中國農業(yè)大學李景明教授等:兩種蒸餾工藝對威士忌特征香氣的影響

2023-08-22作者:來源:責任編輯:食品界 字體A+AA-

威士忌是以麥芽、谷物為原料,經糖化、發(fā)酵、蒸餾、陳釀、調配而成的蒸餾酒,工藝中每步操作都會影響威士忌最終的特征。其中,蒸餾是一個重要的生產環(huán)節(jié),它利用混合成分中各成分沸點不同的原理,通過蒸發(fā)與冷凝2 個步驟實現乙醇分離。威士忌蒸餾傳統(tǒng)上主要有壺式蒸餾和塔式蒸餾2 種蒸餾工藝。壺式蒸餾首次得到的新酒液乙醇體積分數較低,需要2 次或3 次蒸餾才能使乙醇體積分數達到50%~65%;而塔式蒸餾利用垂直結構柱形容器,一次蒸餾可以餾出乙醇體積分數為60%~85%的原酒。

中國農業(yè)大學伍思佳、李景明*和鈺之錦蒸餾酒(山東)有限公司的楊貽功等人選取壺式二次蒸餾與塔式蒸餾2 種不同蒸餾工藝的威士忌原酒作為研究對象,利用頂空固相微萃取(HS-SPME)與氣相色譜-質譜(GC-MS)聯(lián)用技術檢測威士忌香氣物質的組成,利用氣味活性值(OAV)確定特征香氣,結合感官分析比較2 種不同蒸餾方式威士忌原酒差異。使用不同蒸餾工藝獲得的原酒浸泡橡木片模擬陳釀過程,進一步探究蒸餾方式對陳釀階段香氣演變的潛在影響,以期為威士忌蒸餾工藝的選擇提供參考。

1、蒸餾方式對原酒香氣的影響

1.1 GC-MS聯(lián)用檢測結果分析

如表1所示,通過GC-MS對壺式與塔式蒸餾的威士忌原酒進行定性、定量分析,共鑒定出73 種香氣物質,包括酯類31 種、醇類16 種、羰基類4 種、縮醛1 種、酸類2 種、芳香族類11 種、萜烯類和C13-降異戊二烯類6 種、呋喃類2 種。其中,壺式二次蒸餾威士忌原酒(以下簡稱壺式原酒)共檢測出71 種,塔式蒸餾威士忌原酒(以下簡稱塔式原酒)共檢測出66 種。整體來講,檢測出酯類與醇類占主導地位。
壺式原酒與塔式原酒中的香氣物質種類高度重合,差異主要體現在香氣物質的含量上。計算得到2 種不同蒸餾方式的威士忌原酒中OAV≥1的物質如表2所示,共計21 種,包含原料香氣物質、發(fā)酵香氣物質與蒸餾香氣物質。其中,壺式原酒包含20 種,塔式原酒包含19 種。

值得注意的是β-大馬士酮(蒸餾香氣物質),由于其OT極低,β-大馬士酮有非常高的OAV,是重要的特征香氣貢獻物。已有研究發(fā)現,在麥芽原料中檢測到該物質的存在,但是麥芽烘干過程揮發(fā)導致大量損耗,發(fā)酵麥汁中幾乎不含β-大馬士酮,所以威士忌原酒中的β-大馬士酮只來自于蒸餾過程,是蒸餾香氣物質。原料中存在的類胡蘿卜素是β-大馬士酮的前體已被證實;威士忌中的β-大馬士酮是由麥芽中存在的前體炔二醇,經蒸餾(酸性、高溫)分解形成。
糠醛是威士忌中重要的香氣物質,常呈現焦糖、堅果、烘烤類香氣。麥芽烘干、糖化過程、蒸餾過程均有美拉德反應產生糠醛,陳釀過程中,橡木也會帶來一定量的糠醛。然而本研究結果顯示,兩類威士忌原酒樣品中糠醛OAV<1,理論上對原酒香氣特征無貢獻。糠醛濃度與感知到的谷物特征呈正相關,即使糠醛的OAV在極低水平也可以顯著增加木香強度水平,從而降低了嗅覺對果香感知的強度。糠醛很可能在此作為一種閾下化合物,與其他物質互作,“烘托”威士忌特征香氣。
差異分析結果顯示,壺式原酒與塔式原酒共有35 種香氣物質的含量有顯著差異,其中包含13 種OAV≥1的關鍵性成分。為更直觀地比較這些關鍵性成分差異情況,對該類數據進行降維處理,將其含量進行標準化處理后進行PCA。結果發(fā)現,前兩個PC累計可以解釋總變異的87.7%,利用前兩個PC建立PCA得分圖與載荷圖,由圖1可知,壺式原酒與塔式原酒不僅能夠通過兩個PC很好地區(qū)分開,而且能夠清晰指明,2 種蒸餾工藝的原酒香氣差異主要體現在原料香上,發(fā)酵香與蒸餾香氣的差異性次之。

從原料香氣看,具有麥芽香氣的3-甲基-1-丁醇、與生青味有關的醛類物質對壺式原酒的貢獻更大,具有花香的苯乙醇、蘑菇氣味的1-辛烯-3-醇、青香的2-戊基呋喃對塔式原酒的貢獻更大。而在塔式蒸餾過程中,高級醇類物質在托盤上可能存在積聚現象,所以塔式蒸餾的餾出物中高級醇含量比壺式蒸餾低。
從發(fā)酵香氣看,最豐富的是脂肪酸乙酯類物質,多為威士忌中的果香來源。塔式原酒中具有較多果香的短鏈脂肪酸乙酯如乙酸乙酯、丁酸乙酯等,而壺式原酒中,呈現較多果香相對較弱的中鏈脂肪酸乙酯如己酸乙酯、辛酸乙酯、癸酸乙酯等。塔式蒸餾屬于連續(xù)蒸餾過程,分配系數約等于一個常數,然而,壺式蒸餾批次蒸餾過程受到蒸餾平衡的影響,同時由于己酸乙酯、辛酸乙酯、癸酸乙酯更容易被分配到蒸汽中,因此,壺式蒸餾的餾出物保留了更多的中鏈與長鏈脂肪酸乙酯。在壺式蒸餾中的反應時間遠大于塔式蒸餾,所以這也是壺式原酒中的中鏈與長鏈脂肪酸乙酯含量更高的可能的原因之一。從蒸餾香氣來看,只有β-蒎烯出現了顯著差異,β-大馬士酮的含量沒有表現出顯著差異。

1.2 感官評價結果及儀器關聯(lián)結果分析

三點檢驗中每組提供3 個樣品,其中2 個完全相同,評價員需選擇出其中有差異的1 個,以判斷樣品是否在感官上有可識別的差異。最終結果顯示,18 位評價員中,16 人評價正確,說明不同蒸餾方式的威士忌原酒可以通過香氣區(qū)分,其在感官上有極顯著差異。初步選出23 個香氣描述關鍵詞。結果如圖2所示。將感官結果與儀器分析結果做相關性分析,所得結果如圖3所示。

果香是兩類威士忌原酒最豐富的特征香氣,多屬于發(fā)酵香。其中,蘋果香氣特征最明顯,這很可能來源于己酸乙酯、辛酸異戊酯和蒸餾香氣物質β-大馬士酮等具有蘋果香氣特征的組分。然而該研究基于陳釀后的波本威士忌進行,其結果也可能是濃郁的橡木香氣對其他香氣發(fā)生了遮掩作用。本研究是基于香氣物質的前鼻OT進行分析,雖然兩類威士忌原酒中并未觀察到β-大馬士酮含量的顯著差異,但并不排除該物質在鼻后香氣表達存在差異的可能性。同時,β-大馬士酮作為己酸乙酯和肉桂酸乙酯的香氣協(xié)同物,很可能對于壺式原酒的果香表達產生更大的促進作用,所以該成分非常值得在威士忌生產中加以關注。塔式原酒中的果香強度強于壺式原酒,由圖3可知,這很可能與短鏈脂肪酸乙酯擁有更強的果香表達能力有關。

感官分析與儀器分析最大的不同體現在原料香上,塔式原酒中的谷物香氣強度比壺式原酒大,3-甲基-1-丁醇具有典型麥芽香氣,糠醛也被證明可以加強谷物香氣的表達,且這些與谷物表達相關的物質對于壺式原酒的貢獻更大;如圖3所示,糠醛與谷物和木香呈正相關,因此也可以印證前文提到的糠醛很可能作為一種閾下化合物與其他香氣互作,為威士忌原酒的谷物香和木香的表達做出貢獻。

2、模擬陳釀后威士忌香氣的變化
2.1 GC-MS聯(lián)用檢測結果分析

橡木片與蒸餾酒接觸過程涉及酒液從橡木中提取香氣物質、橡木片吸附酒液中香氣物質、香氣物質的水解、降解、重組等物理化學反應。本研究依然將OAV≥1的香氣物質的變化作為研究重點,對其模擬陳釀過程中的關鍵香氣含量變化進行模糊C均值聚類分析。聚類結果如圖4所示,共獲得6 個簇,每個簇中存在的香氣物質見表3。


模擬陳釀過程中,橡木片與蒸餾原酒接觸,發(fā)生一系列物理化學變化。橡木片是一種非均質材料,主要由纖維素、半纖維素、木質素3 種成分組成。酒中的香氣物質可以與橡木片相互作用,引起橡木片對酒中香氣物質的選擇吸附,纖維素和半纖維素在橡木片烘烤過程中熱降解產生的香氣物質會在乙醇-水體系中向原酒中擴散。此外,部分香氣物質還會發(fā)生化學變化,如酯類的水解和重組、萜類物質的降解等。

壺式原酒與塔式原酒在橡木片短期結合過程中,威士忌獲得的陳釀香氣主要有愈創(chuàng)木酚(煙熏)、5-甲基糠醛(杏仁、焦糖)、威士忌內酯(椰子)、γ-癸內酯(桃)、肉桂酸乙酯(肉桂)。總體而言,除陳釀香氣外,其他幾乎所有香氣物質含量均呈下降趨勢,只有苯乙醇(花香)以及1-壬醇(青香)含量受橡木片影響較小,數值基本穩(wěn)定。

壺式蒸餾與塔式蒸餾威士忌的變化差異主要體現在香氣物質含量隨時間的變化上。壺式蒸餾的簇2與塔式蒸餾的簇4有相同的變化趨勢,其中多數為發(fā)酵香(乙酯類香氣物質),但種類有所不同。橡木片浸泡初期,酯類含量迅速下降。而乙酯類香氣物質的種類和含量受到蒸餾過程的影響,由于分子間作用力的差異,橡木片對于不同種類乙酯類香氣物質的吸附作用也存在差異。此外,酯類香氣物質含量的下降差異也可能與乙酸酯和部分乙酯在陳釀過程中的水解有關。本研究也檢測到部分酯類,如辛酸乙酯、癸酸乙酯含量快速下降的同時,在接觸橡木片3 d內相關脂肪酸(辛酸、癸酸)含量的增加,在塔式蒸餾威士忌中由原酒中的0.83 mg/L升至9.99 mg/L,在壺式蒸餾威士忌中由原酒中的0.10 mg/L升至6.37 mg/L,塔式蒸餾威士忌中脂肪酸含量的增量更大,說明其陳釀過程中可能水解酯類更多。

壺式蒸餾簇5與塔式蒸餾簇5有相似的物質組成,但下降規(guī)律有差異。蒸餾香β-蒎烯、β-大馬士酮在壺式原酒中下降速度更快,同時觀察到β-蒎烯、β-大馬士酮的變化規(guī)律與醛、中長鏈酯類物質呈相關性。壺式蒸餾簇6與塔式蒸餾簇2中的香氣物質均屬于陳釀香氣物質,在原酒與橡木片短期結合的過程中,香氣物質含量呈上升趨勢,壺式原酒中與陳釀香有關的香氣物質含量增幅更大。
綜上所述,由于蒸餾后原酒中物質構成不同,會影響酒液與橡木片的相互作用與自身水解等化學反應,影響香氣變化,進一步導致陳釀后威士忌香氣的組成差異。因此可以證明,蒸餾方式的差異會對陳釀過程中各類香氣的變化產生重要影響。

2.2 模擬陳釀后威士忌香氣感官評價

在針對2 種樣品開展的三點法品評中,18 位評價員中11 人評價正確,說明經橡木片浸泡15 d的不同蒸餾方式的威士忌原酒在感官上有顯著差異。但與威士忌原酒相比,其感官差異識別正確率變小,說明濃郁的橡木香氣一定程度上削弱了原酒之前的差異性。選取MF>0.05的描述詞構建香氣輪盤,結果如圖5所示。


壺式原酒中有關果香的描述詞出現頻率減少、強度減弱,來源于橡木片的香氣(陳釀香)描述出現頻率增加、強度增強。很可能由于壺式原酒從橡木片中提取了比塔式原酒中更多的橡木來源的香氣物質,同時,由于木香物質對于體系中果香物質存在掩蓋效應,所以壺式蒸餾威士忌中擁有更高的強度的木香。

綜上所述,蒸餾方式會導致原酒香氣物質構成差異,進一步影響陳釀階段橡木與酒液中物質交換結果,即使陳釀可以減輕不同蒸餾方式威士忌原酒可感知的差異,但蒸餾方式導致的香氣差異仍可被識別,所以,蒸餾階段的調控對于威士忌成品酒香氣表現不可忽視。

3、結 論
壺式蒸餾與塔式蒸餾的威士忌原酒中存在可感知的香氣差異,產生香氣差異的原因主要表現在原料香氣、發(fā)酵香保持和蒸餾香氣產生上。壺式原酒保留了更豐富的原料香氣,發(fā)酵香氣留存更多中鏈和長鏈脂肪酸乙酯,塔式原酒中產生更多蒸餾香氣β-蒎烯,但蒸餾香氣β-大馬士酮的含量差異不顯著。
蒸餾方式不同導致原酒香氣物質組成差異會進一步影響陳釀階段橡木片與酒液中的物質交換,壺式原酒酯類損失更多,果香受影響較大,但蒸餾香氣保持比塔式原酒好,能更有效地提取橡木香氣物質。即使陳釀過程可以減弱蒸餾方式造成的香氣差異,但差異仍可被區(qū)分。
壺式蒸餾與塔式蒸餾的威士忌香氣表現不同,所以在生產過程中也可根據所需威士忌風格,制定不同的蒸餾方案。然而,蒸餾方式的差異也與蒸餾器的形狀、回流比、蒸餾效率、蒸餾切割等因素有關,蒸餾過程中香氣的形成機制還有待進一步研究。

本文《兩種蒸餾工藝對威士忌特征香氣的影響》來源于《食品科學》2023年44卷10期341-350頁.作者:伍思佳,楊貽功,火興三,劉翠平,沈國全,趙志云,李景明. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20220816-181.

黔东| 桐城市| 万山特区| 老河口市| 南丰县| 旌德县| 满洲里市| 古蔺县| 禹州市| 申扎县| 新沂市| 田东县| 夹江县| 班玛县| 旬阳县| 盐边县| 璧山县| 潼南县| 寻乌县| 大田县| 迁安市| 贡觉县| 佳木斯市| 朝阳区| 虹口区| 彭阳县| 成武县| 长春市| 苍梧县| 宜兰县| 大田县| 钦州市| 柞水县| 英吉沙县| 休宁县| 东兰县| 周口市| 六枝特区| 拜城县| 温泉县| 连南|