彭小東,張 倩,李紅洲,王箐汶,曹天順,田義霞
(貴州省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)檢測(cè)院,貴州貴陽(yáng) 550014)
醬香型白酒為我國(guó)傳統(tǒng)優(yōu)質(zhì)白酒的代表之一,獨(dú)特的釀造工藝賦予酒體“醬香突出、優(yōu)雅細(xì)膩、酒體醇厚、回味悠長(zhǎng)、空杯留香持久”的特點(diǎn)[1]。2020年末,我國(guó)白酒產(chǎn)能從1358萬(wàn)kL下降至740萬(wàn)kL,銷售收入從6125億元降為5836億元,利潤(rùn)卻從797億元增至1585 億元。醬香型白酒產(chǎn)能、銷售額以及利潤(rùn)均實(shí)現(xiàn)了逆勢(shì)而增,產(chǎn)能從41 萬(wàn)kL 增至60萬(wàn)kL,占比從3 %提高至8 %,銷售額從1010 億元增至1550 億元,占我國(guó)白酒26%,利潤(rùn)從239 億元提升至630 億元,從29.99 %提升至39.7%[2]。《貴州省“十四五”戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)集群發(fā)展規(guī)劃》提出,將以赤水河流域產(chǎn)業(yè)帶為核心,重點(diǎn)規(guī)劃布局仁懷、習(xí)水、金沙等優(yōu)質(zhì)醬香型白酒產(chǎn)區(qū),圍繞微生物資源保護(hù)和優(yōu)質(zhì)原料供給、醬香白酒品質(zhì)提升、酒文化內(nèi)涵挖掘等方面打造醬香型白酒產(chǎn)業(yè)集群,持續(xù)鞏固世界級(jí)醬香型白酒產(chǎn)業(yè)基地核心區(qū)地位,到2025 年,產(chǎn)量達(dá)到60 萬(wàn)千升,醬香白酒產(chǎn)業(yè)集群總產(chǎn)值達(dá)到2500 億元。隨著醬香型白酒市場(chǎng)愈發(fā)火爆,迫切需要企業(yè)對(duì)自身的產(chǎn)品進(jìn)行科學(xué)有效的質(zhì)量控制,建立科學(xué)方法,穩(wěn)定產(chǎn)品品質(zhì),對(duì)規(guī)范醬香型白酒行業(yè)與市場(chǎng),保障醬酒的持續(xù)、健康發(fā)展具有重要意義。
指紋圖譜技術(shù)源于中藥質(zhì)量控制研究,是一種從整體上研究復(fù)雜物質(zhì)體系的技術(shù),已經(jīng)在中藥質(zhì)量控制、環(huán)境保護(hù)、食品評(píng)價(jià)等許多領(lǐng)域得到應(yīng)用。指紋圖譜不需要定量即可測(cè)定樣品的各種化學(xué)成分,能夠有效地體現(xiàn)產(chǎn)品的整體性和綜合作用,所以指紋圖譜技術(shù)能夠應(yīng)用于白酒分析和質(zhì)量的鑒定。現(xiàn)階段指紋圖譜主要應(yīng)用于白酒質(zhì)量的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)、白酒香型及真?zhèn)蔚蔫b別、年份酒的判定等方面,關(guān)于將指紋圖譜應(yīng)用在白酒生產(chǎn)過(guò)程中的報(bào)道較少。醬香型白酒產(chǎn)業(yè)作為貴州省白酒的龍頭產(chǎn)業(yè),釀造工藝獨(dú)特、復(fù)雜,產(chǎn)能和質(zhì)量受到原料、工藝及產(chǎn)區(qū)生態(tài)等多方面的影響,因此如何對(duì)醬香型白酒進(jìn)行生產(chǎn)過(guò)程的質(zhì)量控制關(guān)系到整個(gè)醬香型白酒行業(yè)的健康、有序和長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。本文就近年來(lái)指紋圖譜技術(shù)在醬香型白酒生產(chǎn)過(guò)程中的主要應(yīng)用研究進(jìn)行綜述,以期為醬香型白酒產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展提供一定的參考。
指紋圖譜是指樣品經(jīng)適當(dāng)前處理后,采用一定的現(xiàn)代分析手段,得到具有該樣品特性的色譜、光譜以及其他圖譜數(shù)據(jù)資料。圖譜跟人的指紋一樣具有專一性和代表性,因此稱之為指紋圖譜[3]。隨著指紋圖譜應(yīng)用范圍的逐步擴(kuò)大和分析技術(shù)的不斷進(jìn)步,根據(jù)分析手段和特征性成分,可將指紋圖譜分為兩大類:生物指紋圖譜和化學(xué)指紋圖譜[4]。生物指紋主要包括蛋白質(zhì)指紋圖譜、DNA 指紋圖譜等,常用的分析方法有聚丙烯酰胺凝膠電泳技術(shù)(SDS-PAGE)、簡(jiǎn)單重復(fù)序列或微衛(wèi)星標(biāo)記(SSR)、內(nèi)部簡(jiǎn)單重復(fù)序列(ISSR)、擴(kuò)增片段長(zhǎng)度多態(tài)性(AFLP)、單核苷酸多態(tài)性(SNPs)、隨機(jī)擴(kuò)增多態(tài)性DNA(RAPD)、單核苷酸多態(tài)性(SNP)、相關(guān)序列擴(kuò)增多態(tài)性(SRAP)等[5]?;瘜W(xué)指紋圖譜主要包括光譜指紋圖譜、色譜指紋圖譜等,常用的分析方法有氣相色譜法(GC)、高效液相色譜法(HPLC)、氣相色譜-質(zhì)譜法(GC-MS)、高效液相色譜-質(zhì)譜法(HPLC-MS)、毛細(xì)管電泳-質(zhì)譜法(CEMS)、核磁共振(NMR)、液相色譜-核磁共振法(LCNMR)、X射線衍射法(XRD)等。
指紋圖譜的構(gòu)建主要分為三個(gè)步驟:(1)圖譜的采集,是指紋圖譜構(gòu)建的關(guān)鍵環(huán)節(jié),生物指紋圖譜,以常見(jiàn)的DNA 指紋圖譜為例,首先需要對(duì)樣品進(jìn)行DNA 提取,選擇多態(tài)性良好的引物進(jìn)行PCR擴(kuò)增,最后進(jìn)行電泳檢測(cè),采集圖像;化學(xué)指紋圖譜,以白酒風(fēng)味指紋圖譜為例,首先需要確定香氣成分的提取方式如直接進(jìn)樣、固相微萃?。℉SSPME)、液液萃?。↙LE)、頂空進(jìn)樣(HS)等,再確定分離手段如常用的GC、LC,最后選擇合適的檢測(cè)方法如氫火焰離子檢測(cè)器(FID)、氮磷檢測(cè)器(NPD)、質(zhì)譜(MS)、飛行時(shí)間質(zhì)譜(TOF-MS)等,分析過(guò)程中需要對(duì)色譜條件進(jìn)行考察,確定合適的色譜柱、載氣流速、分流比及升溫程序等,如采用質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù),還需確定質(zhì)譜條件;(2)根據(jù)得到的圖譜信息,構(gòu)建樣品的指紋圖譜庫(kù),根據(jù)譜庫(kù)的用途,收集的圖譜信息要盡可能全面;(3)通過(guò)化學(xué)模式識(shí)別,數(shù)據(jù)挖掘和中藥色譜指紋圖譜相似度評(píng)價(jià)軟件等技術(shù)對(duì)指紋圖譜進(jìn)行模式解析和評(píng)價(jià),化學(xué)模式識(shí)別主要包括系統(tǒng)聚類分析(CA)、主成分分析(PCA)、判別分析(DA)、偏最小二乘法-判別分析(PLS-DA)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANNS)等[6-7],相似度評(píng)價(jià)最常用的軟件為2004 年3 月由國(guó)家藥典委員會(huì)開(kāi)發(fā)的《中藥色譜指紋圖譜相似度評(píng)價(jià)系統(tǒng)》研究版(2004A)和檢驗(yàn)版(2004B),后更新至2012版。
各種指紋圖譜技術(shù)及分析方法各有特點(diǎn),因此在利用這些技術(shù)和分析手段時(shí)必須明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?,選擇適合于樣品的圖譜技術(shù)和分析方法,才能得到更加可靠客觀的結(jié)果,也能針對(duì)性的解決相關(guān)技術(shù)難題。
醬香型白酒的發(fā)酵方式為固態(tài)發(fā)酵,以高粱為單一原料,大曲、稻殼等為輔料,精心釀制而成。并不是所有高粱都適合醬香型白酒的釀造,經(jīng)大量研究和生產(chǎn)實(shí)踐發(fā)現(xiàn),貴州本地的“紅纓子”糯高粱為最佳原料,雜交糯高粱次之,粳高粱不適宜[8-11]。在高粱的收購(gòu)成本上,“紅纓子”糯高粱是其他糯高粱價(jià)格的2 倍,粳高粱價(jià)格的3 倍。隨著醬香型白酒的持續(xù)火熱,高粱的需求量將會(huì)越來(lái)越大,這就會(huì)導(dǎo)致一些不法商販以次充好,將普通的糯高粱充當(dāng)“紅纓子”糯高粱售賣,又或是將粳高粱摻入其中牟取暴利,因此對(duì)高粱品種的準(zhǔn)確識(shí)別、鑒定是非常必要的。
高粱品種真實(shí)性鑒定應(yīng)用較多的技術(shù)是DNA指紋圖譜,王黎明等[12]篩選出的41 對(duì)多態(tài)性引物,可以鑒別出遺傳背景有差異的源自不同國(guó)家及不同地區(qū)的甜高粱,構(gòu)建了142 份甜高粱品種資源的分子身份證,可有效的對(duì)各品種進(jìn)行區(qū)分;王晶[13]利用篩選出的41 對(duì)多態(tài)性良好的核心引物對(duì)國(guó)內(nèi)外119 份高粱材料進(jìn)行PCR 擴(kuò)增和電泳檢測(cè),構(gòu)建了DNA 指紋圖譜庫(kù),利用距離聚類法和模型聚類法對(duì)其中的78 份高粱進(jìn)行分析,將其簡(jiǎn)化分為了4個(gè)類群,為提高高粱育種的效率提供了便利;王瑞等[14]利用SSR熒光標(biāo)記技術(shù)篩選出36對(duì)引物,構(gòu)建了20 個(gè)高粱品種的SSR 指紋圖譜,并從36 對(duì)引物中篩選到兩對(duì)多態(tài)性豐富的引物,能夠有效地對(duì)20個(gè)高粱品種進(jìn)行區(qū)分;詹秋文等[15]選用100 個(gè)RAPD 引物和95 對(duì)SSR 引物,通過(guò)對(duì)引物的篩選,找到多態(tài)性豐富的核心引物,構(gòu)建了42 份高粱和蘇丹草品種資源及2 份雜交種的DNA 指紋圖譜,該研究不僅能夠鑒別親本,還可以將雜交種和親本區(qū)分開(kāi)來(lái)。
化學(xué)指紋圖譜在高粱品種鑒別上也有相關(guān)的應(yīng)用。倪德讓等[16]以17 個(gè)不同產(chǎn)地的紅纓子高粱和8 個(gè)其他釀酒高粱品種為樣本,建立了基于多酚類化合物HPLC 指紋圖譜,通過(guò)相似度評(píng)價(jià)結(jié)合聚類分析和主成分分析發(fā)現(xiàn),17批次紅纓子高粱間的相似度大于0.97,其他品種釀酒高粱與紅纓子高粱的相似度均低于0.90,高效地實(shí)現(xiàn)紅纓子高粱與其他釀酒高粱品種的區(qū)分。
“勾兌”是白酒行業(yè)的專業(yè)術(shù)語(yǔ),是指在同一香型白酒中,把不同質(zhì)量、不同特點(diǎn)的酒按照不同的比例搭配混合在一起,使白酒的“色、香、味、格”等達(dá)到某種程度上的協(xié)調(diào)和平衡[17]。醬香型白酒的勾調(diào),是根據(jù)其獨(dú)特的釀造工藝,將經(jīng)過(guò)一定時(shí)間儲(chǔ)藏的各個(gè)輪次醬香、醇甜、窖底等類型的單體基酒,按照基酒的特點(diǎn)、數(shù)量比例、成品酒的質(zhì)量要求,經(jīng)過(guò)適當(dāng)比例的調(diào)配,使各微量成分間達(dá)到和諧,形成“醬香突出、幽雅細(xì)膩、酒體醇厚、回味悠長(zhǎng)”的特有風(fēng)格[18]。醬香型白酒作為傳統(tǒng)白酒,其勾調(diào)技藝一直是憑借勾調(diào)師敏銳的感官品評(píng)和豐富的勾兌經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行操作,由于感官易疲勞,經(jīng)驗(yàn)難繼承等缺陷,使得技術(shù)難以推廣,容易造成產(chǎn)品品質(zhì)不穩(wěn)定[19-20]。指紋圖譜的分析和應(yīng)用可以使技術(shù)更加科學(xué)化、規(guī)范化。醬香型白酒的勾兌需要對(duì)各輪次基酒以及調(diào)味酒有深入細(xì)致的了解。因此,首先要建立基礎(chǔ)酒、調(diào)味酒以及本廠優(yōu)質(zhì)酒的指紋圖譜庫(kù);其次,以優(yōu)質(zhì)酒或是標(biāo)樣酒的指紋圖譜為目標(biāo),按照缺什么補(bǔ)什么的原則,選取基礎(chǔ)酒及調(diào)味酒進(jìn)行多次組合、調(diào)味,形成多個(gè)小樣,將小樣的圖譜與目標(biāo)酒樣指紋圖譜進(jìn)行比較,找出差異,再進(jìn)行組合、調(diào)味、比對(duì),直到兩張圖譜的差異在勾調(diào)師所接受的范圍內(nèi)[21-22]。
醬香型白酒以貴州茅臺(tái)酒享譽(yù)中外,其巨大的市場(chǎng)份額和高位的市場(chǎng)價(jià)格使得假冒偽劣“茅臺(tái)”層出不窮,因此,對(duì)名優(yōu)醬酒的真?zhèn)舞b別研究也從未間斷,在這些研究中,指紋圖譜研究在這方面的應(yīng)用較多。鄭巖等[23]用GC-MS 對(duì)10 批次的茅臺(tái)酒進(jìn)行了指紋圖譜的測(cè)定,建立了茅臺(tái)酒的共有指紋圖譜,通過(guò)相關(guān)系數(shù)法計(jì)算的相似度分析結(jié)果能準(zhǔn)確應(yīng)用于貴州茅臺(tái)酒的真?zhèn)舞b別;孫其然等[24]利用GC-MS 獲得了茅臺(tái)酒的指紋圖譜,并結(jié)合相似度評(píng)價(jià)軟件對(duì)38 個(gè)批次的茅臺(tái)酒、5 種茅臺(tái)醬香系列酒以及12 種其他廠家生產(chǎn)的白酒進(jìn)行評(píng)價(jià)分析,可以區(qū)分茅臺(tái)酒和其他不同酒精度、不同香型的白酒;王霓等[25]采用近紅外光譜分析法,通過(guò)紅外譜圖的比對(duì)與樣品特征吸收峰的波數(shù)、強(qiáng)弱等參數(shù)相結(jié)合的方法確定真假醬酒的差異所在,進(jìn)而確立特征指紋圖譜庫(kù),建立了一種鑒別醬香型白酒真?zhèn)味鹊募夹g(shù)方法。
在醬香型白酒生產(chǎn)過(guò)程中,產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性、不同質(zhì)量、工藝、品牌的區(qū)分以及缺陷酒關(guān)鍵化合物的解析等均涉及指紋圖譜及相關(guān)化學(xué)模式識(shí)別方法。
王麗等[26]利用指紋圖譜結(jié)合化學(xué)模式識(shí)別(層次聚類、主成分分析)對(duì)特定品牌的醬香型白酒品質(zhì)及批次穩(wěn)定性進(jìn)行了綜合性的評(píng)價(jià),通過(guò)相似度評(píng)價(jià)及相關(guān)分析,將相似度大于0.99 作為特定品牌醬香型白酒品質(zhì)獨(dú)特性和批次穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),可以有效將其與其他品牌的醬香型白酒區(qū)分,且通過(guò)主成分分析找到了17 種與其他品牌醬香白酒差異性物質(zhì),為該品牌醬香型白酒的質(zhì)量控制提供了技術(shù)支撐;先春等[27]采用GC 法對(duì)不同工藝和風(fēng)格的醬香型白酒的香氣成分建立了指紋圖譜,以16個(gè)主要共有峰為評(píng)價(jià)指標(biāo),通過(guò)相似度評(píng)價(jià)分析發(fā)現(xiàn)2 種不同工藝的醬香型白酒差異明顯,2 個(gè)品牌的傳統(tǒng)大曲醬香型白酒相似度均在0.95 以上(其中一品牌達(dá)到了0.99 以上),而碎沙酒除個(gè)別樣品外其余樣品的相似度均在0.95 以下,結(jié)合感官品評(píng),發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)大曲醬香型白酒的質(zhì)量穩(wěn)定性較碎沙酒要好;張曉婕等[28]利用GC-MS 技術(shù)對(duì)不同工藝醬香型白酒的揮發(fā)性物質(zhì)進(jìn)行了差異分析,并結(jié)合香氣活性值和化學(xué)計(jì)量學(xué)法構(gòu)建了鑒別模型,可對(duì)兩2 種工藝(碎沙和坤沙)進(jìn)行區(qū)分,測(cè)試正確率為93.33%,基本實(shí)現(xiàn)了2 種工藝酒樣的鑒別;張曉婕等[29]對(duì)不同質(zhì)量的醬香型白酒的揮發(fā)性物質(zhì)進(jìn)行了差異分析,利用GC-MS 對(duì)同一酒廠5 種質(zhì)量的100個(gè)醬香型白酒酒樣中的揮發(fā)性物質(zhì)進(jìn)行了檢測(cè)并構(gòu)建鑒別模型,找到了關(guān)鍵性差異物質(zhì),采用聚類分析和主成分分析法均可將不同質(zhì)量的醬香型白酒明顯區(qū)分為3 類,通過(guò)另外3 個(gè)酒企不同質(zhì)量級(jí)別醬香型白酒分析結(jié)果代入構(gòu)建的鑒別模型,也可實(shí)現(xiàn)質(zhì)量的有效區(qū)分。
異嗅物質(zhì)為醬香型白酒缺陷酒中常見(jiàn)的異嗅缺陷,嚴(yán)重影響了醬香型白酒的產(chǎn)品質(zhì)量,由此引起的產(chǎn)品等級(jí)降低每年給企業(yè)造成了較大經(jīng)濟(jì)損失。江南大學(xué)王露露[30]基于分子感官科學(xué)的研究思路,采用氣相色譜-嗅聞/質(zhì)譜(GC-O/MS)技術(shù)對(duì)典型“鹽菜味”酒樣中的香氣活性化合物進(jìn)行分析,并結(jié)合全二維氣相色譜-飛行時(shí)間質(zhì)譜(GC×GC-TOF/MS)技術(shù)對(duì)醬香型白酒中揮發(fā)性化合物進(jìn)行分析,構(gòu)建了包含1086 種化合物的醬香型白酒揮發(fā)性組分指紋圖譜信息庫(kù),通過(guò)香氣萃取稀釋分析(cADEA)技術(shù)對(duì)比分析了“鹽菜味”異嗅樣品和正常樣品香氣活性組分差異,利用多元統(tǒng)計(jì)分析篩選出6 種與醬香型白酒風(fēng)味品質(zhì)顯著相關(guān)的標(biāo)志性含硫化合物,構(gòu)建了快速判別醬香型白酒風(fēng)味品質(zhì)的分析模型,模型驗(yàn)證結(jié)果顯示判定準(zhǔn)確率可達(dá)100%,為醬香型白酒產(chǎn)品質(zhì)量的評(píng)價(jià)提供了客觀科學(xué)的方法,也為企業(yè)釀造過(guò)程中對(duì)異味的形成控制提供了靶向性指導(dǎo);孫優(yōu)蘭等[31]采用GC-MS法對(duì)“生青味”的醬香型白酒樣品進(jìn)行分析,以正常酒的圖譜分析結(jié)果為對(duì)照,通過(guò)Venn 及聚類熱圖比較統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)缺陷酒與正常酒之間存在顯著差異,并通過(guò)正交偏最小二乘判別分析(OPLSDA)找到了構(gòu)成酒體該缺陷特征的重要因子,為醬香型白酒品質(zhì)提升提供科學(xué)依據(jù)
現(xiàn)階段,指紋圖譜在醬香型白酒中的研究和應(yīng)用主要圍繞醬香型白酒成品酒的真?zhèn)舞b別和品質(zhì)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)等方面。醬香型白酒風(fēng)味成分復(fù)雜,是目前白酒香型中風(fēng)味成分最多的,季克良等[32]早在2007年就通過(guò)GC×GC-TOFMS 法在醬香型白酒中分離得到873 種風(fēng)味化合物。因此,要想獲得良好的指紋圖譜,更好的應(yīng)用到醬香型白酒的質(zhì)量控制和真?zhèn)舞b別中,一是必須要選擇具有高分離效能的色譜柱,靈敏度高的分析儀器,不斷摸索各種操作條件,如萃取方式、儀器條件(包括色譜條件、質(zhì)譜條件等),不斷積累經(jīng)驗(yàn),掌握關(guān)鍵操作,實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的定性定量分析;二是要選擇合適的分析軟件或方法對(duì)得到的圖譜進(jìn)行識(shí)別、計(jì)算,使圖譜的分析更加規(guī)范科學(xué);三是要將現(xiàn)代儀器分析同傳統(tǒng)感官品評(píng)結(jié)合起來(lái),才能更加全面準(zhǔn)確地對(duì)醬香型白酒的品質(zhì)和風(fēng)味進(jìn)行評(píng)價(jià)。
指紋圖譜除了在成品酒的質(zhì)量控制和真?zhèn)舞b別中應(yīng)用外,也可將其應(yīng)用到醬香型白酒的其他生產(chǎn)過(guò)程中,幫助控制醬香型白酒的整個(gè)生產(chǎn)流程。即根據(jù)各生產(chǎn)環(huán)節(jié)指紋圖譜的變化考察操作條件對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響程度,調(diào)整相關(guān)工藝參數(shù),確定合理的工藝條件。如可利用指紋圖譜對(duì)釀酒原料進(jìn)行品種鑒別和質(zhì)量監(jiān)控,指導(dǎo)醬香型白酒釀酒用高粱的育種和種植;可通過(guò)指紋圖譜技術(shù)建立醬香型白酒不同輪次(每年)基酒的指紋圖譜庫(kù),通過(guò)對(duì)譜圖比對(duì)分析,可以幫助企業(yè)快速準(zhǔn)確的了解公司每年生產(chǎn)的輪次酒的區(qū)別,知曉生產(chǎn)是否有異常,反饋生產(chǎn)車間,適時(shí)地調(diào)整生產(chǎn)工藝;也可將指紋圖譜應(yīng)用到企業(yè)的酒庫(kù)中,建立不同類型基酒、調(diào)味酒、年份酒等的指紋圖譜數(shù)據(jù)庫(kù),讓企業(yè)更加全面準(zhǔn)確的了解各類型酒的分布和庫(kù)存情況,更加科學(xué)精準(zhǔn)的指導(dǎo)勾兌和生產(chǎn)。相信隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展,許多新技術(shù)、新工藝、新方法將會(huì)在醬香型白酒生產(chǎn)過(guò)程中得到應(yīng)用,指紋圖譜技術(shù)在醬香型白酒中的應(yīng)用也將會(huì)越來(lái)越全面和廣泛,更好地助力于醬香型白酒產(chǎn)業(yè)的持續(xù)、健康發(fā)展。