(11):2159-2166.

[6]WANIKAWA A,SUGIMOTO T.A narrative review of sulfur compounds in whisk(e)y[J].Molecules,2022,27(5):1672.

[7]KELLY T J,O'CONNOR C,KILCAWLEY K N.Sources of volatile aromatic congeners in whiskey[J].Beverages,2023,9(3):64.

[8]KOSAR K R.Whiskey:A global history[M].London:Reaktion Books Ltd,2010:12-30.

[9]古賀邦正.威士忌的科学[M].台中：晨星出版有限公司，2021：66-137.

[10]BRYSON L M.品鉴威士忌[M].北京：中国友谊出版公司，2018：23-72.

[11] RUSSELL I, STEWART G.Whisky: technology, production and marketing[M].Netherlands:Elsevier,2014:49-122.

[12]BUTTON K.Rapid maturation of whiskey[D].New Zealand: The University of Waikato,2020.

[13]WALKER G M,HILL A E.Saccharomyces cerevisiae in the production of whisk(e)y[J].Beverages,2016,2(4):38.

[14]DAUTE M,JACK F,HARRISON B,et al.Experimental whisky fermentations:influence of wort pretreatments[J].Foods,2021,10(11):2755.

[15]宋绪磊，沈国全，路峻，等.不同酵母对威士忌品质的影响[J].中国酿造，2021，40（10）：89-94.

[16]OWENS B,DIKTY A,FAULKNER A.The art of distilling,revised and updated:an enthusiastic guide to the artisan distillers of whiskey,vodka,gin,and other potent potables[M].USA:Quarry Books,2019:25-263.

[17] MILLER G H.Whisky science: A condensed distillation[M].Berlin:Springer,2019:143-259.

[18]CHRISTOPH N,BAUER-CHRISTOPH C.Flavour of spirit drinks:raw materials,fermentation,distillation,and ageing[M].Heidelberg:Springer,2007:219-239.

[19] FURUSAWA T.The formation and reactions of sulphur compounds during distillation[D].Edinburg:Heriot-Watt University,1996.

[20] JENKINS D M, POWELL C D, FISCHBORN T, et al.Rehydration of active dry brewing yeast and its effect on cell viability[J].J I Brewing,2012,117(3):377-382.

[21]VRIESEKOOP F,RATHBAND A,MACKINLAY J,et al.The evolution of dextrins during the mashing and fermentation of all-malt whisky production[J].J I Brewing,2010,116(3):230-238.

[22]邱德夫.新版威士忌学[M].台北：寫樂文化有限公司，2020：103-316.

[23]李慧星，许彬，罗建成，等.国产威士忌加工过程中挥发性成分的变化及风味的形成[J].食品工业科技，2022，44（12）：300-307.

[24]REID S,SPEERS R A,LUMSDEN W,et al.The influence of yeast format and pitching rate on Scotch malt whisky fermentation kinetics and congeners[J].J I Brewing,2023,129(2):1-17.

[25]兰小燕，刘琨毅，穆艳邱，等.两种泥煤对威士忌品质的影响[J].食品安全质量检测学报，2022，13（20）：6613-6619.

[26]李慧，王惠玲，吴雅琨，等.天然葡萄酒酵母菌种的分离、鉴定和酿造性能评价[J].食品与发酵工业，2010，36（1）：14-20.

[27]李小燕，陈文波，钟鸣，等.三白瓜酒发酵及其香气成分分析[J].粮油食品科技，2020，28（4）：48-53.

[28]GIANNETTI V,MARIANI M B,TORRELLI P,et al.Flavour component analysis by HS-SPME/GC-MS and chemometric modeling to characterize Pilsner-style Lager craft beers[J].Microchem J,2019,149:103991.

[29]VIEIRA A C,PEREIRA A C,MARQUES J C,et al.Multi-target optimization of solid phase microextraction to analyse key flavour compounds in wort and beer[J].Food Chem,2020,317:126466.

[30] ZHAO M, LI T, YANG F, et al.Characterization of key aroma-active compounds in Hanyuan Zanthoxylum bungeanum by GC-O-MS and switchable GC×GC-O-MS[J].Food Chem,2022,385:132659.

[31] QIN D, DUAN J, LI H, et al.Characterization and comparison of the aroma-active compounds on different grades of sesame-flavor Baijiu by headspace solid-phase microextraction and gas chromatography-olfactometry-mass spectrometry[J].Food Science and Human Wellness,2023,12(1):79-88.

[32]HE Y,CHEN S,TANG K,et al.Sensory characterization of Baijiu pungency by combined time-intensity(TI)and temporal dominance of sensations(TDS)[J].Food Res Int,2021,147:110493.

[33]宗绪岩，李丽，刁冲，等.玉米威士忌生产工艺研究[J].四川理工学院学报，2017，30（5）：14-19.

[34] XIAO T, KHAN A, SHEN Y H, et al.Glucose feeds the tricarboxylic acid cycle via excreted ethanol in fermenting yeast[J].Nat Chem Biol,2022,18:1380-1387.

[35]HE Y,DONG J J,YIN H,et al.Wort composition and its impact on the flavour-active higher alcohol and ester formation of beer-a review[J].J I Brewing,2014,120(3):157-163.

[36]SAERENS S M G,DELVAUX F R,VERSTREPEN K J,et al.Production and biological function of volatile esters in Saccharomyces cerevisiae[J].Microb Biotechnol,2010,3(2):165-177.

Dynamic changes rules of physicochemical indexes and volatile flavor compounds during whisky preparation process

CHEN Wenbo1,2,ZHANG Yi1,2,LI Xiaoyan1,2,YANG Haiying1,2,NIU Limin1,2,3,ZHAO Kai4,LI Hui1,2*
(1.Beijing Key Laboratory of Nutrition,Health&Food Safety,Beijing Engineering Laboratory of Geriatric Nutrition&Food,Nutrition&Health Research Institute,COFCO Corporation,Beijing 102209,China;2.College of Food Science and Engineering/Collaborative Innovation Center for Modern Grain Circulation and Safety,Nanjing University of Finance and Economics,Nanjing 210023,China;3.College of Food Science and Biology,Hebei University of Science and Technology,Shijiazhuang 050018,China;4.COFCO Grains Holdings Limited,Beijing 100020,China）

Abstract：Whiskey is a distilled spirit made from malt by saccharification,fermentation,distillation,barrel aging and other processes.In order to determine the changes rules of physicochemical indexes and volatile flavor substances in the process of wort fermentation and distillation, whisky was prepared from malt and commercial yeast.The physicochemical parameters and volatile flavor substances of original liquor pulp during fermentation and distillation process were detected by HPLC and GC-MS, and principal component analysis(PCA) and hierarchical cluster analysis(HCA) were performed based on the key flavor substances of in distillates(odor activity value(OAV)＞1).The results showed that sugar,alcohol content and main esters in the original liquor pulp appeared turning points on the 2nd day.The contents of acetic acid,propionic acid and lactic acid increased with the fermentation time,and reached 0.03 g/L,0.13 g/L and 0.49 g/L,respectively,on the 3rd day.PCA and HCA could clearly distinguish distillates.The results could provide data support for whiskey fermentation process optimization and liquor core extraction.

Key words：whisky; original liquor pulp; physicochemical indexes; distillates; volatile flavor compounds; principal component analysis; hierarchical cluster analysis

中图分类号：TS262.3

文章编号：0254-5071（2024）02-0088-10

doi:10.11882/j.issn.0254-5071.2024.02.014

引文格式：陈文波，张一，李小燕，等.威士忌制备过程中理化指标及挥发性风味物质动态变化规律研究[J].中国酿造，2024，43（2）：88-97.

收稿日期：2023-11-09 修回日期：2023-12-15

基金项目：国家重点研发计划（2021YFD2100904）

作者简介：陈文波（1980-），男，高级工程师，博士，研究方向为制麦工程。

*通讯作者：李 慧（1972-），女，教授级高级工程师，博士，研究方向为微生物学。