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北京工商大学孙宝国院士团队文献汇总

科学私享 科学私享 2022-10-07

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北京工商大学孙宝国院士团队

文献汇总

导  读

北京工商大学白酒研究团队以孙宝国院士为带头人,近年来主要围绕白酒以及白酒酿造过程的风味分析、白酒以及酿造过程中的健康因子和安全质量研究,以及白酒酿造微生物几个方面开展深入研究。团队近年来主持完成国家重点研发计划、国家自然科学基金、北京市自然科学基金项目20余项,企业横向合作项目30余项。出版我国首部酒类综合性科普著作《国酒》,并荣获2020年中国石油和化学工业优秀出版物一等奖。

为了更好地了解孙宝国院士团队的近年研究,我们摘选了部分近三年的研究成果进行展示。


《国酒》中文版和英文版刊行


中国酿酒历史源远流长,不单是饮食的重要组成部分,而且具有特殊性,承载着礼的社会功能,由此超脱了单纯的物质商品范畴,衍生出了丰富的文化内涵。历经数千年的发展,中国的酒文化与中国的传统文化相互交融,不可分割。酒所承载的文化内涵,是中国文化宝库中的一颗璀璨明珠。白酒和黄酒都是是中国独有的,是中华民族重要的非物质文化遗产,中华文化最鲜明的符号,但世人对白酒、黄酒的了解其普及程度远不及威士忌、白兰地、伏特加和红酒。

近年来,孙院士带领团队成员开展白酒现代化研究,致力于将经验与技艺转为科学和工艺,探寻不同香型白酒风味的“奥秘”,提出了“健康风味双导向”的发展思路。他是首位倡导将“白酒”、“黄酒”等中国国酒相关专业术语的英文翻译采用音译法的科学家,与中国酒业协会共同推动白酒的英文名称直译为“Chinese Baijiu”,并应用在《中华人民共和国进出口税则》文件中,以实际行动让白酒走向世界,使“Baijiu”成为世界性的饮料。《国酒》一书就是在这一背景下集合孙院士团队和白酒界权威人士的力量,编著而成的一部经典著作。中文版于2019年5月正式出版,全书书共分九大章节(第一章 知识篇;第二章 历史篇;第三章 文化篇;第四章 酿造篇;第五章 白酒风味篇;第六章 白酒名酒篇;第七章 黄酒名酒篇;第八章 健康篇;第九章 名人与酒篇),分别从国酒的概念、历史、文化、生产工艺、风味与健康,以及酒的人文轶事方面对中国传统发酵白酒和黄酒进行了详尽的介绍。英文版于2021年7月出版,补充了大量插图,进一步增强可读性,是对外发扬中国传统酒文化的不可多得的珍贵资料。

为广泛传播上述成果,弘扬优秀传统文化,孙宝国院士还潜心创作了《国酒》千言诗 (长按下图的二维码,查阅),生动展现了白酒、黄酒等国酒发展梗概和文化内涵,致力于促进科学家精神传播和学风建设,共同努力讲好中国白酒故事,坚定中华文化自信。


(一)

白酒风味分析

1

JAFC:发酵工艺对白酒风味的影响


中国白酒在饮料酒中,独具风格,与世界其他国家的蒸馏酒相比,我国白酒具有特殊的不可比拟的风味。酒色晶莹、无色透明;香气宜人,十二种香型的酒各有特色;口味醇厚柔绵,甘润清冽,酒体谐调,回味悠久。爽口尾净、变化无穷的优美味道,给人以极大的欢愉和幸福之感。

2018年6月北京工商大学孙宝国院士受美国权威刊物Journal of Agricultural and Food Chemistry邀请发表了有关中国白酒的综述:《Effect of Fermentation Processing on the Flavor of Baijiu》。文中孙宝国院士对我国白酒的历史、生产过程、发酵工艺、风味物质构成和健康因子做了系统权威的评述,并提出了风味健康双导向的白酒发展方向,提倡对“白酒”、“酒曲”等中国国酒方面的专业术语的英文翻译采用音译法,如“baijiu”、“jiuqu”、“daqu”、“xiaoqu”、“fuqu”,同时对于中国传统发酵食品中的专有名字的英文翻译进行了规范。文中还对中国白酒在中国地理位置的分布做了梳理,形成了中国白酒地理地图。

这是国外权威刊物首次认可“baijiu”、“jiuqu”、“daqu”等对中国白酒进行名词注释,也是国际上首次公开认可中国白酒的定义、原料、传统工艺、发展历程以及健康价值。中国白酒的汉源术语对中国白酒国际化的推广具有重要意义。

本论文同时入选ESI热点和高被引论文。


DOI:  10.1021/acs.jafc.8b00692


2

JAFC封面:首次揭示浓香型白酒基酒中“壌味”物质的来源


2018年12月5日,北京工商大学董蔚、孙啸涛*等在Journal of Agricultural and Food Chemistry(1区,IF:5.279)发表了题为“Characterization of 3-Methylindole as a Source of a “Mud”-like Off-Odor in Strong-Aroma Types of Base Baijiu”的封面文章。

该文章以窖泥泥味明显的浓香型白酒为研究对象,首次在白酒中发现一种具有马厩味、粪臭味的化合物3-甲基吲哚,并确认该化合物为浓香型原浆酒泥臭味的关键化合物。该研究进一步阐明构成浓香型白酒“泥臭”风味特征的化学物质,为提高浓香型白酒品质提供了新的方向。


DOI: 10.1021/acs.jafc.8b04734


3

Flavour and Fragrance Journal封面:分子感官科学方法表征老白干香型白酒中的关键香气成分


2019年9月8日,北京工商大学:樊倩、王新磊、郑福平*(通讯)等在Flavour and Fragrance Journal(IF:1.598)在线发表了题为“Characterization of key aroma compounds in Laobaigan Chinese Baijiu by GC×GC‐TOF/MS and means of molecular sensory science”的研究文章。

风味是食品质量的重要之一,也是影响消费者选择的最直接因素。老白干白酒作为传统发酵食品,其风味优雅,深受广大消费者喜爱,然而其神秘风味面纱仍未被揭开。结合风味分析的分子感官科学方法和先进分析仪器,对老白干白酒中的关键香气成分进行成功表征。

研究结果表明:32种香气化合物的香气活度值(OAV)>1。辛酸乙酯最高,其次是3-甲基丁醛。对32种香气化合物进行了香气重组,与老白干白酒样品的香气特种总体相似,重建的模型成功。辛酸乙酯、戊酸乙酯、己酸乙酯、丁酸乙酯、乳酸乙酯、乙酸乙酯、己酸、3-甲基丁醛和4-乙基愈创木酚被确认为老白干白酒的关键香气活性成分。


DOI: 10.1002/ffj.3533


4

JAFC封面:创新了一种磁性固相萃取结合HPLC-MS/MS技术,首次实现对浓香型基酒中2种吲哚类化合物的精准检测


2020年3月18日,北京工商大学:董蔚,孙啸涛*在农林科学领域Top级期刊JAFC(1区,IF:5.279)发表封面文章,题目为“Polyamine-Modified Magnetic Graphene Oxide Nanocomposites and HPLC-MS/MS Allow the Determinationof Two Indolic Derivatives in Strong-Aroma Types of Base Baijiu”。

该文通过设计合成靶向提取吲哚-3-乙酸和吲哚-3-丙酸的新型GO@PAA@Fe3O4纳米磁性固相萃取材料,实现对浓香型白酒中2种重要吲哚类衍生物的快速、准确检出。初步验证了浓香型白酒酿造过程中“窖香”特征风味物质的可能代谢途径。


DOI:10.1021/acs.jafc.9b08235

超声辅助碱醇提取法结合HPLC测定白酒酒醅和酒糟中的酚类化合物


5

Food Research International:浓香型基酒中“壤香”及“烤香”关键香气化合物的确证及交互作用研究


2019年7月11日,北京工商大学孙啸涛博士和董蔚博士等在Food Research International(1区,IF: 6.475)发表了题为“Characterization of Key Odorants Causing the Roasted and Mud-like Aromas in Strong-Aroma Types of Base Baijiu”的研究文章。

该文研究了浓香型白酒的烤香和窖香的来源以及与这两种特征香气相关的关键化合物的相互作用。通过比较香气提取物稀释分析,在基酒和商品酒中共鉴定出68和64种气味化合物。此外,白酒的复杂基质一直对香气化合物的定量准确性和精密度构成长期挑战;因此,采用包括直接进样与气相色谱-火焰电离检测器结合、涡流辅助表面活性剂增强乳化液液微萃取(VSLLME)与GC-MS 相结合,衍生化法与VSLLME-GC-MS相结合多种定量方法对酒体中的气味化合物进行定量。其中分别有37 和 26 种气味化合物因香气活性值大于1而被证明是酒体中的重要香气化合物。在这些化合物中,己酸、丁酸、对甲酚、3-甲基吲哚和 3-甲硫基丙醛在基酒中的OAV值高于商品酒,并根据香气重组和缺失实验证实了它们是产生泥味和烤味的主要气味化合物。通过添加实验对上述5种关键气味化合物进行评价,结果表明基酒的烤香和泥味是相关的,这些气味主要归因于化合物之间的加成或掩蔽作用。


DOI:10.1016/j.foodres.2019.108546


6

Food Chemistry: 通过分子感官科学表征国井芝麻香型白酒的特征香气成分


2019年6月30日,北京工商大学李贺贺*(1作,通讯),秦丹(2作),孙金沅*(共同通讯)等在Food Chemistry (1区,IF:7.514) 发表了题为 “Characterization of key aroma compounds in Chinese Guojing sesame-flavor Baijiu by means of molecular sensory science”的研究文章。

该文通过现代分析仪器结合分子感官科学技术对国井芝麻香型原酒和商品酒中的关键香气化合物进行了研究。通过全二维气相色谱-飞行时间质谱(GC×GC-TOF MS)共鉴定509种挥发性化合物,通过AEDA分析共鉴定61种香气活性化合物,其中苄硫醇首次在白酒中发现,其FD=19683最高,具有烘焙香、咖啡香。根据国标 GB/T 33406-2016《白酒风味物质阈值测定指南》测定,在46°乙醇水溶液中苄硫醇阈值为3.5 ng/L,结合浓度测定其OAV > 1。同时通过内标标准曲线法对国井芝麻香型白酒中香气活性化合物进行定量,研究结果表明,己酸乙酯、辛酸乙酯、二甲基三硫、苄硫醇等对国井芝麻香型白酒的整体香气具有重要的贡献。


 DOI:10.1016/j.foodchem.2019.01.102


7

Food Chemistry: HS-SPME-GC×GC-SCD表征老白干白酒中的含硫香气化合物


2019年6月7日,北京工商大学:宋学博、朱琳、郑福平*(通讯)等在Food Chemistry(1区,IF:7.514)在线发表了题为“Characterization of key aroma-active sulfur-containing compounds in Chinese Laobaigan Baijiu by gas chromatography-olfactometry and comprehensive two-dimensional gas chromatography coupled with sulfur chemiluminescence detection”的研究文章。

含硫化合物在食品中广泛存在,其含量很低(低于μg/L级别)。同时,含硫化合物具有阈值极低的特点,因此其在食品中的风味作用不容忽视。到目前为止,白酒中含硫化合物的工作已经开展很多,但是对白酒中微量的含硫化合物定量仍是一个难题。本文建立顶空固相微萃取(HS-SPME)结合全二维气相色谱-硫化学发光检测器(GC×GC-SCD)方法,并应用于老白干白酒中的微量含硫化合物的分析。通过AEDA方法筛选到65种香气化合物,其中10种含硫化合物在GC-MS和GC-O分析中未产生色谱峰,通过比对标准品的保留时间和气味初步定性。通过GC×GC-SCD对10种含硫化合物进行定性,并且采用顶空固相微萃取(HS-SPME)结合全二维气相色谱-硫化学发光检测器(GC×GC-SCD)方法对其进行定量分析。该方法检出限范围为0.05-1.53 ng/L,方法回收率为85%-116%。日间和日内精密度分别为:2.9%-8.2% 和5.9%-11.7%,线性范围:50–104 ng/L。研究证明:该方法是一种灵敏、高效的含硫化合物检测方法。首次在老白干白酒中发现2-甲基-3-呋喃硫醇、糠硫醇和苄硫醇等11种含硫香气化合物,且前三者香气活度值大于100,对老白干白酒风味贡献极大,为白酒品质控制和代谢调控提供了数据参考。顶空固相微萃取(HS-SPME)结合全二维气相色谱-硫化学发光检测器(GC×GC-SCD)方法具有检出限低,灵敏度高的优势。该方法可以应用于其他食品介质中微量含硫化合物的分析,对产品质量控制具有重要的作用。


 DOI: 10.1016/j.foodchem.2019.124959


8

Food Chemistry: 非靶向和靶向的代谢组学方法应用于浓香型白酒产地区分


2019年12月22日,北京工商大学宋学博、朱琳、郑福平*(通讯)等在Food Chemistry(1区,IF:7.514)在线发表了题为“Untargeted and Targeted Metabolomics Strategy for the Classification of Strong Aroma-Type Baijiu (Liquor) According to Geographical Origin Using Comprehensive Two-Dimensional Gas Chromatography-Time-of-Flight Mass Spectrometry”的研究文章。

浓香型白酒主要生产于四川盆地和江淮流域,俗称川派和江淮派,占据中国白酒市场超过80%的份额。目前两种流派白酒的产地区分研究较少,缺乏判别模型以追溯真实产地。本研究采用液-液萃取(LLE)结合全二维气相色谱-飞行时间质谱(GC×GC-TOFMS)分析川派和江淮派浓香白酒中的挥发性成分,结合非靶向和靶向的代谢组学策略对未知样本产地进行溯源。主成分分析(PCA)结果显示,两种流派白酒可以明显区分。选用4/5样本建立偏最小二乘判别分析(PLS-DA)训练模型,其解释变量(R2Y)和预测能力(Q2Y)分别为0.988和0.982,且模型未过拟合,说明训练模型符合分析要求。选用剩余1/5未知样本代入训练模型,对产地进行预测。该模型能够很好区分所有未知的浓香型白酒样品,准确率为100%。通过变量投影重要性指标值(VIP值)筛选对区分起到重要作用的标志物。共筛选化合物29种,其中准确定性23种。模型鉴别能力与酸类、酯类、呋喃类、醇类、含硫类和吡嗪类等风味化合物密切相关。大部分标志物在江淮派白酒中的含量高于川派白酒。定量的标志物通过聚类分析进行靶向分析,表明该类标志物对浓香型白酒产地溯源具有很强的鉴别能力。该论文已入选ESI高被引论文。


 DOI:10.1016/j.foodchem.2019.126098


9

Food Chemistry:老五甑白酒老熟过程中香气轮廓和风味物质含量变化规律研究


2020年4月25日,北京工商大学:朱琳、王新磊、郑福平*(通讯)等在Food Chemistry(1区,IF:7.514)在线发表了题为“Evolution of the key odorants and aroma profiles in traditional Laowuzeng baijiu during its one-year ageing”的研究文章。

陈酿是白酒生产过程中的重要步骤,新蒸馏的酒气味辛辣、口感粗糙,需要贮存一段时间以提升酒体品质。本团队对白酒的自然老熟过程进行了为期一年的跟踪。采用顶空固相微萃取(HS-SPME)和直接进样法(direct injection) 结合香气稀释分析对同一批次的老白干老五甑工艺白酒在陈酿过程中主要香气成分和香气轮廓的变化进行了研究。研究发现,己酸乙酯、(E, E)-2,4-癸二烯醛和乙酸苯乙酯在各老化阶段的FD值最高(486)。果香、花香、酸、甜/蜂蜜和奶酪的香气在贮藏期间增强,而咸菜、谷物和酒精的香气在贮藏期间减弱。定量分析和OAVs测定结果表明,芳香化合物(OAVs>1)中,乙酯类、醛类、酸类含量在同一时期内均有增加,而壬醛、乙酸苯乙酯、苯甲酸乙酯、4-乙基愈创木酚、丙醇和3-甲基-1-丁醇含量在365天中均有下降。在新酒中添加18种化合物的方法模拟老酒香气,通过三杯法进行比较分析,结果表明,“果香”类化合物对老酒的陈香至关重要。


 DOI:10.1016/j.foodchem.2019.125898

中国北方黄酒风味的解析


10

JAFC:揭示2-甲基-3-呋喃硫醇和糠硫醇作为区分中国清香、浓香和酱香型白酒的标志物


2020年7月3日,北京工商大学宋学博、郑福平*教授等在Journal of Agricultural and Food Chemistry(1区,IF:5.279)在线发表了题为“Insight into the Role of 2-Methyl-3-furanthiol and 2-Furfurylthiol as Markers for the Differentiation of Chinese Light, Strong and Soy Sauce Aroma Types Baijiu”的研究文章。该文证实2-甲基-3-呋喃硫醇和糠硫醇对清香、浓香和酱香型白酒的风味起到重要作用的同时还可以作为区分三种香型白酒的标志物。

挥发性含硫化合物对食品风味影响显著,且常以痕量存在,对其检测分析极具挑战性。由于其极低的气味阈值和重要的气味贡献,它们在食品风味中的重要作用不容忽视。已经有大量的研究报道2-甲基-3-呋喃硫醇(MFT,肉香味)和糠硫醇(FFT,烤芝麻香味)在葡萄酒、咖啡和芝麻等食品中的重要风味作用。然而,只有少数研究探讨了2-甲基-3-呋喃硫醇和2-呋喃硫醇对中国白酒香气的影响。此外,用硫醇类化合物作为中国白酒香型鉴别标志物的研究还很少。AEDA结果显示2-甲基-3-呋喃硫醇和糠硫醇在三种香型白酒中的香气稀释因子范围为:81-6561。首次在清香和浓香型白酒中鉴定出两种化合物。定量结果显示酱香型白酒中2-甲基-3-呋喃硫醇和糠硫醇含量高于清香和浓香型白酒(p<0.05)。基于香气活度值数据,本研究首次证明了2-甲基-3-呋喃硫醇 (OAVs: 34-274)和糠硫醇 (OAVs: 11-281)对三种香型白酒的整体香气有显著贡献。有趣的是,两种化合物在酱香型白酒中香气活度值(OAVs: 256-263)很高,但是却没有显著性差异。PLS-DA模型对三种香型白酒的未知样本进行测试,对酱香和清香型白酒的判别准确率达到100%,对浓香型白酒的判别准确率达到89.88%。该研究显示:2-甲基-3-呋喃硫醇和糠硫醇对清香、浓香和酱香型白酒的风味起到重要作用的同时还可以作为区分三种香型白酒的标志物。


 DOI: 10.1021/acs.jafc.0c04170


11

Food Research International:感官导向风味分析法鉴定中国北方黄酒的关键香气成分


2020年4月19日,北京工商大学王娟(第一作者)、黄明泉*(通讯作者)在Food Research International(1区,IF 6.475)发表了题为“Characterization of key aroma compounds in Huangjiu from northern China by sensory-directed flavor analysis”的研究性论文。

该论文首次通过分子感官组学鉴定出了以黍米为酿造原料,由传统手工法酿造而成的具有代表性的北方黄酒(代县黄酒)中的关键香气成分。感官评价结果表明,糟香是代县黄酒的主要香气。通过GC-O分析总共鉴定出106种香气活性化合物,其中35种化合物首次在黄酒中鉴定为香气活性物质,并通过多方法、多内标、多色谱柱的方法对47种重要香气化合物进行定量分析,有21种化合物香气活性值OAV ≥ 1,重组结果与样品具有较高的相似性(> 95.84%),缺失/添加实验进一步证实了β-苯乙醇、3-甲基丁酸、乳酸乙酯、葫芦巴内酯、2-乙酰基-1-吡咯啉、香兰素、肉桂酸乙酯、3-苯丙酸乙酯、3-甲基丁醛和3-甲硫基丙醛是代县黄酒中的关键香气物质。


 DOI: 10.1016/j.foodres.2020.109238


12

Food Research International:芝麻香型白酒中微量成分的研究进展


2020年9月16日,北京工商大学洪嘉欣、赵东瑞*(通讯作者)与北京农学院田文静在Food Research International(1区,IF:6.475)发表了题为“Research progress of trace components in sesame-aroma type of baijiu”的综述。

白酒在我国传统食品中占有重要地位。根据白酒的香气特征,白酒被人工分为12种香气类型。而芝麻香型白酒与浓香型、淡香型白酒相比,虽然得到广泛认可的时间较短,但由于其独特的烤芝麻香味,近年来越来越受到消费者的青睐,其独特的烤芝麻(类似于烤咖啡)的香气也吸引了研究者的注意,芝麻型白酒中的微量成分及其对芝麻香型白酒风味轮廓的影响研究也已逐渐开展。目前,芝麻香型白酒中已发现463种微量成分,包括181种酯类、53种吡嗪类、47种含硫化合物、45种醇类、46种酸类、48种醛酮和缩醛类、32种萜烯类、11种酚类。目前的研究结果初步证明,芝麻香型白酒的整体风味轮廓不是由单一的挥发性成分决定的,而是与各种微量成分的相互作用有关。本文主要介绍了芝麻香型白酒的生产过程和发展过程,综述了芝麻香型白酒中微量成分的研究进展,特别是微量成分对芝麻香型白酒风味轮廓的影响。为芝麻香型白酒的研究方向提供了思路,为今后白酒品质的提高和芝麻香型白酒的发展奠定了基础。


 DOI: 10.1016/j.foodres.2020.109695


13

Food Chemistry:采用GC-O和感官科学方法对比分析草原王清香型白酒的关键香气成分


2021年1月9日,北京工商大学王娟(第一作者)、黄明泉*(通讯作者)在Food Chemistry(1区,IF 7.514)发表了题为“Characterization and comparative study of the key odorants in Caoyuanwang mild-flavor style Baijiu using gas chromatography–olfactometry and sensory approaches”的研究性论文。

该论文确认了草原王麸曲清香型白酒的关键香气成分为β-大马酮、二甲基三硫醚、戊酸乙酯、丁酸、乙酸乙酯、3-甲基丁醛、乳酸乙酯、己酸、γ-壬内酯、3-羟基-2-丁酮、丁酸乙酯、1-丙醇、4-乙氧基甲基-2-甲氧基苯酚和香兰素;通过添加实验确认了二甲基三硫醚对陈香有重要贡献;结合PLSR分析,乳酸乙酯、乙酸乙酯、丁酸乙酯、1-丙醇、γ-壬内酯、己酸、戊酸乙酯、3-羟基-2-丁酮和二甲基三硫醚共9个化合物被鉴定为不同等级的麸曲清香型白酒的质量标志物。此外,该文章中将统计学方法PLSR结合到感官组学分析方法中,用来预测关键香气活性成分,然后再进行感官缺失实验,有助于明确缺失实验的目标,同时减少工作量。


 DOI:10.1016/j.foodchem.2021.129028


14

Food Chemistry:感官导向分析法解析琅琊台兼香型白酒中的关键香气成分


2021年2月23日,京工商大学杜静怡(第一作者),黄明泉教授(通讯作者)在国际期刊Food Chemistry(1区,IF 7.514)发表了题为“Characterization of key odorants in Langyatai Baijiu with Jian flavour by sensory-directed analysis”的研究性论文。

该论文首次通过分子感官组学鉴定出了琅琊兼香型白酒的关键香气成分。感官评价结果表明,果香、酱香、甜香是其主要香气属性。通过GC-O-MS/Osme分析共鉴定出56种香气活性化合物,通过多种前处理和多内标方法进行了准确定量并首次测定了15种香气物质的阈值,再通过计算香气活性值发现,共30种化合物OAV > 1,其中基酒和商品酒在骨架酯和骨架酸成分上存在一定差异。重组模型成功模拟了两种样品的香气特征,相似度分别为4.82/5.00和4.80/5.00,缺失实验进一步证实了酯、醇、酸、己酸乙酯、γ-壬内酯、二甲基三硫醚对琅琊台兼香型白酒整体香气具有重要贡献。


 DOI: 10.1016/j.foodchem.2021.129363


15

LWT:白酒中蒸煮蔬菜气味含硫香气成分风味贡献研究


2021年3月28日,北京工商大学:宋学博,朱琳,郑福平*(通讯)等在LWT-Food Science and Technology(1区,IF:4.952)在线发表题为“Comparison of two cooked vegetable aroma compounds, dimethyl disulfide and methional, in Chinese Baijiu by a sensory-guided approach and chemometrics”的研究文章。

二甲基二硫和3-甲硫基丙醛在酱香型白酒中研究较多,但对于浓香和清香白酒中研究较为空白,尤其是两种化合物在浓、清和酱香型白酒中的分布规律和对香型区分作用研究较少。采用香气萃取稀释分析(AEDA)对73种浓、清和酱型白酒中的二甲基二硫(蒸煮白菜)和3-甲硫基丙醛(蒸煮土豆)进行香气筛选并考察其香气稀释因子(FD)。二甲基二硫(DMDS)的FD因子为27-243,3-甲硫基丙醛(MET)的FD因子为81-729。采用GC-O、GC-MS、GC×GC-TOFMS和GC×GC-SCD多种分析手段对两种化合物进行定性。首次证实DMDS和MET是浓香和清香型白酒中的香气活性成分。采用LLE结合GC×GC-SCD对73个白酒样品中的DMDS和MET进行定量分析。酱香型白酒中DMDS和MET含量显著高于(p<0.05)浓香和清香型白酒。香气活度值(OAV)显示,DMDS(OAVs:1-22)和MET(OAVs:1-9)对三种香型白酒的香气均具有重要贡献。层次聚类分析(HCA)结果显示,DMDS和MET可以将酱香与浓、清香型白酒区分;采用DMDS和MET建立的判别模型R2Y和Q2Y分别为0.982和0.981,且模型未过拟合,酱香和浓、清香型白酒的分组准确率为100%,即可以将高温酒曲酿造的白酒与中、低温酒曲酿造的白酒区分。首次证实DMDS和MET是测试浓香和清香型白酒中的香气成分。酱香型白酒中二甲基二硫和3-甲硫基丙醛的含量显著高于浓香和清香型白酒(p<0.05)。MET和DMDS可以区分不同高温酒曲和中、低温酒曲酿制的白酒。


 DOI: 10.1016/j.lwt.2021.111427

传统白酒自动化和智能化研究进展


16

Food Chemistry:中国白酒中热带果香硫醇的分析、发现和潜在的感官意义


2021年5月28日,北京工商大学:宋学博,朱琳,郑福平*(通讯)等在 Food Chemistry(1区,IF:7.514)在线发表题为“Analysis, Occurrence, and Potential Sensory Significance of  Tropical Fruit Aroma Thiols, 3-Mercaptohexanol and 4-Methyl-4-Mercapto-2-Pentanone, in Chinese Baijiu”的研究文章。

该本研究中,作者通过气相色谱嗅闻测定法(GC-O)进行香气萃取稀释分析(AEDA),筛选出白酒中的香气化合物 3-巯基己醇(3MH)和 4-甲基-4-巯基-2-戊酮(4MP)。通过气相色谱-质谱(GC-MS)、全二维气相色谱-飞行时间质谱(GC×GC-TOFMS)和全二维气相色谱-硫化学发光检测(GC×GC-SCD)评估了这两种硫醇的存在。随后,通过 液-液萃取(LLE)-GC×GC-SCD 研究了这两种硫醇的含量,并计算它们的气味活性值(OAV)。最后,该文进行了多变量统计分析,以全面评估这两种重要的硫醇与白酒特性之间的相关性。果香是白酒风味的重要组成部分,其源自于酯类化合物;然而,人们对引起果香的其他化学物质知之甚少。在这项研究中,对中国清香、浓香和酱香型白酒中的两种热带果香硫醇,即 3-巯基己醇(3MH)和 4-甲基-4-巯基-2-戊酮(4MP)的感官影响进行了系统的感官评价、定性和定量分析以及多变量统计分析。3MH 和 4MP 的风味稀释系数为 9-729。在浓香型白酒和酱香型白酒中,3MH 和 4MP 的含量分别为最高(P<0.001)。根据它们的气味活性值(OAVs),3MH(OAV:1-22)和 4MP(OAV:1-9)对白酒的香气非常重要。值得注意的是,4MP是首次在白酒中被发现,多变量统计分析表明,M3H和4MP可以用来区分白酒。


 DOI: 10.1016/j.foodchem.2021.130232


17

Food Chemistry: 采用TP-GC-IMS和GC-O-MS结合化学统计学方法对不同蒸馏阶段白酒样品进行分级


2021年6月19日,北京工商大学:何菲(1作),段佳文(2作),李贺贺*(通讯)等在Food Chemistry(1区,IF:7.514)发表题为“Different distillation stages Baijiu classification by temperature-programmed headspace-gas chromatography-ion mobility spectrometry and gas chromatography -olfactometry-mass spectrometry combined with chemometric strategies ”的研究文章

白酒是中国传统的蒸馏酒,作为中国最受欢迎的酒精饮料,白酒创造了巨大的市场价值,浓香型白酒因其独特的口感和香气而广受消费者的喜爱。浓香型白酒生产流程中,蒸馏、原酒分级是白酒生产中非常重要的环节,与白酒的质量和产量密切相关。本研究对不同蒸馏阶段酒样中的挥发性成分进行研究,比较不同蒸馏阶段酒样间的差异及蒸馏过程中挥发性化合物的变化规律。通过研究发现,四层酒醅所产的相同蒸馏阶段酒样具有相似性,不同蒸馏阶段酒样间差异较大,酒头样品的总酯和总醇含量最高,酒尾样品的总酸含量最高。在不同蒸馏阶段酒样中共鉴定出47种香气活性化合物,通过计算其浓度及OAVs并结合PCA和PLS-DA确定了能将不同蒸馏阶段酒样区分开的10种关键香气活性化合物,即4-乙基-2-甲氧基苯酚、乙酸乙酯、3-苯丙酸乙酯、3-甲基-1-丁醇、乙酸、丁酸乙酯、乙酸丁酯、乳酸乙酯、糠醛和异丁酸乙酯,对其进行热图及聚类分析,验证了10种关键香气化合物对不同蒸馏阶段酒样分级的重要性,以期为后续监控和提高白酒基酒品质提供理论依据。


 DOI: 10.1016/j.foodchem.2021.130430


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Journal of Food Composition and Analysis:白酒中挥发性含硫化合物研究现状综述


2021年7月10日,北京工商大学:孙金沅,王哲,孙宝国*(通讯)在Journal of Food Composition and Analysis (1区,IF:4.556)在线发表题为“Low Quantity but Critical Contribution to Flavor: Review of The Current Understanding of Volatile Sulfur-containing Compounds in Baijiu”的综述文章。

近年来,白酒风味物质的研究备受关注。一些研究集中在挥发性含硫化合物上,这是白酒中一类特殊的香气化合物,可以在低阈值下产生高风味强度。本文综述了白酒中挥发性含硫化合物的种类、功能、形成机理:包括微生物代谢和化学反应等方面的研究进展。同时介绍了提取和检测方法。最后提出了白酒挥发性含硫化合物的研究方向。


 DOI: 10.1016/j.jfca.2021.104079


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Journal of Food Composition and Analysis:不同酒精度下唾液对白酒中酯类化合物香气释放的影响


2021年8月26日,北京工商大学:陈璐,王哲,孙金沅*(通讯作者)等在Journal of Food Composition and Analysis(1区,IF=4.556)在线发表了题为“The effect of saliva on the aroma release of esters in simulated baijiu under the impact of high ethanol concentration”的研究论文。

白酒在饮用过程中被消费者所感知的香气,与被广泛研究的白酒中的香气化合物可能并不一致,口腔环境中众多因素会对白酒香气产生影响。该论文采用体外研究的方法,考察了唾液对白酒中重要的酯类化合物在模拟口腔环境中释放强度的影响。研究表明唾液对酯类香气释放有显著的正向或负向的影响,具体与化合物的疏水性相关。随着模拟溶液中酒精度的变化,唾液的影响强度和影响结果也有变化。其中,唾液的主要成分:水、无机盐、黏蛋白和α-淀粉酶与酯类化合物分子间因化合物分子间相互作用的改变或乙醇引起的生化反应而发生较大的改变。


 DOI: 10.1016/j.jfca.2021.104134


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Journal of Food Composition and Analysis:酒类产品中异嗅味的产生、调控及面临的挑战


2021年8月19日,北京工商大学孙宝国院士白酒化学团队吴继红,黄明泉(通讯作者),赵湖(酒鬼酒股份有限公司)等联合在Journal of Food Composition and Analysis(1区,IF:4.556)在线发表题为“Recent advances in the understanding of off-flavors in alcoholic beverages: Generation, regulation, and challenges”的综述文章。

本综述以酒类产品(ABs, Alcoholic Beverages),诸如蒸馏酒(白酒、白兰地、威士忌等)、非蒸馏酒(葡萄酒、啤酒、黄酒等)中的异嗅味为重点,从异嗅味化合物的分子结构、呈香特点、浓度范围、产生机理、消除及调控策略等方面进行了总结,还分析了当前所面临的困境和挑战,指出了调控ABs异嗅味的技术可行性和前景,可以为今后探索和控制ABs中异嗅味提供更多的思路和可能性。


 DOI:  10.1016/j.jfca.2021.104117

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Food Chemistry:定向挖掘酿酒原料与白酒产品间PAEs的关联性科学揭示白酒中PAEs粮食原型转移的可能性


2019年6月15日,北京工商大学董蔚、孙啸涛*等在Food Chemistry(1区,IF: 7.514)发表了题为“Assessment of phthalate ester residues and distribution patterns in Baijiu raw materials and Baijiu”的研究文章。

该文通过构建QuEChERS或VSLLME结合GC-MS法系统挖掘了酒与粮中PAEs的分布规律,揭示了白酒与酿酒原料间PAEs的检测种类相同,但酿酒原料中PAEs含量普遍高于白酒的客观事实;结合PCA、PLS-DA等多元统计学方法,进一步考察原料与白酒产品间PAEs的关联性,阐明了不同酿酒原料酿造的白酒间呈现出明显的聚类现象,首次确证了白酒PAEs粮食原型转移的可能性。此外,采用非离子型表面活性剂/涡旋-液液微萃取结合GC/MS法动态追踪浓香型酒企甑桶蒸馏过程中PAEs的馏出规律,首次发现,基酒中PAEs的含量随蒸馏时间的延长呈现下降趋势,表现出“头高尾低”的规律,5种PAEs平均含量在“头端”最高,是二段、三段、及酒尾含量的1.6、2.3和8.1倍。


DOI:10.1016/j.foodchem.2019.01.069


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Langmuir/ Food Research International: 多肽对白酒风味的影响


2020年9月,北京工商大学黄明泉、吴继红*等人分别在Langmuir(Q2, IF:3.882)、Food Research International(Q1,IF:6.475)杂志上在线发表了题为“Interactions between p‑Cresol and Ala-Lys-Arg-Ala (AKRA) from Sesame-Flavor-Type Baijiu”、“Structural characterization of a tetrapeptide from Sesame flavor-type Baijiu and its interactions with aroma compounds”的研究文章。

以上2篇研究论文,分别考察了多肽DRAR与AKRA对芝麻香型白酒整体香气轮廓的影响,着重探讨了醇类、酯类物质的挥发性能变化,以及AKRA对异嗅味化合物对甲酚的挥发性能的抑制作用及其作用机理。研究发现,DRAR与酯类、醇类化合物通过氢键作用力结合形成复合物,从而降低该类化合物的挥发性能;AKRA与对甲酚通过氢键作用力结合在一起形成复合物,降低了对甲酚的挥发性能,抑制了白酒中的异嗅味。以上研究阐释了多肽对白酒整体风味的影响及其作用机理,进而说明多肽对白酒的风味质量调控具有重要意义。进一步证实了大分子非挥发性化合物对于白酒风味化学研究的重要性,突出了风味重组分析过程中大分子非挥发性化合物对整体食品整体香气的影响。


 DOI: 10.1021/acs.langmuir.8b02662

 DOI: 10.1016/j.foodres.2018.10.055


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Food Chemistry:有机探针在饮料酒中的快速检测


2021年4月20日,北京工商大学杨绍祥,孙宝国在Food Chemistry(IF:7.514)在线发表了题为“The recent advance of organic fluorescent probe rapid detection for common substances in beverages”的综述性论文。

该综述总结了有机荧光探针在饮料快速检测中的研究进展,归纳了包括对葡萄酒、啤酒、茶、矿泉水、牛奶和其他饮料中铜离子、硫化氢、半胱氨酸和咖啡因等常见成分的快速检测应用研究进展。有机荧光探针检测法无需专业操作人员,为饮料中单一成分的快速检测提供了一种简单而有效的方法,具有广泛的应用前景。


 DOI: 10.1016/j.foodchem.2021.129839


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Food Chemistry:荧光探针快速检测葡萄酒中的铜离子


2019年1月12日,北京工商大学杨绍祥在Food Chemistry(IF:7.514)在线发表了题为“A novel coumarin-based fluorescent probe for sensitive detection of copper (II) in wine”的研究论文。

该论文构建了以吡啶甲酸酯为识别基团,4-甲基-7-羟基香豆素为荧光基团的Cu2+荧光探针,通过Cu2+诱导络合水解吡啶甲酸酯反应,使荧光探针的荧光强度增强。研究中以葡萄酒为溶剂,配制不同浓度的Cu2+ (0 μM、10 μM、15 μM、20 μM)葡萄酒溶液,滴加20 μL探针溶液(10 nM)5 min后,在254-nm紫外灯下明显观察到发光强度的增强。当Cu2+ 的含量达到葡萄酒的限量值(15 μM)和水的限量值(10 μM)时,荧光强度明显增强。表明该探针可以用于判断葡萄酒和水中Cu2+ 含量是否合格的潜在的快速检测工具。


DOI: 10.1016/j.foodchem.2019.01.090


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Food Reviews International:白酒中微量成分的研究进展


2021年6月9日,北京工商大学洪嘉欣、赵东瑞*(通讯作者)、孙宝国在Food Reviews International(1区,IF:6.478)发表了题为“Research Progress on the Profile of Trace Components in Baijiu”的综述。

白酒作为中国的国酒,在中国食品工业中占有重要地位。2019年,白酒行业实现销售总收入5617.82亿元,年利润总额1404.09亿元。由于丰富的原料,复杂的工艺以及多菌种共发酵,白酒中含有丰富的微量成分。这些微量成分虽然仅占白酒的2%,但它们对白酒的风味品质和功能特性起着重要作用。据研究统计,这些微量成分主要包括醇类、醛类、酮类、酯类、酸类、羰基化合物、含氮化合物、含硫化合物、短肽等,其中挥发性化合物对白酒的风味品质和功能特性起着重要作用,而非挥发物是挥发物的前体,其含量会影响白酒中挥发性化合物的含量,从而影响白酒的风味和功能品质。本文主要介绍了白酒生产的工艺流程,综述了白酒中微量成分的研究进展,特别是微量成分对白酒风味和功能品质的影响。今后对白酒的研究可能会坚持“风味”与“健康”的双重导向。一方面,探索关键香气化合物及其代谢途径,为调节生产过程中的关键香气成分,提高白酒风味品质奠定基础。另一方面,探索功能成分及其代谢途径,为调节或强化天然功能成分在生产过程中的应用和提高白酒质量奠定基础。这些研究将为白酒生产标准化、产业现代化和市场国际化奠定基础


 DOI: 10.1016/j.foodres.2020.109695


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Food Chemistry: 芝麻香型白酒中苄硫醇的测定及感官科学研究


2021年6月10日,北京工商大学:吴子阳(1作),秦丹(共1),李贺贺*(通讯),孙金沅*(共同通讯)等在Food Chemistry(1区,IF:7.514)发表题为“Characterization of benzenemethanethiol in sesame-flavour baijiu by high-performance liquid chromatography-mass spectrometry and sensory science ”的研究文章。

白酒中挥发性含硫化合物阈值低、含量低,对白酒风味具有重要贡献。通过现代分析仪器,课题组首次在芝麻香型白酒中鉴定出苄硫醇,其FD值在香气化合物中最大,是芝麻香型白酒的关键风味物质。但是,苄硫醇在白酒中的含量极低,普通的GC-MS或GC-O方法很难对其准确定量,而专用含硫化合物的检测器在实验室并不普遍。针对此问题,该研究开发了一种通过衍生化反应,SPE富集,结合 LC-MS/MS 的定性定量方法,用于测定芝麻香型白酒中含量低,阈值低的苄硫醇。通过对6种前处理条件的优化,确定了最优的衍生化及SPE条件。通过感官科学,明确了芝麻香型白酒中苄硫醇对焙烤香气以及芝麻香型白酒整体香气的贡献。研究结果表明,在最优条件下,苄硫醇衍生化产物的LOD和LOQ可以达到ng L-1级别。衍生化产物的回收率可以达到82.12%-93.99%。因此,通过衍生化法,可以很好的对白酒中的苄硫醇进行准确定量。重组和缺失实验的结果表明,与不含苄硫醇的模拟白酒样品相比,含有苄硫醇的模拟白酒样品的烘烤香气明显增强。苄硫醇对芝麻香型白酒的整体香气做出了重要贡献。


 DOI: 10.1016/j.foodchem.2021.130345

(二)

白酒及酿造过程健康因子研究

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Analytical Methods封面:超声辅助碱醇提取法结合HPLC测定白酒酒醅和酒糟中的酚类化合物


2019年9月23日,北京工商大学:吴子阳(1作),何菲(2作),李贺贺*(通讯)等在Analytical Methods(IF:2.896)发表题为“Determination of phenolic compounds in alcoholic fermentation materials and spent grains by ultrasound-assisted alkali alcohol extraction coupled  with HPLC”的封面研究文章。

该研究建立了一种超声辅助碱醇提取法,能够快速高效地提取酒醅和酒糟中的5种酚类化合物(没食子酸、儿茶素水合物、丁香酸、对香豆酸和阿魏酸)。该方法对5种前处理条件进行了优化。最优条件为样品pH=4,超声时间为30min,超声温度为60℃,碱醇比为2:1,固液比为1:25。5种酚类化合物的回收率为82.32−85.22%。在最优条件下对不同窖池上、中、下和底层酒醅及对应酒糟中的5种酚类化合物进行测定。同一窖池中5种酚类化合物的含量从窖池上层至底层逐渐增加。对于同一层的酒醅和酒糟,酒醅中5种酚类化合物的含量均高于酒糟中5种酚类化合物的含量。在相同的酒醅和酒糟样品中,5种酚类化合物的含量的大小为:阿魏酸>没食子酸>对香豆酸>儿茶素水合物>丁香酸。两窖池中5种酚类化合物的总量无显著性差异,发酵稳定性良好。


 DOI: 10.1039/c9ay01739a


28

JAFC/RSC Advances/中国食品学报:白酒中多肽的提取及生物活性


2016-2018年,北京工商大学吴继红、黄明泉*等人针对我国传统发酵食品“芝麻香型白酒”中的非挥发性成分——多肽展开研究,系统地建立了白酒复杂体系中多肽的定性和定量方法,研究了多肽的抗氧化活性、降血压活性等。以上成果分别发表在Journal of Agricultural and Food Chemistry(Q1, IF:5.279),RSC Advances(Q2, IF:3.361)及《中国食品学报》上。

白酒是中国的国酒之一,其组成非常复杂,除了乙醇和水之外,还含有微量的挥发性与非挥发性成分。挥发性成分是构成白酒独特香气特征的物质基础,而非挥发性成分对于白酒的整体香气特征具有重要的影响,且它们往往具有健康功能。针对白酒中微量成分复杂且多肽组分含量极低的特点,对以往分离提取动、植物及菌类中的多肽组分的方法进行筛选和改进,首次建立了针对白酒复杂体系中多肽组分的分离提取方法,从而降低了白酒中多肽定性定量分析的困难,使得对白酒中的非挥发性组分的研究又增添了多肽这一重要成分。

首次在中国芝麻香型白酒中鉴定出4条多肽,并对4条合成多肽的体外化学方法和细胞模型方法中的抗氧化活性进行系统地分析,明确了Lys、Ala和Arg等具有还原力活性的氨基酸在三肽或四肽的还原力活性中的起关键作用;从分子层面剖析4条多肽的抗氧化机制,即多肽通过激活Nrf2促进Nrf2-ARE结合这一信号转导机制来调控抗氧化酶的基因和蛋白表达,从而提高抗氧化酶的活性,清除细胞内由AAPH引发的过量的ROS,保护HepG2细胞减轻甚至免受氧化损伤。



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IJBM: 白酒酿造副产物黄水中多糖的分离鉴定及免疫调节作用


2020年6月8日,北京工商大学霍嘉颖、吴继红*、黄明泉*等在International Journal of Biological Macromolecules(Q1,IF:6.953)在线发表了题为“Isolation, purification, structure characterization of a novel glucan from Huangshui, a byproduct of Chinese Baijiu, and its immunomodulatory activity in LPS-stimulated THP-1 cells”的研究文章。

黄水(HS)是白酒酿造过程中产生的一种棕黄色粘稠液体,含有丰富的物质成分,比如有机酸、单宁、色素、可溶性淀粉、蛋白质、还原糖和其他香味物质等。HS过去很少被利用,通常经过适当处理后排放,造成严重的资源浪费和环境污染。近年来,由于HS独特的感官特性吸引了研究者的目光,这些研究主要集中在香气成分和微生物的利用上。比如在HS中筛选乳酸菌、芽孢杆菌、酵母等有益微生物来制备白酒酿造用强化曲。此外,从黄水中提取香精可以用于勾兑低端白酒以提高其质量。值得注意的是,有研究表明,HS中可溶性淀粉的残留量为2.0~4.5 g/100 mL,因此,推测黄水中存在多糖。但是到目前为止,甚少关于黄水中活性多糖的报道。该研究成功地从黄水中分离纯化出一种分子量为166.00 kDa的葡聚糖,该葡聚糖具有大小不一的球状结构,且表现出显著的免疫调节活性。


 DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2020.06.028


30

Food &Function: 酒糟蛋白水解条件优化及酒糟肽Asp-Arg-Glu-Leu对体内Nrf2/Keap1-p38/PI3K-MafK通路的调节作用和抗氧化潜力


2021年3月,北京工商大学姜云松、孙金沅*(通迅作者)、王柏文、孙宝国等在Food &Function(1区,IF:5.396)发表了题为“Optimization of Jiuzao protein hydrolysis conditions and antioxidant activity in vivo of Jiuzao tetrapeptide Asp-Arg-Glu-Leu by elevating the Nrf2/Keap1-p38/PI3K-MafK signaling pathway”的研究论文。

本研究基于前期酒糟中功能肽的研究,进一步优化了酒糟蛋白水解条件,采用七种不同的蛋白酶即碱性蛋白酶、胰蛋白酶、中性蛋白酶、复合蛋白酶、木瓜蛋白酶、风味酶和胃蛋白酶进行酒糟蛋白的水解,通过具体条件(即温度、时间、蛋白酶与底物的比例和pH值)的优化,确定了酒糟蛋白(JP)的最佳水解方法。将酒糟蛋白中肽Asp-Arg-Glu-Leu(DREL)的产量(158.24 mg kg-1酒糟)进一步提升。考虑到体外试验的局限性,选择AAPH诱导的氧化应激Sprague Dawley(SD)大鼠模型来考察DREL的体内抗氧化能力并探索其发挥抗氧化功能的作用机制。通过AAPH诱导的氧化损伤SD大鼠模型测定DREL的体内抗氧化活性。结果表明DREL能够通过调节 Nrf2/Keap1-p38/PI3K-MafK 通路的表达来减弱或逆转由 AAPH 引起的过度氧化应激。此外,DREL还通过激活Nrf2/HO-1来抑制炎症细胞因子和介质(即 TNF-α、IL-1β、IL-6 和 NO)的过度分泌,从而表现出抗炎潜力。酒糟中功能性成分的发掘可以为提升酒糟的附加值提供有益的参考。


 DOI: 10.1039/d0fo02852e


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Food and Chemical Toxicology: 基于酒糟蛋白水解肽Val-Asn-Pro的体内Nrf2/Keap1-p38/PI3K-MafK通路的调节作用及在储存过程中稳定性研究


2021年7月北京工商大学姜云松、尹中天、孙金沅*(通迅作者)、赵东瑞、李贺贺、黄明泉在Food and Chemical Toxicology(1区,IF:6.023)发表了题为“Antioxidant mechanism exploration of the tripeptide Val-Asn-Pro generated from Jiuzao and its potential application in baijiu”的研究论文。

本研究从酒糟蛋白中提取、分离、鉴定出肽Val-Asn-Pro(VNP),并在前期研究中其所表现出的体外抗氧化能力基础上,进一步通过AAPH诱导的氧化应激Sprague Dawley(SD)大鼠模型研究了VNP的抗氧化活性和体内潜在机制。结果表明,VNP可以在基因表达和蛋白表达上激活Nrf2 / Keap1-p38 / PI3K-MafK信号通路。同时,DREL可以显著(p <0.05)增加下游抗氧化酶(即CAT,GPx,SOD和HO-1)在基因和蛋白水平上的表达,并维持炎症因子(TNF-α,IL-1β,IL-6)和炎症介质(NO)在相对正常的水平。以上结果表明肽VNP在体内具有潜在的体内抗氧化和抗炎活性。此外,VNP在存放过程中也可以稳定存在于酒体中。这项研究为从酒糟蛋白中获得功能性物质提供了理论可能,并为增强白酒健康特性提供了更好的思路。


 DOI: 10.1016/j.fct.2021.112402


(三)

白酒微生物研究

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Journal of Food Composition and Analysis:芝麻香型白酒酒醅中具有阿魏酸酯酶活性的微生物的筛选与鉴定


2021年6月30日,北京工商大学:吴子阳(1作),杨世琪(2作),李贺贺*(通讯)等在Journal of Food Composition and Analysis(IF:4.556)发表题为“Screening and identifying microorganisms with feruloyl esterase activity in Chinese sesame-flavour baijiu fermentation materials (Jiupei) ”的研究文章。

阿魏酸合成的一种重要途径就是以白酒酿造所需的粮谷为原料,通过微生物产生的的阿魏酸酯酶催化转化。然而,关于白酒发酵中具有阿魏酸酯酶活性的微生物的研究较少。本研究在白酒发酵原料(酒醅)中筛选出四种具有产阿魏酸酯酶活性的不同微生物,其中一种被命名为J1的菌株显示出高产阿魏酸酯酶活性。经过鉴定,菌株J1属于醋杆菌属,根据同源性分析,J1与罗旺醋杆菌和可可豆醋杆菌关系最密切。本研究确定了J1的阿魏酸酯酶生产能力,优化了发酵条件。最高的阿魏酸酯酶产酶条件为:在 30°C 下发酵,初始发酵 pH 为 7.0,麦麸添加量为 10%,培养 24 小时。


 DOI: 10.1016/j.jfca.2021.104069


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Frontiers in Microbiology: 从白酒酿造体系中筛选获得一株高产己酸乙酯酵母菌株


2021年5月31日,北京工商大学孙宝国院士团队在Frontiers in Microbiology(1区,IF:5.64)发表了题为“Isolation and Identification of a High-Yield Ethyl Caproate-Producing Yeast From Daqu and Optimization of Its Fermentation”的研究论文。

作者通过传统筛选方法从不同香型和地区大曲中筛选获得一株高产己酸乙酯酵母菌株,经鉴定为白酒中较新特性菌株-葡萄牙棒孢酵母(Clavispora lusitaniae)。作者采用单因素优化了该菌株在高粱酶解液中高产己酸乙酯发酵条件,在最优发酵条件下,产己酸乙酯浓度达到62.0 mg/L,属高产己酸乙酯产香酵母。通过对其产四大酯进行分析发现,该菌株具有高产己酸乙酯特性,这为提高浓香型白酒中己酸乙酯浓度提供了优良菌株资源。


 DOI: 10.3389/fmicb.2021.663744


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Frontiers in Microbiology: 试证白酒酿造中强化异常维克汉姆酵母提高乙酸乙酯


2020年11月27日,北京工商大学孙宝国院士团队在Frontiers in Microbiology(1区,IF:4.24)发表了题为“Application of Wickerhamomyces anomalus in Simulated Solid-State Fermentation for Baijiu Production: Changes of Microbial Community Structure and Flavor Metabolism”的研究论文。

作者通过白酒固态模拟发酵强化了两株高产乙酸乙酯的异常威克汉姆酵母,结果发现酵母Y3604不仅能够提高酒醅中酯类化合物含量,尤其是乙酸乙酯和己酸乙酯含量,而且能够降低酒醅中高级醇的含量;酵母YF1503则对酒醅中酯类化合物含量影响不显著,但同样可以降低酒醅中高级醇含量。通过微生物菌群结构分析发现,强化两株异常威克汉姆酵母后,白酒酿造发酵过程中微生物菌群结构发生一定程度的变化,且两者的变化不一致,这是两株异常威克汉姆酵母强化酒醅后风味物质产生变化的原因。该研究为合理采用功能微生物改善白酒品质提供可借鉴思路。


 DOI: 10.3389/fmicb.2020.598758


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Food Chemistry:白酒源红曲霉催化合成风味酯类物质的新酶资源发掘和催化机制解析


2021年2月,北京工商大学徐友强(一作),李秀婷(通讯),孙宝国(通讯)在Food Chemistry (Q1, IF: 7.51)发表题为“Discovery and development of a novel short-chain fatty acid ester synthetic biocatalyst under aqueous phase from Monascus purpureus isolated from Baijiu”的研究论文。

白酒中的微量风味物质已经超过2400种,主要包括醇类、酯类、醛类、酮类、酸类、缩醛类、芳香族化合物、内酯类、呋喃类、萜烯类、烃类、含氮化合物和含硫化合物等。在所有微量成分中酯类物质总量在微量风味物质中比例最高,对白酒的风味贡献度最大,不同种类酯类物质及其量比关系的组合,对产品的感官和风味具有重要影响。进一步的风味贡献分析表明,小分子脂肪酸酯类物质对于白酒风味的贡献尤为突出。

微生物对小分子脂肪酸酯类物质的合成具有重要贡献,研究团队在前期系统筛选获得1500余株白酒功能微生物,经过酯类物质合成性能评估,获得具有在模拟白酒发酵体系条件下高效催化小分子脂肪酸酯合成的能力,团队基于“基因组学—转录组学—基因表达文库构建—酶工程改造”技术体系的应用,成功解析紫色红曲霉来源具有催化小分子脂肪酸酯合成能力的功能酯酶LIP05,在模拟白酒发酵体系条件下可高效催化戊酸乙酯、己酸乙酯、辛酸乙酯和癸酸乙酯的合成,其中对最适底物辛酸乙酯的转化率达到93%以上。

研究一般认为,酶的酯化反应最适条件为有机相体系,但是传统食品发酵过程极难实现该体系条件以确保酯类风味物质的稳定合成。由于小分子酯类物质是白酒以及传统发酵食品中重要的风味物质,小分子酯类物质的稳定合成,对于传统发酵食品的风味和品质稳定具有重要作用。到目前为止,极少有研究聚焦传统发酵食品生产的水相体系条件,阐明在该条件下酯类物质的微生物代谢合成机制,由此造成传统发酵过程的批次不稳定,是制约行业发展的共性问题。本工作的完成,初次从微生物和酶的角度,揭示了传统发酵白酒中酯类物质合成的代表性功能微生物来源关键酶的酯合成特性,有助于指导白酒源功能微生物和酶资源的实际应用,确保发酵白酒的品质。


 DOI: 10.1016/j.foodchem.2020.128025

酯类物质合成关键酶的发掘


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Trends in Food Science & Technology:小分子脂肪酸的肠道微生物动态代谢平衡和关键酶的催化机制


2020年6月,京工商大学徐友强(一作),李秀婷(通讯),孙宝国(通讯)在Trends in Food Science & Technology(Q1, IF: 12.56)在线发表了题为“Dynamic balancing of intestinal short-chain fatty acids: The crucial role of bacterial metabolism”的综述论文。

短链脂肪酸不单是白酒中重要的风味物质,对于白酒酒体味觉的呈现起到重要作用,同时还可以作为重要的前体物质与乙醇发生酯化反应产生对应的风味酯类物质。短链脂肪酸在人体健康中发挥着重要的生理作用。在本论文中,研究人员除了阐述短链脂肪酸的动态平衡对人体健康的重要性,还讨论了影响短链脂肪酸动态平衡的因素,特别是肠道中产短链脂肪酸的细菌,包括细菌的分类、细菌对饮食的反应、产生的短链脂肪酸的代谢通路以及主要限速酶的催化机制。

本论文揭示短链脂肪酸可以被内源性或外源性调控。膳食纤维的酯化作用能够将短链脂肪酸递送到肠道内,从而发挥外源性调控作用。内源性调控例如饮食能够直接或间接影响肠道微生物包括微生物的丰度、适应度以及短链脂肪酸的产生。至今,研究报道了74种细菌能够产生短链脂肪酸,短链脂肪酸的代谢通路分为4类,其中4种限速酶存在于代谢通路中。研究人员在本论文中提出了一些方法来长期维持内源性短链脂肪酸的平衡,包括鉴定产生短链脂肪酸细菌群的最小集以及可能的饮食干扰去形成肠道微生物的最小集群,从而合成短链脂肪酸。一个整合的方法将有助于我们对短链脂肪酸水平进行合理调控,从而维持短链脂肪酸的动态平衡,最终有利于人体健康。


 DOI: 10.1016/j.tifs.2020.02.026


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Food Chemistry:中国传统发酵白酒风味的秘密


2021年8月,北京工商大学徐友强(一作),赵静溶(一作),刘晓(一作),李秀婷(通讯),孙宝国(通讯)在Food Chemistry(Q1,IF:7.51)在线发表了题为“Flavor mystery of Chinese traditional fermented baijiu: the great contribution of ester compounds”的综述论文。

基于酯类物质对白就风味的重要贡献,本文系统梳理了白酒中报道的酯类物质,共计510种,依据风味贡献,首次绘制了白酒酯类物质风味轮,发现对白酒风味具有贡献的酯类物质有48种,其中9种酯类物质,包括乙酸乙酯、乳酸乙酯、丁酸乙酯、戊酸乙酯、己酸乙酯、辛酸乙酯、2-甲基丙酸乙酯、2-甲基丁酸乙酯和3-甲基丁酸乙酯,对白酒的风味贡献尤为突出。已有观点认为与白酒的风味密切相关的酯类物质为四大乙酯(乙酸乙酯、乳酸乙酯、丁酸乙酯和己酸乙酯)。该总结修正和发展了已有的观点,对于科学的认知白酒风味的形成和不同酯类物质的风味贡献,进而进行理性的白酒风味调控提供了依据。总结同时指出了白酒发酵过程的微生物对于酯类物质形成具有重要作用。

本文同时总结了酯类物质对健康的影响,发现小分子脂类物质如乙酸乙酯、丙酸乙酯、丁酸乙酯、异丁酸乙酯、戊酸乙酯和己酸乙酯对于情绪的舒缓和压力的缓解具有重要作用,进一步研究表明其分子机制是摄入人体后通过血脑屏障激活大脑皮层膜脂中的γ-氨基丁酸受体从而产生情绪的舒缓作用。这些研究充分证明中国的白酒不等于酒精的水溶液,白酒研究应当坚持“健康风味双导向”的原则。


 DOI: 10.1016/j.foodchem.2021.130920

白酒酯类物质风味轮(a)和四种乙酯在不同香型白酒中的比例(b)


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Environmental Pollution:食品源邻苯二甲酸酯污染的微生物高效降解及关键酶催化机制


2021年3月,北京工商大学徐友强(一作),李秀婷(通讯),孙宝国等在Environmental Pollution(Q1,IF:8.07)在线发表了题为“An efficient phthalate ester-degrading Bacillus subtilis: Degradation kinetics, metabolic pathway, and catalytic mechanism of the key enzyme”的研究文章。

该研究成功自白酒酒曲中分离到一般认为生物安全的微生物枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)BJQ0005,具有高效水解中国粮食中普遍存在的邻苯二甲酸酯类污染物的特性,对混合邻苯二甲酸酯类物质的降解效率达到212.4 mg/(L•h),研究同时解析了该菌株的邻苯二甲酸酯降解代谢途径,以及邻苯二甲酸酯酯键水解酶的催化机制。

本工作自食品源白酒酒曲中分离到一株生物安全菌株枯草芽孢杆菌,编号BJQ0005,并考察其降解性能。枯草芽孢杆菌BJQ0005具有同时降解5种邻苯二甲酸酯的能力且对相同浓度(1.0 g/L)混合的5种底物初始12 h的降解平均速率达212.4 mg/(L•h)。菌种具有水解邻苯二甲酸酯侧链单酯键和双酯键的酶,其中双酯键水解酶GTW28_17760具有水解5种共性邻苯二甲酸酯的能力,注释为酯酶,催化活性中心为Ser-His-Glu三联体,Glu的羧基使His极化,倾向于接收Ser羟基的质子,促使Ser羟基氧原子亲核攻击底物的羧基碳原子。但该酶水解邻苯二甲酸酯第二个酯键的效率明显低于第一个酯键,研究分析其机制在于水解邻苯二甲酸酯单酯键的中间产物具有羧基,与底物的催化活性中心His形成氢键,阻碍His与Ser的相互作用,弱化Ser亲核进攻底物的能力。这一催化机制的阐释有助于为理性设计或者定向进化改善酶的催化特性提供依据。


 DOI: 10.1016/j.envpol.2021.116461

枯草芽孢杆菌BJQ0005邻苯二甲酸酯类物质降解的关键基因代谢途径(a)和已知邻苯二甲酸酯代谢途径总结(b)


孙宝国

孙宝国,教授,中国工程院院士,北京工商大学校长,中国工程院环境与轻纺学部副主任,中国食品科学技术学会副理事长。

构建了肉香味含硫化合物分子特征结构单元模型,研究成功了一系列重要肉香味食品香料制造技术,奠定了我国3-呋喃硫化物系列和不对称二硫醚类食品香料制造的技术基础;凝练出了“味料同源”的中国特色肉味香精制造新理念,研究成功了以畜禽肉、骨、脂肪为主要原料的肉味香精制造技术,奠定了我国肉味香精制造的技术基础;致力于白酒化学研究,提出了白酒英文翻译是“Baijiu”、白酒是中国的“国酒”、研究导向是“健康风味双导向”、品质提升方向是“内寻外加、自然强化”、发展方向是“生产现代化、市场国际化”、适量饮酒有益身体健康等观点;主持国家自然科学基金项目5项,国家973、863和国家科技支撑项目7项;获授权发明专利20余项;作为第一完成人获国家技术发明奖二等奖和国家科学技术进步二等奖4项,2019年获“何梁何利科学与技术创新奖”。主编的《国酒》一书以清晰、简明、通俗而严谨的语言首次将中国白酒和黄酒的概念、特色、代表品牌等进行了集中介绍,对向公众普及白酒和黄酒的科学文化知识,增强以白酒和黄酒为代表的中国产品自信、中国品牌自信和中国文化自信,具有重要推动作用。

郑福平

郑福平,博士,北京工商大学轻工科学技术学院教授、博士生导师。美国密西根州立大学访问学者;美国克莱姆森大学高级访问学者。北京市高校中青年骨干教师,新世纪百千万人才工程北京市级人选,政府特殊津贴人选,中国化工学会精细化工专业委员会副主任委员。

主持完成教育部重点课题1项、北京市教委科技发展计划项目1项、北京市优秀人才培养资助项目1项;作为课题组主要成员参加完成科研项目7项,其中包括“八五”科技攻关项目2项、“九五”科技攻关子课题1项、中国轻工总会“八五”科技攻关项目1项、国家自然科学基金项目3项、北京市教委科技发展计划重点项目1项。目前主要从事传统食品风味成分提取与分析工作,主持十三五国家重点研发计划项目1项。科研成果“重要含硫食用香料的研制”获得国家技术发明二等奖1项、科研成果“重要香原料2-甲基3-巯基-呋喃和2-甲基-3-呋喃基二硫醚的研制与应用”获得国家科技进步二等奖1项,其它科研成果获省部级科技奖励6项、中国高校科学技术奖1项。获国家发明专利授权9项,发表论文200余篇。

黄明泉

黄明泉,教授,博士生导师,百千万人才工程北京市级人选,北京市青年拔尖人才,“十三五”轻工行业科技创新先进个人,现任职于北京工商大学轻工科学技术学院酿酒工程系,中国轻工业酿酒分子工程重点实验室副主任、中国食品科学技术学会传统酿造食品分会理事、全国酿酒标准化技术委员会委员、国家自然科学基金评审专家,先后赴美国乔治梅森大学、爱尔兰考克大学和英国皇家工程院进行访学,目前主要从事香料香精、风味化学、食品安全等方面的科研;主持了3项国家自然科学基金,2项国家十三五重点专项研发计划项目子课题,2项北京市优秀人才培养资助项目,12项横向项目,参加了7项国家级项目,11项省部级项目,38项横向项目;授权发明专利17项;参编学术著作4部;省部级奖项3项,社会力量奖3项;发表学术论文160余篇(以第一作者或通讯作者发表SCI论文近30篇)。

李秀婷

李秀婷,博士,北京工商大学食品与健康学院教授,博士生导师。李秀婷教授多年来一直致力于食品微生物及酶技术方向的研究,目前主持国家自然科学基金重点项目1项;主持并完成国家自科基金面上项目3项;承担国家科技部重点研发计划课题1项;此外,承担并完成国家“十二五”科技支撑、北京市教委及与企业合作的横向项目多项,取得了较好的科研成绩。已发表学术论文百余篇,其中SCI/EI收录论文五十余篇,申请国家发明专利二十余件,授权十余件;出版学术专著2部;出版教材1部;以第一完成人获教育部高等学校科学研究优秀成果二等奖、农业部中华农业科技进步二等奖、茅以升北京青年科技奖各1项。

杨绍祥

杨绍祥,博士,北京工商大学轻工科学技术学院,教授、博士生导师。从事香料的绿色合成,有机荧光探针的设计、合成及应用研究。近年来共发表SCI论文30余篇,其中1篇论文入选ESI热点论文,4篇论文入选ESI高被引论文;授权中国发明专利10项;主持国家自然科学基金1项,获2018年度北京市属高校高水平教师队伍建设支持计划---青年拔尖人才培育计划项目资助。

孙金沅

孙金沅,博士,北京工商大学轻工科学技术学院酿酒工程系副研究员,硕士生导师,中国食品科学技术学会传统酿造食品分会第一届理事会理事,2020届中国酒业协会国家级特邀白酒评委。以风味和健康为导向,从事白酒风味化学、白酒以及酒醅/酒糟中生物活性成分研究。作为项目负责人主持2项国家自然科学基金项目、1项省部级项目、6项企业横向项目;参加其他国家级及省部级项目20余项;以第一作者和通讯作者身份在Journal of Agricultural and Food Chemistry、Food Chemistry、Food&Function等期刊发表论文40余篇,其中SCI收录20余篇。参编科普书《国酒》获2020年中国石油和化学工业优秀出版物奖·图书奖一等奖。

孙啸涛

孙啸涛,博士,北京工商大学轻工科学技术学院酿酒工程系副研究员,现任国有资产管理处副处长。聚焦白酒化学研究,主要针对风味化合物和外源性环境污染物的前处理方法开发、定性/定量方法学验证和量效评价展开相关科研工作。近年来在JAFC、Food Chem、Food Res. Int.等学术期刊以第一或通讯共发表SCI论文9篇,其中包含JAFC封面论文2篇;授权发明专利1项,主持并参与国家自然科学基金、国家重点研发计划项目、四川省科技厅项目等国家及省部级科研项目3项。

吴继红

吴继红,博士,北京工商大学副教授。主要从事白酒风味化学、白酒酿造副产物中生物活性大分子(多糖、多肽等)的分离鉴定、功效评价和作用机制研究等。主持1项国家自然科学基金和1项企业横向项目,参与2项国家自然科学基金和8项企业横向项目。近五年发表学术论文30余篇,以第一作者或通讯作者(含共通)在Journal of Agricultural and Food Chemistry、Food Chemistry等食品科技主流刊物上发表论文13篇,高被引论文1篇,授权专利1项,获得中国食品科学技术学会科技创新一等奖1项,参与撰写《国酒》中英文版。

李贺贺

李贺贺,北京工商大学酿酒工程系助理研究员。国家级白酒评酒委员,全国白酒标准化技术委员会委员。主要从事酒类风味化学、感官科学、白酒真实性溯源等方面研究。近5年来主持2项国家自然科学基金、3项企业横向课题;参与5项国家级项目,4项省部级项目。以第一作者或通讯作者发表学术论文20余篇,高被引论文1篇;授权专利2项;参与制订国家标准1项。获中国食品科学技术学会科技创新奖-优秀论文二等奖1项;参编科普书《国酒》获2020年中国石油和化学工业优秀出版物奖·图书奖一等奖。

王柏文

王柏文,博士,北京工商大学轻工科学技术学院讲师。主要从事酿酒工程与微生物及风味化学领域研究,主要采用微生物组学技术解析白酒酿造群体微生物的结构与功能,探究其风味代谢机理,挖掘与利用传统酿造体系的优质微生物与酶系资源。目前主持国家自然科学基金1项、横向课题1项,参与国家级、省部级与企业委托横向课题10余项。近年来在国际微生物顶级期刊Appl. Environ. Microbiol.等国内外知名杂志上发表学术论文近10篇,授权发明专利2项;相关研究成果被本领域顶级期刊Biotechnol. Adv.,Compr. Rev. Food Sci. F.,Trends Food Sci. Tech.等杂志作重要引用。

赵东瑞

赵东瑞,北京工商大学轻工科学技术学院酿酒工程系副教授。研究方向为白酒风味分析、功能性成分评价,发表相关论文18篇(SCI收录12篇,EI收录5篇)。主持1项国家自然科学基金项目、1项企业横向项目(技术开发),参与1项国家重点研发计划重点专项、3项国家自然科学基金、6项企业横向项目。

董 蔚

董蔚,博士,北京工商大学轻工科学技术学院酿酒工程系讲师。主要从事白酒中潜在风险化合物的鉴定、白酒特征香气化合物解析和作用机理研究、白酒风味提取新技术等领域的研究。近5年发表学术论文10余篇,以第一作者在JAFC、Food Chem等食品主流刊物上发表SCI论文5篇,其中2篇被JAFC杂志选取为当期的封面论文。主持国家自然科学基金1项、参与国家重点研发计划项目1项、国家自然科学基金1项。

范光森

范光森,博士,北京工商大学食品与健康学院副教授。主要从事传统酿造食品和酶工程领域的研究。近年来共发表研究论文40余篇,其中SCI论文20余篇,参译英文专著1部;授权发明专利4项;近5年来主持或参与国家自然科学基金、国家重点研发计划、省部级项目和企业横向课题等20余项;完成科研成果鉴定3项;成果先后获得2016-2017年度神农中华农业科技奖科研成果二等奖,具有推荐国家科学技术奖申报指标的社会力量奖(科技类)二等奖(2016)和高等学校科学研究优秀成果奖(科学技术)二等奖(2015)。

徐友强

徐友强,博士,北京工商大学食品与健康学院副教授。研究方向为传统发酵食品风味与功能因子形成机制。先后主持和参与国家级和省部级课题十余项,获得省级优秀博士学位论文和省级优秀科技创新成果奖。发表学术论文三十余篇,部分成果发表于Trends in Food Science & Technology, Food Chemistry, Environmental Pollution, Metabolic Engineering, Journal of Agricultural and Food Chemisty等期刊,授权国家发明专利十余项,主持国家自然科学基金两项。

团队文献汇总征稿

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