商业樱桃酒关键风味化合物解析：HS-SPME-GC-MS与HS-GC-IMS联用技术及感官评价的综合研究

本研究采用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用（HS-SPME-GC-MS）、顶空气相色谱-离子迁移谱（HS-GC-IMS）及感官评价技术，系统解析11种商业樱桃酒的风味特征，筛选出28种关键风味物质，明确酯类和醇类物质对果香花香的贡献，为樱桃酒风味品质提升与差异化质量控制提供理论依据和数据支撑。

　　

1 引言

樱桃因其色泽鲜艳和营养丰富备受消费者青睐，尤其富含黄酮、多酚和花青素等生物活性成分，具有优异抗氧化能力。但樱桃采收后保质期较短，常被加工成果汁或果酒以延长保存期并提升经济价值。果酒风味是决定其感官品质的关键，直接影响消费者偏好。樱桃酒中的挥发性风味化合物包括醇类、醛类、酮类、酯类和单萜类等，通过复杂相互作用形成独特风味。然而市售樱桃酒普遍存在特征香气不明显、果香酒香较弱等问题。

以往研究多采用气相色谱（GC）、气相色谱-嗅闻技术（GC-O）和气相色谱-质谱联用（GC-MS）等分析果酒香气成分，但检测方法相对单一，缺乏对不同产品特征风味差异的系统解析，风味物质与感官属性间的关联尚未明确。为此，本研究选取11种不同品牌樱桃酒，结合HS-SPME-GC-MS和HS-GC-IMS技术全面捕获其挥发性风味化合物，通过化学分析与感官评价相结合，运用多元统计方法区分不同品牌樱桃酒的风味轮廓，识别关键区分化合物，建立风味成分与感官特性之间的关联，从风味组学角度阐明市售樱桃酒的产品特性。

2 材料与方法

2.1 材料信息

从中国电商平台京东购买10种消费者评分和市场份额较高的樱桃酒（C₁-C₆,C₈-C₁₁），C₇为自制样品。自制流程包括樱桃清洗、去梗破碎，调整糖度至20%，接种酵母，20°C发酵，过滤后4°C密封贮存。

2.2 理化参数分析

依据中国国家标准GB/T 15038-2006测定还原糖、总糖、可溶性固形物、总酸、酒精度和pH值。

2.3 HS-GC-IMS分析

参考Xie等方法略有修改。取2.0 g樱桃酒置于20 mL顶空瓶， duplicates样品。采用MXT-5色谱柱（15 m × 0.53 mm, 1 μm）在60°C解吸挥发性化合物。自动顶空进样，进样量100 μL，65°C孵育10 min，500 rpm旋转，进样针85°C。氮气为载气，总分析时间40 min，流速初始2 mL/min保持2 min，8 min内升至10 mL/min，30 min内升至90 mL/min。漂移气氮气流速150 mL/min。每组样品重复2次。

2.4 HS-SPME-GC-MS分析

参考Niu等方法修改。取20 mL樱桃酒加入50 mL容器，加4 g NaCl和80 μL 2-辛醇（0.411 g/L），Tef盖密封。SPME纤维头（DVB/C-WR/PDMS）插入容器，50°C吸附45 min，磁力搅拌。GC-MS（GCMS-TQ8040 NX）分析，VF-WAX毛细管柱（30 m × 0.25 mm × 0.55 μm），氦气流速1.2 mL/min。进样口260°C，不分流进样。程序升温：初始45°C保持1 min，以4°C/min升至80°C保持2 min，以5°C/min升至230°C保持10 min。离子源温度230°C，EI模式电离，电子能量70 eV，质量扫描范围30–450 m/z。挥发性化合物通过NIST 20.0质谱库匹配鉴定。以2-辛醇为内标，通过峰面积比较进行定量。每组样品重复3次。

2.5 香气活性值（OAV）和相对香气活性值（ROAV）计算

OAV_i = C_i/T_i，其中C_i为化合物浓度，T_i为嗅觉阈值，OAV≥1表示该化合物对香气有显著影响。ROAV_i = 100 × OAV_i/OAV_max，其中OAV_max为样品中所有化合物的最大OAV值。

2.6 感官分析

14名训练有素的品酒师（6男8女，23-45岁）参与评价，均具葡萄酒品鉴经验，并接受为期1周的樱桃酒品评培训。实验符合感官伦理标准，所有参与者知情同意。评价依据GB/T15038-2006，对6种香气属性（花香、果香、发酵香、焦香、酸香、木香）进行描述和评分。

2.7 数据分析

采用SPSS 26.0进行单因素方差分析，SIMCA软件进行OPLS-DA和VIP分析，Unscramble X进行PLSR分析，HS-GC-IMS数据通过Reporter、Gallery Plot和Dynamic PCA可视化。

3 结果与讨论

3.1 樱桃酒理化指标

11种樱桃酒的基本理化指标存在显著差异。C₂总糖含量最低（34.93 g/L），C₁₁最高（318.53 g/L），可能与加糖改善口感有关。初始糖水平直接影响潜在酒精度，进而通过酒度影响香气轮廓。乙醇作为有机溶剂增强高醇和酯类（如乙酸乙酯、己酸乙酯）的溶解性，使其更稳定存在于酒体中，贡献更丰富复杂的香气轮廓。酸度决定樱桃酒的pH环境，是许多化学反应的关键条件。较低pH（较高酸度）有利于酯化反应进行，促进果香酯类化合物（如乙酸乙酯、己酸乙酯）的形成和积累。C₁总酸含量最高（6.95 g/L），C₁₁总酸显著较低（1.92 g/L），可能与其生产工艺有关。

3.2 HS-GC-IMS结果

通过HS-GC-IMS共鉴定出49个信号峰，包括1种有机酸、3种醛、4种酮、8种醇和14种酯，另有15种化合物因数据库限制未鉴定。某些风味化合物以质子结合二聚体和单体形式存在，可能源于挥发性化合物浓度的变化。以C₁谱图为基准，其余样品谱图减去C₁谱图，白色背景表示一致的风味化合物，红色表示浓度高于参考，蓝色表示较低。C₄、C₅、C₆、C₉和C₁₀主要化合物含量与C₁相似。

指纹图谱分析显示，α-蒎烯、乙酸乙酯、1,8-桉叶素和2-丁醇在樱桃酒中浓度较高。α-蒎烯和1,8-桉叶素贡献木香和树脂香气，乙酸乙酯和2-丁醇赋予果香。C₁中辛醛、3-羟基-2-丁酮和乙酸甲酯含量最高，C₂中丁酸乙酯浓度最高，提供明显果香，但除丁酸乙酯和两种未鉴定化合物（14和15）外，其余挥发性化合物种类和数量显著低于其他样品。C₇中2-辛酮丰富，赋予天然木香和草本香气。

3.3 HS-SPME-GC-MS结果

HS-SPME-GC-MS鉴定出74种挥发性有机化合物（VOCs），包括16种醇、25种酯、8种酮、6种酚、8种酸、7种醛和4种单萜类。11种樱桃酒在挥发性化合物种类和浓度上存在显著差异。总挥发性化合物浓度方面，C₁和C₁₀最高，分别为396.46 mg/L和819.05 mg/L，其余樱桃酒总浓度在60-200 mg/L之间，多数样品围绕100 mg/L。C₇挥发性化合物种类最多（42种）但总浓度较低，C₁₀种类最少（27种）但总浓度显著较高。

酯类在数量和含量上均占主导，通过脂肪酸与醇的酯化反应产生，对果酒香气定义起关键作用，贡献果味和甜味。乙酯尤其是果酒香气的核心成分，其浓度受酵母菌株、糖含量和发酵温度等因素影响，增强果酒整体品质，多数呈现成熟果香，贡献“花香”和“果香”感官特性。乙酸乙酯、己酸乙酯、乳酸乙酯和辛酸乙酯在11种樱桃酒中均被检出，平均浓度超过各自阈值。丁酸乙酯、乙酸乙酯、辛酸乙酯和乳酸乙酯赋予独特果香，在果酒挥发性风味轮廓中起重要作用。乙酸乙酯呈现苹果和香蕉香气，己酸乙酯提供菠萝和草莓香气，乳酸乙酯关联果香和奶油香，辛酸乙酯展现果香和花香特性。

高醇是酿酒酵母发酵过程中产生的重要次级代谢产物，适量时带来樱桃酒的顺滑和平衡感。11种樱桃酒样品中醇的种类和含量差异显著，C₂、C₃和C₁₁检出的醇最少。除C₁₁外，异戊醇、苯乙醇和苯甲醇在所有样品中存在。苯乙醇和异戊醇具有花香和青草香气，可能通过酵母Ehrlich途径代谢产生。某些醇为特定酒样独有，如C₉仅检出1-丁醇和正癸醇，C₄独有2-丙基-1-戊醇、1-十六醇和2-甲基-1-戊醇，C₈独有二异丁基甲醇，C₇独有1-壬醇和2-壬醇。酿酒原料（如樱桃品种）和发酵工艺参数（如酵母菌株、发酵温度、pH等）差异显著影响酵母代谢途径，从而改变高醇组成和含量。

酸类化合物主要源于樱桃汁和酵母发酵。樱桃汁含柠檬酸、苹果酸等有机酸，酵母通过糖酵解（EMP途径）产生大量酸，缺氧或应激条件下通过乙醛途径产生少量乙酸。因其高嗅觉阈值，酸对樱桃酒整体风味轮廓贡献较小。本研究鉴定出9种酸，乙酸、辛酸和癸酸在所有11个样品中均被检出，与既往研究一致。这些酸的相应乙酯也被检出，表明乙醇与游离脂肪酸的酯化反应活跃，这些脂肪酸的存在提示发酵过程中发生了强烈的酯化反应，在酒的化学转化过程中起关键作用，显著影响樱桃酒的风味和香气特性。值得注意的是，本研究中C4和C6样品检出苯甲酸，虽然樱桃原料可能天然含有苯甲酸及其前体，但在酒精产品中检出游离苯甲酸通常被视为添加苯甲酸钠等防腐剂的指标，可能是生产者为确保产品稳定性采取的工艺措施。

鉴定出7种醛，苯甲醛存在于所有样品中，C₈和C₁₁苯甲醛浓度显著高于其他样品，超过其嗅觉阈值，表明苯甲醛对C₈和C₁₁香气轮廓影响更为显著。适当浓度下，苯甲醛赋予果香、甜香、坚果和焦糖般香气。尽管醛类通常OAV值较低，但它们能增强木香强度同时降低果香感知。C₁₁的感官分析显示其具有强烈橡木香，进一步支持苯甲醛和其他醛类在塑造樱桃酒独特风味轮廓中的作用。

除前述挥发性化合物外，樱桃酒中还检出9种酮类和6种酚类，这些化合物浓度相对较低，但因低感官阈值能显著影响整体风味轮廓。研究表明酮类能够增强樱桃酒风味复杂性，在协调各种香气释放中起关键作用。

3.4 感官评价

14名训练品评员对樱桃酒的感官评价和香气评分结果显示，樱桃酒的感官轮廓涵盖多种香气属性，包括果香、酸香、木香、发酵香、烘烤香和花香。多数樱桃酒呈现主导的花香和果香特征，表明这些香气成分显著增强樱桃酒的整体芳香吸引力，与挥发性化合物分析中高浓度的酯类和醇类（花香和果香关键贡献者）一致。

3.5 HS-GC-IMS与HS-SPME-GC-MS分析比较

3.5.1 PCA分析结果比较

PCA是一种无监督多元统计分析技术，有效捕捉样品间挥发性成分差异。PCA图中，风味特征相似的样品聚集在一起，风味轮廓 distinct 的样品相距较远。HS-SPME-GC-MS和HS-GC-IMS的PCA结果呈现一定差异，C₁、C₄、C₅、C₆和C₇在两种分析方法中位置接近，表明其挥发性化合物谱差异最小，这些樱桃酒 likely 共享相似香气特性。C₁₁与其他样品明显分离，突出其挥发性化合物组成的显著差异，表明C₁₁具有独特香气轮廓，可能贡献不同于其他樱桃酒样品的感官属性。

3.5.2 HS-GC-IMS与HS-SPME-GC-MS检测结果比较

HS-SPME-GC-MS和HS-GC-IMS技术鉴定的风味化合物均以酯类和醇类为主，强化了它们在决定樱桃酒风味轮廓中的关键作用，与既往研究一致。但两种分析方法间存在显著差异。与GC-MS相比，GC-IMS在检测二聚体挥发物、萜烯和杂环化合物方面表现出更优灵敏度，源于IMS和MS不同的检测原理。尽管HS-GC-IMS是食品风味分析的有效方法，但其化合物鉴定能力受NIST数据库限制，无法鉴定某些化合物，其中一些可能对风味有重要影响。因此某些化合物未被鉴定，部分可能显著影响风味轮廓。例如HS-GC-IMS结果中，未鉴定化合物3、7、8、10和15在樱桃酒中含量较高，表明它们可能在定义酒香气方面具有潜在重要性。

挥发性组分鉴定方面，HS-SPME-GC-MS鉴定出75种化合物，HS-GC-IMS仅鉴定出49种。HS-GC-IMS检测到的某些化合物在HS-SPME-GC-MS中缺失，包括丙酸乙酯、异戊酸乙酯、1-辛烯-3-醇、(Z)-3-己醇、1-戊醇-M、1-戊醇-D、1,8-桉叶素、3-戊醇和叔戊醇。这些差异凸显了两种技术的互补性。为实现樱桃酒挥发性风味化合物的全面表征，需结合HS-SPME-GC-MS和HS-GC-IMS两种方法，共同提供更完整、更细腻的酒风味组成理解。

3.6 樱桃酒的关键风味化合物

3.6.1 OPLS-DA分析

为评估每种VOC对樱桃酒风味轮廓的贡献，分析了OPLS-DA模型中的VIP值。VIP值超过1的VOC被视为对整体香气和味道特性有显著贡献者。HS-SPME-GC-MS分析中，苯甲醛、1-丁醇,2-甲基、3-糠醛,3-甲基、1-丙醇和乙酸乙酯等5种VOC的VIP值超过1，表明它们对风味轮廓有主要影响。这些化合物贡献 distinct 感官属性，苯甲醛赋予甜香、坚果和果香，乙酸乙酯增强果香和花香特性。HS-GC-IMS鉴定出14种VIP值超过1的VOC，强调该方法检测到更广泛的影响化合物。这些关键贡献者包括(Z)-3-己烯醇、1-戊醇-M、己酸乙酯、丁酸乙酯、乙酸异戊酯、苯甲醛、乙酸乙酯、3-甲基丁酸丁酯、1,8-桉叶素、乙酸甲酯、α-松油烯-M、二甲基三硫醚、3-戊醇和2-辛酮。该列表中额外酯类、醇类和萜烯的存在突出了HS-GC-IMS在检测风味相关化合物方面的增强灵敏度。这些发现证实苯甲醛和乙酸乙酯在两种分析方法中均被一致鉴定为显著贡献者，进一步强化了它们在决定樱桃酒特征香气中的重要性。检测到的关键VOC差异也强调结合HS-SPME-GC-MS和HS-GC-IMS以实现樱桃酒风味组成全面理解的必要性。

3.6.2 HS-SPME-GC-MS的OAV和HS-GC-IMS的ROAV测定

为更好理解挥发性风味化合物对樱桃酒整体组成的贡献，计算了VOC的OAV。OAV通过化合物浓度除以其相应嗅觉阈值确定，较高OAV表明该化合物对酒整体风味轮廓影响较强。HS-SPME-GC-MS结合OAV分析为识别樱桃酒关键风味化合物提供有效方法。OAV >1的化合物包括12种酯、6种醇、4种酮、2种酚和3种醛。具体而言，检测到的酯有乙酸乙酯、丁酸乙酯、乙酸异戊酯、庚酸乙酯、己酸乙酯、辛酸乙酯、苯甲酸乙酯、苯乙酸乙酯、水杨酸甲酯、苯丙酸乙酯和丁酸异戊酯。醇类中鉴定出正己醇。萜类化合物包括芳樟醇、α-松油醇和香茅醇，酮类包括2-辛酮、α-紫罗兰酮和异佛尔酮。酚类化合物检测到3-乙基酚和2,4-二叔丁基酚，醛类包括癸醛和苯甲醛。鉴定的关键风味化合物与既往研究一致。乙酸异戊酯和己酸乙酯贡献香蕉般香气，辛酸乙酯赋予菠萝香气。乙酸乙酯和丁酸乙酯增强果香和花香。2-辛酮和α-紫罗兰酮提供果香特性，正己醇强化花香。苯甲醛是木香的主要贡献者，单萜如香茅醇、香叶醇和α-松油醇贡献花香、果香和柑橘般细微差别。

与OAV分析相比，ROAV分析仅需相对浓度数据。因此使用HS-GC-IMS鉴定的挥发性化合物进行ROAV分析以确定樱桃酒的关键挥发性风味化合物。ROAV >1的13种挥发性有机化合物被鉴定，包括己酸乙酯、辛酸乙酯-M、辛酸乙酯-D、丁酸乙酯、异戊酸乙酯、乙酸乙酯、甲酸乙酯、3-甲基丁酸丁酯、1-戊醇-M、1,8-桉叶素、辛醛、3-羟基-2-丁酮和丙酮。OAV分析中，乙酸乙酯、己酸乙酯、辛酸乙酯和丁酸乙酯均显示OAV值超过1，证实它们对整体香气的显著贡献。为 refined 关键风味化合物的识别，整合了OAV、ROAV和VIP值。酯类中包括丁酸乙酯、乙酸乙酯、乙酸戊酯、己酸乙酯、苯甲酸乙酯、辛酸乙酯、水杨酸甲酯、苯丙酸乙酯、3-甲基丁酸丁酯、3-甲基丁酸乙酯和乙酸甲酯；醇类中包括3-甲基-1-丁醇和苯乙醇；酮类化合物中包括2-辛酮、α-壬酮、3-羟基-2-丁酮、丙酮、酚、3-乙基酚和2,4-二叔丁基酚；醛类化合物中包括癸醛、苯甲醛和3-糠醛是樱桃酒风味的重要组成部分。

3.6.3 与感官特性相关的特征风味化合物

为进一步研究特征风味化合物与感官特性之间的关联，进行了PLSR分析。此分析中，OAV >1的VOC设为X变量，感官特性设为Y变量。PLSR图中的椭圆分别代表50%和100%的解释方差，若大多数变量落在这些椭圆内，表明PLSR模型有效解释了它们的关联。多数关键风味化合物与花香和果香呈正相关。具体而言，“果香”和“花香”特性与芳樟醇、α-松油醇、异佛尔酮和辛酸乙酯密切相关。“木香”与3-糠醛和苯甲醛强相关，“焦香”与1,8-桉叶素紧密关联。尽管这些单个化合物可能无法独立产生 distinct 感官香气，但它们与樱桃酒中其他挥发性化合物的相互作用 likely 贡献于其特征风味轮廓的形成。总体而言，PLSR分析进一步验证了关键风味化合物与感官特性之间的关系，为樱桃酒风味组成提供了更深见解。

4 结论

本研究采用HS-SPME-GC-MS和HS-GC-IMS技术全面鉴定了樱桃酒中的挥发性风味化合物，共鉴定101种挥发性化合物，酯类和醇类是整体风味轮廓的主要贡献者。其中乙酸乙酯、辛酸乙酯和己酸乙酸是果香的关键化合物，3-糠醛和苯甲醛贡献木香笔记。OAV和ROAV分析整合得以识别28种主要风味化合物，并通过感官评价进一步验证。值得注意的是，樱桃酒样品C₅、C₉和C₁₀表现出最显著的花香和果香特性。本研究结果对明确樱桃酒特征风味物质、促进樱桃酒质量提升和加速产品创新具有重要意义。