不同窖齡濃香型白酒基酒中高級(jí)醇含量變化規(guī)律研究

路 瑞，唐 云，趙亞雄，馬 龍，郇 丹，李利榮

（金徽酒股份有限公司，甘肅隴南 742300）

濃香型白酒是中國傳承最為悠久的白酒類型，特點(diǎn)是酒體厚重、香氣濃郁、口感柔和，具有獨(dú)特的陳香味和回甘[1]，其在中國文化和飲食中占據(jù)著重要地位，常用于宴席、禮儀和商務(wù)場(chǎng)合[2]。同時(shí)，也是國內(nèi)外消費(fèi)者最為關(guān)注和喜愛的一種白酒類型。濃香型白酒主要以大曲為糖化發(fā)酵劑，添加小麥和高粱等釀造原料，在窖池中通過60～70 d 的固態(tài)發(fā)酵，而后對(duì)發(fā)酵結(jié)束的糟醅進(jìn)行蒸餾得出基酒，基酒再經(jīng)過一系列的陳釀和勾調(diào)工藝形成了風(fēng)格各異的白酒產(chǎn)品[3]。

濃香型白酒中的風(fēng)味物質(zhì)大概占2%，成百上千種風(fēng)味物質(zhì)組成和比例的差異，形成了不同風(fēng)格的白酒[4-9]。濃香型白酒主要的香氣成分為己酸乙酯，同時(shí)含有一些有機(jī)酸、高級(jí)醇（雜醇油）、羰基化合物等，這些香氣成分共同作用，決定了濃香型白酒獨(dú)特的品質(zhì)[10-12]。高級(jí)醇是濃香型白酒主要的助香成分，對(duì)濃香型白酒風(fēng)格的影響較為突出，適量的高級(jí)醇含量能使酒體更加醇甜豐滿，含量較低時(shí)濃香香氣不夠突出，較高時(shí)會(huì)使酒體更加辛辣刺激、苦味明顯[10]。

濃香型白酒中的高級(jí)醇是糟醅在糖化和發(fā)酵過程中產(chǎn)生的揮發(fā)性化合物，這些化合物在發(fā)酵過程中通過微生物代謝和酵母菌活動(dòng)生成，并通過蒸餾過程提取到白酒中[16-17]。其代謝途徑包括氨基酸降解合成途徑和糖代謝合成途徑。氨基酸降解合成途徑是在酵母細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行的，由氨基酸脫氨生成α-酮酸，α-酮酸脫羧生成醛，最終還原為高級(jí)醇。糖代謝合成途徑是由糖代謝生成丙酮酸，丙酮酸與氨基酸發(fā)生作用，生成α-酮酸以及另一種氨基酸，α-酮酸經(jīng)脫羧后生成醛，醛最終被還原為高級(jí)醇[18-20]。此外，高級(jí)醇的形成也受外界多因素影響，如原料的品種、質(zhì)量，發(fā)酵條件中的溫度、時(shí)間、pH 值，以及釀造工藝、蒸餾方式等?？傊?，濃香型白酒中高級(jí)醇的形成是一個(gè)復(fù)雜的過程，受多種因素綜合作用的影響。

適量的高級(jí)醇賦予白酒特有的醇香，使酒體豐滿，口味協(xié)調(diào)，但高級(jí)醇的含量過高，就會(huì)產(chǎn)生異雜味和較強(qiáng)的致醉性，俗稱“上頭”，甚至對(duì)人體有毒害作用[21]。研究白酒中高級(jí)醇含量變化的規(guī)律對(duì)提高白酒品質(zhì)有重要意義，本文擬以不同窖齡濃香型白酒基酒為樣品，以期找到新、老窖池發(fā)酵過程中導(dǎo)致常見高級(jí)醇（正丙醇、正丁醇、異丁醇、異戊醇、仲丁醇）含量差異變化的原因，進(jìn)而為解析濃香型白酒高級(jí)醇含量變化規(guī)律及提升產(chǎn)品品質(zhì)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與科學(xué)參考。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑及儀器

樣品：取自北方地區(qū)某濃香型白酒廠不同窖齡濃香型白酒基酒，根據(jù)不同窖齡進(jìn)行基酒樣品隨機(jī)取樣，分為窖齡在5～7 年的新窖池及30 年以上的老窖池，并根據(jù)持續(xù)生產(chǎn)的窖池進(jìn)行四季取樣，每月在新窖池和老窖池中隨機(jī)取樣，每個(gè)樣品進(jìn)行三次重復(fù)。

試劑與耗材：正丙醇、正丁醇、異丁醇、異戊醇、仲丁醇、乙酸正戊酯標(biāo)準(zhǔn)品（純度≥99%）。溶劑為無水乙醇加水配制成的50%體積分?jǐn)?shù)的溶液。

儀器設(shè)備：Agilent 7890B 氣相色譜儀(配FID氫火焰檢測(cè)器)；電子天平（220 g，0.1 mg），梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 氣相色譜測(cè)定條件

色譜柱：Aglient CP-Wax 57CB毛細(xì)管柱（50 m×0.25 mm×0.20 μm）。

升溫程序：起始溫度35 ℃，保持4 min，以5 ℃/min 升至80 ℃，保持1 min，再以20 ℃/min 升至180 ℃，保持1 min。

檢測(cè)器溫度：250 ℃；進(jìn)樣口溫度：250 ℃；載氣：氮?dú)?，載氣流量1 mL/min，分流比為50∶1，進(jìn)樣量1 μ L。

1.2.2 數(shù)據(jù)處理

本研究使用Microsoft Excel 統(tǒng)計(jì)原始數(shù)據(jù)，使用SPSS Statistics 20 軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。采用獨(dú)立樣本t 檢驗(yàn)、方差分析和主成分分析（PCA）對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，數(shù)據(jù)均表示平均數(shù)± 標(biāo)準(zhǔn)差（Standard deviation，SD）；P＜0.05 表示差異顯著，P＜0.01 表示差異極顯著。使用GraphPad prism 8軟件進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 新窖和老窖基酒中高級(jí)醇含量的差異

通過比較老窖和新窖5 種常見高級(jí)醇含量的差異（表1），發(fā)現(xiàn)正丙醇、仲丁醇、異丁醇的含量在老窖和新窖中存在顯著差異，其中老窖的正丙醇（p<0.05）、仲丁醇（p＜0.01）、異丁醇（p＜0.001）含量顯著高于新窖，異戊醇和正丁醇的含量在新窖和老窖之間無顯著差異（p＞0.05）。說明在不同窖齡窖池中高級(jí)醇含量變化差異主要以正丙醇、仲丁醇和異丁醇為主。

表1 新窖和老窖基酒中高級(jí)醇含量的差異(mg/100 mL)

2.2 不同季節(jié)基酒中高級(jí)醇含量的差異

根據(jù)月份劃分了不同季節(jié)，其中12 月、1 月、2月為冬季，3 月、4 月、5 月為春季，6 月、7 月、8 月為夏季，9 月、10 月、11 月為秋季。本研究比較了不同季節(jié)基酒中五種高級(jí)醇含量的變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)（圖1），不同季節(jié)基酒中高級(jí)醇含量均存在顯著差異?；浦姓?、仲丁醇及正丁醇含量在四個(gè)季節(jié)中均有顯著性差異（p＜0.05），且變化趨勢(shì)基本相同，均呈現(xiàn)出隨春、夏、秋、冬四個(gè)季節(jié)的變換先升高后降低的趨勢(shì)。春季含量最低，秋季含量最高，而到了冬季3 種高級(jí)醇的含量則又開始下降（圖1A，圖1B，圖1C），這種季節(jié)變化的規(guī)律可能主要受到環(huán)境溫度的影響。在本研究區(qū)域中，一年中氣溫最高的時(shí)候集中在夏、秋季節(jié)，而春、冬季節(jié)溫度相對(duì)偏低。溫度可能是影響不同季節(jié)高級(jí)醇含量變化的主要原因，具體來說，正丙醇、仲丁醇及正丁醇含量與環(huán)境溫度基本呈正比關(guān)系，在北方夏、秋季氣溫高，正丙醇、仲丁醇及正丁醇含量也隨之升高，冬、春季氣溫低，其含量也相對(duì)較低。

圖1 不同季節(jié)基酒中高級(jí)醇含量的差異

此外，異丁醇含量在冬季與春季、夏季與秋季之間無顯著差異，冬、春季異丁醇含量顯著高于夏、秋季含量（圖1D）；春季異戊醇含量顯著高于夏、秋、冬三季（圖1E）。

2.3 不同季節(jié)新窖和老窖高級(jí)醇含量之間的差異

通過比較不同季節(jié)新窖池和老窖池五種高級(jí)醇含量之間的差異（圖2），結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在新、老窖池中正丙醇的含量在冬季、春季、夏季之間存在顯著差異，老窖池正丙醇含量均顯著高于新窖池；在秋季正丙醇的含量在老窖和新窖之間無顯著差異（圖2A）。新、老窖池中仲丁醇含量同樣在冬季、春季、夏季之間存在顯著差異，老窖池仲丁醇含量均顯著高于新窖池，而在秋季無顯著差異（圖2B）。正丙醇和仲丁醇在不同季節(jié)新窖池和老窖池中的含量變化表現(xiàn)出相同的趨勢(shì)，在溫度最高的秋季，新窖和老窖的含量變化無顯著差異，而在春季和夏季老窖中的正丙醇和仲丁醇含量顯著高于新窖中的含量。表明若需控制秋季所產(chǎn)基酒高級(jí)醇含量，可適當(dāng)控制或降低糟醅發(fā)酵溫度以降低基酒中高級(jí)醇的含量。

圖2 不同季節(jié)新、老窖高級(jí)醇含量差異

新、老窖池正丁醇的含量在春季和秋季之間存在顯著差異，在冬季和夏季之間新、老窖池正丁醇含量無顯著差異；在春季，老窖池的正丁醇含量顯著高于新窖池；在秋季，老窖池的正丁醇含量則顯著低于新窖池（圖2C）。此外，異丁醇的含量在春季和夏季有差異顯著，其中老窖池異丁醇含量在春季和夏季顯著高于新窖池，在冬季和秋季則無顯著差異（圖2D）。新、老窖池異戊醇的含量在冬季、春季和秋季無顯著差異，僅在夏季差異顯著，即夏季新窖池的異戊醇含量顯著高于老窖池（圖2E）。

通過PCA 分析季節(jié)變化過程中不同窖齡窖池對(duì)五種高級(jí)醇含量的影響，提取前兩個(gè)特征值大于1 的主成分，累計(jì)方差貢獻(xiàn)率為64.577%（表2），可以解釋主要信息。其中第一主成分的方差貢獻(xiàn)率為47.116%，正丙醇（0.914）、仲丁醇（0.844）和正丁醇（0.876）的特征值最高，說明這3 種高級(jí)醇在第一主成分中起著主要作用；在第二主成分中方差貢獻(xiàn)率達(dá)到14.761%，異丁醇的特征值最高。

表2 主成分分析結(jié)果

綜合主成分結(jié)果，繪制出主成分分析結(jié)果的二維圖，可以更直觀的看到季節(jié)和新、老窖池對(duì)五種高級(jí)醇含量的影響（圖3）。在第一主成分中，季節(jié)、正丙醇、仲丁醇和正丁醇與新、老窖呈正相關(guān)關(guān)系，而異戊醇呈負(fù)相關(guān)關(guān)系；在第二主成分中，異丁醇與新、老窖呈正相關(guān)關(guān)系。表明不同季節(jié)變化過程中影響新、老窖池中高級(jí)醇含量的關(guān)鍵高級(jí)醇為正丙醇、仲丁醇、正丁醇和異丁醇。

3 總結(jié)與展望

3.1 總結(jié)

本研究比較了新窖和老窖基酒中高級(jí)醇含量的差異，統(tǒng)計(jì)研究發(fā)現(xiàn)老窖中正丙醇、仲丁醇和異丁醇含量顯著高于新窖，高級(jí)醇的形成主要是由糟醅中的各類氨基酸成分降解轉(zhuǎn)化而來，同時(shí)也與釀造過程中存在的微生物代謝有關(guān)[24]。在窖齡更高的窖池中，由于溫度、濕度、氧氣等環(huán)境條件控制更加穩(wěn)定，酵母菌可以更好地進(jìn)行代謝和生長(zhǎng)，促進(jìn)乙醇和其他化學(xué)物質(zhì)的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化，它們的含量與窖池環(huán)境密切相關(guān)。在理想的窖池環(huán)境下，酵母菌可以更好的將糖分解成乙醇和其他化合物，這些化合物后期會(huì)被轉(zhuǎn)化成各類高級(jí)醇。相比之下，在窖齡相對(duì)較短的窖池中，環(huán)境條件相對(duì)較差，可能會(huì)導(dǎo)致乙醇和其他化學(xué)物質(zhì)產(chǎn)生不足或者轉(zhuǎn)化不完全，因此高級(jí)醇含量相對(duì)較低。本研究顯示老窖所產(chǎn)基酒中正丙醇、仲丁醇和異丁醇含量相較于新窖更高，其原因主要跟窖池質(zhì)量相關(guān)，但未來還需要在不同窖齡窖池所產(chǎn)白酒的質(zhì)量上進(jìn)一步探討。此外，異戊醇是由谷氨酸在酵母菌和細(xì)菌的作用下，先被轉(zhuǎn)化為α-酮戊酸，α-酮戊酸被還原成戊酸，戊酸再次被氧化成異戊醇。異戊醇可以通過氧化反應(yīng)被分解為乙酸和戊酸[25]。正丁醇主要通過乙酸代謝途徑形成，大腸桿菌和產(chǎn)乙酸菌等微生物通過代謝葡萄糖或其他碳源產(chǎn)生乙酸，有研究顯示氨基酸的種類對(duì)正丁醇的生成量有較大影響，其中谷氨酸和天冬氨酸對(duì)正丁醇的生成有明顯促進(jìn)作用[18，26-27]。蛋白質(zhì)在蛋白酶的作用下不斷降解為氨基酸，同時(shí)糟醅中的大量微生物如酵母菌、霉菌、細(xì)菌等生長(zhǎng)繁殖會(huì)消耗大量氨基酸，同時(shí)也會(huì)出現(xiàn)死亡自溶并提供大量蛋白質(zhì)和氨基酸。因此，窖池中氨基酸含量處于一種動(dòng)態(tài)變化過程中[18]。本研究結(jié)果顯示，正丁醇和異戊醇在新窖池中的含量略高于老窖池，但是其含量差異不顯著。這說明新、老窖池發(fā)酵過程中與正丁醇、異戊醇合成相關(guān)的主要微生物代謝程度相近，因而新、老窖池中這兩種高級(jí)醇的含量也相近。

季節(jié)的變化會(huì)影響白酒生產(chǎn)過程中釀造溫度的變化，進(jìn)而影響白酒中高級(jí)醇含量[28-29]。其次不同的季節(jié)釀造原料也有所差異，例如就原糧新陳而言，夏、秋季節(jié)獲取的原糧相較于冬、春季節(jié)其內(nèi)含物相對(duì)更豐富，對(duì)高級(jí)醇的形成具有一定影響[30]。在季節(jié)因素中，環(huán)境溫度的變化可以直接影響糟醅發(fā)酵過程中的溫度，進(jìn)而影響所產(chǎn)基酒中的高級(jí)醇含量[31]。夏季與秋季氣溫較高，會(huì)加速酵母菌對(duì)氨基酸的脫氨基作用，促進(jìn)生成高級(jí)醇，同時(shí)還會(huì)加速酵母菌的自溶，自溶后產(chǎn)生大量的氨基酸，導(dǎo)致高級(jí)醇的含量增加[32]；冬季氣溫較低，低溫可抑制酵母菌的活動(dòng)能力，阻止酵母菌過多利用氨基酸生成高級(jí)醇[18]；春季氣溫逐漸回升，環(huán)境濕度較高，適宜的環(huán)境會(huì)導(dǎo)致其他各類微生物種群快速繁殖，抑制酵母菌的生長(zhǎng)代謝，從而導(dǎo)致白酒中的高級(jí)醇含量降低。本研究結(jié)果顯示，夏、秋季正丙醇、仲丁醇、正丁醇含量均顯著高于春、冬季；異丁醇的含量在溫度逐漸升高時(shí)降低，這可能與異丁醇形成過程中主要作用的微生物生活條件有關(guān)，未來可通過探討各類高級(jí)醇的形成過程及主要作用微生物，進(jìn)一步分析其含量變化的原因。

3.2 展望

影響白酒中高級(jí)醇含量的因素有很多，窖池的質(zhì)量、環(huán)境溫度、濕度、氧氣含量以及釀造過程中使用的原料和釀造工藝等因素，均會(huì)影響濃香型白酒高級(jí)醇的含量。有研究顯示，窖齡更高的窖池可以提供更好的發(fā)酵環(huán)境，使得釀造原料能夠充分發(fā)酵，生成的物質(zhì)能夠更好的陳化和融合，在此過程中也會(huì)逐漸分解出更復(fù)雜的有機(jī)物，其中包括醛、酮、酯等多種化合物，且窖池內(nèi)的微生物群落更為復(fù)雜，這些因素都有利于高級(jí)醇的形成[22-23]。但是由于白酒釀造過程復(fù)雜且有較多的不可控因素，例如微生物的種類豐富度以及數(shù)量，環(huán)境因子包括季節(jié)、溫度、濕度等，因此關(guān)于白酒中高級(jí)醇含量的控制方法依然存在很多問題。如何控制白酒釀造過程中高級(jí)醇含量，提升濃香型白酒的質(zhì)量是目前眾多學(xué)者研究的問題，為了探究白酒中高級(jí)醇含量的變化，有必要從窖池質(zhì)量、環(huán)境因子等多角度探討白酒釀造過程中高級(jí)醇含量的差異。從不同季節(jié)不同窖池中各類高級(jí)醇變化規(guī)律以及PCA 結(jié)果可以推測(cè)，窖池環(huán)境的變化可能會(huì)導(dǎo)致窖泥和糟醅中的微生物群落代謝不完整，導(dǎo)致基酒中高級(jí)醇含量產(chǎn)生變化，即主要與窖池環(huán)境有關(guān)，未來可著重研究不同窖齡窖池中環(huán)境因子的變化，進(jìn)一步掌握高級(jí)醇的形成過程及控制措施。