中國(guó)白酒風(fēng)味組學(xué)研究進(jìn)展

孫優(yōu)蘭，鐘方達(dá)，韋露露，程平言，尤小龍，張 健，黃永光

(1.貴州茅臺(tái)酒廠（集團(tuán)）習(xí)酒有限責(zé)任公司，貴州遵義 564622；2.貴州大學(xué)釀酒與食品工程學(xué)院，貴州省發(fā)酵工程與生物制藥重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴州貴陽 550025)

白酒是我國(guó)特有的酒種，其發(fā)展歷史悠久，文化傳承經(jīng)典，在中國(guó)酒類發(fā)展版圖中占據(jù)著重要的地位[1-2]。白酒主要以高粱等谷物為原料，各種酒曲為糖化發(fā)酵劑，經(jīng)固態(tài)發(fā)酵、固態(tài)蒸餾及貯存勾兌，最終獲得以乙醇為主體，并富含上千種微量成分的酒精飲料產(chǎn)品[3]。據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，2019年全國(guó)規(guī)模以上企業(yè)完成白酒產(chǎn)量達(dá)887萬千升，累計(jì)實(shí)現(xiàn)銷售收入達(dá)5896.54億元，利潤(rùn)總額達(dá)1526億元。由此可見，白酒產(chǎn)業(yè)在中國(guó)民生產(chǎn)業(yè)中做出了巨大的貢獻(xiàn)，同時(shí)也為國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了極大的推動(dòng)作用。

中國(guó)白酒屬地域性資源產(chǎn)業(yè)，不同產(chǎn)區(qū)、不同廠家所釀造的酒體呈現(xiàn)出不同的風(fēng)格特征。近年，研究者們一直致力于白酒特征風(fēng)味的研究，旨在挖掘白酒中的主體和關(guān)鍵風(fēng)味物質(zhì)。白酒風(fēng)格特征的形成主要與酒體中約2%的微量成分相關(guān)聯(lián)，且目前在白酒中已經(jīng)檢測(cè)出2400多種風(fēng)味化合物[4]，而大部分風(fēng)味成分的風(fēng)味貢獻(xiàn)和影響機(jī)制尚不清楚。近幾年，風(fēng)味組學(xué)技術(shù)在各行業(yè)研究中得到飛速發(fā)展，加之分析儀器和研究手段的不斷更新、深入，風(fēng)味組學(xué)作為主要研究策略在白酒特征風(fēng)味解析中應(yīng)用越來越廣泛，且風(fēng)味組學(xué)已經(jīng)成為未來白酒風(fēng)味化學(xué)研究的重要手段。

鑒于此，本文對(duì)近年來聯(lián)用色譜技術(shù)在白酒成分分析中的應(yīng)用進(jìn)行了客觀總結(jié)，對(duì)風(fēng)味組學(xué)技術(shù)在白酒特征風(fēng)味成分分析中的應(yīng)用進(jìn)行了深入探討，并對(duì)白酒成分的研究手段進(jìn)行了展望，以期為白酒風(fēng)味研究技術(shù)的提升和白酒風(fēng)味品質(zhì)的改善提供新的思路和理論參考。同時(shí)，在未來的研究發(fā)展中，還可以建立白酒特征風(fēng)味組學(xué)應(yīng)用體系，加強(qiáng)對(duì)中國(guó)白酒風(fēng)味的科學(xué)認(rèn)識(shí)，助力白酒風(fēng)味成分挖掘及特征風(fēng)味解析。

1 白酒風(fēng)味分析現(xiàn)狀

風(fēng)味特征是白酒品質(zhì)的重要組成部分，是香氣、口感、風(fēng)格和品質(zhì)的關(guān)鍵[5-6]。隨著人們對(duì)白酒品質(zhì)及健康要求的提高，研究逐漸擴(kuò)大，目前主要集中在白酒風(fēng)味、白酒質(zhì)量、白酒安全等領(lǐng)域。白酒由于其生產(chǎn)原料復(fù)雜，工藝特殊，多菌種開放式發(fā)酵，導(dǎo)致其風(fēng)味成分復(fù)雜，存在眾多微量成分，雖然這些成分的含量較低，但它們對(duì)白酒的香味具有重要的影響作用。經(jīng)過全國(guó)各地科研工作者的努力，使得不同香型白酒特征風(fēng)味物質(zhì)上的研究也有長(zhǎng)足的進(jìn)展。白酒中特征風(fēng)味的研究主要包括揮發(fā)性和非揮發(fā)性風(fēng)味化合物，對(duì)近年來該研究的熱點(diǎn)、方向以及深入程度進(jìn)行了代表性總結(jié)，如表1所示。主要包括對(duì)不同香型白酒中特征風(fēng)味化合物、風(fēng)味化合物之間的相互作用、風(fēng)味成分的拓展以及酒體異嗅味化合物的研究等。此外，不難發(fā)現(xiàn)，分析儀器的革新和研究手段的深入對(duì)中國(guó)白酒的風(fēng)味化合物的剖析有重要推進(jìn)作用。其中濃香型和清香型白酒已經(jīng)能夠確定主體特征風(fēng)味物質(zhì)的種類及含量范圍，其他香型由于口感豐富、風(fēng)味物質(zhì)復(fù)雜多樣，雖然經(jīng)過大量的研究分析，對(duì)其中的特征風(fēng)味物質(zhì)還沒有完全了解。

表1 近年白酒風(fēng)味成分研究進(jìn)展

揮發(fā)性成分是白酒獨(dú)特香氣特征的物質(zhì)基礎(chǔ)，而非揮發(fā)性成分對(duì)整體香氣特征有重要影響，影響揮發(fā)性化合物的釋放，并與揮發(fā)性化合物相互作用影響白酒的風(fēng)味。截至2020年，已報(bào)道白酒中微量成分2400種，其中包括酯類、醇類、酸類、內(nèi)酯類、醛類、酮類、縮醛類、含硫化合物、含氮化合物、雜環(huán)化合物、芳香族化合物、烴類、萜烯類及其他類等60種[13-14]。通過總結(jié)發(fā)現(xiàn)，目前，白酒風(fēng)味化學(xué)分析不再局限于關(guān)鍵風(fēng)味成分的探索，而是已經(jīng)逐漸向帶有異嗅味特征的風(fēng)味化合物進(jìn)行深入研究，這足以說明白酒品質(zhì)的提升日趨重要。同時(shí)，健康白酒是白酒制造業(yè)的發(fā)展方向，因此有必要研究白酒中的各種功能因子，如活性肽等，這將有助于我們正確并科學(xué)地認(rèn)識(shí)白酒，有利于消除白酒消費(fèi)者的誤解。

2 白酒風(fēng)味化學(xué)的研究方法

白酒中所有物質(zhì)的含量、化學(xué)性質(zhì)、極性、沸點(diǎn)、溶解度和揮發(fā)性相差甚遠(yuǎn)，導(dǎo)致沒有固定的預(yù)處理方法來同時(shí)分析所有物質(zhì)。因此，直接進(jìn)樣（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)、攪拌棒吸附萃取(SBSE)、攪拌吸附、超臨界二氧化碳萃取等[15]方法被廣泛用于白酒成分的研究，對(duì)幾種常用前處理方式進(jìn)行了比較和總結(jié)，如表2所示。

表2 常見白酒風(fēng)味研究前處理方法的比較與總結(jié)

此外，聯(lián)用色譜技術(shù)在白酒分離、定性和定量分析中的應(yīng)用，可以克服傳統(tǒng)色譜檢測(cè)器定性數(shù)據(jù)的缺點(diǎn)，簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)操作，縮短分析時(shí)間。氣相色譜法是白酒風(fēng)味化學(xué)研究中常用的檢測(cè)分析手段，可與之相結(jié)合的檢測(cè)技術(shù)眾多，其中有廣譜性檢測(cè)技術(shù)如氫火焰離子檢測(cè)器（FID）、質(zhì)譜（MS）、飛行時(shí)間質(zhì)譜（TOFMS）以及電子捕獲檢測(cè)器（ECD）等和有針對(duì)性的檢測(cè)技術(shù)如氮磷檢測(cè)（NPD）、脈沖式火焰光度檢測(cè)器（PFPD）、高效液相色譜-核磁共振(HPLC-NMR)和色譜-紅外光譜[15]。相比之下，MS在對(duì)未知化合物的鑒別方面有著不可比擬的優(yōu)勢(shì)，擁有較好的專屬性和較低的檢測(cè)限，同時(shí)對(duì)樣品量需求較少，分離能力較強(qiáng)，在白酒微量成分研究中應(yīng)用最廣。近年來，隨著各種色譜串聯(lián)技術(shù)的發(fā)展，GC-MS和LC-MS聯(lián)用技術(shù)在白酒風(fēng)味研究中的應(yīng)用也愈加廣泛。針對(duì)于白酒中的揮發(fā)性物質(zhì)如酸類、酯類、醛酮類等化合物通常采用GC-MS聯(lián)用技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)分析，相反，對(duì)于揮發(fā)性較低的化合物如大分子有機(jī)酸、氨基酸、糖醇、糖苷類化合物的檢測(cè)分析，通常采用LC-MS聯(lián)用技術(shù)，該技術(shù)在分離過程均處于低溫環(huán)境，因此也適用于熱敏性化合物的檢測(cè)分析。

近年來，相關(guān)研究者一直致力于白酒風(fēng)味化學(xué)的研究，且隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和分析儀器的不斷進(jìn)步更新，加之研究者們對(duì)白酒風(fēng)味化學(xué)物質(zhì)檢測(cè)方法的不斷改進(jìn)，白酒風(fēng)味化學(xué)的研究開始逐漸系統(tǒng)化，越來越多的重要風(fēng)味化合物逐漸被發(fā)現(xiàn)。同時(shí)，應(yīng)用現(xiàn)代儀器分析與感官分析相結(jié)合的現(xiàn)代風(fēng)味化學(xué)研究學(xué)術(shù)思想建立了基于風(fēng)味導(dǎo)向技術(shù)的中國(guó)白酒風(fēng)味物質(zhì)研究技術(shù)方法體系，如圖1[3，23]，該體系是目前白酒風(fēng)味化學(xué)的主要研究方法。

圖1 白酒風(fēng)味化學(xué)研究技術(shù)路線

3 風(fēng)味組學(xué)及其在白酒特征風(fēng)味研究中的應(yīng)用

3.1 風(fēng)味組學(xué)研究方法

風(fēng)味組學(xué)（Flavoromics）由美國(guó)明尼蘇達(dá)大學(xué)Gary A.Reineccius教授于2008年首次提出[24]，是繼基因組學(xué)、蛋白組學(xué)、感官組學(xué)及代謝組學(xué)后又一分支研究領(lǐng)域，是系統(tǒng)風(fēng)味研究的重要組成部分[25]，其非靶向的學(xué)術(shù)思路是通過代謝組學(xué)策略盡可能的收集更多的化學(xué)信息，再結(jié)合多種化學(xué)計(jì)量學(xué)技術(shù)和手段將樣品中的化學(xué)成分與感官相聯(lián)系，從而挖掘、鑒定或預(yù)測(cè)影響風(fēng)味感知的關(guān)鍵風(fēng)味化合物，因此，風(fēng)味組學(xué)也被稱為“風(fēng)味代謝組學(xué)”[26]。風(fēng)味組學(xué)雖源于代謝組學(xué)，但又異于代謝組學(xué)，代謝組學(xué)主要是運(yùn)用靶向和非靶向技術(shù)鑒定所有小分子代謝物，而風(fēng)味組學(xué)主要是鑒定與風(fēng)味相關(guān)的代謝組分，是在代謝組學(xué)的基礎(chǔ)上對(duì)風(fēng)味相關(guān)物質(zhì)進(jìn)行針對(duì)性及綜合性的分析[27]。該核心思想是在分子水平上對(duì)影響人體感官感受的關(guān)鍵化合物進(jìn)行定性和定量，探究其相互作用的機(jī)制，其技術(shù)在于高選擇性、高通量和高靈敏度分析方法的廣泛應(yīng)用[28]，如氣相-質(zhì)譜聯(lián)用（GC-MS）和氣相色譜-嗅聞聯(lián)用（GC-O）技術(shù)，可分別用于檢測(cè)白酒揮發(fā)性化合物和鑒定香氣活性化合物。液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜（LC-MS）、反相液相色譜（RP-HPLC）、核磁共振（NMR）及高效液相色譜（HPLC）等技術(shù)可用于檢測(cè)難揮發(fā)性化合物和鑒定滋味化合物，實(shí)現(xiàn)感官技術(shù)與分析儀器的有機(jī)結(jié)合，進(jìn)一步揭示了各類白酒的特征風(fēng)味成分，極大地促進(jìn)了風(fēng)味組學(xué)研究的發(fā)展。

3.2 風(fēng)味組學(xué)在白酒風(fēng)味研究中的應(yīng)用

在風(fēng)味組學(xué)中，GC-MS與GC-O聯(lián)用技術(shù)在酒中風(fēng)味化合物研究方面已屬常見手段，不僅涉及白酒、葡萄酒、清酒、啤酒及黃酒等各類酒，且可涉及到釀酒工藝的各個(gè)環(huán)節(jié)，它使酒類風(fēng)味化學(xué)的理論更加深入和完善。吳幼茹等[29]聯(lián)合采用SPME和GC-O-MS對(duì)5種白酒釀酒原料中的蒸煮香氣成分進(jìn)行了定性定量，通過嗅聞到的化合物分別均在10種以上；易封萍等[30]通過GC-MS、GC-FPD及GC-O對(duì)3種醬香型習(xí)酒進(jìn)行研究，分別鑒定出96種、93種、95種香氣成分，將GC-O聞香儀與香氣活力值有機(jī)結(jié)合，發(fā)現(xiàn)了己酸乙酯、丁酸乙酯、辛酸乙酯、3-甲基丁酸乙酯等物質(zhì)對(duì)醬香型習(xí)酒具有重要的特征風(fēng)味貢獻(xiàn)；孫細(xì)珍等[31]采用液液萃取和頂空固相微萃取結(jié)合GC-O-MS技術(shù)對(duì)小曲清香型白酒進(jìn)行醛異嗅成分研究，發(fā)現(xiàn)了乙縮醛、乙醛、正丙醇等醛異味特征性化合物；劉明[32]采用風(fēng)味化學(xué)及多元統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)對(duì)白酒中的關(guān)鍵風(fēng)味化合物進(jìn)行篩選，并計(jì)算提取了白酒中40種主要代表香氣成分，并證實(shí)了香氣特征是多種化合物相互作用的結(jié)果；Niu等[33]采用液液萃取和頂空固相微萃取提取了茅臺(tái)酒中的酯類香氣化合物，并通過GC-O和GC-MS進(jìn)行鑒定和定量，其Feller加和模型和OAV分析顯示，不同濃度的異丁酸乙酯和異戊酸乙酯對(duì)混合樣品有加強(qiáng)或協(xié)同氣味的作用，特別是隨著異丁酸乙酯濃度的增加，相互作用程度有增加的趨勢(shì)。同時(shí)，該團(tuán)隊(duì)[33]利用GC-O和GC-MS對(duì)3種郎酒(紅花郎10，珍品郎和郎牌郎酒)的揮發(fā)性成分進(jìn)行了研究，并且深入探討了5種酯類化合物的知覺相互作用。

由此可見，風(fēng)味組學(xué)技術(shù)在白酒風(fēng)味化學(xué)研究中的應(yīng)用已經(jīng)越來越廣泛，尤其是對(duì)酒體中的特征風(fēng)味成分，且隨著各項(xiàng)研究技術(shù)的成熟，目前形成了一套系統(tǒng)而全面的分析和處理方式，極大促進(jìn)了酒行業(yè)品質(zhì)質(zhì)量和安全監(jiān)控的規(guī)范化。但由于酒體中的風(fēng)味成分?jǐn)?shù)量繁多，很多酒體的主體特征香氣香味成分尚未明確，且風(fēng)味化合物隨工藝、環(huán)境及時(shí)間等因素的改變呈現(xiàn)穩(wěn)定性較差的特點(diǎn)，因此，通過各種現(xiàn)代儀器檢測(cè)手段結(jié)合，將風(fēng)味組學(xué)技術(shù)結(jié)合感官組學(xué)、代謝組學(xué)等技術(shù)應(yīng)用于白酒特征性風(fēng)味化合物研究中，是白酒風(fēng)味化學(xué)發(fā)展的又一方向。

4 展望

經(jīng)過多年的探索，白酒風(fēng)味化合物的研究已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展，白酒行業(yè)分析檢測(cè)也逐漸有了新的發(fā)展趨勢(shì)，其中酒體品質(zhì)提升及其安全控制是目前檢測(cè)分析中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。新儀器、新技術(shù)、新方法和新思路的應(yīng)用都已經(jīng)成為白酒分析檢測(cè)領(lǐng)域的潮流，白酒與健康的關(guān)系研究也有賴于分析檢測(cè)技術(shù)的進(jìn)步而得到發(fā)展。同時(shí)，在行業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)上也對(duì)白酒分析檢測(cè)領(lǐng)域提出了新的思考，即該領(lǐng)域的服務(wù)對(duì)象問題、發(fā)展方向問題以及新的歷史使命等問題。此外，在白酒風(fēng)味研究中，由于檢測(cè)到的物質(zhì)數(shù)據(jù)龐大，很難通過一般的數(shù)據(jù)分析明晰某些成分對(duì)白酒呈香呈味的作用，風(fēng)味組學(xué)的相關(guān)研究還需要與各類人群的口感香氣偏好對(duì)接，明確消費(fèi)者喜愛的風(fēng)味品質(zhì)相關(guān)聯(lián)的香味成分，去除有害不利的異嗅成分，提高產(chǎn)品健康、綠色的整體品質(zhì)，才能滿足更多消費(fèi)者的需求，達(dá)到提升企業(yè)美譽(yù)度和經(jīng)濟(jì)效益的目的。同時(shí)，傳統(tǒng)的研究方法對(duì)白酒中呈香呈味物質(zhì)的研究?jī)H關(guān)心單個(gè)成分及其影響因子，忽略了它們之間的相互作用，難以全面掌握酒體風(fēng)味的屬性。因此，在未來白酒風(fēng)味研究中將各個(gè)組學(xué)整體性有機(jī)結(jié)合及有效應(yīng)用，才能更全面系統(tǒng)地對(duì)白酒特征風(fēng)味進(jìn)行剖析，從而解決白酒行業(yè)的關(guān)鍵共性難題。