中國白酒風味分析及其影響機制的研究

康文懷， 徐 巖

(1.河北科技大學生物科學與工程學院，河北石家莊 050018;2.江南大學生物工程學院，江蘇無錫 214122)

中國白酒風味分析及其影響機制的研究

康文懷1， 徐 巖2

(1.河北科技大學生物科學與工程學院，河北石家莊 050018;2.江南大學生物工程學院，江蘇無錫 214122)

介紹了中國白酒風味化合物主要是由醇類、酸類、酯類、氨基酸類、羥基化合物、縮醛、含氮化合物、含硫化合物、呋喃類化合物、酚類化合物、醚類等組成的;綜述了GC-MS、GC-O、多維飛行質譜、頂空固相微萃取、浸入式固相微萃取、SBSE、AEDA、固相萃取等技術在分析檢測白酒風味物質中的應用;進而綜述了白酒風味物質產生及影響機制的研究進展，隨著現(xiàn)代風味分析技術、微生物學技術、分子生物技術、分子生態(tài)學技術的綜合應用，極大地促進了中國白酒風味化合物、特征風味化合物、功能微生物等相關研究與探索.

中國白酒;風味;生成機制

中國白酒歷史悠久，它是以糧谷為主要原料，采用大曲、小曲或麩曲為糖化發(fā)酵劑，經過蒸煮、糖化、蒸餾而制成的白酒［1－2］.由于采用多種微生物自然接種、長時間的固態(tài)發(fā)酵等多種獨特工藝，在國際上也是具有獨特風味特征的蒸餾酒，但許多釀造機理至今并不十分清楚［1］.因而，利用現(xiàn)代化先進手段研究白酒風味組成，并結合微生物的作用研究其風味生成及影響機制一直是飲料酒行業(yè)的科研熱點.

1 白酒風味化合物組成

白酒、黃酒、葡萄酒、啤酒等飲料酒中的風味物質含量十分豐富［3－5］.據(jù)報道，葡萄酒中共有600～800種各類揮發(fā)性化合物，總量在0.8～1.2 g/L［5－7］;在中國白酒中，酒精與水的數(shù)量約占總量的97% ～98%，微量成分的含量為 2% ～3%［2－3，8－9］.

根據(jù)它們的化學屬性不同，可以將酒中的微量成分分為醇類(alcohols)、醛類(aldehydes)、酸類(acids)、酯類(esters)、酮類(ketones)、內酯類化合物(lactones)、硫化物(sulfur compounds)、縮醛類化合物(acetals)、吡嗪類化合物(pyrazines)、呋喃類化合物(furans)、芳香族化合物(aromatic compounds)以及其他化合物.

據(jù)沈怡方［2］報道，在白酒中已經檢測出了342種香味物質，定量的物質有180種以上.其中，醇類37種(包括多元醇5種)、酯類100種、酸類42種、氨基酸15種、羰基化合物30種、縮醛21種、含氮化合物38種、含硫化合物7種、呋喃化合物6種、酚類化合物13種、醚類化合物10種、其他3種.隨著現(xiàn)代分析技術的發(fā)展，更多的微量成分被檢測出來［10］.據(jù) Zhu 等［11］報道，僅在中國茅臺白酒樣品中就鑒定出了528種化學成分.在葡萄酒中的揮發(fā)性成分目前已知的約有800多種，質量濃度從1 μg/L(紫羅蘭酮)～100 mg/L(異戊醇)之間.這些復雜的成分在葡萄→葡萄汁→葡萄酒→陳釀的整個過程中不斷產生和變化.

白酒呈香物質的形成和轉化，不僅與微生物密切相關(微生物可將淀粉、蛋白質等物質轉化而生成醇、醛、酸、酮、酯等物質)，而且與白酒釀制過程中的原料選擇、制曲工藝、釀酒操作等密切相關［12］.

白酒中的各種物質含量從每升幾納克到幾百毫克不等，因此對它們準確的定性和定量非常困難，尤其對于微量香氣成分的分析，需要開發(fā)新的分析方法.不同風味物質的感官閾值差異很大，因此其對白酒主體香氣成分的貢獻迥異.

一般而言，酒中的微量成分，是決定白酒香氣、口感和風格的關鍵［2－3，13］.在微量成分中，酸類賦予白酒豐滿和酸刺激感，酯類使白酒具有水果的香氣.特別是濃香型大曲酒，其主要香氣成分就是以己酸乙酯為主體香的一種復合香氣.在白酒生產的實踐中，大家都能體會到，少量的調味酒對白酒的香氣、口感和風格具有決定性的影響，但檢測它們的色譜骨架成分，并沒有發(fā)現(xiàn)多大的不同，這就是所謂的復雜成分在起重要作用.隨著檢測方法和手段的改進，分析儀器的不斷革新，蒸餾酒中的絕大部分微量成分完全可以分析得非常清楚［3，13］.

2 現(xiàn)代風味分析檢測技術的應用

不同類型白酒的風味化學特征是決定白酒類型和風格特點的內在依據(jù).不斷發(fā)展的現(xiàn)代科學分析檢測技術，也為檢測和發(fā)現(xiàn)大量影響白酒風味的化學物質提供重要保障.

關于中國白酒化學成分的研究起始于20世紀30年代.對中國白酒微量成分的研究始于1960年代的茅臺試點，當時使用紙層析、柱色譜對白酒開始研究.目前，已經發(fā)展到全面應用氣相色譜－質譜(GC-MS)、多維氣相色譜－質譜(MDGC-MS)等現(xiàn)代科學儀器對白酒成分進行剖析.白酒風味化合物的初步研究開始于1960年代，但應用氣相色譜－聞香法(GC-O)研究白酒的特征香氣成分始于2005年［1］.目前，常用于分析白酒微量成分的儀器有GC-MS，GC-O等，用于樣品前處理的方法有直接進樣、液液萃取(再濃縮、組分分離等)、衍生法、頂空固相微萃取法、浸入式固相微萃取法等.GC-O技術作為一種感官檢測技術，目前派生出4大類，即稀釋分析法、頻度法、后強度法、實踐－強度法.

在終端市場，鎳的應用主要側重于交通運輸方面，如汽車、火車、飛機等。另外還有一些電子產品、石化化工、能源工程設備等都會用到鎳金屬。綠色建筑領域用到的鎳也比較多，目前很多發(fā)達國家將含鎳不銹鋼幕墻、含鎳遮陽系統(tǒng)、鎳材料內部裝飾等用于建筑行業(yè)。統(tǒng)計結果表明，在一些比較大的工程中，使用含鎳不銹鋼可以降低維修等方面的成本。

王勇等［14］采用浸入式固相微萃取(DI-SPEM)、液液萃取(liquid-liquid extraction，LLE)結合氣相色譜－質譜聯(lián)用(GC-MS)技術對牛欄山二鍋頭的風味物質進行了定性研究，并采用保留指數(shù)法對定性結果進行了驗證.研究結果表明，牛欄山二鍋頭的風味物質含有35種酯類、13種酸類、15種醇類、5種醛類、1種酮類、15種芳香族及酚類、5種呋喃類、2種吡嗪類、3種縮醛類、1種硫化物、6種其他類化合物，共計101種風味化合物［14］.

聞香分析GC-O和GC-MS聯(lián)用，可用來確定白酒中對風味貢獻大的物質組分.例如，王勇等［15］采用液－液萃取法提取牛欄山二鍋頭白酒中的香氣化合物，進行聞香分析GC-O和GC-MS分離鑒定.一次性檢出92種香氣化合物，其中對牛欄山二鍋頭白酒整體香氣貢獻大的香氣成分有25種:3-甲基丁醇、丁酸、3-甲基丁酸、二甲基三硫、香草醛、苯乙醛、乙酸乙酯、苯乙酸乙酯、苯乙酸、2-乙?；?5-甲基呋喃、三甲基吡嗪、辛酸乙酯、乙酸-2-甲基丙酯、戊酸乙酯、2-羥基己酸乙酯、丁二酸二乙酯、辛酸、2-甲基丙酸、戊酸、2-甲基丙醇、庚醇、4-乙基愈創(chuàng)木酚、乙酸苯乙酯、苯丙酸和四甲基吡嗪.

溶劑輔助蒸餾SAFE作為一種萃取技術，可以除去不揮發(fā)性成分，在葡萄酒風味分析中得到了廣泛應用.例如，姜文廣等［16］采用溶劑輔助蒸餾－氣相色譜－串聯(lián)質譜法分析釀酒葡萄中的游離態(tài)萜烯類化合物.進而，姜文廣等［17］采用恒溫振蕩浸提葡萄中的成分，通過溶劑輔助蒸餾(SAFE)技術除去不揮發(fā)性成分，氮吹濃縮，然后進行GC-MS和時間－強度嗅聞方法(Osme)對4種葡萄果實香氣進行了分析，共檢測出67種揮發(fā)性香氣成分，鑒定出60種.

AEDA常用于對飲料酒香氣成分的分析.Whisky是一種蒸餾酒，Poisson等［18］曾采用AEDA技術對這種類型的蒸餾酒進行了研究.研究結果表明，美國波本威士忌中含有45種活性物質.

白蘭地也屬于一種蒸餾酒.趙玉平等［19］對煙臺張裕XO白蘭地的主要香氣成分進行感官分析.采用GC-MS鑒定出107種揮發(fā)性的化合物，經氣相色譜－聞嗅分析，只有39種主要香氣活性成分，香氣最強的物質有:“奶油”特征來自于雙乙酰，“干草”特征來自于橙花叔醇，“草香”來自于Z-3-己烯-1-醇，“梨香”和“香蕉香”由兩種乙酸甲基丁酯產生，“玫瑰香”由乙酸苯乙酯形成，“酸橙香”由里哪醇形成，“橡木香”由順式-α-甲基-γ-辛內酯形成.研究證明:橡木中存在多種香氣成分，給白蘭地帶來特有香氣.

隨著質譜技術的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了多維飛行質譜(TOF-GC/MS).Zhu和Lu等利用應用二維氣相色譜/飛行時間質譜法對中國茅臺白酒的特征香氣進行了分析［11］，結果表明，其香氣成分被鑒定的物質有528種，其中包括有機酸、醇類、酯類、酮類、乙醛、縮醛、內酯、含氮化合物、含硫化合物等，此外還研究了對茅臺酒具有突出貢獻的重要風味物質.

楊建磊等［20］采用紫外熒光光譜對白酒進行了研究.白酒熒光光譜是由各種單體物質的熒光共同疊加而表征出來的，不同品牌的白酒中所含的單體物質種類基本相同，都包括水、酒精以及各種微量成分，然而其熒光光譜卻差別很大.白酒中的各種單體物質成分究竟是如何對白酒的熒光光譜產生影響，至今未見相關報道.通過對白酒中的主要單體物質，包擴酒精、水及各種主要的微量成分(共10種)在不同激發(fā)波長下產生的熒光光譜進行測定，并將其與已測定的大量白酒三維熒光光譜進行對比發(fā)現(xiàn)，可以對白酒的熒光光譜產生影響的單體物質是乙醇和主要微量成分.白酒主要微量成分中醇類、酸類、酯類和醛類物質對其熒光光譜都有一定的影響，但各自影響的程度及影響的光譜范圍又各自有所不同.研究結果對白酒熒光光譜的進一步細化研究有著重要的意義［20］.

有研究人員在基于SVM的白酒紅外光譜分析方法的研究中，為實現(xiàn)白酒品評自動化，采集了297個不同香型、86個不同等級、60個不同年份的白酒樣品紅外光譜圖，共計443個.針對這些紅外光譜圖，采用3次多項式插值擬合的方法進行基線漂移校正，并用小波軟閾值法去除光譜噪聲，然后用標準歸一化的方法消除散射效應.對于白酒的香型、等級和年份這3種不同的分類問題，分別選擇樣本的75%為訓練集，余下25%為測試集，利用支持向量機(SVM)方法建立對應的香型、等級和年份分類模型，并在測試集上驗證了模型的分類性能.實驗結果表明該方法行之有效，香型分類正確率達到98%以上，等級分類正確率達到92%以上，年份分類正確率達到100%.

對飲料酒中風味物質閾值的研究一直是科研熱點之一.范文來等［23］按國標環(huán)境條件和閾值測定美國國家標準組織國家級、省級評酒委員對我國白酒中重要的、有代表性的79種風味化合物如己酸乙酯、乙酸乙酯、乳酸乙酯等進行了嗅覺閾值測定，并進行了嗅覺描述.本次閾值測定是我國歷史上規(guī)模最大、參加人數(shù)和測定化合物最多、測定方法最規(guī)范的一次閾值測定.

在《Wine flavour chemistry》中，Clarke 等［24］列舉了葡萄酒中常見物質組分的閾值.Lee［25］利用感官和儀器分析數(shù)據(jù)對霞多麗葡萄酒的活性香氣成分進行了分析.Verhagen等［26－27］報道了啤酒中主要揮發(fā)性物質的主要閾值.在《Handbook of Flavors and Fragrances》［28］中，提供了風味物質的化學性質，同時也會提供許多水溶液條件下的香氣閾值.

3 白酒風味物質產生機理研究

隨著白酒風味物質分析及微生物研究的不斷發(fā)展，將二者結合起來以闡述其風味物質產生及影響機制已成為當前白酒研究的科研熱點.徐巖等［1］在“風味分析定向中國白酒技術研究的進展”中，介紹了對中國白酒的風味化合物、特征風味化合物、功能微生物等相關研究的情況，首次系統(tǒng)地將白酒的微量組分的研究從分析化學層面提升到風味化學的層面，建立的風味定向分析技術對于豐富我國白酒風味的理論和實踐有著重要價值.

20世紀60年代中期，開始使用色譜技術剖析白酒香味成分.1964年，原輕工業(yè)部組織茅臺、汾酒等酒廠以紙層析色譜法定性及半定量檢出了白酒中的酸、酯和芳香化合物等成分，并首次提出了乙酸乙酯是濃香型白酒的主要香味成分，乙酸乙酯是清香型白酒的主體香味成分［2］.進而，研究了乙酸乙酯的產生機理.

徐巖等［29］針對中國白酒中四甲基吡嗪的微生物產生途徑進行了研究和證實.據(jù)報道，四甲基吡嗪不僅是中國白酒風味相關的重要化合物，同時具有特殊的藥理作用，賦予中國白酒有益健康的功能.江南大學對中國白酒中四甲基吡嗪的來源及產生機制進行了研究，研究驗證了中國白酒中四甲基吡嗪產生的主要途徑來源于微生物的代謝反應，并非美拉德反應.對江南大學在“中國白酒169計劃”中關于四甲基吡嗪的研究結果進行了總結，包括產生四甲基吡嗪的微生物、產生途徑及代謝調控等.

辛秀明等［30］開展了丙酸菌對特型酒風格風味物質影響的研究.該作者從特型窖泥中分離得到高產丙酸的菌株，將其應用于特型酒生產.結果表明:當丙酸菌添加量增加6.7×105個/g糟醅時，與未補加篩選丙酸菌的對照組作比較，特型酒中乳酸含量降低了3.67 mg/100 mL，乳酸乙酯含量降低了80.6 mg/100 mL，丙酸乙酯含量提高了0.5 mg/100 mL，且基酒風格突出、口感較好.

糠醛又稱呋喃甲醛，是重要的雜環(huán)類有機化合物.糠醛類化合物已經在白酒、葡萄酒、黃酒中檢測到［1，3，31－32］.在我國白酒中，醬香型白酒的糠醛含量最高［2］.研究醬香型白酒堆積過程糠醛降解微生物，對進一步明晰醬香型白酒的堆積機理，縮短堆積時間，提高醬香型白酒的出酒率具有十分重大意義［33］.該文報道［33］，從醬香型白酒酒醅中篩選出了一株高效降解糠醛的菌株，并鑒定出該菌株為宛氏擬青霉.該菌株降解糠醛速度快，為高效降解糠醛菌.宛氏擬青霉對酒醅中糠醛降解為糠醇有較大影響，從而證明了降解糠醛過程中微生物的作用.楊國華等開展了醬香白酒生產中產香微生物研究［34］.徐巖等［29］針對中國白酒中四甲基吡嗪的微生物產生途徑進行了研究和證實.據(jù)報道，四甲基吡嗪不僅是中國白酒風味相關的重要化合物，同時具有特殊的藥理作用，賦予中國白酒有益健康的功能.江南大學對中國白酒中四甲基吡嗪的來源及產生機制進行了研究，研究驗證了中國白酒中四甲基吡嗪產生的主要途徑來源于微生物的代謝反應，并非美拉德反應，對江南大學在“中國白酒169計劃”中關于四甲基吡嗪的研究結果進行了總結，包括產生四甲基吡嗪的微生物、產生途徑及代謝調控等［29］.

徐巖等［1］在“風味分析定向中國白酒技術研究的進展”中報道了醬香型白酒嗪類化合物與醬香沒有必然的聯(lián)系，且大量吡嗪類化合物來源于芽孢桿菌的代謝發(fā)酵.徐巖等針對異嗅味化合物的相關研究也進行了綜述.糠臭味是我國清香型白酒中一種普遍存在的異味，徐巖、范文來等應用先進的分離與風味分析技術，已經在清香型等白酒糠味化合物研究上取得重大進展.首次確認該化合物為TDMTD，并進行了感官品嘗的驗證;測定了其閾值;初步獲得4株產TDMTD的微生物，并著手研究TDMTD的有效調控因素(未發(fā)表).同時，徐巖等開展了風味定向重要風味功能微生物研究，并取得了突破性的研究成果［35－38］.主要內容包括:風味功能微生物的研究，產異嗅微生物的研究，白酒群體微生物研究.例如，在高產2，3，5，6-四甲基吡嗪的微生物研究中，通過對枯草桿菌發(fā)酵生成TTMP動力學的考察，建立了多階段磷酸銨鹽補加策略、多階段pH控制策略以及多階段攪拌轉速偶聯(lián)溫度控制的策略，應用上述策略，有效提高了枯草桿菌發(fā)酵生產TTMP的能力(TTMP 產量 ＞7.46 g/L)［35－38］.

采用分子生態(tài)學技術開展了白酒群體微生物研究.相比于傳統(tǒng)的微生物研究方法，該方法不依賴于培養(yǎng)手段，不僅能夠分析復雜體系中原始菌群的微生態(tài)構成，而且可以分析微生物之間以及微生物與環(huán)境之間的相互關系［39］.例如，對于產自不同區(qū)域、采用不同原料比例和不同工藝生產的大曲進行比較分析時發(fā)現(xiàn)，Lactobacillus是大曲細菌中的優(yōu)勢菌種，并檢測到了6個LAB菌種.這些LAB在不同大曲中的數(shù)量有差異，這是LAB代謝特性(如ATP的合成、輔因子再生、耐酸性)導致的生長競爭能力所決定的.而Saccharomycopis fibuligera、Pichiaanomala、Absidia blakesleeana和 Aspergillus oryzae在所有大曲中都是最優(yōu)勢的酵母和霉菌.

中國白酒微生物群體經幾千年的演化，已經成為我國寶貴的微生物資源.徐巖等［40－43］通過挖掘產脂肪酶的微生物，獲得了可喜的成果，如大曲華根霉(Rhizopus chinensis)固態(tài)發(fā)酵表達酯合成脂肪酶的研究、華根霉脂肪酶及其生物轉化過程的研究、基于酶活力指紋圖譜的微生物脂肪酶酯合成反應規(guī)律的研究、一種重組酵母脂肪酶的發(fā)酵制備方法等.吳衍庸［44］對中國白酒中微生物(特殊功能菌)的發(fā)掘與應用研究其主要成果有:利用甲醇的生絲微菌的發(fā)現(xiàn)與分離，可降低白酒中甲醇含量，還可利用其去除再利用水中的硝酸鹽;分離到了高乙醇濃度特殊環(huán)境中甲烷氧化菌;從濃香型酒老窖中分離出一株產甲烷桿菌，開發(fā)出甲烷細菌與己酸菌共酵的二元發(fā)酵技術;從瀘州老窖泥中分離出產己酸的細菌，為推廣人工老窖發(fā)酵濃香型酒作出了重要貢獻;雜醇油利用菌的發(fā)現(xiàn)與分離，為酒精工業(yè)降低雜醇油提供了新方法;從郎酒高溫曲中分離得到一株嗜熱芽孢桿菌;從瀘型麥曲中分離出一株紅曲霉菌，用于強化菌曲的研究.

4 展望

隨著風味化學研究方法、儀器設備的改進，隨著微生物學技術、現(xiàn)代分子技術的應用，特別是分子生態(tài)學技術在中國白酒上的研究應用，極大地促進了對白酒風味物質的分析檢測、白酒功能性微生物的挖掘和應用研究，風味物質形成機理及影響機制的研究.這必將會推動中國白酒更深、更廣的發(fā)展，特別是發(fā)酵機理、風味形成及影響機制的探索和研究必將大大促進中國白酒傳統(tǒng)行業(yè)的技術提升和改造.

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(責任編輯:王 寬)

Review on Aroma Compounds and its Formation Mechanism in Chinese Liquors

KANG Wen-huai1，XU Yan2
(1.College of Bioscience and Bioengineering，Hebei University of Science and Technology，Shijiazhuang 050018，China;2.School of Biotechnol Technology，Jiangnan University，Wuxi 214122，China)

In this paper，the aroma compounds in Chinese liquors were introduced，including alcohols，organic acids，esters，amino acids，containing-hydroxyl compounds，acetals，containing-nitrogen compounds，containing-sulfur compounds，furans，phenols，and ethers and so on.Recently，Many modern analysis techniques applied in Chinese liquor were reviewed，including GC-MS、GC-O、HS-SPME、DISPME、multiple-dimensional gas chromatography/time-off-flight mass spectrometry、SBSE、AEDA and so on.Moreover，the formation and action mechanism were discussed.With the development of modern flavor analysis technology，microbiology technology，molecular biological technology，comprehensive application in Chinese Liquors has improved the related research and exploration of flavor compounds，characteristic flavor compounds，functional microorganism and so on.

Chinese liquors;flavor compounds;formation mechanism

TS262.3;TS201.2

A

1671-1513(2012)03-0053-06

2011-10-19

康文懷，男，副教授，博士，主要從事酒類風味物質方面的研究.