不同窖龄浓香型白酒基酒中高级醇含量变化规律研究

路 瑞，唐 云，赵亚雄，马 龙，郇 丹，李利荣

（金徽酒股份有限公司，甘肃陇南 742300）

浓香型白酒是中国传承最为悠久的白酒类型，特点是酒体厚重、香气浓郁、口感柔和，具有独特的陈香味和回甘[1]，其在中国文化和饮食中占据着重要地位，常用于宴席、礼仪和商务场合[2]。同时，也是国内外消费者最为关注和喜爱的一种白酒类型。浓香型白酒主要以大曲为糖化发酵剂，添加小麦和高粱等酿造原料，在窖池中通过60～70 d 的固态发酵，而后对发酵结束的糟醅进行蒸馏得出基酒，基酒再经过一系列的陈酿和勾调工艺形成了风格各异的白酒产品[3]。

浓香型白酒中的风味物质大概占2%，成百上千种风味物质组成和比例的差异，形成了不同风格的白酒[4-9]。浓香型白酒主要的香气成分为己酸乙酯，同时含有一些有机酸、高级醇（杂醇油）、羰基化合物等，这些香气成分共同作用，决定了浓香型白酒独特的品质[10-12]。高级醇是浓香型白酒主要的助香成分，对浓香型白酒风格的影响较为突出，适量的高级醇含量能使酒体更加醇甜丰满，含量较低时浓香香气不够突出，较高时会使酒体更加辛辣刺激、苦味明显[10]。

浓香型白酒中的高级醇是糟醅在糖化和发酵过程中产生的挥发性化合物，这些化合物在发酵过程中通过微生物代谢和酵母菌活动生成，并通过蒸馏过程提取到白酒中[16-17]。其代谢途径包括氨基酸降解合成途径和糖代谢合成途径。氨基酸降解合成途径是在酵母细胞内进行的，由氨基酸脱氨生成α-酮酸，α-酮酸脱羧生成醛，最终还原为高级醇。糖代谢合成途径是由糖代谢生成丙酮酸，丙酮酸与氨基酸发生作用，生成α-酮酸以及另一种氨基酸，α-酮酸经脱羧后生成醛，醛最终被还原为高级醇[18-20]。此外，高级醇的形成也受外界多因素影响，如原料的品种、质量，发酵条件中的温度、时间、pH 值，以及酿造工艺、蒸馏方式等。总之，浓香型白酒中高级醇的形成是一个复杂的过程，受多种因素综合作用的影响。

适量的高级醇赋予白酒特有的醇香，使酒体丰满，口味协调，但高级醇的含量过高，就会产生异杂味和较强的致醉性，俗称“上头”，甚至对人体有毒害作用[21]。研究白酒中高级醇含量变化的规律对提高白酒品质有重要意义，本文拟以不同窖龄浓香型白酒基酒为样品，以期找到新、老窖池发酵过程中导致常见高级醇（正丙醇、正丁醇、异丁醇、异戊醇、仲丁醇）含量差异变化的原因，进而为解析浓香型白酒高级醇含量变化规律及提升产品品质提供基础数据与科学参考。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂及仪器

样品：取自北方地区某浓香型白酒厂不同窖龄浓香型白酒基酒，根据不同窖龄进行基酒样品随机取样，分为窖龄在5～7 年的新窖池及30 年以上的老窖池，并根据持续生产的窖池进行四季取样，每月在新窖池和老窖池中随机取样，每个样品进行三次重复。

试剂与耗材：正丙醇、正丁醇、异丁醇、异戊醇、仲丁醇、乙酸正戊酯标准品（纯度≥99%）。溶剂为无水乙醇加水配制成的50%体积分数的溶液。

仪器设备：Agilent 7890B 气相色谱仪(配FID氢火焰检测器)；电子天平（220 g，0.1 mg），梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 气相色谱测定条件

色谱柱：Aglient CP-Wax 57CB毛细管柱（50 m×0.25 mm×0.20 μm）。

升温程序：起始温度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。

检测器温度：250 ℃；进样口温度：250 ℃；载气：氮气，载气流量1 mL/min，分流比为50∶1，进样量1 μ L。

1.2.2 数据处理

本研究使用Microsoft Excel 统计原始数据，使用SPSS Statistics 20 软件对数据进行统计分析。采用独立样本t 检验、方差分析和主成分分析（PCA）对数据进行处理，数据均表示平均数± 标准差（Standard deviation，SD）；P＜0.05 表示差异显著，P＜0.01 表示差异极显著。使用GraphPad prism 8软件进行绘图。

2 结果与分析

2.1 新窖和老窖基酒中高级醇含量的差异

通过比较老窖和新窖5 种常见高级醇含量的差异（表1），发现正丙醇、仲丁醇、异丁醇的含量在老窖和新窖中存在显著差异，其中老窖的正丙醇（p<0.05）、仲丁醇（p＜0.01）、异丁醇（p＜0.001）含量显著高于新窖，异戊醇和正丁醇的含量在新窖和老窖之间无显著差异（p＞0.05）。说明在不同窖龄窖池中高级醇含量变化差异主要以正丙醇、仲丁醇和异丁醇为主。

表1 新窖和老窖基酒中高级醇含量的差异(mg/100 mL)

2.2 不同季节基酒中高级醇含量的差异

根据月份划分了不同季节，其中12 月、1 月、2月为冬季，3 月、4 月、5 月为春季，6 月、7 月、8 月为夏季，9 月、10 月、11 月为秋季。本研究比较了不同季节基酒中五种高级醇含量的变化，结果发现（图1），不同季节基酒中高级醇含量均存在显著差异。基酒中正丙醇、仲丁醇及正丁醇含量在四个季节中均有显著性差异（p＜0.05），且变化趋势基本相同，均呈现出随春、夏、秋、冬四个季节的变换先升高后降低的趋势。春季含量最低，秋季含量最高，而到了冬季3 种高级醇的含量则又开始下降（图1A，图1B，图1C），这种季节变化的规律可能主要受到环境温度的影响。在本研究区域中，一年中气温最高的时候集中在夏、秋季节，而春、冬季节温度相对偏低。温度可能是影响不同季节高级醇含量变化的主要原因，具体来说，正丙醇、仲丁醇及正丁醇含量与环境温度基本呈正比关系，在北方夏、秋季气温高，正丙醇、仲丁醇及正丁醇含量也随之升高，冬、春季气温低，其含量也相对较低。

图1 不同季节基酒中高级醇含量的差异

此外，异丁醇含量在冬季与春季、夏季与秋季之间无显著差异，冬、春季异丁醇含量显著高于夏、秋季含量（图1D）；春季异戊醇含量显著高于夏、秋、冬三季（图1E）。

2.3 不同季节新窖和老窖高级醇含量之间的差异

通过比较不同季节新窖池和老窖池五种高级醇含量之间的差异（图2），结果发现，在新、老窖池中正丙醇的含量在冬季、春季、夏季之间存在显著差异，老窖池正丙醇含量均显著高于新窖池；在秋季正丙醇的含量在老窖和新窖之间无显著差异（图2A）。新、老窖池中仲丁醇含量同样在冬季、春季、夏季之间存在显著差异，老窖池仲丁醇含量均显著高于新窖池，而在秋季无显著差异（图2B）。正丙醇和仲丁醇在不同季节新窖池和老窖池中的含量变化表现出相同的趋势，在温度最高的秋季，新窖和老窖的含量变化无显著差异，而在春季和夏季老窖中的正丙醇和仲丁醇含量显著高于新窖中的含量。表明若需控制秋季所产基酒高级醇含量，可适当控制或降低糟醅发酵温度以降低基酒中高级醇的含量。

图2 不同季节新、老窖高级醇含量差异

新、老窖池正丁醇的含量在春季和秋季之间存在显著差异，在冬季和夏季之间新、老窖池正丁醇含量无显著差异；在春季，老窖池的正丁醇含量显著高于新窖池；在秋季，老窖池的正丁醇含量则显著低于新窖池（图2C）。此外，异丁醇的含量在春季和夏季有差异显著，其中老窖池异丁醇含量在春季和夏季显著高于新窖池，在冬季和秋季则无显著差异（图2D）。新、老窖池异戊醇的含量在冬季、春季和秋季无显著差异，仅在夏季差异显著，即夏季新窖池的异戊醇含量显著高于老窖池（图2E）。

通过PCA 分析季节变化过程中不同窖龄窖池对五种高级醇含量的影响，提取前两个特征值大于1 的主成分，累计方差贡献率为64.577%（表2），可以解释主要信息。其中第一主成分的方差贡献率为47.116%，正丙醇（0.914）、仲丁醇（0.844）和正丁醇（0.876）的特征值最高，说明这3 种高级醇在第一主成分中起着主要作用；在第二主成分中方差贡献率达到14.761%，异丁醇的特征值最高。

表2 主成分分析结果

综合主成分结果，绘制出主成分分析结果的二维图，可以更直观的看到季节和新、老窖池对五种高级醇含量的影响（图3）。在第一主成分中，季节、正丙醇、仲丁醇和正丁醇与新、老窖呈正相关关系，而异戊醇呈负相关关系；在第二主成分中，异丁醇与新、老窖呈正相关关系。表明不同季节变化过程中影响新、老窖池中高级醇含量的关键高级醇为正丙醇、仲丁醇、正丁醇和异丁醇。

3 总结与展望

3.1 总结

本研究比较了新窖和老窖基酒中高级醇含量的差异，统计研究发现老窖中正丙醇、仲丁醇和异丁醇含量显著高于新窖，高级醇的形成主要是由糟醅中的各类氨基酸成分降解转化而来，同时也与酿造过程中存在的微生物代谢有关[24]。在窖龄更高的窖池中，由于温度、湿度、氧气等环境条件控制更加稳定，酵母菌可以更好地进行代谢和生长，促进乙醇和其他化学物质的产生和转化，它们的含量与窖池环境密切相关。在理想的窖池环境下，酵母菌可以更好的将糖分解成乙醇和其他化合物，这些化合物后期会被转化成各类高级醇。相比之下，在窖龄相对较短的窖池中，环境条件相对较差，可能会导致乙醇和其他化学物质产生不足或者转化不完全，因此高级醇含量相对较低。本研究显示老窖所产基酒中正丙醇、仲丁醇和异丁醇含量相较于新窖更高，其原因主要跟窖池质量相关，但未来还需要在不同窖龄窖池所产白酒的质量上进一步探讨。此外，异戊醇是由谷氨酸在酵母菌和细菌的作用下，先被转化为α-酮戊酸，α-酮戊酸被还原成戊酸，戊酸再次被氧化成异戊醇。异戊醇可以通过氧化反应被分解为乙酸和戊酸[25]。正丁醇主要通过乙酸代谢途径形成，大肠杆菌和产乙酸菌等微生物通过代谢葡萄糖或其他碳源产生乙酸，有研究显示氨基酸的种类对正丁醇的生成量有较大影响，其中谷氨酸和天冬氨酸对正丁醇的生成有明显促进作用[18，26-27]。蛋白质在蛋白酶的作用下不断降解为氨基酸，同时糟醅中的大量微生物如酵母菌、霉菌、细菌等生长繁殖会消耗大量氨基酸，同时也会出现死亡自溶并提供大量蛋白质和氨基酸。因此，窖池中氨基酸含量处于一种动态变化过程中[18]。本研究结果显示，正丁醇和异戊醇在新窖池中的含量略高于老窖池，但是其含量差异不显著。这说明新、老窖池发酵过程中与正丁醇、异戊醇合成相关的主要微生物代谢程度相近，因而新、老窖池中这两种高级醇的含量也相近。

季节的变化会影响白酒生产过程中酿造温度的变化，进而影响白酒中高级醇含量[28-29]。其次不同的季节酿造原料也有所差异，例如就原粮新陈而言，夏、秋季节获取的原粮相较于冬、春季节其内含物相对更丰富，对高级醇的形成具有一定影响[30]。在季节因素中，环境温度的变化可以直接影响糟醅发酵过程中的温度，进而影响所产基酒中的高级醇含量[31]。夏季与秋季气温较高，会加速酵母菌对氨基酸的脱氨基作用，促进生成高级醇，同时还会加速酵母菌的自溶，自溶后产生大量的氨基酸，导致高级醇的含量增加[32]；冬季气温较低，低温可抑制酵母菌的活动能力，阻止酵母菌过多利用氨基酸生成高级醇[18]；春季气温逐渐回升，环境湿度较高，适宜的环境会导致其他各类微生物种群快速繁殖，抑制酵母菌的生长代谢，从而导致白酒中的高级醇含量降低。本研究结果显示，夏、秋季正丙醇、仲丁醇、正丁醇含量均显著高于春、冬季；异丁醇的含量在温度逐渐升高时降低，这可能与异丁醇形成过程中主要作用的微生物生活条件有关，未来可通过探讨各类高级醇的形成过程及主要作用微生物，进一步分析其含量变化的原因。

3.2 展望

影响白酒中高级醇含量的因素有很多，窖池的质量、环境温度、湿度、氧气含量以及酿造过程中使用的原料和酿造工艺等因素，均会影响浓香型白酒高级醇的含量。有研究显示，窖龄更高的窖池可以提供更好的发酵环境，使得酿造原料能够充分发酵，生成的物质能够更好的陈化和融合，在此过程中也会逐渐分解出更复杂的有机物，其中包括醛、酮、酯等多种化合物，且窖池内的微生物群落更为复杂，这些因素都有利于高级醇的形成[22-23]。但是由于白酒酿造过程复杂且有较多的不可控因素，例如微生物的种类丰富度以及数量，环境因子包括季节、温度、湿度等，因此关于白酒中高级醇含量的控制方法依然存在很多问题。如何控制白酒酿造过程中高级醇含量，提升浓香型白酒的质量是目前众多学者研究的问题，为了探究白酒中高级醇含量的变化，有必要从窖池质量、环境因子等多角度探讨白酒酿造过程中高级醇含量的差异。从不同季节不同窖池中各类高级醇变化规律以及PCA 结果可以推测，窖池环境的变化可能会导致窖泥和糟醅中的微生物群落代谢不完整，导致基酒中高级醇含量产生变化，即主要与窖池环境有关，未来可着重研究不同窖龄窖池中环境因子的变化，进一步掌握高级醇的形成过程及控制措施。