白酒釀造過程中霉菌對酒體品質(zhì)的影響研究進展

趙佳偉，李茂，張偉建，陸培，晏俊玲，鄭佳

（宜賓五糧液股份有限公司，四川宜賓 644007）

中國白酒是指經(jīng)過自然微生物接種，固態(tài)發(fā)酵，蒸餾得到的發(fā)酵產(chǎn)品，主要原料有高粱、玉米、豌豆、大米等[1-2]。酒類在中國已經(jīng)具有九千多年的飲用歷史，現(xiàn)根據(jù)白酒的風味特點，可以分為12 種香型[3]。白酒的生產(chǎn)工藝主要包括大曲制作、原料與處理、酒精發(fā)酵、蒸餾和陳釀五個步驟[4]。在整個釀造過程中，發(fā)酵劑菌群和環(huán)境菌群等因素的復雜相互作用對白酒揮發(fā)性風味物質(zhì)產(chǎn)生影響[5]。研究顯示，白酒中含有多種化合物，包括醇、酯、脂肪酸、呋喃、酮、含氮化合物和含硫化合物等[6]，這些風味物質(zhì)的形成受微生物(細菌，酵母，霉菌)生理代謝的調(diào)控，霉菌對白酒的品質(zhì)有至關(guān)重要的影響。

霉菌是對能形成分支菌絲的一類真菌的統(tǒng)稱[7]。研究結(jié)果表明，在白酒發(fā)酵過程中的霉菌包括曲霉、根霉、毛霉、犁頭霉、地霉、木霉等[8]。霉菌是發(fā)酵過程中淀粉、蛋白質(zhì)等大分子物質(zhì)降解的主要動力，對白酒的品質(zhì)有著積極的促進作用[9]。目前的研究主要集中在霉菌的產(chǎn)酶作用，對霉菌產(chǎn)酒精和香氣物質(zhì)等，進而影響白酒的品質(zhì)的相關(guān)研究較少[10]。在廣泛參考文獻的基礎(chǔ)上，本文主要綜述了霉菌對白酒品質(zhì)的影響及其機制。

1 釀造過程中霉菌的鑒定

1.1 傳統(tǒng)分類鑒定

通過傳統(tǒng)的分離純化及鑒定，借助菌株的形態(tài)觀察和生理生化分析，分析白酒發(fā)酵過程中霉菌的菌落結(jié)構(gòu)[11]。劉冰冰等[12]通過純培養(yǎng)方法從宋河酒的酒醅中篩選出63 株霉菌(主要包括草本枝孢、黑曲霉、桔青霉、米曲霉、沃特曼籃狀菌、嗜松籃狀菌、雪白絲衣霉等)，分離出的霉菌具有良好的酶活性質(zhì)；班世棟[13]從醬香型大曲中分離純化得到19株霉菌，其中7 株曲霉（散囊菌、紅曲霉、黃曲霉），5 株毛霉（犁頭霉、卷枝毛霉），以及青霉、短尾帚霉和白耙齒菌；杜春迎[14]通過透明圈初篩，α-乙酸萘酯比色法復篩，篩選出高產(chǎn)酯化酶菌株，觀察其形態(tài)和生理生化實驗，鑒定為傘枝犁頭霉。由于傳統(tǒng)的鑒定方法準確度低，不能鑒定不可培養(yǎng)微生物，所以目前的研究，會采用常規(guī)的檢測方法結(jié)合分子生物學手段。

1.2 分子生物學鑒定

通過PCR 技術(shù)擴增18S rRNA 可以更好的對難以培養(yǎng)微生物進行鑒定。張文學等[15]通過變性梯度凝膠電泳(DGGE)和18S rRNA 基因分析方法發(fā)現(xiàn)，青霉屬、木霉屬、曲霉菌屬和散囊菌屬是瀘香型白酒的優(yōu)勢菌群。近年來研究人員通過高通量測序，對白酒中霉菌的種類和發(fā)酵情況進行了深入的研究。研究結(jié)果顯示，小曲清香白酒發(fā)酵過程中優(yōu)勢霉菌是根霉和曲霉，并且隨著發(fā)酵的進行，霉菌的相對豐度在減少[16]。其他研究也表明，在瀘香型中溫大曲發(fā)酵前期(0～5 d)，酒醅中芽孢桿菌、曲霉菌屬和嗜熱子囊菌屬，保持了較高的豐度[17]。從上述研究可以看出，傳統(tǒng)分離鑒定方法與分子生物學技術(shù)相結(jié)合給研究霉菌在白酒發(fā)酵過程中的作用提供了更多的方向。通過相關(guān)研究也可以看出，霉菌在白酒發(fā)酵中起到舉足輕重的作用。

2 霉菌在白酒發(fā)酵中的作用

白酒發(fā)酵過程中的霉菌主要包括毛霉、根霉、曲霉、犁頭霉、青霉、地霉等。霉菌在生長過程中可以產(chǎn)生各種酶類(如糖化酶、蛋白酶、脂肪酶、酯化酶、纖維素酶等)，可以提高白酒的發(fā)酵品質(zhì)[18]。

2.1 霉菌對白酒發(fā)酵的促進作用

霉菌通過代謝產(chǎn)生的酶類(糖化酶、蛋白酶、纖維素酶、果膠酶等)，可以將原料中的大分子物質(zhì)(淀粉、蛋白質(zhì)、脂肪等)分解為小分子物質(zhì)，為白酒的發(fā)酵提供動力來源(表1所示)。在白酒發(fā)酵過程中，霉菌通過產(chǎn)生α-淀粉酶和糖化酶，將淀粉、糊精等分解為微生物可以利用的還原糖[19]。研究表明，在清香型白酒中，根霉和紅曲霉都具有較強的糖化力，根霉的葡萄糖淀粉酶活性達到7.68 U/mL[20]。在濃香型白酒中曲霉(黑曲霉、雜色曲霉、米曲霉)，青霉(桔青霉、菲律賓青霉)，雪白絲衣霉，都具有較高的淀粉酶[12]。研究顯示，在馥郁香型白酒生產(chǎn)中使用根霉，可以顯著提升糖化效果，并且根霉能產(chǎn)生酒化酶系，能糖化的同時進行發(fā)酵[21]。上述研究說明，根霉、曲霉、青霉是分解淀粉，產(chǎn)生還原糖的主要微生物。

表1 不同霉菌代謝產(chǎn)生的酶類

霉菌還可以產(chǎn)生蛋白酶，將蛋白質(zhì)分解成小分子肽和氨基酸，為微生物的生長代謝提供氮源，其中一些氨基酸具有呈味作用，一些可以形成香氣物質(zhì)。有學者研究發(fā)現(xiàn)，黑曲霉在濃香型白酒中具有良好的產(chǎn)蛋白酶效果，該菌株在液體培養(yǎng)時還可以產(chǎn)生一定的風味物質(zhì)[22]。其他研究也表明，在濃香白酒發(fā)酵過程中曲霉(米曲霉、黑曲霉、A.hennebergii)可以產(chǎn)生酸性蛋白酶[23]，酸性蛋白酶可以降低酒糟的pH值，減少雜菌生長，提高酒體中的總酸含量[24]。霉菌還可以產(chǎn)纖維素酶，單寧酶和脂肪酶等。木霉、青霉、曲霉都可以產(chǎn)生纖維素酶。從宋河酒發(fā)酵過程中篩選得到一株曲霉Mh2 產(chǎn)的纖維素酶酶活可以達到11.87 U/mL[25]。黑龍江富裕老窖窖泥中篩選出的產(chǎn)黃青霉和聚多曲霉都可以產(chǎn)纖維素酶[26]。霉菌產(chǎn)生的纖維素酶可以分解玉米、小麥等原材料中的纖維素，提供發(fā)酵所需的糖類物質(zhì)。在釀酒過程中，霉菌還可以產(chǎn)脂肪酶，將脂肪分解為小分子物質(zhì)，合成高級脂肪酸。研究表明，米根霉和黑曲霉都能產(chǎn)生脂肪酶[13]。霉菌可以通過產(chǎn)生各種酶類提高白酒的發(fā)酵品質(zhì)，還可以形成風味物質(zhì)來提升白酒品質(zhì)。

2.2 霉菌的產(chǎn)香作用

除了產(chǎn)酶特性，霉菌還具有產(chǎn)香功能，參與到生成多種高級醇、醛、酮、酯等風味物質(zhì)的發(fā)酵過程中，促進白酒風味的形成，提升白酒品質(zhì)[27]。霉菌主要通過產(chǎn)生酯化酶促進酯化反應的進行，自身的代謝產(chǎn)物也會成為白酒中的呈香物質(zhì)。紅曲霉、多枝橫梗霉、犁頭霉、根霉等都被研究證實可以產(chǎn)生酯化酶，提高酒體中總酯的含量[28-30]。研究發(fā)現(xiàn)，霉菌(淡紫擬青霉、黑曲霉和傘枝犁頭霉)通過分泌酯化酶可以產(chǎn)生乙酸乙酯、己酸乙酯和乳酸乙酯這一類具有芳香氣味的化合物[14]。上述研究說明，霉菌通過形成酯化酶，可以促進酒醅中有機酸和醇類物質(zhì)進行酯化反應，產(chǎn)生香氣成分，提升酒體品質(zhì)。許多霉菌還能在白酒的釀造過程中產(chǎn)生許多醇類、醛類、酸類、呋喃類和吡嗪類等香味物質(zhì)[31](表2 所示)。

表2 霉菌在不同白酒發(fā)酵過程中所產(chǎn)香味物質(zhì)

2.3 主要香型白酒中霉菌產(chǎn)香作用

2.3.1 醬香型白酒中霉菌的產(chǎn)香作用

在醬香型白酒發(fā)酵過程中，曲霉可以形成甾醇，甾醇具有抑制癌細胞活性的功效[32]；根霉產(chǎn)生的有機酸(乳酸、富馬酸、檸檬酸等)，可以減少酒體的澀味、苦味，平衡酒體[33]。研究顯示，曲霉可以形成吡嗪類的前體物質(zhì)3-羥基丁酮(醬香風味物質(zhì))[34]；黑曲霉可以提高醬酒中酚類、醇類和呋喃類的含量，其中2-甲氧基苯酚、4-乙烯基愈創(chuàng)木酚、仲丁醇的含量最高[35]；毛霉代謝形成亞油酸乙酯和油酸乙酯，亞油酸乙酯具有花果的香氣，油酸乙酯是茅臺空杯香的主要物質(zhì)，豐富了酒體的風味物質(zhì)[36]。王曉丹等[37]對醬香型白酒中的霉菌分析后發(fā)現(xiàn)，阿姆斯特丹散囊菌會提高酒體中醇類的含量(L-芳樟醇和1-辛烯-3-醇)，L-芳樟醇具有花香味，1-辛烯-3-醇具有蘑菇香味；酮類物質(zhì)中具有樹脂味道的3-辛酮和堅果香氣的2-庚酮含量增加；呋喃類化合物(2-正丙基呋喃、2-戊基呋喃)含量變高，可以增加白酒的果香味。

2.3.2 濃香型白酒中霉菌的產(chǎn)香作用

在濃香型白酒發(fā)酵過程中，黑曲霉可以提高乳酸乙酯、己酸乙酯、苯乙醇、辛酸乙酯、棕櫚酸乙酯等風味物質(zhì)的含量[22]。己酸乙酯是濃香型白酒的特征風味物質(zhì)，具有水果香；苯乙醇具有花香；辛酸乙酯具有白蘭地的香味。紅曲霉能夠產(chǎn)生醇、酸、酯等多種芳香族化合物，產(chǎn)生甘甜的味道[38]。研究指出，紅曲霉可以利用乳酸形成己酸乙酯，達到增己降乳的目的，還能代謝產(chǎn)生高級脂肪酸(油酸、亞油酸、硬脂酸等)和氨基酸(谷氨酸、丙氨酸、酪氨酸等)，為香味物質(zhì)(醛、酮、吡嗪等)的形成提供了前體物[39]。除此之外，淡紫色青霉、黑曲霉和傘枝犁頭霉會產(chǎn)生乳酸乙酯、乙酸乙酯乙酸和丁酸，豐富了濃香型白酒中的風味物質(zhì)[14]。

2.3.3 其他白酒中霉菌的產(chǎn)香作用

在馥郁型白酒和綿柔型白酒發(fā)酵過程中，根霉能提高白酒中總酸和己酸乙酯的含量，降低乙酸乙酯的含量，達到增己降乙的效果[40-41]。韓英等[42]的研究發(fā)現(xiàn)，利用米根霉發(fā)酵的清香型白酒中高級醇(正丙醇、異丁醇、異戊醇)和乙酸乙酯的含量顯著增加，乙酸乙酯/總酯的比值也顯著提升。在特香型酒中黑曲霉能提高酒體中丁酸乙酯、己酸乙酯、肉豆蔻酸乙酯、棕櫚酸乙酯、亞油酸乙酯、油酸乙酯的含量，提高酒體風味[43]。劉昕[44]在研究藥香型白酒(董酒)發(fā)酵中發(fā)現(xiàn)，霉菌(斜臥青霉菌和米根霉)可以有效的提高不飽和脂肪酸(肉豆蔻油酸、棕櫚油酸、亞油酸、α-亞麻酸)的含量。對于芝麻香型白酒來說，紅曲霉在發(fā)酵過程中可以產(chǎn)生乙酸乙酯、四甲基吡嗪(芝香型白酒的特征香氣物質(zhì))、苯乙醇和4-乙烯基愈創(chuàng)木酚，黑根霉會產(chǎn)生乙偶姻(具有奶油味)、正戊醇、2,3,4,5-四甲基吡嗪、聯(lián)苯和鄰苯二甲酸二甲酯，多主枝孢霉會產(chǎn)生乙酸乙酯和微量的四甲基吡嗪，還會產(chǎn)生吡啶、正戊醇、1,3-丁二醇、二甲基環(huán)己胺、鄰苯二甲酸二甲酯、十一烷、鄰苯二甲酸二乙酯等物質(zhì)[45]，提高芝麻香型白酒的主體香型和特征風味。高傳強等[46]的研究還指出，霉菌會產(chǎn)生高級醇、吡嗪類物質(zhì)，霉菌有較強的產(chǎn)酸能力，可以有效控制雜菌生長。

3 總結(jié)與展望

通過傳統(tǒng)分離鑒定結(jié)合現(xiàn)代分子生物學，可以有效的鑒定白酒發(fā)酵過程中霉菌的種類。相關(guān)研究結(jié)果表明，主要是曲霉、根霉、毛霉、犁頭霉、地霉、木霉等參與了白酒的發(fā)酵過程。在白酒的發(fā)酵過程中，霉菌可以將大分子物質(zhì)分解成小分子物質(zhì)，提供發(fā)酵動力來源，還能通過形成酯化酶和自身代謝風味物質(zhì)，提高白酒中酯類、醇類、醛類、酸類、呋喃類和吡嗪類等香味物質(zhì)，提高酒體品質(zhì)。

目前，微生物提高白酒品質(zhì)的相關(guān)研究，主要集中在細菌和酵母，對于白酒發(fā)酵過程中霉菌對白酒風味物質(zhì)的影響研究較少。本文主要綜述了白酒發(fā)酵過程中霉菌對風味物質(zhì)的貢獻，以期為相關(guān)研究提供一定的參考。