《Food Chemistry》：Assessing the effect of altitude of cultivation on wheat beer quality by a multi-omic approach integrating physico-chemical, volatiles and sensory data
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对小麦啤酒进行了物理化学（physico-chemical）、挥发性物质（volatiles）和感官分析（sensory analysis）。分析结果预测了用于酿造啤酒的小麦种植海拔。成功应用了一种整合性多组学（multi-omic）方法来预测海拔。感官分析在
对小麦啤酒进行了物理化学（physico-chemical）、挥发性物质（volatiles）和感官分析（sensory analysis）。分析结果预测了用于酿造啤酒的小麦种植海拔。成功应用了一种整合性多组学（multi-omic）方法来预测海拔。感官分析在分类和回归中起主要作用。
论文解读：多组学方法揭示小麦种植海拔对啤酒品质的影响
全球变暖正改变作物物候期，缩短许多粮食作物的生长周期并降低产量，农业系统对气候变量高度敏感。将作物种植向高海拔地区迁移，被视为应对气候变暖的潜在策略，尤其是在耕地有限的国家和地区。已有研究表明，高海拔种植诱导的环境胁迫可改变小麦的挥发性有机化合物（volatile organic compounds, VOCs）谱，其中萜烯类物质可能起关键作用；日较差、夏季日数等气候指数与小麦VOCs变化密切相关。然而，海拔对加工食品品质的影响，特别是对小麦啤酒品质的系统性研究仍十分有限。为此，研究人员开展了本研究，旨在通过一种整合物理化学、挥发性物质和感官数据的多组学（multi-omic）方法，深入理解小麦种植海拔对小麦啤酒品质的影响，并探索各类分析变量之间的潜在关联。该论文发表在《Food Chemistry》。
研究人员在意大利阿布鲁佐大区选取三个不同海拔（70、500、1200 m a.s.l.）的有机农场，于2019/2020种植季栽培了两种普通小麦（现代品种Vittorio和传统品种Solina）和两种硬质小麦（现代品种San Carlo和传统品种Cappelli；硬质小麦因环境条件未在1200 m种植）。使用这些小麦以25%和40%两种未发芽小麦添加量，在标准化中试酿造系统中生产了14款比利时白啤风格（Blanche）精酿啤酒，发酵使用中性艾尔干酵母Saccharomyces cerevisiae SafAle? US-05，并刻意不添加芫荽、橙皮等典型香料，以减少干扰因素。对麦汁和成品啤酒进行了标准理化分析（包括原浓、终浓、色度、苦味值、总多酚、pH等），采用固相微萃取-气相色谱-质谱联用（SPME-GC-MS）技术分析VOCs，并由8名受训评审员组成的感官小组进行定量描述性分析，共评估43个感官描述符。统计方法上，研究分别采用单块稀疏偏最小二乘回归（sparse PLS-R, sPLS-R）、多块稀疏偏最小二乘判别分析（multi-block sparse PLS-DA, MB-sPLS-DA，即DIABLO算法）、基于DIABLO变量筛选的整合偏最小二乘回归（PLS-R），并与另一种多块稀疏PLS-R方法（multiblock R包）进行比较，以小麦种植海拔作为预测目标。
研究结果分为四个部分：
3.1 单块稀疏PLS-R：分别使用物理化学、VOCs和感官数据集作为解释变量预测海拔，结果显示感官模型拟合最优（r2=0.88，p<0.001），VOCs模型次之（r2=0.77），物理化学模型最差（r2=0.42）。这表明感官分析能有效捕捉海拔引起的差异，且使用的变量数最少，优于仪器分析方法。
3.2 多块稀疏PLS-DA：通过DIABLO整合三个数据块后，模型整体平衡准确率为58%，其中1200 m海拔样品的正确分类率达80%。Circos图显示VOCs与其他两个数据块之间存在最多显著相关连线，表明理化特性可能通过影响发酵过程进而改变VOCs组成，最终影响感官特征。甜味、熟蔬菜等感官属性和pH、色度、酒精等理化指标与多种酯类化合物密切相关；甜味与多种乙酯呈负相关，暗示发酵活动与VOCs形成之间的特定关系。
3.3 整合PLS-R方法：从MB-sPLS-DA筛选出的变量中，进一步仅保留负载随海拔明确升高或降低的变量，再进行PLS-R回归。最终模型R2=0.91，RMSE=0.291，分类准确率为85.7%，其中1200 m样品全部正确分类。感官变量在模型中占比最高；花香属性与海拔呈正相关，涩味与海拔呈负相关。苯乙酸乙酯（具有典型玫瑰花香）也随海拔升高而增加，可能参与花香感知的形成。发酵糖、残淀粉和酒精含量随海拔上升，这可能与高海拔小麦籽粒蛋白质含量较低、淀粉比例较高有关。异戊酸异戊酯、庚酸乙酯、辛酸乙酯等果香型酯类随海拔升高而降低，与杏子香气属性下降一致。
3.4 多块稀疏PLS-R：使用multiblock包直接进行多块回归，并与整合方法对比。通过调整收缩参数，当变量数与整合方法相近时，模型在交叉验证中的均方根误差（RMSECV）较高，预测性能不及整合方法；且该算法需要更复杂的参数优化。因此，本研究中提出的整合多组学方法表现出更优的预测能力。
讨论部分指出，感官分析在分类和回归中发挥主导作用，这与前人在葡萄酒中的观察相符，花香和涩味与海拔的相关性也在葡萄酒研究中有所报道。酚类物质与海拔的关系存在品种依赖性，且低温胁迫可能促进某些酚类合成，但在小麦中尚无直接证据。研究还发现，高海拔环境下产生的生物和非生物胁迫可能影响小麦籽粒组成，进而影响啤酒发酵和风味形成。
研究结论认为，全球变暖将重塑作物种植的地理格局，高海拔栽培可能成为应对策略之一，但也会改变食品的品质和感官特性。来自高海拔种植小麦酿造的啤酒比低海拔的更具花香、涩味和更少果味。这些发现可为山区农产品的品质提升和“山地产品”认证提供科学依据，也展示了多组学方法在研究环境因子对食品品质影响方面的广阔应用前景。
