白酒是以谷物为原料，经蒸煮、糖化、发酵、蒸馏、贮存及勾兑而成的中国传统蒸馏酒，具有悠久的历史和独特的风味[1]。俗话说“好粮出好酒”，白酒的品质决定其价值，而影响白酒品质最重要的原因之一就是酿酒原料[2]。“粮为酒之肉，曲为酒之骨，水为酒之血，技为酒之魂。”由此可见，粮食对于酒的重要性[3]。白酒的酿造原料种类丰富，如高粱、玉米、大米、糯米等，而高粱因其具有淀粉含量高、脂肪含量低、蛋白质和丹宁含量适中等优点，从其他几种酿造原料中脱颖而出，成为了我国白酒生产使用最广泛的原料[4]。随着白酒产业的快速发展提升，挑选出适宜酿酒的高粱和探究酒粮关系成为了白酒行业亟需解决的问题[5]。
有大量研究显示，不同品种的高粱具有不同的香气成分，其对于白酒风味的贡献也存在差异。倪德让等[6]以蒸煮高粱产生的蒸汽为研究对象，采用浸入式固相微萃取结合气相色谱-嗅闻/质谱联用技术进行分析，发现茅台酒酿造用高粱的蒸煮香气主要呈现花香和甜香的风味特征，风味物质以芳香族化合物为主。陈双等[7]利用瓶内蒸煮结合顶空固相微萃取-气相色谱质谱的方法分析了高粱蒸煮后的挥发性香气特征，在蒸熟的高粱中共鉴定出46种挥发性香气成分，其中的大部分香味物质在白酒中均有检出。
随着分析的深入，对于酿造原料蒸煮香气的提取手段也在不断进步，同时蒸馏萃取（simultaneous distillation extraction，SDE）是一种将水蒸气蒸馏与溶剂萃取相结合，将挥发性成分的提取与溶剂萃取相结合，通过少量溶剂提取大量样品的浓缩方法，具有操作简便且重复性好的优点[8]。练顺才等[9]用同时蒸馏萃取法提取不同品种高粱蒸煮时产生的香气成分结合气相色谱-质谱技术（gas chromatographymass spectrometry，GC-MS）大体积进样方式分析，共检出高粱蒸煮时产生的香气成分108种，认为杂环类、酮类、醛类、醇类化合物可能是高粱蒸煮时产生的主要香气成分。廖鹏飞等[10]采用同时蒸馏萃取结合气相色谱-质谱分别对高粱、小麦、玉米、糯米、大米的蒸煮香气进行分析，分别定性出108、91、93、66、66种化合物。李少辉等[11]利用同时蒸馏萃取法对4个生态区的12个谷子品种进行香气提取，共检出81种挥发性物质。
而对于酿酒高粱的地区差异上的研究，主要集中在理化性质和淀粉理化特性上。袁蕊等[12]对南北两地6个不同品种高粱理化指标进行检测，发现三种南方高粱在脂肪、丹宁、蛋白质及支链淀粉含量上均高于北方高粱，南方高粱更适合白酒酿造。田新惠等[13]对南北两地6个不同品种高粱淀粉理化特性进行比较，发现南方高粱的溶解度、膨胀性及糊化温度均低于北方高粱，且南方高粱淀粉稳定性更好，更适宜酿造。而对于地区差异带来的粮食蒸煮风味差异研究较少，CAO S等[14]采用气相色谱-质谱法对来自中国和加拿大两个地区的六种高粱，进行了挥发态香气的分析。结果共检出34种游离香气化合物，包括11种醇、5种酯、3种酸、5种醛和酮、8种苯甲酸化合物、1种萜烯和1种其他化合物。基于多元统计分析，区分出了不同区域的高粱所具有的挥发性特征香气。该研究表明，不同地区的高粱具有不同的特征香气，对于白酒酿造的风味物质贡献具有差异性，但对于我国南北方地区高粱的蒸煮香气的差异还鲜有报道，因此有必要对其进行研究。
该研究以南北两个地区的四种高粱为材料，采用同时蒸馏萃取（SDE）结合气相色谱-质谱技术（GC-MS）对南北地区高粱的蒸煮香气进行检测，分析南北地区高粱所具有的特征风味物质，以期为选择更适合的酿酒原料提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
4个高粱品种G1、YN4、G8、G10分别为泸州红1号、宜糯红4号、晋杂12号、佳矮60，均来自于四川省酿酒专用粮工程技术研究中心，且为酿酒行业应用较多的高粱品种，其中G1、YN4来自南方地区，G8、G10分别来自北方地区。二氯甲烷（色谱纯）、无水硫酸钠（分析纯）：上海阿拉丁生化科技股份有限公司；L-2-辛醇（色谱纯）：美国TM standard公司。
1.2 仪器与设备
TQ-300多功能粉碎机：永康市天琪盛世工贸有限公司；5977BGC/MSD气相色谱质谱联用（GC-MS）仪：美国安捷伦公司；HH-2恒温水浴锅：常州普天仪器制造有限公司；SY-DF3-2A磁力搅拌加热锅：上海尚普仪器设备有限公司；RE-52AA旋转蒸发仪：上海亚荣生化仪器厂；同时蒸馏萃取装置：上海昕沪实验设备有限公司。
1.3 实验方法
1.3.1 样品前处理方法
参考练顺才等[9]的方法并做出改良，将样品用多功能粉碎机粉碎过40目筛后置于4 ℃冰箱待用，称取粉碎后的样品50 g置于1 L圆底烧瓶中，加入500 mL超纯水连接至同时蒸馏萃取装置的轻相一端，采用磁力搅拌加热锅油浴加热，控制温度为（125±5）℃并辅以磁力搅拌防止样品受热不均；量取100 mL二氯甲烷（色谱纯）置于250 mL圆底烧瓶内，加入少量沸石。置于同时蒸馏萃取装置重相一端，采用恒温水浴锅水浴加热，控制温度为（50±5）℃。将水管按下进上出的顺序接好，待轻重两相均沸腾回流后开始计时连续提取3 h，收集萃取液并加入适量的无水硫酸钠，置于4 ℃冰箱内冷冻脱水过夜，将脱水后萃取液过滤除去多余的无水硫酸钠，所得滤液用旋转蒸发仪控制温度为35 ℃减压蒸馏至干后加入5 mL二氯甲烷溶解干物质，密封后置于冰箱中冷藏保存，待进样分析。
1.3.2 仪器分析条件
气相色谱条件：载气为高纯氦气（He）（99.999%）；柱流速为1.0 mL/min；不分流模式进样，进样口温度250 ℃；进样体积1.0 μL。DB-WAX色谱柱（60 m×0.25 mm，0.25 μm）；升温程序为初始40 ℃，保持1 min，以3 ℃/min升至150 ℃，保持4 min；再以7 ℃/min升至220 ℃，保持2 min；再以10 ℃/min升至250 ℃，保持3 min。
质谱条件：电子电离（electron impact，EI）源；电子能量70 eV；离子源温度为230 ℃；四级杆温度为150 ℃；传输管线温度为280 ℃；溶剂延迟时间8～10 min；采用全扫描（full scan）模式，扫描质量范围为30～350 amu。
1.3.3 定性定量分析方法
定性方法：采用美国国家标准与技术研究院（national institute of standards and technology，NIST）11谱库检索并结合保留指数进行定性分析。
定量方法：采用内标法进行半定量，利用待测物质与内标物质的峰面积比例计算待测物质含量，以各组平行的均值作为最终含量。在待测液中加入100 μL L-2-辛醇（200 mg/L）内标溶液，加盖密封待测。
1.3.4 数据处理
使用SPSS 20.0和Origin 2021软件进行数据处理及图表的制作。
2 结果与分析
2.1 不同品种高粱蒸煮香气成分构成分析
通过同时蒸馏萃取（SDE）结合气相色谱-质谱技术（GCMS）对四种来自南北区域不同品种的高粱G1、YN4、G8、G10的蒸煮风味进行分析。共检测出205种化合物，其中烷烃101种、醇类11种、酚类6种、酮类28种、酯类40种、醛类8种、酸类3种、其他类8种。不同品种高粱蒸煮香气成分类别数量比较见图1，不同品种高粱蒸煮香气成分含量构成比较结果见图2。
图1 不同品种高粱蒸煮香气成分类别数量比较
Fig.1 Comparison of the types quantities of steaming aroma components in different varieties of sorghum
图2 不同品种高粱蒸煮香气成分类别含量构成比较
Fig.2 Comparison of the contents of steaming aroma components types in different varieties of sorghum
由图1可知，不同品种高粱的香气成分类别数量各不相同。YN4高粱所检出香气成分种类最多，有89种，G1、G8高粱所检出化合物种类数量趋于中等，分别有79、80种，G10高粱所检出香气成分最少，仅有74种。各品种所检出香气成分种类组成相似，都是以烷烃、酯类以及酮类物质为主，而醇类和酸类物质较少。其中G1检测出烷烃类50种、酚类3种、醇类2种、醛类2种、酯类12种、酮类8种、其他类2种；YN4检测出45种、4种、6种、4种、14种、9种、7种；G8检测出烷烃类44种、酚类3种、醇类2种、醛类4种、酸类3种、酯类14种、酮类8种、其他类2种；G10检测出43种、4种、4种、2种、1种、9种、9种、2种。
由图2可知，不同品种的高粱蒸煮香气成分类别含量构成具有一定差异性，总体来看4个品种高粱的蒸煮香气成分构成大致相似，都是以烷烃类物质为主，都达到了60%以上，这一结果与其他研究相一致[10，15]。其中G1高粱的烷烃类物质占比最高为81%，YN4、G8、G10高粱的烷烃类物质占比分别为66%、73%、64%；南方高粱G1、YN4的酯类物质占比分别为20.9%、18.8%，均远高于北方高粱G8、G10的5.1%、5.5%；而酚类物质则是北方高粱（G8（5.1%）、G10（7.8%））高于南方高粱（G1（1.5%）、YN4（1.6%））；酸类物质仅在北方的G8、G10高粱中检出，分别为2.4%、8.8%；酮类物质则是在南方的YN4、G10高粱占比较多，分别为7.2%、7.8%；醛类物质在四种高粱中占比较为接近，分别为G1（1.5%）、YN4（2.8%）、G8（14%）、G10（1.4%）。
2.2 不同品种高粱蒸煮主要风味物质构成分析
为进一步探索不同地区高粱的蒸煮香气差异，对所检出化合物查询《酒类风味化学》[16]，筛选出具有气味描述的化合物共39种。其中醇类物质3种、酚类物质4种、酯类物质12种、酮类物质5种、酸类物质3种、醛类物质4种、其他类物质8种，具体含量见表1。
表1 高粱蒸煮主要挥发性风味物质含量
Table 1 Main volatile flavor substance contents of steaming sorghum
化合物 气味描述含量/（μg·L-1）G1 YN4 G8 G10酚类4-乙基愈创木酚间甲酚2,4-二叔丁基苯酚4-甲基苯酚酸类癸酸正戊酸乙酰丙酸酯类乙酸十一酯γ-己内酯邻苯二甲酸二丁酯甲酸香叶酯棕榈酸乙酯乙酸十二烯基酯硬脂酸乙酯正己酸乙酯乙二醇单硬脂酸酯异氰酸酯异氰酸甲酯苯乙酸四氢糠酯醇类仲辛醇甲基苯甲醇芳樟醇醛类2,4-二甲基苯甲醛大豆酱油香味烟熏气味、鞋油味酚类气味烟熏气味、鞋油味70.99 32.13 23.37 74.66-78.86——-- - --- - - - -25.65 27.92 31.60 21.67山羊臭、奶酪臭汗臭、酸腐味焦糖酸味75.13 6.37 3.35 241.18蜡质味甜香、焦糖香微弱臭味新鲜玫瑰香奶油味蜡质味蜡质香水果香蜡质味焦糖、坚果味玫瑰香花蜜味15.89 11.10 10.25 4.97 620.34—— - -46.16-810.49 85.59 45.97 145.9 21.00 12.15--102.5-- - - --- - - - - - --- - -77.25-- - - - -20.44 2.72 2.90青草、泥土香风信子香柑橘、花香味137.84 3.34-- - - - - ---18.50樱桃香味31.37---62.08--
续表
注：“-”表示该物质未被检出。
化合物 气味描述壬醛3-甲基苯甲醛丙烯醛酮类6-溴-2-己酮苯丙酮1-（1-环己烯-1-基）-1-丙酮4'-甲氧基苯丙酮甲基十四烷基甲酮其他类萘吲哚丙酸酐1,6-己内酰胺间二甲苯苯并噻唑去氢白菖烯α-萜品烯含量/（μg·L-1）G1 YN4 G8 G10青草香甜樱桃胡椒、山葵气味17.16 103.90——-16.70 4.95樟脑味樱桃、芳香本草味青草味霉味水果味18.77-- - - -7.47 2.32 1.16-- --- -4.10-- - - - - -樟脑气味动物臭、轻微麝香气味苹果香辛辣刺激味塑料味熟制坚果辛辣味柑橘香26.84 4.46-- -2.66-- - - - -18.49 5.68 44.25 39.49 28.58 6.00 4.84--- - - -10.13-33.13-22.66 2.74-- - - -
由表1可知，4种高粱中所含主要风味物质从种类数量上为YN4（14种）=G1（14种）＞G8（13种）＞G10（11种）。研究表明，白酒中酸类物质含量过高会导致白酒的酸味露头，酒味粗糙，入口有尖酸味从而影响白酒口味，而酯类物质的种类及含量构成是决定白酒风味的重要指标[17]。3种酸类物质仅在北方高粱中检测出，其中癸酸在G10和G8中含量分别达到241.18 μg/L、75.13 μg/L。而南方高粱中检测出更多种类和更高含量的酯类物质，G1中检测出酯类物质6种，YN4中5种，其中棕榈酸乙酯在YN4中含量为810.49 μg/L、G1中含量为620.34 μg/L，而在G8和G10高粱中并未检出。以上结果表明，不同高粱品种或不同地域高粱之间的蒸煮风味物质存在较大差异，且南方高粱G1、YN4的蒸煮风味物质在种类和含量上与白酒酿造所需更加符合。
在4种高粱中均有检出邻苯二甲酸二丁酯、2,4-二叔丁基苯酚。邻苯二甲酸二丁酯是白酒中最常见的一种塑化剂[18]，大部分研究认为白酒中的邻苯二甲酸二丁酯是被生产环境、生产用具以及储存条件所影响的[19]，而鲁磊安[20]的研究表明，植物生长期间会从被污染的土壤中吸收邻苯二甲酸二丁酯并累积，本研究中邻苯二甲酸二丁酯的检出，说明白酒中的塑化剂成分有可能部分来自于粮食。2,4-二叔丁基苯酚作为一种具有鞋油味的酚类物质，有研究认为其是川法小曲白酒的典型呈香物质[21]。
2.3 主要风味物质主成分分析及聚类分析结果
对4种高粱主要风味物质成分进行主成分分析，结果见图3，对4种高粱主要风味物质进行聚类分析，结果见图4。
图3 基于主要风味物质4个品种高粱主成分分析得分图
Fig.3 Principal component analysis score plots of 4 kinds of sorghum based on main flavor substances
图4 基于主要风味物质4个品种高粱聚类分析
Fig.4 Cluster analysis of 4 kinds of sorghum based on main flavor substances
由图3可知，第一主成分的贡献率为47.8%，第二主成分的贡献率为26.8%，两个主成分能反映全部信息的74.6%。4种高粱分别分布在四个象限内，不同品种之间相对独立，各自能够得到明显区分。从第一主成分来看，来自北方的高粱G8、G10分布较为靠近。而南方的高粱G1与YN4则是在第二主成分上分布较为靠近。说明4种高粱的蒸煮风味具有南北地域上的差异。由图4可知，通过聚类分析4个品种的高粱被分为2类，其中来自北方的高粱G8、G10被分为一个大类，而来自南方的高粱G1、YN4被分为另一个大类。聚类分析结果与主成分分析呈现的差异性基本一致。
2.4 南北地区高粱蒸煮特征风味物质比较
不同品种高粱蒸煮风味物质Venn图见图5。由图5可知，4种高粱均含有的物质有2种，南方高粱G1、YN4共有物质9种，北方高粱G8、G10共有物质4种。为揭示南北地区高粱的蒸煮特征风味物质，对计算以上11种物质的香气活度值（aroma activityvalues，OAV），结果见表2。
表2 4个品种高粱11种蒸煮风味物质香气活度值
Table 2 Aroma activity values of 11 steaming aroma substances in 4 kinds of sorghum
注：“-”表示未找到该化合物的阈值，a指对应化合物未检出，b指由于未能找到该化合物阈值，因此未能计算出相应的OAV。
风味物质 阈值/（μg·L-1）OAV G1 YN4 G8 G10 4-乙基愈创木酚棕榈酸乙酯正己酸乙酯壬醛吲哚癸酸4-甲基苯酚邻苯二甲酸二丁酯2,4-二叔丁基苯酚萘6-溴-2-己酮6.9[4]2 000[4]1[22]1[23]140[24]3500[4]0.18[25]10.3＜1 103 17.2＜1 10.8＜1 146 103.9＜1 a a a a ＜1＜1 155.1 a a a a a ＜1 120.4-- - -a a b b b b a a b b b b b b b b b b b b
图5 4个品种高粱蒸煮风味物质Venn图
Fig.5 Venn diagram of steaming aroma components of 4 kinds of sorghum
由表2可知，南方高粱（G1、YN4）中4-乙基愈创木酚、正己酸乙酯、壬醛OAV＞1，对于G1、YN4的蒸煮香气有着较大的贡献，而吲哚和棕榈酸乙酯的OAV＜1，说明其对于南方高粱蒸煮香气的贡献较低。有研究表明在白酒中的4-乙基愈创木酚、壬醛是白酒风味分支中的“粮香”的重要来源[26]，其中4-乙基愈创木酚是白酒中的重要健康因子，被认为是浓香型白酒的重要香气成分[27-28]，正己酸乙酯在GB/T10781.1—2021《白酒质量要求》中[29]是衡量浓香型白酒品质的重要理化指标，在本研究中这3种化合物在南方的两种高粱（G1、YN4）中被认为是关键的风味物质。
4-甲基苯酚在G8、G10中的OAV分别为155.1、120.4，对北方高粱蒸煮香气的贡献较高，在南方高粱中未检出。有研究表明该物质在白酒中含量过高，会导致酒体产生异味从而影响白酒风味品质[30]。而癸酸OAV＜1，说明其对于北方高粱蒸煮香味的贡献较低。
3 结论
本研究通过同时蒸馏萃取技术（SDE）结合气相色谱-质谱技术（GC-MS）解析了两个地域4种高粱的蒸煮香气成分，共检测出205种化合物，从中筛选出39种具有特殊香气的化合物。研究发现不同地域高粱蒸煮香气种类构成及含量有明显差异，南方高粱蒸煮风味物质种类比北方高粱更加丰富，且酯类、酚类、酮类物质含量均高于北方高粱，而北方高粱中的酸类物质种类及含量均高于南方高粱。进一步对比发现，4种高粱均有邻苯二甲酸二丁酯检出，说明白酒中的塑化剂成分有可能部分来自于粮食。
本研究初步的确定了南北两个地区高粱蒸煮香气中的特征风味物质。南方高粱的蒸煮香气特征风味物质为4-乙基愈创木酚、正己酸乙酯、壬醛，这3种物质均为白酒中的重要风味物质；而北方高粱的蒸煮香气特征风味物质4-甲基苯酚是白酒中的一种异味物质，综合来看，南方高粱在特征风味物质以及香气成分种类和含量上与白酒酿造所需风味物质更加相符。
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