Food Res. Int.：鼻前嗅觉与鼻后嗅觉对比：模拟体系下挥发性物质疏水性及酒体基质对葡萄酒香气释放的调控研究

鼻前嗅觉与鼻后嗅觉对比：模拟体系下挥发性物质疏水性及酒体基质对葡萄酒香气释放的调控研究

期刊：Food Research International（8.8）

发表日期：2019年2月

 

 

研究摘要

 

本研究采用鼻后香气模拟器，分别添加人体唾液与人工唾液模拟鼻后嗅觉、无唾液模拟鼻前嗅觉两种条件，对比两款不同基质白葡萄酒中挥发性香气物质的释放规律。实验采用动态固相微萃取法分离顶空气相中的挥发性组分，结合气相色谱技术完成物质定性与定量分析。相较于鼻前嗅闻环境，鼻后嗅觉条件会改变两款葡萄酒各类香气物质的释放水平，且该变化无法单纯归因于唾液稀释效应。添加唾液后，不同化学类别挥发性物质的相对含量均发生改变，这会对果香（酯类）、氧化香气（呋喃类）、品种特征香气（芳樟醇、葡萄螺烷）带来相应感官影响。回归分析结果表明，唾液对香气释放的作用效果由葡萄酒挥发性组分（浓度、疏水性）与非挥发性组分（残糖）共同决定。针对干型餐酒TW与甜型葡萄酒SW分别建立线性模型，模型拟合度极高（TW: R2 = 0.988; SW: R2 = 0.993），证明两款葡萄酒中香气释放均与辛醇-水分配系数logP相关，且模型斜率会随酒体基质组成发生变化。该结果说明，在人体唾液体系中，疏水性相近香气物质的释放量与葡萄酒初始顶空浓度呈线性关系，且释放过程受酒体基质调控。人工唾液与人体唾液的实验结果存在明显差异，证实葡萄酒鼻后香气释放受唾液全部组分共同作用，除黏蛋白、α-淀粉酶外，其他唾液组分同样参与高疏水性香气的截留，以及部分香气物质的生化代谢过程。

 

 

研究背景

 

挥发性分子激活嗅觉受体产生嗅觉感知，感知通路分为鼻前通路（直接用鼻嗅闻）与鼻后通路（经口腔传导至鼻腔），二者是食品饮品完整感官体验不可或缺的组成部分，因此调控嗅觉感知的内在机理一直是食品风味领域学者与技术人员的重点研究方向。嗅闻与入口品鉴带来的嗅觉感知差异，由物理化学、解剖生理、机械多重因素共同决定，其中唾液起到十分关键的调控作用。

已有大量综述梳理唾液与单宁相互作用、生成涩感的相关研究，但关注唾液会改变葡萄酒嗅觉感知，挥发性物质与唾液的互作相关专项研究数量较少。现有研究达成部分共识，唾液能够显著改变葡萄酒挥发性物质释放，作用强弱由唾液组分（以蛋白质为主）与理化生化指标（总抗氧化能力等）决定。低浓度唾液蛋白即可大幅影响香气释放，唾液酶可水解葡萄酒香气前体。葡萄酒非挥发性基质会调控唾液对香气的作用效果，香气在唾液体系中的挥发特性由自身理化性质决定。尽管已有上述共识，相关研究仍存在结论矛盾之处，亟待更多实验补充验证。

基于现有研究现状，本文旨在进一步解析香气释放内在机制，完善葡萄酒风味感知研究的理论基础。实验选取干型、甜型两类白葡萄酒，对比有无人体/人工唾液条件下全部挥发性组分的释放差异。

 

材料与方法

 

2.1.葡萄酒样品

本研究所用的两款2008年意大利白葡萄酒：干型餐酒TW和甜白葡萄酒SW。

 

 

2.2.人类与人工唾液

人类唾液HS：8名健康非吸烟志愿者混合空腹静息唾液，统一均质冷冻保存，pH=7.6；

人工唾液AS：仅配置无机盐缓冲、牛黏蛋白、猪源α-淀粉酶，无其他唾液蛋白/酶，调至与人体唾液相同pH。

 

2.3.模型口腔系统中香气化合物的释放

 

2.4.高分辨率气相色谱分析（HRGC/MS和HRGC/FID）

 

2.5.挥发性化合物的物理化学性质估计

 

2.6.统计分析

 

3.结果与讨论

 

3.1.挥发性香气物质的释放规律

表1列出了干型餐酒与甜型葡萄酒的基础理化检测数据。和预期一致，残糖是区分二者最显著的指标，甜酒残糖含量为干酒的十倍以上。甜酒的可滴定酸度与酒精度均更低，pH比干酒高出0.6个单位。添加人体唾液后，两款酒体系的pH差值基本保持不变。

为探究鼻前嗅闻、添加人体唾液/人工唾液的鼻后环境对两款葡萄酒挥发性物质释放的影响，本研究对香气定量数据开展主成分分析。图1中样本与变量分别投影在前两个主成分上，二者共解释72.23%的整体数据变异。干酒、甜酒搭配人工唾液的实验组，与对应添加人体唾液的组别存在明显分离，这说明该类风味模拟实验中，人工唾液的检测结果无法代表真实人体唾液，仅含黏蛋白与α-淀粉酶的人工唾液不能复刻完整唾液体系。但人工唾液实验组可通过排除法，辅助推测唾液中其他组分的功能。

变量投影图可直观体现各类挥发性物质与两种葡萄酒的关联程度。第一主成分能够很好区分两款酒的酿造特征，发酵生成的酯类是年轻白葡萄酒的核心果香物质，与干酒样本呈强正相关，而呋喃、羰基化合物、醇类多与氧化反应、特殊发酵工艺相关，集中分布在甜酒对应的负值区间。主成分图可清晰看出三类干酒体系中酯类释放量存在明显区别，从鼻前环境转为鼻后环境时，人体唾液与人工唾液都会改变各类酯的相对占比，只是变化规律存在差异。结合乙基酯具备叠加感官效应的已有结论可知，这种变化会显著改变人体通过两种嗅觉通路感知的果香强弱与风味品质。针对甜酒，甜酒+人体唾液组与乙酸、糠醇、糠醛、乙偶姻、苯甲醛等氧化类挥发性物质高度相关，这说明葡萄酒的氧化风味在入口鼻后感知阶段会更突出，仅闻酒杯很难察觉。已有研究指出，小口品鉴的模拟体系中乙酸乙酯、苯甲醛等氧化相关物质释放量更高，据此可推断葡萄酒的氧化缺陷不能仅依靠闻酒杯判断，必须入口品鉴。同时部分氧化类物质仅在人体唾液存在时才会生成，本实验中甜酒搭配人体唾液组的乙偶姻顶空浓度显著高于搭配人工唾液组。离体实验证实，完整人体唾液可通过代谢双乙酰生成乙偶姻，而本实验两款酒中均未检出双乙酰。

 

 

为解析果实成熟提前背后的激素调控基础，本研究利用LCMS/MS对主要内源植物激素进行定量检测，同时测定关键生物合成基因的转录水平。聚类热图显示激素具有明显的时序变化模式（图2A）。处理组果实中内源茉莉酸（JA）及其活性形式茉莉酸异亮氨酸（JAIle）在转色期出现急剧的瞬时峰值，其含量显著高于对照组；该代谢峰值与同一发育时期茉莉酸合成基因VlLOX1、VlOPR3的上调表达同步发生（图2B）。JAIle出现峰值之后，脱落酸ABA开始持续积累；从转色期直至果实采收，TG组果实ABA含量始终维持高于对照组的水平（图2A）。ABA合成基因VlNCED1、VlCCD4b，以及ABA信号通路基因VlPYL8、VlPYR1在处理组中被显著诱导，在转色期与成熟期尤为明显（图2B）。

 

 

表2汇总了鼻前、添加人体/人工唾液的鼻后模拟条件下各类挥发性物质平均浓度，以及香气浓度变化百分比。图2将挥发性物质按化学类别汇总展示，干酒顶空整体挥发性物质总量更高，甜酒则香气组分种类更丰富。添加唾液会改变两款酒顶空香气浓度，但变化趋势截然不同，证明该现象不能单纯用稀释解释。干酒添加唾液后总挥发性物质整体下降，鼻前环境的香气释放总量最高。唾液稀释理论上会降低香气释放量，但同等稀释程度下，干酒搭配人工唾液、人体唾液组的香气总量与组分差异明显，说明唾液中除人工唾液所含组分外，其他物质同样参与香气调控。甜酒则完全相反，添加人体唾液的鼻后体系虽存在稀释作用，挥发性物质总释放量仍小幅上升。综合人工、人体唾液各组数据可以判断，唾液中含量较低、未添加进人工唾液的蛋白组分，同样会影响口腔内香气释放与转化。本实验总香气数据表明，唾液对葡萄酒香气释放的调控是多重作用叠加，不仅源于稀释，还由唾液组分、葡萄酒挥发性与非挥发性基质共同决定，且鼻前、鼻后两种模式下各类香气的相对丰度会发生改变，直接带来感官风味差异。

 

 

针对干酒单一物质分析结果显示，鼻后环境下8种酯、1种高级醇、1种类异戊二烯释放量显著下降，降幅18%~100%，同时2种酯、1种醇、1种酸、3种呋喃释放量显著上升，增幅100%~283%。甜酒中，鼻后条件下3种酯、1种醇、1种羰基化合物释放量显著降低，降幅37%~100%，芳樟醇、糠醛、糠醇3种物质释放显著提升，增幅79%~358%。为探究人工唾液缺失的唾液组分功能，对比了人体、人工唾液两组香气变化幅度。干酒中，受人体唾液抑制最严重、释放量降幅超50%的高疏水性物质包括癸酸（-55%）、9-癸烯酸乙酯（-59%）、苯乙醇乙酸酯（-59%）、癸酸乙酯（-62%）、TDN（-73%）、3-甲基辛醇乙酸酯（-76%）、十二酸乙酯（-80%）、黄苯烷（-100%）。结合表3的疏水性数据可知，人工唾液不含的唾液组分是高疏水香气截留的关键。甜酒中绝大多数挥发性物质在人体唾液体系的顶空浓度高于人工唾液组，变化幅度最突出的物质为乙偶姻（+269%）、2-糠酸甲酯（+407%）、芳樟醇（+412%）、乙酸（+684%），现有文献未证实这四类物质是人体唾液自带挥发物，说明人工唾液缺失的组分能够促进该类物质释放或直接催化生成。

 

 

为消除两款葡萄酒基质初始组分差异带来的干扰、合理解读数据，本研究分别针对干型餐酒、甜酒两组数据开展回归分析。回归结果如图3所示，两款酒的回归模型均达到极显著水平（p＜0.0001），干酒决定系数R2=0.988，甜酒R2=0.993，这说明在人体唾液体系中，疏水性相近香气的释放量与葡萄酒初始顶空浓度呈线性关系，且线性变化幅度受酒体基质调控。模型显示，无论干酒还是甜酒，亲水性最强的物质（logP≤0）在鼻后体系释放量均提升，甜酒中该提升幅度相对更弱。logP≤1与logP≤2区间的香气受酒体基质影响最大，二者在两款酒中表现完全相反。logP≤1组别在甜酒中斜率大于1、干酒略小于1，logP≤2组别干酒斜率大于1、甜酒小于1。logP≥3至logP≤5的中高疏水香气在两款葡萄酒中变化趋势一致，均为鼻前环境释放更充分，但对唾液的敏感程度受残糖基质调控。

 

 

3.2.感官层面解读

结合表3中不同疏水性分组的香气物质，可从感官角度解读上述实验规律。现有研究将葡萄酒中27种发酵来源挥发性物质定义为“葡萄酒基础香气骨架”，是所有葡萄酒共有的风味基底，包含乙醇、杂醇、短链有机酸、酯类、羰基化合物等，这类物质浓度小幅波动难以被人体嗅觉分辨，会相互掩盖、形成整体风味基底。干型餐酒的骨架香气中，仅乙酸异戊酯（香蕉香）可突破基底掩盖效应，其含量高低直接改变果香强弱与风味层次。甜葡萄酒香气可分为三大类：葡萄脱水工艺带来的内酯、呋喃类香气；受脱水程度影响的萜类、类异戊二烯品种香气；高糖发酵环境生成的乙酯、乙酸酯、杂醇、脂肪酸、高浓度乙酸与乙醛等发酵风味。文献表明芳樟醇、乙酸异戊酯等香气是甜型特色酒的关键风味，同类香气还会产生叠加、协同的感官效果，这类物质与基础骨架共同构成葡萄酒完整风味体系，决定各类果香、焦糖香气等感官特征。本实验检出的乙酯、内酯、呋喃、香草衍生物均属于关键风味物质。体外模拟实验证明，上述核心香气的感官表现会随鼻前、鼻后两种品鉴通路发生明显改变。干酒中辛酸乙酯、癸酸乙酯、苯乙醇乙酸酯等果香、品种香气在鼻前嗅闻释放更充分，而高级醇、短链脂肪酸、γ-丁内酯、呋喃类酒体基础香与焦糖氧化香气则在鼻后品鉴时感知更明显。甜酒中呋喃类焦糖氧化香气、花香芳樟醇仅在入口鼻后阶段更容易被人体感知。

 

结论

 

本研究解析了葡萄酒品鉴过程中鼻前、鼻后嗅觉的香气释放差异，分别以干型、甜型两类葡萄酒作为实验基质。实验证实，嗅觉通路会显著改变顶空挥发性物质总含量，该变化无法仅通过唾液稀释解释，不同化学类别香气的相对占比也会随通路发生明显波动，直接影响果香、焦糖氧化香、品种香之间的风味平衡。唾液对香气释放的调控由葡萄酒挥发性组分（浓度、疏水性）与非挥发性基质（残糖）共同决定。本研究首次证实，葡萄酒顶空初始香气浓度与唾液作用后的释放量存在线性关联，线性模型的斜率由香气疏水性（logP）与酒体残糖基质共同决定。无论干酒还是甜酒，亲水性最强香气（logP≤0）在鼻后体系释放量均提升。结合人工、人体唾液的实验差异可推断，该现象部分源于唾液组分介导的香气生化转化。模型规律总结为亲水性香气（logP≤0）鼻后释放提升，0＜logP＜2区间的香气释放行为受残糖基质影响最大，2＜logP＜5的疏水性香气在鼻后环境释放降低，抑制程度由残糖浓度调控，高含量残糖可缓解唾液蛋白对疏水香气的吸附。糖分子可与唾液蛋白发生相互作用，改变蛋白结合香气的能力，最终调控气相香气释放量。人工唾液与人体唾液的数据差异证明，除黏蛋白、α-淀粉酶外，唾液内其他组分既参与疏水香气的截留，也可催化游离、结合态香气发生转化。

本研究结果可为葡萄酒科研人员、酿酒师提供理论支撑，助力葡萄酒香气风味的理解、调控与品质管控，同时也能为食品行业研发具有特定风味、适配特殊消费人群的饮品提供参考。后续可开展模拟溶液、人体体内感官联动实验，进一步完善香气互作机理，丰富该领域研究体系。