白酒是中国传统的蒸馏酒,历经2 000多年的传承与发展,形成了自己独特的风格特征,与白兰地、威士忌、伏特加、朗姆酒及金酒齐称为世界六大蒸馏酒[1]。其生产通常单独用高粱或高粱混合玉米、大米、小麦、豌豆、小米等原料[2],加入大曲、小曲、麸曲等进行糖化发酵,产生乙醇和其他风味成分。发酵后的混合物在固态条件下蒸馏产生白酒原酒,原酒需经过一定时间的贮存进行老熟,在此期间白酒的多种复合香气逐渐形成[3],待其老熟后再经勾兑、装瓶的步骤即生产结束。

贮存是使白酒原酒不愉快的新酒味减少、酒体趋向协调、酒味变得柔和的重要生产阶段[4]。目前,原酒的贮存环境主要有露天、库房、地窖及山洞等。Zhu等[5]发现白酒在库房贮存1年过程中水果、花香、蜂蜜和奶酪的香气增强,而腌菜、谷物和酒精的香气减弱,大部分挥发性风味成分的含量在同一时间增加,壬醛、乙酸苯乙酯、苯甲酸乙酯、4-乙基愈创木酚、丙醇和3-甲基-1-丁醇在库房贮存365 d后含量下降。露天贮存的特点是贮存温度随季节和昼夜变化较大,这些特点在中国西北地区尤为显著。黎贤淑等[6]对新疆伊犁肖尔布拉克白酒进行露天贮存研究,当地夏季白天最高温度可达38 ℃左右、冬季最低在零下27 ℃左右,其研究结果证明,露天贮存6个月的白酒相当于室内贮存2年白酒的酒质,即露天贮存可以缩短老熟时间,提高白酒质量。洞藏贮酒的特点是环境的温湿度相对恒定。吴昊等[7]对白酒原酒分别进行洞藏和库房贮存,结果显示,洞藏样品品评得分高于库房贮存样品,洞藏贮存时原酒优雅细腻的口感大幅提升。库房贮存即室温下贮存,其特点是贮存温度随自然季节变化。胥思霞等[8]对贵州青酒进行库房贮存和洞藏贮存对比,库房温度在-5～32 ℃,湿度在70%～72%;同时在15～22 ℃,湿度88%～95%的条件下洞藏贮存完全相同的酒样,结果表明:洞藏贮存1年的酒与库房贮存2年的酒感官质量相当,说明库房贮存不如洞藏贮存老熟速度快。由此可见,贮存温度的不同,造成贮存地点的温度、湿度等物理因素以及其他化学、微生物因素的不同,这会显著影响白酒风味和品质。

贮存温度是影响白酒老熟的重要因素之一。理论上讲,老熟温度升高,酒体里一系列化学反应速度加快,如醇酸酯化反应、醇醛缩合反应、醛与醛的缩合反应等[9-10],这将加速白酒的老熟过程。这些反应从分子层面考虑与分子动力学有关。利用分子动力学研究物质的性质和结构,解释分子层面的化学问题已经广泛应用于食品、医药、材料等领域[11-12],将其应用于解释白酒老熟机制、分析挥发性风味成分的变化十分有意义。白酒的风味成分数量众多,含量占酒体总质量2%左右[2],贮存老熟时一系列化学反应造成挥发性风味成分的种类和含量的变化,对白酒的风格和质量具有重要影响。传统白酒多在库房、山洞中进行自然老熟,老熟进程缓慢,环境因子影响显著。白酒生产地域辽阔,不同地区酒厂温度环境差异大,酒质在贮存老熟期间的控制仍存在很多不足。

前人对白酒老熟过程的研究多集中在对库房贮存、山洞贮存等自然贮存温度的研究。提高老熟温度进行恒温或变温老熟,考查样品在不同贮存温度下挥发性风味成分的变化,对探索白酒新型贮存温度具有重要意义。本研究采用室温自然贮存、提高温度恒温贮存、提高温度变温贮存3种贮存方式,对白酒原酒老熟156 d,考查老熟过程中原酒挥发性风味成分含量及其香气活度值的变化,旨在为白酒原酒生产过程中工艺优化指明方向,也为白酒企业优化酒体设计方案、提升产品质量奠定基础。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

实验材料:白酒原酒样品由河北衡水老白干酒业股份有限公司提供,酒精度67.7%,采用混蒸混烧老五甑工艺生产,生产日期为2021年11月23日。样品经老白干公司技术中心的国家级和省级白酒评酒师品评,认为具有典型老五甑工艺老白干白酒原酒的风格和品质。酒样分装入3个完全相同的500 mL玻璃酒瓶中分别避光贮存。

实验试剂:所用试剂均为GC级,纯度至少为95%。无水乙醇、壬酸乙酯、2-十一酮、4-甲基愈创木酚,阿拉丁生化科技股份有限公司;氯化钠、乳酸乙酯、乙酸乙酯,国药化学试剂股份有限公司;甲酸辛酯、乙酸己酯、戊酸乙酯、己酸乙酯、庚酸乙酯、辛酸乙酯、癸酸乙酯、乙酸异戊酯、异己酸乙酯、己酸异丁酯、己酸异戊酯、丁二酸二乙酯、壬二酸二乙酯、十一酸乙酯、十五酸乙酯、苯乙酸乙酯、亚油酸乙酯、油酸乙酯、苯甲酸乙酯、苯甲酸异戊酯、苯丙酸乙酯、(E)-2-癸烯酸乙酯、月桂酸乙酯、棕榈酸乙酯、肉豆蔻酸乙酯、白氨酸乙酯、辛酸、正癸酸、壬醛、桃醛、2-戊基呋喃、苯乙烯、β-石竹烯,百灵威科技有限公司;异戊醛二乙醇缩醛、苯乙醛二乙醇缩醛,华威锐科化工有限公司;正己醇、苯乙醇、乙酸苯乙酯,阿法埃莎化学有限公司。

1.2 仪器与设备

7890B-5977A型气相色谱-质谱联用仪(配备60 m×0.25 mm×0.25 μm的DB-FFAP毛细管柱),美国Agilent公司;ODP3型嗅觉检测器,德国Gerstel公司;DHP-9272型电热恒温培养箱,上海一恒科学仪器有限公司;50/30 μm DVB/CAR/PDMS型手动固相微萃取纤维头,美国Supelco公司。

1.3 实验方法

1.3.1 3种贮存方式的白酒老熟条件

酒样分别贮存在自然室温(natural temperature,NT)、恒温40 ℃(constant temperature at 40 ℃,CT)和每日先40 ℃处理12 h后自然降温12 h的变温(alternating temperature,AT)条件下。分别在老熟前(记为1 d)及30、58、92、128、156 d取样分析,每次取样均进行3次平行实验。

以NT30d、NT58d、NT92d、NT128d、NT156d表示在自然室温条件下贮存30、58、92、128、156 d的样品;以CT30d、CT58d、CT92d、CT128d、CT156d表示在恒温条件下贮存30、58、92、128、156 d的样品;以AT30d、AT58d、AT92d、AT128d、AT156d表示在变温条件下贮存30、58、92、128、156 d的样品。

1.3.2 挥发性风味成分的HS-SPME提取方法

取1 mL样品,加水稀释至酒精度10%,加入200 mg/L的内标2H8-萘和邻二氯苯各10 μL、氯化钠2.5 g于20 mL顶空进样瓶中,密封。在45 ℃水浴中平衡30 min,用240 ℃下老化30 min的萃取头顶空萃取30 min,将萃取头插入GC-MS进样口,解吸5 min。

1.3.3 挥发性风味成分的GC-MS和GC-O分析方法

GC条件:DB-FFAP毛细管柱(60 m×0.25 mm×0.25 μm),载气为高纯氦气(纯度99.999%),采用不分流模式,恒定流速2.5 mL/min,进样口温度240 ℃。柱箱升温程序为初温40 ℃,以10 ℃/min升至120 ℃,然后以4 ℃/min升至230 ℃,保持5 min。

MS条件:电子轰击(EI)源,离子源温度230 ℃,四级杆温度150 ℃,传输管线温度240 ℃,电子能量70 eV,扫描质量范围35～450m/z。

GC-O条件:ODP3嗅觉检测器连接至GC,设置分流比3∶1,由经培训过的3名专业人员进行嗅闻,并进行3次平行实验。

1.3.4 挥发性风味成分的定性和定量方法

以质谱图(MS)与NIST2020谱库的比对结果进行定性,并用保留指数(RI)比对、标准品(S)比对和嗅闻定性(O)结合人工解谱进一步确认化合物的结构。

分别取一定量的标准品稀释后,在乙醇水溶液(酒精度67.7%)中加入一系列已知浓度的稀释液制成模拟酒样。通过GC-MS检测标品和内标对各自浓度的响应,绘制标准曲线。原酒的分析条件与标准曲线建立的条件相同。以外标标准曲线计算每种挥发性风味成分的含量。

计算挥发性风味成分的香气活度值(odor activity value,OAV)时,使用该挥发性风味成分的测定质量浓度与文献报道的其在46%乙醇溶液或白酒中测定的阈值进行比对。当OAV>1时,认为其为重要挥发性风味成分。

1.4 数据分析

采用Origin2021软件绘制三维散点拟合曲面图、香气活度值变化折线图分析挥发性风味成分及香气活度值的变化趋势,采用Omicshare绘制聚类线热图并分析白酒样品与挥发性风味成分的潜在关联,采用SPSS进行显著性差异分析。

2 结果与分析

2.1 挥发性风味成分的定性结果

对老熟前(1 d)的白酒原酒进行取样分析,共定性检测出55种挥发性风味成分(见表1)。对3种不同贮存方式的原酒进行定期取样,对其中43种含量相对较高的具有白酒风味特征的挥发性风味成分采用标准品外标定量的方式进行分析(见表2)。其中,检测到最多的物质为酯类成分,含量也最高[13]。总体来看,不论在哪种条件下,酯类化合物中含量最多的是乳酸乙酯(大于1 000 mg/L),其次是乙酸乙酯、癸酸乙酯(大于100 mg/L)。乳酸乙酯和乙酸乙酯为主体的自然协调的复合香气是老白干白酒区别于其他香型白酒的主要特点[14]。白酒中呈现甜香的挥发性风味成分有许多,月桂酸乙酯被证实是白酒中呈现枣香香气的挥发性风味成分[15],本研究中它呈现甜香;苯乙酸乙酯被认为是有蜂蜜香气的挥发性风味成分[16],与本研究结果相同;有研究发现乳酸乙酯、棕榈酸乙酯在一定浓度时也呈现甜香[17],这些挥发性风味成分都对白酒爽口回甘有着重要的作用。醇类是香与味的过渡桥梁,有文章指出苯乙醇呈现蜜香[18],具有衬托酯香的作用。本研究中它呈现玫瑰、甜香。当然,有些挥发性风味成分也会呈现令人不愉悦的气味,例如正辛酸和正癸酸,本研究分别描述为腌菜味和油臭味,这与其他文章[19]分别描述为汗臭、脂肪臭十分相似。虽然它们的味道较为刺激,但是其也对增长酒的后味、掩盖其他杂味有着重要作用,是白酒不可或缺的挥发性风味成分。本研究中的异戊醛二乙醇缩醛、苯乙醛二乙醇缩醛有刺激性气味。有研究发现缩醛有强烈的挥发性和刺激感,但与乙醛适宜配比,尤其当白酒中乳酸乙酯含量大于乙酸乙酯含量的情况下,能显著增加酒的香气,并消除乳酸乙酯带来的沉闷感,使酒体口感更显成熟[18]。

2.2 贮存方式对老白干原酒中挥发性风味成分含量变化的影响

为深入探究贮存方式对老白干原酒中挥发性风味成分含量变化的影响,对表1中不同贮存温度和贮存时间的原酒酒样中43种挥发性风味成分的含量绘制了三维散点拟合曲面图,见图1。图1(a)、图1(b)和图1(c)分别代表高含量(大于100 mg/L)、中含量(10～100 mg/L)和低含量(1 μg/L～10 mg/L)挥发性风味成分在不同贮存时长的含量变化情况。由图1可知,挥发性风味成分的含量变化趋势比较复杂,同种成分的含量受贮存方式影响较大。在同一贮存条件下,多数挥发性风味成分呈升高和先上升后下降的趋势。

2.2.1 自然贮存原酒的变化规律

由表2和图1可知,自然老熟时,含量随时间递增的挥发性风味成分有乙酸乙酯、乳酸乙酯、甲酸辛酯、乙酸己酯、十一酸乙酯、十五酸乙酯、油酸乙酯、异戊醛二乙醇缩醛、苯乙醇、β-石竹烯。除个别点外,戊酸乙酯、己酸乙酯、癸酸乙酯、壬二酸二乙酯、苯甲酸异戊酯、乙酸苯乙酯、亚油酸乙酯、苯丙酸乙酯、白氨酸乙酯、苯乙烯含量也随时间增长逐渐升高。含量变化较大的挥发性风味成分,如乙酸乙酯,含量由0.195 g/L升至2.314 g/L,乳酸乙酯由1.606 g/L升至5.382 g/L,癸酸乙酯由0.126 g/L升至1.555 g/L,甲酸辛酯由4 μg/L升至80 μg/L,乙酸己酯由27 μg/L升至233 μg/L,戊酸乙酯由122 μg/L升至2 217 μg/L,己酸乙酯由116 μg/L升至950 μg/L。这表明自然贮存时大部分酯类的含量都在以不同的速度增长。

正辛酸、正癸酸、异己酸乙酯、己酸异丁酯、己酸异戊酯、苯甲酸乙酯的含量随着时间的推移升高后几乎不变。例如,由1 d至92 d,正辛酸含量由25 μg/L升至39 μg/L后几乎不变,正癸酸由638 μg/L上升至2 188 μg/L后几乎不变,异己酸乙酯由42 μg/L升至496 μg/L后几乎不变,己酸异戊酯由85 μg/L升至149 μg/L后几乎不变。本研究中,部分酯类含量升高与氧化增加有机酸从而增加酯含量的氧化过程有关,氧化过程一直被认为是存在于从白酒原料处理到贮存老熟整个阶段的一个重要反应,后期含量变化稳定可能与溶解氧的消耗[20]、水解速度的变慢、酒体进入稳定期有关。

壬醛、2-戊基呋喃、(E)-2-癸烯酸乙酯呈现相对较平稳的变化趋势。例如2-戊基呋喃含量较低,含量在0～156 d内变化很小,其在食品中的形成主要涉及热降解反应,它是在白酒酒醅与高粱高温蒸料蒸酒时产生[21]。

2.2.2 40 ℃恒温贮存原酒的变化规律

由图1可知,40 ℃恒温贮存时,乳酸乙酯、壬酸乙酯、异己酸乙酯、己酸异戊酯、苯甲酸异戊酯、棕榈酸乙酯、油酸乙酯、亚油酸乙酯、白氨酸乙酯、正辛酸、正癸酸、桃醛、β-石竹烯的含量呈现先增后减的趋势。乙酸乙酯、乙酸己酯、庚酸乙酯、甲酸辛酯、壬二酸二乙酯的含量在156 d内有明显下降。部分挥发性风味成分含量变化较为明显,如乳酸乙酯的含量由1 d的1.606 g/L升至92 d时最高含量7.385 g/L后波动下降,虽然后期含量下降,但是总体上在156 d的含量比新酒增加了3.3倍。乙酸乙酯由0.195 g/L升至128 d的1.615 g/L后下降至1.136 g/L,中期峰值时含量升高7.3倍。乙酸己酯由27 μg/L升至733 μg/L后下降至174 μg/L,庚酸乙酯由4 μg/L升至58 μg/L后下降至31 μg/L,异己酸乙酯由42 μg/L升至558 μg/L后下降至202 μg/L,己酸异戊酯由85 μg/L升至150 μg/L后下降至107 μg/L。结果表明:40 ℃恒温贮存时,由于贮存温度偏高,酯类生成速度和水解速度均加快,大部分酯类含量呈现先增后减的变化趋势。

除了含量呈现先增后减变化的挥发性风味成分外,乙酸异戊酯、苯丙酸乙酯、异戊醛二乙醇缩醛、苯乙醛二乙醇缩醛、4-甲基愈创木酚、2-十一酮的含量升高后几乎不变。乙酸异戊酯由59 869 μg/L在 92 d升高至346 590 μg/L后含量波动很小。苯丙酸乙酯由1 352 μg/L升至14 528 μg/L后含量变化幅度较小。苯丙酸乙酯具有舒适的枣香和甘甜的果香,被认为是老白干白酒陈香的特征性成分[15],以及黍黄酒中的关键气味物质[22]。异戊醛二乙醇缩醛由68 μg/L在30 d内含量翻倍至142 μg/L后含量变化幅度较小,苯乙醛二乙醇缩醛由192 μg/L升至320 μg/L后含量变化较稳定,4-甲基愈创木酚由125 μg/L升至1 478 μg/L后含量基本稳定。戊酸乙酯的含量随着时间推移逐渐升高,由122 μg/L升至813 μg/L变化近6倍。壬酸乙酯、2-戊基呋喃、壬醛的含量在恒温状态下变化不大。壬酸乙酯的含量稳定在27～31 μg/L,除个别点外,2-戊基呋喃的含量稳定在2 μg/L左右。白酒中的醛类物质在发酵过程中出现,大部分是由氨基酸脱氨和脱羧产生的[23],本研究中,壬醛的含量稳定在1～4 μg/L,在贮存期含量变化很小。

2.2.3 变温贮存原酒的变化规律

在变温贮存条件下,甲酸辛酯、乙酸乙酯、乙酸异戊酯、乙酸苯乙酯、油酸乙酯、亚油酸乙酯、苯乙酸乙酯、异己酸乙酯、苯甲酸异戊酯、十一酸乙酯、十五酸乙酯、4-甲基愈创木酚、苯乙醇的含量随着贮存时间增长呈现严格的上升趋势。除个别点以外,乳酸乙酯、乙酸己酯、戊酸乙酯、己酸乙酯、壬酸乙酯、壬二酸二乙酯、己酸异丁酯、异戊醛二乙醇缩醛、苯乙醛二乙醇缩醛、苯乙烯、2-十一酮、桃醛、2-戊基呋喃的含量随着时间推移逐渐递增。具体来看变化较为明显的挥发性风味成分,例如乳酸乙酯由1.606 g/L升至8.596 g/L,乙酸乙酯由0.195 g/L升至3.052 g/L,甲酸辛酯由4 μg/L升至106 μg/L,戊酸乙酯由122 μg/L升至1 591 μg/L,己酸乙酯由116 μg/L升至1 542 μg/L,壬酸乙酯由29 μg/L升至108 μg/L,乙酸异戊酯由59 869 μg/L升至1 194 003 μg/L,乙酸苯乙酯由439 μg/L升至5 810 μg/L。结果表明大部分酯类化合物在变温贮存时呈现含量递增的变化趋势。

辛酸乙酯、癸酸乙酯、棕榈酸乙酯、月桂酸乙酯呈现先减后增的趋势。具体来看,辛酸乙酯由68 μg/L曲线降至45 μg/L后升至185 μg/L;癸酸乙酯的含量由125 552 μg/L在30 d内时快速降至43 465 μg/L后开始上升,最终升至704 006 μg/L;棕榈酸乙酯由3 253 μg/L连续30 d下降至309 μg/L后升至3 133 μg/L;月桂酸乙酯由2 401 μg/L降至336 μg/L后升高至2 452 μg/L。

除这些物质外,正癸酸、白氨酸乙酯、(E)-2-癸烯酸乙酯的含量先增后减。正己醇由0.186 g/L在128 d升至2.527 g/L后下降至1.557 g/L,正癸酸的含量由638 μg/L在92 d时升高至2 793 μg/L后缓慢下降至2 219 μg/L,白氨酸乙酯由34 μg/L在92 d达到最高含量71 μg/L后含量下降至57 μg/L,乙酸己酯由27 μg/L在128 d时达到最高值695 μg/L后下降至521 μg/L,(E)-2-癸烯酸乙酯由18 μg/L在92 d时含量升至60 μg/L后含量下降至36 μg/L。而在变温贮存条件下,壬醛的含量很少(约2 μg/L)且几乎不变。

2.2.4 反应动力学解释分析

本研究所用的老白干原酒样品在24.8 ℃时测得pH值为4.48,酒样呈酸性。大多数醇、酸、酯、醛、酮类物质处在动态平衡的原因可能与水分子攻击羰基碳、羰基氧,以及它们的中间体的过程有关。酸催化时,羰基氧原子先质子化,使羰基碳的正电性增强,提高接受亲核试剂进攻的能力,水分子向羰基碳进攻,通过加成、消除反应形成羧酸和醇,羧酸和醇又可以重新结合成酯。也有报道水分子还可以攻击羰基碳和羰基氧产生中间体,酰基是己酸乙酯水解时的中间体,决定反应的速率,酯类例如己酸乙酯的含量变化与中间体的构型与亲核能力息息相关[24]。

另外,键能能很好地解释乳酸乙酯比乙酸乙酯更稳定、更快速增长的现象。乳酸乙酯的前体乳酸羟基-氧质子化所需的最小能量较乙酸乙酯的前体物质乙酸高,高键能不易断裂而造成水解,且乳酸比乙酸能多形成一个羟基,因而可以与水或者乙醇形成更多的氢键,更稳定地存在于酒体中[25]。氢键在白酒中起着关键作用,氢键的加强可以减少游离乙醇分子的数量,使白酒的刺激性降低。含酸的乙醇-水体系中氢键较多,能形成缔合结构[26],这就能很好地解释白酒在贮存后口感变得醇厚的现象。

此外,从能量壁垒层面也可以解释化合物的转化过程,它们的变化与动力学息息相关。例如一些自发水解或酯化反应在自然常温下难以克服能量壁垒,而提高温度或者有规律地调节温度能够帮助获得所需的能量,因而部分酯类在变温贮存时的含量增幅大于同时间下常温贮存状态酒样的含量增幅[27]。

2.3 不同贮存方式下老白干原酒中挥发性风味成分变化规律的比较

通过绘制热图,将不同贮存方式下原酒挥发性风味成分含量变化进行聚类分析,见图2。由聚类分析可知,不同温度条件下热图色块颜色更红,即含量高的挥发性风味成分大多出现在贮存时间最长即NT156d和AT156d组,或者中后段CT92d或CT128d组。热图处理软件把不同时期的酒样分为4类,第1类包括NT156d、AT156d,第2类包括NT30d、CT30d、AT30d、1d,第3类包括NT58d、CT58d、AT58d、CT156d,第4类包括NT92d、CT92d、AT92d、NT128d、CT128d、AT128d。

由图2可知,NT156d组中的戊酸乙酯、庚酸乙酯、辛酸乙酯、癸酸乙酯、乙酸苯乙酯、苯甲酸乙酯、苯甲酸异戊酯、月桂酸乙酯、苯丙酸乙酯的含量较相同贮存时间下其他处理方式组更多,而乳酸乙酯、乙酸异戊酯、丁二酸二乙酯、棕榈酸乙酯、正己醇的含量低于相同贮存时间下其他贮存温度组。AT156d组中的乳酸乙酯、甲酸辛酯、乙酸乙酯、乙酸己酯、乙酸异戊酯、丁二酸二乙酯、己酸乙酯、己酸异戊酯、异己酸乙酯、壬酸乙酯、壬二酸二乙酯、十一酸乙酯、油酸乙酯、肉豆蔻酸乙酯、苯乙酸乙酯、苯乙醇的含量高于相同贮存时间下其他处理方式组,而只有癸酸乙酯、苯甲酸乙酯的含量低于相同贮存时间下其他不同处理组。CT156d组中仅棕榈酸乙酯的含量比同天数其他处理方式组高,而其甲酸辛酯、乙酸乙酯、乙酸己酯、戊酸乙酯、己酸乙酯、异己酸乙酯、己酸异丁酯、己酸异戊酯、庚酸乙酯、辛酸乙酯、壬酸乙酯、白氨酸乙酯、十一酸乙酯、(E)-2-癸烯酸乙酯、乙酸苯乙酯、苯乙酸乙酯、苯丙酸乙酯、苯甲酸异戊酯、月桂酸乙酯、β-石竹烯、十八烷酸的含量比同时长其他处理方式少。高级醇与酒类的口感密切相关,在本研究中,苯乙醇作为高级醇在AT156d组比自然放置时的含量显著多,这与氨基酸在转氨酶作用下转化为α-酮酸,再经过脱羧成醛,还原成醇的埃里希代谢途径有关[28],从苯丙氨酸到苯乙醇的过程被加速一定程度上说明变温对白酒是有利的。

值得关注的是,在其他时间节点,例如CT128d组中的甲酸辛酯、乙酸己酯、壬二酸二乙酯、异己酸乙酯、棕榈酸乙酯、十五酸乙酯、正己醇的含量高于其他同天数不同处理方式组,壬酸乙酯、月桂酸乙酯、异戊醛二乙醇缩醛、辛酸的含量低于同天数其他处理组。而CT128d组与CT156d组相比,其甲酸辛酯、乙酸乙酯、乙酸己酯、己酸乙酯、己酸异丁酯、异己酸乙酯、庚酸乙酯、壬酸乙酯、壬二酸二乙酯、乙酸苯乙酯、苯乙酸乙酯、白氨酸乙酯、(E)-2-癸烯酸乙酯、十一酸乙酯、十五酸乙酯、棕榈酸乙酯、油酸乙酯、亚油酸乙酯、正辛酸、正癸酸的含量均高于CT156d组,或者说由图2的聚类结果,恒温条件下156 d与自然老熟58 d的结果相似而恒温128 d物质含量与自然老熟92 d更相似。这说明在恒温40 ℃条件下,虽然大多数酯类在156 d时与1 d相比含量有所上升,但都经历了先增后减的过程,即在128 d时含量出现峰值后在156 d时含量降低,原因可能是温度的提高使分子内活化能提高,从而提高了白酒陈酿过程中的各种化学反应速率,但是长期的高温容易使反应过度生成更多的酸类化合物,导致酯类化合物含量下降,温度高也会加速低沸点物质的挥发。这些挥发性风味成分在更长的贮存时间后出现含量减少现象,这说明高温贮存时间不宜过长,过长会影响酒的风味,需要找到时间和温度的平衡点。

在变温贮存条件下,含量幅度变化最大的乳酸乙酯和乙酸乙酯,它们在156 d期间含量变化差异分别高达6.990 g/L和2.856 g/L,这2种物质也是老白干白酒的特征挥发性风味成分。从增长速度来看,乳酸乙酯在30 d至58 d间含量迅速增长2倍,后期增长缓慢。乙酸乙酯在30～58 d间含量增长4倍,后期缓慢增长。以这2种酯类为代表的多种酯类都在初期(≤58 d)增长迅速,这可能的原因是初期醇类物质、酯类物质、酸类物质、醛类物质都未达到化学平衡状态,化学动力学促使它们向着稳定态转化。除此之外,也可能是由于初期贮存容器内氧气较为充足,能为各种氧化反应提供充足的氧化剂。在变温贮存下乳酸乙酯和乙酸乙酯的含量随时间变化幅度大的原因可能是较大温差能促进缔合结构的稳定以及加快化学反应速率。这种特殊温差条件与中国西北地区昼夜温差大的自然气温条件相似,这种温差条件在一定程度上能缩短自然陈酿时间。

除此之外,不同成分间的比例也发生了变化。随着贮存时间的增长,自然贮存156 d时乳酸乙酯质量浓度与乙酸乙酯质量浓度的比例为2∶1,变温贮存156 d时乳酸乙酯质量浓度与乙酸乙酯质量浓度的比例为3∶1,它们的质量浓度都是随时间不断增长的,可以看出156 d时变温贮存状态下的乳酸乙酯风味更突出,它们含量的不断升高可能与分子动力学和密度泛函理论有关。值得一提的是,这2种物质是由发酵过程中乳酸菌和生香酵母进行代谢活动[29]所产生,它们的含量在酒中分别为最多和次多,与前人研究结果相同[30],它们是老白干白酒的骨架挥发性风味成分。

2.4 老白干原酒挥发性风味成分的香气活性值分析

本研究对挥发性风味成分进行的OAV分析只保留阈值来自文献中46%乙醇溶液中[31]或白酒中[32]测得的阈值并且在本研究中,共19种化合物的OAV>1,结果见表3。为了更直观地显示它们的关系,将14种全部检测时均OAV>1的重要挥发性风味成分做成折线图,见图3。由图3可知,1 d中OAV最高的为乙酸异戊酯(237),它具有香蕉香气,其次是癸酸乙酯、正己醇、乳酸乙酯。NT156d中OAV最大的为乙酸异戊酯(2934),其次是癸酸乙酯、苯丙酸乙酯。CT156d中OAV最高的是乙酸异戊酯(2031),其次是乳酸乙酯、癸酸乙酯。AT156d中含量最高的是癸酸乙酯(3391),它具有梨子香气。其次是乙酸异戊酯、正己醇。一般来说,OAV>1的物质对整体香气有贡献[33],OAV越大,对物质香气的贡献就越大。在本研究中,14种化合物在每次检测时都是OAV>1,这些在老白干原酒贮存过程中对整体香气贡献较大的挥发性风味成分是乙酸异戊酯、癸酸乙酯、正己醇、乳酸乙酯、苯丙酸乙酯、月桂酸乙酯、乙酸乙酯、辛酸乙酯、戊酸乙酯、2-十一酮、己酸乙酯、4-甲基愈创木酚、苯乙酸乙酯和十一酸乙酯。

进一步分析可以看到,乳酸乙酯的含量在原酒贮存各阶段中是最高的,因其阈值较高,OAV并不是最高,造成了挥发性风味成分的含量与香气贡献不对称的情况。但乳酸乙酯含量随着时间推移不断升高,其OAV也不断升高。白酒中含量不断上升的物质对整体香气的贡献越来越大,含量不断减少的物质对香气的贡献越来越小。具体来说,自然贮存状态下乙酸乙酯、戊酸乙酯、乳酸乙酯、癸酸乙酯、乙酸异戊酯、十一酸乙酯随时间增长对酒体香气贡献逐渐增大;恒温状态下癸酸乙酯对酒体香气贡献随时间增长逐渐增大,而乙酸乙酯、庚酸乙酯、苯乙酸乙酯、正己醇在128 d达到贡献峰值后贡献值逐渐下降;变温状态下乙酸乙酯、乙酸异戊酯、癸酸乙酯、月桂酸乙酯、十一酸乙酯对酒体香气贡献值随时间增长逐渐增大。

3 结 论

研究分别采用自然贮存(室温)、恒温贮存(40 ℃)和变温贮存(每日40 ℃贮存12 h后自然降温12 h)3种方式贮存156 d,利用顶空固相微萃取结合GC-MS、GC-O研究老熟过程中原酒主要挥发性风味成分的变化,共定性出55种挥发性风味成分。对其中43种含量相对较高的具有白酒风味特征的挥发性风味成分采用标准品外标定量的方式,监测其在156 d贮存期间含量的变化,并计算其气味活性值。与自然贮存和40 ℃恒温贮存相比,变温贮存156 d时大部分酯类例如乳酸乙酯、乙酸乙酯、乙酸己酯、己酸乙酯、壬酸乙酯、乙酸异戊酯、丁二酸二乙酯、己酸异戊酯、异己酸乙酯、壬二酸二乙酯、十一酸乙酯、油酸乙酯、肉豆蔻酸乙酯、苯乙酸乙酯的含量更高。恒温贮存156 d时仅棕榈酸乙酯的含量比同天数其他2种处理方式组高,而恒温处理128 d时,其甲酸辛酯、乙酸乙酯、乙酸己酯、己酸乙酯、己酸异丁酯、异己酸乙酯、庚酸乙酯、壬酸乙酯、壬二酸二乙酯、乙酸苯乙酯、苯乙酸乙酯、白氨酸乙酯、(E)-2-癸烯酸乙酯、十一酸乙酯、十五酸乙酯、棕榈酸乙酯、油酸乙酯、亚油酸乙酯、正辛酸、正癸酸的含量高于恒温贮存156 d。

研究表明,40 ℃恒温贮存时间不宜过长,否则会出现酯类含量减少现象,而变温贮存在一定程度上能提高酯类含量,缩短老熟时间。官能团、化学键、能量壁垒等分子动力学行为对贮存老熟过程产生影响,是隐藏在醇、酯、酸等化学反应背后的原因。希望研究能为不同地区的酿酒企业提供相关参考,更好地控制陈酿条件以提高酒质。

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Study on Variation Rules of Volatile Flavors in Laobaigan Base Baijiu at Three Storage Methods

WU Huizhu1, GENG Xiaojie1, ZHU Lin1, ZHENG Fuping1,*, WANG Xinlei2, LI Qing1, LI Hehe1, SUN Baoguo1, LI Zexia2, ZHANG Yuhang2, TONG Yi3,*

(1.Beijing Laboratory of Food Quality and Safety/Key Laboratory of Alcoholic Quality and Safety of China Light Industry,Beijing Technology and Business University,Beijing 100048,China; 2.Hebei Hengshui Laobaigan Liquor Co Ltd,Hengshui 053000,China; 3.COFCO (Jilin) Bio-Chemical Technology Co Ltd,National Engineer Research Center of Corn Deep Processing,Changchun 130033,China)

Abstract：Aging process during storage is a key process in improving the quality of Baijiu.Laobaigan base Baijiu as a research project was stored for 156 d with three different methods,natural temperature storage (room temperature),constant temperature storage (40 ℃) and alternating temperature storage (40 ℃ for 12 h and cooled naturally for 12 h every day).Headspace solid-phase microextraction combined with GC-MS and GC-O were used to study the effects of different aging methods on the changes of volatile flavor components in base Baijiu.A total of 55 volatile flavor components was identified,43 out of these with relatively high contents and Baijiu flavor characteristics were monitored during 156 d storage by external standard quantity,and the changes of odor activity value were calculated then.Results showed that the contents of most esters increased gradually with time at alternative temperature storage,and the contents of most esters increased first and then decreased at constant temperature.The contents of ethyl lactate,ethyl acetate,isoamyl acetate,hexyl acetate,ethyl hexanoate,3-methylbutyl hexanoate,ethyl 4-methyl valerate,ethyl nonanoate,ethyl undecanoate,ethyl tetradecanoate,ethyl oleate,diethyl succinate,diethyl azelate,ethyl phenylacetate at alternative temperature storage were higher than those at natural temperature or constant temperature storages on the 156th day.However,only the content of ethyl palmitate at constant temperature storages was higher than those of the other two groups on the 156th day.Nineteen compounds with odor activity value greater than 1 were potent odorants,they significantly contributed to the overall aroma of Baijiu.The results also showed that the time of constant temperature treatment should not be too long,or the content of esters would regress.The recommended time for constant temperature storage was 128 days.The alternating temperature storage could increase the content of esters and shortened the aging time to a certain extent.These findings pointed out the direction for process optimization in the productive process of base Baijiu,and laid the foundation for the company to optimize the liquor production design and improve product quality.

Keywords：Baijiu; aging; temperature; headspace solid-phase microextraction; volatile flavor components

中图分类号：TS261.2

文献标志码：A

doi：10.12301/spxb202200922

文章编号：2095-6002(2023)05-0085-15

引用格式：吴慧珠,耿晓杰,朱琳,等.3种贮存方式下老白干原酒挥发性风味成分变化规律研究[J].食品科学技术学报,2023,41(5):85-99.

WU Huizhu,GENG Xiaojie,ZHU Lin,et al.Study on variation rules of volatile flavors in Laobaigan base Baijiu at three storage methods[J].Journal of Food Science and Technology,2023,41(5):85-99.

收稿日期：2022-10-16

基金项目：河北省重点研发计划项目(20327107D)。

Foundation:Key R&D Projects of Hebei Province(20327107D).

第一作者：吴慧珠,女,硕士研究生,研究方向为白酒化学。

*通信作者：

郑福平,男,教授,博士,博士生导师,主要从事传统酿造食品风味与品质方面的研究;

佟 毅,男,教授级高级工程师,博士,主要从事粮食深加工开发和产业化方面的研究。

(责任编辑：李 宁)