An electronic nose for whisky aroma characterization: optimizing training protocol for the classification of american, sherry and peaty profiles

The aim of this work is to provide, via an electronic nose analysis, insights of the aromatic profile of a whisky produced by the research group of prof. Filippo Rossi at the Politecnico di Milano, using accelerated aging through ultrasound technology. To achieve this, the aromatic profile of the sonicated whisky was assessed in terms of its similarity to commercial whisky. Following a literature review, three representative classes were identified: American, sherry-aged, and peated whisky, chosen for their unique and distinct aromatic characteristics. Starting from the setup developed by a previous research work, the analysis protocol has been optimised to reduce at the minimum the variability between each sampling trial, performed on different whisky from the three families. From the curves obtained by the instrument, different features have been extracted, including some new ones proposed here, as the PSE (Phase Space Entire). Following this, a dimensionality reduction has been carried out through the use of a feature selection algorithm (Boruta) and Principal Component Analysis (PCA). Lastly, a classification model has been developed using the Random Forest algorithm. The results obtained proved the effectiveness of the electronic nose in recognizing the different aromatic profile of whisky’s, with an overall accuracy of more than 90%. In particular, great classification performances have been obtained in the discrimination between American and Scottish whisky’s, with more difficulties in recognizing differences between Scottish sherry and peaty. This challenge find confirmation looking at the flavour wheel of the families, that reflect the clear distinction by nation and a less efficient classification of the 2 Scottish families. The classification algorithm was then applied to the sample of the sonicated polimi-produced whisky that have classified it as non-American, leaving uncertainty of belonging to sherry or peaty family, consistently with the description of a professional taster.

L’obiettivo di questo lavoro è quello di fornire, usando analisi al naso elettronico, informazioni circa il profilo aromatico di un whisky prodotto dal gruppo di ricerca del prof. Filippo Rossi del Politecnico di Milano usando un invecchiamento accelerato ad ultrasuoni. Per fare ciò, il profilo aromatico del whisky sonicato è stato espresso in termini di somiglianza con whisky commerciali. A seguito di una ricerca bibliografica sono state identificate tre classi rappresentative: whisky americani, invecchiati in sherry e torbati, scelti per le loro caratteristiche aromatiche uniche e distinte. Partendo da un setup sviluppato da una ricerca precedente, il protocollo di analisi è stato ottimizzato per ridurre al minimo la variabilità tra le sessioni di analisi, effettuate su diversi whisky delle tre famiglie. Dalle curve ottenute dallo strumento sono state estratte diverse features, incluse alcune nuove qui proposte, come il PSE (Phase Space Entire). Successivamente è stata effettuata una riduzione dimensionale tramite un algoritmo di selezione features (Boruta) e una Analisi dei Componenti Principali (PCA). Infine, è stato sviluppato un modello di classificazione, usando un algoritmo Random Forest. I risultati ottenuti hanno provato l’efficacia del naso elettronico nel riconoscere i diversi profili aromatici dei whisky, raggiungendo un’accuratezza globale superiore al 90%. In particolare, sono state osservate migliori performance di classificazione nella distinzione tra whisky americani e scozzesi, con più difficolta nella distinzione tra gli scozzesi sherry e torbato. Questa sfida ha trovato conferma osservando le flavour wheel delle famiglie, che riflettono la chiara distinzione per nazione e una separazione meno efficace tra le due famiglie scozzesi. L’algoritmo di classificazione è stato poi applicato al whisky sonicato prodotto dal polimi, che è stato classificato come non americano, lasciando incertezza sull’appartenenza tra sherry e torbato, coerentemente con quanto detto da un assaggiatore professionista.