传统固态白酒高级醇调控技术的研究进展

卢彦坪，乔宗伟，郑 佳，彭志云，张建敏，刘 芳，赵佳迪，李俣珠，赵 东

（宜宾五粮液股份有限公司，四川宜宾 644007）

中国传统固态白酒的酿造是一个涉及多菌种混合协同代谢、多酶促反应的过程，其根本是酿酒微生态系统中各类微生物利用自身酶系参与多种代谢途径而产生的包括醇类、酸类、酯类等物质在内的多种呈香呈味的代谢产物。高级醇是白酒风味物质中重要的组成成分之一，适当含量的高级醇可赋予酒体特殊香味，如异戊醇是西凤酒独特苦杏仁味的来源。随着存储时间的延长，酒体中的一些高级醇也会与酸发生酯化反应生成酯类，使酒体芳香更浓郁，酒香更舒适。但由于高级醇在人体内的氧化速度比乙醇慢，停留时间长，含量过高会带来一定的副作用，极大的影响了中国白酒饮后舒适感。因此，为了将白酒中高级醇含量控制在合理的范围之内，许多学者开展了相应研究。本文将根据高级醇的代谢合成机制，对传统固态白酒酿造过程中调控高级醇合成的研究成果进行综述，为确实有效调控传统固态白酒酿造过程中高级醇的合成提供一定的借鉴思路。

1 中国白酒中高级醇概述

1.1 中国白酒中高级醇的组成

高级醇一般是指碳原子个数大于或等于3个的一元醇类，包括正丙醇、正丁醇、异丁醇、异戊醇、活性戊醇、正己醇、β-苯乙醇等物质。适量的高级醇对白酒风味的形成做出了一定的贡献，如异戊醇微带甜苦和涩味，是西凤酒中苦杏仁味的重要来源，同时也是酱香型白酒中最主要的高级醇成分；β-苯乙醇是重要的芳香类风味物质，能赋予酒体一定的玫瑰香味和蜜香味；正己醇带有一定的果香味，是浓香型白酒中重要的风味成分。过量的高级醇会给人体带来一定的副作用，如异丁醇过多时会加重苦味，对人体的眼、鼻产生刺激作用；异戊醇含量过高时，饮酒后会使神经系统充血，产生头痛、恶心、呕吐等不适反应，是引起白酒饮后“上头”的主要原因之一。

1.2 中国白酒中高级醇的代谢形成机制

研究表明，在传统固态白酒发酵过程中，高级醇主要是通过如图1 所示的氨基酸降解途径（Ehrlich途径）和糖代谢合成途径（Harris 途径）合成的。在Ehrlich 途径中，氨基酸在转氨酶、脱羧酶以及脱氢酶的作用下，生成相应的高级醇，如苏氨酸可降解生成正丙醇，缬氨酸可降解生成异丁醇，亮氨酸可降解生成异戊醇，苯丙氨酸可降解生成β-苯乙醇等。在Harris 途径中，葡萄糖经糖酵解生成丙酮酸，在一系列酶的作用下，生成多种高级醇。有研究指出，白酒中的高级醇主要是由酿酒酵母合成，且高级醇中的低碳链醇如异丁醇、异戊醇、活性戊醇等，有75%是由Harris 途径合成的。白酒中高级醇的最终含量是这两条途径在白酒固态发酵过程中动态平衡的结果。当糟醅中可同化氮源较多时（如蛋白质含量较高），糖代谢合成途径受到抑制，通过氨基酸降解代谢途径生成的高级醇较多；当可同化氮源不足时，氨基酸降解代谢途径相关酶活性被抑制，糖代谢合成途径代谢流被增强，促进更多的糖类转化为高级醇。

图1 高级醇代谢形成机制

2 高级醇调控技术研究进展

2.1 发酵工艺的优化

2.1.1 物料条件优化

在传统固态白酒酿造过程中，高级醇主要是由发酵原料在酵母微生物及相应酶的作用下生成的，因此，发酵因素对高级醇的代谢合成有重要的影响。

有研究报道，量水添加量、大曲添加量、加糠量以及粮糟比等因素对浓香型白酒高级醇的合成有着重要的影响。罗惠波等在实验室水平模拟浓香型白酒的固态发酵，研究了拌曲阶段不同添加量的酵母、糖化酶、蛋白酶等酶制剂对浓香型白酒高级醇产量的影响，结果表明，干酵母和糖化酶的添加可以降低高级醇产量，其中，酵母最适添加量（于投粮比）为0.8%，高级醇产量下降了14.8%；糖化酶最适添加量（于投粮比）为750 U/g，高级醇产量下降了11.4%；而蛋白酶的添加却促进了高级醇的合成。分析其原因：浓香型白酒的酿造是一个边糖化边发酵的过程，添加酵母量可以降低酵母的增殖倍数，经由酵母氨基酸合成途径合成的高级醇也相应减少；糖化酶的添加可以促进淀粉转化为可发酵糖，酵母菌糖代谢活动得到加强，氨基酸降解减弱，高级醇含量减少；蛋白酶的添加可以将物料中的蛋白质分解为氨基酸，提高底物氨基酸的浓度，进而生成更多的高级醇。

王立钊等考察了酱香型白酒固态发酵过程中不同添加量的活性干酵母、糖化酶、蛋白酶对高级醇生成量的影响，结果表明，活性干酵母的添加对高级醇产量没有显著影响，适当添加糖化酶可以将高级醇含量降低35.5%，在此基础上添加适当含量的蛋白酶，可以进一步将高级醇产量降低41.4%。孙金旭等研究了酵母菌和糖化酶对酱香型白酒中高级醇合成的影响，结果显示，当酵母添加量为1%时，高级醇总量最低，为0.41 g/L，比对照组降低了39.64%；当糖化酶添加量为2×10U/g时，高级醇总量比对照组降低了48.28 %。有学者指出，糖化速度是决定发酵速度的关键因素，因为酱香型大曲为高温曲，糖化能力较弱。因此，在酵母菌充足的情况下，可以通过添加糖化酶来提高发酵速度，减少高级醇的合成。

2.1.2 环境条件优化

入窖温度对传统固态白酒发酵过程中高级醇的合成有一定的影响。潘玲玲等利用可实现夹套控温的固态发酵罐为发酵容器分别进行两轮“控温发酵”实验，以探究发酵温度对浓香型白酒生产中高级醇产量的影响，结果表明，较高糟醅顶温温度和较长中挺时间更有利于高级醇的合成，其中，正丙醇、异丁醇、正丁醇、异戊醇、正己醇等高级醇含量分别增加了118.6 %、21.2 %、29.7 %、21.7 %、77.3 %，相应基酒的高级醇含量也明显增加。施思等为探索浓香型白酒高级醇生成规律，改善和调控生产工艺，在两年内跟踪了30 轮次固态发酵糟醅中异戊醇、异丁醇、正丙醇和正丁醇的生成规律，结果发现，正丙醇和正丁醇的生成与酸度和入窖温度呈正相关关系，异戊醇和异丁醇的生成与乙醇发酵呈正相关关系。曲冠颐等对小曲清香型白酒春秋两季的高级醇产量进行分析发现，春季的高级醇产量要显著低于秋季的高级醇产量，推测是较高的环境温度更有利于产高级醇微生物的生长。

2.1.3 其他条件优化

赵扬扬等发现采用不锈钢材料作为发酵窖池盖子代替传统的窖泥封窖，既能够减少水分散失又能够避免杂菌污染保证厌氧环境，最终降低白酒中高级醇的含量，提高了窖池出酒率。郭梅君等基于高级醇的挥发特性，在米香型白酒的蒸馏中，利用慢速蒸馏结合精馏酒头的方法去除高级醇，结果表明可以有效去除高级醇，且保留了米香型白酒的原有风格。陈雪鹏等对浓香型新酒进行液态重蒸馏，并对蒸馏条件进行优化，最终成功降低了高级醇含量。

2.2 选育低产高级醇菌株

2.2.1 自然育种获得低产高级醇菌株

从窖泥、糟醅等白酒酿造自然环境中筛选获得低产高级醇的菌株是最为传统的育种方法。袁华伟等从浓香型白酒生产大曲和糟醅中成功筛选获得一株低产高级醇且产酒能力强的酵母菌株，其高级醇产量降低了23.53 %，而其他风味物质产量几乎没有影响。勾文君等从浓香型白酒窖泥中筛选获得一株低产正丁醇的酪丁酸梭菌，添加到模拟白酒窖内发酵体系中，使得正丁醇含量减少了30.05%，且己酸乙酯生成量显著增加。陈良强等从酱香型白酒的大曲和糟醅中筛选获得一株低产高级醇且高产乙醇的粟酒裂殖酵母，其异丁醇、异戊醇浓度只有其他粟酒裂殖酵母的51.0 %和53.4%，且该菌株产高级醇水平几乎不受支链氨基酸的影响。

梁璋成等通过温度梯度试验从福建各地收集的酿造红曲米中筛选获得一株可在低温10 ℃下启动发酵黄酒的低产高级醇的酵母菌株，其高级醇产量仅为117.12 mg/L。卫云路等从酒曲中筛选获得一株低产高级醇高产酒的酿酒酵母，并将该酵母应用于新型米曲的制作，在新工艺生产条件下，实现了高级醇合成的显著下降。张翠英等将低产高级醇酿酒酵母工程菌株添加至小曲酒进行半固态发酵，结果显示，与纯小曲发酵相比，正丙醇、异丁醇和异戊醇分别降低了20.6%、32.3%和50.8%，总高级醇含量显著下降至29.35 mg/100 mL，且对酒度、残糖、总酸和总酯产量基本无影响。李秋志等通过利用高产酯低产高级醇酵母菌替代混合生香酵母菌进行芝麻香白酒的酿造生产，成功减少高级醇的含量。

利用低产高级醇的菌株理论上可以减少白酒发酵过程中高级醇的合成，但中国传统固态白酒的发酵是一个涉及多种天然来源微生物的混合协同代谢、多酶促反应的过程。对于纯种发酵的酿造酒来说，低产高级醇菌株能有效降低高级醇的含量，但却并不一定适用于传统固态白酒的酿造，可能会影响到其他功能微生物的生长和代谢，进而影响酒质。因此，研究传统固态白酒酿造过程中高级醇与其合成相关的微生物菌群间的互作关系更有利于解决高级醇调控的问题。

2.2.2 基因工程育种获得低产高级醇菌株

利用基因工程技术对高级醇合成代谢途径中的关键基因以及调控因子进行改造，可以实现对高级醇合成的调控。张翠英等以工业酵母为出发菌株，构建了BAT2 基因缺失二倍体工程菌并应用于模拟黄酒发酵，其高级醇生成量显著下降。李维等以酿酒酵母单倍体菌株作为出发菌株，通过分子育种技术成功过表达ATF1 基因和敲除BAT2基因，其重组后杂交体的异戊醇和异丁醇产量显著减少。李维等研究发现，将酵母菌株的亮氨酸合成基因LEU1 或LEU2 敲除可以显著降低异戊醇的生成量，但同时也造成了异丁醇含量的显著提高；类似的，将负责缬氨酸与异亮氨酸合成的关键基因ILV1 敲除后发现，正丙醇、活性戊醇和2-苯基乙醇的浓度显著降低，但异丁醇和异戊醇的产量增长显著。江森等为降低黄酒中高级醇含量，构建了酿酒酵母乙醛脱氢酶基因过表达菌株并进行黄酒发酵，结果表明其高级醇含量减少了72.04 %。基因工程改造菌株在中国白酒实际生产应用中存在着非常大的局限性和不确定性，传统固态白酒酿造过程中的微生物均来源于自然环境，可能会改变原来的微生物群落结构，甚至对窖池造成不可恢复的损伤，因此需要非常慎重。

3 结论与展望

目前研究结果表明白酒中高级醇主要来源于合成途径和降解途径，但由于各大香型白酒的酿造用料、酿造用曲和酿造工艺都存在着不同，导致其酿造功能微生物存在着差异，使得降低白酒中高级醇含量的研究面临着很大的困难，如工艺优化存在着普适性的限制且成本高，低产高级醇菌株实际应用的可行性不大且可能会干扰到其他功能微生物合成风味物质。因此，目前尚未形成成熟的工艺技术来有效调控白酒中高级醇的生成，需要针对具体香型白酒酿造过程中高级醇的生成及变化机理开展深入研究，以形成相应的高级醇合成的调控技术，助力中国白酒迈向国际化。