《Food Chemistry: X》：DFT-guided magnetic molecularly imprinted polymers for rapid and selective enrichment of diethyl acetals in Baijiu
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白酒陈酿被认为是提升其感官品质的关键过程，可促进新蒸馏酒向更醇厚、协调产品的转化。在富含乙醇的白酒体系中，醛类物质可通过酸催化平衡反应缓慢转化为相应的二乙基缩醛。与醛类前体相比，二乙基缩醛通常表现出更高的化学稳定性及更柔和的水果或甜香特征。因此，监测二乙基缩醛
白酒陈酿被认为是提升其感官品质的关键过程，可促进新蒸馏酒向更醇厚、协调产品的转化。在富含乙醇的白酒体系中，醛类物质可通过酸催化平衡反应缓慢转化为相应的二乙基缩醛。与醛类前体相比，二乙基缩醛通常表现出更高的化学稳定性及更柔和的水果或甜香特征。因此，监测二乙基缩醛可为理解醛类转化、香气醇化及清香型白酒成熟风味特征的形成提供有用的化学信息，使该类化合物成为潜在的陈酿标记物。然而，现有证据仅限于少量标记物和白酒香型，清香型白酒（尤其是汾酒）中不同陈酿期结构相关二乙基缩醛的系统靶向定量研究仍然缺乏。基于此，本研究开发了一种基于密度泛函理论（DFT）设计的磁性分子印迹聚合物（MMIPs-AG）结合磁固相萃取（MSPE）-气相色谱-质谱联用（GC–MS）策略，用于清香型白酒中异戊醛二乙基缩醛（iVDA）、己醛二乙基缩醛（HxDA）、1,1,3,3-四乙氧基丙烷（TEP）和苯乙醛二乙基缩醛（PADA）的选择性富集与测定。研究人员利用DFT计算筛选功能单体、聚合溶剂和交联剂，并通过实验优化模板与单体比例。所制备的MMIPs-AG在吸附行为、选择性、可重用性和识别机制方面进行了表征与评价。优化MSPE程序并验证分析方法后，将该策略应用于不同标注陈酿期的真实清香型汾酒样品。研究结果表明，MMIPs-MSPE实现了目标缩醛22.9–38.9倍的富集，检出限（LODs）为9.4–19.0 μg/L。HxDA和TEP初步显示出与标注生产年份相关的趋势，为未来陈酿标记物发现提供了探索性目标。该研究旨在建立一种选择性、高效的痕量缩醛分析方法，评估先前报道的iVDA和HxDA与陈酿的关联是否在清香型汾酒中同样存在，并评估其他代表性缩醛是否表现出系统性的浓度变化，为未来年份相关研究提供参考。
一、研究背景与意义
白酒陈酿被广泛认为是提升其感官品质的关键过程，可促进新蒸馏酒向更醇厚、协调产品的转化。这一过程对清香型白酒尤为重要，其刺激感的减弱、香气协调性的增强以及醇厚酒体的形成均与储存过程中的风味成熟密切相关。此类感官变化由一系列物理化学反应驱动，包括氧化、酯化、美拉德反应、分子间氢键作用及缩醛化反应。其中，缩醛化反应直接关联醛类物质的转化。在富含乙醇的白酒体系中，醛类可通过酸催化平衡反应缓慢转化为相应的二乙基缩醛。与醛类前体相比，二乙基缩醛通常表现出更高的化学稳定性及更柔和的水果或甜香特征。因此，监测二乙基缩醛可为理解醛类转化、香气醇化及清香型白酒成熟风味特征的形成提供有用的化学信息。
在已报道的多种陈酿相关标记物中，缩醛尤为值得关注。基于代谢组学的研究在青稞白酒中鉴定出15种候选陈酿标记物，其中7种为缩醛；在6–11个月陈酿组中增加的9种标记物中，有8种为缩醛。芝麻香型白酒中，1,1-二乙氧基甲烷被报道为年份标记物，而HxDA在凤香型白酒不同储存年份样品中被鉴定为关键的年份相关差异化合物。缩醛也已在马德拉葡萄酒及其他蒸馏酒中被研究为潜在的年份相关标记物。然而，现有证据仍局限于少量标记物和白酒香型，清香型白酒（尤其是汾酒）中不同陈酿期结构相关二乙基缩醛的系统靶向定量研究仍然缺乏。
目前，白酒中陈酿相关挥发性化合物的测定主要依赖广谱香气提取和仪器分析，如液液萃取（LLE）、固相萃取（SPE）、顶空固相微萃取（HS-SPME）等，随后进行气相色谱-质谱联用（GC–MS）、全二维气相色谱-飞行时间质谱（GC × GC-TOFMS）或气相色谱-嗅闻-质谱联用（GC-O-MS）分析。这些方法在全面挥发性谱分析方面功能强大，但应用于痕量二乙基缩醛时可能受限于目标分析物丰度低、与多种酯类、醇类、醛类及其他挥发性化合物共存，以及对特定化合物类别结构选择性不足等问题。此外，多步萃取、较长平衡时间或溶剂消耗可能降低同时测定多种痕量缩醛的分析效率。因此，需要一种结合快速分离、选择性富集和结构识别的预处理策略用于靶向二乙基缩醛分析。
磁固相萃取（MSPE）因磁性吸附剂可从样品溶液中快速分离而无需耗时的离心或过滤，从而简化样品预处理并提高萃取效率。与磁性分子印迹聚合物（MMIPs）联用时，MSPE可进一步提供模板互补的识别空腔，实现对富含乙醇酒样中痕量靶标的选择性富集。然而，传统MMIP制备仍严重依赖功能单体、溶剂、交联剂及模板-单体比例的经验筛选，增加了试错实验并限制了机理理解。密度泛函理论（DFT）计算为聚合物合成前评估模板-单体相互作用、溶剂效应、交联剂相容性及预组装稳定性提供了理性策略。
二、研究内容与结论
本研究开发了一种基于DFT设计的MMIPs-AG结合MSPE-GC–MS策略，用于清香型白酒中iVDA、HxDA、TEP和PADA的选择性富集与测定。研究人员利用DFT计算筛选功能单体、聚合溶剂和交联剂，并通过实验优化模板与单体比例。所制备的MMIPs-AG经表征和评估后，优化了MSPE程序并验证了分析方法，最终将该策略应用于不同标注陈酿期的真实清香型汾酒样品。研究结果表明，MMIPs-MSPE实现了目标缩醛22.9–38.9倍的富集，检出限（LODs）为9.4–19.0 μg/L。HxDA和TEP初步显示出与标注生产年份相关的趋势，为未来陈酿标记物发现提供了探索性目标。
三、关键技术方法
研究人员采用的主要技术方法包括：密度泛函理论（DFT）计算，用于筛选功能单体、聚合溶剂和交联剂；磁性分子印迹聚合物（MMIPs-AG）的制备与表征，包括扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、比表面积分析（BET）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、热重分析（TGA）、振动样品磁强计（VSM）和X射线衍射（XRD）；磁固相萃取（MSPE）程序优化；气相色谱-质谱联用（GC–MS）分析，采用DB-WAX UI毛细管柱，全扫描模式用于定性，选择离子监测（SIM）模式用于定量。研究样品为山西杏花村汾酒集团提供的9个商业汾酒样品（清香型白酒，53% vol.），标注年份为2022、2019、2017、2013、2012、2007、2002、1994和1983年，对应陈酿期约为4、7、9、13、14、19、24、32和43年。
四、研究结果
DFT筛选与MMIPs-AG制备：研究人员以PADA为模板分子，因其与四种目标分析物共享二乙基缩醛结构单元，且芳香取代基提供更大的结构复杂性，可围绕共享缩醛基序形成明确的印迹环境。通过DFT计算筛选出最优功能单体、聚合溶剂和交联剂，并通过实验优化模板与单体比例。
MMIPs-AG表征：通过SEM、TEM、BET、zeta电位、FT-IR、TGA、VSM和XRD等手段对合成的MMIPs-AG进行了表征，评估了其形貌、表面性质、化学结构、热稳定性、磁性能和结晶度。
吸附行为与选择性评估：对MMIPs-AG的吸附行为、选择性、可重用性和识别机制进行了评估，验证了其对目标二乙基缩醛的选择性富集能力。
MSPE程序优化与方法验证：优化了MSPE程序并验证了分析方法，建立了选择性、高效的痕量缩醛分析策略。
实际样品应用：将该策略应用于不同标注陈酿期的真实清香型汾酒样品，实现了目标缩醛22.9–38.9倍的富集，检出限为9.4–19.0 μg/L。HxDA和TEP初步显示出与标注生产年份相关的趋势。
五、讨论与结论
研究结果表明，DFT引导的MMIP设计最大程度减少了缩醛识别中的试错过程，MMIPs-MSPE实现了目标缩醛22.9–38.9倍的富集，检出限为9.4–19.0 μg/L。HxDA和TEP初步显示出与标注生产年份相关的趋势，为未来陈酿标记物发现提供了探索性目标。该研究建立了一种选择性、高效的痕量缩醛分析方法，评估了先前报道的iVDA和HxDA与陈酿的关联在清香型汾酒中的存在情况，并评估了其他代表性缩醛是否表现出系统性的浓度变化，为未来年份相关研究提供了参考。
