豉香白酒中异嗅物质检测方案(其它气体检测)

食品安全质量检测学报Journal of Food Safety and Quality第11卷第16期2020年8月Vol. 11 No. 16Aug.，2020 孙文佳，等：电子鼻、、气气相色谱-嗅辨仪和气相色谱-质谱联用技术结合识别豉香白酒中异嗅物质第16期5471 电子鼻、、气相色谱-嗅辨仪和气相色谱-质谱联用技术结合识别豉香白酒中异嗅物质 孙文佳，方毅斐，汪廷彩，何松贵2，刘嘉飞，梁兆銮，雷 毅1* (1. 广东省食品检验所，国家白兰地、威士忌、伏特加及葡萄酒质量监督检测中心，广州 510435；2. 广东省九江酒厂有限公司，佛山 528203) 摘 要：目的 采用电子鼻、气相色谱-嗅辨仪和气相色谱-质谱联用技术等多手段结合研究豉香白酒中异嗅物质的组成。方法 采用电子鼻、气相色谱-嗅辨仪和气相色谱-质谱联用技术相结合的方法分析了某豉香型白酒的嗅味物质。通过谱图比对及统计学分析，找出2款酒样中具有显著性差异的物质，并最终确定了2款白酒中嗅味差异物质的主要组成。结果 共定性了53种酒体成分，其中有8种差异化合物有白酒风味贡献，通过验证确定丁酸、异戊醇是2款白酒中主要的异嗅味物质。结论仑相较于利用感官员进行呈味物质辨识的酒体异嗅分析方法，该方法具有更客观、更准确、可重复高的优势，期望为白酒智能化感官研究和酒体品质控制提供参考。 关键词：电子鼻；气相色谱-嗅辨仪；气相色谱-质谱联用法；豉香型白酒；嗅味物质 Identification of odor compounds in soybean-flavor liquor by electronic nose，gas chromatography olfactometry and gas chromatography-massspectrometry SUN Wen-Jia'， FANG Yi-Fei， WANG Ting-Cai'， HE Song-Gui， LIU Jia-Fei'，LIANG Zhao-Luan，LEI Yi (1. Guangdong Institute ofFood Inspection， National Product Quality Supervision and Inspection Center ofBrandy，Whisky， Vodka and Wine， Guangzhou 510435， China； 2. Jiujiang Guangdong Distillery Co.， Ltd.，Foshan 528203，China) ABSTRACT：Objective To study the odor compounds in a soybean-flavor liquor by electronic nose， gaschromatography olfactory (GC-O) andisgas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). Methods Odorcompounds in soybean-flavor liquor were analyzed by electronic nose， GC-O and GC-MS. Through the spectrummatching and statistical analysis， the substances with significant differences between the 2 samples were found. Then，the main components of the substances with different smell in samples were determined. ResultsAA total of 53liquor components were identified， and 8 of them contributed to the flavor of liquor. Butyric acid and isoamyl alcoholwere the main difference odor substances. Conclusioni(Compared with the method of analyzing the liquor bysensory officer for odor recognition， this method is more objective， accurate and repeatable， which can provideinformation for intelligent sensory research and liquor quality control. ( 基金项目：广东省市场监督管理局科技创新项目(2020ZS03) ) ( Fund： Supported by Guangdong Administration for Market R egulation (2020ZS03) ) ( *通讯作者：雷毅，博 士 ，主任 药 师，主要研究方向为食品检验与食品安全。E-mail： l e iyi04@qq.com ) ( *Corresponding author： LE I Yi ， Ph . D， Ch i ef Pharmacist， Gu a ngdong Institute of Fo o d inspection， No.1103， Zengcha Roa d ， Bai y un District，Guangzhou510435， China. E - mail： l eiyi04@qq.com ) KEY WORDS： electronic nose； gas chromatography olfactometry； gas chromatography-mass spectrometry；soybean-flavor liquor； odor compounds 引 言 白酒中除了香气成分以外，还存在着糠嗅味、臭味、苦味、涩味、酸味、油味等各类常见的异味的1-3]。白酒中异杂味影响酒的口感和品质，会给生产和勾调带来极大的困难。白酒中可能产生臭味的物质有硫化氢、硫醇、二乙基硫、游离氨、甘油、丙烯醛、丁酸、戊酸、己酸及其醇类等[4-6]。目前，对白酒的异味研究越来越深入，杜海采用气相色谱-嗅辨仪(gas chromatography olfactometry， GC-O)和气相色谱-质谱联用技术(gas chromatography-massspectrometry， GC-MS)联用分析出白酒中土霉味的致味化合物；乔敏莎等8采用感官品评与 GC-MS联用分析某酱香型白酒的异嗅物质；孙细珍等9采用 GC-O、固相微萃取(solid-phase microextraction，SPME)和 GC-MS 方法联用研究小曲清香型白酒中的糠味和水嗅味化合物异嗅味物质，同时结合感官品评，对研究结果进行验证确认。上述研究中都需要感官员进行嗅辨，感官员易受到客观因素的影响，且人的嗅觉阈值具有个体差异性。电子鼻是智能感官分析系统常见的仪器设备，是仿生嗅觉传感器技术产品，具有操作简单、价格适中并且具有较高的灵敏度和较好的感官评价相关性等特点，被广泛应用于饮料、肉、调味品、茶叶、酒等食品的滋味品质评价和分类110-131。 本研究将电子鼻代替感官员通过GC-O 进行嗅辨，获得正常酒样和异味酒样的嗅觉信号并进行比较分析，探究异味的可能来源。同时结合 GC-MS 技术通过谱图比对和统计学分析方法，研究多手段结合分析豉香白酒中嗅味物质的方法，确定特征酒的异味来源化合物，为白酒品评智能化研究提供了一定的理论参考及技术指导。 2 材料与方法 2.1 材料与试剂 正常酒样(A1~A3)和异常酒样(B1~B3)，酒精度均为 29%vol， 由广东省九江酒厂有限公司提供。 无水乙醇(色谱纯，德国 Merck 公司)；丁酸(99.7%)、异戊醇(99.6%)、正丙醇(99.7%)；乳酸乙酯(99.2%)、乙酸乙酯(99.8%)(德国 Dr Ehrenstorfer 公司)；4-甲基-2-戊醇(99.8%，北京坛墨质检科技有限公司)。 2.2 仪器与设备 7890B-5977B型气相色谱-质谱联用仪、6890B型气相色谱仪(美国安捷伦公司)； PEN3.5型电子鼻(德国 Airsense公司)； ODP2 嗅辨仪(德国 Gerstel 公司)； Milli-Q纯水机(美 国 Millipore 公司)；分析天平(0.01 mg， 瑞士Mettler Toledo公司)。 2.3 实验方法 在相同条件下，对正常酒样和异味酒样分别进行GC-MS定性定量分析，通过计算各组分的香气活力值(odor activity value，OAV)，找出对酒体风味有贡献的组分，并通过色谱图比对和T检验判断2种酒样中是否存在差异性较大的物质，定为可疑的致味物质。 对正常酒样和异味酒样分别进行电子鼻分析，通过气味图谱比对，初步确定可疑的致味物质；最后向正常酒样中添加一定浓度可疑物质的标准品，并与异嗅感官指标相比较，进一步验证致味物质的组成。 2.3.1 GC-MS检测方法 样品前处理方法：直接进样。 GC-MS检测条件： CP-WAX 57 色谱柱 (50 mx0.25 mmx0.25 um)；检测器温度：280℃；空气流量：350.0 mL/min；氢气流量：35.0 mL/min；进样模式：分流；分流比：60：1；载气： He；流量：1.0 mL/min；升温程序：40.0C(保持3.2 min)， 以4℃/min升至44℃(保持6.8 min)， 以6℃/min升至120℃，以 10℃/min 升至212℃(保持11 min)。离子源温度230C；传输线温度240℃；四级杆温度150℃；scan 扫描模式，扫描范围：40~450 amu。 定性定量分析方法：通过检出物质图谱与 NIST14.L中标准样品图谱的比对定性所检出的化合物。采用4-甲基-2戊醇做内标及标准品比对的方法进行定量定性差异性化合物。 2.3.2 电子鼻检测方法 GC-O条件：流速1.2 mL/min，不分流，进样口温度260℃，检测器温度250℃，进样体积1 pL，升温程序：40℃(保持3.2 min)， 以4℃/min 升至44℃(保持6.8 min)，以6 ℃/min 升至120℃，以10 ℃/min 升至212℃(保持11 min). 使用电子鼻代替感官品评员在嗅闻口进行酒样的嗅觉检验。 2.3.3 数据分析方法 T检验：通过 SPSS 24.0分析。 物质含量酒样中各组分的香气活力值 OAV： OAV=物质量 香味成分在酒中的呈香强弱，是由其含量和阈值两方面决定的。香味成分的香味强弱程度称为香味强度又称呈香单位，其与含量成正比，与阈值呈反比。一般情况来讲，化合物的含量相同时，阈值越低的，呈香单位越大即香味强度越大；阈值越高，呈香单位越小即香味强度越 小。通常认为 OAV 大于1的物质对白酒风味有贡献(14]。 3 结果与分析 3.1 豉香白酒 GC-MS 检测与分析 豉香白酒的香气成分非常复杂，将异味酒样和正常酒样进行GC-MS检测与分析。共定性了53种香气成分，其中共有化合物有25种，只存在于异味酒样中的挥发性成分有15种，只存在与正常酒样中的挥发性成分有13种。通过查阅文献获得各物质的阈值5，分别计算各香气成分的OVA。其中 OVA 大于1的有8种，分别为异戊醇、正丙醇、丁酸、乙酸乙酯、辛酸、戊酸、乳酸乙酯、苯乙醇。然后，通过谱图比对和T检验，找出异常酒样和正常酒样 中差异性较大的物质定为可疑的致嗅物质。表1中列出了异常酒样和正常酒样中含量差异性显著(P<0.05)的物质。图1为正常酒样和异常酒样的 GC-MS 图谱比较。 3.2 电子鼻检测与分析 通过比较异常酒样的电子鼻响应图和气相色谱图(图2)发现，酒中风味成分含量与电子鼻的响应值不一定成正比关系。有些风味物质含量高但是电子鼻无响应或响应低；有些含量低但电子鼻响应相对较高。这也表明物质的香气活力值是含量和阈值两个因素相关。比较正常酒样和异常酒样的电子鼻谱图，发现在丁酸处有明显差差(见图3中竖线标记处)，在异戊醇、乙酸乙酯、乳酸乙酯处存在一定差异，正丙醇在电子鼻上的响应不明显。 表1 豉香白酒中可能的异嗅物质 Table 1 Possible odor compounds in soybean-flavor liquor 序号 保留时间/min 含量/(g/L) 物质名称 阈值/(mg/L) 异常酒样 正常酒样 风味描述 1 6.202 乙酸乙酯 0.297 0.248 32.552 有微弱的香气，减少水味 2 11.695 正丙醇 0.180 0.129 53.953 像乙醇气味，浓陈醇昧 3 21.632 异戊醇 0.310 0.223 179.191 杂醇油气味，香蕉味 4 22.933 乳酸乙酯 0.200 0.281 128.084 微带果香的酒香 5 28.543 丁酸 0.040 0.004 0.965 难闻的酸臭味 采集时间/min 图1 正常酒样和异常酒样的 GC-MS 图谱比较 时间/min 图2电子鼻响应图与气相色谱图比对 Fig.2 Comparison of electronic nose response map and gas chromatogram 图3 正常酒样和异常酒样电子鼻响应图比对 Fig.3 comparison ofelectronic nose response of normal sample and abnormal sample 3.3 致味物质组成的验证 为了进一步确定致味物质的组成，本研究在 29%vol乙醇-水溶液和正常酒样中添加标准品，并进行检测。通过添加标准品的乙醇水溶液的气相色谱图和电子鼻响如图4所示，结果发现正丙醇无电子鼻响应，乙酸乙酯、乳酸乙酯的电子鼻响应较低，丁酸、异丙醇的电子鼻响应明显。结合表1中物质的风味特征，可推断乳酸乙酯、乙酸乙酯和正丙醇不是导致该异常酒样呈现异嗅的物质。 由图5可以看出，添加标准品后酒样的电子鼻响应图与异常酒样的电子鼻响应图基本一致，特别是丁酸处出现明显的电子鼻响应峰。通过文献I151可知，丁酸、异戊醇的阈值分别为0.964和179.190 mg/L， 而在臭味酒样中检测到的浓度为40 和310 mg/L， 远远高于其阈值。由此可以确定，丁酸、异戊醇是导致该豉香白酒异嗅的主要物质。 4 结论与讨论 本研究采用电子鼻代替感官员在GC-O端进行气味辨 识，可避免感官员嗅辨时易受到客观因素的影响、人的嗅觉阈值具有个体差异性、结果不易量化等因素对呈香物质辨识的影响，具有更客观、更准确、重复性更好等优势。同时结合 GC-MS 技术，定性定量了豉香型白酒中对香味有贡献的化合物，并通过添加实验，确定了具有异常气味的豉香白酒的致味物质主要为丁酸和异戊醇。丁酸又名酪酸，由丁酸菌或异性乳酸菌直接利用淀粉发酵生成的。适量的丁酸量可赋予白酒以窖香味，过多刚会造成白酒呈异臭味。异戊醇是酵母菌在酒精发酵过程中产生的一元醇类。异戊醇在白酒中含量适当时，可以增香，味浓甜、顺口，尾味较长；含量偏高时酒燥，有刺舌感觉，甚至带带涩气(似杂醇油气味)。白酒中丁酸、异戊醇产生与原料、酒曲、培菌温度、时间及发酵温度、时间有很大关系，在生产过程中选用优良的原料，规范酒曲制作，更加精细的控制发酵条件等，可以降低酒中丁酸和异戊醇的含量。此外，豉香白酒中的丁酸、异戊醇等主要在酒头和酒尾中，在蒸馏过程中适当提高流酒温度，做好“掐头、去尾”的工作也可以减少上述物质的含量。 图4添加标准品的乙醇水溶液电子鼻响应图和气相色谱图比对 Fig.4 Comparison of electronic nose response and gas chromatogram of ethanol aqueous solution with standard 图5对照酒样与异味酒样的电子鼻响应图比对 Fig.55Comparison of electronic nose response of contrast sample and abnormal sample ( 参考文献 ) ( [1 ] 武敬松 ，刘 恒 兆. 白酒不 良口 味的成因及解决措施[] .酿 酒科技， 2 00 6， ( 2 )：109.Wu J S ， Li u H Z . 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