喬 華，張生萬(wàn)，衛(wèi)建琮，孫體健

（1.山西醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，山西 太原 030001；2.山西大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，山西 太原 030006）

基于熒光光譜研究清香型白酒中乙醇-水締合行為

喬 華1，張生萬(wàn)2，衛(wèi)建琮1，孫體健1

（1.山西醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，山西 太原 030001；2.山西大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，山西 太原 030006）

以不同濃度的乙醇溶液為模型白酒，系統(tǒng)考察了酒度、貯存時(shí)間及汾酒中主要微量成分對(duì)模型白酒熒光光譜行為的影響，同時(shí)考察了汾酒的熒光光譜行為隨酒度及貯存時(shí)間的變化規(guī)律。結(jié)果表明：清香型白酒中的乙醇-水締合強(qiáng)度受到其中微量成分的影響，但決定其締合強(qiáng)度的主要影響因素是酒度而不是貯存時(shí)間，該結(jié)論為進(jìn)一步探明白酒的陳化機(jī)理提供了重要的理論和實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

清香型白酒；熒光光譜；乙醇-水締合；氫鍵；汾酒

貯存是保證蒸餾酒產(chǎn)品質(zhì)量的重要工序[1]。白酒在貯存過(guò)程中發(fā)生了重要的物理化學(xué)變化，基于這些物理化學(xué)變化行為，人們提出了所謂的“酯化說(shuō)”、“締合說(shuō)”等陳釀機(jī)理[2]。傳統(tǒng)的“締合說(shuō)”認(rèn)為，新酒中游離的乙醇分子較多，對(duì)感官的刺激性較大，口感欠佳，白酒在貯存過(guò)程中，水和乙醇間有較強(qiáng)的締合能力，通過(guò)締合作用構(gòu)成新的分子締合群[3]，使更多的游離乙醇分子受到束縛，從而降低了酒對(duì)味覺(jué)器官的刺激作用，飲酒時(shí)就會(huì)感到柔和、刺激性小。關(guān)于“締合說(shuō)”，前人做了大量的研究工作[4-11]，通過(guò)總結(jié)研究結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)：王奪元[4]、仝建波[5]和劉瑩[6]等認(rèn)為白酒中乙醇-水的氫鍵締合強(qiáng)度與白酒中乙醇的濃度有關(guān)；周恒剛[7]、曾新安[8]、朱拓[9]及顧恩東[10]等認(rèn)為白酒中乙醇-水的締合強(qiáng)度隨貯存時(shí)間的延長(zhǎng)而增強(qiáng)；而Nose等[11]卻認(rèn)為，從橡木桶中浸提的有機(jī)酸和酚類物質(zhì)對(duì)威士忌酒中氫鍵締合強(qiáng)度影響很大，貯存時(shí)間對(duì)其沒(méi)有影響，與周恒剛等[7]的研究結(jié)果不符。因此通過(guò)采用先進(jìn)的分析檢測(cè)手段，探明白酒中乙醇-水締合行為的影響因素，查清白酒中乙醇-水締合行為與貯存時(shí)間的關(guān)系，將為揭示白酒老熟行為、探明白酒陳化機(jī)理提供重要的理論和實(shí)驗(yàn)依據(jù)。本課題組曾采用黏度法對(duì)汾酒中的乙醇-水締合行為進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)清香型白酒中乙醇-水的締合強(qiáng)度與其中的微量成分有一定的關(guān)系，但決定其締合強(qiáng)度的主要影響因素是酒度而不是貯存時(shí)間[12]，得到與Nose等相符的結(jié)果。為了進(jìn)一步驗(yàn)證這一結(jié)果的可靠性，進(jìn)行了基于熒光分析法研究清香型白酒中乙醇-水締合行為的工作。

熒光分析法具有靈敏度高、選擇性好且不破壞樣品結(jié)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)，非常適合于物質(zhì)的結(jié)構(gòu)分析[13-15]。乙醇和水均為非熒光物質(zhì)，但當(dāng)乙醇和水混合后卻可以吸收200～300 nm波長(zhǎng)范圍的紫外光并向外發(fā)射熒光，其原因是乙醇和水混合時(shí)乙醇分子與水分子間通過(guò)氫鍵締合形成了新的締合分子群即團(tuán)簇分子，該團(tuán)簇分子具有一定的剛性，因而可以吸收波長(zhǎng)較長(zhǎng)的紫外光并發(fā)射熒光[6]。汾酒是清香型白酒的典型代表，其清香純正，入口微甜，酒體醇厚豐滿，余味悠長(zhǎng)，落口爽凈的鮮明特點(diǎn)使其在白酒中別具一格。因此，本實(shí)驗(yàn)以汾酒為研究對(duì)象，利用熒光分析法對(duì)影響清香型白酒中乙醇-水締合行為的因素進(jìn)行系統(tǒng)研究，以期為白酒陳化機(jī)理的研究提供有意義的參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

38°、45°、53°及原漿（65°）汾酒由山西杏花村汾酒廠股份有限公司（山西，汾陽(yáng)）提供。

色譜純無(wú)水乙醇 美國(guó)天地公司；乙酸、乳酸、乙酸乙酯、乳酸乙酯、甲醇、正丙醇、異丁醇、異戊醇、乙醛、苯甲醛等，均為分析純；實(shí)驗(yàn)用水為二次蒸餾水。

1.2 儀器與設(shè)備

Cary Eclipse熒光光譜分析儀（附具塞石英比色皿） 美國(guó)瓦里安公司；GC-2010型氣相色譜儀（附FID檢測(cè)器） 日本島津公司；BP-21 FFAP毛細(xì)管色譜柱（25 m×0.32 mm，0.25 μm） 澳大利亞SGE公司。

1.3 方法

1.3.1 熒光光譜分析

1.3.1.1 三維熒光光譜分析

采用Cary Eclipse熒光光譜分析儀測(cè)定待測(cè)溶液的三維熒光光譜，測(cè)定條件：Cary Eclipse熒光光譜分析儀的光源為氙弧燈；激發(fā)光波長(zhǎng)范圍為200～450 nm；發(fā)射光波長(zhǎng)范圍為200～500 nm；激發(fā)和發(fā)射狹縫寬度為10 nm；激發(fā)光波長(zhǎng)掃描間隔為5 nm；掃描光譜儀自動(dòng)校正。采用Cary Eclipse軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

1.3.1.2 熒光強(qiáng)度測(cè)定

在激發(fā)和發(fā)射狹縫寬度10 nm下，選擇待測(cè)溶液的最佳激發(fā)光和發(fā)射光波長(zhǎng)測(cè)定其發(fā)射的熒光強(qiáng)度，實(shí)驗(yàn)溫度控制在（25±0.5）℃，測(cè)定3次取平均值。

1.3.2 白酒微量成分分析

白酒中微量成分分析方法與文獻(xiàn)[12]中分析方法相同。

1.4 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.4.1 模型白酒熒光光譜分析

1.4.1.1 酒度對(duì)模型白酒熒光光譜行為的影響

用二次蒸餾水將色譜純無(wú)水乙醇稀釋成乙醇體積分?jǐn)?shù)分別為：0.00%、10.00%、20.00%、30.00%、40.00%、50.00%、60.00%、70.00%、80.00%、90.00%、100.00%的溶液，作為不同酒度的清香型白酒模型體系（簡(jiǎn)稱模型白酒），按1.3.1.1節(jié)方法測(cè)定上述溶液的三維熒光光譜，考察酒度對(duì)模型白酒熒光光譜行為的影響。

1.4.1.2 貯存時(shí)間對(duì)模型白酒發(fā)射熒光強(qiáng)度的影響

將1.4.1.1節(jié)不同酒度模型白酒密封保存，每隔一定時(shí)間按照1.3.1.2節(jié)方法進(jìn)行熒光強(qiáng)度測(cè)定，考察貯存時(shí)間對(duì)模型白酒發(fā)射熒光強(qiáng)度的影響。

1.4.1.3 白酒中主要微量成分對(duì)模型白酒發(fā)射熒光強(qiáng)度的影響

按1.3.2節(jié)分析方法對(duì)不同酒齡原漿汾酒進(jìn)行分析，考察相對(duì)含量較高的約10種微量成分（主要微量成分）隨酒齡的變化規(guī)律。

配制乙酸乙酯濃度（c）為：0 、1.0×10-6、1.0×1 0-5、1.0×10-4、1.0×10-3、1.0×10-2、1.0×10-1、1.0 mol/L的60%乙醇溶液，按1.3.1.2 節(jié)方法分別對(duì)其進(jìn)行熒光強(qiáng)度測(cè)定，考察乙酸乙酯對(duì)60°模型白酒（乙醇體積分?jǐn)?shù)為60% 的模型白酒）發(fā)射熒光強(qiáng)度的影響。乳酸乙酯、乙酸、乳酸、甲醇、正丙醇、異丁醇、異戊醇、乙醛、苯甲醛對(duì)60 °模型白酒發(fā)射熒光強(qiáng)度影響的考察方法同乙酸乙酯。

在60% 乙醇溶液中準(zhǔn)確加入一定量的乙酸乙酯、乳酸乙酯、乙酸、乳酸、甲醇、正丙醇、異丁醇、異戊醇、乙醛、苯甲醛，配制4 份模擬白酒：0、3、6、12 月模擬白酒，4 份模擬白酒中10 種微量成分含量分別與其在不同酒齡原漿汾酒中的含量相同，同時(shí)按1.3.1.1節(jié)方法對(duì)4 份模擬白酒進(jìn)行三維熒光光譜測(cè)定，考察微量成分對(duì)模型白酒熒光光譜行為的綜合影響。

1.4.2 清香型白酒熒光光譜分析

按1.3.1.1節(jié)方法對(duì)不同酒度汾酒的三維熒光光譜進(jìn)行測(cè)定，考察酒度對(duì)汾酒三維熒光光譜行為的影響；將上述酒樣密封保存，每隔一定時(shí)間進(jìn)行熒光強(qiáng)度測(cè)定，考察貯存時(shí)間對(duì)汾酒發(fā)射熒光強(qiáng)度的影響。

2 結(jié)果與分析

2.1 模型白酒熒光光譜考察結(jié)果

2.1.1 酒度對(duì)模型白酒熒光光譜行為的影響

在1.3.1.1節(jié)三維熒光光譜測(cè)定條件下，對(duì)不同酒度模型白酒的三維熒光光譜進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果如圖1所示（因原漿汾酒中乙醇的含量約60%，且篇幅有限，故文中主要列出了60°模型白酒的實(shí)驗(yàn)結(jié)果）。

圖1 60%乙醇溶液的三維等高線圖Fig.1 Contour map of 60% (V/V) ethanol-water mixture

由圖1可知，60°模型白酒在200～500 nm范圍內(nèi)有兩個(gè)熒光峰，熒光峰的位置分別為λex/λem= 215/295 nm和λex/λem= 225/335 nm。由于225/335 nm熒光峰的熒光強(qiáng)度大，且發(fā)射光波長(zhǎng)（λem）遠(yuǎn)離激發(fā)光波長(zhǎng)（λex），故實(shí)驗(yàn)中主要以225/335 nm為對(duì)象，研究其熒光強(qiáng)度的變化規(guī)律。因乙醇和水均為非熒光物質(zhì)，所以60°模型白酒發(fā)射熒光的熒光體是乙醇與水通過(guò)氫鍵締合形成的團(tuán)簇分子，因此可以通過(guò)考察60%乙醇溶液發(fā)射熒光峰的強(qiáng)度來(lái)反映體系中乙醇-水的氫鍵締合強(qiáng)度[6]。故按1.3.1.2節(jié)方法測(cè)定系列模型白酒溶液在225 nm波長(zhǎng)紫外光激發(fā)下發(fā)射335 nm波長(zhǎng)熒光的強(qiáng)度（測(cè)定時(shí)PMT：700 V），考察酒度對(duì)模型白酒中乙醇-水締合強(qiáng)度的影響，結(jié)果如圖2所示。

圖2 酒度對(duì)模型白酒發(fā)射熒光強(qiáng)度的影響Fig.2 Effect of ethanol concentration on the fluorescence intensity of model liquor

由圖2可知，隨乙醇濃度逐漸增大，乙醇溶液發(fā)射225/335 nm熒光峰的強(qiáng)度先增大后減小，在乙醇含量為60%時(shí)乙醇溶液發(fā)射的熒光強(qiáng)度最大，在乙醇含量為40%及70%附近出現(xiàn)兩個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。這是由于乙醇和水都是極性分子，其極性基團(tuán)羥基易在溶液中形成特有的氫鍵，在此氫鍵的作用下，乙醇和水會(huì)形成不同于它們各自締合結(jié)構(gòu)群的新的締合結(jié)構(gòu)[3]；乙醇濃度為60%時(shí)，1 個(gè)乙醇分子與2 個(gè)水分子締合形成第一種乙醇-水團(tuán)簇分子（后續(xù)研究中簡(jiǎn)稱乙醇-水團(tuán)簇分子），乙醇濃度為40%時(shí)，1 個(gè)乙醇分子與5 個(gè)水分子締合形成第二種乙醇-水團(tuán)簇分子，乙醇濃度為70%時(shí)，5 個(gè)乙醇分子與6 個(gè)水分子締合形成第三種乙醇-水團(tuán)簇分子[16]。分子結(jié)構(gòu)不同發(fā)射熒光峰的位置不同，3種乙醇-水團(tuán)簇分子發(fā)射熒光峰的位置分別為225/335 nm、260/290 nm和280/305 nm。乙醇濃度為60%時(shí)，對(duì)應(yīng)形成第一種乙醇-水團(tuán)簇分子，此時(shí)發(fā)射335 nm熒光的量子產(chǎn)率最高，溶液中該團(tuán)簇分子的濃度也最大，故發(fā)射335 nm熒光的強(qiáng)度最大；乙醇濃度為40%和70%時(shí)，第一種乙醇-水團(tuán)簇分子因偏離其最佳形成濃度使得溶液中發(fā)光物質(zhì)的濃度減小，因而其發(fā)射335 nm熒光的強(qiáng)度降低，所以出現(xiàn)了圖2中的轉(zhuǎn)折[16]。這一結(jié)果從另一側(cè)面說(shuō)明，酒度對(duì)乙醇-水團(tuán)簇分子的結(jié)構(gòu)影響很大，即酒度對(duì)模型白酒中乙醇-水的締合強(qiáng)度影響很大。

2.1.2 貯存時(shí)間對(duì)模型白酒熒光光譜行為的影響

將1.4.1.1節(jié)不同酒度的模型白酒密封保存，每隔一定時(shí)間按1.3.1.2節(jié)熒光強(qiáng)度測(cè)定方法進(jìn)行熒光強(qiáng)度測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)圖3（主要列出了60°模型白酒的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，以下實(shí)驗(yàn)不特別說(shuō)明，均指測(cè)定時(shí)PMT：600 V）。由圖3a可知，在剛開始混合時(shí)，乙醇和水需要一定的時(shí)間來(lái)完成醇水分子間的氫鍵締合，約15 min后，乙醇和水形成穩(wěn)定的團(tuán)簇分子，且該團(tuán)簇分子的結(jié)構(gòu)在貯存過(guò)程中不再發(fā)生變化，表現(xiàn)為醇水溶液發(fā)射的熒光強(qiáng)度不隨貯存時(shí)間的延長(zhǎng)而改變。由圖3b可知，在1年貯存過(guò)程中，60°模型白酒發(fā)射的熒光強(qiáng)度隨時(shí)間的增長(zhǎng)基本不變，因此可以得出結(jié)論：貯存時(shí)間對(duì)模型白酒發(fā)射的熒光強(qiáng)度沒(méi)有影響，表明貯存時(shí)間與模型白酒中乙醇-水締合強(qiáng)度沒(méi)有關(guān)系。

圖3 貯存時(shí)間對(duì)模型白酒發(fā)射熒光強(qiáng)度的影響Fig.3 Effect of aging time on the fluorescence intensity of model liquor

2.1.3 白酒中主要微量成分對(duì)模型白酒熒光光譜行為的影響

酒度不同，微量成分的含量和量比不同，以65°汾酒中的微量成分為代表考察其對(duì)模型白酒中氫鍵締合強(qiáng)度的影響。按1.3.2節(jié)實(shí)驗(yàn)方法分析了65°汾酒1年自然老熟過(guò)程中主要微量成分的變化規(guī)律，其中相對(duì)含量較高的10 種微量成分隨酒齡的變化規(guī)律如表1所示。

由表1可知，在考察時(shí)間1年內(nèi)，隨貯存時(shí)間的延長(zhǎng)乙醛、乙酸乙酯、乳酸乙酯的含量先增大后減小，乙酸含量先減小后增大，苯甲醛的含量逐漸增加，甲醇、正丙醇、異丁醇和異戊醇的含量略有減小。這一結(jié)果說(shuō)明白酒中主要微量成分的含量及量比關(guān)系隨貯存時(shí)間的延長(zhǎng)在不斷變化，為探究這是否會(huì)對(duì)白酒中的氫鍵締合行為產(chǎn)生影響，下面以60°模型白酒為對(duì)象，采用熒光分析方法考察這些主要微量成分對(duì)模型白酒中乙醇-水締合強(qiáng)度的影響。

表1 65°汾酒自然老熟過(guò)程中主要微量成分的變化規(guī)律Table 1 Change in major trace components of Fen liquor during traditional aging process10-3mol/L

2.1.3.1 酯對(duì)模型白酒發(fā)射熒光強(qiáng)度的影響

圖4 酯對(duì)模型白酒發(fā)射熒光強(qiáng)度的影響Fig.4 Effects of acetates on the fluorescence intensity of model liquor

由圖4可知，模型白酒發(fā)射225/335 nm熒光峰的強(qiáng)度隨乙酸乙酯和乳酸乙酯濃度的增大先增大后減小，乙酸乙酯和乳酸乙酯的濃度分別為1×10-5mol/L和1×10-4mol/L時(shí)體系發(fā)射225/335 nm熒光峰的強(qiáng)度最大。原因可能是乙酸乙酯和乳酸乙酯存在酯化水解平衡，它們分別水解出的乙酸和乳酸會(huì)解離出微量的質(zhì)子，加快乙醇羥基質(zhì)子和水質(zhì)子的交換速率[4]，體系中乙醇-水締合強(qiáng)度增強(qiáng)，發(fā)射225/335 nm熒光峰的強(qiáng)度增大；當(dāng)乙酸乙酯和乳酸乙酯的濃度分別大于1×10-5mol/L和1×10-4mol/L時(shí)，乙酸乙酯分子間及乳酸乙酯分子間自相互作用增強(qiáng)，并且它們能與乙醇-水團(tuán)簇分子形成新的締合分子群，由于新締合分子群的最佳激發(fā)光波長(zhǎng)偏離225 nm，因而體系發(fā)射225/335 nm熒光峰的強(qiáng)度減小[17]。

2.1.3.2 酸對(duì)模型白酒發(fā)射熒光強(qiáng)度的影響

由圖5可知，模型白酒發(fā)射225/335 nm熒光峰的強(qiáng)度隨乙酸和乳酸濃度的增大先增大后減小，乙酸和乳酸的濃度分別為1×10-5mol/L和1×10-6mol/L時(shí)體系發(fā)射225/335 nm熒光峰的強(qiáng)度最大，當(dāng)乙酸和乳酸含量繼續(xù)增大時(shí)體系發(fā)射225/335 nm熒光峰的強(qiáng)度反而降低。這可能是因?yàn)椋倭康囊宜岷腿樗釙?huì)解離出質(zhì)子，催化含水乙醇溶液中質(zhì)子間的快速交換，使得體系中乙醇-水團(tuán)簇分子的氫鍵締合強(qiáng)度增強(qiáng)[18]，伴隨著225 nm波長(zhǎng)處摩爾吸光系數(shù)的增大，體系發(fā)射335 nm熒光光子的效率增強(qiáng)，故熒光強(qiáng)度增大；當(dāng)乙酸濃度大于1×10-5mol/L、乳酸濃度大于1×10-6mol/L時(shí)，乙酸分子中的羧基及乳酸分子中的羥基和羧基會(huì)與乙醇-水團(tuán)簇分子逐漸地以氫鍵相連而形成新的團(tuán)簇分子，破壞原體系中乙醇-水團(tuán)簇分子的結(jié)構(gòu)，使得體系在受225 nm波長(zhǎng)的紫外光激發(fā)時(shí)發(fā)射335 nm熒光峰的強(qiáng)度減小[17]。

圖5 酸對(duì)模型白酒發(fā)射熒光強(qiáng)度的影響Fig.5 Effects of acids on the fluorescence intensity of model liquor

2.1.3.3 醇對(duì)模型白酒發(fā)射熒光強(qiáng)度的影響

圖6 醇對(duì)模型白酒發(fā)射熒光強(qiáng)度的影響Fig.6 Effects of alcohols on the fluorescence intensity of model liquor

由圖6可知，甲醇對(duì)模型白酒發(fā)射225/335 nm熒光峰強(qiáng)度的影響是隨甲醇濃度的增大先增大后減小又增大，當(dāng)甲醇的濃度為1×10-5mol/L時(shí)，體系受225 nm波長(zhǎng)紫外光激發(fā)時(shí)發(fā)射335 nm熒光峰的強(qiáng)度達(dá)到最大，其原因可能是，微量的甲醇以橋梁的方式與乙醇-水團(tuán)簇分子締合增強(qiáng)了乙醇-水的締合強(qiáng)度，體系吸收225 nm紫外光的強(qiáng)度增大，使得其發(fā)射335 nm熒光峰的熒光效率增強(qiáng)伴隨著熒光強(qiáng)度的增大；當(dāng)甲醇濃度在1×10-5～1×10-3mol/L之間時(shí)，由于其即能與乙醇又能與水締合破壞原有體系的締合結(jié)構(gòu)，因而體系發(fā)射225/335 nm熒光峰的強(qiáng)度降低。當(dāng)甲醇濃度大于1×10-3mol/L，甲醇與乙醇-水團(tuán)簇分子形成新的締合分子群，隨甲醇濃度的增大該新締合分子群的濃度也逐漸增大；但該新締合分子群除主要吸收215 nm波長(zhǎng)的紫外光外還吸收225 nm波長(zhǎng)的紫外光，因而我們觀察到當(dāng)甲醇濃度增大時(shí)，225/335 nm熒光峰的強(qiáng)度也逐漸增大。

由圖6可知，正丙醇對(duì)模型白酒發(fā)射225/335 nm熒光強(qiáng)度的影響是隨正丙醇濃度的增大先減小后增大，濃度為1×10-6mol/L時(shí)，體系發(fā)射225/335 nm熒光峰的強(qiáng)度達(dá)到最小。其原因可能是，正丙醇分子體積較大，當(dāng)它的含量較少時(shí)阻礙了乙醇分子與水分子質(zhì)子交換反應(yīng)的發(fā)生，乙醇-水締合強(qiáng)度減小，故體系發(fā)射225/335 nm熒光峰的強(qiáng)度減小。當(dāng)它的含量增大時(shí)，正丙醇分子中較長(zhǎng)碳鏈的疏水化水合作用會(huì)使乙醇-水的氫鍵締合強(qiáng)度增強(qiáng)[19]，因而體系發(fā)射225/335 nm熒光峰的強(qiáng)度逐漸增大；同時(shí)正丙醇的濃度增大時(shí)，其會(huì)與乙醇-水團(tuán)簇分子形成新的締合分子群，此時(shí)體系除吸收215 nm紫外光外，還會(huì)對(duì)225nm紫外光產(chǎn)生吸收并向外發(fā)射峰值波長(zhǎng)為335 nm的熒光，因此隨正丙醇濃度增大其60%乙醇溶液對(duì)225 nm紫外光的吸收能力逐漸增強(qiáng)，發(fā)射225/335 nm熒光峰的強(qiáng)度逐漸增大。

異丁醇和異戊醇對(duì)模型白酒發(fā)射225/335 nm熒光峰強(qiáng)度的影響是隨異丁醇和異戊醇濃度的增大先略微減小而后增大，濃度分別為1×10-2mol/L和1×10-3mol/L時(shí)出現(xiàn)轉(zhuǎn)折。出現(xiàn)圖6中轉(zhuǎn)折的原因可能是，異丁醇和異戊醇分子體積較大，當(dāng)它們的含量較少時(shí)阻礙了乙醇分子與水分子質(zhì)子交換反應(yīng)的發(fā)生，體系在225 nm波長(zhǎng)紫外光的激發(fā)下發(fā)射335 nm熒光峰的強(qiáng)度減小；當(dāng)它們的含量較高時(shí)，異丁醇和異戊醇分子中較長(zhǎng)碳鏈的疏水化水合作用會(huì)使乙醇-水的締合強(qiáng)度增大[19]，因而體系發(fā)射225/335 nm熒光峰的強(qiáng)度增大。

2.1.3.4 醛對(duì)模型白酒發(fā)射熒光強(qiáng)度的影響

圖7 醛對(duì)模型白酒發(fā)射熒光強(qiáng)度的影響Fig.7 Effects of aldehydes on the fluorescence intensity of model liquor

由圖7可知，醛對(duì)模型白酒發(fā)射225/335 nm熒光峰強(qiáng)度的影響是隨其濃度的增大先增大后減小，乙醛和苯甲醛的濃度均為1×10-6mol/L時(shí)體系發(fā)射225/335 nm熒光峰的強(qiáng)度最大。其原因可能是當(dāng)乙醛和苯甲醛的濃度較小時(shí)，微量的醛羰基以橋梁方式與乙醇-水團(tuán)簇分子形成氫鍵增加了乙醇-水團(tuán)簇分子的穩(wěn)定性，體系吸收225 nm波長(zhǎng)紫外光強(qiáng)度增大，發(fā)射335 nm熒光峰的強(qiáng)度增強(qiáng)；當(dāng)乙醛和苯甲醛的濃度較大時(shí)，醛羰基即能與乙醇又能與水發(fā)生氫鍵締合形成新的締合分子群，對(duì)原體系中乙醇-水締合強(qiáng)度的破壞作用使得其發(fā)射225/335 nm熒光峰的強(qiáng)度減小[20]。

2.1.3.5 各微量成分對(duì)模型白酒發(fā)射熒光強(qiáng)度的綜合影響

圖8 模擬白酒的三維等高線圖Fig.8 Contour maps of simulated liquors

由圖8可知，4 份模擬白酒的三維等高線圖相似，都是吸收260～300 nm波長(zhǎng)范圍的紫外光，發(fā)射285～340 nm波長(zhǎng)范圍的熒光，且發(fā)射275/305 nm熒光峰的強(qiáng)度最大。但也有不同之處，主要表現(xiàn)為4 份模擬白酒發(fā)射275/305nm熒光峰的強(qiáng)度不同，3月、6月模擬白酒發(fā)射275/305nm熒光峰的強(qiáng)度較大，分別為451.029、443.717；0、12 月模擬白酒發(fā)射275/305 nm熒光峰的強(qiáng)度較小，分別為420.415、416.118。

結(jié)合圖1可知，微量成分的加入使得60%乙醇溶液三維熒光光譜圖中的215/285 nm和225/335 nm熒光峰消失，卻出現(xiàn)了275/305 nm熒光峰。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因是模型白酒中加入微量成分乙酸乙酯、乳酸乙酯等后，微量成分會(huì)與乙醇、水及乙醇-水團(tuán)簇分子形成新的締合分子群，且微量成分之間也會(huì)發(fā)生作用，這些新締合分子群的形成及微量成分之間的作用使得模擬白酒的最佳激發(fā)光波長(zhǎng)遠(yuǎn)離了215 nm和225 nm，因而模擬白酒在受到215 nm和225 nm波長(zhǎng)紫外光激發(fā)時(shí)發(fā)射的熒光就很少，這一結(jié)果說(shuō)明白酒中的微量成分對(duì)模型白酒中乙醇-水的氫鍵締合強(qiáng)度影響很大。4 份模擬白酒發(fā)射的熒光峰相同，都為275/305 nm熒光峰，但發(fā)射的熒光強(qiáng)度又不盡相同，其原因是4 份模擬白酒中10 種微量成分的含量及量比接近而又不完全相同所致。同時(shí)由表1可知，汾酒中10 種微量成分的含量相對(duì)較低（10-2～10-3mol/L），但這些低含量微量成分的存在卻使得模擬白酒中乙醇-水團(tuán)簇分子的熒光峰消失，說(shuō)明這些低含量的微量成分間存在協(xié)同作用，共同影響著乙醇-水團(tuán)簇分子的締合結(jié)構(gòu)。

2.2 清香型白酒熒光光譜考察結(jié)果

圖9 不同酒度汾酒的三維等高線圖Fig.9 Contour maps of Fen liquors with different ethanol concentrations

由圖9可知，不同酒度汾酒的三維等高線圖明顯不同。38°和45°汾酒對(duì)210～300 nm波長(zhǎng)范圍紫外光有吸收但很弱，發(fā)射300～370 nm波長(zhǎng)范圍熒光的強(qiáng)度很小。38°和45°汾酒發(fā)射的熒光峰分別為230/337 nm（F = 47.163）和230/338 nm（F = 81.598），與60%乙醇溶液中乙醇-水團(tuán)簇分子的熒光峰225/335 nm符合地較好，說(shuō)明38°和45°汾酒中的熒光體是乙醇-水團(tuán)簇分子。53°和65°汾酒吸收210～320 nm波長(zhǎng)范圍紫外光能力強(qiáng)，發(fā)射300～370 nm波段熒光的強(qiáng)度大。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，53°汾酒有2 個(gè)發(fā)射峰，分別為230/338 nm（F = 724.095）和250/323 nm（F =437.785），其中230/338 nm熒光峰為乙醇-水團(tuán)簇分子吸收紫外光向外發(fā)射熒光引起，而250/323 nm熒光峰的出現(xiàn)說(shuō)明微量成分與乙醇-水團(tuán)簇分子通過(guò)分子間的弱相互作用（主要指氫鍵）形成了新的吸光結(jié)構(gòu)，這一新的吸光結(jié)構(gòu)對(duì)250 nm波長(zhǎng)紫外光產(chǎn)生吸收并向外發(fā)射一定強(qiáng)度的熒光。65°汾酒有3 個(gè)發(fā)射峰，分別為230/338 nm（F = 278.363）、250/323 nm（F = 372.665）和290/329 nm（F = 271.798），其中230/338 nm熒光峰是由乙醇-水團(tuán)簇分子吸收紫外光向外發(fā)射熒光引起，而250/323 nm和290/329 nm熒光峰的出現(xiàn)也說(shuō)明微量成分與乙醇-水團(tuán)簇分子形成了新的吸光結(jié)構(gòu)；由于65°汾酒發(fā)射250/323 nm熒光峰的強(qiáng)度最大，表明此時(shí)65°汾酒中微量成分與乙醇-水團(tuán)簇分子形成的新吸光結(jié)構(gòu)在體系中占主導(dǎo)作用。

圖10 酒度對(duì)汾酒發(fā)射230/338 nm熒光強(qiáng)度的影響Fig.10 Effect of ethanol content on the fluorescence intensity of Fen liquor at 230/338 nm

由圖10可知，4 種不同酒度汾酒隨酒度逐漸增大，熒光峰的數(shù)目增多，但發(fā)射230/338 nm熒光峰的強(qiáng)度是先增大后減小，53°汾酒發(fā)射的熒光強(qiáng)度最大，65°汾酒發(fā)射的熒光強(qiáng)度反而減小。由于不同熒光峰對(duì)應(yīng)的團(tuán)簇分子結(jié)構(gòu)不同，而同一熒光峰不同的發(fā)射強(qiáng)度反映了體系內(nèi)團(tuán)簇分子締合強(qiáng)度的大小[21]。說(shuō)明53°汾酒中乙醇-水團(tuán)簇分子的締合強(qiáng)度最大，65°汾酒中乙醇-水團(tuán)簇分子的締合強(qiáng)度反而減小，表明酒度是影響清香型白酒中乙醇-水締合強(qiáng)度的主要因素。這一結(jié)論與黏度測(cè)定結(jié)果相符，說(shuō)明酒度是影響清香型白酒中氫鍵締合強(qiáng)度的主要因素[12]。

圖11 貯存時(shí)間對(duì)汾酒發(fā)射230/338 nm熒光強(qiáng)度的影響Fig.11 Effect of aging time on the fluorescence intensity of Fen liquor at 230/338 nm

由圖11可知，1 年貯存過(guò)程中，38°和45°汾酒發(fā)射230/338 nm熒光峰的強(qiáng)度基本不變，53°和65°汾酒發(fā)射230/338 nm熒光峰的強(qiáng)度波動(dòng)稍大但沒(méi)有明顯的變化趨勢(shì)，說(shuō)明1年貯存過(guò)程中各酒度汾酒中乙醇-水的締合強(qiáng)度基本保持不變，都沒(méi)有隨著貯存時(shí)間的延長(zhǎng)而增強(qiáng)。貯存時(shí)間對(duì)醇水體系中乙醇-水的締合強(qiáng)度沒(méi)有影響，而酒中的微量成分對(duì)其中的乙醇-水締合強(qiáng)度影響很大，由此可以得出結(jié)論，不同酒度汾酒中乙醇-水的締合強(qiáng)度沒(méi)有表現(xiàn)出明顯的變化趨勢(shì)是因?yàn)榫企w中各微量成分的含量變化尚沒(méi)有引起乙醇-水締合強(qiáng)度發(fā)生趨勢(shì)性改變，這也從另一側(cè)面說(shuō)明酒體中的乙醇-水締合強(qiáng)度與貯存時(shí)間沒(méi)有直接關(guān)系，與Nose等[22]研究日本清酒的結(jié)果相符。

3 結(jié) 論

綜上所述，在考察時(shí)間一年內(nèi)，通過(guò)對(duì)影響模型白酒熒光光譜行為的系統(tǒng)研究，發(fā)現(xiàn)汾酒中主要微量成分對(duì)模型白酒中乙醇-水締合強(qiáng)度有一定的影響，但影響模型白酒中乙醇-水締合強(qiáng)度的主要因素是酒度而不是貯存時(shí)間；在考察汾酒時(shí)得到相同的結(jié)論，即決定清香型白酒中乙醇-水締合強(qiáng)度的主要因素是酒度，而不是貯存時(shí)間。這一結(jié)論將為進(jìn)一步揭示白酒老熟行為、探討白酒陳化機(jī)理提供重要的理論和實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

[1] 沈怡方. 白酒生產(chǎn)技術(shù)全書[M]. 北京: 中國(guó)輕工業(yè)出版社, 1998: 728-733.

[2] 趙懷杰, 趙麗媛, 趙麗川. 再談白酒催陳后的可逆現(xiàn)象[J]. 釀酒科技, 1996(6): 41-42.

[3] AGENO M, FRONTALI C. Viscosity measurements of alcohol-water mixtures and the structure of water[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 1967, 57(4): 856-860.

[4] 王奪元, 何慧珠, 張麟華, 等. 白酒中氫鍵締合作用的模型研究[J].化學(xué)通報(bào), 1985, 48(4): 21-23.

[5] 仝建波, 劉淑玲, 蘆飛, 等. 醇水締合光譜行為的研究[J]. 釀酒科技, 2004, 123(3): 83-84.

[6] LIU Y, LUO X S, SHEN Z H, et al. Studies on molecular structure of ethanol-water clusters by fluorescence spectroscopy[J]. Optical Review, 2006, 13(5): 303-307.

[7] 周恒剛. 泡盛酒的貯存老熟[J]. 釀酒, 1992, 19(1): 6-10.

[8] 曾新安, 高大熊, 張本山. 電磁場(chǎng)催陳米酒氫鍵締合紅外光譜分析[J].食品與發(fā)酵工業(yè), 2001, 27(6): 50-53.

[9] 朱拓. 醇類物質(zhì)光譜學(xué)和光子密度波擴(kuò)散理論研究[D]. 南京: 南京理工大學(xué), 2005.

[10] 顧恩東, 史愛(ài)敏, 朱拓, 等. 洋河藍(lán)色經(jīng)典系列酒的三維熒光光譜研究[J]. 光譜學(xué)與光譜分析, 2008, 28(12): 2916-2920.

[11] NOSE A, HOJO M, SUZUKI M, et al. Solute effects on the interaction between water and ethanol in aged Whiskey[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2004, 52(6): 5359-5365.

[12] 喬華, 馬燕紅, 趙振午, 等. 基于黏度研究清香型白酒中乙醇-水締合行為[J]. 食品科學(xué), 2011, 32(15):14-19.

[13] LIU X L, GONG H, LI X N, et al. Monitoring calcium concentration in neurons with cameleon[J]. Journal of Bioscience and Bioengineering, 2008, 105(2): 106-109.

[14] KOJIMA T, KARASAWA S, MIYAWAKI A, et al. Novel screening system for protein-protein interactions by bimolecular fluorescence complementation in Saccharomyces cerevisiae[J]. Journal of Bioscience and Bioengineering, 2011, 111(4): 397-401.

[15] YIN C L, LI H, DING C H, et al. Preliminary investigation on variety, brewery and vintage of wines using three-dimentional fluorescence spectroscopy[J]. Food Science and Technology Research, 2009, 15(1): 27-38.

[16] 劉瑩. 乙醇-水團(tuán)簇分子的光譜學(xué)特征及分子結(jié)構(gòu)研究[D]. 南京: 南京理工大學(xué), 2006.

[17] QIAO H, ZHANG S W, WANG W. Fluorescence spectroscopic and viscosity studies of hydrogen bonding in Chinese Fenjiu[J]. Journal of Bioscience and Bioengineering, 2013, 115(4): 405-411.

[18] NOSE A, HOJO M, UEDA T. Effects of salts, acids, and phenols on the hydrogen-bonding structure of water-ethanol mixtures[J]. The Journal of Physical Chemistry B, 2004, 108(2): 798-804.

[19] CHAUHAN S, SYAL V K, CHAUHAN M S, et al. Viscosity studies narcotic-analgesic drugs in aqueous-alcoholic mixtures at 25℃[J]. Journal of Molecular Liquids, 2007, 136(1/2): 161-164.

[20] SANTOSH M S, BHAT D K. Excess molar volumes, viscosity deviations and isentropic compressibility changes in glycylglycine-NiCl2aqueous ethanol mixtures[J]. Fluid Phase Equilibria, 2010, 298(1): 169-172.

[21] KHATIB K A, HERALD T J, MUINO P L. The characterization of soybean varieties by fluorescence spectroscopy[J]. International Journal of Food Science & Technology, 2005, 40(5): 545-555.

[22] NOSE A, MYOJIN M, HOJO M, et al. Proton nuclear magnetic resonance and Raman spectroscopic studies of Japanese beverage[J]. Journal of Bioscience and Bioengineering, 2005, 99(5): 493-501.

Fluorescence Spectroscopic Studies of Ethanol-Water Association Behavior in Fen-Flavor Liquor

QIAO Hua1, ZHANG Sheng-wan2, WEI Jian-cong1, SUN Ti-jian1
(1. Basic Medical College, Shanxi Medical University, Taiyuan 030001, China; 2. School of Life Science, Shanxi University, Taiyuan 030006, China)

Aqueous ethanol solutions at different concentrations were used as model liquors to explore the effects of ethanol concentration, aging time and major trace components on the fluorescence spectral behavior of Fen-flavor liquor and the association behavior between ethanol and water. Results indicated that trace elements in Fen-flavor liquor had certain impacts on the strength of ethanol-water association, which was mainly determined by ethanol concentration but not aging time. These results can provide theoretical references for further exploring the aging mechanisms of Chinese distilled spirits.

Fen-flavor liquor; fluorescence spectroscopy; ethanol-water association; hydrogen bonding; Fenjiu

TS262.32

A

1002-6630（2014）15-0082-07

10.7506/spkx1002-6630-201415017

2013-07-22

山西省山西醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院“331基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)科技培植基金計(jì)劃”項(xiàng)目（2012）

喬華（1982—），女，講師，博士，研究方向?yàn)槭称坊瘜W(xué)。E-mail：qiaohua0410@126.com