陆艳婷 张猛超 李祖光 杨文新 陈金跃 刘超纲 王炳奎 ，
（1浙江省农业科学院作物与核技术利用研究所，浙江 杭州 310021；
2浙江省数字旱粮重点实验室，浙江 杭州 310021；
3浙江工业大学化学工程学院，浙江 杭州 310014）
高粱酒，也被称为高粱烧酒，属中国白酒，是一种闻名遐迩的蒸馏酒，乙醇含量在40%～55%（以体积计）之间［1］。白酒的品质取决于多种因素，如原料、发酵剂和发酵过程、陈化等。中国白酒区别于威士忌、白兰地等其他蒸馏酒的最明显特点是在酿制过程中用到曲药。曲药富含多种微生物以及微生物的代谢产物和酶，在白酒酿造过程中将其混合在熟粮食中，各种微生物和酶的联合作用将熟粮食发酵后即可蒸馏出白酒。酿造白酒根据所用糖化、发酵菌种和工艺的不同，可分为大曲酒、小曲酒、麸曲酒三大类。传统白酒酿造主流使用的是大曲和小曲，两者各具特色。大曲白酒曲香馥郁，口味醇厚，饮后回甜；
小曲白酒则酒体柔和、纯净爽口，香气优雅。但中国白酒采用曲药酿造工艺导致新酒除香气较冲、入口辛辣、口感杂外，还有明显的辅料味［2-4］，需在数年陈化中经缔合、氧化、缩合、聚合和去杂等一系列物理化学反应来达到酸酯协调、减少酒的刺激感而变得绵柔醇厚［4-6］。
20 世纪60 年代初，国外开始利用γ 射线辐照加工酒类，但多用于白兰地和威士忌［7-8］。中国自20世纪70年代末开始进行辐照白酒的研究，γ 射线辐射催陈法主要借助γ 射线传递能量，使酒中水分子产生高能自由基，从而引发氧化反应［6-7］。辐照处理可加速酒的陈化，缩短陈化期，达到用传统方法贮存2—3年时间才能达到的陈化效果［8-9］。1994 年我国发布《GB 14891.9-1994辐照薯干酒卫生标准》（2005年废止），标准中明确了辐照剂量要求，即：经60Co-γ或137Cs-γ射线或电子加速器产生的低于10 MeV 电子束照射，其平均总体吸收剂量不得大于4 kGy，但现阶段尚未有新的类似标准。截至目前，关于60Co辐照白酒的安全性研究结果表明，60Co 辐照白酒无潜在危害［10-11］。香气是白酒产品的一种属性，也是感官质量指标之一。辐照可加速陈化，使酒香更加醇厚，提升白酒品质。目前对小曲清香型高粱酒的γ射线辐照加速陈化尚鲜有研究报道。本试验通过不同剂量γ射线辐照小曲清香型高粱酒，分析辐照后清香型高粱酒的主要香气化合物组成和比例的变化，旨在为加速高粱酒陈化提供一种绿色低碳的技术途径。
1.1 样品酒
来自浙江省的小曲清香型高粱酒，外观无色、清亮透明、无悬浮物和沉淀，体积分数52.0%，样品于4 ℃冷藏。辐照处理后45 d检测主要挥发性成分并进行感官评价。
1.2 试剂
重铬酸银剂量计、重铬酸钾剂量计，中金辐照股份有限公司深圳技术检测中心；
正构烷烃标准样品为C8-C30，美国Sigma上海分公司。
1.3 仪器
UV1800紫外可见分光光度计，岛津仪器有限公司（苏州）；
GC 2000-Mars 6100气相色谱-质谱联用仪，聚光科技股份有限公司（杭州）；
75 μm Carboxen/聚二甲基硅氧烷（CAR/PDMS）萃取纤维，Supelco公司（美国）。
1.4 γ-射线辐照处理
辐照处理在浙江省农业科学院国家水稻改良中心辐射育种研究室（浙江省辐照中心）进行，辐照源为60Co 静态放射源，活度1.33×1015Bq，源棒花蓝式排列。每处理样品1 000 mL，玻璃瓶装，化学剂量计跟踪，4 个处理根据实测吸收剂量值由低到高分别为1.51、3.14、4.65、7.37 kGy（分别以T1、T2、T3、T4表示），未辐照为对照（CK）。辐照剂量率30 Gy·h-1。剂量跟踪的化学剂量计经中国计量科学研究院国家剂量保证服务（National Dose Assurance Service，NDAS）比对标定。
1.5 测试方法
1.5.1 仪器条件 顶空固相微萃取和气相色谱质谱联用（gas chromatograph-mass spectrometer，GC-MS）分析：取1 mL酒样和4 mL去离子水放入40 mL顶空玻璃萃取瓶中，再加入1.5 g氯化钠，（50±2） ℃下平衡10 min；
然后使用装有75 μm CAR/PDMS 的固相微萃取手柄的不锈钢针管刺穿顶空瓶的密封垫片，于瓶内顶空部分推出固相微萃取（solid phase micro-extraction，SPME）萃取头，萃取30 min；
萃取完成后，将SPME 萃取头拔出并直接插入气相色谱-质谱联用仪的进样口脱附5 min。用气相色谱-质谱联用仪分析酒样的挥发性成分，气相色谱条件：色谱柱为DB-5MS（30 m×0.25 mm×0.25 μm）；
进样口温度：250 ℃，不分流进样，SPME纤维头在进样口脱附5 min；
柱温在45 ℃保留3 min，然后以5 ℃·min-1升到90 ℃，在此温度下保持1 min，最后以3 ℃·min-1升到250 ℃后保持5 min；
载气为高纯氦气（99.999%），流速为0.8 mL·min-1，隔垫吹扫为1.0 mL·min-1。质谱条件：电子轰击离子源（electron impact source，EI），电子能量为70 eV；
采用全扫描模式，扫描范围在45～550m/z；
离子阱温度为180 ℃，传输线温度为250 ℃，箱体温度为50 ℃；
扫描速度为3 scans·s-1，溶剂延迟为4 min。测试3次重复。
1.5.2 定性与定量分析 成分定性分析通过采集所得到的质谱图利用NIST（2011版本）谱库检索完成；
同时采用Kovats保留指数定性的方法来辅助质谱检索定性，质谱检索与保留指数相结合的二维定性是一种可信度较高的定性方法［12］。在进行保留指数定性时，参考色谱柱选用DB-5 的文献值，试验值与文献值的差异以1%作为检索尺度。通过对C8～C30正构烷烃标准品的色谱扫描，计算得到各化合物的保留指数，并与相应标准品的保留指数值进行比对，即可对物质进行有效定性分析。利用峰面积归一化方法进行定量分析，计算各酒样挥发性成分的相对含量。
1.5.3 感官评价 感官评价参考文献［13-14］的方法进行，选取对清香型高粱酒的香气特征和口感敏锐的人员组成评估小组，共7 个成员（30～50 岁），分别为5 男2 女，分别按色、香、味对不同处理进行百分制评分。评酒时，评酒员根据自己的实际感受对样品的色、香、味进行全面的鉴别，评分标准见表1。
表1 感官评价标准Table1 Sensory evaluation criteria
1.6 数据分析
采用Excel 2016 进行数据标准误差分析和绘图，采用SPSS Statistics 24 统计分析软件进行差异显著性分析。
2.1 不同辐照剂量处理对清香型高粱酒主要挥发性成分的影响
应用顶空固相微萃取方法富集清香型高粱酒中的挥发性成分，并通过GC-MS 技术分析，分别在5 个处理的酒样中共鉴定出除乙醇外的36～49 种化合物（表2），按清香型白酒中香气物质分类，分为酯类、醇类、醛类、酮类、烯类、其他类（已鉴定出但不属于前述各类化合物）以及未知类（分离出但未能鉴别出的化合物）。
表2 辐照处理对清香型高粱酒各类挥发性成分种类和相对含量的影响Table 2 Effect of irradiation treatment on the types and relative content of various volatile compounds in light aroma-type sorghum liquor
由表2 可知，随着辐照剂量的增大，供试酒中的化合物种类减少，减少数量最多的是未知化合物。T4 酒样中化合物种类较CK 减少了13 种，且未知化合物的相对总含量也较CK 减少7.36 个百分点。醇类化合物种类随辐照剂量的增加而减少，相对含量呈先下降后上升趋势。T3处理的醛类相对含量较CK、T1、T2均极显著减少，且与T4 处理无显著差异。酮类物质较稳定，各处理与CK 间均无显著差异。辐照对烯类物质相对含量影响较大，各处理均较CK 极显著增加，T1 与T2、T3 与T4 间均无显著差异，T3、T4 较T1、T2 极显著增加。其他类化合物种类在辐照处理后由5 种减少到3 种，这3 种化合物均较稳定，各辐照处理间无显著差异。白酒中的酯类是除乙醇外含量最多的一类化合物，在主要挥发性成分中占60%以上，且是白酒已知化合物类别中种类最多的一类化合物。随着辐照剂量的增大，酯类化合物相对含量呈现先上升后呈下降的态势，5 个处理中，T1 处理酯类物质相对含量最高，达72.08%，T3处理酯类物质相对含量已略低于CK。
2.2 不同辐照剂量处理对清香型高粱酒主要香气成分的影响
香气是决定白酒品质和风味特征的重要指标，酯类物质是白酒主要呈香物质［4，15］。由表3可知，随着辐照剂量的增加，供试酒样中辛酸乙酯含量较CK 均显著上升，己酸乙酯含量先上升后下降再上升，壬酸乙酯含量先下降后上升再下降，癸酸乙酯含量CK 均显著下降，棕榈酸乙酯含量先下降后上升。酯类物质的香气以果香型为主，其中乙酯类含量最高，CK和T1～T4酒样中乙酯类占总酯类含量分别为88.13%、87.31%、91.60%、90.49%、89.86%，其中己酸乙酯和辛酸乙酯含量占一半以上，均为果香型，是清香型香味的主要贡献者。说明辐照处理可改变酯类物质种类及含量。
表3 辐照处理对清香型高粱酒中主要挥发性成分和相对含量的影响Table 3 Effects of different irradiation doses on the components and relative contents of main volatile compounds in light aroma-type sorghum liquor
醇类也是白酒香味的重要来源［16］。本试验检出5 种除乙醇外的醇类化合物，异薄荷醇仅在CK 中检出。辛醇含量随辐照剂量的增加而明显下降，与CK相比，T1～T4的辛醇含量分别下降了0.34、0.60、1.03、1.30 个百分点；
随着辐照剂量增加，1-壬醇相对含量先下降后上升再下降至基本稳定，但辐照处理均显著低于CK；
苯乙醇含量在T1处理后较CK下降2.02个百
分点，之后随着辐照剂量的增加而明显增加，T3、T4 的含量分别比CK 高0.74、2.53 个百分点；
结合T1 处理后醇类含量较CK 极显著降低（表2），说明辐照处理可改善杂醇含量。
烯类化合物是清香型白酒风味物质的重要组成部分。辐照处理显著增加了月桂烯和柠檬烯的相对含量，T1与T2处理间无显著差异，T3与T4的月桂烯和柠檬烯相对含量较CK 增加2 倍以上；
T3 与T4 处理间柠檬烯相对含量无显著差异，而月桂烯相对含量呈显著差异。醛类和酮类化合物均检出2种，T1、T2的醛类相对含量与CK 无显著差异，T3、T4 的醛类相对含量均较CK 极显著下降（表2）；
各处理间的胡薄荷酮相对含量均无显著差异，酮类含量（表2）也无显著差异。醛类和酮类的相对含量均较少，对酒风味有调和作用。
辐照处理后的已知物质中，月桂酸乙酯、异薄荷醇、乙苯、对二甲苯仅在CK 中检出；
顺式-4-辛烯酸乙酯和柏木脑在T4 中未检出；
棕榈酸甲酯在CK 和T2 中检出，且T2检出量仅为CK的1/10；
白菖烯仅在T4中检出；
4-异丙基苯甲醛和大马士酮在T3中未检出。从清香型白酒本身的风味特征来看，在本试验条件下，1.51～3.14 kGy间辐照的陈化效果较好。
2.3 不同处理的清香型高粱酒感官评价结果
对辐照处理后的酒样进行色、香、味评价，结果见图1。辐照后在外观上各处理间无显著差异。辐照处理与CK 在香气上有显著差异。在口味上，T1、T2 处理后口感柔和、清香纯正、余味爽净，得分无显著差异；
T3 处理略有刺激辣味；
T4 处理有明显刺激辣味。T1、T2 辐照处理后感官评价无显著差异，且整体显著高于CK 和其他2 个处理。这与理化指标的检测结果基本相符。
图1 辐照处理对清香型高粱酒感官评价的影响Fig.1 Effect of irradiation on sensory evaluation of light aroma-type sorghum liquor
3.1 不同剂量辐照对挥发性化合物相对含量和种类的影响
3.1.1 辐照对酯类含量和种类的影响 辐照处理加速了酒体中醇、酸、酯化合物间的氧化、还原、酯化与水解等化学反应，使其相互转化而达到新的平衡。壬酸乙酯、癸酸乙酯含量降低减弱了高粱酒中的油脂味和浓香味，突出了清香型白酒清香纯正、余味爽净的特色［9］。辛酸乙酯、己酸乙酯两种香味物质的香气阈值都很低，对清香型白酒香味具有较大贡献［17］。辛酸乙酯是典型的白兰地酒香味，1.51 kGy 的低剂量辐照即可明显提高高粱酒中的辛酸乙酯含量，促进酒体复合香，具有较好地改善清香型高粱酒风味的作用［18-19］。己酸乙酯既构成白酒香气特色，同时赋予白酒特殊微甜略带苦涩刺激的窖香口味［9］，辐照后己酸乙酯的含量发生变化，在1.51 kGy 剂量处理后相对含量最高，这也与感官评价的结果相符。样品中未检测出清香型白酒的主体香味物质乙酸乙酯，可能与小曲清香型高粱酒的酿制工艺有关。本试验中酯类物质相对含量随辐照剂量的增加呈先上升后下降的态势，与付立新等［8］0～4 kGy剂量处理的研究结果基本一致。
3.1.2 辐照对醇类含量和种类的影响 各处理样品中检出的醇类相对含量在4.80%～8.79%之间，均为高级醇，一般认为酒中含过多高级醇饮后易上头、易醉。研究认为高级醇含量与原料中蛋白质含量有关，高级醇的毒性随分子量增大而加剧，特别是异丁醇、2，3-丁二醇以及异戊醇是导致“上头”的主要风味物质［20-21］，但其可赋于酒体特殊醇香。苯乙醇具有似玫瑰的芳香，是酒中重要的芳香醇，1-壬醇具玫瑰香夹带橙味，辛醇具脂蜡香，能增进苯乙醇的特殊芳香，醇香衬托酯香，使酒香更醇厚，高级醇起到在酒香和后味之间调和的作用。本试验结果表明，4.65 kGy 及以上较高剂量辐照可增加苯乙醇含量。
3.1.3 辐照对烯类含量和种类的影响 各处理样品中检出的烯类物质中除了1，3，5-环辛三烯外，其他均是萜烯类化合物，是植物精油的主要成分，在白酒风味中具有重要贡献。白酒中的萜烯具有抗菌、抗氧化等活性［22］。柠檬烯散发出柠檬香味，可使酒的香味更为厚实、停留时间更长，且具有抗肿瘤、抗微生物等多种生理功能［23］。胡椒烯和β-石竹烯具有明显的超氧化物离子自由基清除能力［24-25］，都是天然双环倍半萜，参与辛辣味道的产生［25］，这可能是本试验中4.65、7.37 kGy较高剂量处理后高粱酒具有刺激辣味的原因之一。本试验结果表明，辐照处理可极显著增加烯类化合物的含量，特别是月桂烯和柠檬烯的含量。
3.1.4 辐照对醛类和酮类含量和种类的影响 总醛含量在1.51 kGy 和3.14 kGy 处理与CK 无显著性差异，至4.65 kGy 剂量处理后极显著减少，这是由于高剂量辐照使酒中产生更多的自由基，使氧化还原反应和酯化反应进程加快。在0～3.14 kGy 区间，壬醛含量随辐照剂量的增加而明显增加，这与付立新等［8］有关醛类含量在0～4 kGy 区间随辐照剂量增加而增加的研究结果有部分相同，这可能与酒中醛类物质种类有关，说明辐照处理可影响醛类化合物的含量。各处理样品中检出的胡薄荷酮和大马士酮均为萜烯酮，具有萜烯化合物的功能作用，且胡薄荷酮有羟基自由基（·OH）清除能力［22］。样品中检出的2 种酮均为芳香酮，其羰基直接连在芳香环上，且与两个烃基相连，较稳定，说明辐照处理对酮类化合物没有明显影响。
本试验检测结果中，3-苯丙酸乙酯、棕榈酸甲酯、4-异丙基苯甲醛和大马士酮相对含量均较低，在有些处理中未检出且无规律性，可能是由于含量较低且经辐照处理后与其他化合物反应并存在动态平衡，也可能因检测误差导致未检出，具体原因有待进一步分析。
3.2 辐照酒陈化特点
γ 射线穿透力强、能量高，辐照使酒中水分子和有机化合物分子产生电离和激发，产生大量自由基和新分子产物。在有氧条件下，氧与水结合形成的自由基转变为活性较高的OH-1和H2O2。两者都是强氧化剂，可使醇氧化成醛，醛氧化成羧酸，羧酸与醇作用脱水而成酯，这与白酒在贮存陈化过程中发生的一系列化学反应相同［6-8］。研究表明，窖藏酒中的乙酸乙酯含量随着贮存时间的推移而上升，窖藏约1.5 年时达到最大值［26-27］，这与本研究辐照处理中，酯类相对含量随辐照剂量增加呈先上升后下降变化的结果一致。由此可见，辐照所产生的自由基促使氧化还原反应和酯化反应较常态下更迅速，各成分含量均有不同程度变化。不同剂量辐照后所产生的自由基数量不同，使得氧化还原反应速率不同，致使各成分含量变化不同，即呈现感官品质的差异。
辐照处理降低了酒样中挥发性化合物的种类，这与江津津等［28］对新酒与20 年陈酒的挥发性化合物检测结果一致。辐照处理可加速酒的陈化［6-9］，减少陶坛（缸） 贮存每年3%～6%的酒损耗，避免自然陈化过程中酒体难以避免的挥发，减少资金积压和漏损等无形浪费［29-30］。但老熟程度仅在数年之间，不能达到数十年窖藏白酒的自然协调的口感与香味［6］。低档次原酒绝无可能通过长期贮存陈化来提高档次［8-9］，同样利用辐照处理也不能提高档次。
1.5～3.0 kGy 剂量辐照高粱酒在短时间内即可改变酒风味物质的含量及比例，酯类物质种类和含量适当地增多或减少，使香气增加、香味协调，加速了陈化过程，使高粱酒在较短时间内陈化，并且呈香稳定，口感明显改善，与刘颖等［31］的研究结果一致。普通瓶装白酒在贮存过程中容易发生酸增酯减的情况，甚至可能导致酯、酸、醇等比例失调，使风味品质降低。而辐照催陈法具有时间短的优势，避免了普通白酒贮存老熟所发生的酯类水解现象，并且能在短时间内增加新酒酯类化合物的含量，使出厂白酒能够在短期内拥有较高品质，适合普通白酒的市场销售［6-7］。
将辐照加速陈化的酒与窖藏法有机结合，是否既能节省时间空间，又能获得更高品质的清香型高粱酒，有待进一步研究。本试验仅针对清香型高粱酒辐照陈化进行试验，为该生产工艺的清香型高粱酒加速陈化提供了相应的理论支撑。该技术对浓香型、酱香型等其他香型白酒也有效果，但陈化效果可能因香型和生产工艺不同而在辐照剂量上有所差异［30，32］，也值得进一步研究探讨。
在本研究的4 个辐照处理中，以1.51 kGy 处理后总酯含量最高，杂醇含量最低，对清香型高粱酒陈化效果最好，其次是3.14 kGy，且1.51 kGy与3.14 kGy处理的感官评价无显著差异。1.51～3.14 kGy 剂量辐照能显著增加清香型高粱酒中己酸乙酯、庚酸乙酯、辛酸乙酯和柠檬烯等香味物质含量，并降低有害化合物的数量和含量。4.65 kGy 处理后略有刺激辣味，7.37 kGy处理后有明显刺激辣味，建议清香型高粱酒陈化辐照剂量在1.5～3.0 kGy 之间，为提高经济性可在此范围内选择较低剂量。
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