高能電子束輻照劑量方式對白酒揮發性成分的影響

張義杰，李 磊，潘際林，汪江波

（1.湖北省食品質量安全監督檢驗研究院湖北省食品質量安全檢測工程技術研究中心，湖北武漢 430075；2.武漢愛邦高能技術有限公司，湖北武漢 436031；3.湖北工業大學生物工程與食品學院，湖北武漢 430068）

白酒是我國傳統文化智慧結晶，其獨特風味與其貯藏過程中的老熟工藝緊密相關，其經過一年以上的貯藏，進行一系列的物理化學變化與締合過程[1-4]，使酒的燥辣感和刺激性減弱，醇香味增加，沉淀白酒中的雜質，提升白酒的香味。我國規定，國家名優糧食酒蒸餾酒貯藏期為3年，優質酒為1年，如此便增加了酒廠成本，延長了生產周期，造成資金積壓，貯藏期白酒的揮發損耗，直接影響了經濟效益。采用高效的人工催陳技術，來縮短白酒的陳釀周期，便成為白酒行業的迫切需求。人工催陳熟化的方法有超高壓法[5-6]、超聲波法[7-8]、微波法[9-10]、紫外光照射法[11]、γ射線輻射法[12-14]、催化劑法[15-16]、吸附法[17]等，都對白酒的催陳具有一定效果。

隨著電子束輻照技術的發展，因其輻照時間短、處理方便、成本低等特點，更廣泛地用于食品輻照。張苗苗等[18]研究了電子束對瀘州老窖1573的輻照處理，氣相色譜結果顯示，56種香氣中41種的含量發生變化，總酯含量整體呈下降趨勢、酸類含量呈上升趨勢；張滿滿等[19]對濃香型大曲白酒進行不同劑量的輻照處理，發現其酸類、醛類物質增加。本實驗為了深入研究電子束對白酒催陳的效果，在研究高能電子束不同劑量對白酒揮發性成分的影響后，進一步探究不同的輻照劑量方式對白酒催陳熟化效果的影響，以期取得更好的催陳效果。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

1.1.1 材料

濃香型白酒（原漿新酒、酒精度52.1%vol）：由湖北工業大學釀酒中試基地提供。

1.1.2 試劑

氯化鈉（分析純）：國藥集團化學試劑有限公司；乙醇、乙酸（均為色譜純）：美國Sigma公司。

1.2 儀器與設備

固相微萃?。╯olid-state microextraction，SPME）手動進樣器、75μm CAR-PDMS、100 μm PDMS萃取頭：美國Supelco公司；7890A/5975C氣相色譜-質譜聯用（gas chromatographymassspectrometry，GC-MS）儀、DB-WAX毛細管色譜柱（30m×0.25 mm×0.25 μm）：美國安捷倫公司；PC-420磁力恒溫攪拌器：美國Corning公司；IS-2A 10MeV高頻高壓電子直線加速器：武漢愛邦高能技術有限公司。

1.3 方法

1.3.1 白酒的輻照處理

取白酒分裝于30 mL密封玻璃瓶中，每瓶20 mL白酒，平放于小車上，固定，小車速度2.5 m/min。電子直線加速器能量為10 MeV、輻照寬度80 cm，白酒酒樣總輻照劑量8 kGy[20]、單圈輻照時間＜1 s。

實驗組1：白酒樣品，隨小車運行1圈，單圈輻照劑量8 kGy、總輻照劑量8 kGy，總輻照時間1 s，設置4組平行實驗；

實驗組2：白酒樣品，隨小車運行2圈，單圈輻照劑量4 kGy、總輻照劑量8 kGy，總輻照時間2 s，設置4組平行實驗；

實驗組3：白酒樣品，隨小車運行4圈，單圈輻照劑量2 kGy、總輻照劑量8 kGy，總輻照時間4 s，設置4組平行實驗；

實驗組4：白酒樣品，隨小車運行8圈，單圈輻照劑量1 kGy、總輻照劑量8 kGy，總輻照時間8 s，設置4組平行實驗；

對照組：白酒樣品，未輻照，設置4組平行實驗。

1.3.2 樣品處理

分別取6 mL蒸餾水和4 mL白酒樣品置于50 mL萃取瓶中，加入2.5 g氯化鈉，混合均勻，將SPME萃取頭通過瓶蓋插入到樣品的頂空部分，置于磁力恒溫攪拌器中固定，攪拌轉速250 r/min、45 ℃預熱5 min，推出纖維頭，頂空吸附40 min，萃取完成后抽回纖維頭，從樣品瓶中拔出萃取頭，再將萃取頭插入氣相色譜進樣口進行解吸。

1.3.3 儀器條件

色譜條件：DB-WAX毛細管色譜柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）；載氣：氦氣（He）；流量：1 mL/min，不分流，進樣口溫度250 ℃；柱溫：起始溫度50 ℃，以7 ℃/min升溫至120 ℃，再以28 ℃/min升溫至270 ℃，保持10 min。

質譜條件：接口溫度250 ℃，離子源溫度230 ℃，電離方式為電子電離（electron ionization，EI）源，電子能量70 eV，四級桿溫度150 ℃，傳輸線溫度290 ℃，掃描質量范圍33～450 amu。

1.3.4 數據處理

通過美國國家標準技術研究所（national institute of standards and technology，NIST）14L標準譜庫自動檢索各組分質譜數據，按照標準譜圖及保留指數對機檢結果進行核對和確認，列舉揮發性成分的鑒定結果并比較。

2 結果與分析

2.1 不同輻照劑量方式的白酒揮發性風味成分分析

對照組、實驗組1、2、3、4的揮發性風味成分的GC-MS總離子流色譜圖見圖1，對所有成分經譜庫檢索和其他方法核實，從對照組和實驗組中共鑒定出86種揮發性化合物，結果見表1。

圖1 對照組和實驗組的揮發性成分的GC-MS總離子流色譜圖Fig.1 Total ion chromatogram of volatile components in control group and test group by GC-MS

表1 對照組和實驗組1～4揮發性成分的GC-MS分析結果Table 1 Results of volatile components in control group and test groups 1-4 by GC-MS

續表

續表

由圖1和表1可知，對照組的揮發性成分76種，占其總揮發性成分的95.54%。其中醇類11種、醛類8種、酮類2種、酸類11種、酯類36種、烴類5種、其他3種，各類成分分別占總揮發性成分的比例為6.31%、1.93%、0.11%、4.03%、82.20%、0.20%和0.76%。

由圖1和表1可知，實驗組1～4不同輻照劑量方式的白酒中的揮發性成分分別為83、82、74、52種，分別占總揮發性成分的94.66%、83.89%、75.58%和68.16%。其中實驗組1和4中揮發性成分種類分別為：醇類10種和8種、醛類8和5種、酮類4和3種、酸類11和9種、酯類40和19種、烴類7和5種、其他皆為3種，各類成分分別占總揮發性成分的比例為6.24%和4.60%、1.73%和0.52%、0.26%和0.10%、4.21%和1.29%、81.13%和60.73%、0.55%和0.51%、0.54%和0.41%。

2.2 不同輻照劑量方式的白酒揮發性風味成分對比分析

張苗苗等[18]研究發現，電子束輻照白酒具有催陳效果，且不同年份的白酒，其催陳所需輻照劑量不同，可見輻照劑量與白酒揮發性成分變化具有一定的關系，而不同的輻照劑量方式也可能對白酒的揮發性成分產生一定的影響。從表1可以看出，實驗組1的揮發性成分有83種，而對照組為76種。二者相同的揮發性成分共有74種，經過單圈8 kGy劑量輻照，2-甲基-1-戊醇、7-十五碳烯未檢測到，而新增酮類、酯類、烴類物質種類分別為2、4、3。實驗組1～4保持總的輻照劑量一致，單圈輻照劑量分別為8 kGy、4 kGy、2 kGy、1 kGy，輻照圈數分別為1、2、4、8，而隨著輻照圈數的增加，揮發性成分種類有所減少，由83種分別降至82、74、52種。帶有高能量的電子束會選擇性的進攻電子親和力高的部位，高能電子也會選擇性攻擊白酒體系揮發性成分，而容易分解的成分則可能會部分或完全降解，產生自由基，如氫自由基、氧自由基、羧基、羥基等，這也可能是易分解的酯類物質種類大量減少的原因。

對照組共檢測出76種揮發性成分，其中酯類物質36種，占比82.2%，己酸乙酯相對含量46.1%，占比最大。辛酸乙酯、乳酸乙酯、丁酸乙酯、己酸異戊酯、己酸己酯、葵酸乙酯、棕櫚酸乙酯等相對含量都＞2.5%，庚酸乙酯、月桂酸乙酯相對含量＞1%。這些酯類物質是濃香型白酒中最重要的香氣物質，且與洋河大曲[21]、五糧液的香氣成分貢獻度基本一致，而差別是實驗用白酒的己酸己酯、葵酸乙酯、棕櫚酸乙酯含量均較高，相對含量均＞3%，而在洋河大曲、五糧液中含量偏小。酸類物質在白酒中具有重要的作用，在酒中，己酸和丁酸相對含量最高，其次是異戊酸、辛酸、庚酸、異丁酸、乙酸和戊酸，這與洋河大曲、五糧液中酸的種類基本一致。

從表1可以看出，白酒經過單圈8 kGy的劑量輻照后，即實驗組1，醇類、酮類、烴類的相對含量無顯著變化；醛類物質由1.93%降為1.73%；酯類物質由82.20%降為80.76%，而酸類由4.04%增加為4.21%，這與張苗苗等[18]研究的電子束輻照白酒、李聰麗[6]研究的超高壓處理白酒的酯類和酸類物質的變化趨勢一致，表明白酒經過單圈8 kGy的輻照后，對白酒具有催陳作用。改變白酒的輻照劑量方式，從實驗組1至4，醇類物質中，乙醇、丁醇、3-甲基丁醇含量變化不顯著，而異戊醇由0.23%降為0.07%，己醇、辛醇、苯乙醇等都顯著降低，2,3-丁二醇、苯甲醇則在實驗組4中未檢測到；醛類、酮類、酸類和酯類物質的含量都逐漸下降或下降至未檢測到；烴類物質含量反而逐漸上升。其含量下降的機制可能是隨著圈數的增加，電子束間歇性攻擊揮發性成分，產生的自由基增加，自由基再發生復雜反應生成其他成分，如氣體、烷烴，而輻照后靜置的白酒玻璃瓶密封蓋有松動，且瓶體溫度前后變化不顯著，可以說明有氣體產生，但仍需進一步研究證明。

3 結論

高能電子束對濃香型白酒進行輻照處理，總輻照劑量不變，通過改變單圈輻照劑量來研究白酒揮發性成分的變化，并采用頂空固相微萃取和氣質聯用技術測定其揮發性成分。通過單圈8 kGy的劑量輻照后，揮發性成分由76種增加至83種，酯類物質由36種增至40種，相對含量由82.2%降至81.13%；酸類物質種類不變，相對含量由4.03%增至4.21%，證明單圈8 kGy的劑量輻照濃香型白酒，具有一定的催陳熟化作用。

保持白酒總的輻照劑量不變，降低單圈輻照劑量，增加輻照次數，其揮發性成分由83種分別降至82、74、52種，酯類、酸類、醇類、醛類物質相對含量顯著降低或降至低于檢測限，這反而對白酒香氣不利。因此，在采用高能電子束加速濃香型白酒熟化的方法上，單圈的輻照劑量方式即可。高能電子束單圈輻照處理白酒加速陳化的方法，具有成本低、處理簡單、安全的特點，值得推廣應用。