关于黄酒发酵过程中挥发性风味物质的研究报告

这项研究题为”GC-MS Coupled with Rate-All-That-Apply (RATA) to Analyse the Volatile Flavor Substances of Yellow Wine During Fermentation”，由作者Di Xia、Xu Tan、Li Wang、Zongjun Li、Aixiang Hou、Yan Zhu、Ling Lai和Yuanliang Wang完成，研究机构是Hunan Agricultural University、Tianjin Institute of Industrial Biotechnology (Chinese Academy of Sciences)和Hunan Province Key Laboratory of Food Science and Biotechnology。该研究发表于《Foods》期刊，发布时间为2023年5月15日。

学术背景

黄酒（Huangjiu），作为一种传统的中国酒类，已有超过2500年的历史，并拥有广泛的国内市场。黄酒因其独特的风味和功能性成分而闻名，其中包括能够调节肠道菌群、缓解炎症以及改善记忆的多酚、γ-氨基丁酸（GABA）和功能性肽。这些成分为黄酒在膳食补充剂和药用领域的应用提供了可能性。

风味是影响消费者接受度和偏好的关键因素。因此，对黄酒的挥发性风味物质进行深入研究尤为重要。然而，以往许多研究主要基于仪器分析，而忽略了感官分析在风味研究中的重要性。本研究旨在结合仪器分析（如GC-MS）和基于消费者感官描述的定量方法（如RATA），全面分析黄酒在不同发酵阶段的风味变化及其关键挥发性物质。

研究流程

1. 发酵样品制备

研究按照特定的工艺进行黄酒的发酵过程。从长沙获取的糯米作为原料，发酵剂由Magujing酿酒公司提供，所有样品均在每个特定阶段（F0到F4）取样：

• F0：加入酒曲后；
• F1：发酵24小时后；
• F2：倒缸并发酵3日后；
• F3：发酵5天时；
• F4：发酵7天后过滤取样。

每个阶段采集的样品经过密封存储，以备后续分析。

2. 挥发性化合物注释

研究使用固相微萃取（SPME）结合气相色谱-质谱联用技术（GC-MS）来分析发酵过程中挥发性化合物的变化。采用以下操作步骤：

1. 在20 mL萃取瓶中加入6 mL样品，加入氯化钠，搅拌提取挥发性成分；
2. 在GC-MS中分析提取样品，通过数据库(NIST20.l)对比，筛选匹配率高于80%的化合物；
3. 提取36种风味化合物，计算其相对含量。

研究进一步应用相对嗅觉活性值（ROAV）来评估每种挥发性物质对整体风味的贡献。ROAV大于1的化合物被认为对风味有显著作用。

3. 感官评价 (RATA)

组建40人消费者小组，参与RATA感官测试。每个消费者基于训练后使用所提供的感官术语表（如“柠檬”“香蕉”“甜”）对特定样品进行评分，描述黄酒在不同发酵阶段的嗅觉和味觉特征。设计采用拉丁方随机排列，尽量减少测试顺序与体验疲劳对感官评价的影响。

4. 数据统计及分析

研究采用SPSS进行方差分析（ANOVA），并结合主成分分析（PCA）、正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）和对应分析（CA）对数据进行可视化和解读，揭示样品间的差异以及挥发性化合物与感官属性间的相关性。

主要研究结果

1. 挥发性化合物的变化
   研究中共检测到36种挥发性化合物，分为7类：酯类（13种）、醇类（8种）、醛类（4种）、酸类、酚类、酮类以及其他物质（如烷烃或氮化合物）。

   • 醛类在发酵开始时占比较高（36.8%），其含量随发酵逐渐减少，推测因转化为醇类或与醇生成缩醛。
     
   • 酯类在F2和F3阶段增多，但在F4阶段因过滤而骤减。研究表明，酯类较醇类更不稳定，易随着酒糟流失，影响最终风味。
     
   • 醋酸是检测到的唯一酸类成分，其在F3开始生成，在F4阶段显著增加（占比24.46%）。

2. 关键化合物筛选
   利用OPLS-DA模型筛选出13种关键挥发性化合物，包括：nonanal、decanal、1-hexanol、phenylethyl alcohol等。其中，phenylethyl alcohol和醋酸已被证实为黄酒的重要香气成分。此外，研究首次在黄酒中检测到[R,R]-2,3-butanediol和1-phenylethanol两种极少报道的醇类物质。

3. 感官特征分析
   研究发现，各阶段样品的感官描述差异显著。

   • F2样品具备显著的“花香”“甜味”和“蜂蜜”特征；
   • F3以“果香”“辛辣”闻名；
   • F4则以“酒香”“苹果酸味”代表。

4. 感官与挥发性物质的相关性

   • nonanal和decanal分别与“青草香”“柠檬香”和“橘皮香”正相关，与“葡萄香”负相关；
     
   • 酯类物质（如ethyl hexadecanoic）与“奶油香”“菠萝香”密切相关；
     
   • 醇类物质（如phenylethyl alcohol）主要提供“花香”和“果味”。

研究结论及意义

研究揭示了黄酒发酵过程中挥发性风味物质的动态变化，并通过RATA结合挥发性分析对不同阶段的感官特征进行了详细的表征。结果确认以下结论： 1. 醛类物质是发酵初期主要的挥发性化合物，而酯类和醇类则逐渐成为决定风味的关键； 2. RATA方法进一步证明了不同挥发性物质与关键感官描述间的强相关性。

科学意义： 研究对传统黄酒风味形成过程的化学机理提供了新的洞察，为提升黄酒品质及优化发酵工艺提供了可行依据。

应用价值： 研究为食品工业（尤其是黄酒发酵产业）开发更高品质和具有目标风味特征的产品提供了重要参考。此外，RATA作为一种高效感官评价方法，在未来食品风味研究中的应用潜力巨大。

研究亮点

1. 技术创新
   该研究首次将RATA方法应用于黄酒风味研究，并与GC-MS联用，提供了综合的风味解析方案。

2. 新发现
   研究发现了[R,R]-2,3-butanediol和1-phenylethanol两种之前未见报道的关键物质，并展示了它们对风味显著影响的可能性。

3. 实际指导意义
   通过对过滤过程对酯类损失的影响提出了工艺优化建议，为实际生产提供了切实可行的指导。

展望

未来研究可聚焦于以下几个方向： 1. 不同类型粮食对黄酒挥发性物质及风味形成的影响； 2. 挥发性物质间的协同效应如何改变感官特征； 3. 发掘其他潜在的分析方法以进一步提高风味研究的精确性。

研究的综合分析将有助于进一步完善黄酒及其他传统发酵食品风味研究的领域，为传统产业的创新发展注入新动力。