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  • 中国白酒风味组学技术研究进展分析

    发布日期:2022-01-06 12:50 阅读量:1240

      白酒是我国特有的酒种,其发展历史悠久,文化传承经典,在中国酒类发展版图中占据着重要的地位。白酒主要以高粱等谷物为原料,各种酒曲为糖化发酵剂,经固态发酵、固态蒸馏及贮存勾兑,最终获得以乙醇为主体,并富含上千种微量成分的酒精饮料产品。据国家统计局数据统计显示,2020年全国规模以上白酒企业产量为740.73万千升,同比下降2.46%;销售收入5836.39亿元,同比增长4.61%;利润1585.41亿元,同比增长13.35%。由此可见,白酒产业在中国民生产业中做出了巨大的贡献,同时也为国民经济发展提供了极大的推动作用。


      中国白酒属地域性资源产业,不同产区、不同厂家所酿造的酒体呈现出不同的风格特征。近年,研究者们一直致力于白酒特征风味的研究,旨在挖掘白酒中的主体和关键风味物质。白酒风格特征的形成主要与酒体中约2%的微量成分相关联,且目前在白酒中已经检测出2400多种风味化合物,而大部分风味成分的风味贡献和影响机制尚不清楚。近几年,风味组学技术在各行业研究中得到飞速发展,加之分析仪器和研究手段的不断更新、深入,风味组学作为主要研究策略在白酒特征风味解析中应用越来越广泛,且风味组学已经成为未来白酒风味化学研究的重要手段。


      鉴于此,本文对近年来联用色谱技术在白酒成分分析中的应用进行了客观总结,对风味组学技术在白酒特征风味成分分析中的应用进行了深入探讨,并对白酒成分的研究手段进行了展望,以期为白酒风味研究技术的提升和白酒风味品质的改善提供新的思路和理论参考。同时,在未来的研究发展中,还可以建立白酒特征风味组学应用体系,加强对中国白酒风味的科学认识,助力白酒风味成分挖掘及特征风味解析。


    白酒风味分析现状      


      风味特征是白酒品质的重要组成部分,是香气、口感、风格和品质的关键。随着人们对白酒品质及健康要求的提高,研究逐渐扩大,目前主要集中在白酒风味、白酒质量、白酒安全等领域。白酒由于其生产原料复杂,工艺特殊,多菌种开放式发酵,导致其风味成分复杂,存在众多微量成分,虽然这些成分的含量较低,但它们对白酒的香味具有重要的影响作用。经过全国各地科研工作者的努力,使得不同香型白酒特征风味物质上的研究也有长足的进展。白酒中特征风味的研究主要包括挥发性和非挥发性风味化合物,对近年来该研究的热点、方向以及深入程度进行了代表性总结,如表1所示。主要包括对不同香型白酒中特征风味化合物、风味化合物之间的相互作用、风味成分的拓展以及酒体异嗅味化合物的研究等。此外,不难发现,分析仪器的革新和研究手段的深入对中国白酒的风味化合物的剖析有重要推进作用。其中浓香型和清香型白酒已经能够确定主体特征风味物质的种类及含量范围,其他香型由于口感丰富、风味物质复杂多样,虽然经过大量的研究分析,对其中的特征风味物质还没有完全了解。

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    表1 近年白酒风味成分研究进展


      挥发性成分是白酒独特香气特征的物质基础,而非挥发性成分对整体香气特征有重要影响,影响挥发性化合物的释放,并与挥发性化合物相互作用影响白酒的风味。截至2020年,已报道白酒中微量成分2400种,其中包括酯类、醇类、酸类、内酯类、醛类、酮类、缩醛类、含硫化合物、含氮化合物、杂环化合物、芳香族化合物、烃(原载于中国白酒杂志第202104期)类、萜烯类及其他类等60种。通过总结发现,目前,白酒风味化学分析不再局限于关键风味成分的探索,而是已经逐渐向带有异嗅味特征的风味化合物进行深入研究,这足以说明白酒品质的提升日趋重要。同时,健康白酒是白酒制造业的发展方向,因此有必要研究白酒中的各种功能因子,如活性肽等,这将有助于我们正确并科学地认识白酒,有利于消除白酒消费者的误解。


    白酒风味化学的研究方法 


      白酒中所有物质的含量、化学性质、极性、沸点、溶解度和挥发性相差甚远,导致没有固定的预处理方法来同时分析所有物质。因此,直接进样(DI)、液液萃取(LLE)、固相萃取(SPE)、固相微萃取(SPME)、分散液-液微萃取(DLLME)、搅拌棒吸附萃取(SBSE)、搅拌吸附、超临界二氧化碳萃取等方法被广泛用于白酒成分的研究,对几种常用前处理方式进行了比较和总结,如表2所示。

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    表2常见白酒风味研究前处理方法的比较与总结


      此外,联用色谱技术在白酒分离、定性和定量分析中的应用,可以克服传统色谱检测器定性数据的缺点,简化实验操作,缩短分析时间。气相色谱法是白酒风味化学研究中常用的检测分析手段,可与之相结合的检测技术众多,其中有广谱性检测技术如氢火焰离子检测器(FID)、质谱(MS)、飞行时间质谱(TOFMS)以及电子捕获检测器(ECD)等和有针对性的检测技术如氮磷检测(NPD)、脉冲式火焰光度检测器(PFPD)、高效液相色谱-核磁共振(HPLC-NMR)和色谱-红外光谱。相比之下,MS在对未知化合物的鉴别方面有着不可比拟的优势,拥有较好的专属性和较低的检测限,同时对样品量需求较少,分离能力较强,在白酒微量成分研究中应用最广。近年来,随着各种色谱串联技术的发展,GC-MS和LC-MS联用技术在白酒风味研究中的应用也愈加广泛。针对于白酒中的挥发性物质如酸类、酯类、醛酮类等化合物通常采用GC-MS联用技术进行检测分析,相反,对于挥发性较低的化合物如大分子有机酸、氨基酸、糖醇、糖苷类化合物的检测分析,通常采用LC-MS联用技术,该技术在分离过程均处于低温环境,因此也适用于热敏性化合物的检测分析。


      近年来,相关研究者一直致力于白酒风味化学的研究,且随着经济的快速发展和分析仪器的不断进步更新,加之研究者们对白酒风味化学物质检测方法的不断改进,白酒风味化学的研究开始逐渐系统化,越来越多的重要风味化合物逐渐被发现。同时,应用现代仪器分析与感官分析相结合的现代风味化学研究学术思想建立了基于风味导向技术的中国白酒风味物质研究技术方法体系,如图1,该体系是目前白酒风味化学的主要研究方法。

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    图1 白酒风味化学研究技术路线


    风味组学及其在白酒特征风味研究中的应用


      3.1 风味组学研究方法


      风味组学(Flavoromics)由美国明尼苏达大学Gary A.Reineccius教授于2008年首次提出,是继基因组学、蛋白组学、感官组学及代谢组学后又一分支研究领域,是系统风味研究的重要组成部分,其非靶向的学术思路是通过代谢组学策略尽可能的收集更多的化学信息,再结合多种化学计量学技术和手段将样品中的化学成分与感官相联系,从而挖掘、鉴定或预测影响风味感知的关键风味化合物,因此,风味组学也被称为“风味代谢组学”。风味组学虽源于代谢组学,但又异于代谢组学,代谢组学主要是运用靶向和非靶向技术鉴定所有小分子代谢物,而风味组学主要是鉴定与风味相关的代谢组分,是在代谢组学的基础上对风味相关物质进行针对性及综合性的分析。该核心思想是在分子水平上对影响人体感官感受的关键化合物进行定性和定量,探究其相互作用的机制,其技术在于高选择性、高通量和高灵敏度分析方法的广泛应用,如气相-质谱联用(GC-MS)和气相色谱-嗅闻联用(GC-O)技术,可分别用于检测白酒挥发性化合物和鉴定香气活性化合物。液相色谱-串联质谱(LC-MS)、反相液相色谱(RP-HPLC)、核磁共振(NMR)及高效液相色谱(HPLC)等技术可用于检测难挥发性化合物和鉴定滋味化合物,实现感官技术与分析仪器的有机结合,进一步揭示了各类白酒的特征风味成分,极大地促进了风味组学研究的发展。


      3.2 风味组学在白酒风味研究中的应用


      在风味组学中,GC-MS与GC-O联用技术在酒中风味化合物研究方面已属常见手段,不仅涉及白酒、葡萄酒、清酒、啤酒及黄酒等各类酒,且可涉及到酿酒工艺的各个环节,它使酒类风味化学的理论更加深入和完善。吴幼茹等联合采用SPME和GC-O-MS对5种白酒酿酒原料中的蒸煮香气成分进行了定性定量,通过嗅闻到的化合物分别均在10种以上;易封萍等通过GC-MS、GC-FPD及GC-O对3种酱香型习酒进行研究,分别鉴定出96种、93种、95种香气成分,将GC-O闻香仪与香气活力值有机结合,发现了己酸乙酯、丁酸乙酯、辛酸乙酯、3-甲基丁酸乙酯等物质对酱香型习酒具有重要的特征风味贡献;孙细珍等采用液液萃取和顶空固相微萃取结合GC-O-MS技术对小曲清香型白酒进行醛异嗅成分研究,发现了乙缩醛、乙醛、正丙醇等醛异味特征性化合物;刘明采用风味化学及多元统计分析技术对白酒中的关键风味化合物进行筛选,并计算提取了白酒中40种主要代表香气成分,并证实了香气特征是多种化合物相互作用的结果;Niu等采用液液萃取和顶空固相微萃取提取了茅台酒中的酯类香气化合物,并通过GC-O和GC-MS进行鉴定和定量,其Feller加和模型和OAV分析显示,不同浓度的异丁酸乙酯和异戊酸乙酯对混合样品有加强或协同气味的作用,特别是随着异丁酸乙酯浓度的增加,相互作用程度有增加的趋势。同时,该团队利用GC-O和GC-MS对3种郎酒(红花郎10,珍品郎和郎牌郎酒)的挥发性成分进行了研究,并且深入探讨了5种酯类化合物的知觉相互作用。


      由此可见,风味组学技术在白酒风味化学研究中的应用已经越来越广泛,尤其是对酒体中的特征风味成分,且随着各项研究技术的成熟,目前形成了一套系统而全面的分析和处理方式,极大促进了酒行业品质质量和安全监控的规范化。但由于酒体中的风味成分数量繁多,很多酒体的主体特征香气香味成分尚未明确,且风味化合物随工艺、环境及时间等因素的改变呈现稳定性较差的特点,因此,通过各种现代仪器检测手段结合,将风味组学技术结合感官组学、代谢组学等技术应用于白酒特征性风味化合物研究中,是白酒风味化学发展的又一方向。


    展 望


      经过多年的探索,白酒风味化合物的研究已经取得了一定的进展,白酒行业分析检测也逐渐有了新的发展趋势,其中酒体品质提升及其安全控制是目前检测分析中的重点和难点。新仪器、新技术、新方法和新思路的应用都已经成为白酒分析检测领域的潮流,白酒与健康的关系研究也有赖于分析检测技术的进步而得到发展。同时,在行业发展的基础上也对白酒分析检测领域提出了新的思考,即该领域的服务对象问题、发展方向问题以及新的历史使命等问题。此外,在白酒风味研究中,由于检测到的物质数据庞大,很难通过一般的数据分析明晰某些成分对白酒呈香呈味的作用,风味组学的相关研究还需要与各类人群的口感香气偏好对接,明确消费者喜爱的风味品质相关联的香味成分,去除有害不利的异嗅成分,提高产品健康、绿色的整体品质,才能满足更多消费者的需求,达到提升企业美誉度和经济效益的目的。同时,传统的研究方法对白酒中呈香呈味物质的研究仅关心单个成分及其影响因子,忽略了它们之间的相互作用,难以全面掌握酒体风味的属性。因此,在未来白酒风味研究中将各个组学整体性有机结合及有效应用,才能更全面系统地对白酒特征风味进行剖析,从而解决白酒行业的关键共性难题。