酱香型白酒风味物质及影响因素的研究进展

金尚萍,惠 明,2,田 青

(1.河南工业大学 生物工程学院,河南 郑州 450001;2.工业微生物菌种保藏与选育河南省工程实验室,河南 郑州 450001)

白酒有着悠久的历史,是世界上最受欢迎的酒类之一。其分类有多种方式,按香型分类,可分为米香型、浓香型、酱香型、兼香型和清香型等12种,其中酱香型白酒(以茅台酒为代表)因酒体柔滑、酱香浓郁和留香持久等特点,获得众多消费者的青睐[1]。酱香型白酒与众不同的风格与其风味物质的种类和丰富度相关,因此探究酱香型白酒的风味物质组成具有重要意义。白酒中除了占比较高的乙醇和水,还有质量分数为1%～2%的微量成分[2],包括酸、醇、醛、酮、硫化物、呋喃类、吡嗪类、含氮化合物及芳香化合物等,它们使得白酒呈现出特有的风味,影响着白酒的风格[3]。风味物质的形成与酿造工艺密切相关,酱香型白酒的酿造工艺最繁杂,具有“四高两长”的特点[4]。不同的酿造工艺所用的原辅料也有差异,酱香型白酒采用利于多轮次发酵的糯高粱,微生物可以利用酿造原料发酵产酒产香。此外,地理环境也是影响因素之一。这些影响因素与风味物质的形成息息相关。

目前,酱香型白酒风味物质成分在种类和总质量上都遥居其他香型酒之上,研究比较困难,其主体香也一直没有定论。笔者整理了关于酱香型白酒风味成分的资料进行研究,并对酿酒工艺、酿酒原料、酿酒微生物和地理环境等风味物质形成的影响因素进行综述,以期为酱香型白酒的生产以及主要风味成分确定提供一定的参考。

1 酱香型白酒风味物质

白酒中有1%～2%的微量成分是形成不同香型白酒的重要因素。张明珠等[5]利用HS-SPME-GC-MS分析酱香型白酒,检测出24种酯类、6种醇类、3种醛类、2种酸类、1种醚类和1种酮类等41种风味物质。酱香型白酒的风味物质成分非常丰富和复杂,一些特殊风味物质品评如表1所示。

表1 酱香型白酒特殊风味物质

目前,关于酱香型白酒主体风味物质成分有以下研究成果[6]。1964年,一种高沸点酚类化合物4-乙基愈创木酚被报道为酱香白酒的主要风味成分[7]。在酿造的发酵过程中,原料中的阿魏酸形成愈创木酚、4-甲基愈创木酚和4-乙基愈创木酚等物质[8],其中4-乙基愈创木酚在酒中的总质量浓度小于400 μg/L时,可赋予白酒辛香、烟气和革香[9]。随着后续研究的开展,如汪玲玲等[10]指出酱香型白酒主体香不是4-乙基愈创木酚。1981年,吡嗪类化合物被推断为酱香型白酒主体香[11],其具有低阈值及高气味强度的特点,赋予白酒烘烤及炒坚果香[12]。黄家岭等[13]运用顶空固相微萃取-气相色谱法对5种酱香型白酒进行检测,发现5种酱香型白酒中的三甲基吡嗪、四甲基吡嗪和2,6-二甲基吡嗪的质量浓度位列吡嗪类化合物前三。周榆林等[14]发现加热强化大曲酒样中的四甲基吡嗪质量浓度比常规曲酒样质量浓度高0.001 3 g/mL,且酱香风格较突出。杨漫江[15]分析酱香、清香、浓香和兼香型白酒中的化合物,结果表明酱香型白酒中的四甲基吡嗪、三甲基吡嗪和2,6-二甲基吡嗪等化合物质量浓度较高。王婧等[16]研究发现四甲基吡嗪、三甲基吡嗪均为各香型白酒质量浓度之最,然而却有相关研究表明在白酒中添加四甲基吡嗪并不能使白酒的酱香风格更明显[17],虽然吡嗪类化合物是形成酱香风格的重要物质,但不是主体香。1983年,呋喃和吡喃衍生物被认为是酱香酒的主要风味成分[7],其中2-乙酰基呋喃具有坚果香、焦糊香;2-乙酰基-5-甲基呋喃具有烤杏仁香;呋喃甲醛(又称糠醛)是一类在酱香型白酒中质量分数高于其他香型白酒的杂环类化合物,是构成酱香型白酒酱香的风味组分[18-19]。在酱香型白酒中,当糠醛质量浓度高时不会引起异杂味[20]。糠醛是否为酱香主体香虽然还缺乏足够的依据,但可以确定其与酱香型白酒风味形成密切相关。许柏球等[21]对茅台酒、泸州老窖、西凤酒和汾酒的挥发性成分进行分析,发现糠醛、糠醇、苯甲醛、辛酸、苯乙酸乙酯、肉豆蔻酸乙酯和棕榈酸乙酯等为酱香型白酒独有的香气成分。

酱香型白酒的主体香虽然还未确定,但研究人员一直对酱香型白酒风味化合物的组成进行探究,试图解析形成独特酱香风格的本质。杨萍等[22]利用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱技术检测出酱香型白酒中的105种挥发性风味成分,其香气骨架成分为乙醇、己酸乙酯、棕榈酸乙酯、乳酸乙酯和2,3,5,6-四甲基吡嗪等化合物。孙文佳等[23]运用静态顶空与气质联用技术在酱香型白酒空杯留香中检测出酯类、醛类和酸类化合物为主挥发性香气成分。

综合已有报道,酱香型白酒风味物质的特点如下:1) 具有较高总质量的酸类、醇类化合物;2) 醛酮类丰富,如糠醛在所有香型中最高,苯甲醛、3-甲基丁醛和3-羟基丁酮质量浓度较高;3) 酯类种类较多;4) 吡嗪、三甲基吡嗪和四甲基吡嗪等含氮化合物在所有香型中居首位;5) 苯甲醛、4-乙基愈创木酚和酪醇等芳香族化合物总质量比其他香型白酒高[20]。

2 酱香型白酒风味形成的影响因素

2.1 酿酒工艺方面的影响

白酒酿造以高粱、玉米和小麦等为原料,大曲为糖化发酵剂,通过蒸煮、糖化、发酵、蒸馏、贮存和勾兑等工艺制成的酒精饮品[4]。白酒按香型可分为12种,酱香型、米香型、浓香型和清香型的酿造工艺及风格特点如表2所示。酿造工艺与白酒风格的形成息息相关,最繁杂的酿造工艺为酱香型白酒工艺,以高粱为原料,采用石窖发酵,具有“四高两长”的特点,即“四高”为高温制曲、高温发酵、高温蒸煮和高温馏酒;“两长”为生产周期长、基酒贮存时间长。

表2 4种香型白酒酿造及风格特点

高温是酱香型白酒工艺中至关重要的一步[24],其能够促进大曲中蛋白质、氨基酸分解,糖与蛋白质、氨的反应、褐变反应以及微生物代谢,从而形成香气成分,如通过美拉德反应形成酮、醛、醇、呋喃、吡喃、噻酚和吡嗪等风味物质[25]。堆积过程中不仅可以富集众多的微生物,还发生许多生物、化学反应,可形成香味物质,对增强酱香风味、提升酱香型白酒品质十分重要。刘民万等[26]研究发现:堆积酒醅后期检测出的风味化合物比前期增多,且挥发性风味物质与酱香成品酒香气成分吻合度较高。杨漫江[15]研究堆积发酵对酱香型白酒风味物质影响,研究表明:高温堆积发酵过程中发生美拉德等反应,可生成呋喃类、吡嗪类及芳香族化合物。

基酒贮存也对白酒的风格有影响。基酒入口刺激性强、口感较差,酱香型白酒基酒贮存一般不低于3年。秦丹等[27]研究表明:随着贮存时间的增加,酱香型白酒总酸、总醇质量浓度降低,而酚类、含硫和含氮化合物增多。江津津等[28]对酒龄3个月及20年酱香型白酒的挥发性香味物质进行研究,发现20年酒龄白酒中除含有酱香风味化合物糠醛外,还有乙偶姻(4-甲基吡嗪的前体物质)。张娇娇等[29]分析了贮存3年酱香型大回酒,发现其酯类、酸类占比高,而醇类占比较少。

2.2 酿酒原料方面的影响

制造白酒的原料有高粱、玉米、小麦和大米等。酿酒原料不仅为酿酒微生物生长所需,而且可以分解为醇、酸、酯、醛和酮类等白酒风味物质或风味物质前体物质,不同白酒酿造原料产生的风味物质并不相同,因此酿酒原料是影响白酒风格风味酒质的重要因素之一[30]。酿造酱香型白酒采用糯高粱和小麦,其中高粱含淀粉、蛋白质、单宁和脂肪等成分,糯高粱中支链淀粉质量分数不低于80%,适于酱香白酒多轮次发酵[31]。糯高粱中适量的单宁和蛋白质及小麦中的阿魏酸,通过发酵可形成酚类风味物质。在发酵过程中,高粱中的蛋白质与糖类反应形成呋喃、吡嗪和吡咯等风味物质[32]。焦少杰等[33]研究表明:在发酵过程中,高粱中脂肪反应生成低分子醛或酮类,从而引起酒体酸败,因此高粱中含少量脂肪有利于酒体品质。

2.3 微生物方面的影响

在酱香型白酒酿造过程中,通过高温制曲、高温堆积和酒醅发酵等富集了大量的微生物菌群,包括细菌、酵母菌和霉菌等[34]。当微生物生长代谢时,通过分泌酶将原料中大分子物质分解为小分子物质,提供丰富的风味物质前体物质;还有一些微生物通过代谢产生了维生素、生长素和氨基酸等风味物质[21]。微生物是影响酱香型白酒风味的重要根源。

2.3.1 细 菌

在酿造酱香白酒的高温大曲中,细菌是一类非常重要的微生物[35],数量丰富,是产香的动力来源,通过发酵代谢产生风味物质对酱香型白酒风味形成起着重要作用。莫祯妮等[36]通过高通量测序技术分析酱香型白酒大曲菌落结构,共有55个细菌属,优势细菌属包括乳杆菌属、芽孢杆菌属、糖多孢菌属、枝芽孢杆菌属和芽孢链菌属。Li等[37]筛选出枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)、地衣芽孢杆菌(Bacilluslicheniformis)和解淀粉芽孢杆菌(Bacillusamyloliquefaciens)3种产香味的菌株,其发酵产物包括丙酸、1,3-丁二醇、乙酸和甲酯等与酱香风味相似的成分。芽孢杆菌是一类具有较强分泌酶类能力的产酱香菌[38],可代谢生成醇类、吡嗪类和酯类物质等风味物质。陈梦圆等[39]在酒醅中添加具有产酯香功能枯草芽孢杆菌,色谱分析显示:在堆积时,酯类质量浓度升高,而醇类、酸类和酮醛类质量浓度降低;在发酵时,酯类、醇类、酸类和酮醛类4类物质质量浓度都升高。

2.3.2 酵 母 菌

高温虽然杀死了较多的酵母菌,但是未致死的酵母菌不仅具有产酒能力,还可以产香[40]。Xu等[41]研究发现:ZygosaccharomycesbailiiMT15可产生19种醇、6种酸、3种酯、3种酮和2种醛。蒋思峡等[42]从酱香大曲中分离筛选出扣囊复膜酵母(Saccharomycopsisfibuliqura)、长孢娄德酵母(Lodderomyceselongisporus)、酿酒酵母(Saccharomycescerevisiae)、粉状毕赤酵母(Pichiafarinosa)、伯顿毕赤酵母(Hyphopichiaburtonii)和库德里阿兹威氏毕赤酵母(Pichiakudriavzeviil)6种酵母,其中一些产香酵母能代谢产生醇类、酸类、酯类和酮类等物质。复膜孢子酵母属(Saccharomycopsis)是酱香大曲中的优势真菌,不仅具有糖化作用,还可生成多元醇,增强酒体的醇甜、绵甜感,改善后味[43]。酿酒酵母与扣囊复膜酵母混合发酵生成较多的低级酯,可改善白酒的品质和风味[44]。假丝酵母属(Candida)能产乙醇和酯类物质[43]的功能菌。毕赤酵母属(Pichia)可耐高温,发酵生成酯类并降低高级醇及总酸,从而改善白酒的风味[45]。

2.3.3 霉 菌

霉菌在发酵过程中,除具有糖化作用,还能生成酯、酚和醇等呈香物质,对酱香型白酒风味物质的形成有重要作用[46]。Wang等[47]发现酱香型白酒高温大曲中的霉菌有毛霉(Mucor)、根霉(Rhizopus)、黑曲霉(Aspergillusniger)和红曲霉(Monascus)等。毛霉可代谢产生醇类、酯类和吡嗪类前体物质等风味物质[48];根霉能够发酵产生丰富的风味物质,如乙酸、乙醇、乳酸乙酯、2-甲基-1-丁醇和乙醛等[49];红曲霉属能够代谢淀粉酶、蛋白酶和糖化酶等酶,并促进底物分解[50]。云敏等[51]发现酱香大曲中的烟色类红曲霉,前期产生较浓的果香味,中期有杂味,干燥后呈较浓的酱香味、焦香味。

除细菌、霉菌和酵母菌外,酱香型白酒在堆积发酵过程中富集的放线菌,也是影响酱香风味的因素之一[52]。微生物不仅可以通过单独发酵对风味进行影响,还可以通过多种微生物间的相互作用影响酱香型白酒风味的形成[53]。目前,微生物按照何种途径进行反应及各种微生物间如何共同作用产生酱香风味物质仍不明确。

2.4 地理环境方面的影响

中国地大物博,地理环境不同所孕育出来的微生物种类也会有所不同,进而酿造出具有不同品质风格的酒。酱香型白酒认贵州省仁怀茅台镇的茅台最为著名,茅台镇位于赤水河畔,冬季温暖、夏季炎热,且风雨较少,这样的气候利于微生物的生存。酱香型白酒中许多微生物来源于空气环境,张亚丽[54]对茅台镇空气微生物进行分离培养,共分离出微生物300余种。王丽等[55]研究发现不同地区(赤水河流域)的酱香型白酒中所含的矿质元素种类和数量具有差异。

3 结论与展望

以茅台为代表的酱香型白酒能在中国白酒中独树一帜,离不开其独特的风味及品质。酱香型白酒是中国白酒中风味物质组成最复杂的一类,其中酸类、醇类和醛酮类丰富;酯类种类较多;吡嗪类化合物在所有香型中居首位。风味物质的形成与酱香型白酒的酿造工艺、原料、微生物和环境等因素息息相关。酱香型白酒的酿造工艺较为复杂,具有“四高两长”的特点,高温促进美拉德等反应发生形成风味物质,基酒通过贮存可以去除一些杂味,使其口感更佳。酿酒原料是影响白酒风格风味酒质的重要因素之一,可以被微生物利用并分解为一些风味物质或风味物质前体物质,酱香型白酒采用糯高粱和小麦,有利于多轮次发酵。酱香型白酒的酿造离不开微生物的作用,微生物不仅可以发酵产酒,还能发酵形成风味物质。不同的地理环境孕育的微生物类别存在差异,也是影响风味物质形成的因素之一。众多因素共同作用,最终形成酱香型独特的风格。酱香型白酒的主要风味物质成分虽然一直未确定,但目前的研究表明酱香型白酒的主体香较复杂,并非只由某一物质组成。在后续的研究中,笔者计划将多种风味物质进行组合,利用前沿的物理、化学和计算机等知识作辅助,探索风味物质之间的关联。相信随着宏基因组、转录组和代谢组等技术的不断提高,酱香型白酒中风味物质的形成以及动态变化,终将会被全面精准地揭示。