香氣活度值法結合PLSR用于梨酒特征香氣物質篩選與鑒定

周文杰，王 鵬，詹 萍*，田洪磊*

（石河子大學食品學院，新疆 石河子 832000）

香氣活度值法結合PLSR用于梨酒特征香氣物質篩選與鑒定

周文杰，王 鵬，詹 萍*，田洪磊*

（石河子大學食品學院，新疆 石河子 832000）

采用固相微萃取-氣相色譜-質譜對市售3 種梨酒香氣物質進行分離鑒定，共檢出43 種揮發性成分，其中醇類16 種、酯類15 種、醛類4 種、酮類2 種、酚類1 種、酸類3 種和其他化合物2 種。結合香氣活度值（odor activity value，OAV）和偏最小二乘回歸（partial least squares regression，PLSR）確定梨酒特征香氣物質并推斷其對梨酒香氣的貢獻程度。OAV結果表明：梨酒特征香氣物質主要為異丁醇、1-辛醇、1-壬醇、苯乙醇、丁酸乙酯、3-甲基丁酸乙酯、乙酸異戊酯、己酸乙酯、辛酸乙酯、β-大馬士酮、丁香酚。建立6 個感官屬性（發酵香、酸香、果香、花香、甜香、清香）與43 種香氣物質的PLSR模型表明，苯甲醇、正丁醇、丁二酸二乙酯的OAV小于1，但對梨酒的香氣有貢獻，經OAV確定的梨酒特征香氣物質與發酵香和甜香屬性具有很好的相關性，而在清香、酸香、果香和花香上的相關性不明顯。

梨酒；氣相色譜-質譜；香氣活度值；偏最小二乘回歸；特征香氣物質

梨酒是以梨為原料經發酵而成的低酒精飲料，具有成本低、純天然、果香濃郁、營養豐富的特點，同時能夠調節人體新陳代謝，促進血液循環、控制體內膽固醇水平、抗衰老等保健作用[1]，然而目前市面上常見的梨加工品主要是罐頭、梨膏糖等傳統產品。

食品中揮發性風味物質的分析鑒定，不僅對了解食品化學組成有著極為重要的意義，而且對控制和提升產品品質也具有實踐意義[2]。香氣成分是構成果酒質量典型性的主要因素，研究特征香氣以及對梨酒香氣有貢獻的化合物，對于探索梨酒香氣成分的呈香機理，客觀預測產品風格、提升梨酒的品質有重要意義。關于梨酒的研究，目前主要集中在酵母的選擇[3-5]和發酵工藝的優化[6-7]等方面，對梨酒的特征香氣物質鮮見深入研究。尤其是梨酒香氣物質與感官屬性之間關系的研究鮮見報道。宋柬等[8]采用固相微萃取-氣相色譜-質譜（solid phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry，SPME-GC-MS）結合GC-嗅聞儀對京白梨酒的特征性香氣成分進行了分析，對比不同的發酵方式，最終確定通過添加白砂糖將梨汁糖度調整為16°Brix的發酵工藝參數。陳計巒等[9]采用極性強度不同的2 種SPME纖維頭對新疆庫爾勒香梨酒中的揮發性物質進行了分析，發現極性較強的SPME纖維頭更能吸附梨酒中的揮發性物質。

香氣活度值（odor activity value，OAV）法忽略了香氣成分之間的相互疊加和抑制作用，但卻是目前被普遍認可的估計酒中單個揮發性成分實際香氣貢獻的客觀方法[10-11]。通過香氣物質OAV的比較，來分析各香氣物質對酒整體風味的貢獻大小[12]，在龐大的香氣成分數據中，OAV被用以篩選果酒中典型香氣成分，來揭示果酒特性重要的化學信息。為了分離、鑒定梨酒的特征香氣物質，準確、有效地對梨酒進行風味評價和品質調控，本實驗采用SPME-GC-MS對市售的梨酒進行分析鑒定，結合OAV和偏最小二乘回歸（partial least squares regression，PLSR）確定梨酒特征香氣物質，明晰各種揮發性成分對梨酒風味的貢獻程度，以期為梨酒香氣品質的調控和提升提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

2014年生產尖把梨酒（酒精體積分數10%）桓仁古原保健食品有限公司；2013年生產南果梨酒（酒精體積分數10%） 新賓滿族自治縣東星葡萄酒有限公司；2013年生產庫爾勒香梨酒（酒精體積分數8%）新疆庫爾勒香梨股份有限公司；正構烷烴混合標準品（C7～C40）、2-辛醇（色譜純） 美國Sigma-Aldrich公司。

SPME裝置、50/30 μm二乙基苯/碳分子篩/聚二甲基硅氧烷（divinylbenzene/carboxen/polydimethylsiloxane，DVB/CAR/PDMS）萃取頭 美國Supelco公司；7890A-5975C型GC-MS聯用儀、HP-INNOWAX毛細管柱（60 m×0.25 mm，0.25 μm） 美國Agilent公司。

1.2 方法

1.2.1 梨酒香氣物質頂空SPME

在15 mL樣品萃取瓶中，準確加入8.0 mL梨酒，并加入10 μL的2-辛醇（400 mg/L，以水為溶劑）作為內標化合物，將老化的50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取頭插入樣品瓶中，同時推出纖維頭（與梨酒液面保持2.0 cm），于45 ℃頂空平衡吸附20 min。吸附后，收回纖維頭并迅速移至GC進樣口，在250 ℃熱解吸5 min，同時啟動GC-MS儀采集數據。

1.2.2 GC-MS條件

GC條件：HP-INNOWAX色譜柱（60 m×0.25 mm，0.25 μm）；進樣口溫度250 ℃；進樣方式：不分流進樣；程序升溫：40 ℃保持5 min，以2 ℃/min升溫至60 ℃，以5 ℃/min升溫至180 ℃，保持5 min，再以10 ℃/min升溫至230 ℃，保持10 min；載氣為氦氣；流速1.2 mL/min。

MS條件：離子源溫度230 ℃；電子電離源；電子能量70 eV；傳輸線溫度280 ℃；四極桿溫度150 ℃；接口溫度250 ℃；質量掃描范圍30～450 u。

定性定量方法：定性采用各組分在質譜庫NIST/ Wiley中匹配度大于85%的鑒定結果，并與文獻資料相關化合物保留指數（retention index，RI）進行比對分析，按公式（1）計算化合物RI：

式中：tRi為待測組分i的保留時間/min；tRz和tR（z+1）為緊鄰香氣成分i前后的2 個正構烷烴的保留時間/min；z為正構烷烴的碳原子數。

采用內標法定量，通過內標物的峰面積和果酒中各組分的峰面積比值，按公式（2）計算各個組分的相對質量濃度：

式中：Ci為待測組分i的質量濃度/（mg/L）；Ws為加入內標s的質量/mg；Ai和As分別為待測組分i和內標化合物s的峰面積；V為待測樣品的體積/L；fi’為待測組分i對內標s的相對質量校正因子；本實驗中各待測組分i的相對校正因子均為1。

1.2.3 梨酒感官指標的測定

實驗采用10 點制定量描述感官分析法對不同梨酒的感官屬性進行評價，其中0代表沒有嗅到該香氣，9代表該香氣強度很強。感官評價小組由8 名人員（4 男4 女，20～30 歲之間）組成，評定人員均按照相關標準接受系統培訓[13]。感官評定人員首先盡可能多的描述出梨酒感官屬性，通過整理和評定結果，經討論、篩選后確定發酵香、果香、甜香、酸香、清香、花香為梨酒感官評價指標。在此基礎上對已經確定的6 個感官指標建立統一的評定標準，以確保樣品評定的準確性，每個樣品平行判定3 次。

1.2.4 特征香氣成分的篩選

1.2.4.1 香氣活度分析法

OAV是通過計算單種香氣成分含量與其閾值的比值來評估該物質對樣本整體風味的貢獻程度[14]。參考文獻[15]計算OAV，即OAV=物質質量濃度/感覺閾值，通常OAV大于1表明該物質對整體風味有直接影響，且OAV越大表明對總體風味貢獻越大，反之則表明該物質對梨酒整體風味無實際作用，以此為依據篩選梨酒中重要香氣物質。

1.2.4.2 PLSR分析法

PLSR方法集中了主成分分析、典型相關性分析和多元線性回歸分析優點，同時增設了虛擬響應矩陣，具有強大的數據擬合及預測能力[16]，可通過樣本間細微差異在復雜混合體系中篩選與梨酒樣本香氣屬性呈顯著相關物質，即明晰各種香氣成分對梨酒香氣的貢獻程度。PLSR多用于單一因變量和多個自變量之間的相關性，實驗采用PLSR模型分別建立6 個感官指標（作為因變量Yi）和揮發性物質（作為自變量Xi）之間的PLSR函數模型，在此基礎上結合誤差擬合法和Jack-knife不確定檢驗篩選梨酒中特征香氣物質。

1.3 數據處理

方差分析采用SPSS 19.0軟件進行分析，PLSR采用Unscrambler 9.7軟件分析，所有的變量都經標準化（1/Sdev）處理。

2 結果與分析

2.1 梨酒揮發性物質GC-MS分析

利用SPME-GC-MS對不同梨酒揮發性物質進行分析，揮發性物質的總離子流圖見圖1。

圖1 不同梨酒香氣物質的GC-MS總離子流色譜圖Fig. 1 GC-MS total ion-current chromatograms of aroma compounds of pear wine samples

如表1所示，3 種梨酒共鑒定出43 種揮發性物質，主要包括醇類16 種、酯類15 種、醛類4 種、酮類2 種、酚類1 種、酸類3 種和2 種其他化合物，其中南果梨酒和尖把梨酒中揮發性物質種類相對較少，分別檢出23 種和23 種，庫爾勒香梨酒則檢出33 種物質。

表1 不同梨酒揮發性物質GC-MS鑒定結果Table 1 Identification of volatile compounds in different pear wines by GC-MS

續表1

醇類化合物是果酒中最主要揮發性成分，主要是由酵母等微生物作用于糖分、果膠質和氨基酸等轉化產生，也包括亞麻酸降解產物的氧化[19]。在所鑒別出的化合物中，醇類化合物的種類和數量較多，主要包括3-甲基-1-丁醇、苯乙醇、丙醇、異丁醇、正丁醇等。醇類物質在尖把梨酒、南果梨酒和庫爾勒香梨酒中質量濃度分別為1.829、7.982 mg/L和4.09 mg/L，其中3-甲基-1-丁醇在尖把梨酒和庫爾勒香梨酒中質量濃度分別為0.852 mg/L和3.675 mg/L，在南果梨酒中質量濃度高達5.092 mg/L，3-甲基-1-丁醇具有青草、植物香氣，而且這種香氣能夠持久保持。苯乙醇在尖把梨酒、南果梨酒和庫爾勒香梨酒中質量濃度分別0.211、0.329 mg/L和0.146 mg/L，苯乙醇屬于高級醇[20]，主要是由苯丙氨酸代謝產生，它在很低質量濃度條件下就可以產生很高的花香味[21]，對總體香氣的形成有不可忽視的作用。同時又是其他香氣物質的良好溶劑，能賦予果酒濃郁優雅的香氣，是玫瑰香葡萄酒的特征香氣成分[22-23]，而且丙醇、己醇等均具有濃郁的水果香及芳香。

酯類化合物是構成果酒香氣的重要物質，對酒的主體香型及風格具有重要的影響[24]，它們賦予果酒果香和花香的感官特性。在本實驗的梨酒中均檢出辛酸乙酯，辛酸乙酯具有白蘭地酒香味，主要用于調味品、香料制造。辛酸乙酯在尖把梨酒中質量濃度最高，為0.134 mg/L，而在南果梨酒和庫爾勒香梨酒中質量濃度分別為0.105 mg/L和0.043 mg/L。己酸乙酯在尖把梨酒中的質量濃度為0.225 mg/L，南果梨酒為0.474 mg/L和庫爾勒香梨酒為0.058 mg/L。質量濃度較高的辛酸乙酯和己酸乙酯都能給梨酒增添雅致的香氣。此外，乙酸乙酯、丙酸乙酯、丁酸乙酯、乙酸丁酯、己酸乙酯，這些酯類物質都具有怡人的水果香味。

在尖把梨酒和庫爾勒香梨酒中檢測到的苯甲醛，質量濃度分別為0.033 mg/L和0.008 mg/L，苯甲醛能使梨酒在發酵過程中帶有特殊芳香植物氣味。辛酸在低濃度時散出類似奶酪和奶油的風味，在高濃度時則具有腐敗味和刺激味[25]，僅在庫爾勒香梨酒中檢測到，質量濃度為0.014 mg/L，這一酸類化合物產生于脂肪酸合成酶的合成[26]，對果酒的整體風味結構具有較重要作用。梨酒中也檢測出萜烯類物質如樟腦、α-法尼烯，這2 種物質能賦予酒體特殊的果實香氣。

2.2 基于OAV法梨酒特征香氣物質分析

香氣化合物單體在產品整體香氣中的貢獻主要取決于閾值及其含量，可通過計算OAV進行表征。為了分析梨酒中特征香氣物質，分別對3 種梨酒中揮發性成分OAV進行了計算，結果如表2所示。3 種梨酒特征香氣成分較為相似，主要包括異丁醇、1-辛醇、1-壬醇、苯乙醇、丁酸乙酯、3-甲基丁酸乙酯、乙酸異戊酯、己酸乙酯、辛酸乙酯、β-大馬士酮和丁香酚。丁酸乙酯具有鳳梨、菠蘿的甜果香味，香氣極易揮發擴散，在尖把梨酒中的OAV為0.950，南果梨酒的OAV為3.550，庫爾勒香梨酒中的OAV為0.300；同時1-壬醇、乙酸異戊酯、β-大馬士酮、丁香酚的OAV在3 種梨酒中表現出高度的差異性。上述結果主要是由于梨果品種和生長環境差異賦予其不同的香氣成分，此外也有可能是由于梨酒發酵菌種及工藝的不同所造成的[27]。β-大馬士酮是去甲類異戊二烯化合物，具有復雜的花香和熱帶水果氣息，該物質具有較低的香氣閾值，在庫爾勒香梨酒中β-大馬士酮的OAV高達560.000，遠高于其他物質，表明β-大馬士酮在庫爾勒香梨酒中香氣呈現重要的作用。這與Pineau等[28]研究較為一致，即β-大馬士酮有利于增強酒的果香。辛酸乙酯在3 種梨酒中的OAV也相對較高，分別達到尖把梨酒67.000、南國梨酒52.500和庫爾勒香梨酒21.500，表明辛酸乙酯對于梨酒風味的呈現亦具有重要的作用。與此同時有研究表明辛酸乙酯也是庫爾勒香梨鮮果中的特征香氣成分[9]，這種物質在參與的庫爾勒香梨酒發酵后仍然存在，表明庫爾勒香梨酒發酵過程中保留了部分庫爾勒香梨鮮果的特征風味。

表2 不同梨酒的主要成分OAVTable 2 Major components with OAV ＞ 1 of different pear wines

2.3 基于PLSR梨酒特征香氣物質分析

2.3.1 梨酒感官分析結果

對3 種梨酒的感官屬性（發酵香、清香、甜香、果香、酸香、花香）進行感官評定，結果如圖2所示。

圖2 梨酒的感官屬性雷達圖Fig. 2 Radar graph of aroma scores of the pear wines

方差分析結果表明香梨酒樣品的感官屬性（發酵香、清香、甜香、酸香、花香）均呈現顯著的差異（P＜0.05），其中3 種梨酒在發酵香、甜香、酸香、花香呈極顯著差異（P＜0.001），在清香屬性上呈顯著差異（P＜0.05），果香屬性則無明顯差異。尖把梨酒在酸香屬性上得分最高，南果梨酒在花香屬性上得分最高，庫爾勒香梨酒則表現出明顯的發酵香，但在花香和清香上相對較弱。

2.3.2 PLSR分析結果

為了進一步篩選和確定對梨酒感官屬性呈現顯著貢獻的香氣物質，實驗采用PLSR建立了單一感官屬性（Y）與揮發性組分（X）的PLSR模型。利用Jack-knife不確定檢驗分析計算其回歸系數，以此考察對每個感官屬性呈顯著相關的香氣物質。如圖3a所示，發酵香與己醇、1-辛醇、1-壬醇、乙酸乙酯、3-甲基丁酸乙酯、丁二酸二乙酯、苯甲醛、β-大馬士酮、丁香酚呈顯著正相關，可解釋68.5%的相關變量?！扒逑恪睂傩耘c苯甲醇呈現正相關，而與正丁醇、丁二酸二乙酯呈現負相關（圖3b）。“甜香”屬性與2-甲基-1-丁醇、己醇、1-辛醇、乙酸乙酯、乳酸乙酯、辛酸乙酯、丁二酸二乙酯、苯甲醛、丁香酚呈顯著正相關，而與異丁醇、2-戊醇、丁酸乙酯、乙酸異丁酯、乙酸異戊酯、乙酸己酯呈顯著負相關（圖3c）。以上呈顯著正相關的香氣物質可能是梨酒中的特征香氣物質，這一結果與宋柬等[8]研究結果較為一致，即梨酒的特征香氣物質有辛酸乙酯、丁二酸二乙酯等。“果香”（圖3d）和“酸香”（圖3e）屬性PLSR模型中僅檢出少數幾種與其呈顯著相關物質，且相應PLSR模型也分別僅能解釋1.5%和0.30%的相關變量，其原因可能在于，“果香”感官屬性界定不明確，容易與“花香”、“甜香”等感官屬性混淆，這與“果香”屬性在感官評價上的結果一致，得分較低；在梨酒中“酸香”屬性與丁二酸二乙酯、苯甲醛呈顯著正相關（圖3e），孫金沅等[23]研究發現苯甲醛具有杏仁香，“酸香”屬性可能是苯甲醛和丁二酸二乙酯2 種香氣混合的結果。對于“花香”屬性來說（圖3f），在所有揮發性物質中只有正丁醇所呈現的回歸系數最大（3.1%），表明正丁醇與花香屬性有關聯。這與丁云連[18]研究結果一致，正丁醇屬于醇甜和助香劑的主要物質來源，對形成酒的風味和促使酒體豐滿、濃厚起著重要的作用；反之苯甲醇呈現最大負相關系數，這與Gonzalez等[29]研究存在偏差，苯甲醇在果實中多以鍵合態形式存在，在發酵過程中由于酵母作用水解釋放[30]，從而呈現怡人的水果香、花香和柑橘香。究其原因可能是由于苯甲醇含量不同所呈現風味存在差異，在低濃度時具有果香和花香，而在高濃度時卻呈現類似腐臭味；加之苯甲醇僅在庫爾勒香梨酒樣本中檢出，導致其在“花香”屬性上的解釋方差不高，而與“果香”屬性相關性較高。

圖3 香氣物質對感官屬性的顯著性影響分析Fig. 3 Standardized and estimated regression coefficients from PLSR prediction model showing significant correlations between volatile compounds sensory aroma attributes

3 結 論

本研究采用SPME-GC-MS對3 種梨酒的香氣物質進行了分析，共檢出43 種物質，包括醇類16 種、酯類15 種、醛類4 種、酮類2 種、酚類1 種、酸類3 種和2 種其他化合物。通過OAV法篩選出梨酒中重要香氣物質11 種（OAV＞1），包括異丁醇、1-辛醇、1-壬醇、苯乙醇、丁酸乙酯、3-甲基丁酸乙酯、乙酸異戊酯、己酸乙酯、辛酸乙酯、β-大馬士酮、丁香酚；結合PLSR相關性模型證實經OAV法篩選確定的11 種重要香氣物質與梨酒發酵香和甜香屬性具有較好相關性；苯甲醇、正丁醇、乳酸乙酯、丁二酸二乙酯OAV均小于1，但通過PLSR模型擬合發現上述物質亦對梨酒整體風味有貢獻，說明存在一些OAV小于1的香氣物質對梨酒的特征香氣成分有關。單純采用OAV法判定梨酒特征香氣成分存在一定的弊端，因此OAV法結合PLSR相關性模型可以更全面、有效地篩選和確定梨酒中的特征香氣成分。

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Screening and Identification of Flavor Characteristics of Three Pear Wines Based on Odor Activity Value Using Partial Least Squares Regression

ZHOU Wenjie, WANG Peng, ZHAN Ping*, TIAN Honglei*
(College of Food, Shihezi University, Shihezi 832000, China)

The aroma compounds of three commercial pear wines were determined using solid phase microextraction (SPME) in combination with gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). A total of 43 aroma compounds were identified, including 16 alcohols, 15 esters, 4 aldehydes, 2 ketones, 1 phenol, 3 acids and 2 other compounds. Partial least squares regression (PLSR) were used to determine the characteristics of aroma compounds based on their odor activity values (OAV) and to deduce their contribution to the aroma of the wines. The characteristic aroma compounds identified mainly included isobutanol, 1-octano, 1-alcohol, phenylethyl alcohol, ethyl butyrate, ethyl 3-methyl butyrate, isoamyl acetate, ethyl caproate, ethyl caprylate, β-damascus ketone, and eugenol, and their possible correlation with six sensory attributes (fermented, acidic, fruity, floral, sweet, and delicate aromas) was fitted to a PLSR model. It turned out that the OAV of benzyl alcohol, n-butanol, and ethyl succinate were less than 1, which contributed to the aroma of pear wines. There was a good correlation between OAV of wine aroma compounds and fermented and sweet aromas while no striking correlations were observed with delicate, fruity and floral aromas.

pear wine; gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS); odor activity value (OAV); partial least squares regression (PLSR); characteristic aroma compounds

10.7506/spkx1002-6630-201714021

TS262.7

A

1002-6630（2017）14-0138-06

周文杰, 王鵬, 詹萍, 等. 香氣活度值法結合PLSR用于梨酒特征香氣物質篩選與鑒定[J]. 食品科學, 2017, 38(14): 138-143.

10.7506/spkx1002-6630-201714021. http://www.spkx.net.cn

ZHOU Wenjie, WANG Peng, ZHAN Ping, et al. Screening and identification of flavor characteristics of three pear wines based on odor activity value using partial least squares regression[J]. Food Science, 2017, 38(14): 138-143. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-201714021. http://www.spkx.net.cn

2016-11-15

國家自然科學基金面上項目（31571846）；石河子大學名校名師結對子項目（SDJDZ201517）

周文杰（1992—），男，碩士研究生，研究方向為食品風味化學。E-mail：631541027@qq.com

*通信作者：詹萍（1981—），女，副教授，博士，研究方向為食品風味化學。E-mail：zhanping0993@126.com

田洪磊（1979—），男，副教授，博士，研究方向為功能食品與食品配料。E-mail：thl0993@sina.com