酱油风味白酒在陈酿过程中乙醇簇的动态演变及其对风味酯溶解度的调节

时间:2026年1月21日
来源:Food Chemistry

编辑推荐:

白酒陈化过程中乙醇簇的液-液相分离机制及其对风味酯溶解性的调控研究,通过荧光与拉曼光谱联用、ADH活性检测和质谱分析,揭示了乙醇簇从亲水到疏水的动态重构过程,非单调溶解模式(疏水促进-过度聚集抑制)与Ostwald ripening机制共同驱动风味稳定性提升。

广告
   X   

作者:尚雅婷、姜新月、左彦霞、谢玉群
单位:湖北工业大学生命与健康科学学院,中国武汉市洪山区南一路28号,430068

摘要

本研究阐明了乙醇团簇的微观结构演变及其在酱油风味白酒陈化过程中对风味酯溶解度的影响。通过综合运用荧光光谱和拉曼光谱技术,我们发现液-液相分离(LLPS)使乙醇团簇从亲水状态转变为疏水状态。在方法学上,我们创新性地将酒精脱氢酶(ADH)活性测定与尼罗红荧光探针结合使用,以区分乙醇的不同分子状态。质谱分析进一步揭示了四种关键长链脂肪酸乙酯的溶解模式:初期由于疏水微域的形成,溶解度增加;但随着陈化时间的延长,团簇过度聚集导致空间位阻效应,溶解度反而下降。在陈化超过30年的样品中,乙醇团簇的显著聚集引发了风味沉淀,表现为游离乙醇含量减少和固体沉积物的形成。这些发现揭示了微观结构与风味稳定性之间的关联机制,为改善白酒的胶体性质和感官品质提供了理论基础。

引言

酱油风味白酒的独特感官特性源于其储存过程中多尺度物理化学性质的演变(Zhou等人,2025年)。虽然其外观透明可能被误认为是均匀系统的表现,但荧光显微镜观察表明,它实际上是一个包含微米级聚集体的热力学亚稳态胶体系统。白酒陈化过程中品质提升的物理化学本质在于吉布斯自由能的降低,这种降低通过弱分子间相互作用驱动两亲性风味分子的定向自组装(Jiang、Liu和Xie,2024年)。这一过程始于蒸馏-冷凝阶段,此时熵-焓协同作用促进了自组装。由于高/低沸点组分的冷凝动力学差异,关键风味化合物在乙醇-水体系中形成局部过饱和状态(Hans Ågren等人,2022年)。氢键网络的重建被认为是自组装的核心驱动力,其演变遵循奥斯特瓦尔德熟成机制(Jiang、Liu和Yang等人,2024年)。
现有研究主要集中在风味物质含量的变化上。例如,Wang等人使用定量描述性分析(QDA)和三角测试主观评估了不同陈化阶段酱油风味白酒的香气和口感差异(Wang等人,2023年)。Huang等人通过GC–MS检测到陈化过程中杂环化合物(如呋喃酮)浓度的增加,这些化合物对增强“酱香”具有关键作用(Huang等人,2024年)。Zhou等人对不同陈化时间的样品进行多变量统计分析,发现新鲜白酒的甜度较高,而长期陈化则增强了酸度和花香;这些变化与酯类物质的增加和醛类物质的减少相关(Zhou等人,2025年)。Zhao等人证明,特定成分(如1-丙醇)对整体风味的影响与其在陈化过程中的浓度变化有关(Zhao等人,2025年)。Xu等人发现,第三轮基酒中的酯类合成与某些细菌属的活性相关;这些微生物产生的代谢产物(如乳酸、醋酸)在陈化过程中积累,进一步影响风味(Xu等人,2023年)。然而,上述研究主要关注化学组成与宏观感官特性的关联,而未深入探讨驱动这些变化的物理化学本质。风味成分的浓度变化仅仅是陈化过程的表面结果,实际上还伴随着分子自组装、胶体相行为和微观结构演变等物理过程。目前,关于白酒这一复杂胶体系统在陈化过程中液-液相分离的发生机制、乙醇团簇结构的动态演变以及这些微观结构如何直接影响关键风味化合物的溶解状态和质量传递,仍缺乏系统的实验证据和理论解释。这种机制理解的缺乏严重限制了我们对陈化过程如何提升酒质的基本认识,也限制了我们通过精确调控微观结构来优化陈化过程的能力。因此,从胶体和界面化学的角度阐明相分离的动态机制、分子聚集体的结构演变及其与风味化学的功能耦合至关重要,以弥合“成分变化”与“品质提升”之间的知识空白。
本研究超越了传统的将成分变化与感官特性关联起来的范式,探讨了调控酱油风味白酒中关键风味酯溶解度和动态行为的微观物理机制。为了解决区分乙醇自由态和聚集态这一LLPS动态中的关键变量问题,本研究引入了一种新的方法论方法。我们结合了ADH活性测定和尼罗红荧光光谱技术,实现了对乙醇状态的特异性分析,并直接监测了陈化过程中的胶体演变。聚焦于液-液相分离的核心作用和乙醇团簇的动态演变(图1),我们提出以下核心假设:乙醇团簇在陈化过程中从亲水结构演变为密集的疏水层。这种结构转变通过两种竞争机制动态调节长链脂肪酸乙酯的溶解度——初期通过疏水微域的形成促进溶解,随后由于团簇过度聚集导致空间位阻而抑制溶解,从而形成先增加后减少的非单调溶解趋势。基于先前研究表明蒸馏过程中引发的LLPS驱动了两亲性超分子组装的结构演变(Liu等人,2024年),本研究进一步揭示了乙醇分子在自然陈化过程中的超分子自组装路径。经过数十年的陈化,随着游离乙醇含量的减少和团簇尺寸的增加,疏水层状结构的有序性显著增强。我们揭示了一个级联机制:白酒中LLPS的动态演变驱动了乙醇分子团簇的结构重组,进而调节了关键风味分子的溶剂化行为。这些发现从分子动力学层面阐明了陈化过程中由两亲性分子形成的热力学亚稳态胶体架构的物理化学本质。本文建立的调控白酒胶体稳定性的理论框架为传统酿造过程的精确控制提供了科学依据。

试剂和材料

去离子水(>18.2 MΩcm)由四川Chaste Technology有限公司提供。无水硫酸钠、无水乙醇、氢氧化钠和Tris盐酸盐均购自中国上海的Sinopharm Chemical Reagent有限公司。荧光染料(包括尼罗红、罗丹明B和香豆素)购自Sigma-Aldrich(澳大利亚)。酒精脱氢酶(ADH)和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)亦来自同公司。

自然陈化过程中酱油风味白酒中的液-液相分离(LLPS)现象

酱油风味白酒陈化过程中自组装胶滴的形成直接证明了白酒基质内的液-液相分离(LLPS)现象。光学显微镜观察(图2a)显示,新生产的白酒(2022年)中含有密集分布的小胶滴(最大直径:5±1 μm)。随着陈化时间的延长,胶滴尺寸显著增大,2005年的样品中胶滴直径达到约20 μm。值得注意的是,1992年的样品不仅出现了层状结构

结论

综上所述,通过多尺度分析技术的综合应用,本研究系统地揭示了液-液相分离(LLPS)在酱油风味白酒陈化过程中驱动聚集体结构演变和感官品质提升的核心机制。结合光学显微镜和激光粒径分析,证实了酱油风味白酒中LLPS的微观动态符合奥斯特瓦尔德熟成规律。

作者贡献声明

尚雅婷:撰写、审稿与编辑、方法学设计、资金申请、概念构思。姜新月:方法学设计、实验实施、数据管理。左彦霞:方法学设计、数据管理。谢玉群:撰写、审稿与编辑、实验实施、资金申请、数据分析。

资金来源

本研究未获得任何公共部门、商业机构或非营利组织的资助。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益冲突或个人关系。

致谢

本研究完全由作者独立完成,未接受任何外部资金支持。

生物通微信公众号
微信
新浪微博


生物通 版权所有