吹扫捕集-气质联用结合化学计量学用于不同产地和品牌浓香型白酒鉴别

摘要不同地域生态环境的差异和生产厂家酿造工艺的差异，使得不同产地和品牌白酒具有不同的挥发性成分。本研究通过吹扫捕集-气质联用技术对浓香型白酒的产地和品牌进行快速鉴别。基于浓香型白酒的挥发性成分差异性，通过偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）可对其产地和品牌进行准确区分，且预测能力指数Q2Y值均大于0.5，具备较好的预测能力。通过变量投影重要性（VIP）分析及挥发性成分含量计算，分别筛选出辛酸乙酯、乙酸异丙烯酯等8种与产地密切相关以及异戊酸乙酯、二糠基醚、2-甲基戊烷等6种与品牌密切相关的挥发性成分。这些产地和品牌标志性成分的确定可对白酒的快速鉴别奠定良好的理论基础。

前言中国白酒是世界上最古老的蒸馏酒之一，在中国历史和文化方面占有重要地位。由于不同产地的白酒在原料、发酵工艺、地理、环境、勾兑技术等方面的差异，产生不同的化合物。目前已有超过1870种易挥发性化合物在白酒中被鉴定，这些化合物包括醇类、酸类、酯类、醛类、酮类、酚类、含氮化合物和含硫化合物等。根据其风味特征，中国白酒分为酱香、浓香、清香、米香及其衍生香型。其中，浓香型白酒，也称为泸型酒，是中国最受欢迎的传统蒸馏酒之一，市场占有量达到70%以上。浓香型白酒是以高粱或与玉米、大米、小麦、豌豆、小米等谷物混合作为原料经过复杂的发酵过程并蒸馏而成。由于不同地域生态环境的差异，产生不同的微生物群体，导致了白酒中微量风味成分差异，最终体现在白酒酒体特征上。四川盆地属亚热带季风气候，群山合围，夏热冬暖，风小雨多，空气中微生物较多。因此酿造的白酒香气浓郁，形成了浓郁的川派，川派型酒企通常采用原窖分层堆糟法工艺，川派系白酒口感为浓中带有陈味或酱味。苏鲁豫皖四省处于淮河流域，该地区属于丘陵地带，山岗起伏、夏热冬凉，风大雨多，温和湿润、温湿差相对较大，空气中微生物的种类、数量比四川盆地要少，故而生产出的浓香型白酒淡雅绵柔，形成淡雅的江淮派，江淮派通常采用混烧老五甑法生产白酒，江淮系白酒窖香、曲香、粮香不如川酒，但油陈比较突出。新疆、内蒙古位处中温带大陆性季风气候区，光热充足，气候干燥，昼夜温差大，水量充足，空气中微生物种类和含量最少，因而酿成的浓香型白酒风味相对最爽净，只是注重传统浓香窖泥的作用，北方系白酒窖香味要强于江淮系，又弱于川派。由于浓香型白酒产地气候、微生物种类、生产工艺有所差异，导致不同产地白酒的风味成分种类和含量不同。此外，同一产地浓香型白酒微量物质相似，但是不同品牌白酒由于制酒过程中使用的工艺、原料以及不同品牌酒企所产白酒的各项指标存在较大差异，其微量成分有所差异。不同品牌、产地浓香型白酒有各自的特点，为了深入了解不同产地、品牌浓香型白酒的差异，本研究使用吹扫捕集-气质联用结合化学计量学对其进行鉴别。白酒所含成分极其复杂，单一或少数指标往往无法对不同种类白酒的整体特征进行表征，GC-MS是最为常用的成分分析方法。目前，气相色谱与质谱联用主要用来鉴定白酒中化合物，用于白酒品种和产地鉴别报道较少。吹扫捕集（P&T）和顶空固相微萃取（HS-SPME）都属于顶空法，P&T为动态顶空，HS-SPME为静态顶空。两种方法均具有操作简便、无溶剂萃取、与气相色谱-质谱联用法连接实现自动进样的优点。HS-SPME在白酒挥发性风味的前处理中应用已经非常广泛，但P&T目前吹扫捕集自动进样装置在白酒风味研究上应用非常少，只有个别中文文章有报道。P&T是通过惰性气体将样品中的挥发性成分吹扫出来，使气体连续通过样品，将其中的挥发组分萃取后在吸附剂或冷阱中捕集，再进行分析测定，是一种非平衡态的连续萃取。这种方法产生的挥发性气体比那些静态顶空方法更加接近于嗅觉闻到的结果。P&T适用于从液体样品中萃取低沸点。P&T对样品的前处理不使用有机溶剂，对环境无污染，具有富集效率高、取样量少、受基体干扰小、易实现在线检测等优点。P&T与GC-MS联用，可以消除与目标化合物保留时间接近的其他化合物的干扰，省却样品转移，提高分析效率。因此吹扫捕集也可用于白酒挥发性风味提取进行探索性研究，为白酒指纹图谱的构建增加一种可供选择的方法。本研究通过吹扫捕集-气质联用结合OPLS-DA模型，构建了一种快速鉴别浓香型白酒的产地和品牌的方法。基于不同产地、品牌浓香型白酒的风味成分种类和含量的差异，排除了少于40％的样品中存在的化合物，通过OPLS-DA分析白酒样本，可对其产地、品牌进行准确区分，并最终筛选出与产地、品牌相关的挥发性成分。

目录1

实验部分1.1

主要仪器与试剂1.2

仪器分析条件1.3

样品预处理1.4

数据处理采集白酒提取物的GC-MS数据，使用autoGCMSDataAnal软件全自动解析GC-MS数据识别其中的化合物。autoGCMSDataAnal的数据分析包含了以下几个步骤：TIC峰检出、TIC峰解析、时间校正等。2

结果与讨论2.1

不同产地白酒的鉴别本研究通过GC-MS分析浓香型白酒中的挥发物以区分不同地理来源的浓香型白酒。对总共153个观测值（51个白酒样品及其3个分析重复样品）进行色谱分析，以百年泸州老窖窖龄头曲白酒为代表，图1为该白酒的色谱图，鉴定出105种挥发物。用OPLS-DA模型对153个白酒观测值按3个不同产地进行统计分析，如图2所示，R2Y和Q2Y分别为0.801和0.683，表明该模型拟合数据效果良好。2.2

不同产地白酒差异化合物的筛选通过变量投影重要性（VIP）分析，VIP值大于1表示“重要”变量，40种挥发性化合物被定位为潜在的差异化合物，其中包括7种醇(1-己醇、1-辛醇、2-甲基-2-丁醇、3-甲基-2-丁醇、5-壬醇、3-甲基-1-丁醇、2-壬醇)，2种酸(2-苯基丁酸、己酸)、23种酯(辛酸乙酯、己酸己酯、己酸异戊酯、3-苯基丙酸甲酯、己酸异丁酯、乳酸乙酯、乙酸异丙烯酯、苯甲酸乙酯、3-氧十六烷酸甲酯、癸酸乙酯、异戊酸乙酯、月桂酸乙酯、己酸戊酯、琥珀酸二乙酯、异戊酸正辛酯、丁酸乙酯、4-甲基戊酸乙酯、己酸丙酯、十一酸乙酯、己酸丁酯、异戊酸己酯、乙二醇二丁酸酯、戊酸丁酯)，2种醛(糠醛、苯甲醛)，2种醚(二糠基醚、三乙二醇二甲醚)，以及3,5-二叔丁基苯酚、1-戊烯、1,3-二甲氧基丁烷、苯乙醛二甲基乙缩醛，其中，辛酸乙酯投影值变量重要性最高(1.638)，其他潜在标记的投影值变量重要性在1.006~1.564之间(图4和表2)。表2列出了每一种差异化合物的保留时间及含量，可以看出，不同产地白酒辛酸乙酯、己酸己酯、己酸异戊酯、乙酸异丙烯酯、异戊酸乙酯、丁酸乙酯、己酸丙酯、己酸丁酯、1-己醇、3-甲基-2-丁醇、3-甲基-1-丁醇、二糠基醚、1,3-二甲氧基丁烷含量差别较大。已有文献报道辛酸乙酯、异戊酸乙酯、丁酸乙酯等乙酯是浓香型白酒的重要风味物质，微量的辛酸乙酯、异戊酸乙酯、丁酸乙酯在白酒中呈水果香，含量适量时能较好的促进白酒酒体的复合香，含量过高时则会抑制酒体中其他微量成分的香味。2.3

不同品牌白酒的鉴别同一产地不同品牌酒企生产白酒的各项指标存在较大差异，导致不同品牌白酒的风味成分种类和含量不同，并具有独特的风格。为了进一步验证该方法对白酒的区分能力，用OPLS-DA模型对相同产地不同品牌白酒进行统计分析，对江淮系、川派系、北方系不同品牌判别的OPLS-DA模型的解释变异量（R2Y）分别为0.955、0.832、0.985，预测能力（Q2Y）分别为0.899、0.584、0.930，表明OPLSDA模型拟合数据效果良好。分析结果如图5a所示，古井贡、宋河、洋河江淮系白酒风味物质含量存在明显差异，因此这3种品牌白酒样本在OPLS-DA得分图中明显分开。2.4

不同品牌白酒差异化合物的筛选通过变量投影重要性（VIP）分析，取VIP值大于1.4确定潜在的差异化合物，最终对江淮系不同品牌判别，12种挥发性化合物被定位为潜在的差异化合物，如图6a和表3所示，分别为9种酯（3-苯基丙酸甲酯、苯甲酸乙酯、乳酸乙酯、异戊酸乙酯、琥珀酸二乙酯、癸酸乙酯、己酸丁酯、己酸异戊酯、己酸己酯），2种醇（2-庚醇、5-壬醇）和1种酸（己酸）。2.5

基于不同产地和品牌白酒差异化合物的白酒判别分析为了进一步验证筛选的不同产地和品牌白酒的差异化合物，基于上述筛选的化合物对白酒的产地和品牌进行进一步的判别分析。结果如图7所示，3

结论结论本研究使用吹扫捕集-气质联用方法鉴别不同产地、品牌浓香型白酒。基于浓香型白酒的挥发性成分的差异，通过OPLS-DA可对其产地进行准确区分，且R2Y和Q2Y分别为0.801和0.683，并进行了排列检验评估判别该模型拟合数据效果良好。通过VIP分析筛选出辛酸乙酯、己酸己酯等40种潜在差异性化合物，通过计算差异化合物的含量发现辛酸乙酯、异戊酸乙酯、丁酸乙酯、1-己醇是在3个不同产地浓香型白酒中含量较高，差别也较大，对不同产地浓香型白酒酒体特征及口感上的差异其重要作用；不同产地浓香型白酒中挥发性成分基本相似，己酸己酯、乙酸异丙烯酯、3-甲基-2-丁醇、二糠基醚、1,3-二甲氧基丁烷等非主要化合物导致其差异较大。同样的在不同品牌白酒中分别筛选出3-苯基丙酸甲酯、苯甲酸乙酯等12种区分江淮系不同品牌潜在差异性化合物、3-苯基丙酸甲酯、1-辛醇等4种区分川派系不同品牌潜在差异性化合物、癸酸乙酯、异戊酸己酯等12种区分北方系不同品牌潜在差异性化合物。再通过计算对比筛选出的差异性化合物的含量，最终分别筛选到辛酸乙酯、乙酸异丙烯酯等8种与产地密切相关以及异戊酸乙