基于功能微生物調(diào)控的健康白酒研究進(jìn)展

張永杰，唐圣云，張 薇，潘 明，葛 隱

(1.四川輕化工大學(xué)生物工程學(xué)院，四川宜賓 644000；2.五糧液集團(tuán)有限公司，四川宜賓 644000）

健康白酒的釀造在近幾年逐漸成為研究熱門，白酒中的風(fēng)味物質(zhì)種類眾多,目前已發(fā)現(xiàn)的風(fēng)味成分多達(dá)1874 種，其中有益健康的成分130 多種[1-2]，主要包括種類繁多的醇、酸、酯、醛、酚、芳香族化合物及一些微量元素，它們既是白酒風(fēng)味質(zhì)量的關(guān)鍵所在，也是有益于人體健康的物質(zhì)基礎(chǔ)[3-4]。這些功能因子的形成，關(guān)鍵取決于發(fā)酵過程中微生物的基礎(chǔ)作用和生物調(diào)節(jié)[5]。目前通過功能微生物調(diào)控提高的健康成分主要有一些酸類、酯類、酚類、吡嗪類化合物、萜烯類等[5-6]。根據(jù)功能性釀酒微生物的代謝機(jī)理,目前主要有人工窖泥、強(qiáng)化制曲兩種和其他的調(diào)控方式[7]，本文著重從以上兩種方式和其他的方式來總結(jié)近幾年調(diào)控功能微生物提高白酒中健康因子的研究，為功能微生物調(diào)控這種創(chuàng)新性釀造技術(shù)提供依據(jù)，為白酒的進(jìn)一步研制提供思路。

1 強(qiáng)化制曲促進(jìn)健康因子生成

強(qiáng)化制曲是指采用微生物分離技術(shù)，篩選出能夠充分提高酒曲性能的有益菌種，然后進(jìn)行人工純種培養(yǎng)，再接種到酒曲中強(qiáng)化其各個功能，從而進(jìn)一步提高出酒質(zhì)量[8]。在強(qiáng)化制曲過程中各有益菌株發(fā)揮各自作用，糖化、發(fā)酵、生香得到協(xié)調(diào)強(qiáng)化。針對性接種功能菌，可提高健康因子的含量，如一些吡嗪類和萜烯類化合物、酸類、酯類、醇類和酚類等[9]。

1.1 吡嗪類、酚類、萜烯類健康因子含量的提高

吡嗪類化合物是一類含2,4-二氮雜苯母環(huán)化合物的總稱,部分吡嗪類化合物是具有一定生物活性的，如含吡嗪環(huán)的噻唑啉、噻唑烷酮等就具有優(yōu)秀的抗菌作用。吡嗪類化合物在白酒釀造中主要通過微生物代謝途徑產(chǎn)生[10-12]?；舴f玙等[13]從茅臺鎮(zhèn)醬香大曲中分離得到2 株地衣芽孢桿菌，對醬香麥曲進(jìn)行強(qiáng)化，發(fā)現(xiàn)麥曲中吡嗪類含量高達(dá)32.8%，四甲基吡嗪含量為31.11%。葛向陽等[14]使用了強(qiáng)化高產(chǎn)四甲基吡嗪地衣芽孢桿菌的大曲，發(fā)現(xiàn)采用60 %比例的功能曲，可以將濃香型原酒中四甲基吡嗪含量提高到3～6 mg/L，較傳統(tǒng)濃香型白酒提高了5 %～20 %。艾金鐘等[15]從高溫大曲和紅星二鍋頭酒醅中分離篩選到4 株蛋白酶活性較高的菌株，制成功能菌麩曲，并加入5%～8%高溫大曲，發(fā)現(xiàn)在基酒風(fēng)格基本不變的基礎(chǔ)上，酒體中四甲基吡嗪含量得到極大的提高，完善了紅星二鍋頭酒產(chǎn)品的風(fēng)格特點(diǎn)，使之清香純正、馥郁幽雅。目前，吡嗪類健康因子含量的提高主要來源于強(qiáng)化制曲。

酚類是高粱籽中一種重要的次生代謝產(chǎn)物,主要包括酚酸、類黃酮及縮合單寧(原花色素),這些酚類對于酒類品質(zhì)影響明顯[16]，酚類化合物不僅是白酒中重要的風(fēng)味物質(zhì)，更是一類具有生理活性的功能成分。4-甲基愈創(chuàng)木酚、苯酚、4-甲基苯酚、4-乙基苯酚、4-乙基愈創(chuàng)木酚和香蘭素均具有良好的自由基清除能力，被看作是白酒中的健康成分[17]，同時，4-甲基愈創(chuàng)木酚和4-乙基愈創(chuàng)木酚還具有抗氧化、抗腫瘤和增強(qiáng)機(jī)體免疫力等功能[18]。劉宇瓊等[19]將細(xì)菌F 和細(xì)菌DY2 研制成功能麩曲用于米香型白酒的釀造，所產(chǎn)基酒香氣較怡人，且增加了白酒中吡嗪分子的含量。顏林春等[20]從醬香大曲中篩選到10 株功能芽孢桿菌，經(jīng)純種培養(yǎng)后制成的強(qiáng)化醬香大曲，發(fā)現(xiàn)大曲中所含的2,3,5,6-四甲基吡嗪和4-乙基愈創(chuàng)木酚含量明顯高于普通大曲。曾德勇[21]對醬香型白酒生產(chǎn)過程中解淀粉芽孢桿菌與地衣芽孢桿菌、釀酒酵母與畢赤酵母間的相互作用進(jìn)行研究,優(yōu)化功能性微生物細(xì)菌、酵母菌及霉菌的組合比例,制作強(qiáng)化大曲,并應(yīng)用于醬香型白酒生產(chǎn),發(fā)現(xiàn)2,3,5-三甲基吡嗪、四甲基吡嗪、4-乙基-1,3-苯二酚、愈創(chuàng)木酚、4-乙基苯酚等物質(zhì)均得到了提高。周金虎[22]通過分離篩選，得到2 株愈創(chuàng)木酚類物質(zhì)高產(chǎn)菌Y1、Y2，制作成麩曲。與傳統(tǒng)高溫大曲相比，試驗(yàn)組白酒中愈創(chuàng)木酚類物質(zhì)含量比空白組提高45 %，保證了生態(tài)洞釀白酒愈創(chuàng)木酚類物質(zhì)含量及其穩(wěn)定性。

萜烯類化合物是白酒中的重要香氣物質(zhì)及健康因子，國內(nèi)白酒中萜烯類化合物的研究起步較晚[23]。隨著檢測技術(shù)的發(fā)展，越來越多的萜烯類化合物在白酒中不斷檢測出[24]，在濃香型白酒中檢測到30 種[25]，包括萜烯醚、萜烯醇、萜烯酮、萜烯醛和萜烯酯[26-27]。張建良等[27]將釀酒酵母、耐酸乳桿菌、地衣芽胞桿菌和枯草芽胞桿菌經(jīng)馴化，純菌種培養(yǎng)后按一定比例混合，通過精準(zhǔn)控制微生物來穩(wěn)定釀造性能。定量分析萜烯類化合物和吡嗪類化合物，發(fā)現(xiàn)兩種功能因子的含量都得到了提高。

1.2 酯類、酸類健康因子含量的提高

酯類是白酒中的主要香味物質(zhì)，對白酒風(fēng)味有重要貢獻(xiàn)[28]，另外，有些酯類化合物同樣有一定的健康作用。乙酸乙酯[29]對乙醛有制約作用，它可以通過腎功能加速對人體不適應(yīng)物質(zhì)的新陳代謝[28]。中國各種香型白酒中，酸與酯均存在一定的平衡關(guān)系，白酒中的有機(jī)酸類是多菌種混合，經(jīng)過一系列復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)所生成，再和乙醇發(fā)生反應(yīng)生產(chǎn)相應(yīng)的酯類物質(zhì)。這些有機(jī)酸和相應(yīng)的酯不但具有呈香呈味的功能，還具有降肺火、穩(wěn)定心肺、消炎、擴(kuò)張血管的生理功效[31]。

何宏魁等[32]將從古井桃花曲中分離出的釀酒酵母制備成曲，將此酵母曲與大曲混合組配，用于白酒釀造,發(fā)現(xiàn)己酸乙酯、己酸、總酸等物質(zhì)均提升，而乙酸乙酯、乳酸乙酯含量有所下降。許士池等[33]從大曲醬香酒醅中篩選出GQ-c 和GQ-d 2 株霉菌，再用2 株霉菌與白曲霉分別制備麩曲進(jìn)行發(fā)酵釀酒，以GQ-d 霉菌與白曲霉制作麩曲進(jìn)行發(fā)酵釀酒，增加了丁酸、己酸、乙酸乙酯、乳酸乙酯、丁酸乙酯、己酸乙酯等的含量。羅小葉等[34]利用從青酒大曲中分離篩選到的1 株高產(chǎn)酯化酶的紫色紅曲霉(Monascus purpureus)FBKL3.0018 菌株來生產(chǎn)高酯化大曲，當(dāng)高酯化大曲與普通大曲用量為8:17時，通過檢測，發(fā)現(xiàn)添加酯化大曲的酒樣中主要酯類物質(zhì)乙酸乙酯、丁酸乙酯、己酸乙酯等的含量均高于對照組。嚴(yán)啟梅等[35]從大曲中篩選出1株高糖化能力的根霉菌M1，并應(yīng)用于中試綿柔型釀酒生產(chǎn)，發(fā)現(xiàn)己酸乙酯、乳酸乙酯、乙酸乙酯等風(fēng)味物質(zhì)的含量都得到了提高。賦予白酒怡人風(fēng)味的同時增加了白酒中的健康因子。潘菲等[36]從江西特香型大曲中分離篩選出1 株黑曲霉Aspergillus nigerNCUF413.1，分別用麩曲培養(yǎng)A.nigerNCUF413.1和Saccharomyces cerevisiaeNCUF303.1 作為糖化發(fā)酵劑強(qiáng)化特香型白酒酒醅，模擬白酒釀造發(fā)酵30 d。檢測發(fā)現(xiàn)丁酸乙酯、己酸乙酯、庚酸乙酯、丁二酸乙酯、肉豆蔻酸乙酯等風(fēng)味健康物質(zhì)含量均得到提高。馬紅霞等[37]采用“清蒸二次清”工藝進(jìn)行了大曲加高產(chǎn)乙酸酯釀酒酵母重組菌株MY15 的白酒發(fā)酵實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過兩次發(fā)酵，得出高產(chǎn)乙酸酯釀酒酵母重組菌株MY15。相對于親本菌株AY15，該菌株具有高產(chǎn)乙酸酯低產(chǎn)高級醇的特點(diǎn)。

2 研制人工窖泥,促進(jìn)健康因子生成

人工窖泥的應(yīng)用最早起源于瀘州酒廠試點(diǎn)的“人工培窖、新窖老熟”技術(shù)[38]，現(xiàn)階段應(yīng)用效果較好的人工窖泥，是在窖泥的制作過程中添加各種功能菌，如丁酸菌、己酸菌等窖泥中主要香味物質(zhì)來源的微生物，以此達(dá)到快速提高窖泥中產(chǎn)香物質(zhì)的積累與有益菌群富集的目的，最后獲得高質(zhì)量的人工窖泥[39-43]。運(yùn)用人工窖泥提高酒的品質(zhì)時，也可以伴隨生成更多的健康因子。

2.1 酯類、酸類健康因子含量的提高

彭文明等[44]將復(fù)合己酸菌液用于培養(yǎng)人工老窖泥并用于濃香酒的生產(chǎn)，發(fā)現(xiàn)能大大提高新車間窖池產(chǎn)酒中的己酸乙酯含量。張應(yīng)剛[45]通過添加產(chǎn)甲烷菌系來處理窖泥，用發(fā)酵罐來模擬完整的白酒發(fā)酵過程，發(fā)現(xiàn)能夠明顯提高丁酸和乙酸等成分的含量，促進(jìn)了健康因子的生成，同時也明顯降低了其中甲醇的含量。夏培禹等[46]以優(yōu)質(zhì)窖泥為基礎(chǔ)，生產(chǎn)復(fù)合窖泥功能菌液，應(yīng)用于濃香型白酒生產(chǎn)的糧醅發(fā)酵中。結(jié)果顯示，己酸乙酯的生成量高于對照組40 %；在“增己降乳”方面，發(fā)揮作用顯著。劉淼等[47]從自然老熟的優(yōu)質(zhì)老窖泥中分離篩選出1 株窖泥功能菌，再與優(yōu)質(zhì)窖泥復(fù)合菌配在一起，生產(chǎn)功能性人工窖泥，將功能性人工窖泥用于新建或改建窖池，發(fā)現(xiàn)乙酸、丁酸、己酸和乙酸乙酯、丁酸乙酯、己酸乙酯的含量均得到了提高。徐占成等[48]在劍南春老窖泥中分離到1株高產(chǎn)己酸的生孢梭菌。應(yīng)用于人工窖泥的培養(yǎng)，人工窖泥產(chǎn)己酸能力提高近一倍，酒體中己酸乙酯含量提高了60%。應(yīng)用于新窖老熟，同樣使得酒體中的己酸乙酯提高了67 %，確保濃香型白酒濃郁幽雅的典型風(fēng)味特征。

2.2 吡嗪類健康因子含量的提高

韓興林等[49]將不同的細(xì)菌和酵母菌株進(jìn)行混合培養(yǎng)，先后對不同混合菌株進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室酒醅發(fā)酵實(shí)驗(yàn)和入窖生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)，測定相關(guān)指標(biāo)發(fā)現(xiàn)，細(xì)菌強(qiáng)化酒醅試驗(yàn)有助于白酒中四甲基吡嗪含量的提高。酵母強(qiáng)化酒醅試驗(yàn)在沒有影響出酒率的前提下，多種酯類含量得到了不同程度的提高，同時多種高級醇類含量有所降低。

3 其他方式提高白酒中健康因子的含量

液體擴(kuò)配技術(shù)相對于強(qiáng)化制曲和人工窖泥，顯得方便快捷，通過液體擴(kuò)配技術(shù)得到含量較高的發(fā)酵液，運(yùn)用到釀酒過程中，能明顯改善酒體的綿柔度,減輕酒體的辛辣感。該技術(shù)在健康白酒研制中的應(yīng)用較少。劉宇瓊等[19]通過篩選得到2株高產(chǎn)吡嗪分子的細(xì)菌，命名細(xì)菌F、細(xì)菌DY2。將其發(fā)酵液經(jīng)高溫處理并貯存半年，再添加到米香型白酒中，通過檢測，發(fā)現(xiàn)四甲基吡嗪含量得到了增加，同時使酒體的綿柔度得到明顯改善。

有一些研究員通過將篩選出的功能微生物進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)，制成復(fù)合功能菌粉或復(fù)合功能液，再添加至酒醅中，進(jìn)行模擬釀酒發(fā)酵，發(fā)現(xiàn)能顯著提高白酒中一些健康因子的含量。王西等[50]從高溫大曲中篩選得到產(chǎn)香枯草芽孢桿菌，通過擴(kuò)大培養(yǎng)和冷凍干燥將枯草芽孢桿菌G2017-12 制成菌粉，按不同接種量分別添加至3 次酒堆積糖化前和入池發(fā)酵前的糟醅中。通過檢測發(fā)現(xiàn)“堆積組”發(fā)酵后的糟醅中四甲基吡嗪相對含量達(dá)到6.98 μg/g，是“空白組”的4.56 倍。王曉丹等[51]將地衣芽孢桿菌FBKL1.0199 添加到窖池中層的糟醅中，發(fā)現(xiàn)發(fā)酵后的酒醅四甲基吡嗪含量達(dá)6.81 μg/g,是對照組的3.03 倍。酒樣中四甲基吡嗪相對百分含量達(dá)0.028 %。張鑫等[52]采用液體培養(yǎng)技術(shù)，將復(fù)合功能菌逐級擴(kuò)大培養(yǎng)后，添加至酒醅中發(fā)酵，使酒體中乙縮醛、己酸乙酯和丁酸乙酯含量大幅度提高。

4 展望

從探索白酒微生物代謝的健康因子入手,實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制的多菌種純種微生物發(fā)酵,是中國白酒向現(xiàn)代化釀造的必然方向。未來，我們可通過定制微生物去定制酒的風(fēng)味，最終實(shí)現(xiàn)微生物可控、代謝可控、風(fēng)味可控，這是未來的遠(yuǎn)景期望。當(dāng)前，通過功能微生物調(diào)控來提高白酒中的健康因子已取得了一定的成功，但實(shí)驗(yàn)室研究與實(shí)際釀造具有很大的差異性，為了將該創(chuàng)新性釀造技術(shù)（功能微生物調(diào)控技術(shù)）更好的應(yīng)用在實(shí)際釀造過程中，可以從以下方面進(jìn)行探索：

（1）中國白酒釀造是多種微生物相互作用的過程，組合多種類功能微生物形成復(fù)合功能菌系進(jìn)行模擬發(fā)酵，更接近傳統(tǒng)白酒釀造過程。

（2）不同香型的白酒，釀造過程中的功能微生物和健康因子的成分具有差異性，未來可以針對不同香型的白酒，通過功能微生物調(diào)控來提高白酒中的健康因子，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)調(diào)控。

（3）將復(fù)合功能菌系進(jìn)行液體擴(kuò)配發(fā)酵，將貯存后富含健康因子的發(fā)酵液直接添加到酒體，該方法高效、便捷，更適合運(yùn)用在實(shí)際白酒釀造中。

目前對健康白酒的研究，基本是在發(fā)酵過程中通過功能微生物的調(diào)控來提高健康因子的含量。所謂“糧是酒之肉”，上好的白酒離不開優(yōu)質(zhì)的糧食。糧食中含有很多結(jié)合態(tài)風(fēng)味物質(zhì)和游離態(tài)風(fēng)味物質(zhì)，大多都是對人體有益的健康因子。因此可通過釀酒原料調(diào)控，從種植到儲藏，獲得富含健康風(fēng)味物質(zhì)的釀酒原料，進(jìn)而釀造出風(fēng)味怡人的健康白酒。