白酒重要功能成分研究進(jìn)展

朱安然，程平言，尤小龍，張二康，文 永，黎露露

（貴州習(xí)酒股份有限公司，貴州習(xí)水 564622）

中國白酒是世界上最古老的蒸餾酒之一，主要以小麥、高粱等為原料采用固態(tài)發(fā)酵制成，距今已有2000 多年的發(fā)展歷史[1]。其釀造過程因釀酒原料、糖化發(fā)酵劑、釀酒設(shè)備、生產(chǎn)工藝及環(huán)境微生物等的多樣性，不同地區(qū)、不同工藝生產(chǎn)的白酒各具特色，形成了我國白酒產(chǎn)品百花齊放的態(tài)勢。

白酒生產(chǎn)過程具有多菌種發(fā)酵和工藝復(fù)雜的特性，因此其微量成分十分豐富，約占白酒的2%，是白酒風(fēng)味和功能活性的物質(zhì)基礎(chǔ)。近年來，隨著“健康中國2030 綱要”的實施，白酒中具有健康功效的微量成分逐漸成為廣大研究者關(guān)注熱點[2]，通過現(xiàn)代風(fēng)味提取分離技術(shù)、現(xiàn)代風(fēng)味檢測分析技術(shù)、分子感官組學(xué)等技術(shù)手段的應(yīng)用[3]，白酒中微量成分的研究飛速發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計，白酒微量成分已多達(dá)1874 種，其中有超過138 種化合物被證實對人體健康有益，包含萜類、酚類、吡嗪類、氨基酸、多肽等有效成分，具有抗氧化、抗炎、降低心腦血管疾病、抗癌等多種功效[4]。為了實現(xiàn)白酒與健康雙導(dǎo)向，本文綜述了近年來白酒重要功能成分研究進(jìn)展，以期為白酒健康研究思路提供參考。

1 白酒重要功能成分

1.1 萜類化合物

萜類化合物是異戊二烯聚合物及其衍生物的總稱[5]，主要以萜烯、含氧衍生物的形式存在，將其按碳原子進(jìn)行分類，可分為單萜、倍半萜、二萜、三萜和四萜或胡蘿卜素。白酒中含有豐富的萜類化合物[6]，常見的主要有β-石竹烯、茴香腦、欖香烯和β-桉葉油醇等。萜類化合物一般有兩個來源，一是來自釀酒微生物，例如釀酒酵母能夠在谷物發(fā)酵過程中產(chǎn)生13 種不同的萜類化合物[7]；二是來自釀酒原料，在Wu 等[8]的研究中通過分析不同原料發(fā)酵后萜類化合物的變化，得出了釀酒原料和萜類化合物分布具有緊密聯(lián)系的結(jié)論，證明了高粱、小麥等谷物含有大量萜類化合物及合成前體物質(zhì)。

萜類化合物具有獨特的香味，更具有多種功能活性，已經(jīng)有研究表明，萜烯類化合物具有調(diào)節(jié)人體嗜中性粒細(xì)胞反應(yīng)、抗癌、抗氧化、抗糖尿病等功能作用，在最新的研究中，萜類物質(zhì)還能作為一種優(yōu)化免疫力的功能成分用于抗擊新冠病毒等[9]。因為其生物效應(yīng)和對健康的益處，萜烯類等化合物等成分在功能飲料開發(fā)領(lǐng)域越來越受歡迎。

1.2 酚類化合物

酚類也叫芳香族化合物，是指含有至少一個帶羥基的苯環(huán)類物質(zhì)，主要由釀酒原料中蛋白質(zhì)、氨基酸等物質(zhì)分解產(chǎn)生。酚類化合物是白酒中重要的微量成分，對白酒的香氣、口感和穩(wěn)定性具有重要作用，不僅如此，許多酚類物質(zhì)因具有廣泛的生物學(xué)活性在食品和臨床領(lǐng)域受到了許多關(guān)注,如抗菌、抗氧化、抗動脈粥樣硬化、抗腫瘤等功效。白酒中檢測到的酚類物質(zhì)主要是一些含有單個苯環(huán)的酚類物質(zhì)，目前有愈創(chuàng)木酚、4-甲基愈創(chuàng)木酚、苯酚、4-乙基愈創(chuàng)木酚、4-甲基苯酚、4-乙基苯酚、2,4-二叔丁基苯酚、香草醛等[10]。愈創(chuàng)木酚類香氣活性值較高，具有抗衰老、緩解肝損傷等作用[11]。4-甲基愈創(chuàng)木酚、4-乙基愈創(chuàng)木酚低濃度呈丁香、甜香和辛香，高濃度呈現(xiàn)出煙熏和不愉快的苯酚臭，具有清除活性氧自由基、抗腫瘤、抗菌等作用[12]。由于酚類物質(zhì)主要是通過微生物發(fā)酵轉(zhuǎn)化獲得，現(xiàn)在已經(jīng)有許多針對地衣芽孢桿菌、釀酒酵母與畢赤酵母等功能性微生物與酚類物質(zhì)的含量關(guān)聯(lián)性研究。顏林春等[13]將篩獲的功能芽孢桿菌用于制作強(qiáng)化大曲，提高了2,3,5,6-四甲基吡嗪和4-乙基愈創(chuàng)木酚含量；Zhu 等[14]通過解析大曲中核心菌群的環(huán)境驅(qū)動因素，得出了細(xì)菌較真菌對微量成分具有更大貢獻(xiàn)的結(jié)論?，F(xiàn)在，實現(xiàn)精準(zhǔn)控制的多菌種純種微生物發(fā)酵,是酚類物質(zhì)研究的熱點，更是中國白酒現(xiàn)代化釀造的必然方向。

1.3 吡嗪類化合物

吡嗪類化合物是六元雜環(huán)化合物，又稱為含氮化合物，其含量高低直接影響白酒的質(zhì)量。在白酒中，吡嗪的種類低于酯類和醇類，但因其具有堅果、焙烤香氣且風(fēng)味閾值較低，是白酒中的重要香氣物質(zhì)之一[15]。中國白酒中已檢測出吡嗪類化合物29種[16]，包括四甲基吡嗪、三甲基吡嗪、2-甲基吡嗪、2,3-二甲基吡嗪等，四甲基吡嗪是中國白酒特有的功能成分，在濃香型、醬香型、清香型等香型白酒中均有檢出，不僅對白酒的風(fēng)味有重要貢獻(xiàn)，而且賦予白酒重要的保健功能。四甲基吡嗪是一種活性藥物成分，最初從中藥植物川芎中分離。它可以擴(kuò)張血管、抑制血小板聚集、改善微循環(huán)、增加冠狀動脈和腦血流量，是臨床上常用的抗血小板藥[17]；還可以預(yù)防各種疾病，如心腦血管疾病、缺血性中風(fēng)、癌癥和糖尿病等[18]。目前，在制曲、堆積發(fā)酵、蒸餾三個過程中都產(chǎn)生了不同程度的四甲基吡嗪，主要為微生物代謝和美拉德反應(yīng)產(chǎn)生[19]。釀造過程中，地衣芽孢桿菌、甲基營養(yǎng)型芽孢桿菌、蛋白水解芽孢桿菌等都可以代謝和產(chǎn)生四甲基吡嗪，吳建鋒等[20]通過研究發(fā)現(xiàn)，枯草芽孢桿菌S12 在一系列酶的作用下產(chǎn)生3-羥基丁酮和氨，再進(jìn)一步縮合生成四甲基吡嗪。Cui 等[21]的研究中利用基因工程技術(shù)顯著提高了菌株α5-D1Β2 的四甲基吡嗪前體——乙酰丙酮的產(chǎn)量，進(jìn)而提高四甲基吡嗪的濃度。在美拉德反應(yīng)中，中間體丁二酮與蛋白質(zhì)水解產(chǎn)生的氨基酸進(jìn)行縮合也能得到四甲基吡嗪，譚光迅[22]證實了這一點，研究中增加蒸餾過程中葡萄糖和甘氨酸的含量，美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的含量也顯著增加，四甲基吡嗪增加了48.96%。

1.4 酸類化合物

酸類化合物中的有機(jī)酸是白酒中的健康成分，酯類合成的前體物質(zhì)，能有效降低白酒的苦味，增加白酒的甜度。目前，白酒中的微量成分包含大量的有機(jī)酸，有機(jī)酸類化合物在白酒組分中除水和乙醇外，占其他組分總量的14%～16%[23]，包括乳酸、乙酸、丙酸、丁酸、己酸、沒食子酸和阿魏酸等，按鏈長可分為短鏈酸類化合物和長鏈酸類化合物等，其中短鏈酸類物質(zhì)的主要功能是減少酒精中毒和緩解急性肝損傷，長鏈酸類物質(zhì)的主要功能是降低心血管疾病的風(fēng)險，其他酸類化合物的主要功能是保護(hù)生物系統(tǒng)免受羥基和過氧自由基的影響[24]。阿魏酸具有抗氧化、抗炎癥、降血壓、增強(qiáng)血管功能等多種功效，還是一種有效的苦味抑制劑[25]；亞油酸和乙酸有抗炎、抗肥胖的作用[26]；乳酸能夠促進(jìn)雙歧桿菌的生長，調(diào)節(jié)胃腸道、增強(qiáng)免疫力[27]。因此篩獲高產(chǎn)有機(jī)酸菌株、優(yōu)化菌株產(chǎn)酸條件、探索有機(jī)酸合成途徑、提高有機(jī)酸轉(zhuǎn)化效率變得尤為重要，這也是目前該板塊的研究熱點。

1.5 肽類化合物

釀造原料中含有較豐富的蛋白質(zhì)，通過釀造微生物的作用，會使蛋白質(zhì)分解產(chǎn)生肽類化合物。肽是α-氨基酸以肽鍵連接形成的，通常是由三個或三個以上的氨基酸分子脫水縮合而成[28]。根據(jù)其組成中的氨基酸數(shù)量，肽可以分為多肽(＞10 個氨基酸)和寡肽(2～9 個氨基酸)[29]。研究表明，在白酒、酒醅和酒糟中均存在具有不同生理活性的肽，主要有抗氧化活性肽，具有使人體組織和器官免受自由基危害的特定作用[30]；血管緊張素轉(zhuǎn)化酶抑制肽又稱抗高血壓肽，能夠阻礙血管緊張素Ang Ⅰ轉(zhuǎn)換為血管緊張素Ang ⅠⅠ；免疫調(diào)節(jié)肽，能夠增強(qiáng)人體的免疫功能[31]。除了以上介紹的功能作用以外，白酒中還存在具有抗菌、抗癌、抗疲勞等多種生理活性的肽類。目前，白酒中肽類化合物研究主要集中在多肽方面，對小肽研究還較少，小肽是具有2～4 個氨基酸的寡肽，它能在消化系統(tǒng)直接被腸上皮細(xì)胞吸收，吸收效率比游離氨基酸更強(qiáng)[32]。小肽被吸收后可以表現(xiàn)出抗腫瘤、抗病毒、抗炎鎮(zhèn)痛、血脂調(diào)節(jié)等益處，這些功能突出了小肽的巨大藥用潛力[33]。在未來的研究中，可以通過檢測白酒中肽的類型及其合成途徑，在分子水平上探究關(guān)鍵酶催化合成肽的機(jī)理，探索肽在白酒中的健康功能，闡明肽的生理功能調(diào)控機(jī)制，從而提高白酒的質(zhì)量。

2 白酒重要功能成分微生物代謝合成途徑

開放式發(fā)酵賦予了白酒生產(chǎn)過程豐富的微生物系統(tǒng)，主要為細(xì)菌、酵母菌、霉菌三大類。白酒中重要的功能成分主要來源于微生物生長代謝，例如酚類化合物形成，主要通過微生物利用脫羧酶去掉阿魏酸、肉桂酸、p-香豆酸等的羧基生成，產(chǎn)酯酵母、畢赤酵母也能運用還原酶將酒中4-乙烯基愈創(chuàng)木酚還原為4-乙基愈創(chuàng)木酚[34]；萜類化合物代謝途徑研究中，WU[35]的研究表明，谷物中含有不同的萜類化合物合成前體，釀酒酵母能通過從頭合成和生物轉(zhuǎn)化途徑產(chǎn)生13 種不同的萜類化合物；吡嗪類化合物可以通過釀造中提高前體乙偶姻的產(chǎn)生以及氨的供應(yīng)促進(jìn)四甲基吡嗪的合成，徐巖團(tuán)隊[36]對大曲中篩獲的高產(chǎn)乙偶姻及四甲基吡嗪的芽孢桿菌開展研究，得到了相同的結(jié)論；有機(jī)酸大多來源于細(xì)菌，目前已經(jīng)證實乙酸有3 種產(chǎn)生途徑：酵母菌乙醇發(fā)酵得到，醋酸菌氧化乙醇得到，發(fā)酵生成的乙醛歧化作用得到[37]。目前，關(guān)于肽類化合物的代謝合成途徑研究集中于環(huán)狀脂肽化合物，白酒中的脂肽類物質(zhì)包括枯草素、地衣素和伊枯草菌素等，主要由芽孢桿菌通過非核糖體合成途徑由長鏈脂肪酸和寡肽經(jīng)內(nèi)酯鍵/內(nèi)酰胺鍵連接合成[38]。微生物的生長和代謝對白酒的發(fā)酵進(jìn)程和各種功能成分的合成有著重要影響，隨著白酒中功能成分合成途徑的明晰，已經(jīng)有研究通過調(diào)節(jié)微生物群落結(jié)構(gòu)來提高某種成分的含量[39]。在未來，通過人工搭建白酒釀造微生物系統(tǒng)、調(diào)控微生物代謝產(chǎn)物含量，將成為生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)白酒的發(fā)展方向。

3 白酒重要功能成分檢測方法

3.1 前處理方法

由于白酒中各物質(zhì)的含量、極性、沸點、溶解度、揮發(fā)性差異較大，因此分析不同化合物沒有固定的預(yù)處理方法。目前，樣品提取的主要方法有直接進(jìn)樣法、液液萃取法、固相萃取法、液液微萃取法和固相微萃取法等[40]。直接進(jìn)樣法能減少目標(biāo)化合物的損失，具有較高的定量精度，但乙醇濃度過高，白酒中具有類似極性的化合物，如乙酸乙酯、丙酸乙酯等容易被高強(qiáng)度的乙醇峰覆蓋，導(dǎo)致測定不準(zhǔn)確；液液萃取法是傳統(tǒng)的樣品預(yù)處理法，常用醚、二氯甲烷等作為有機(jī)溶劑萃取分離不同溶解度的物質(zhì)，但由于物質(zhì)組成成分復(fù)雜，需應(yīng)用不同萃取劑對酒樣進(jìn)行多次萃取才能提高萃取效率[41]；固相萃取采用高效、高選擇性的固定相進(jìn)行分離，與傳統(tǒng)提取方法相比，該方法操作簡便、定量測定重復(fù)性好，能有效去除白酒樣品中高濃度酒精的基質(zhì)效應(yīng)，適用于提取揮發(fā)性成分[42]；液液微萃取法是在萃取時通過分散劑將萃取劑分化成微小液滴，加快了液體動態(tài)平衡，顯著提高了萃取效率[43]，目前該技術(shù)的主要研究方向是探索低毒萃取劑，將該技術(shù)與其他樣品預(yù)處理技術(shù)和低用量有機(jī)溶劑相結(jié)合，提高樣品的凈化富集效率；固相微萃取是一種集取樣、萃取、濃縮、注射于一體的新型無溶劑樣品微萃取技術(shù)，克服了傳統(tǒng)分析方法中分析物損失的缺點，但成本較高。在胡麗莎等[44]的研究中，比較直接進(jìn)樣與固相微萃取兩種方法檢測風(fēng)味化合物，發(fā)現(xiàn)固相微萃取技術(shù)處理的樣品檢測到風(fēng)味物質(zhì)較多。除了以上方法以外，還有基于固相微萃取演化的攪拌棒吸附萃取法、超臨界二氧化碳萃取法等。

3.2 分析方法

白酒樣品前處理后，通常使用氣相色譜（gas chromatography,GC)、液相色譜（gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS）、近紅外光譜（near infrared spectrometry,NIR)、核磁共振（nuclear magnetic resonance,NMR)等[45]進(jìn)行分析。GC 和HPLC主要為流動相不同，前者以氣體為流動相，主要檢測醇、醛、酸、酯等揮發(fā)性有機(jī)物質(zhì)，后者以液體為流動相，主要用于檢測難揮發(fā)性物質(zhì)[46]；NMR 技術(shù)有著檢測量大、操作簡單快速、測量精確、保持樣品完整性等特點，傳統(tǒng)的分析方法存在無法檢測未知物、無法滿足高效、多維的白酒快檢需求，吉鑫等[47]運用NMR 技術(shù)可實現(xiàn)白酒中6 種有機(jī)酸和3 種醛類快速、準(zhǔn)確定量分析；近紅外光譜同樣是一種快速方便、無損、無污染以及多組分同時檢測的分析技術(shù),已在食品工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，在釀酒原料、酒醅、白酒質(zhì)量檢驗、白酒風(fēng)味物質(zhì)檢驗等方面均有運用[48]。

質(zhì)譜能準(zhǔn)確、靈敏、快速的定性有機(jī)分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)、精確分子量和含量等信息，但是不適用于有機(jī)混合物的定性定量[49]，因此誕生了氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS）、液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（liquid chromatography mass spectrometry,LC-MS）等聯(lián)用技術(shù)。GCMS 法能夠檢測白酒的揮發(fā)性化合物，楊亮等[50]通過GC-MS 在缺陷酒中共檢測出76 種化合物，包括醇、醛酮、酸、酯、酚等；LC-MS 作為GC-MS 檢測技術(shù)的補充，可用于分析非揮發(fā)性化合物例如氨基酸、有機(jī)酸、核苷酸及一些酯類[51]。

由于白酒中功能物質(zhì)多為風(fēng)味成分，新興的風(fēng)味評價手段——氣相色譜嗅聞技術(shù)（gas chromatograph-olfactometry,GC-O）成為了感官評定與儀器分析結(jié)合的新型檢測方法[52]，將其與質(zhì)譜分析技術(shù)相結(jié)合，可以準(zhǔn)確測定出多種功能活性組分。在QIN 等[53]的研究中利用該技術(shù)在三個等級的芝麻香型白酒中共檢測到54 種風(fēng)味成分，其中丁酸、苯乙醛、己酸乙酯、2,6-二甲基吡嗪等有顯著差異。

4 結(jié)語

隨著“健康中國2030”規(guī)劃綱要的實施，白酒行業(yè)將繼續(xù)實現(xiàn)產(chǎn)品健康化目標(biāo)發(fā)展，根據(jù)現(xiàn)階段研究結(jié)果，白酒中主要的功能成分對人體健康大有裨益，但是否還存在其他健康功能成分，功能成分的合成機(jī)制、作用機(jī)制等還尚不明晰。利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)挖掘白酒中主要功能成分、優(yōu)化成分提取工藝、確定成分作用與功能效應(yīng)量效關(guān)系，將為進(jìn)一步強(qiáng)化白酒中的健康功能成分，開發(fā)富含功能成分的健康白酒提供數(shù)據(jù)支撐，為白酒健康化發(fā)展注入新動力。