黄精增强云阳黄酒风味的SPME-GC/MS代谢组学分析及关键风味标志物鉴定

《Journal of Agriculture and Food Research》：SPME-GC/MS Profiling Reveals Flavor Benefits of Polygonatum sibiricum in Yunyang Huangjiu

本研究针对传统黄酒风味单一问题，通过将药食同源植物黄精（Polygonatum sibiricum）以不同比例（0:1至1:0）与大米共发酵，采用顶空固相微萃取-气相色谱/质谱（HS-SPME-GC/MS）技术鉴定出805种挥发性化合物，发现黄精添加显著调控萜类（20%）、酯类（17.02%）和杂环化合物（16.02%）的代谢谱。通过rOAV分析和多变量统计筛选出2种胺类、2种萜烯和2种酯类作为关键风味生物标志物，感官评价证实黄精可赋予黄酒独特的辛辣和樟脑风味，为功能性黄酒开发提供数据支撑。

　　

在中国传统酿酒文化的瑰宝中，黄酒以其悠久历史和独特风味占据重要地位。作为世界三大古酒之一，黄酒不仅是一种酒精饮料，更承载着中医药食同源的理念。然而，随着消费者对健康饮品需求的增长，传统黄酒面临风味单一和功能化不足的双重挑战。在这一背景下，如何通过创新酿造技术既保留黄酒传统特色，又赋予其新的风味维度和健康价值，成为产业升级的关键科学问题。

近日发表于《Journal of Agriculture and Food Research》的研究首次系统揭示了黄精（Polygonatum sibiricum）在云阳黄酒风味调控中的分子机制。这项由湖北医药大学研究人员完成的工作，通过将药食同源植物黄精与大米按不同比例（0:1、1:3、1:1、3:1、1:0）进行共发酵，结合现代代谢组学技术，解析了黄精添加对黄酒风味代谢物的剂量效应，为功能性黄酒的精准开发提供了科学依据。

研究团队采用顶空固相微萃取-气相色谱/质谱（HS-SPME-GC/MS）技术进行挥发性化合物检测，运用相对气味活度值（rOAV）分析筛选关键风味成分，通过主成分分析（PCA）和K均值聚类揭示代谢物分布规律，并采用正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）鉴定差异积累代谢物（DAMs）。同时通过KEGG通路富集分析解析代谢通路变化，结合感官特征评价验证风味改良效果。

3.1. 黄精与大米共发酵体系的建立

研究突破传统药酒浸泡工艺，创新性地将蒸煮后的黄精与大米按预设比例混合，接入由蓼草制作的独特大曲进行共发酵。这种一体化发酵策略充分利用大曲中的微生物群落和酶系，将黄精活性成分的释放与酿酒过程的糖化、发酵环节有机结合，为风味物质的协同形成创造了条件。

3.2. 挥发性代谢物全景图谱解析

GC-MS分析共鉴定出805种挥发性代谢物，其中萜类（161种，20%）、酯类（137种，17.02%）和杂环化合物（129种，16.02%）位居前三。rOAV分析显示，随着黄精比例增加，风味贡献值≥1的化合物数量显著变化，表明黄精添加直接改变了黄酒的风味强度。

3.3. 代谢物组成的比例依赖性调控

PCA分析表明，不同黄精-大米比例组的代谢物呈现明显聚类分离，前两个主成分累计解释58.1%的变异。K均值聚类将代谢物划分为8个亚类，其中第1、6、7亚类（137种代谢物）随黄精比例增加而上升，第2、8亚类（168种代谢物）则呈下降趋势。气泡图显示萜类在变化显著的亚类中分布最广，特别是第7亚类中萜类占比达47%，包括古巴烯醇（cubenol）、D-马鞭草酮（D-verbenone）等赋予茶香、辛辣、草药风味的成分。

3.4. 差异积累代谢物的规律性变化

与纯大米组（Daqu-PR0to1）相比，四个黄精添加组的DAMs数量呈现剂量依赖性增加，其中51种代谢物在所有实验组中表现一致变化趋势。值得注意的是，27种代谢物持续上调，23种持续下调。在黄精比例≥50%的组别中，一致性变化的代谢物增至98种，证明黄精对黄酒代谢组具有稳定而规律的调控作用。

3.5. 关键风味生物标志物的发现

通过筛选各组前20位显著变化DAMs，研究鉴定出6个重叠的关键代谢物：2种胺类（2,6-二甲苯胺和2,4-二甲基苯胺）、2种萜类（(+)-(1R,4R,5R)-2-(10)-蒎烯-4-醇和(+)-(E)-柠檬烯氧化物）以及2种酯类（3-丙基吡啶和惕各酸乙酯）。这些化合物在全部实验组中均显著上调，可作为黄精增强型黄酒的质量标志物。

3.6. 代谢通路的系统性重塑

KEGG富集分析发现15条共同变化的代谢通路，包括单萜生物合成、芳香化合物降解和苯丙素生物合成等。在"次级代谢物生物合成"通路中，Daqu-PR1to0_vs_Daqu-PR0to1比较组有11个DAMs显著上调，仅4个下调，表明黄精添加显著激活了次级代谢物的生成途径。

3.7. 感官风味的科学性验证

雷达图分析显示，随着黄精比例增加，霉味和脂肪味等不良风味减弱，而辛辣味在黄精:大米=1:1时出现，樟脑味在高比例组（3:1和1:0）显现。这些变化与DAMs的上调趋势一致，证实黄精确实为黄酒引入了独特的风味维度。

研究结论表明，黄精添加通过调控萜类代谢等关键通路，显著改变黄酒的挥发性代谢物组成。发现的6个关键代谢物（2种胺类、2种萜烯和2种酯类）可作为黄精增强型黄酒风味调控的生物标志物。特别值得关注的是，黄精引入的辛辣和樟脑风味，与传统黄酒形成鲜明对比，为开发特色功能性黄酒提供了新方向。

讨论部分深入剖析了黄精影响黄酒风味的双重机制：一方面，大曲中的微生物群落通过降解芳香化合物等途径，为风味前体物的形成提供基础；另一方面，黄精本身含有的萜类等次生代谢物直接贡献特殊风味。这种"微生物催化+植物底物"的协同效应，使得黄精黄酒既保留传统黄酒的典型风味，又增添了独特感官特性。

该研究的创新之处在于将现代代谢组学技术与传统酿造工艺相结合，从分子水平揭示了黄精对黄酒风味的量化调控规律。这不仅为黄精在黄酒中的应用提供了科学依据，也为其他药食同源植物在发酵饮料中的开发提供了方法论参考。未来研究可进一步聚焦于关键风味化合物的形成机制和功能性成分的代谢规律，推动黄酒产业向风味多元化和功能精准化方向发展。