基酒中異味物質(zhì)及其控制措施研究

楊 平，蔡小波，黃孟陽，林 楊，宋 攀，秦 輝

(1.重慶大學(xué)生物工程學(xué)院，生物流變科學(xué)與技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400044；2.瀘州老窖股份有限公司，四川瀘州 646000；3.國家固態(tài)釀造國家工程技術(shù)研究中心，四川瀘州 646000）

白酒是我國獨(dú)有的酒精飲料，具有2000多年的歷史，在經(jīng)濟(jì)和文化中占有重要地位，2019年中國的白酒產(chǎn)量達(dá)887萬千升，銷售收入5896億元，利潤達(dá)到1526億元。根據(jù)香味物質(zhì)成分，白酒可分為濃香型、醬香型、清香型、米香型等[1]，其中濃香型白酒占全國總產(chǎn)量的70 %，其采用粉碎高粱為釀酒原料，大曲作糖化發(fā)酵劑，經(jīng)過糖化、泥窖固態(tài)發(fā)酵，蒸餾、貯存、勾調(diào)而成[2]。白酒主要成分為乙醇和水，兩者占酒體總物質(zhì)含量的98%以上，其余不到2%的物質(zhì)均為微量組分[3]。在白酒眾多微量組分中，有的為香味物質(zhì)，使白酒形成獨(dú)特的風(fēng)格特征，如乙酸乙酯、己酸乙酯等[4]；有的則會(huì)給酒體帶來異味，如糠味、臭味、苦味、澀味、酸味、糟糊味、黃水味等[5]，這些異味物質(zhì)的存在，會(huì)給酒體風(fēng)味帶來嚴(yán)重的影響，降低基酒中優(yōu)質(zhì)酒比例，從而造成經(jīng)濟(jì)損失。因此，對(duì)酒體中異味物質(zhì)的種類、來源、檢測(cè)方法以及防控措施進(jìn)行研究，已成為一個(gè)迫在眉睫的問題。

鑒于此，本文對(duì)異味物質(zhì)相關(guān)研究進(jìn)展進(jìn)行梳理，主要從異味物質(zhì)的來源、代謝微生物、檢測(cè)方法以及防控措施進(jìn)行論述，并對(duì)未來研究方向進(jìn)行了展望，以對(duì)白酒異味物質(zhì)的防控提供理論基礎(chǔ)。

1 白酒異味物質(zhì)來源

白酒的異味主要包括臭味、苦味、澀味、酸味等，其形成主要原因?yàn)樗?、酯、醇、醛、酮等物質(zhì)在基礎(chǔ)酒中比例失調(diào)，超過一定的閾值，從香味物質(zhì)變成異味物質(zhì)[6]。異味的存在，會(huì)嚴(yán)重影響基酒的質(zhì)量，給白酒企業(yè)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失[7]。

1.1 臭味

酒體中的臭味主要由硫化氫、硫醇、丙烯醇和丙烯醛及其酯類等物質(zhì)引起。其中硫化氫主要通過微生物代謝將胱氨酸、半胱氨酸和含硫蛋白質(zhì)分解產(chǎn)生[8]，本身呈臭雞蛋氣味，且閾值極低，若在發(fā)酵過程中稍有不慎就會(huì)出現(xiàn)硫化氫的味道[6]；丙烯醇和丙烯醛具有強(qiáng)烈的臭味，由乳酸菌與酵母菌甘油發(fā)酵產(chǎn)生[9]；硫醇主要由酵母在發(fā)酵過程中以半胱氨酸和二氧化硫?yàn)榈孜锎x合成[10]。

1.2 苦味

雜醇類、糠醛、酚類化合物含量過高，失去平衡，會(huì)造成酒體偏苦，其產(chǎn)生的原因主要為原輔料中感染霉菌、曲藥投加量過大以及糟醅倒燒等[11]。在苦味物質(zhì)中，糠醛帶有苦杏仁味，由半纖維素經(jīng)分解形成戊糖，戊糖脫水環(huán)化生成[12]。雜醇類化合物為高沸點(diǎn)物質(zhì)，主要存在于末段基酒中，生成途徑主要有2個(gè)：(1)釀酒原料中的蛋白質(zhì)分解成氨基酸，再由氨基酸脫氨、脫羧形成比氨基酸少一個(gè)碳原子的高級(jí)醇；(2)淀粉經(jīng)水解和糖酵解途徑形成丙酮酸，再由丙酮酸與氨基酸作用生成α-酮酸，經(jīng)還原后生成高級(jí)醇。酚類物質(zhì)主要包括4-甲基愈創(chuàng)木酚、苯酚、4-乙基愈創(chuàng)木酚等[13]，主要由高粱中的單寧在糊化過程中分解產(chǎn)生。

1.3 澀味

酒體澀味主要是乳酸、乳酸乙酯、單寧含量過高造成，其中乳酸和乳酸乙酯產(chǎn)生途徑為：乳酸桿菌在無氧條件下利用糖酵解途徑將葡萄糖分解成丙酮酸，再由丙酮酸在乳酸脫氫酶的作用下還原生成乳酸[14-15]，乳酸進(jìn)一步在酯化酶的作用下與乙醇結(jié)合生成乳酸乙酯。乳酸和乳酸乙酯本身為白酒的香味物質(zhì)，能賦予白酒獨(dú)特的水果香氣[16]，但如果含量過高，則會(huì)給酒體帶來澀味，影響口感；而單寧主要源于釀酒原料高粱，微量的單寧可賦予白酒獨(dú)特的香氣，但過量會(huì)使蛋白凝固，影響微生物的代謝及酶的作用，并使酒體偏澀味。

1.4 酸味

白酒中常見的酸味物質(zhì)主要包括乙酸、丙酸、丁酸、己酸、乳酸等有機(jī)酸[16]，它們不僅為酒體中呈香呈味物質(zhì)，更是酯類物質(zhì)生成的前體，在香味物質(zhì)中占有重要的地位[17]。但如果生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)氣溫高、衛(wèi)生條件差以及釀酒原料中蛋白質(zhì)含量過高，導(dǎo)致微生物大量繁殖生成過多酸類物質(zhì)，會(huì)使酒體香味物質(zhì)比例失衡，影響基酒質(zhì)量。

2 白酒異味代謝微生物

白酒屬于開放式生產(chǎn)，生產(chǎn)過程中會(huì)引入許多環(huán)境微生物[18]，如果管理不善，引入雜菌過多，會(huì)破壞發(fā)酵體系微生物群落，影響發(fā)酵的進(jìn)行[19]。研究表明，酒體中霉味的來源土臭素（Geosmin）主要由鏈霉菌產(chǎn)生，張建敏等[20]鑒定出白色鏈霉菌（Streptomyces albus）為醬香型白酒生產(chǎn)過程中土臭素的主要產(chǎn)生菌。Du等[21]通過跟蹤清香型白酒生產(chǎn)過程中各環(huán)節(jié)土臭素的含量，發(fā)現(xiàn)大曲中鏈霉菌（Streptomyces）為酒體土臭素含量過高的原因。劉博等[22]通過高通量測(cè)序檢測(cè)出梭狀芽孢桿菌（Clostridia）及梭狀桿菌（Clostridium）與酒體中泥臭味來源4-甲基苯酚的變化規(guī)律相似，并從窖泥中篩選得到3株代謝4-甲基苯酚的菌株。Serjak等[23]的研究表明，臭味物質(zhì)丙烯醛為阿瑪拉斯芽孢桿菌（Bacillus amaracrylus）甘油發(fā)酵的最終產(chǎn)物。Maarse等[24]發(fā)現(xiàn),酵母菌（Saccharomyce）在發(fā)酵過程中，可將醛類物質(zhì)還原成高級(jí)醇，導(dǎo)致酒體偏苦味。關(guān)于發(fā)酵過程中的異味物質(zhì)硫化物，馬捷等[25]發(fā)現(xiàn)釀酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)可利用無機(jī)硫源和有機(jī)硫源代謝H2S。馬箭等[26]的研究表明，丁酸梭菌(Clostridium butyricum)為濃香型白酒窖泥中的主要菌群，具有代謝二硫化物的能力。

3 異味物質(zhì)的檢測(cè)方法

目前，關(guān)于白酒微量成分的研究主要集中于香味物質(zhì)的分析，以及主體香味物質(zhì)對(duì)于酒體風(fēng)格的影響，如己酸乙酯為濃香型白酒的主體香味物質(zhì)[27]，乙酸乙酯為清香型白酒的主體香味物質(zhì)[28]，乳酸乙酯為醬香型白酒的主體香味物質(zhì)[29]。這些物質(zhì)賦予了酒體獨(dú)特的香味特征，形成不同的酒體風(fēng)格。但是，相較于香味物質(zhì)的研究，關(guān)于白酒生產(chǎn)、貯存過程中的異味物質(zhì)的研究相對(duì)較少。這些異味物質(zhì)作為白酒揮發(fā)性成分之一，檢測(cè)方法與白酒常規(guī)檢測(cè)方法相似，主要包括色譜法和電子鼻、舌技術(shù)[30]。

3.1 色譜法

3.1.1 預(yù)處理方法

色譜法檢測(cè)步驟主要為樣品的預(yù)處理（分離和提取）、定性以及定量。其中直接進(jìn)樣（Direct injection，DI）、液液微萃?。↙iquid-Liquid Microextraction，LLME）和頂空固相微萃取（Head-Space Solid-Phase Microextraction,HS-SPME）廣泛應(yīng)用于白酒中香味組分的檢測(cè)中[30]，直接進(jìn)樣法不需要預(yù)處理，樣品通過微型注射器直接進(jìn)入色譜儀中，白酒中的成分被最大限度的保留。但是，白酒中乙醇含量較高，而一些與乙醇具有相同極性的化合物如乙酸乙酯、乙縮醛、甲醇在色譜圖中的峰可能被高強(qiáng)度的乙醇峰覆蓋，導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確[31]。液液微萃取是利用物質(zhì)在兩種互不相溶的溶劑中溶解度或分配系數(shù)的不同，使溶質(zhì)物質(zhì)從一種溶劑內(nèi)轉(zhuǎn)移到另外一種溶劑中的分離方法。該方法操作非常簡便，富集倍數(shù)大，萃取效率高，便于與后續(xù)檢測(cè)方法實(shí)現(xiàn)聯(lián)用，常用于白酒的定量檢測(cè)[32]。曹江平等[33]通過將液液微萃取與高效液相色譜（High Performance Liquid Chromatography，HPLC）聯(lián)用檢測(cè)白酒中鄰苯二甲酸二異丁酯。孫嘯濤等[34]利用液液微萃取結(jié)合氣相色譜-質(zhì)譜（Gas Chromatography Mass Spectrometry，GC-MS）檢測(cè)白酒中四甲基吡嗪、4-甲基愈創(chuàng)木酚和4-乙基愈創(chuàng)木酚含量，結(jié)果表明，該方法在較低的限度就可實(shí)現(xiàn)對(duì)3種物質(zhì)定量檢測(cè)，具有較高的應(yīng)用潛力。頂空固相微萃取以熔融石英光導(dǎo)纖維或其他材料為基體支持物，利用相似相溶的特點(diǎn)，在表面涂漬不同性質(zhì)的高分子固定性薄層，通過頂空方式，對(duì)待測(cè)物體進(jìn)行提取和富集。相比于傳統(tǒng)預(yù)處理方法，頂空固相微萃取具有操作簡單、靈活、便攜、重現(xiàn)性好、精度高、檢測(cè)限低等特點(diǎn)[35]，適合與色譜聯(lián)用檢測(cè)白酒的揮發(fā)成分。張明霞等[36]通過頂空固相微萃取對(duì)白酒中的香味成分進(jìn)行分離濃縮，然后再與氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用，共檢測(cè)出了42種香氣成分；楊建剛等[37]利用頂空固相微萃取技術(shù)結(jié)合氣相色譜-質(zhì)譜分析川法小曲白酒主體揮發(fā)性成分組成，共檢出64種揮發(fā)性成分。

3.1.2 色譜法檢測(cè)白酒

色譜法分為氣相色譜(Gas Chromatography,GC)和液相色譜(Liquid Chromatography，LC)，其主要是利用不同物質(zhì)沸點(diǎn)、極性及吸附性質(zhì)的差異，以流動(dòng)相(氣體或液體) 對(duì)固定相中的混合物進(jìn)行洗脫，混合物中不同的物質(zhì)會(huì)以不同的速度沿固定相移動(dòng)，宏觀反應(yīng)為不同物質(zhì)在色譜圖中保留時(shí)間的不同。在色譜檢測(cè)技術(shù)中，氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(Gas Chromatography,GC-MS)技術(shù)以其高度的商業(yè)化、強(qiáng)大的分離和定性能力，廣泛應(yīng)用于基酒、成品酒以及缺陷酒的檢測(cè)。Camara等[35]通過GC-MS建立了一種檢測(cè)白酒中常見異味物質(zhì)3-辛醇和1-辛烯-3-醇的方法，可用于白酒中低閾值異味化合物的研究。張燦等[38]通過GC-MS定量白酒中的異味物質(zhì)，方法具有良好的重復(fù)性和準(zhǔn)確性，在線性范圍內(nèi)有很好的線性關(guān)系(R2＞0.99)。王尹葉等[39]利用味道稀釋分析和GC-MS聯(lián)用來研究白酒中呈苦味和澀味物質(zhì)的組成。結(jié)果表明，呈澀味的物質(zhì)為2-苯乙醇和乳酸乙酯；同時(shí)呈苦味和澀味的物質(zhì)為糠醛、異戊醇、異丁醇、正丁醇和正丙醇。劉博等[40]利用氣相色譜檢測(cè)出酒體中泥臭味的來源為4-甲基苯酚。喬敏莎等[41]利用氣相色譜-質(zhì)譜技術(shù)成功地鑒定出了醬香型白酒中兩種致臭物質(zhì)二甲基二硫和二甲基三硫。相比于氣相色譜-質(zhì)譜，全二維氣相色譜（comprehensive two dimensional gas chromatography，GC×GC）及其與飛行時(shí)間-質(zhì)譜（time of flight mass spectrometry，TOF-MS）聯(lián)用具有分辨率高、靈敏度高、分析速度快等優(yōu)點(diǎn)，具有分離檢測(cè)白酒中一些難以分離的異味物質(zhì)的潛力。Niu等[42]使用GC×GC/TOF-MS從清香型白酒中檢測(cè)出80種微量組分，其中包括10種含硫物質(zhì)。徐占成等[43]使用GC×GC/TOF-MS技術(shù)，從劍南春酒中檢測(cè)出1870種微量組分。武建芳[44]將GC×GC/TOF-MS用于25年陳釀茅臺(tái)酒揮發(fā)性成分分離與分析，鑒定出400余種微量組分。

3.2 電子鼻、電子舌技術(shù)

電子鼻和電子舌是近年來發(fā)展起來的新型檢測(cè)技術(shù)，其主要利用氣體或液體傳感器陣列的響應(yīng)圖案來識(shí)別氣味和味道。與色譜法相比，電子鼻和電子舌主要是對(duì)被檢測(cè)物質(zhì)進(jìn)行綜合性模糊分析，可實(shí)現(xiàn)對(duì)不同酒齡和原產(chǎn)地酒類的鑒別區(qū)分，因此具有檢測(cè)差異性更大的缺陷酒的潛力。Liang等[45]通過ZnO-CuO和NiO-CuO組成的8個(gè)傳感器檢測(cè)不同酒齡的白酒，層序聚類分析結(jié)果顯示，同一年份白酒被聚為一類，并且不同酒齡白酒相互隔開，表明所構(gòu)建的電子鼻對(duì)不同酒齡的白酒具有很好的區(qū)分能力。Wu等[46]將電子鼻技術(shù)與模糊判別主成分分析相結(jié)合鑒別6種不同品牌的白酒，分類準(zhǔn)確性達(dá)到98.378%。Liu等[47]通過電子舌結(jié)合模式識(shí)別方法區(qū)分不同香型的白酒，結(jié)果表明，電子舌技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)不同香型白酒的鑒定，分類準(zhǔn)確率為100%。隨著材料化學(xué)和分析化學(xué)的發(fā)展，基于傳感陣列的仿生嗅覺和味覺檢測(cè)技術(shù)也應(yīng)用到白酒鑒別中，其利用檢測(cè)物質(zhì)與被檢測(cè)物質(zhì)之間的化學(xué)反應(yīng)作為檢測(cè)信號(hào)，信號(hào)靈敏度和特異性都要優(yōu)于傳統(tǒng)電子鼻和電子舌檢測(cè)技術(shù)。Qin等[48]基于不同產(chǎn)地白酒微量組分不同，構(gòu)建了16種染料組成的比色傳感陣列，實(shí)現(xiàn)了對(duì)10種不同產(chǎn)地白酒的區(qū)分。Li等[49]應(yīng)用金屬離子調(diào)節(jié)納米銀棱刻蝕的比色傳感陣列，實(shí)現(xiàn)了對(duì)16種品牌白酒的快速檢測(cè)。以上研究表明，電子鼻和電子舌技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)白酒整體微量組分輪廓的檢測(cè)，并結(jié)合模式識(shí)別等數(shù)據(jù)處理方法對(duì)不同白酒分類鑒別，因此可通過電子鼻和電子舌檢測(cè)不同種類的缺陷酒，構(gòu)建缺陷酒指紋數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)對(duì)未知缺陷酒的分類和識(shí)別。

4 白酒中異味物質(zhì)的控制措施

白酒異味物質(zhì)多由釀酒原料以及生產(chǎn)過程中操作不當(dāng)，感染雜菌引起。因此降低酒體中異味物質(zhì)的含量，應(yīng)從釀酒原輔料、工藝措施等方面進(jìn)行嚴(yán)格管理，從根源上防止異味物質(zhì)的產(chǎn)生。此外，對(duì)于異味物質(zhì)含量較高的酒體，可通過一些后處理技術(shù)進(jìn)行除雜，以降低異味物質(zhì)含量。

4.1 生產(chǎn)過程中異味物質(zhì)的去除

白酒生產(chǎn)工序復(fù)雜，主要包括原輔料預(yù)處理、出窖、配料、拌糟、上甑、攤晾下曲、入窖等步驟[2]。從生產(chǎn)源頭控制異味物質(zhì)的產(chǎn)生，首先應(yīng)對(duì)釀酒原輔料進(jìn)行嚴(yán)格的篩選，釀酒高粱中蛋白質(zhì)含量要適宜，蛋白質(zhì)是酒體中香味物質(zhì)生成的前體，可以起到使酒體香氣濃郁幽雅、豐滿細(xì)膩、醇和綿甜的作用[50]。但蛋白質(zhì)含量過高會(huì)造成發(fā)酵后期酸生成過多，影響口感[6]?？窔獒劸粕a(chǎn)的重要輔料，主要起疏松劑和填充劑的作用[51]，但生糠本身帶有雜味，且含大量的戊糖，在高溫和發(fā)酵過程中會(huì)生成糠醛[52]，因此在使用之前需對(duì)其進(jìn)行清蒸處理。

其次在生產(chǎn)過程之中，應(yīng)保證生產(chǎn)區(qū)域的清潔衛(wèi)生，以防止糟醅感染雜菌。窖池在長期的發(fā)酵過程中，已形成特定的產(chǎn)酒微生物群落，如果糟醅入窖過程中引入雜菌，會(huì)影響窖池微生物群落的組成，進(jìn)而影響白酒產(chǎn)量和質(zhì)量[53]。配料方面，應(yīng)根據(jù)糟醅的理化指標(biāo)和發(fā)酵季節(jié)對(duì)配料進(jìn)行調(diào)整，保證入窖糟醅淀粉含量、酸度、水分適宜，為微生物創(chuàng)造良好的發(fā)酵環(huán)境。此外，蒸餾也是白酒除雜的重要手段，蒸餾過程要做到緩火蒸餾，摘酒過程中，要求掐頭去尾，量質(zhì)摘酒，提高基礎(chǔ)酒的質(zhì)量[54]。

4.2 白酒后處理技術(shù)

白酒后處理技術(shù)主要是指蒸餾取酒之后進(jìn)行的相關(guān)后處理工藝，它是保障白酒質(zhì)量的重要措施，通過后處理技術(shù)，可大大降低白酒中異味物質(zhì)含量。白酒的后處理技術(shù)主要為基酒勾兌、二次蒸餾、活性炭吸附、膜過濾、冷凍以及離子交換[55-57]。對(duì)于由微量組分失調(diào)引起的酒體缺陷，可采用勾調(diào)的方式處理。如基酒中存在輕微的苦味、酸味，可通過不同基酒組合勾兌的方式進(jìn)行掩蓋。但如果基酒中異味物質(zhì)含量過高，則需其他的后處理方式進(jìn)行去除。二次蒸餾是指在白酒初次蒸餾后，對(duì)其進(jìn)行復(fù)蒸，以達(dá)到去除異味物質(zhì)的目的。吳晨岑等[58]研究表明，二次蒸餾能夠有效的去除基酒中的異味物質(zhì)，降低酸的含量?；钚蕴烤哂卸嗫?、比表面積大、吸附能力強(qiáng)的特點(diǎn)，廣泛用于酒體中異味物質(zhì)吸附。余東等[59]利用酒用活性炭吸附酒尾中的異雜味物質(zhì)，發(fā)現(xiàn)活性炭能在吸附酒尾中雜醇油的同時(shí)，保留乙醇、乙酸、丁酸、乳酸乙酯等香味物質(zhì)。喬敏莎等[7]通過將高猛酸鉀與活性炭聯(lián)用去除酒體中二甲基二硫和二甲基三硫，去除率分別為100%和90.71%。張燦等[60]通過比較27種吸附劑對(duì)白酒異味物質(zhì)的吸附效果，結(jié)果表明，大孔陰離子交換樹脂對(duì)異味物質(zhì)吸附效果最好，優(yōu)于凹凸棒土、硅藻土、皂土。

5 展望

異味物質(zhì)的存在會(huì)嚴(yán)重影響白酒的口感，造成不可挽回的經(jīng)濟(jì)損失，因此對(duì)異味物質(zhì)的來源、產(chǎn)生微生物、檢測(cè)技術(shù)以及防治方法進(jìn)行研究至關(guān)重要。目前對(duì)白酒組分的研究主要集中于香味物質(zhì)以及其對(duì)白酒風(fēng)格特征的貢獻(xiàn)，而對(duì)于異味物質(zhì)的研究相對(duì)較少。近年來，隨著生物和化學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展，新的研究技術(shù)也應(yīng)用到異味物質(zhì)的研究中，研究人員通過色譜、基因測(cè)序等方法，成功的鑒定了4-甲基苯酚、3-辛醇等異味物質(zhì)，并分離出了相關(guān)異味物質(zhì)產(chǎn)生菌，為異味物質(zhì)的防治奠定了基礎(chǔ)。但現(xiàn)階段關(guān)于白酒中異味研究還不充分，特別對(duì)于其代謝途徑的研究還處于真空階段，未來可對(duì)異味物質(zhì)的代謝途徑進(jìn)行調(diào)控，通過微觀手段對(duì)異味物質(zhì)進(jìn)行防控。