白酒中健康因子及其成因研究進(jìn)展

◎ 李水紅，李?yuàn)W利，李思思，劉娟華

（1.南華大學(xué)衡陽醫(yī)學(xué)院，湖南 衡陽 421001；2.湖南雁峰酒業(yè)有限公司，湖南 衡陽 421001）

白酒是中國傳統(tǒng)文化中的瑰寶，其悠久的歷史成就了輝煌燦爛的中國酒文化。盡管長期飲酒或過度飲酒可能會(huì)對(duì)人體健康造成一定危害，但中國人的飲酒習(xí)慣在短期內(nèi)難以改變[1]。隨著社會(huì)物質(zhì)文明水平的日益提高，消費(fèi)者對(duì)白酒的口感和健康要求也在不斷提升和變化。飲酒與人類健康之間存在著復(fù)雜的聯(lián)系。中國白酒是世界上含微量元素最為豐富的一種蒸餾酒，截至2018 年3 月，在白酒中已檢測到的微量成分已超過1 870種，其中包括醇類、酯類、酸類、醛酮類、縮醛類、芳香族化合物、含氮化合物、雜環(huán)化合物、含硫化合物、烴類、內(nèi)酯類和萜烯類等化合物[2-3]。在這些微量化合物中，約有138種化合物被證實(shí)對(duì)人體健康有益，被稱作健康因子，包括酚類、酸類、酯類、內(nèi)酯類、吡嗪類、含硫化合物、萜烯類、呋喃類、醛類、氨基酸、多元醇、礦物質(zhì)、維生素和肽類等[4-5]。因此，深入探究白酒中健康因子的成因及其與人類健康之間的關(guān)系，對(duì)白酒品質(zhì)提升和健康白酒的工藝條件優(yōu)化具有重要意義。

1 白酒中的健康因子與測定方法

隨著“十三五”規(guī)劃建議的正式落地，“健康中國”正式升級(jí)成為國家戰(zhàn)略，大健康主題作為民生要點(diǎn)備受政府和社會(huì)關(guān)注[6]。白酒并非單純的酒精，而是一種含酒精的飲料，且含多種微量成分，其中不乏對(duì)人體有益的成分[7]。白酒中的酯類物質(zhì)是主要呈香物質(zhì)，也是質(zhì)量鑒定中的重要指標(biāo)之一。目前報(bào)道的白酒中酯類物質(zhì)已有500 余種[2]。其中的4種酯類（乙酸乙酯、乳酸乙酯、丁酸乙酯和己酸乙酯）的總含量可占白酒總酯含量的90%以上[8]。其中的丁酸乙酯可以通過消耗肌醇作為一種潛在的情緒穩(wěn)定劑[9]；亞油酸乙酯具有抗癌和預(yù)防心血管疾病的功效[10]；脂肪族酯類不僅具有γ-氨基丁酸樣活性，而且可作為γ-氨基丁酸受體調(diào)節(jié)劑[11]。可放松神經(jīng)，減少喝酒引起的副作用[12-13]。白酒中的抗氧化肽具有清除自由基、降血壓等功效[14-15]。酚類化合物4-羥基-3-甲氧基肉桂酸（阿魏酸）具有抗血小板聚集、鎮(zhèn)痛、緩解血管痙攣等作用[16-17]；酸類物質(zhì)中酒石酸、L-蘋果酸、沒食子酸和兒茶酸（兒茶素）具有抗氧化的功效[18]；乙酸具有促消化、降血脂、降膽固醇、延緩血管硬化等保健功效[19]。優(yōu)質(zhì)白酒中含有的吡嗪類物質(zhì)約有三十多種，可預(yù)防心血管疾病的發(fā)生。例如，四甲基吡嗪（川芎嗪）是川芎含有的主要活性成分之一，具有活血化瘀、改善肺血循環(huán)、預(yù)防血小板黏性聚集和血栓形成、抗脂質(zhì)過氧化、調(diào)節(jié)免疫、抑制腫瘤生長等保健功效[20]。此外，白酒富含的氨基酸和超氧化物歧化酶均對(duì)人體健康非常有益[21-22]。

由于白酒中的微量成分非常復(fù)雜，單純采用任何一種化學(xué)分析方法往往無法滿足研究需求?？筛鶕?jù)研究需要采用定性與定量相結(jié)合的方法對(duì)白酒進(jìn)行成分分析。當(dāng)前，氣相色譜法[23]、高效液相色譜法[24]、近紅外光譜法[25]、氣相色譜串聯(lián)質(zhì)譜法[26]、高效液相串聯(lián)質(zhì)譜法[27]、激光飛行時(shí)間質(zhì)譜法[28]以及超高效液相串聯(lián)質(zhì)譜法[29]等檢測技術(shù)已廣泛應(yīng)用于白酒的品質(zhì)檢測。其中，液相色譜-飛行時(shí)間質(zhì)譜法和超高效液相串聯(lián)質(zhì)譜法作為國際公認(rèn)的兩種定量分析方法，適用于成分復(fù)雜、含量極低的樣本分析[30]。通過對(duì)待測樣本實(shí)行高效快速分離和精確的全譜采集，靈敏度和準(zhǔn)確性極高，可滿足白酒中各類微量成分的定性和定量分析[31]。

2 白酒中健康因子的成因

白酒中健康因子的形成是一個(gè)十分復(fù)雜的過程，其中涉及諸多因素。當(dāng)前僅對(duì)醬香型白酒中的健康因子成因的研究較為全面。張子杰等[32]以茅臺(tái)鎮(zhèn)大曲醬香型白酒為例，探索其健康因子的形成原因。結(jié)果表明，白酒中健康因子的形成與地質(zhì)環(huán)境（如水源或土壤中的微量元素、釀造環(huán)境中的微生物種群等）、地形地貌和氣候環(huán)境（有利于微生物種群的生長繁殖和酒的老熟等）、主要釀酒工藝（合適的工藝有利于最大限度地排除有害物質(zhì)、伏天踩曲適于所需曲菌的繁殖和抑制雜菌生長等）、釀酒原料（如采用有機(jī)農(nóng)作物作為原料可避免農(nóng)藥、化肥、生長調(diào)節(jié)劑等化學(xué)合成物質(zhì)引入）這4 個(gè)主要因素密切相關(guān)。排除地理、環(huán)境、原料、工藝等因素，從微生物菌群角度來解釋白酒中健康因子的成因更加科學(xué)合理。釀酒微生物種類、數(shù)量的不同不僅影響白酒的風(fēng)味口感，而且對(duì)產(chǎn)生的健康因子的種類和含量有較大影響。

白酒發(fā)酵過程的本質(zhì)是依賴微生物通過消耗淀粉和其他的營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行繁殖與代謝，產(chǎn)生以酒精為主體和各類香味物質(zhì)為副產(chǎn)物的過程。參與釀酒發(fā)酵的微生物種類龐大，且參與釀造的每一個(gè)過程。制曲和發(fā)酵等過程中的微生物菌群既含有糖化菌、產(chǎn)酒菌、產(chǎn)酶菌、產(chǎn)香菌等有益功能微生物（如曲霉菌、釀酒酵母、酯化酵母、乳酸菌、丁酸菌和己酸菌等），又含有使白酒產(chǎn)生不良?xì)馕?、味道的無益菌群[33-34]。由此可見，白酒釀造過程中的微生物種類、數(shù)量、分布及消長變化直接影響到白酒的品質(zhì)與風(fēng)味，其研究意義顯而易見[35-36]。這也是科研人員把釀酒微生物作為重點(diǎn)研究對(duì)象的關(guān)鍵原因。白酒釀造過程中的功能微生物可分為細(xì)菌、酵母菌、霉菌3 類。

（1）細(xì)菌多生長于溫度適宜、濕度較大及富含有機(jī)質(zhì)的環(huán)境中，其種類最為繁多，主要有乳酸菌、醋酸菌、芽孢桿菌等菌屬[37]。瞿磊等[38]對(duì)宜賓產(chǎn)區(qū)濃香型白酒釀酒環(huán)境中細(xì)菌菌落結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，結(jié)果證實(shí)，窖泥中的微生物多樣性最高，其次是大曲，酒醅和黃水中微生物多樣性最低；其中乳酸菌在窖泥、大曲、酒醅以及黃水中均為最主要的菌群。通常情況下，主要功能性細(xì)菌菌群組成不隨生成批次發(fā)生較大變化，其中的優(yōu)勢細(xì)菌都能代謝產(chǎn)生豐富的酶系[39]。細(xì)菌在酒曲培制和白酒釀造中同樣發(fā)揮了至關(guān)重要的作用，由其代謝產(chǎn)生的化合物決定了白酒的香型和獨(dú)特風(fēng)味。研究表明，在釀造過程中適當(dāng)引入某些功能性細(xì)菌不僅可促進(jìn)一些香味物質(zhì)（或香味前體物質(zhì)）的蓄積，達(dá)到增香效果，還可克服白酒后味不足（后味淡而短，不綿長）的缺點(diǎn)[40]。例如，茅臺(tái)酒中所含濃度最高的吡嗪類化合物——四甲基吡嗪（1.6 ～2.0 mg·L-1） 可使茅臺(tái)酒的酒香味更為持久[41]?？莶菅挎邨U菌在醬香大曲中蛋白酶活力極強(qiáng)，對(duì)四甲基吡嗪的高產(chǎn)出發(fā)揮關(guān)鍵作用。除此之外，蠟狀芽孢桿菌和地衣芽孢桿菌是醬香大曲中的另外兩種重要的產(chǎn)酶細(xì)菌[42]?？傊?，功能性細(xì)菌菌群能夠顯著提高發(fā)酵液的蛋白酶活力、氨態(tài)氮濃度和酯化能力，對(duì)白酒生產(chǎn)起到舉足輕重的作用[43]。

（2）酵母菌屬兼性厭氧型單細(xì)胞真菌，能發(fā)酵糖類產(chǎn)生酒精，適宜在含糖濃度高且偏酸條件下生存。酵母菌整個(gè)發(fā)酵過程中最為關(guān)鍵的功能微生物酵母菌菌體富含蛋白質(zhì)，包括13種酶系統(tǒng)及多種生物活性物質(zhì)如氧化還原酶的輔酶煙酰胺類、脫羧酶的輔酶A、還原型的谷胱甘肽和核糖核酸酶等[40-44]。釀酒原料在酵母菌分泌的胞外酶分解后，再經(jīng)過一系列復(fù)雜的酶促反應(yīng)及產(chǎn)物間的相互作用，從而形成香、純、厚等不同風(fēng)味的酒體。酵母菌在白酒發(fā)酵過程中擔(dān)任酒化（產(chǎn)酒精）與酯化的角色[45]。其中釀酒酵母為優(yōu)勢酵母，其他大部分屬于產(chǎn)酯酵母[46]。釀酒酵母和非釀酒酵母常同時(shí)用于白酒的釀造。如將異常畢赤酵母和釀酒酵母按比例混合加入，在確保出酒率的前提下，能明顯提高白酒風(fēng)味物質(zhì)的含量，其中乙酸乙酯含量的提高尤其顯著[47]。

（3）釀酒過程中的霉菌常來源于自然環(huán)境，由菌絲體和孢子所組成。菌落菌絲體十分發(fā)達(dá)且生長繁殖能力較強(qiáng)；孢子為休眠體，具有較強(qiáng)抗逆能力。霉菌可將某些含有淀粉的原料分解成還原糖（糖化）并被微生物（如釀酒酵母）所利用。此外，霉菌還可使發(fā)酵過程中的氨基酸濃度上漲，不僅能為其他微生物供應(yīng)營養(yǎng)，更使白酒產(chǎn)生獨(dú)特的風(fēng)味[48]。此外，霉菌還具有酯化能力，可通過生長代謝影響促進(jìn)白酒香氣成分的產(chǎn)生[49]。酒曲本身即含有豐富多樣的霉菌，如曲霉、根霉、毛霉、紅曲霉等。此外，華根霉、黑曲霉、米根霉等也是釀酒過程中的常見功能性霉菌。不同的酒曲、不同產(chǎn)區(qū)環(huán)境，釀酒中的優(yōu)勢霉菌種類也各有差異。霉菌作為一類功能菌群，其種類、數(shù)目和生長情況等對(duì)白酒香型、產(chǎn)量和品質(zhì)都將產(chǎn)生直接的影響[50]。

由此可見，上述3 類功能微生物在白酒釀造過程中扮演著不同的角色，這也是白酒中富含多種微量成分的根本原因。

3 健康白酒的生產(chǎn)

我國白酒承載了中華民族幾千年的悠久歷史，并形成了一種特殊的文化形式——中國酒文化。隨著人們健康養(yǎng)生意識(shí)的增強(qiáng)，“打造現(xiàn)代健康白酒”必然成為中國白酒發(fā)展的新趨勢。中國工程院院士孫寶國教授指出健康白酒的發(fā)展方向應(yīng)為“內(nèi)尋外加，自然強(qiáng)化”，也為健康白酒的研發(fā)提供新思路[51]。所謂“內(nèi)尋”即從白酒中探尋對(duì)人體健康有益的健康因子，并通過改進(jìn)發(fā)酵工藝提高這些成分的含量；所謂“外加”即向白酒中合理添加其他對(duì)人體有益的成分。所謂“自然強(qiáng)化”即在搞清白酒中微量成分對(duì)人體健康的影響以及這些健康因子成因的基礎(chǔ)上，通過對(duì)釀酒原料和功能菌群的優(yōu)化改造來提升健康因子的產(chǎn)量[52]。例如，現(xiàn)代藥理學(xué)研究表明，川穹嗪具有擴(kuò)張血管、增加冠狀動(dòng)脈血流、抑制血小板集聚等功效[53]。研究發(fā)現(xiàn)川穹嗪普遍存在于采用高溫曲發(fā)酵的醬香型白酒與芝麻香型白酒中（即“內(nèi)尋”方式），作為白酒中的一種微量健康因子已備受關(guān)注[54]。川穹嗪在白酒中的含量通常過低，如能夠提取制備川穹嗪物質(zhì)，可外加至白酒中（即“外加”方式）來制備健康白酒。白酒酒糟（如多糖、維生素、氨基酸、肽類和微量元素等）營養(yǎng)成分豐富[55-56]，也可將這些對(duì)人體有益的成分先分離純化出來，然后合理“外加”到白酒中。由西安力天生物工程有限公司研發(fā)生產(chǎn)的永生宜康是一種醒酒產(chǎn)品，也可用于新型配制酒的生產(chǎn)。該產(chǎn)品以蜂蜜、氨基酸、葡萄糖等食用材料，經(jīng)發(fā)酵、濃縮、提純制得。研究表明，永生宜康可通過降低乙醇對(duì)人體的毒性反應(yīng)，發(fā)揮醒酒、護(hù)肝的功效[57-58]。其作用機(jī)制是由于永生宜康中含有豐富的氨基酸氧化酶、乙醇脫氫酶或黃嘌呤氧化酶以及這些酶的激活因子，可催化乙醇、乙醛的體內(nèi)分解，縮短在體內(nèi)的停留時(shí)間，減低有害成分（醛類及雜醇油等）的含量[59]。

所謂“自然強(qiáng)化”是指在探明白酒健康成分及其代謝途徑的基礎(chǔ)上，通過優(yōu)化白酒生產(chǎn)過程中的功能性微生物或原料，達(dá)到強(qiáng)化白酒健康成分的目的[51]。例如，通過高通量篩選并鑒定白酒生產(chǎn)過程中的相關(guān)功能微生物，明確各類健康因子是由哪種菌所產(chǎn)生，再通過組建微生物發(fā)酵模擬體系優(yōu)化發(fā)酵條件，為目標(biāo)成分含量的提升奠定研究基礎(chǔ)[2]。此外，通過構(gòu)建工程菌來實(shí)現(xiàn)目標(biāo)產(chǎn)物的高效調(diào)控也是未來健康白酒研究的重要發(fā)展方向[60]。

4 結(jié)語

深入探究白酒中健康因子由何種微生物所產(chǎn)生，并闡明白酒與人類健康之間的關(guān)系具有重要意義。由于不同產(chǎn)區(qū)的白酒釀造所用原料、酒曲、窖泥、車間環(huán)境等所含微生物菌群結(jié)構(gòu)各有差異，因此無法參考相關(guān)文獻(xiàn)得出任何結(jié)論。通過實(shí)地開展微生物菌群結(jié)構(gòu)分析，弄清酒曲、窖泥、酒醅、車間環(huán)境以及發(fā)酵過程中微生物菌群結(jié)構(gòu)組成和優(yōu)勢菌群，并探究這些菌群在白酒生產(chǎn)中扮演的角色。通過微生物分離培養(yǎng)技術(shù)，分離出能提升白酒品質(zhì)的功能菌劑（如生香酵母、酯化菌、產(chǎn)酶菌等）來豐富或優(yōu)化窖泥及生產(chǎn)過程中的菌群結(jié)構(gòu)及其多樣性，提升白酒健康因子的含量及風(fēng)味與品質(zhì)。此外，通過測定白酒中含有哪些健康因子，并揭示這些健康因子由哪些微生物代謝所產(chǎn)生，可為健康型白酒新品種的開發(fā)提供理論依據(jù)。未來研究以白酒生產(chǎn)過程中微生物菌群結(jié)構(gòu)為依據(jù)，探究主要菌群在白酒釀造過程中發(fā)揮的主要功能，通過微生物菌群結(jié)構(gòu)優(yōu)化改造，提升白酒的口感、風(fēng)味與品質(zhì)，研制出口感豐滿綿柔，且富含健康因子的白酒新品種。