白酒中健康因子及其成因研究進展

◎ 李水紅，李奧利，李思思，劉娟華

（1.南華大學衡陽醫(yī)學院，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對人體健康造成一定危害，但中國人的飲酒習慣在短期內難以改變[1]。隨著社會物質文明水平的日益提高，消費者對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種化合物被證實對人體健康有益，被稱作健康因子，包括酚類、酸類、酯類、內酯類、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、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系，對白酒品質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”正式升級成為國家戰(zhàn)略，大健康主題作為民生要點備受政府和社會關注[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，其中不乏對人體有益的成分[7]。白酒中的酯類物質是主要呈香物質，也是質量鑒定中的重要指標之一。目前報道的白酒中酯類物質已有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-氨基丁酸受體調節(jié)劑[11]?？煞潘缮窠?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)質白酒中含有的吡嗪類物質約有三十多種，可預防心血管疾病的發(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)、預防血小板黏性聚集和血栓形成、抗脂質過氧化、調節(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人體健康非常有益[21-22]。

由于白酒中的微量成分非常復雜，單純采用任何一種化學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合的方法對白酒進行成分分析。當前，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)質譜法[26]、高效液相串聯(lián)質譜法[27]、激光飛行時間質譜法[28]以及超高效液相串聯(lián)質譜法[29]等檢測技術已廣泛應用于白酒的品質檢測。其中，液相色譜-飛行時間質譜法和超高效液相串聯(lián)質譜法作為國際公認的兩種定量分析方法，適用于成分復雜、含量極低的樣本分析[30]。通過對待測樣本實行高效快速分離和精確的全譜采集，靈敏度和準確性極高，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十分復雜的過程，其中涉及諸多因素。當前僅對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]以茅臺鎮(zhèn)大曲醬香型白酒為例，探索其健康因子的形成原因。結果表明，白酒中健康因子的形成與地質環(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、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（如采用有機農作物作為原料可避免農藥、化肥、生長調節(jié)劑等化學合成物質引入）這4 個主要因素密切相關。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合理。釀酒微生物種類、數(shù)量的不同不僅影響白酒的風味口感，而且對產生的健康因子的種類和含量有較大影響。

白酒發(fā)酵過程的本質是依賴微生物通過消耗淀粉和其他的營養(yǎng)物質進行繁殖與代謝，產生以酒精為主體和各類香味物質為副產物的過程。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、產酒菌、產酶菌、產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），又含有使白酒產生不良氣味、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與風味，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研究對象的關鍵原因。白酒釀造過程中的功能微生物可分為細菌、酵母菌、霉菌3 類。

（1）細菌多生長于溫度適宜、濕度較大及富含有機質的環(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]對宜賓產區(qū)濃香型白酒釀酒環(huán)境中細菌菌落結構進行了研究，結果證實，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)勢細菌都能代謝產生豐富的酶系[39]。細菌在酒曲培制和白酒釀造中同樣發(fā)揮了至關重要的作用，由其代謝產生的化合物決定了白酒的香型和獨特風味。研究表明，在釀造過程中適當引入某些功能性細菌不僅可促進一些香味物質（或香味前體物質）的蓄積，達到增香效果，還可克服白酒后味不足（后味淡而短，不綿長）的缺點[40]。例如，茅臺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，對四甲基吡嗪的高產出發(fā)揮關鍵作用。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酶細菌[42]?？傊?，功能性細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，對白酒生產起到舉足輕重的作用[43]。

（2）酵母菌屬兼性厭氧型單細胞真菌，能發(fā)酵糖類產生酒精，適宜在含糖濃度高且偏酸條件下生存。酵母菌整個發(fā)酵過程中最為關鍵的功能微生物酵母菌菌體富含蛋白質，包括13種酶系統(tǒng)及多種生物活性物質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)過一系列復雜的酶促反應及產物間的相互作用，從而形成香、純、厚等不同風味的酒體。酵母菌在白酒發(fā)酵過程中擔任酒化（產酒精）與酯化的角色[45]。其中釀酒酵母為優(yōu)勢酵母，其他大部分屬于產酯酵母[46]。釀酒酵母和非釀酒酵母常同時用于白酒的釀造。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，能明顯提高白酒風味物質的含量，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)達且生長繁殖能力較強；孢子為休眠體，具有較強抗逆能力。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營養(yǎng)，更使白酒產生獨特的風味[48]。此外，霉菌還具有酯化能力，可通過生長代謝影響促進白酒香氣成分的產生[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)目和生長情況等對白酒香型、產量和品質都將產生直接的影響[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

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)生意識的增強，“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)展方向應為“內尋外加，自然強化”，也為健康白酒的研發(fā)提供新思路[51]。所謂“內尋”即從白酒中探尋對人體健康有益的健康因子，并通過改進發(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人體有益的成分。所謂“自然強化”即在搞清白酒中微量成分對人體健康的影響以及這些健康因子成因的基礎上，通過對釀酒原料和功能菌群的優(yōu)化改造來提升健康因子的產量[52]。例如，現(xiàn)代藥理學研究表明，川穹嗪具有擴張血管、增加冠狀動脈血流、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“內尋”方式），作為白酒中的一種微量健康因子已備受關注[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，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)生產的永生宜康是一種醒酒產品，也可用于新型配制酒的生產。該產品以蜂蜜、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人體的毒性反應，發(fā)揮醒酒、護肝的功效[57-58]。其作用機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、乙醛的體內分解，縮短在體內的停留時間，減低有害成分（醛類及雜醇油等）的含量[59]。

所謂“自然強化”是指在探明白酒健康成分及其代謝途徑的基礎上，通過優(yōu)化白酒生產過程中的功能性微生物或原料，達到強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過程中的相關功能微生物，明確各類健康因子是由哪種菌所產生，再通過組建微生物發(fā)酵模擬體系優(yōu)化發(fā)酵條件，為目標成分含量的提升奠定研究基礎[2]。此外，通過構建工程菌來實現(xiàn)目標產物的高效調控也是未來健康白酒研究的重要發(fā)展方向[60]。

4 結語

深入探究白酒中健康因子由何種微生物所產生，并闡明白酒與人類健康之間的關系具有重要意義。由于不同產區(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構各有差異，因此無法參考相關文獻得出任何結論。通過實地開展微生物菌群結構分析，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構組成和優(yōu)勢菌群，并探究這些菌群在白酒生產中扮演的角色。通過微生物分離培養(yǎng)技術，分離出能提升白酒品質的功能菌劑（如生香酵母、酯化菌、產酶菌等）來豐富或優(yōu)化窖泥及生產過程中的菌群結構及其多樣性，提升白酒健康因子的含量及風味與品質。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過程中微生物菌群結構為依據(jù)，探究主要菌群在白酒釀造過程中發(fā)揮的主要功能，通過微生物菌群結構優(yōu)化改造，提升白酒的口感、風味與品質，研制出口感豐滿綿柔，且富含健康因子的白酒新品種。