直击中国白酒技术创新战略发展委员会：白酒饮用过程中风味动态感知及品质表征研究

中国白酒技术创新战略发展委员会第四期科研项目汇报（2023年）

课题名称：白酒饮用过程中风味动态感知及品质表征

研究课题承担单位：江南大学

课题负责人：唐柯

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立项背景

风味是白酒品质的核心要素，对于白酒风味特征及风格特点的全面剖析也是白酒品质表征的基础。同时，白酒作为一种消费产品，最终要入口饮用，在饮用过程中鼻后香气感知决定了白酒最终的香气特征，并显著影响消费者喜好，是消费者选择白酒的主要驱动之一。而目前关于白酒香气的研究大都集中在体外，而白酒香气化合物在饮用过程中一旦进入口腔风味表型规律并不清晰。因此，研究从原有香气成分(“杯中酒”)向饮用过程中香气变化(“口中酒”)的转变，对于系统理解白酒的风味感知、构建全面的风味品质表征体系则是十分必要的。

1.1 风味的感知不是一个单一的事件，而是一个动态的过程，为了获得对风味的真正理解，必须要获得完整的风味感知

目前，大量的研究工作致力于白酒香气的化学表征上，并试图确定它们的感官意义，比如识别白酒挥发性化合物以及改进分析方法等。尽管如此，感官研究和化学分析研究之间的关系还远未被理解。此外，白酒作为一种消费产品，在口腔中感知风味是一个重要的体验过程，而目前关于白酒香气的研究大都集中在体外，白酒香气化合物在消费过程中一旦进入口腔中会发生什么还存在许多问题尚未明晰。人类生理尤其是口腔生理对白酒消费过程中白酒香气释放的影响，已被证明是解释白酒摄入过程中白酒香气释放的个体间差异的重要因素，这种差异会显著影响白酒的香气感知和白酒偏好。在这种情况下，将口腔生理因素融入其中，研究从原有香气成分(“杯中酒”)向消费过程中香气变化(“口中酒”)的转变，对于全面理解白酒香气感知则是十分必要的。风味的感知不是一个单一的事件，而是一个动态的过程，为了获得对风味的真正理解，必须要获得完整的风味感知。所以，风味感知必须与动态研究方法相匹配，即包含时间成分。此外，风味物质在口腔中挥发释放的变化过程，受到人类口腔温度、唾液和呼吸气流的作用，具有动态变化和浓度较低的特点，采用常规的检测技术难以实时采集和分析。因此，我们需要找到一种可以在线连续检测口腔或鼻腔中风味物质释放的变化过程的技术，并与动感感官技术结合进行综合分析，从而更加系统的剖析白酒消费过程中的风味感知。

1.2 酒精饮料的鼻后香气是酒精饮料消费过程风味感知的基本途径

香气可通过前鼻和鼻后两种方式感知。前鼻香气感知是香气物质通过外鼻进入鼻腔进行感知，而鼻后香气感知是食品经过口腔加工后的挥发性组分经喉咙到达鼻腔嗅觉受体细胞的风味感知。鼻后和前鼻的风味感知本质相同（激活鼻腔内的受体细胞），但感知方式的差异可以使它们的感知结果也有较大差异。鼻后香气感知与风味物质如何从食品基质释放至口腔环境密切相关。风味物质在口腔中的释放是一个动态过程，唾液的pH值、酶活力、咀嚼方式、口腔温度等条件都会影响风味物质的鼻后感知结果。由于酒精饮料的消费体验主要是在饮酒的过程中实现，口腔感知的香气很大程度上影响了消费者对饮料酒产品的风味感知。因此国际饮料酒风味化学研究目前正从对前鼻风味的感知研究逐步走向对鼻后风味感知和风味化学的研究，从更深层面揭示饮酒过程的风味体验从而指导高品质产品的酒体设计开发。

为了分析食品中的鼻后风味化合物，科研人员建立了特殊的收集食品中鼻后风味物质的方法。例如，鼻腔顶空（nose space）收集和鼻后风味模拟（retronasal aroma simulator）收集。前者使用nosepiece收集人们在咀嚼食物后从鼻腔中呼出的挥发性物质，然后使用质子转移反应质谱进行分析；后者模拟人的口腔环境，将食品放入模拟的唾液体系中，调整适当的温度和搅拌速度（模拟人们咀嚼）进行反应，然后收集反应后的挥发性物质进行分析。这两种方法都可以有效地富集食品中的鼻后挥发性化合物并鉴定它们的结构。但由于缺少对这些挥发性物质的风味导向筛选，无法确定对食品有重要风味贡献的鼻后风味物质。因此研究鼻后香气，需要开发专门的鼻后香气采集及分析方法，以深入分析鼻后香气在白酒饮用过程中的变化规律。

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主要研究内容

本项目以不同等级清香型汾酒为研究对象，具体研究内容如下：

1）采用静态及动态感官分析方法对白酒杯中前鼻香气的静态感知及饮用过程中鼻后香气的动态感知进行全面评估。使用静态感官QDA对杯中香气特征进行分析；使用动态感官TI分析法对饮用过程中感知到的香气强度进行评估；采用动态TDS方法对不同时间段香气主导属性进行评估。

2）在白酒饮用过程中，口腔香气化合物释放是动态变化的，并且口腔生理环境复杂，因此口腔内香气化合物的检测较体外更为困难。首先开发并优化白酒鼻后香气的Intra-oral SPME结合GC-TOFMS分析方法，并在此基础上解析白酒饮用过程中鼻后关键香气物质，进一步研究白酒在口腔饮用过程中关键香气物质的释放规律；

3）将GC×GC-TOFMS、GC-O获得的前鼻香气物质特征及QDA获得的感官特征，结合饮用过程中口腔香气动态释放特征及动态感官特征，构建全面系统的清香型白酒风味品质表征体系。

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研究成果

1. 基于静态及动态感官分析的不同等级清香型白酒香气感官特征研究

1.1 前鼻香气定量描述性分析

1.1.1 感官数据有效性检验

利用R语言对品评小组的感官结果进行方差分析，以评估感官数据的可靠性和有效性[24]。其结果如图1所示，图中灰色的数据表示具有显著性（p＜0.05）。样品在不同属性上均具有显著差异，说明样品间的差异可以被品评员很好的感知到。品评员、样品×品评员中除了粮香和清香具有显著性外，其他均不具有显著性，说明品评员在评估时所使用的标尺较为一致，且不同品评员间的感知也具有较好的一致性。重复、样品×重复和品评员×重复之间没有显著性，说明感官数据的重复性很好。综上所述，定量描述分析的感官数据可靠，具有有效性。

图1 R语言检验感官数据的有效性

1.1.2 不同等级汾酒感官特征及差异

雷达图结果显示（图2-a），4款不同等级汾酒在所有感官属性上均具有显著差异，汾20和汾30的香气轮廓更为相似。进一步通过PCA分析（图2-b）可以发现，高等级和低等级的汾酒差异明显，分别位于坐标轴的两侧，汾00和汾10主要表现为糟香、酸香、粮香和曲香等香气特征，而高等级的汾20和汾30则主要呈现出愉悦的花果香、甜香、青草香和陈香等香气特征。

图2 不同等级清香型白酒感官分析（不同等级清香型白酒香气轮廓图）

▲感官结果PCA分析

1.2 前鼻香气Napping®感官分析结果

Napping®是一种快速感官分析方法，最早应用于葡萄酒的感官分析中，目前其还未在白酒的感官分析领域得到应用。本实验主要分析了不同等级汾酒前鼻香气的差异，将Napping®的感官数据统计整理后，采用R语言的MFA算法，对数据进行分析处理，分别生成了评价小组对不同等级汾酒的聚类特征图和香气特征相关性图（图3）。从聚类特征图中可以看出，不同等级汾酒间具有显著差异，且汾00与其他3款不同等级的汾酒间存在极其显著的差异，其单独聚在了坐标轴的一侧。香气特征相关性图显示低等级的汾00主要呈现酸香，糟香和粮香的香气特征，汾10主要呈现出醇香的香气特征。而高等级的汾20和汾30则更多表现出愉悦的花香，果香，清香和陈香。

图3 不同等级汾酒Napping®结合 UFP 的普氏向量分析（a. 聚类特征；b. 香气特征相关性图）

1.3 鼻后香气TDS动态感官分析

白酒饮用过程中的风味感知同样是一个动态的过程，每一个时刻可感知到的风味特征都是不同的，对于同一个属性，其在不同的时间点感知到的强度也会产生差异。因此，需要相应的动态感官分析方法来解析饮用过程中风味感知的变化。动态感官方法包括固定时间点及连续时间点两类，其中连续时间方法包括Time-Intensity (TI)和Temporal Dominance of Sensation (TDS)。

TDS曲线（图4）显示了不同等级清香型白酒吐酒鼻后香气优势率随时间的演变。不同样品的主要鼻后香气特征数量不同。汾00的TDS曲线表明，粮香、醇香、果香和焦香被认为是主要的鼻后香气属性。在汾10中，醇香是第一主导香气，其次是酸香、果香、青草香和果香。汾20具有7种主要的鼻后香气特征，这是最多的。它们是醇香、粮香、果香（出现两次）、花香、焦香、青草和陈香。汾30的主要鼻后香气属性是醇香，酸香，果香，焦香，青草香和陈香。此外，低等级酒中（汾00和汾10）的鼻后香气持续时间短。然而，高等级酒中（汾20和汾30）的鼻后香气的感知时间长且丰富。这可能与它们基酒的陈酿时间有关。汾00粮香和焦香主导时间最长，而汾30的酸香、果香、青草香和陈香的主导时间最长。TDS参数包括DR max（最大优势率）、T-max（DR max的时间）和T-90%max（优势率的时间间隔≥ 90%的DR max）有效地区分了4种汾酒。PCA得分图（图5）突出了F20和F30的相似性。汾00中果香、粮香和焦香的最大优势率较高，而汾20和汾30中。青草香、花香和陈香的最大优势率较高。

图4 不同等级清香型白酒的TDS曲线

图5 TDS参数的PCA分析

1.4 鼻后香气TI动态感官分析

TDS更关注样品在饮用过程中主导率的变化，而TI则关注强度随时间的演变。TI曲线（图6）显示了不同等级汾酒鼻后香气属性随时间的强度变化。TI曲线中强度峰值出现的时间与TDS曲线中主导率峰值出现的时间几乎一致，说明香气的强度还是会在一定程度上影响品评员对于主导属性的选择。TI曲线的轮廓与TDS相似，但它提供了更加详细的强度差异特征。在除汾00外的其他样品中，醇香的香气强度是所有属性中最强的。汾00的焦香强度最强。醇香、粮香和酸香的强度峰值出现得更早，可能是因为具有这些香气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，青草香和陈香的强度峰值出现的时间较晚，可能是因为与这些香气相关的化合物挥发性较小，也可能是前期其他的香气掩盖了这些香气的感知。

图6 四款不同等级汾酒TI曲线

图7 TI曲线参数

在TI参数（图7）中，所有属性的I_max（强度的最大值）和Area（曲线下面积）在不同等级汾酒中显著不同。这两个参数的PCA分析表明汾20和汾30的鼻后香气感知较为相似，结果与TDS一致。从PCA图（图8）中可以看出，汾00具有在粮香和焦香具有最强的I_max和最大的Area；汾10具有最强的醇香I_max和最大的Area。汾20和汾30的果香、花香、酸香、青草香和陈香的强度较高，Area较大。这表明汾00更多地表现出粮香和焦香的鼻后香气属性，汾10更多地被描述为醇香。高等级汾酒（汾20和汾30）更有果香、花香、酸香、青草香和陈香的感知，能够感知到的属性更加丰富，且强度较强。

图8 基于四个样品TI曲线参数的PCA评分图

2. 不同等级清香型白酒香气组成特征研究

2.1 不同等级清香型白酒香气组分分析

首先通过GC×GC-TOFMS分析构建了不同等级汾酒中挥发性化合物谱库。所有的物质种类中，酯类物质是数量最多的一类化合物，其次是醇类、醛类、酮类和萜烯类，与先前对于清香型白酒的研究结果相一致。此外，我们知道并不是所有的挥发性化合物都具有香气特征，而风味的研究则更关注具有香气特征的挥发性化合物。因此对于已经定性的数据，又进一步通过Flavornet Home (http://www.flavornet.org)和Flavor DB (https://cosylab.iiitd.edu.in/flavordb/)两个香气数据库进行筛选，最终锁定了192种具有香气特征的挥发性化合物。对筛选出的香气化合物进行相对浓度的计算（图9），在所有的物质种类中，酯类物质的相对浓度最高，其次是醇类、酸类和醛类。此外，样品等级越高，酸类化合物、内酯类化合物以及芳香族化合物的相对含量越高。

图9 不同等级清香型白酒香气化合物相对浓度对比

2.2 LLE结合GC-O-MS定性不同等级汾酒中的香气活性化合物

采用LLE结合GC-O-MS分析，同时基于上一部分构建的数据库，最终在四款不同等级汾酒中共鉴定出了88种香气活性化合物。其中包括之前从未报道过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）-呋喃酮这6种香气活性化合物，但是这几种香气化合物的Osme值都很低，可能对清香型白酒的整体香气贡献较小。相比之下，汾30中的香气活性化合物数量最多，而汾00的最少。图10比较了这些香气化合物的Osme值，结果表明，大多数香气活性化合物在汾30中呈现出最高的香气强度，而在汾00中呈现出最低的香气强度。可以发现，高等级汾酒含有更多的香气活性化合物，并且具有更高的香气强度，这与在其它香型不同等级白酒的研究中得出的结论较为一致。

低等级汾酒样品（汾00和汾10）中只有少数化合物的Osme值大于4（汾00中没有，汾10中有2个）。然而在汾30中，有8种香气化合物被认为是对样品总体香气有重要贡献，因为它们的香气强度较高，均大于4，它们分别是乙酸异戊酯（果味）、异戊醇（麦芽香）、己酸乙酯（果香）、辛酸乙酯（果香）、苯乙酸乙酯（玫瑰）、β-大马士酮（蜂蜜）和3-苯丙酸乙酯（花香）。此外，在这四个样品中，乙酸乙酯（菠萝）、异丁醇（麦芽）、乙酸异戊酯（果香）、异戊醇（麦芽），己酸乙酯（果香），二甲基三硫（卷心菜），四甲基吡嗪（坚果），苯乙酸乙酯（玫瑰），乙酸苯乙酯（花香），β-大马士酮（蜂蜜）的香气强度均超过3。

图10 四款不同等级汾酒中的香气活性化合物的Osme值比较

2.3 重要香气化合物的定量及OAV分析

对70种香气活性化合物构建标准曲线进行了定量，结合气味阈值计算香气活性化合物的OAVs。在四个不同等级的汾酒样品中，有28种香气化合物的OAVs同时大于1，表明这些化合物可能对于汾酒的特征香气具有贡献。在所有样品中最重要的香气化合物是异戊醛、β-大马士酮和辛酸乙酯（OAVs ＞ 100）。二甲基三硫、己酸乙酯、乙酸乙酯、乙酸异戊酯、1,1-二乙氧基乙烷、丁酸乙酯、己醛、异丁酸乙酯、异戊酸乙酯、乳酸乙酯和戊酸乙酯的OAVs也较高（＞ 10）。1-辛烯-3-醇、2-甲基丁酸乙酯、异丁醇、丁酸、乙酸、戊酸、1-丙醇、正丁醇、愈创木酚、苯乙醛、β-紫罗兰酮、己酸、异戊酸、异戊醇也是汾酒香气的贡献者（OAVs ＞ 1）。壬醛和月桂酸乙酯的OAVs仅在汾30中大于1。

2.4 潜在香气化合物质量标记的预测

为了预测潜在的质量标记物，通过PLSR分析了四个不同等级汾酒样品的前鼻香气属性（Y变量，n = 11）与OAVs ＞ 1的香气化合物（X变量，n = 28）之间的关联。图11显示了四款不同等级汾酒中香气活性化合物和前鼻香气属性间的相关负荷图。维度1解释了53.9%的预测变量（香气活性化合物的浓度）和86.2%的响应方差（前鼻香气属性的强度），而维度2解释了83.0%的预测变量和96.8%的响应方差。大多数香气属性和香气活性化合物与维度1相关，并对汾20和汾30的香气有积极贡献。PLSR模型表明，大多数酯，如己酸乙酯、2-甲基丁酸乙酯、异戊酸乙酯，丁酸乙酯和乙酸异戊酯与甜香、花香、果香和青草香相关，而异丁醇、异戊醇和正丁醇与甜香相关。乙酸被认为是果香和花香感知的积极贡献者，青草香与己酸密切相关。在这28种OAVs ＞ 1的香气活性化合物中，有15种化合物的VIP值 ＞ 1，包括乙酸异戊酯、正丁醇、己酸乙酯、辛酸乙酯、丁酸乙酯、乙酸、异戊醇、己酸、苯乙醛、异丁酸乙酯、1-辛烯-3-醇、2-甲基丁酸乙酯、异戊酸、异戊酸乙酯，异丁醇，被认为是导致四款不同等级汾酒香气差异的潜在化合物。然而，仍需要大量的样品和重组缺失实验来确定导致汾酒不同质量等级的质量标记物。

a

b

图11 a. 四款不同等级汾酒（Obs）中OAVs>1的香气活性化合物（X）与前鼻香气属性（Y）之间的相关负荷图。b. 28种OAVs>1的香气活性化合物的VIP值

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成果表达

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.

李环环，高晓娟，石潇璇，陈双，徐岩，唐柯*. 基于全二维气相色谱-飞行时间质谱及感官分析的不同等级汾酒香气特征研究. 食品与发酵工业, 2023, 49(7): 275-281.

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行业效益与人才培养

目前培养在读硕士2名。

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下一步研究计划

开展口腔中原位香气提取及动态分析，解析白酒饮用过程中香气动态释放变化规律。