中國白酒技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略發(fā)展委員會第四期科研項目匯報（2023年）

課題名稱：白酒飲用過程中風味動態(tài)感知及品質(zhì)表征

研究課題承擔單位：江南大學

課題負責人：唐柯

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立項背景

風味是白酒品質(zhì)的核心要素,，對于白酒風味特征及風格特點的全面剖析也是白酒品質(zhì)表征的基礎(chǔ)。同時,，白酒作為一種消費產(chǎn)品,，最終要入口飲用，在飲用過程中鼻后香氣感知決定了白酒最終的香氣特征,，并顯著影響消費者喜好,，是消費者選擇白酒的主要驅(qū)動之一。而目前關(guān)于白酒香氣的研究大都集中在體外,，而白酒香氣化合物在飲用過程中一旦進入口腔風味表型規(guī)律并不清晰,。因此，研究從原有香氣成分(“杯中酒”)向飲用過程中香氣變化(“口中酒”)的轉(zhuǎn)變,，對于系統(tǒng)理解白酒的風味感知,、構(gòu)建全面的風味品質(zhì)表征體系則是十分必要的。

1.1 風味的感知不是一個單一的事件,，而是一個動態(tài)的過程,，為了獲得對風味的真正理解，必須要獲得完整的風味感知

目前,，大量的研究工作致力于白酒香氣的化學表征上,，并試圖確定它們的感官意義,，比如識別白酒揮發(fā)性化合物以及改進分析方法等。盡管如此,，感官研究和化學分析研究之間的關(guān)系還遠未被理解,。此外，白酒作為一種消費產(chǎn)品,，在口腔中感知風味是一個重要的體驗過程,，而目前關(guān)于白酒香氣的研究大都集中在體外，白酒香氣化合物在消費過程中一旦進入口腔中會發(fā)生什么還存在許多問題尚未明晰,。人類生理尤其是口腔生理對白酒消費過程中白酒香氣釋放的影響,，已被證明是解釋白酒攝入過程中白酒香氣釋放的個體間差異的重要因素，這種差異會顯著影響白酒的香氣感知和白酒偏好,。在這種情況下,，將口腔生理因素融入其中,，研究從原有香氣成分(“杯中酒”)向消費過程中香氣變化(“口中酒”)的轉(zhuǎn)變,，對于全面理解白酒香氣感知則是十分必要的。風味的感知不是一個單一的事件,，而是一個動態(tài)的過程,，為了獲得對風味的真正理解，必須要獲得完整的風味感知,。所以,，風味感知必須與動態(tài)研究方法相匹配，即包含時間成分,。此外,，風味物質(zhì)在口腔中揮發(fā)釋放的變化過程，受到人類口腔溫度,、唾液和呼吸氣流的作用,，具有動態(tài)變化和濃度較低的特點，采用常規(guī)的檢測技術(shù)難以實時采集和分析,。因此,，我們需要找到一種可以在線連續(xù)檢測口腔或鼻腔中風味物質(zhì)釋放的變化過程的技術(shù)，并與動感感官技術(shù)結(jié)合進行綜合分析,，從而更加系統(tǒng)的剖析白酒消費過程中的風味感知,。

1.2 酒精飲料的鼻后香氣是酒精飲料消費過程風味感知的基本途徑

香氣可通過前鼻和鼻后兩種方式感知。前鼻香氣感知是香氣物質(zhì)通過外鼻進入鼻腔進行感知,，而鼻后香氣感知是食品經(jīng)過口腔加工后的揮發(fā)性組分經(jīng)喉嚨到達鼻腔嗅覺受體細胞的風味感知,。鼻后和前鼻的風味感知本質(zhì)相同（激活鼻腔內(nèi)的受體細胞），但感知方式的差異可以使它們的感知結(jié)果也有較大差異,。鼻后香氣感知與風味物質(zhì)如何從食品基質(zhì)釋放至口腔環(huán)境密切相關(guān),。風味物質(zhì)在口腔中的釋放是一個動態(tài)過程,，唾液的pH值、酶活力,、咀嚼方式,、口腔溫度等條件都會影響風味物質(zhì)的鼻后感知結(jié)果。由于酒精飲料的消費體驗主要是在飲酒的過程中實現(xiàn),，口腔感知的香氣很大程度上影響了消費者對飲料酒產(chǎn)品的風味感知,。因此國際飲料酒風味化學研究目前正從對前鼻風味的感知研究逐步走向?qū)Ρ呛箫L味感知和風味化學的研究，從更深層面揭示飲酒過程的風味體驗從而指導(dǎo)高品質(zhì)產(chǎn)品的酒體設(shè)計開發(fā),。

為了分析食品中的鼻后風味化合物,，科研人員建立了特殊的收集食品中鼻后風味物質(zhì)的方法。例如,，鼻腔頂空（nose space）收集和鼻后風味模擬（retronasal aroma simulator）收集,。前者使用nosepiece收集人們在咀嚼食物后從鼻腔中呼出的揮發(fā)性物質(zhì)，然后使用質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)質(zhì)譜進行分析,；后者模擬人的口腔環(huán)境,，將食品放入模擬的唾液體系中，調(diào)整適當?shù)臏囟群蛿嚢杷俣龋M人們咀嚼）進行反應(yīng),，然后收集反應(yīng)后的揮發(fā)性物質(zhì)進行分析,。這兩種方法都可以有效地富集食品中的鼻后揮發(fā)性化合物并鑒定它們的結(jié)構(gòu)。但由于缺少對這些揮發(fā)性物質(zhì)的風味導(dǎo)向篩選,，無法確定對食品有重要風味貢獻的鼻后風味物質(zhì),。因此研究鼻后香氣，需要開發(fā)專門的鼻后香氣采集及分析方法,，以深入分析鼻后香氣在白酒飲用過程中的變化規(guī)律,。

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主要研究內(nèi)容

本項目以不同等級清香型汾酒為研究對象，具體研究內(nèi)容如下：

1）采用靜態(tài)及動態(tài)感官分析方法對白酒杯中前鼻香氣的靜態(tài)感知及飲用過程中鼻后香氣的動態(tài)感知進行全面評估,。使用靜態(tài)感官Q(mào)DA對杯中香氣特征進行分析,；使用動態(tài)感官TI分析法對飲用過程中感知到的香氣強度進行評估；采用動態(tài)TDS方法對不同時間段香氣主導(dǎo)屬性進行評估,。

2）在白酒飲用過程中,，口腔香氣化合物釋放是動態(tài)變化的,，并且口腔生理環(huán)境復(fù)雜,，因此口腔內(nèi)香氣化合物的檢測較體外更為困難,。首先開發(fā)并優(yōu)化白酒鼻后香氣的Intra-oral SPME結(jié)合GC-TOFMS分析方法,，并在此基礎(chǔ)上解析白酒飲用過程中鼻后關(guān)鍵香氣物質(zhì),，進一步研究白酒在口腔飲用過程中關(guān)鍵香氣物質(zhì)的釋放規(guī)律,；

3）將GC×GC-TOFMS,、GC-O獲得的前鼻香氣物質(zhì)特征及QDA獲得的感官特征,，結(jié)合飲用過程中口腔香氣動態(tài)釋放特征及動態(tài)感官特征,，構(gòu)建全面系統(tǒng)的清香型白酒風味品質(zhì)表征體系,。

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研究成果

1. 基于靜態(tài)及動態(tài)感官分析的不同等級清香型白酒香氣感官特征研究

1.1 前鼻香氣定量描述性分析

1.1.1 感官數(shù)據(jù)有效性檢驗

利用R語言對品評小組的感官結(jié)果進行方差分析,，以評估感官數(shù)據(jù)的可靠性和有效性[24],。其結(jié)果如圖1所示,，圖中灰色的數(shù)據(jù)表示具有顯著性（p＜0.05）。樣品在不同屬性上均具有顯著差異,，說明樣品間的差異可以被品評員很好的感知到,。品評員、樣品×品評員中除了糧香和清香具有顯著性外,，其他均不具有顯著性,，說明品評員在評估時所使用的標尺較為一致，且不同品評員間的感知也具有較好的一致性,。重復(fù),、樣品×重復(fù)和品評員×重復(fù)之間沒有顯著性，說明感官數(shù)據(jù)的重復(fù)性很好,。綜上所述,，定量描述分析的感官數(shù)據(jù)可靠，具有有效性,。

圖1 R語言檢驗感官數(shù)據(jù)的有效性

1.1.2 不同等級汾酒感官特征及差異

雷達圖結(jié)果顯示（圖2-a）,，4款不同等級汾酒在所有感官屬性上均具有顯著差異，汾20和汾30的香氣輪廓更為相似,。進一步通過PCA分析（圖2-b）可以發(fā)現(xiàn)，高等級和低等級的汾酒差異明顯,，分別位于坐標軸的兩側(cè),，汾00和汾10主要表現(xiàn)為糟香、酸香,、糧香和曲香等香氣特征,，而高等級的汾20和汾30則主要呈現(xiàn)出愉悅的花果香、甜香,、青草香和陳香等香氣特征,。

圖2 不同等級清香型白酒感官分析（不同等級清香型白酒香氣輪廓圖）

▲感官結(jié)果PCA分析

1.2 前鼻香氣Napping?感官分析結(jié)果

Napping?是一種快速感官分析方法，最早應(yīng)用于葡萄酒的感官分析中,，目前其還未在白酒的感官分析領(lǐng)域得到應(yīng)用,。本實驗主要分析了不同等級汾酒前鼻香氣的差異，將Napping?的感官數(shù)據(jù)統(tǒng)計整理后,，采用R語言的MFA算法,，對數(shù)據(jù)進行分析處理，分別生成了評價小組對不同等級汾酒的聚類特征圖和香氣特征相關(guān)性圖（圖3）,。從聚類特征圖中可以看出,，不同等級汾酒間具有顯著差異,，且汾00與其他3款不同等級的汾酒間存在極其顯著的差異，其單獨聚在了坐標軸的一側(cè),。香氣特征相關(guān)性圖顯示低等級的汾00主要呈現(xiàn)酸香,，糟香和糧香的香氣特征，汾10主要呈現(xiàn)出醇香的香氣特征,。而高等級的汾20和汾30則更多表現(xiàn)出愉悅的花香,，果香，清香和陳香,。

圖3 不同等級汾酒Napping?結(jié)合 UFP 的普氏向量分析（a. 聚類特征,；b. 香氣特征相關(guān)性圖）

1.3 鼻后香氣TDS動態(tài)感官分析

白酒飲用過程中的風味感知同樣是一個動態(tài)的過程，每一個時刻可感知到的風味特征都是不同的,，對于同一個屬性,，其在不同的時間點感知到的強度也會產(chǎn)生差異。因此,，需要相應(yīng)的動態(tài)感官分析方法來解析飲用過程中風味感知的變化,。動態(tài)感官方法包括固定時間點及連續(xù)時間點兩類，其中連續(xù)時間方法包括Time-Intensity (TI)和Temporal Dominance of Sensation (TDS),。

TDS曲線（圖4）顯示了不同等級清香型白酒吐酒鼻后香氣優(yōu)勢率隨時間的演變,。不同樣品的主要鼻后香氣特征數(shù)量不同。汾00的TDS曲線表明,，糧香,、醇香、果香和焦香被認為是主要的鼻后香氣屬性,。在汾10中,，醇香是第一主導(dǎo)香氣，其次是酸香,、果香,、青草香和果香。汾20具有7種主要的鼻后香氣特征,，這是最多的,。它們是醇香、糧香,、果香（出現(xiàn)兩次）,、花香、焦香,、青草和陳香,。汾30的主要鼻后香氣屬性是醇香，酸香，果香,，焦香,，青草香和陳香。此外,，低等級酒中（汾00和汾10）的鼻后香氣持續(xù)時間短,。然而，高等級酒中（汾20和汾30）的鼻后香氣的感知時間長且豐富,。這可能與它們基酒的陳釀時間有關(guān),。汾00糧香和焦香主導(dǎo)時間最長，而汾30的酸香,、果香,、青草香和陳香的主導(dǎo)時間最長。TDS參數(shù)包括DR max（最大優(yōu)勢率）,、T-max（DR max的時間）和T-90%max（優(yōu)勢率的時間間隔≥ 90%的DR max）有效地區(qū)分了4種汾酒,。PCA得分圖（圖5）突出了F20和F30的相似性。汾00中果香,、糧香和焦香的最大優(yōu)勢率較高,，而汾20和汾30中。青草香,、花香和陳香的最大優(yōu)勢率較高,。

圖4 不同等級清香型白酒的TDS曲線

圖5 TDS參數(shù)的PCA分析

1.4 鼻后香氣TI動態(tài)感官分析

TDS更關(guān)注樣品在飲用過程中主導(dǎo)率的變化，而TI則關(guān)注強度隨時間的演變,。TI曲線（圖6）顯示了不同等級汾酒鼻后香氣屬性隨時間的強度變化,。TI曲線中強度峰值出現(xiàn)的時間與TDS曲線中主導(dǎo)率峰值出現(xiàn)的時間幾乎一致，說明香氣的強度還是會在一定程度上影響品評員對于主導(dǎo)屬性的選擇,。TI曲線的輪廓與TDS相似,，但它提供了更加詳細的強度差異特征。在除汾00外的其他樣品中,，醇香的香氣強度是所有屬性中最強的。汾00的焦香強度最強,。醇香,、糧香和酸香的強度峰值出現(xiàn)得更早，可能是因為具有這些香氣特征的化合物更易被感知到,，其次是具有果香和花香的化合物,。焦香，青草香和陳香的強度峰值出現(xiàn)的時間較晚,，可能是因為與這些香氣相關(guān)的化合物揮發(fā)性較小,，也可能是前期其他的香氣掩蓋了這些香氣的感知。

圖6 四款不同等級汾酒TI曲線

圖7 TI曲線參數(shù)

在TI參數(shù)（圖7）中，所有屬性的I_max（強度的最大值）和Area（曲線下面積）在不同等級汾酒中顯著不同,。這兩個參數(shù)的PCA分析表明汾20和汾30的鼻后香氣感知較為相似,，結(jié)果與TDS一致。從PCA圖（圖8）中可以看出,，汾00具有在糧香和焦香具有最強的I_max和最大的Area,；汾10具有最強的醇香I_max和最大的Area。汾20和汾30的果香,、花香,、酸香、青草香和陳香的強度較高,，Area較大,。這表明汾00更多地表現(xiàn)出糧香和焦香的鼻后香氣屬性，汾10更多地被描述為醇香,。高等級汾酒（汾20和汾30）更有果香,、花香、酸香,、青草香和陳香的感知,，能夠感知到的屬性更加豐富，且強度較強,。

圖8 基于四個樣品TI曲線參數(shù)的PCA評分圖

2. 不同等級清香型白酒香氣組成特征研究

2.1 不同等級清香型白酒香氣組分分析

首先通過GC×GC-TOFMS分析構(gòu)建了不同等級汾酒中揮發(fā)性化合物譜庫,。所有的物質(zhì)種類中，酯類物質(zhì)是數(shù)量最多的一類化合物,，其次是醇類,、醛類、酮類和萜烯類,，與先前對于清香型白酒的研究結(jié)果相一致,。此外，我們知道并不是所有的揮發(fā)性化合物都具有香氣特征,，而風味的研究則更關(guān)注具有香氣特征的揮發(fā)性化合物,。因此對于已經(jīng)定性的數(shù)據(jù)，又進一步通過Flavornet Home (http://www.flavornet.org)和Flavor DB (https://cosylab.iiitd.edu.in/flavordb/)兩個香氣數(shù)據(jù)庫進行篩選,，最終鎖定了192種具有香氣特征的揮發(fā)性化合物,。對篩選出的香氣化合物進行相對濃度的計算（圖9），在所有的物質(zhì)種類中,，酯類物質(zhì)的相對濃度最高,，其次是醇類、酸類和醛類,。此外,，樣品等級越高，酸類化合物、內(nèi)酯類化合物以及芳香族化合物的相對含量越高,。

圖9 不同等級清香型白酒香氣化合物相對濃度對比

2.2 LLE結(jié)合GC-O-MS定性不同等級汾酒中的香氣活性化合物

采用LLE結(jié)合GC-O-MS分析,，同時基于上一部分構(gòu)建的數(shù)據(jù)庫，最終在四款不同等級汾酒中共鑒定出了88種香氣活性化合物,。其中包括之前從未報道過2-庚酮,、2,6-二甲基吡嗪、3-己烯-1-醇,，乙酸辛酯,、5-甲基呋喃醛和2（5H）-呋喃酮這6種香氣活性化合物，但是這幾種香氣化合物的Osme值都很低,，可能對清香型白酒的整體香氣貢獻較小,。相比之下，汾30中的香氣活性化合物數(shù)量最多,，而汾00的最少,。圖10比較了這些香氣化合物的Osme值，結(jié)果表明,，大多數(shù)香氣活性化合物在汾30中呈現(xiàn)出最高的香氣強度,，而在汾00中呈現(xiàn)出最低的香氣強度?？梢园l(fā)現(xiàn),，高等級汾酒含有更多的香氣活性化合物，并且具有更高的香氣強度,，這與在其它香型不同等級白酒的研究中得出的結(jié)論較為一致,。

低等級汾酒樣品（汾00和汾10）中只有少數(shù)化合物的Osme值大于4（汾00中沒有，汾10中有2個）,。然而在汾30中,，有8種香氣化合物被認為是對樣品總體香氣有重要貢獻，因為它們的香氣強度較高,，均大于4,，它們分別是乙酸異戊酯（果味）、異戊醇（麥芽香）,、己酸乙酯（果香）,、辛酸乙酯（果香）、苯乙酸乙酯（玫瑰）,、β-大馬士酮（蜂蜜）和3-苯丙酸乙酯（花香）。此外,，在這四個樣品中,，乙酸乙酯（菠蘿）、異丁醇（麥芽）、乙酸異戊酯（果香）,、異戊醇（麥芽）,，己酸乙酯（果香），二甲基三硫（卷心菜）,，四甲基吡嗪（堅果）,，苯乙酸乙酯（玫瑰），乙酸苯乙酯（花香）,，β-大馬士酮（蜂蜜）的香氣強度均超過3,。

圖10 四款不同等級汾酒中的香氣活性化合物的Osme值比較

2.3 重要香氣化合物的定量及OAV分析

對70種香氣活性化合物構(gòu)建標準曲線進行了定量，結(jié)合氣味閾值計算香氣活性化合物的OAVs,。在四個不同等級的汾酒樣品中,，有28種香氣化合物的OAVs同時大于1，表明這些化合物可能對于汾酒的特征香氣具有貢獻,。在所有樣品中最重要的香氣化合物是異戊醛,、β-大馬士酮和辛酸乙酯（OAVs ＞ 100）。二甲基三硫,、己酸乙酯,、乙酸乙酯、乙酸異戊酯,、1,1-二乙氧基乙烷,、丁酸乙酯、己醛,、異丁酸乙酯,、異戊酸乙酯、乳酸乙酯和戊酸乙酯的OAVs也較高（＞ 10）,。1-辛烯-3-醇,、2-甲基丁酸乙酯、異丁醇,、丁酸,、乙酸、戊酸,、1-丙醇,、正丁醇、愈創(chuàng)木酚,、苯乙醛,、β-紫羅蘭酮、己酸,、異戊酸,、異戊醇也是汾酒香氣的貢獻者（OAVs ＞ 1）,。壬醛和月桂酸乙酯的OAVs僅在汾30中大于1。

2.4 潛在香氣化合物質(zhì)量標記的預(yù)測

為了預(yù)測潛在的質(zhì)量標記物,，通過PLSR分析了四個不同等級汾酒樣品的前鼻香氣屬性（Y變量,，n = 11）與OAVs ＞ 1的香氣化合物（X變量，n = 28）之間的關(guān)聯(lián),。圖11顯示了四款不同等級汾酒中香氣活性化合物和前鼻香氣屬性間的相關(guān)負荷圖。維度1解釋了53.9%的預(yù)測變量（香氣活性化合物的濃度）和86.2%的響應(yīng)方差（前鼻香氣屬性的強度）,，而維度2解釋了83.0%的預(yù)測變量和96.8%的響應(yīng)方差。大多數(shù)香氣屬性和香氣活性化合物與維度1相關(guān),，并對汾20和汾30的香氣有積極貢獻。PLSR模型表明,，大多數(shù)酯，如己酸乙酯,、2-甲基丁酸乙酯、異戊酸乙酯,，丁酸乙酯和乙酸異戊酯與甜香、花香,、果香和青草香相關(guān),，而異丁醇,、異戊醇和正丁醇與甜香相關(guān),。乙酸被認為是果香和花香感知的積極貢獻者，青草香與己酸密切相關(guān),。在這28種OAVs ＞ 1的香氣活性化合物中,，有15種化合物的VIP值 ＞ 1，包括乙酸異戊酯,、正丁醇,、己酸乙酯,、辛酸乙酯、丁酸乙酯,、乙酸、異戊醇,、己酸,、苯乙醛、異丁酸乙酯,、1-辛烯-3-醇,、2-甲基丁酸乙酯、異戊酸,、異戊酸乙酯,，異丁醇，被認為是導(dǎo)致四款不同等級汾酒香氣差異的潛在化合物,。然而,，仍需要大量的樣品和重組缺失實驗來確定導(dǎo)致汾酒不同質(zhì)量等級的質(zhì)量標記物。

a

b

圖11 a. 四款不同等級汾酒（Obs）中OAVs>1的香氣活性化合物（X）與前鼻香氣屬性（Y）之間的相關(guān)負荷圖,。b. 28種OAVs>1的香氣活性化合物的VIP值

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成果表達

Huanhuan Li, Xin Zhang, Xiaojuan Gao, Xiaoxuan Shi, Shuang Chen, Yan Xu and Ke Tang*. Comparison of the aroma-active compounds and sensory characteristics of different grades of light-flavor Baijiu [J]. Foods, 2023, 12(6), 1238.

李環(huán)環(huán)，高曉娟,，石瀟璇，陳雙,，徐巖，唐柯*. 基于全二維氣相色譜-飛行時間質(zhì)譜及感官分析的不同等級汾酒香氣特征研究. 食品與發(fā)酵工業(yè), 2023, 49(7): 275-281.

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行業(yè)效益與人才培養(yǎng)

目前培養(yǎng)在讀碩士2名,。

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下一步研究計劃

開展口腔中原位香氣提取及動態(tài)分析，解析白酒飲用過程中香氣動態(tài)釋放變化規(guī)律,。