4 年到 18 年，酱香白酒的陈化老熟因子分析：感官组学 + 先进质谱组学技术告诉你答案

2025-08-19 09:51:45, Vera, Gary 美国力可公司

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文章来源：LECO用户——中国食品发酵工业研究院

研究背景

白酒作为中国传统发酵饮品，拥有千年历史，是世界六大蒸馏酒之一，其独特风味源于原料发酵、蒸馏和陈酿等工艺。其中，陈酿是形成白酒醇厚风味的关键步骤 —— 通过氧化、水解等理化反应，白酒会逐渐产生标志性的 “陈香”，口感更柔和协调，这与葡萄酒、威士忌等的陈年过程类似。

但长期以来，针对白酒陈年风味的系统研究较为有限。尤其是酱香型白酒（JXB），因工艺复杂、储存时间长、香气特征突出，其风味形成机制一直是研究难点。此前研究多聚焦于特定年份样本，缺乏对同一生产源连续年份的系统追踪，且对风味物质的整体解析不够全面。因此，深入探究酱香型白酒在陈酿过程中的风味演变规律，成为行业亟待解决的问题。

研究意义

科学价值：首次系统揭示了酱香型白酒在 4-18 年陈酿过程中的化学与感官特征演变，建立了陈年酱香型白酒风味研究的基础数据库和分析框架，为理解白酒陈酿机制提供了关键依据。

应用价值：明确了可用于区分不同陈年年份的 “年份标志物” 和关键香气化合物，为酱香型白酒的年份鉴定、品质控制和风味优化提供了科学参考，助力行业标准化和品质提升。

研究创新点

技术方法创新：采用全二维气相色谱 - 飞行时间质谱（GC×GC-TOFMS），相比传统气相色谱（GC-MS）分离能力更强，可鉴定出更多微量挥发性化合物（3724个feature中鉴定 897 种），大幅提升了分析精度。

研究设计创新：聚焦同一酒厂 4-18 年连续年份的样本（共 54 个），排除了原料、工艺等干扰因素，首次实现对酱香型白酒陈酿过程的系统、连续追踪，避免了此前 “特定年份碎片化研究” 的局限。

分析框架创新：结合感官组学（16 个感官描述符评价）、多变量统计分析（PCA、PLS-DA 等）和气味活性值（OAV）计算，从 “感官 - 化学 - 关键物质” 多维度解析风味演变，而非单一依赖化学分析。

研究思路

样本选取

选取贵州茅台镇同一酒厂 4-18 年的基础型酱香型白酒样本（每年份 3 个重复，共 54 个），控制原料、工艺等干扰因素。

感官评价

由 20 名专业品鉴师（含国家级评委）对样本的 16 个感官指标（8 个气味：酱香、酯香、醇香等；8 个口感：酸味、甜味、柔和等）进行评分，建立感官特征图谱。

化合物鉴定

采用顶空固相微萃取（HS-SPME）结合全二维气相色谱-飞行时间质谱（GCxGC-TOFMS），分离并鉴定挥发性化合物，通过质谱库匹配和保留指数验证确保准确性。

标志物筛选

通过 PCA、PLS-DA 等多变量分析，从 897 种化合物中筛选出与陈酿年份相关的 “年龄标志物”；结合定量和 OAV 分析（OAV>1 为活性化合物），确定关键香气活性物质。

结果整合

关联感官特征与化学组成变化，解析酱香型白酒陈酿过程中的风味演变机制。

仪器信息

仪器型号：GCxGC-TOFMS（LECO公司 Pegasus BT4D）

调制器：两级四喷口热调制器

色谱柱规格：

1D: 60m x 0.25mm x 0.25μm DB-FFAP

2D: 1.5m x 0.25mm x 0.25μm Rxi-17Sil MS

升温程序：

45℃ 3min→4℃/min 150℃ 2min→6℃/min 200℃→10℃/min 230℃ 10min

二维柱温箱和调制器补偿温度：+5℃，+20℃

调制周期：4S

传输线温度：240℃

离子源温度：230℃

采集速率：200 张谱图/秒

研究结果

感官特征变化：陈酿显著提升了白酒的陈香、甜度、柔和度、丰富度和协调性，同时降低了醇感、酸涩感；10 年是感官特征的明显分界点，14-18 年陈酒的 “陈香” 和 “协调性” 尤为突出。

挥发性化合物鉴定：共鉴定出 897 种挥发性化合物，包括酯类（250 种，占比最高）、醛类（241 种）、醇类（140 种）、酸类（73 种）及杂环化合物（吡嗪、呋喃等）。其中，吡嗪类（如四甲基吡嗪）和呋喃类（如糠醛）随陈酿显著增加，是 “陈香” 的重要来源。

年份标志物筛选：通过多变量分析筛选出 25 种与陈酿年份密切相关的标志物（如 2,3,5 - 三甲基吡嗪、β- 大马酮等），其中 8 种为关键香气活性化合物（OAV>1 且随年份规律变化），包括 2,6 - 壬二烯醛（青草香）、乙偶姻（奶香味）、己酸乙酯（果香）等。

风味贡献机制：陈酿过程中，低沸点刺激性化合物（如酯类）减少，高沸点醇厚物质（如长链酯、吡嗪）增加，酯水解与酸生成的平衡反应，共同造就了陈年酱香型白酒 “柔和、醇厚、陈香突出” 的独特风味。

美图赏析

Fig. 1. Sensory profiles of different years JXB samples.

Fig. 2. Visualization of GCxGC-TOFMS spectra 2D plot of 4–18 years aged JXB samples (A). Van Krevelen diagram (H/C vs. O/C) of the common composition found in young and aged analyzed JXB samples (B). (Points in van Krevelen diagrams are colored according to their elemental composition: CHO in blue, CHS in orange, and CHN in red. Scaling is according to the mean peak intensity.) Flavor compounds were detected in samples with varied ages (C). (For interpretation of the references to color in this figure legend, the reader is referred to the web version of this article.)

Fig. 3. PCA analysis results of aged JXB samples (A). Volcano plots of 897 detected compounds between aged JXB samples, the p values were obtained from non-parametric hypothesis tests (B). (Compounds on the left side of x = − 1, on the right side of x = 1, and above p = 0.05 are significantly different) PLS-DA analysis results of aged JXB samples (C). VIP values for 129 compounds (D).

Fig. 4. Heat map of 25 age markers in aged JXB samples.

Fig. 5. Concentration of aroma compounds in aged JXB samples.

提问

Qustions

解答

Answers

GCxGC-TOFMS在研究陈年酱香型白酒（JXB）挥发性化合物中有何优势？

GCxGC-TOFMS 即全二维气相色谱-飞行时间质谱，它通过两根不同极性的色谱柱串联，实现对复杂混合物的色谱高分辨率（高分离度），再结合飞行时间质谱的高采集速率高质谱匹配率的精准定性能力，可捕捉到传统气相色谱质谱（GC-MS）难以识别的微量化合物。全二维色谱要求质谱采集速率达到200张谱图/秒以上的质谱采集速率。

在本研究中，这种技术的优势尤为突出：它从陈年酱香型白酒的 3724 个色谱峰中准确鉴定出 897 种挥发性化合物，远超传统GCMS方法的分析能力范围，尤其能有效分离和识别低含量的杂环化合物（如吡嗪类）和长链酯类等，为解析陈年白酒复杂的风味组成提供了关键技术支撑。

再次，GCxGC-TOF特有的组学统计比较功能（SYNC2D和TILE），解决了样品差异性的统计学意义问题。可以支持成百上千样品的抽样调查方法学，标志物和量化指标具有科学指导意义。