中國傳統(tǒng)白酒中微量成分的來源與作用

曹智華 余有貴 何紅梅

(1. 邵陽學(xué)院，湖南 邵陽 422000；2. 長沙市食品藥品檢驗(yàn)所，湖南 長沙 410004)

中國白酒與白蘭地、威士忌、伏特加、金酒和朗姆酒并列為世界著名的六大蒸餾酒[1]16-18，中國傳統(tǒng)白酒以糧谷原料、多微共酵、甑桶蒸餾、陶壇(或酒海)儲(chǔ)存等傳統(tǒng)工藝特點(diǎn)而獨(dú)樹一幟[2]449-520，由酒精、水和微量成分所組成，其中約占2%的微量成分決定了白酒的香型風(fēng)格，酒中微量成分隨著檢測技術(shù)的進(jìn)步也不斷地被發(fā)現(xiàn)，如清香型白酒中檢測出了700多種成分、醬香型白酒中多達(dá)1 500種成分[3]。這些微量成分按物質(zhì)分子組成可分為醇類、酯類、酸類、醛類、縮醛類、酮類、酚類、芳香族化合物、呋喃類、吡嗪類、硫化物、內(nèi)酯類和噻唑類等種類[4]；根據(jù)其含量多少和作用可分為色譜骨架成分(>1 mg/100 mL)、協(xié)調(diào)成分和復(fù)雜成分[5]。目前，有關(guān)中國傳統(tǒng)白酒中微量成分的文獻(xiàn)報(bào)道較多，但系統(tǒng)歸納總結(jié)其來源和作用的資料極少。因此，本文對(duì)中國傳統(tǒng)白酒微量成分的來源與作用進(jìn)行系統(tǒng)的總結(jié)，旨在為廣大釀酒科技工作者提供參考。

1 微量成分的來源

中國傳統(tǒng)白酒中微量成分的來源主要有3種途徑：發(fā)酵過程中微生物和酶的催化反應(yīng)、貯存過程中的化學(xué)變化和生產(chǎn)原料特殊成分的化學(xué)反應(yīng)。

1.1 發(fā)酵過程中微生物和酶的催化反應(yīng)

中國白酒是以糧谷為主要原料，用大曲、小曲或麩曲及酒母作為糖化發(fā)酵劑，經(jīng)蒸煮、糖化、發(fā)酵、蒸餾、陳釀、勾兌和調(diào)味而成的飲料酒[6]8。食品釀造普遍存在著“五法則三層次”的規(guī)律[7]，中國傳統(tǒng)白酒生產(chǎn)同樣遵循這個(gè)規(guī)律，酒曲作為糖化發(fā)酵劑發(fā)揮著菌酶并用的作用[1]51-58，在窖池的固態(tài)發(fā)酵環(huán)境中，經(jīng)物系—菌系—酶系的三相關(guān)聯(lián)和固—液—?dú)馊嘧兓?，釀酒原料的淀粉、蛋白質(zhì)和脂肪等有機(jī)物在菌、酶催化的生化反應(yīng)下生成主要產(chǎn)物酒精和水外，還生成了醇、醛、酸、酯等微量成分。發(fā)酵過程中微生物和酶的催化反應(yīng)是中國白酒微量成分的主要來源，如酵母利用糖及氨基酸合成雜醇油、克拉瓦氏梭菌將乙酸和酒精合成丁酸和己酸、漢遜酵母和假絲酵母等微生物具有較強(qiáng)的產(chǎn)酯能力、酵母菌和細(xì)菌將香草醛發(fā)酵生成4-乙基愈創(chuàng)木酚等[1]224-237；劍南春酒在發(fā)酵后期的酯化階段,生成了醇、醛、酮、酸、酯、芳香族化合物等多種類微量香味物質(zhì)[8]。徐巖等[9]研究發(fā)現(xiàn)中國白酒中的四甲基吡嗪是由枯草芽孢桿菌代謝生成，即經(jīng)過糖酵解途徑產(chǎn)生的2分子丙酮酸縮合而成乙酰乳酸，乙酰乳酸在酶的催化作用下脫羧生成乙偶姻，后期的非酶促反應(yīng)將乙偶姻與主要由氨基酸脫氨產(chǎn)生的氨結(jié)合生成四甲基吡嗪。

中國傳統(tǒng)白酒經(jīng)微生物和酶的催化反應(yīng)產(chǎn)生微量成分，呈現(xiàn)出了多樣性和特異性2種特性

1.1.1 多樣性 中國白酒微量成分的多樣性源自兩個(gè)方面：

(1) 釀酒微生物種類的多樣性。曲為酒之骨，野生多微是酒曲特征之一，酒曲的微生物種類越多，發(fā)酵過程代謝產(chǎn)生的微量成分就越豐富。酒曲中微生物的種類主要有細(xì)菌、霉菌、酵母和放線菌[10]，其中霉菌是糖化的主要?jiǎng)恿?，酵母是發(fā)酵的主要?jiǎng)恿Γ?xì)菌是產(chǎn)香的主要?jiǎng)恿11-12]。酒曲中微生物的數(shù)量因酒曲的種類而異，如大曲中總菌數(shù)、細(xì)菌數(shù)、霉菌數(shù)和酵母菌數(shù)分別為4.014×107，1.595×107，2.015×107，4.035×106CFU/g[13]，小曲餅中細(xì)菌數(shù)、霉菌數(shù)和酵母菌數(shù)分別為2.78×106，4.10×105，9.20×107CFU/g[14]。

(2) 釀酒工藝的多樣性。大曲酒生產(chǎn)工藝有混蒸續(xù)糟工藝(如瀘州老窖特曲酒)、清蒸清渣工藝(如山西汾酒)、清蒸續(xù)糟工藝(如古貝春酒)，小曲酒有固態(tài)發(fā)酵工藝(如四川小曲酒)、半固態(tài)發(fā)酵工藝(如廣西桂林三花酒)和大小曲串香工藝(如董酒)[6]19-73。不同的釀酒工藝中生物反應(yīng)過程的菌酶活性不同，生成的微量成分存在數(shù)量上的不同(見表1)[15]153，其量比關(guān)系也有差異(見表2)[16]27。

表1 不同白酒中微量成分和風(fēng)味化合物的種類Table 1 Types of trace components and flavor compounds in different liquors

表2 不同白酒中各類微量成分的量比關(guān)系Table 2 The quality ratios of various trace components in different liquors %

1.1.2 特異性 中國白酒微量成分的特異性主要源于三方面：

(1) 地域性差異。中國地域遼闊，東南西北中均有傳統(tǒng)白酒的生產(chǎn)，不同地域在生態(tài)環(huán)境的溫度、濕度、水分等方面存在較大差異，這些差異影響著酒曲中釀酒微生物種類[17]，進(jìn)而影響白酒中微量成分的種類和數(shù)量，決定著白酒的香型和風(fēng)格，如在中國市場上形成了“川濃貴醬”的香型認(rèn)識(shí)。

(2) 酒曲種類差異。中國傳統(tǒng)白酒根據(jù)使用的酒曲種類不同可分為大曲酒、小曲酒、混合曲酒，不同酒曲中微生物種類存在差異，經(jīng)生化反應(yīng)所生成的微量成分有顯著差異，即使是同一香型白酒因酒曲不同而微量成分各異，如清香型大曲酒的總酯與總酸比值約為5.5∶1，而清香型小曲酒的總酯與總酸比值則為5∶4[18]。

(3) 窖池微生態(tài)差異。窖池是實(shí)現(xiàn)生化反應(yīng)的主要場所，窖池有泥窖、石頭窖、水泥窖和地缸等之分，曲藥、母糟、窖泥、窖齡等窖池微生態(tài)直接影響微生物類群和數(shù)量的變化，在生化反應(yīng)中使生成的微量成分有差異[19-20]。

1.2 貯存過程中的化學(xué)變化

發(fā)酵好的酒醅經(jīng)蒸餾取酒，采用緩火蒸餾、控制流酒溫度和流酒速度、截頭去尾和量質(zhì)摘酒等一系列的規(guī)范操作，將酒醅含有的微量成分最大限度地提取到新酒中。然后，新酒入庫分級(jí)貯存，通過貯存條件控制和時(shí)間的歷練促進(jìn)酒液的微量成分變化，將新酒轉(zhuǎn)化為酒質(zhì)成熟的基礎(chǔ)酒。

自然陳釀強(qiáng)調(diào)恒溫、恒濕的環(huán)境和長時(shí)間的放置，促進(jìn)新酒的物理變化和化學(xué)變化，其中化學(xué)變化是白酒品質(zhì)變化的決定因素[1]508-509。特別是酒液中的微量成分經(jīng)過氧化、還原、酯化和水解等化學(xué)作用，醇、醛、酸、酯類等緩慢消長，從而建立新的動(dòng)態(tài)平衡，實(shí)現(xiàn)酒質(zhì)的提高[2]505-506。因此，白酒貯存過程中化學(xué)反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是通過微量成分之間的相互轉(zhuǎn)變，改變了新酒原來的微量成分及其量比關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了酒質(zhì)變好。丁云連[16]34-35對(duì)汾酒貯存期微量成分研究表明，醇、酸、酯、芳香族和酚類化合物等類型的微量成分比例隨著貯存時(shí)間延長而變化，其中酯類下降酸類上升(見表3)。任宏彬[21]研究發(fā)現(xiàn)酚酒在0～20年貯存過程中，酒液的縮醛與相應(yīng)醛的比值和酸、醇與相應(yīng)酯的比值均隨貯存時(shí)間的延長呈上升趨勢，異丁醛/異丁醇和異戊醛/異戊醇的比值隨貯存時(shí)間的延長呈先升后降的趨勢，3-羥基丁酮/2，3-丁二醇和乙酸/乙醛的含量比值隨貯存時(shí)間的延長呈緩慢上升的趨勢。

1.3 生產(chǎn)原料特殊成分的化學(xué)反應(yīng)

1.3.1 制曲原料 酒曲在中國傳統(tǒng)大曲白酒生產(chǎn)中的用量一般為20%左右，茅臺(tái)酒釀造中可達(dá)到50%，因而兼有糖化發(fā)酵劑的作用和投糧的作用[1]53。大曲一般用小麥制曲，但也有用其它原料制曲的，給酒帶來了特殊的微量成分。豌豆制曲的清香，江蘇洋河釀酒實(shí)業(yè)有限公司等釀酒企業(yè)使用豌豆、大麥和小麥按一定比例搭配制曲，豌豆經(jīng)過培曲過程后生成了香草醛和香草酸等清香物質(zhì)，它進(jìn)入酒液中構(gòu)成了洋河大曲酒純正優(yōu)雅香氣的微量組分之根源[22]。中藥材制曲的藥香，貴州董酒股份有限公司添加中藥材制曲，其中大曲和小曲分別使用40種和95種中藥材，占制曲原料5%的中藥材與小麥粉(或米粉)混合后制成大曲和小曲，經(jīng)發(fā)酵制得的小曲酒醅和大曲香醅裝入同一甑串蒸取酒，中藥材為董酒舒適的藥香提供了微量成分的來源，藥香以肉桂醛為主要成分[6]60-62；中藥材中還含有大量的萜烯類化合物[23]，在董酒中檢測到杜松烯、雪松烯與茴香醚 (腦) 等41種揮發(fā)萜烯類化合物[24]。

表3不同貯存期的汾酒中各類微量成分所占比例

Table 3 The quality ratios of various trace components in Fenjiu of different storage %

1.3.2 釀酒原料 中國傳統(tǒng)白酒主要采用高粱釀酒之外，還有玉米、小麥、大米、糯米等糧谷類原料釀酒，它們給白酒產(chǎn)品微量成分的特異性提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。高粱釀酒帶有的特殊芳香來源于香蘭酸等酚元化合物，這類化合物由高粱含有的單寧與花青素等色素成分在原料蒸煮和入窖發(fā)酵過程中形成的；玉米釀酒帶來的醇甜味來源于多元醇，這類化合物由玉米中的植酸經(jīng)發(fā)酵生成環(huán)己六醇和磷酸促進(jìn)生成的丙三醇所組成；大米和糯米釀酒，在原料混蒸混燒過程中，生成了飯香味成分帶入酒中使酒質(zhì)爽凈[1]253。多糧釀酒比單糧釀酒所產(chǎn)生的微量成分多些且比例協(xié)調(diào)，如洋河大曲酒的研究結(jié)果(見表4)[25]。

表4不同原料釀酒的酒液中主要酯含量及比例

Table 4 The quality ratios of main ester substances in liquors of different raw materials mg/L

1.3.3 貯酒原料 在玉冰燒酒的貯存過程中，除去浮油的齋酒要加入一定量經(jīng)處理過的肥豬肉或豬板油，它經(jīng)過一定時(shí)間的浸漬，脂肪緩慢溶入酒液中，并促進(jìn)酯化作用，形成玉冰燒酒獨(dú)特的豉香風(fēng)格[6]56-57。西鳳酒用酒海作為貯酒容器，貯存過程中，酒液接觸酒海表層涂料中的石灰粉，通過中和反應(yīng)使其總酸下降，但會(huì)增加一定量的乙酸羥胺和丁酸羥胺，它們是酒海涂料溶出物接觸酒液后反應(yīng)的生成物[26]。

2 中國白酒微量成分的作用

隨著中國白酒微量成分不斷被發(fā)現(xiàn)，人們對(duì)其作用也在深入了解。從呈香呈味、成格成型到功能因子，中國白酒的生理功能逐漸從微量成分找到了依據(jù)。

2.1 呈香呈味作用

白酒品評(píng)是感觀評(píng)價(jià)白酒中醇、醛、酸、酯等微量成分相互作用所呈現(xiàn)出的綜合效果的重要手段，具有快速、簡便和靈敏的特點(diǎn)。早期的感觀評(píng)價(jià)對(duì)白酒中醇類、醛類、酸類、酯類等微量成分進(jìn)行了呈香呈味的描述，現(xiàn)總結(jié)于表5[1]767-770[27]。

在第5次中國白酒評(píng)酒會(huì)上使用了百分制的感觀評(píng)定方法，感官指標(biāo)包括色澤、香氣、口味和風(fēng)格四方面，分別賦予10，25，50，15的分值[28]。隨著檢測技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)白酒微量成分的評(píng)價(jià)已經(jīng)發(fā)展到量化與描述相結(jié)合，如中國白酒169計(jì)劃采用國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的環(huán)境條件和美國國家標(biāo)準(zhǔn)的閾值測定方法，測定出了白酒中79個(gè)微量成分的揮發(fā)性化合物嗅覺閾值，給出了描述氣味特征的術(shù)語，它包括酯類16個(gè)、醇類5個(gè)、醛類7個(gè)、脂肪酸類10個(gè)、吡嗪類7個(gè)、呋喃類4個(gè)、芳香族類11個(gè)、酚類12個(gè)、內(nèi)酯類4個(gè)、硫化物3個(gè)[29]。呂云懷等[30]報(bào)道，濃香型白酒的窖香與6種主要微量成分(包括己酸乙酯、戊酸乙酯、丁酸乙酯、丁酸異戊酯、己酸、4-甲基苯酚)呈顯著的正相關(guān)，醬香型白酒的醬香與15種主要微量成分[包括異丁酸己酯、乙酸戊酯、2-甲基丁酸乙酯、異戊酸乙酯、苯乙酸乙酯、3-甲基丁酸、苯甲醛、己醛、(2E)-壬烯醛、2-庚酮、3-辛酮、二甲基三硫醚、2-壬醇、2-苯乙醇、2,5-二甲基-3-正戊基吡嗪]呈顯著的正相關(guān)，清香型白酒的清香主要與庚醛和癸酸乙酯具有相關(guān)性。兼香型白酒中9種主要微量成分(包括己酸乙酯、3-甲基丁酸乙酯、乙酸-2-苯乙酯、4-乙基愈瘡木酚、4-乙烯基愈瘡木酚、3-甲基丁醇、香草醛、己酸和丁酸)有較大的呈香作用[31]。

表5 白酒中各類微量成分的呈香呈味特征Table 5 Feature of the aroma and flavor-producing of various trace components in liquors

2.2 成格成型作用

白酒的風(fēng)格是色、香、味的綜合體現(xiàn)，白酒微量成分中酯類是香氣的主體成分，其中四大酯(己酸乙酯、乳酸乙酯、乙酸乙酯和丁酸乙酯)的含量與比例決定了中國白酒的典型風(fēng)格和香型[1]767-770。目前，中國白酒按主體香氣成分與風(fēng)格可分為12種，其中濃香型、醬香型、清香型和米香型為4種基本香型，各種香型之間的關(guān)系見圖1[15]104，12種不同香型白酒的典型風(fēng)格見表6[32]。以往的專家對(duì)白酒感觀品評(píng)存在著模糊描述的局限性，于是，近年來借鑒現(xiàn)代感觀描述方法建立了中國白酒風(fēng)味輪的客觀描述方法[33]，促進(jìn)了白酒的感觀評(píng)價(jià)向標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展，也拉近了專家與消費(fèi)者之間對(duì)白酒風(fēng)味描述術(shù)語理解的距離。

2.3 功能因子的生理作用

關(guān)于中國白酒與人體健康的問題一直以來都是人們關(guān)注的焦點(diǎn)和熱點(diǎn)，目前的研究還處于起始階段。當(dāng)中國傳統(tǒng)白酒嚴(yán)格按產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)出廠時(shí)，產(chǎn)品中甲醇、雜醇油和乙醛等成分控制在規(guī)定范圍內(nèi)，適量飲用不會(huì)危害人體健康[34]。從早期某些白酒產(chǎn)品對(duì)人體健康的影響到白酒中某些有益于人體的功能因子發(fā)現(xiàn)，中國白酒的生理功能經(jīng)歷了從模糊認(rèn)識(shí)到精準(zhǔn)定位的轉(zhuǎn)變過程。

圖1 12種香型白酒及其關(guān)系Figure 1 12 kinds of flavor liquor and its relation

貴州茅臺(tái)酒能抑制人的肝星狀細(xì)胞的活化及其膠原蛋白的形成，表現(xiàn)出干預(yù)和延緩肝纖維化的作用[35]；飲用傳統(tǒng)濃香型白酒可以降低人體血清尿酸濃度，竹葉青酒具有護(hù)肝功能。部分酒廠還開展了用白酒喂養(yǎng)白鼠的試驗(yàn)研究，研究結(jié)果認(rèn)為白酒對(duì)大、小白鼠具有某些特定功效，如小劑量北京二鍋頭酒灌胃對(duì)大鼠血管內(nèi)皮細(xì)胞有保護(hù)作用、能提高大鼠血清高密度脂蛋白含量[36]，一定劑量的白酒能顯著降低小鼠耳廓腫脹度、升高血清溶血素含量和提高巨噬細(xì)胞吞噬功能[37]。

酒類中的功能因子需要通過風(fēng)味組學(xué)技術(shù)、宏基因組學(xué)技術(shù)、代謝組學(xué)技術(shù)等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)去發(fā)現(xiàn)，西方從事此類研究比較早，中國白酒的現(xiàn)代技術(shù)研究是近10年才開始。近年來，中國學(xué)者致力于中國白酒功能因子的研究，陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了吡嗪、萜烯類和脂肽類等功能因子(表7)。

表6 不同香型白酒的風(fēng)格特征Table 6 style features in different flavor types of liquor

表7 中國白酒的健康因子與生理功能Table 7 Health factors and physiological functions of chinese liquor

3 展望

產(chǎn)品安全、口感舒適、富含功能因子是市場對(duì)白酒產(chǎn)品質(zhì)量的新要求，中國傳統(tǒng)白酒微量成分的種類及其量比對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量起決定性作用。因此，需要依靠科技進(jìn)步不斷揭開微量成分神秘的面紗，對(duì)白酒微量成分的研究將重點(diǎn)聚焦以下三個(gè)方面：

(1) 生產(chǎn)原料對(duì)中國傳統(tǒng)白酒微量成分的影響。前期的研究發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)原料對(duì)酒質(zhì)有一定的影響，但截至目前，并未明晰大曲香氣物質(zhì)對(duì)白酒中微量成分的影響程度；酒曲添加中草藥，中草藥的香氣有多少帶入白酒之中還沒有定量的研究結(jié)果等等。因此，還需要進(jìn)一步從已掌握的東西中追根求源，了解生產(chǎn)原料與白酒微量成分之間生成的量比關(guān)系，從而為生產(chǎn)原料的合理配比與生產(chǎn)工藝制定提供科學(xué)依據(jù)。

(2) 高產(chǎn)白酒主體風(fēng)味成分的基因菌構(gòu)建與應(yīng)用。深入研究傳統(tǒng)白酒釀造中風(fēng)味微生物及風(fēng)味微生物之間的相互作用，揭示風(fēng)味微生物與白酒微量成分尤其是主體成分的關(guān)系，進(jìn)一步通過DNA重組技術(shù)構(gòu)建高產(chǎn)白酒主體風(fēng)味成分的基因工程菌株，用于傳統(tǒng)白酒釀造的強(qiáng)化發(fā)酵，從而有效提高白酒的品質(zhì)。

(3) 白酒功能因子的深入研究。中國傳統(tǒng)白酒的功能因子研究還剛剛起步，需要進(jìn)一步識(shí)別和發(fā)現(xiàn)白酒中微量成分的功能因子，揭示功能因子的生成機(jī)理，以便更有效地調(diào)控白酒釀造過程中功能因子的積累，提高中國傳統(tǒng)白酒功能因子的含量，從而使它具有某些特定的生理作用。