白酒风味物质成分分析方法及其相关成果研究进展

朱 明，丁子元，郑晓卫，谌松强，靳喜庆，殷 红

(1.中粮酒业有限公司，北京 100005；
2.中粮营养健康研究院有限公司，北京 102209；
3.营养健康与食品安全北京市重点实验室,北京 102209；
4.酒鬼酒股份有限公司，湖南吉首 416000)

酒，是一个世界性的产品。中国白酒同威士忌、白兰地、伏特加、朗姆酒和金酒并称为世界六大蒸馏酒。中国白酒历史悠久，以富含淀粉质的谷物为原料，固态糖化发酵，固态甑桶蒸馏酿造而成。随着馥郁香型白酒国标的正式发布，至今为止中国白酒已有12 种不同香型。白酒中有98 %的乙醇和水，还有1%～2%的微量物质，这些成分对白酒的香、味起到极其重要的作用。目前，在白酒中已经检测出3000多种风味成分,主要包括酯、酸、醇等主体风味化合物，还含有吡嗪类、酚类、萜烯类等健康功能化合物和醛类、芳香族化合物等。这些微量风味物质是酒体的呈香呈味物质，影响着白酒不同的口感和风味，决定了不同香型白酒的风格和质量。

白酒风味化学的研究开始于20 世纪60 年代，近几年，随着仪器分析设备的更新迭代以及经济的快速发展，对白酒香气物质的研究不断改进，白酒香气成分的研究方法逐渐体系化，香气成分的研究方法同先进的感官技术结合，许多关键香气物质被大家所了解。目前，白酒香气物质的分析方法主要包括三个步骤：一是酒体中香气物质的提取；
二是香气物质的分离和鉴定；
三是香气物质的检测和定量（图1）。

图1 白酒香气物质的分析方法

1.1 白酒香气物质的提取分析方法

白酒中1%～2%的微量成分包括酸类、酯类、醇类等，其极性、溶解性、挥发性各不相同，且存在基质较复杂，因此用单一的提取方法很难将白酒中所有的风味化合物提取出来，需要几种前处理方法结合不同的分析仪器才能完成更丰富的风味成分解析。目前，白酒香气成分的提取方法主要有直接进样法、液液萃取法（LLE）、固相微萃取法（SPME）、搅拌棒吸附法（SBSE）、同时蒸馏萃取法、溶剂辅助风味蒸发法等。前3 种提取方法在白酒风味分析中广泛利用。

直接进样法简单、易操作，只需要过有机滤膜即可上样分析，最大程度保留了白酒中所有的组分，多用于检测白酒的骨架成分，其含量一般能到g/L 级或几百个mg/L 级，比如乙酸乙酯、己酸乙酯、乳酸乙酯、丁酸乙酯、正丁醇、正丙醇等香味物质,但样品中高浓度的乙醇导致基质干扰严重，一些含量较低且色谱性质相似的组分会被基质掩盖无法准确测定。

液液萃取（LLE）利用相似相容原理，通过待测物与基体在溶剂中不同的溶解度，分离、去除样品基质保留待测组分。多用于检测白酒中极性较强且浓度相对较高(mg/L 级)的化合物，比如有机酸类化合物。该方法易于操作，风味物质的回收率高，适用于定量测定。但风味物质的组成、性质非常复杂，在去除基质的同时一部分性质相似的化合物也被去除。

SPME 法操作简单，灵敏度高，可用于检测一些特定的目标化合物，如异嗅因子、健康因子（吡嗪类、萜烯类等化合物）等，现已广泛应用于白酒、大曲、酒醅、窖泥等的分析。

1.2 白酒香气物质的分离和鉴定

白酒中风味物质通常应用色谱法进行分离，主要包括气相色谱法（gas chromatography，GC）、离子色谱法（ionchromatography，IC）、高效液相色谱法（high performance liquid chromatography，HPLC）。

目前，气相色谱技术在白酒挥发性组分的分离分析中应用广泛，分辨率和灵敏度高、可识别大量化合物。张宿义等利用HP-INNOWWAX 柱和FID 检测器的气相色谱技术，研究了泸型酒在贮存过程中微量香气成分变化规律，以叔戊醇、乙酸正戊酯和2-乙基丁酸为三内标，采用直接进样的方法，实现了对醛酮类、酯类、醇类、酸类42 种风味物质的分离和定量分析。PAULINA 等利用气相色谱技术结合衍生化法对白酒中的非挥发有机酸进行检测。液相色谱技术在有机酸、多元糖醇、酒花苦味成分、原料真菌毒素、生物胺、外源甜味剂等白酒中非挥发成分分析中应用广泛。王晓丹等利用液相色谱技术，以酱香型大曲和酒醅中分离的酵母菌株为研究对象，检测到酵母发酵体系中的主要成分是葡萄糖和甘油，同时还可以测到D-阿拉伯糖醇、D-核糖醇、赤藓糖醇、木糖醇和山梨醇这5种多元醇。离子色谱技术广泛应用于白酒中有机酸的测定，对有机酸含量较高的酒样可以直接进样分析，唐坤甜等建立了离子色谱法同时分离和检测20 种有机酸的方法，测定了不同香型白酒中的有机酸含量。

随着白酒中风味化合物分析检测仪器的发展优化，白酒中香气物质定性手段变得多样化、精准化。目前广泛应用于白酒风味化合物定性的技术有NIST 谱库比对法、标准品比对法、保留指数（RI）定性法等。通常在鉴定白酒中的风味化合物时，单一的定性方法无法确认，因而可结合多种定性手段确保定性结果的准确性。未知香气化合物首先进行质谱谱库比对，同时计算保留指数（RI），通过与标准样品的质谱、RI 和香气比对来定性；
对于无标准品的物质通过质谱图比对、查阅文献中已报道过的相应物质的RI 和香气描述来进行定性。

1.3 白酒香气物质的定量方法

白酒中香气物质浓度分布广，从馥郁香型白酒中己酸乙酯等g/L级的化合物到浓香型白酒中几个μ g/L 级的呈异嗅的土味素，要想实现这些香气物质的全面定量，需要开发并结合不同的检测技术和定量方式。

随着分析检测技术的发展，在白酒风味化合物的研究过程中，SBSE/HS-SPME-GC-MS、GCFID、GC×GC-TOFMS 等检测技术使白酒的“神秘面纱”慢慢消失。先进的检测技术需要结合准确的定量手段来确定各风味化合物的风味贡献。白酒中常用的定量方法主要有面积/峰高百分比法、归一化法、内标法、外标法等。目前，气质联用检测技术大多采用面积/峰高百分比法定量，即目标香味物质峰面积占所有峰的峰面积总和的百分比，可快速实现目标物质定量分析；
归一化法通常与气质联用检测技术结合实现定量，该方法操作简单、快速，但是需要将所有待检目标化合物检出并准确积分；
内标法和外标法在气相色谱技术和气质联用技术中均应用广泛，外标法定量需要准确的进样量和稳定的仪器状态，能够对待测组分进行校正，内标法定量不需要准确的进样量，内标的加入消除了因进样量、设备不稳定等引起的系统误差。因此，针对不同含量、不同性质的风味化合物，应选择合适的定量方法。

2.1 白酒中微量风味物质的研究

中国白酒微量成分的研究开始于轻工业部在茅台的试点，建立了纸上色谱法和薄层层析色谱法。随后，四川食品所利用气相色谱技术实现了有机酸、酯类等的定性、定量，但可定量的化合物仅有十几种，直到20 世纪90 年代，GC-MS 技术的引入使白酒的定量工作有了更深入的研究。1992年，蔡心尧等利用GC-MS 分析，在白酒中分析得到60多个组分峰，40 多个峰获得了确切的定性，其中醇类14 种，酯类13 种，羰基化合物7 种，有机酸8 种，缩醛1 种，吡嗪1 种。其后，气相色谱技术、气质联用技术在白酒微量风味物质的研究中得到了广泛的应用。

张五九等利用直接进样GC-FID技术分析酒体中常规微量风味，HS-SPME 结合GC-MS 技术分析酒体中其他挥发性微量风味，IC技术分析酒体中有机酸和多元醇，实现了对豉香型白酒微量物质定量分析达到100 种以上。周庆云等利用GCFID 技术、HS-SPME 和LLE 结合GC-MS 技术，检测出景芝芝麻香型白酒中86 种微量风味物质，其中，α-雪松烯和α-萜品醇首次在芝麻香型白酒中被定量。张倩等采用多技术联用，实现了79种活性成分的定量分析，包括可嗅闻到的51 种香气活性成分和28 种非嗅闻活性成分。由于白酒风味成分十分复杂，一维气相色谱质谱分离度有限，无法获得更加丰富的色谱数据，因此全二维色谱-质谱技术应运而生。

2007 年，季克良等首次将全二维-飞行时间质谱技术（GC×GC-TOFMS）应用于白酒微量化合物的研究领域，通过质谱定性，在酱香型白酒中定性出873 种微量香味物质，浓香型白酒中定性出342 种，清香型白酒中定性出178 种。随后，全二维技术被用于茅台酒、古井贡酒、泸州老窖、芝麻香等白酒的挥发性组分研究中。2017 年，陈双等首次将顶空固相微萃取前处理技术同全二维气相色谱-飞行时间质谱技术（HS-SPME-GCⅹGCTOFMS）结合研究了典型芝麻香型白酒挥发性组分特征，在景芝芝麻香型白酒中检测到1029 个色谱峰，进一步采用多级鉴定策略确认了可信度较高的挥发性化合物340 种。2021 年，高梦昕等采用顶空固相微萃取结合全二维气相色谱-飞行时间质谱（GC×GC-TOFMS）技术对安徽明绿液酒的挥发性组分特征进行了分析，通过与白酒挥发性风味数据库比对，在明绿液酒中鉴定出810 种挥发性组分，包括386种潜在香气活性组分。

在白酒风味化合物的研究过程中，新的化合物不断被发现，更丰富的白酒微量风味物质逐渐被大家所了解，为科学认识中国白酒风味提供参考。

2.2 白酒中健康功能因子研究

医学古籍早有记载，“酒是药引子，酒药同源”。因此，挖掘中国白酒中的健康功能因子，使人们科学、客观的认识白酒，促进中国白酒产业提升，成为各位学者广泛关注的研究热点。目前，党中央和国务院制定了“健康中国”的发展战略，中国白酒发展的新趋势就是科学、健康饮酒，白酒中健康功能因子的作用机制需进一步研究进行诠释。

吡嗪类化合物具有护肝、改善血液循环、扩张血管等功能，主要由微生物代谢和美拉德反应产生，其中，四甲基吡嗪是白酒中最为主要的吡嗪物质，具有烤炒坚果、烤肉的烘焙烤香气味。王莉等建立了一种气相色谱-质谱-离子扫描联用(GC/S-SIM)技术，直接进样定量了茅台、郎酒、五粮液、国井等白酒中4 种重要吡嗪化合物，发现茅台酒中包括四甲基吡嗪在内的4 种吡嗪类化合物含量均高于其他几个品牌。FAN 等研究了12 种同年份的不同白酒中的吡嗪含量，发现吡嗪浓度较高的是茅台酒、郎酒、今世缘酒，酱香型白酒中吡嗪含量最高，浓香型与清香型次之。张温清、司冠儒等研究了宣酒芝麻香型白酒中吡嗪类健康因子，建立了TMP、三甲基吡嗪含量测定的方法。

香兰素、4-甲基愈创木酚、4-乙基愈创木酚具有体外抗氧化活性和细胞内抗氧化活性。孙啸涛等采用涡旋辅助液液微萃取结合GC-MS 法检测67 种白酒中四甲基吡嗪、4-甲基愈创木酚和4-乙基愈创木酚的含量，发现67 种白酒中均含有四甲基吡嗪，含量1.5～2434.3µg/L；
51种白酒中含有4-甲基愈创木酚，含量2.8～1709.0µg/L；
53 种白酒中含有4-乙基愈创木酚，含量1.3～1167.5 µg/L。白酒中也含有丰富的萜烯类化合物，Wang 等研究茅台酒中的萜烯类化合物，共检测出55 种萜烯类化合物；
徐占成等采用全二维气相色谱-飞行时间质谱（GC×GC-TOF MS）技术研究了剑南春白酒中的萜烯类物质，检测到剑南春中有91 种萜烯类物质，以倍半萜为主；
范文来等采用正相色谱技术结合MS 分析研究了董酒中萜烯类物质，确定董酒中含有52种萜烯类物质。

随着检测技术的发展和研究的不断深入，会有更多的健康功能因子被发现，进一步为中国白酒行业的健康发展提供契机，为白酒的安全性与活性健康功能提供有力依据，有利于科学正确认识中国白酒。由于国内对于白酒健康因子的研究还较少，不断开发各种健康白酒十分必要，以满足白酒“健康化”的新发展趋势。

2.3 白酒中潜在危害因子研究

随着消费者对于白酒需求量的攀升，对于白酒的安全问题也越来越重视。目前，白酒中的潜在危害因子主要有甲醇、重金属离子、邻苯二甲酸酯类、氨基甲酸乙酯、杂醇油、小分子醛（甲醛、乙醛、丙烯醛）、生物胺、真菌毒素等。这些潜在危害因子的存在对人体有一定的危害作用，因此，准确的检测、定量这些化合物可以为白酒复杂的工艺生产过程中减少潜在危害因子的产生提供支撑。

狄红梅等采用气相色谱内标法测定了牛栏山白酒中甲醇的含量，通过条件优化，建立了简单、快速、准确的甲醇定量检测方法，为牛栏山酒厂白酒甲醇的检测和白酒产品质量的控制提供技术指导。格绒泽仁等建立了针对浓香型白酒饮后不适感的关键高级醇类物质关联性判定方法，通过气相色谱火焰离子化检测器(GC-FID)对高级醇类物质进行定量分析，并结合相对应分析法和PCA 分析法，推断出异戊醇和正丙醇为引起浓香型白酒饮后不适的关键高级醇。朱梦旭等采用O-(2,3,4,5,6-五氟苄基)羟胺(PFBHA)作衍生化试剂，利用顶空固相微萃取-气质联用技术检测了馏分酒、不同年份原酒、不同香型成品白酒中的甲醛，研究发现白酒储存过程中甲醛浓度上升、丙烯醛浓度下降，该方法检测限和定量限低，操作简单、快捷。

余建华等对气相色谱-质谱法检测白酒中17种塑化剂的前处理方法进行优化，对试样中乙醇含量、总酸、总酯及盐添加量4 个方面的变化进行了考察，经前处理后的方法，具有操作简易、回收率高、精密度好、检测结果准确等优点，可满足日常监督中对白酒塑化剂检测的需求。毕荣宇等采用气相色谱-三重四极杆串联质谱法（GC-MS/MS）建立了邻苯二甲酸酯（PAEs）的检测方法，并对12 种不同香型白酒中的18 种PAEs 塑化剂的含量进行了测定，该方法分离效果良好，检出限为0.001～0.428 mg/kg，定量限为0.003～1.426 mg/kg。

2.4 白酒中异嗅因子研究

白酒异嗅，也叫异常气味（off-flavor)，是相对于白酒香味而言的，也可称为不良气味，是酿造、蒸馏或者勾兑过程中产生的偏离其固有香气的一种不良气味。目前，酒体中发现的异嗅味主要有土霉味、苦味、臭味、糠味、酸味、辣味、涩味等，酒体中呈异嗅味的物质通常具有相对较低的感官阈值，人们对其更为敏感，可辨程度高，对酒体风味破坏较大。

杜海等研究了土霉味较为典型的白酒香气成分，建立了白酒中土味素（TDMTD）的定量方法，检测了老白干香型、凤香型、浓香型等10 种成品白酒中的呈土霉味的土味素含量，发现老白干香中TDMTD 最高，凤香次之，随后，从清香型白酒大曲中筛选得到5 株产土味素的链霉菌株，确定了清香型白酒中常见的异味物质——土味素的工艺产生源头及生物来源。Ding 等发现导致酱香型白酒呈现动物臭/皮毛臭的异嗅物质为4-甲基苯酚。刘博等进行了浓香型白酒中窖泥臭味的研究，发现窖泥臭味的主要化合物为4-甲基苯酚（PC），并通过高通量测序技术解析了浓香型白酒中窖泥臭味物质4-甲基苯酚的来源。孙细珍等对小曲清香型白酒中异嗅味-糠味和水嗅味物质进行了研究，发现Geosmin（GSM）为小曲清香型白酒糠味主要物质，异戊酸乙酯为小曲清香型白酒水嗅味主要物质。孙文佳等采用电子鼻、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，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。王露露等采用正相硅胶色谱结合GC×GC-TOF/MS 解析酱香型白酒中的挥发性组分，通过化合物添加与缺失实验验证了2-甲基-3-呋喃硫醇，糠硫醇等含硫化合物含量过高是造成酱香白酒表现“盐菜味”的关键因素，进一步证明“盐菜味”是一种复合型的特征异嗅味。

白酒为多菌种发酵，因而香味成分和异味成分较为复杂，且异味与香味物质很难严格区分；
白酒生产过程由多步环节组成，确定异味产生环节较为困难。因此，对于该类量微香大化合物的准确定性定量，仍是风味化学研究领域的一大重点难题。

白酒中的风味特征成分复杂，在白酒中起着非常重要的作用，随着科技的进步，白酒的骨架成分及微量物质逐渐被剖析。本文从中国白酒香气物质的提取分析方法、分离和鉴定技术及定量方法三个方面综述白酒风味特征物质研究的方法学，并对白酒中微量风味物质、健康功能因子、潜在危害因子及异嗅因子进行了介绍。随着仪器设备的优化和发展，提取分析方法完善与提升，被分离提取的风味特征物质越来越多，分析手段也逐步从单一的气相色谱分析过渡到气相色谱-质谱联用技术和全二维气相色谱-质谱联用技术。随着分析手段的不断进步，越来越多量微香大（香气阈值低、含量少）的物质在白酒中被检测出来，这些微量成分的发现对进一步提升不同香型白酒的品牌宣传，优化白酒的生产工艺，提升白酒的安全和品质，提高白酒质量提供了理论依据，对白酒的勾兑、基酒分级也起到了一定的指导作用。

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