饮料酒中手性风味物质研究进展

徐 浩，戴怡凤,2,*，田露琴，胡丽莎，邱树毅，蒲璐璐

（1.贵州大学酿酒与食品工程学院，贵州省发酵工程与生物制药重点实验室，贵州 贵阳 550025；2.北京食品营养与人类健康高精尖创新中心，北京工商大学，北京 100048）

我国现行的饮料酒分类标准GB/T 17204—2008《饮料酒分类》将饮料酒定义为酒精度在0.5%以上的酒精饮料（酒精度低于0.5%的无醇啤酒也属于饮料酒），主要包括发酵酒、蒸馏酒和配制酒[1]。饮料酒的风味一直是生产者和消费者关注的重点，饮料酒中的风味化合物种类繁多，含量各异，决定了酒的风格和特点，其中有一部分风味物质属于手性化合物，如白酒中的乳酸乙酯[2]和葡萄酒中的3-巯基己基乙酸酯[3]。近年来，饮料酒中手性风味物质的研究引起了广泛兴趣。

“手性”最早来源于希腊语中的Cheir，后经过演化而成Chirality，即手性。手性是用来定义物质结构中不对称性的术语，当一种物质结构与其镜像不能完全重合时，就称这种物质有手性[4]。手性物质具有不对称中心，形成了不同构型的对映体，每对对映体不是可叠加的镜像，而是以相反的方向旋转偏振光，在空间中取代基的取向不同[5]。手性化合物在食品领域中起着重要作用，如天然果汁中只有L构型氨基酸存在，D构型的检出可以表明掺假[6]。此外，不同构型的对映体可能与受体、转运系统或酶以不同方式相互作用，从而产生不同的味道或香气[7]。例如，在某些情况下，手性化合物不同异构体可能表现出不同的性质，(2R,3S)-2-甲基四氢呋喃-3-硫醇乙酸酯具有肉味、芝麻糊味、炒洋葱和大蒜味，(2S,3R)-2-甲基四氢呋喃-3-硫醇乙酸酯具有烤肉味和炒洋葱气味[8]，2-己烯-4-内酯的(S)构型表现出令人愉快的焦糖和椰子气味，而(R)构型具有脂肪味和不愉快的燃烧塑料气味[9]，葡萄酒中3-巯基-1-己醇的R构型具有葡萄柚香气，而S构型具有西番莲香气[3]，柠檬烯的一对对映体分别具有橙味和柠檬香味[5]。

饮料酒中手性风味物质的研究是一个较新颖的领域[7]，对映体比例的测定有助于明确关键香气成分，评价加工和贮存时间效应[6]，评价产品真实性，确定生物合成途径及其来源（天然或合成）[10-12]。因此，明确饮料酒中的对映体组成对于确定其质量和真实性非常重要。本文总结了饮料酒中手性风味物质的研究进展，包括已检出的手性风味物质的风味特性以及在酒体中的分布，以期为今后饮料酒中手性风味物质的研究提供参考。

1 国内外饮料酒中手性风味物质的研究进展

饮料酒中挥发性物质的含量对酒体风味的评价起着重要作用，有很多文献对饮料酒中一些手性化合物各个异构体的组成、含量及其对酒体风味的贡献进行了研究。目前，在饮料酒中检测出来的手性风味物质包括酯类、酮类、醇类、硫醇类、有机酸类及萜烯类等，其中，酯类、醇类、有机酸类及萜烯类手性化合物种类较多。

1.1 酯类手性风味物质

酯类物质的产生是酸和醇进行酯化作用的结果，酯类化合物是饮料酒中质量鉴定的重要指标，也是饮料酒中的主要呈香物质[13]。饮料酒中酯类手性风味物质种类较多，从研究结果可以看出不同饮料酒中酯类手性物质的对映体分布各不相同，不同构型具有不同的风味特性，对酒体风味产生不同的影响。如表1所示，研究发现，葡萄酒中2-羟基-3-甲基丁酸乙酯[14]、2-羟基-4-甲基戊酸乙酯[15-17]、乳酸乙酯[18]这些酯类手性化合物主要以R构型存在，研究表明R构型可能对酒体风味影响较大。Stamatopoulos等[19]通过高效液相色谱法（high performance liquid chromatography，HPLC）结合手性柱分离了2-壬烯-4-内酯和γ-壬内酯，在大多数葡萄酒中，2-壬烯-4-内酯和γ-壬内酯R构型占优势，(S)-2-壬烯-4-内酯在新酿造的葡萄酒中含量较大；Pons等[20]利用二维气相色谱质谱（multidimensional gas chromatography mass spectrometry，MDGC-MS）分离了5,6-二氢-6-戊基-2H-吡喃-2-酮（C10马索亚内酯），在发酵液和葡萄酒中只有R构型，并且在发酵过程中会转化为(R)-δ-癸内酯，结果表明，成熟度会影响葡萄中挥发性气味化合物的形成，可能会改变葡萄酒的成分和风味；Vyviurska等[21]通过多维气相色谱法对水果白兰地中内酯进行分析，在梨和酸樱桃白兰地中只有纯R构型γ-癸内酯，而李子白兰地含有较高水平的S构型γ-癸内酯，γ-十二内酯在其研究的所有样品中以纯R构型存在，对李子和草莓中相应对映体的研究表明，γ-癸内酯和γ-十二内酯的对映体分布在水果和相应的发酵饮料酒中没有显著差异。Brown等[22]测定了红葡萄酒和白葡萄酒中橡木内酯4种立体异构体的气味检测阈值，在两种葡萄酒样品中，(4S,5S)-cis-橡木内酯的检测阈值明显低于(4R,5R)-cis-橡木内酯，(4S,5R)-trans-橡木内酯（172 μg/L）的检测阈值约为(4S,5S)-cis-橡木内酯（24 μg/L）的7 倍。

表1 饮料酒中酯类手性化合物及其各异构体的风味特性Table 1 Flavor characteristics of chiral ester compounds and their isomers in alcoholic beverages

1.2 酮类及醛类手性风味物质

如表2所示，Pons等[27-28]研究了干白葡萄酒中3-羟基-4,5-二甲基-2(5H)-呋喃酮的对映体分布及感官影响，发现这种手性呋喃酮是引起干白葡萄酒产生老化风味的一种香气化合物，具有咖喱香和核桃香，其利用HPLC法分离了该化合物的异构体，不同年份的酒样中其对映体分布不一，有外消旋形式、R构型占优势、S构型占优势，感官分析得出模拟葡萄酒中S构型（0.8 μg/L）的感知阈值约为R构型（89 μg/L）的1/100，研究表明S构型有助于早熟干白葡萄酒的特征香气形成。

表2 饮料酒中酮类及醛类手性化合物及其各异构体的风味特性Table 2 Flavor characteristics of chiral ketones and aldehydes and their isomers in alcoholic beverages

1.3 醇类手性风味物质

醇类是饮料酒中含量较高的一类物质，主要包括乙醇、异戊醇、正丙醇、正丁醇、2-甲基丁醇、2,3-丁二醇和1,2-丙二醇等[13]。如表3所示，Langen等[32]以丁基二甲基硅氧烷-2,3-二-乙酰-β-环糊精作为手性选择剂，采用MDGC-MS对1,2-丙二醇进行极性相盐析、苯基硼酸衍生化和环己烷萃取，结果显示在其研究的葡萄酒样品中1,2-丙二醇R构型占主要优势，R/S对映体平均比例（含量之比，下同）在90∶10以上；Matheis等[31]研究了发酵食品（酒精饮料）中2-甲基丁醇对映体，几乎所有的样品中只存在S构型2-甲基丁醇，可能与L-异亮氨酸中甲基的S构型相关。

表3 饮料酒中醇类手性化合物及其各异构体的风味特性Table 3 Flavor characteristics of chiral alcohol compounds and their isomers in alcoholic beverages

1.4 硫醇类手性风味物质

葡萄酒中3-巯基-1-己醇（3-mercaptohexan-1-ol，3MH）和相应3-巯基己基乙酸酯（3-mercaptohexyl acetate，3MHA）以较低浓度存在，气味强度和含量各不相同[36]。如表4所示，Tominaga等[3]通过手性气相色谱法确定了3MH和3MHA在葡萄酒中的对映体分布，在合格葡萄制成的干白葡萄酒中，3MH几乎是外消旋的，在受到“贵腐”影响的葡萄制成的甜白葡萄酒中，3MH的R/S比例是30∶70，此外，研究表明用于发酵的酵母菌株对这些挥发性硫醇的对映体分布没有影响，3MH的外消旋分布可能是存在3MH前体的外消旋混合物；在研究的葡萄酒样品中3MHA的R/S平均比例为30∶70，且在发酵过程中两种构型比例保持不变[3]。另外，Chen Liang等[37]采用稳定同位素稀释分析（stable isotope dilution analysis，SIDA）结合液相色谱质谱联用（liquid chromatograph mass spectrometer，LC-MS）也对葡萄酒中3MH、3MHA对映体进行了研究，其研究结果与上述文献报道的一致。

表4 饮料酒中硫醇类手性化合物及其各异构体的风味特性Table 4 Flavor characteristics of chiral thiol compounds and their isomers in alcoholic beverages

1.5 有机酸类手性风味物质

有机酸不仅是饮料酒中的风味物质，同时也是形成酯类的前体物质[39]，饮料酒的微量成分中有部分手性有机酸，如乳酸、2-甲基丁酸、3-羟基丁酸、2-羟基-3-甲基丁酸和2-羟基-4-甲基戊酸等。如表5所示，Matheis等[31]采用MDGC-MS分析了发酵食品（酒精饮料）中2-甲基丁酸对映体，在红葡萄酒中发现了纯S异构体。Lytra等[40]对31种波尔多红葡萄酒的取代酯及其相应酸进行研究，发现2-羟基-3-甲基丁酸和2-羟基-4-甲基戊酸都是R构型占主要优势，(2S)-2-羟基-3-甲基丁酸和(2S)-2-羟基-4-甲基戊酸的浓度与老熟时间呈正相关，(2R)-2-羟基-4-甲基戊酸的浓度随老熟时间的延长略有下降，取代乙酯与相应酸的比例变化表明，有机酸在陈酿过程中是不断酯化的。

表5 饮料酒中有机酸类手性化合物及其各异构体的风味特性Table 5 Flavor characteristics of chiral organic acid compounds and their isomers in alcoholic beverages

乳酸是白酒中重要的有机酸，其含量对白酒的口感和后味有较大影响。乳酸分子内含有一个不对称碳原子，具有一对对映体，分别为L-乳酸和D-乳酸[41]。江锋等[42]运用HPLC法和手性分离柱对白酒中的L-乳酸和D-乳酸进行分离和测定，结果表明，在其分析的大部分酒样里D-乳酸含量明显高于L-乳酸，仅3种酒样中两种构型含量接近。

酒石酸有两个手性碳原子，有3种立体异构体（D-酒石酸、L-酒石酸、内消旋体），L构型酒石酸常见于植物中，尤其是葡萄等水果中，而D构型在自然界几乎不存在[43]。配体交换毛细管电泳（ligand exchange capillary electrophoresis，LE-CE）是一种有效的短链有机酸手性分离方法，适用于多种样品分析。Kamencev等[44]通过毛细管电泳（capillary electrophoresis，CE）在葡萄酒中分离了苹果酸和酒石酸，其中酒石酸主要以L构型存在，苹果酸近似外消旋分布，研究表明葡萄酒陈酿过程中可形成少量的D构型苹果酸。

1.6 萜烯类手性风味物质

萜烯类物质（又称为异戊二烯类化合物）分布广泛，多数动植物体内都存在，其大致分为两类，一类是不含氧的碳氢类化合物；另一类是含氧的萜烯醇、萜烯醛和萜烯酯等[13]。萜烯类物质一般有两种来源，一种是由原料带入到酒中，酿酒原料中本身含有萜烯类物质；另外一种来源是由微生物代谢产生[46]。萜烯类物质具有花香和柑橘香气，对饮料酒的感官品质有一定的影响[47]。如表6所示，Vyviurska等[21]采用顶空固相微萃取气相色谱质谱联用（head space solid phase microextraction gas chromatographymass spectrometry，HS-SPME-GC-MS）研究了水果白兰地中7种萜烯类手性化合物，(2S,5S)-trans-芳樟醇氧化物和(2S,5R)-cis-芳樟醇氧化物在所研究的样品中占主要优势，(R)-芳樟醇和(S)-α-松油醇在梨白兰地中占优势，(R)-柠檬烯在甜樱桃白兰地中占优势，(S)-柠檬烯在葡萄白兰地中占主要优势，β-香茅醇在杏子和甜樱桃白兰地中以纯R构型存在。Schipilliti等[48]对柑橘利口酒中挥发性组分进行研究，分离定量了6种手性萜烯类化合物，其中ɑ-蒎烯、β-蒎烯、松萜的S构型占主要优势，柠檬烯的R构型占主要优势，芳樟醇R/S平均比例在60∶40～90∶10之间，乙酸芳樟酯仅在佛手柑利口酒中被检测到，(-)-乙酸芳樟酯占主要优势，不同手性萜类物质在饮料酒中含量及比例各不相同；Song Mei等[49-50]从白葡萄酒中定量了15种手性单萜类化合物，在其研究的样品中，不同种类的葡萄酒中对映体分布和组成都有显著差异，手性萜烯含量的差异可能导致白葡萄酒的芳香差异。Tomasino等[47]对46种黑比诺葡萄酒中的单萜异构体进行了定量，并对不同的模型葡萄酒进行了感官分析，(2R,5S)-cis-芳樟醇氧化物（9.7 μg/L）和R-α-松油醇（8.4 μg/L）在所有单萜异构体中质量浓度最高，研究表明，黑比诺葡萄酒的非挥发性成分增加了单萜异构体的挥发性，单萜类化合物对黑比诺葡萄酒中的水果香气有一定的影响。刘翔等[51]采用手性色谱柱对啤酒中12种酒花香气及异构体进行了研究，发现里那醇、β-香茅醇、香叶醇、α-萜品醇的含量在各种啤酒中存在显著差异，R构型里那醇占里那醇总量的55.5%～70.1%；β-香茅醇和α-萜品醇有85%以上的比例都是以(+)形式存在，主要来自于酒花中香叶醇和里那醇的转化。Moriya等[52]发现在啤酒、啤酒花中异黄腐醇近似外消旋分布，解释为非酶促过程产生。Khvalbota等[53]研究了53种葡萄酒中手性化合物，发现芳樟醇和柠檬烯仅存在于新酿造葡萄酒中，近似外消旋分布，(R)-2,3-丁二醇在研究的样品中占主要优势，(S)-α-松油醇对映体比例在47%～70%之间。目前饮料酒中已检测到较多的萜烯类手性风味物质，不同酒样中对映体含量和分布不一，但还有部分萜类物质立体异构体的风味特征和阈值还不清楚，进一步通过分子感官科学技术测定香气化合物的嗅觉阈值和风味特征有助于明确手性化合物的不同异构体对饮料酒的香气贡献。

表6 饮料酒中萜烯类手性化合物及其各异构体的风味特性Table 6 Flavor characteristics of chiral terpenoid compounds and their isomers in alcoholic beverages

1.7 其他手性物质

自然界中的氨基酸主要以L构型存在，D-氨基酸的形成可能发生在食品加工或发酵过程中，主要存在于一些发酵食品和饮料中[56-57]。Ana等[58]对葡萄酒中氨基酸对映体进行了测定，结果表明，玫瑰葡萄酒中L-赖氨酸浓度高于红葡萄酒，L-精氨酸在两种葡萄酒中含量相近，与玫瑰葡萄酒相比，红葡萄酒中的L-鸟氨酸浓度较高。Ptzold等[59]采用手性气相色谱法分离了葡萄酒中D构型氨基酸对映体，在其研究的样品中检测到各氨基酸的相对含量分别是：D-丙氨酸4.0%～58.1%、D-天冬氨酸8.9%～51.3%、D-谷氨酸4.9%～28.4%、D-丝氨酸0.4%～14.7%，在一些强化葡萄酒中，D-丙氨酸的含量超过了总氨基酸含量的一半。Miao Yanni等[60]通过胶束毛细管电泳和紫外检测分析了7种黄酒样品中谷氨酸和天冬氨酸对映体，结果表明,谷氨酸和天冬氨酸的两种异构体含量与酒样的陈酿时间没有显著相关性。

Cretin等[61]运用LC-MS测定了红葡萄酒和白葡萄酒中南烛木树脂酚，发现在陈酿过程中(+)-南烛木树脂酚与(－)-南烛木树脂酚对映体比值保持不变，分别为1.27和1.19，两种葡萄酒中的(+)-南烛木树脂酚平均质量浓度分别为1.9 mg/L和0.8 mg/L，感官分析得出(+)-南烛木树脂酚在葡萄酒中的感知阈值是0.46 mg/L。

此外，对葡萄和葡萄酒中药物异构体的研究，有助于评估其在酿造过程中的风险。一般为了获得优质的酿酒葡萄，在葡萄的整个栽培周期中可能会使用一些化学农药，特别是杀菌剂和杀虫剂，如果在葡萄和葡萄酒中检测到一些农药残留，葡萄酒的质量可能会受到影响[62]。Pan Xinglu[63]、Lu Yuele[64]等研究了葡萄酒发酵过程中苯酰菌胺、苯霜灵对映体，发现R-苯酰菌胺对映体降解速度快于S-苯酰菌胺，S-苯酰菌胺在红葡萄酒和白葡萄酒中相对富集；而苯霜灵两种对映体未被降解，也没有发生构型间的转换。

2 饮料酒中手性化合物研究的意义

食品和饮料中含有许多手性化合物，手性化合物对映体组成可以用来区分生物合成和化学合成这一方法很早之前就得到认可。在20世纪70—80年代，基于环糊精手性固定相的发展提供了直接分离大量低浓度手性化合物的能力[12]。现在，手性分析常用于食品和饮料的来源（天然/合成）、工艺过程、形成机制（化学合成/酶合成）等的评估[12,65]。由于生物合成过程通常是在酶的作用下推动的，因此这些反应的产物通常以特定的对映体比例存在，在许多生物系统中，氨基酸主要以L构型存在；L-乳酸是人类代谢的常见化合物，是一种内源性化合物，D-乳酸则是由一些微生物菌株或一些不太相关的代谢途径产生的，是一种有害的对映体[65-66]。另一方面，化学合成往往产生外消旋混合物，因此许多化合物的“天然”和“合成”来源可以很容易地加以区分。

2.1 手性风味物质与饮料酒质量和真实性研究的关系

随着分析的自动化，通过将搅拌棒吸附萃取技术、固相微萃取技术与二维手性气相色谱法相结合，已得出一些手性风味物质对映体组成有关的数据，饮料酒中手性风味物质对映体含量及分布对于其真实性研究有一定的作用。Langen等[29,32]定量了葡萄酒中α-紫罗兰酮和1,2-丙二醇对映体，结果显示，(R)-α-紫罗兰酮占优势，R/S对映体含量平均比例为70∶30，在一些可疑的商业葡萄酒样品中，检测到α-紫罗兰酮浓度的增加以及R/S接近外消旋分布；1,2-丙二醇在葡萄酒中R构型占主要优势，R/S对映体平均比例在90∶10以上，研究认为上述两种物质的对映体比例可作为风味物质掺假的潜在标志。余书奇等[34]分离了辐照前后葡萄酒和白酒中2,3-丁二醇异构体，结果表明，白酒样品辐照后产生了(2S,3S)-2,3-丁二醇，而葡萄酒则无此变化，这为鉴定白酒是否经过辐照提供了依据。乳酸乙酯是白酒四大酯中很重要的一种，乳酸乙酯的两个异构体可能会引起不同的感官反应，对白酒风味有重要影响[67]。刘刚军[23]采用手性气相色谱法分离了纯粮固态发酵白酒和香料勾兑酒中乳酸乙酯对映体，其研究结果认为纯粮固态发酵白酒乳酸乙酯均为右旋，香料的添加会严重影响乳酸乙酯对映体比例。

2.2 手性风味物质研究有利于追溯饮料酒的产地和原料来源

不同产地和原料来源的饮料酒中手性风味物质的含量及分布有一定的不同，分析各类手性化合物的对映体分布有利于追溯饮料酒的产地和原料来源。Pažitná等[68]研究了杜松风味蒸馏酒中芳樟醇、α-松油醇、4-松油醇、芳樟醇氧化物，发现芳樟醇和顺式芳樟醇氧化物在不同产地的样品中对映体比例存在显著差异，反式芳樟醇氧化物的纯对映体仅在德国生产的样品中发现，杜松风味蒸馏酒中挥发性有机物的对映体分布可作为区分不同生产工艺和原料来源的潜在标准。Ebeler等[69]采用顶空固相微萃取与GC-MS相结合，分析了酒精饮料中手性酯类、醇类和萜类化合物，其中在草莓味饮料酒中(S)-2-甲基丁酸乙酯占主要优势，结果与在这种饮料中使用的天然草莓风味物质构型是一致的。

2.3 手性风味物质研究有利于明确关键香气成分以及贮存时间效应

不同的酒样中手性风味物质的含量和分布各不相同，明确手性风味物质中占主要优势的构型，有助于确定对酒体有贡献的对映体，同时研究不同年份的酒样中手性风味物质的变化规律有助于评价贮存时间效应。Cameleyre等[24]研究发现乙酸2-甲基丁酯在葡萄酒样品中以纯S构型存在，(S)-乙酸2-甲基丁酯在红葡萄酒中的含量普遍高于相同年份的白葡萄酒，且在陈酿过程中逐渐升高，研究表明(S)-乙酸2-甲基丁酯能够增强典型的果香特性，并有助于陈酿过程中葡萄酒香气的强化。Lytra等[25-26]采用手性气相色谱（β-环糊精）分离了红葡萄酒中3-羟基丁酸乙酯和2-甲基丁酸乙酯，结果表明，(R)-3-羟基丁酸乙酯和(S)-2-甲基丁酸乙酯的浓度与老熟时间呈正相关，未观察到(S)-3-羟基丁酸乙酯浓度发生变化，(S)-2-甲基丁酸乙酯在葡萄酒样品中占主要优势，S/R对映体平均比例为99∶1；嗅觉分析得出上述两种酯类手性物质S构型嗅觉阈值远低于R构型，表明它们的阈值可能依赖于立体化学结构。

总之，饮料酒中风味物质多种多样，手性化合物的研究给我们提供了一个新的方向，如研究饮料酒中手性异构体的含量、分布、香气特性有助于明确关键香气成分、评价加工和贮存时间效应、评价产品质量和真实性及追溯产地和原料来源等。

3 结 语

饮料酒中风味物质种类众多，据检索的文献所知，已经研究了40余种手性化合物，包括酯类11种、醇类5种、酸类7种、酮类及醛类4种、硫醇类2种、萜烯类12种、氨基酸类等，其中一些手性风味物质异构体的香气特征、嗅觉阈值以及在饮料酒中的对映体分布和含量已有研究，有助于明确不同构型对酒体风味的贡献。随着检测方法的不断优化以及仪器设备的不断升级，饮料酒中越来越多的手性风味化合物将会被发现，有助于从分子构型水平更深入认识饮料酒中的风味物质。同时对手性化合物各个异构体对酒体风味贡献的研究，有助于维持酒体风味的一致性和产品的稳定性，进一步提升产品质量。饮料酒中手性风味物质不同立体异构体的分布、含量和风味特性对饮料酒的整体风味的评价起着重要作用。本文对饮料酒中40余种手性化合物的研究进行了总结，为今后饮料酒中手性风味物质的进一步研究提供参考。

目前饮料酒中手性风味物质的研究还不完全清楚，需要不断的探索、研究，手性风味物质的研究难点和发展方向如下：饮料酒中部分手性风味物质含量较低，由于检测技术等原因还未检测出来；分离检测技术需要不断更新，开发新的手性物质分离方法，例如，纳米液相色谱、胶束电动色谱、毛细管电泳等；手性异构体具有相似的物理化学性质，只有在手性环境中才能分离，目前还没有对手性化合物适用的固定相进行系统分类研究，手性风味物质分离较困难。