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高粱蒸煮过程中香气化合物的表征及其对中国白酒风味的影响

一、作者及研究机构
本研究由Shuang Chen（第一作者，江南大学）、Li Wang、Derang Ni、Lin Lin、Heyu Wang（贵州茅台酒股份有限公司技术中心）和Yan Xu（通讯作者，江南大学）合作完成，发表于期刊Molecules（2021年8月7日，卷26，第4796页）。

二、学术背景
科学领域：食品风味化学与酿造工程。
研究动机：高粱是中国白酒（Baijiu）的主要原料，其蒸煮过程中产生的挥发性化合物直接影响白酒的风味品质。然而，不同高粱类型（糯性与非糯性）的香气特征及其对白酒风味的贡献尚未系统解析。
背景知识：
1. 白酒是中国传统蒸馏酒，年产量超70亿升，高粱是其核心原料，年需求量超400万吨。
2. 高粱蒸煮与蒸馏同步进行，蒸煮中释放的香气化合物直接融入酒体，但此前研究多集中于发酵阶段的风味物质，对原料预处理阶段的香气贡献关注不足。
研究目标：
1. 开发一种“瓶内蒸煮法”以高效捕获高粱蒸煮香气；
2. 通过全二维气相色谱-飞行时间质谱（GC×GC-TOFMS）和嗅闻-质谱联用技术（GC-O/MS）系统表征香气化合物；
3. 对比糯性与非糯性高粱的香气差异，明确其对中国白酒风味的潜在影响。

三、研究流程与方法
1. 样品制备：
- 研究对象：2018年产糯性与非糯性高粱（贵州产区）。
- 蒸煮方法：300克高粱与400毫升水混合，75℃浸泡过夜后，取5克湿高粱与1毫升水置于20 mL顶空瓶中，氮气保护下100℃水浴蒸煮1小时。

1. 香气提取优化：

   • 采用顶空固相微萃取（HS-SPME）技术，对比4种纤维涂层（PDMS、PDMS/DVB、CAR/PDMS、DVB/CAR/PDMS）的提取效率，最终选择DVB/CAR/PDMS纤维。
     
   • 优化条件：80℃提取120分钟（仪器温度上限），解析温度250℃。
     

2. 挥发性化合物分析：

   • GC×GC-TOFMS：
     
     • 色谱柱：一维柱DB-FFAP（60 m × 0.25 mm × 0.25 μm），二维柱Rxi-17Sil MS（1.5 m × 0.25 mm × 0.25 μm）。
       
     • 程序升温：45℃保持3分钟，以4℃/min升至230℃。
       
     • 质谱扫描范围：50–350 m/z，采集速率100 spectra/s。
       
   • GC-O/MS：
     
     • 3名训练有素的感官评价员对香气强度评分（0–5分），结合质谱与保留指数（RI）鉴定关键香气物质。
       

3. 数据解析：

   • 通过NIST质谱库比对（相似度>80%）和标准品验证，共鉴定145种挥发性化合物。
     
   • 根据香气特征将52种关键香气物质分为8类：甜/果香、青香、花香、脂肪香、酸香、柑橘香、烘烤/坚果香、其他（硫磺/烟熏/蘑菇香）。
     

四、主要结果
1. 挥发性化合物组成：
- 糯性与非糯性高粱分别检出112和122种化合物，总数达145种，以醛类（34种）和醇类（25种）为主。
- 醛类（如己醛、壬醛、(E)-2-辛烯醛）源自脂质氧化，贡献青香与脂肪香；(E)-2-烯醛类（如(E)-2-庚烯醛）在生高粱中未检出，但在白酒中广泛存在，表明蒸煮促进其释放。

1. 关键香气物质差异：

   • 糯性高粱：(-)-α-雪松烯（青香，强度5.0）、β-大马酮（蜂蜜甜香，5.0）、香兰素（甜香）含量显著更高。
     
   • 非糯性高粱：己酸（汗酸/奶酪香，5.0）和(E)-2-十一烯醛（肥皂香）更突出。
     
   • 显著性差异（p<0.05）：17种化合物（如(E)-2-庚烯醛、苯甲醛）的香气强度在两样品间存在显著差异。
     

2. 香气类别总强度对比：

   • 糯性高粱的甜/果香、青香、柑橘香总强度分别比非糯性高粱高12%、20%和21%，而酸香低14%。
     

3. 与白酒风味的关联：

   • 蒸煮高粱中检测到的多数化合物（如β-大马酮、香兰素、己酸）亦存在于市售白酒中，证实原料预处理对最终风味的直接影响。
     

五、研究结论与价值
1. 科学价值：
- 首次系统解析了高粱蒸煮过程中的香气化合物谱，明确了醛类与萜烯类对风味的核心贡献。
- 开发的“瓶内蒸煮法”为谷物热处理香气研究提供了标准化方案。

1. 应用价值：
   
   • 为白酒企业筛选高粱原料提供理论依据（如糯性高粱更适于生产甜香型白酒）。
     
   • 揭示蒸煮工艺对风味形成的调控作用，可指导工艺优化以提升白酒品质。
     

六、研究亮点
1. 方法创新：结合GC×GC-TOFMS的高分辨率与GC-O/MS的感官导向分析，实现香气化合物的全面表征。
2. 发现新颖性：首次报道(-)-α-雪松烯与β-大马酮为高粱蒸煮的关键香气物质，二者在白酒中具有低阈值高贡献特性。
3. 跨学科意义：将原料化学与酿造工程结合，填补了“原料—工艺—风味”关联研究的空白。

七、其他价值
1. 研究中鉴定的2-戊基呋喃（青豆香）和二甲二硫醚（洋葱香）等化合物，可能成为白酒异味控制的标志物。
2. 数据公开性：所有原始数据可通过通讯作者获取，利于后续研究复现与拓展。

（注：全文约2000字，涵盖研究全流程与核心发现，符合学术报告格式要求。）