生物强化在传统白酒酿造中的应用

任 杰

（山西杏花村汾酒厂股份有限公司，山西汾阳 032205）

中国传统白酒历史悠久，源远流长。在不断演变进化的过程当中，逐渐诞生了清香型、浓香型、酱香型、芝麻香型等多种多样、各具特色的白酒香型及风格。白酒中98 %～99 %的成分是水和酒精，其他1%～2%均是含量极低的微量成分。这些微量成分虽然含量极低，却是把控白酒风味的重要物质性基础和条件，它们的存在，在某种程度上直接决定了白酒的香气、口感、风格及质量等级等。白酒风味物质产生的过程本质上其实是源自于微生物的代谢活动。在传统的酿酒工艺过程中，不同的微生物行使着不同的功能，它们细化分工，精密协作并且相互组合，产生了风格迥异的各种类型的白酒。本文将着重介绍白酒中风味物质的诸多种类及酒醅中的不同功能菌，探讨将功能菌作为一种生物强化剂，将其应用于白酒传统发酵过程中的可能性，为白酒现代化工艺的提升改进提供一定意义理论层面上的科学借鉴。

1 白酒中的风味物质

白酒中的风味物质大致可分为三类：呈香物质、呈味物质和异味物质。呈香物质主要是挥发性物质，是白酒香气的主要来源；呈味物质主要是非挥发性物质，在白酒口感上起着非常重要的作用，以上二者对白酒是有益的，在效果上是积极的。异味物质则极大地影响白酒的品质与口感，使白酒优美协调、幽雅细腻的感官评价大打折扣。

目前的检测技术，在白酒中可以检测到1800多种挥发性物质和48 种非挥发性物质，包括酯类、酸类、醇类、羰基类、芳香族类、萜烯类和吡嗪类等呈香物质，以及中长链脂肪酸、多元醇、高级醇、酯类等呈味物质；一些杂醇类、醛类、酚类或氨基酸类物质，有可能会导致苦涩味；微生物代谢产生的生物胺、甲醇、甲醛等化合物，可能会对人体造成健康风险。在不同风格的酒体中，这些风味物质的种类、含量和比例相差甚远。清香型白酒中的风味物质组成最为简单，其关键风味物质是乙酸乙酯、乳酸乙酯和乙酸，气味活度值（OAV）最大的是辛酸乙酯；在浓香型白酒中的关键风味成分是以己酸乙酯、丁酸乙酯、戊酸乙酯和辛酸乙酯为代表的酯类，占到了风味物质总量的60%；酱香型白酒中的香味物质主要是己酸乙酯。

白酒中的风味物质可以赋予白酒特殊的香味或口感。乙酸乙酯具有菠萝香、苹果香和水果香，乳酸乙酯具有甜香、水果香、青草香，己酸乙酯具有甜香、水果香、窖香和青瓜香；有机酸，如乳酸和乙酸，可以赋予酒体丰满度和酸爽感，减少酒的烈性，掩盖白酒杂味和苦味，是白酒中主要的协调成分及呈味物质；戊酸具有窖泥臭、汗臭和酸臭的感觉；多元醇可以赋予酒体独特的甜味和浓厚感，使得白酒口味绵长；一些含硫化合物，如2-糠硫醇、二甲基三硫、乙硫醇等，也会赋予白酒特殊的香气；3-甲基吲哚为浓香型基酒中“泥臭味”的关键性化合物。正是由于这些特殊风味物质的加持，才使得白酒有着各自不同的独有风格。

2 白酒酿造过程中的微生物

微生物的代谢过程是产生白酒风味物质的根本性、也是关键性原因。微生物种类多样，环境条件和酿酒工艺方法不同都会显著影响微生物代谢活性，进而影响白酒风味物质的组成。传统的培养法可以获得酿酒过程中优势微生物的信息，近年来新兴的组学技术，可以让我们更加全面的认识到酒醅微生物的多样性。

一般来说，霉菌的主要功能是产生多种降解酶，如淀粉酶、纤维素酶、半乳糖苷酶、蛋白酶等，所产生的这些酶可以将原料中的大分子物质有效转化为小分子物质，供给其他微生物利用。霉菌在发酵初期相对丰度最高，随后相对丰度逐渐降低。酵母属是乙醇的主要贡献者，丰度随着发酵的进行逐渐升高。醋杆菌属是主要的乙酸产生菌，而乳杆菌主要产生乳酸，进而形成乙酸乙酯、乳酸乙酯等风味物质。乳酸菌产生的细菌素可抑制酒醅中其他微生物的生长。梭菌属可以代谢产生乙酸、丁酸和己酸。戊糖片球菌可以产生乳酸及26种挥发性物质，在清香型白酒的发酵中发挥重要作用。从酒醅中分离得到的纤维微菌属（）放线菌可以产生蛋白酶，其代谢产物中含有乙醇和乙酸。酒醅中某些微生物可以产生纤维素酶，为其他微生物的生长提供还原糖。毕赤酵母是主要的产酯酵母，可以产生大量的乙酸乙酯。宏基因组结果显示，酱香白酒第四轮发酵过程中，乳球菌不仅参与了淀粉降解，而且参与了谷氨酸、2,3-丁二醇、乙酸和乳酸的代谢。芽孢杆菌参与了谷氨酸、瓜氨酸等氨基酸代谢，以及乙酸、乳酸等有机酸代谢。白酒中风味物质的形成，实际上就是这些微生物在不断地相互合作、相互协同、相互制约作用下的最终结果产物。

氨基甲酸乙酯是存在于传统白酒中的一类有害化合物，由尿素和瓜氨酸转化而成。研究发现，酒醅中的乳球菌、芽孢杆菌、片球菌等细菌可以通过精氨酸脱亚氨基酶途径，将精氨酸转化为瓜氨酸，进而产生氨基甲酸乙酯。但是，某些芽孢杆菌产生的脲酶能将酒中氨基甲酸乙酯降解。因此，酿酒微生物在某些特定条件或者环境下也可能会产生一些有害物质，不利于优质白酒的产出。

3 生物强化在白酒酿造中的应用

在了解酿酒微生物的功能后，为了获得某种特定的风味物质，可以尝试将相应的菌种作为生物强化剂应用于白酒发酵中，起到相应的积极作用，使白酒品质更加人为可控。在实践中，这种方法已经获得了部分成功。

研究发现，在生产实践中运用强化大曲，可以提高顶火温度，增加酒精产量、己酸乙酯产量和淀粉消耗率。在发酵过程中添加酵母菌、根霉和复合酶制剂组成的复合功能菌群后，白酒中总酸含量下降，酯类物质增加，高级醇含量减少。将产酯细菌制成麸曲的形式添加到酒醅中，可以增强酒醅的蛋白酶活性，并提高发酵产品中醇类（如正丙醇、多元醇）、酸类（如乙酸、癸酸、油酸）和酯类（乙酸乙酯、乳酸乙酯等）的含量。将混合功能菌群添加到大曲中制作酱香型白酒，其酒体的酱香、空杯留香、细腻度典型性等指标都得到了明显的改善，大大提高了白酒的品质。将白地霉作为生物强化剂应用于酿酒过程中，结果显示，可以显著增加酒精产量和总酯产量。发酵液中加入纤维素酶，可以有效分解纤维素，为酿酒酵母的生长提供还原糖，从而提高原粮利用率和酒精产率。将异常威克汉姆酵母（）和酿酒酵母作为生物强化剂添加到酒醅中，可以显著提高酒精、高级醇、酯类等风味物质的含量。将某些特殊功能的优良发酵菌种作为生物强化剂应用于生产，可以定向提高目标风味物质的产量。

在酒醅中添加芽孢杆菌后，酒体中的四甲基吡嗪含量提高了24倍，但是酒精产量显著减少。在大曲中添加高酯曲，可以提高清香型白酒大米查酒总酸、总酯、乙酸乙酯、乳酸乙酯的含量，却使其产酒量显著降低。与之类似，将酿酒酵母、伯顿丝孢毕赤酵母（）和葡萄牙棒孢酵母（）混合后添加到酒醅中，己酸乙酯的产量显著上升，但是酒精含量显著降低。因此，将生物强化菌株应用到酿酒过程，虽然会有一些正面影响，但也可能带来一些不良后果。

除了提高风味物质的产量,生物强化也可以用于降低某些有害成分的含量。例如，在白酒中，过量的乳酸乙酯会导致口感不爽、放香不足、后味涩杂等问题，严重影响到白酒的品质,利用丙酸菌可以将乳酸转化为丙酸及乙酸，防止乳酸乙酯的形成。利用产脲酶的菌株作为生物强化剂，可以分解酒醅中的氨基甲酸乙酯，从而控制酒醅中氨基甲酸乙酯含量，从源头上起到保证食品安全的作用。

4 展望

基于对白酒中风味物质认识的不断加深，利用传统的微生物培养法，筛选产生特殊风味物质的功能微生物作为生物强化剂，并将其应用于白酒发酵，在目前来看具有很好的发展潜力，并且在生产实践中已有成功的经验。在某些研究结果中显示，虽然目标风味物质的含量增加，但是酒精或其他风味物质的含量显著减少，这可能是由于外源添加的菌种会利用还原糖作为碳源生长，与酒醅土著微生物产生竞争关系所导致的。除了目标风味物质，外源菌种也可能产生其他化合物，从而促进或抑制土著微生物的生长，打破酒醅微生物的生态平衡，改变酒体风格。因此，在实际生产实践应用中要慎重筛选应用于生物强化的菌株，有选择性地配套合适的生产工艺，才能使生物强化能够更好地与生产结合，服务于生产。