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        解密白酒風味:長鏈脂肪酸通過分子互作對風味產生不可忽視的影響
        來源:《華夏酒報》/中國酒業新聞網  2023-11-15 12:47 作者:呂俊岐

        近日,瀘州老窖國家固態釀造工程技術研究中心沈才洪主任團隊聯合江南大學許正宏教授(現為四川大學教授)團隊在國際食品Top期刊《Food Chemistry》(Q1,IF: 8.8)發表題為“Influence on the volatilization of ethyl esters: nonnegligible role of long-chain fatty acids on Baijiu flavor via intermolecular interaction”的研究性論文。江南大學生物工程學院博士研究生劉青茹為第一作者,糧食發酵與食品生物制造國家工程研究中心許正宏教授、張曉娟教授為論文通訊作者。

        白酒含有種類豐富的風味化合物,它們的高維互作效應對解析白酒風味物質“結構-品質”之間關系帶來了極大的挑戰。白酒中普遍存在長鏈脂肪酸(LCFAs),由于這類物質揮發性較弱,呈香呈味作用小,長期以來沒有得到風味化學家的足夠重視。研究團隊從微觀的分子間互作、宏觀理化性質、人體感知特性三個層面,確證了長鏈脂肪酸類對白酒香氣特征的影響,并基于分子互作關系系統解析了其對風味物質呈香特性的影響機制。

        研究采用了靜態頂空進樣聯合GC-MS/FID、相比變化(PRV)法、感官品評的S型曲線法、分子動力學模擬等研究方法。發現乙酸乙酯、己酸乙酯在模擬體系中與乙醇、水等分子的弱相互作用力會因為長鏈脂肪酸,如油酸的添加而整體得到提高,進而導致它們在酒體中更加穩定,逃逸至氣相的概率降低。這一結論可以解釋研究中觀察到的現象,即長鏈酸造成白酒中大部分易揮發性化合物的揮發量減少,模擬體系中乙酸乙酯和己酸乙酯氣液分配系數降低,進而提高其察覺閾值,風味強度減弱。有趣的是,研究發現油酸對丁酸乙酯的影響剛好相反,具有減弱分子作用力,促進其揮發的效果??傮w而言,LCFAs抑制了大多數風味化合物和乙醇的揮發,但促進丁酸乙酯等少數風味化合物的揮發,在一定程度上降低了白酒嗅聞刺激性,增加了酒體醇厚感。本研究團隊在前期研究白酒陳放過程中的變化規律時也發現,隨著酒體陳放時間的延長,其中的長鏈脂肪酸(酯)的含量也有所增加,這也是陳年酒口感醇厚的重要原因之一。

        本研究系統地解析了長鏈脂肪酸類化合物對白酒代表性乙酯類化合物的影響機制,明確了長鏈脂肪酸對于白酒感官品質的重要作用,可為酒體設計提供重要依據。

        論文研究思路

        研究結論:

        (1)通過頂空-氣相色譜-質譜聯用分析方法,發現額外添加長鏈脂肪酸對白酒中化合物揮發主要呈抑制作用,具體影響程度存在一定的長鏈脂肪酸含量依賴性。向濃香型、醬香型白酒中分別額外添加LCFAs至含量為原酒中其總量的2.5~10倍時,發現分別有約73%和87%的揮發性化合物面積變化率為負數,絕大多數化合物的揮發受到抑制;至2.5~95倍時發現,乙酸乙酯幾乎均被抑制,己酸乙酯易被抑制(響應面積改變率為?13.9%~ 1.9%),但是丁酸乙酯的揮發被促進(?13.3%~ 20.6%)。

        白酒中額外添加長鏈脂肪酸后SH-GC-MS測定所得揮發性化合物的響應面積變化幅度

        (2)以油酸作為長鏈脂肪酸的代表,配置簡化溶液,研究其對三種乙酯揮發性的影響,發現乙酸乙酯、己酸乙酯的揮發被油酸抑制,從而降低其嗅覺感知強度;油酸對丁酸乙酯的作用相反。添加油酸會抑制乙酸乙酯、己酸乙酯揮發,kg/m分別降低4%-31%和27%-74%,相反地,丁酸乙酯和其他分子間的吸引力因油酸的添加而降低,其揮發被促進,kg/m增加,940mg/L油酸添加量時察覺閾值由0.36 mg/L降至0.05 mg/L。

        白酒中三種乙酯對LCFAs的響應

        不同濃度油酸對52%(v/v)乙醇水溶液模型中乙酯和乙醇kg/m值的影響

        (3)分子動力學模擬和量子化學計算發現,乙酸乙酯、己酸乙酯、乙醇和其他分子間的吸引力因油酸的添加而增強;丁酸乙酯則剛好相反。油酸改變52%乙醇水體系中乙酯、乙醇和其他分子的弱相互作用力。增強乙酸乙酯、己酸乙酯和其他分子間的吸引力,導致其揮發被抑制;相反地,丁酸乙酯和其他分子間的吸引力因油酸的添加而降低。并且通過量子化學計算發現,在測試的簡化模擬體系中,長鏈脂肪酸與三種酯類化合物之間形成二元復合物時釋放的自由能較其他分子對更多,其中油酸/己酸乙酯分子對可以形成較為穩定的二元復合物,自由能最低。

        乙醇和三種乙酯相關的分子間相互作用力因油酸添加產生的改變

        模擬體系生成相,以及具有最低能量時EA-OA、EB-OA和EH-OA二元復合物弱相互作用力

        (4)對比有無油酸的情況下,三種乙酯化合物的感知閾值,發現乙酸乙酯、己酸乙酯的察覺閾值在有油酸的情況下增加,而丁酸乙酯的察覺閾值降低。綜合揮發行為和分子模擬結果,分析認為添加油酸會增強乙酸乙酯、己酸乙酯和其他分子間的吸引力,導致其揮發被抑制,kg/m分別降低4%-31%和27%-74%,940 mg/L油酸添加量時OT分別提高2.4和2.7倍。相反地,丁酸乙酯雖然也可以和油酸分子結合從而釋放一定的結合能,但總體上其與其他分子間的吸引力因油酸的添加而降低,其揮發被促進,kg/m增加,940 mg/L油酸添加量時OT由0.36 mg/L降至0.05 mg/L。

        油酸對模擬溶液中乙酯嗅覺感知強度的影響

        本研究首次確證了長鏈酸類化合物對白酒風味品質的作用,并解析了其作用機制,為白酒生產中的質量控制和發酵后工藝優化提供了重要的見解。

        原文鏈接

        https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2023.137731

        國家固態釀造工程技術研究中心,是目前國內固態釀造行業唯一、專門從事工程技術研究與開發的國家科技創新平臺。中心于2014年1月順利通過科技部驗收,2016年3月獲批為第二批國家科技服務業行業試點單位,是全國40家試點單位之一。中心重點圍繞固態釀造行業的關鍵、共性技術問題開展科學研究,為固態釀造行業提供高效、實用、易于轉化的工程技術成果,不斷推動相關技術成果的工程化應用,為白酒、醬油、食醋、泡菜等固態釀造產品生產企業提供開放共享的科技創新平臺。

        自2019年以來,瀘州老窖國家固態釀造工程技術研究中心沈才洪主任團隊與江南大學糧食發酵與食品生物制造國家工程研究中心許正宏教授團隊圍繞“從泥窖釀造生態系統到關鍵功能微生物”開展了基于“結構、功能與調控”的多層次多體系的研究,并先后在《Applied and Environmental Microbiology》、《mSystems》、《Food Microbiology》、《Food Research International》等國際知名期刊發表論文20余篇,在《微生物學報》、《生物工程學報》等國內重要期刊發表論文近30篇,不斷加深了對濃香型白酒釀造微生物的時空結構與演替規律的認識,篩選獲得了包括“老窖梭菌(Clostridium fermenticellae)”“老窖互營球菌(Novisyntrophococcus fermenticellae)”“白酒布勞特氏菌(Blautia liquoris)”在內的一系列微生物新物種和關鍵功能微生物,解析了其釀造性能。在此基礎上,開展了人工菌群設計以及泥窖微生態系統功能調控的科技創新,為深刻闡述“泥窖生香、老窖出好酒”以及“新窖老熟”等奠定了堅實的理論和實踐基礎。

        編輯:馬越
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