醬香型白酒缺陷酒中異嗅物質(zhì)研究進展

楊 亮,張春林,吳德光,彭 濤,何 惠

(茅臺學(xué)院釀酒工程系,貴州仁懷 564501)

中國白酒是世界六大蒸餾酒之一,2017年產(chǎn)量高達1198.1萬千升,居世界首位[1]。中國白酒發(fā)展至今,已在醬、濃、清、米四大香型基礎(chǔ)上衍生成13種香型[2],其中占據(jù)白酒行業(yè)利潤榜首的醬香型白酒,在2017年以不足全國白酒5%產(chǎn)量,收獲了白酒行業(yè)約35%的利潤,高達450億左右。醬香型白酒現(xiàn)已成為中國白酒中高利潤、高產(chǎn)值的代表性產(chǎn)品,醬酒產(chǎn)量和產(chǎn)值的逐步提高,將為酒業(yè)發(fā)展增加極大助力。

醬香型白酒的穩(wěn)健發(fā)展,與其品質(zhì)的堅守及獨特的風(fēng)格密不可分。醬香型白酒風(fēng)味物質(zhì)的種類和含量均高于其他香型白酒[3],現(xiàn)階段有較多對醬香型白酒風(fēng)味物質(zhì)的研究,采用了不同的技術(shù)手段對醬酒風(fēng)味進行解析,如采用全二維氣相色譜-飛行時間質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)(comprehensive two-dimensional gas chromatography/time-of-flight mass spectrometry,GC×GC/TOFMS)從醬香型茅臺酒中定性出528種風(fēng)味物質(zhì)[4];采用氣相色譜聞香法(gas chromatography-olfactometry,GC-O)及氣相色譜質(zhì)譜(gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS)聯(lián)用法從茅臺酒中定性出79種香氣成分[5];采用氣相色譜-火焰離子檢測器(gas chromatography-flame ionization detector,GC-FID)定量醬香型習(xí)酒中99種揮發(fā)性物質(zhì)[6];采用GC-O和香味提取物稀釋分析(aroma extract dilution analysis,AEDA)從醬香型白酒中鑒定出了143種風(fēng)味物質(zhì),并對其香氣的相對效能做了分析[7]。

醬香型白酒中約2%的風(fēng)味物質(zhì)賦予酒體獨特風(fēng)格,然而一些異嗅物質(zhì)的存在,卻給白酒的風(fēng)味帶來了負面的影響,降低了優(yōu)質(zhì)醬香型白酒的產(chǎn)量,造成了一定經(jīng)濟損失,阻礙著醬香型白酒產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。對醬香型白酒缺陷酒的進一步研究,定性、定量異嗅化合物,避免異嗅物質(zhì)的產(chǎn)生或去除異嗅物質(zhì)的影響已成為一個重大問題[8]。

本文從醬香型白酒典型的缺陷風(fēng)味著手,梳理了異嗅物質(zhì)的分析檢測方法、異嗅物質(zhì)相關(guān)代謝菌、生物防控及酒體風(fēng)味優(yōu)化等幾個層面的研究現(xiàn)狀,并就現(xiàn)階段研究的不足提出了建議、對未來研究前景做了展望。

1 醬香型白酒缺陷酒

白酒中的缺陷酒是指酒體不協(xié)調(diào)、偏離原香型應(yīng)有的香、味、風(fēng)格的基酒。在釀造過程中,因發(fā)酵條件控制不當(dāng)、工藝操作及管理不善、各種生產(chǎn)用具及生產(chǎn)場所不潔都可能會導(dǎo)致缺陷酒的產(chǎn)生。白酒缺陷過重會制約勾調(diào)工作,影響成品酒的質(zhì)量,從而影響白酒企業(yè)的經(jīng)濟效益[9]。

缺陷酒在酒精飲品基酒生產(chǎn)中普遍存在,不同醬香型白酒生產(chǎn)廠家對缺陷型的歸類稍有區(qū)別,但被廣泛認可的有泥臭味、鹽菜味、異味、泥味、餿味、泥霉味、霉味、煤油味等8種,其中異味是除其他幾種缺陷酒外暫未明確歸類描述的缺陷型。醬香型白酒的幾種典型缺陷酒中,以泥臭味、鹽菜味和泥味占比較高,超過缺陷酒總量70%;餿味、泥霉味、霉味、煤油四類產(chǎn)量較少,總產(chǎn)量不超過缺陷酒3%。由此可見,提高醬香型優(yōu)質(zhì)白酒產(chǎn)量的重點在于控制泥臭味、鹽菜味和泥味三類缺陷酒。醬香型白酒缺陷型的描述雖然在醬香型酒企中得到廣泛使用,但不具有普適性,并不能應(yīng)用于其它香型白酒,且個別缺陷型描述具有極強的獨特性和地域性,如鹽菜味等,無專業(yè)品評背景的研究人員較難識別、區(qū)分這8種缺陷型,這就給有效選取缺陷酒進行深入分析造成了困難。

2 醬香型白酒中的異嗅物質(zhì)

除酒體風(fēng)味物質(zhì)不協(xié)調(diào)外,異嗅物質(zhì)的存在是導(dǎo)致缺陷酒形成的重要因素。現(xiàn)階段未見有系統(tǒng)研究醬香型缺陷酒及其異嗅物質(zhì)的報道,且針對性的研究醬香型白酒中異嗅物質(zhì)的文章較少,多以研究普遍存在于多種香型白酒中的異嗅物質(zhì)為主,如硫化物類異嗅物質(zhì)：糠硫醇(Furfuryl mercaptan,CAS:98-02-2)、甲硫醇(CH4S,CAS:74-93-1),脂肪族類異嗅物質(zhì):3-辛醇(3-OCTANOL,CAS:20296-29-1)1-辛烯-3-醇(1-OCTEN-3-OL,CAS:3191-86-4)等[10-11]。

科研領(lǐng)域所使用醬香型缺陷酒的風(fēng)格描述多與醬香型白酒生產(chǎn)廠家描述的典型缺陷酒的氣味略有區(qū)別。喬敏莎等[12]確認了醬香型白酒中臭味缺陷酒的異嗅物質(zhì)為二甲基二硫(Dimethyl disulfide,CAS:624-92-0)和二甲基三硫(Dimethyl trisulfide,CAS:3658-80-8);杜海等[13-14]研究了普遍存在于多種香型白酒中,同樣會導(dǎo)致醬香型白酒產(chǎn)生土霉味和蘑菇/真菌氣味缺陷的異嗅物質(zhì),并建立了快速測定該異嗅物質(zhì)的定量方法,分析了該物質(zhì)在白酒生產(chǎn)過程中的變化規(guī)律,其中土霉味是由異嗅物質(zhì)-土味素(Geosmin,trans-1,10-dimethyl-trans-9-decalol)引起的,蘑菇/真菌味是由3-辛醇和1-辛烯-3-醇。Ding等[15]鑒定了導(dǎo)致多種白酒(含醬香型白酒)中呈現(xiàn)出動物臭/皮毛臭的異嗅物質(zhì)4-甲基苯酚(p-cresol,CAS:106-44-5);Zhao等[15]鑒定出醬香型白酒的焦臭味異嗅來源是2-羥甲基-3,6-二乙基-5-甲基吡嗪(2-Hydroxymethyl-3,6-diethyl-5-methylpyrazine)。

此外,在一些醬香型白酒風(fēng)味物質(zhì)研究中,間接發(fā)現(xiàn)了較多使酒體呈現(xiàn)異味缺陷型的異嗅物質(zhì)。如Wang等[17]在研究醬香型白酒中萜烯類物質(zhì)(Terpenes)時,發(fā)現(xiàn)酒中的冰片(borneol,CAS:507-70-0)具有樟腦(camphor)氣味;汪玲玲[18]在研究醬香型白酒微量成分時發(fā)現(xiàn)3-甲基丁酸(Isovaleric acid,CAS:503-74-2)具有脂肪臭、丁子香酚(Eugenol,CAS:97-53-0)具有動物臭、二甲基二硫和二甲基三硫具有爛白菜味道;Chen等[19]在研究醬香型白酒揮發(fā)性硫化物的時候發(fā)現(xiàn)甲硫醇(Methanethiol,CAS:74-93-1)、乙硫醇(Ethanethiol,CAS:75-08-1)等具有爛卷心菜、焦橡膠等異味。

從上述整理分析后不難發(fā)現(xiàn),科研領(lǐng)域研究的醬香型缺陷酒風(fēng)格與醬香型生產(chǎn)廠家描述的幾種典型缺陷并不一致,且研究樣本并未完全覆蓋醬香型所有類型缺陷酒,其他類型缺陷酒相關(guān)研究有待開展。

3 異嗅物質(zhì)檢測方法

異嗅物質(zhì)作為白酒揮發(fā)性組分,與白酒風(fēng)味物質(zhì)的研究方法相似,主要包括香氣物質(zhì)提取與分離、異嗅化合物發(fā)現(xiàn)、異嗅化合物確認、異嗅物質(zhì)定量4個部分[8,20]。

3.1 異嗅物質(zhì)的定性方法

異嗅物質(zhì)的提取多用液液萃取(liquid-liquid extraction,LLE)和頂空固相微萃取(head-space solid-phase microextraction,HS-SPME)兩類方法,其中HS-SPME方法具有綠色、快捷的優(yōu)點,可用DVB/CAR/PDMS、PDMS、CAR/PDMS、PDMS/DVB等不同類型萃取頭進行萃取[17,21-22],但萃取結(jié)果容易受到萃取頭極性和異嗅化合物揮發(fā)性的影響;LLE方法操作相對復(fù)雜,多用戊烷、乙醚、二氯甲烷等試劑萃取白酒中的香味物質(zhì),萃取后的有機相經(jīng)分餾成水溶性、酸性和堿性三種組分[23-24],但耗時過長,在濃縮過程中易導(dǎo)致高揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)損失。萃取組分經(jīng)氣相色譜-嗅聞(gas chromatography-olfactometry,GC-O)、Osme等[25-26]技術(shù),識別出酒體中異嗅物質(zhì),再結(jié)合氣相色譜-質(zhì)譜(gas chromatography-mass spectrography,GC-MS)[27]、氣相色譜-氫火焰離子化檢測器(gas chromatography-flame ionization detector,GC-FID)或氣相色譜-脈沖式火焰光度檢測器(gas chromatography-pulsed flame photometric detector,GC-PFPD)法[11,28],即可初步定性異嗅化合物,最后通過標(biāo)準(zhǔn)品添加實驗,如二者香氣特征、色譜保留時間及質(zhì)譜信息完全一致,即可確認異嗅化合物[29]。

3.2 異嗅物質(zhì)的定量方法

為表征異嗅物質(zhì)的香味強度,常用閾值作為指標(biāo),并在此基礎(chǔ)上,測定異嗅物質(zhì)的氣味活力值(odor activity value,OAV)以衡量異嗅物質(zhì)在原酒體中的香氣強度[30-31]。

對于異嗅物質(zhì)在酒中含量的定量方法,面積百分比定量法(AERA)、峰高百分比法(HEIGHT)、歸一化法(NORM)、外標(biāo)定量法(ESTD)和內(nèi)標(biāo)定量法(ISTD)等是目前采用最多的幾種定量方法[8]。

4 醬香型白酒中異嗅物質(zhì)的代謝微生物

白酒中發(fā)酵過程中的微生物對白酒的風(fēng)味有重要的影響,如地衣芽孢桿菌(Bacilluslicheniformis)可代謝吡嗪、揮發(fā)酸、酚類等化合物[32],通過這些化合物影響酒體風(fēng)味的呈現(xiàn)。

微生物不僅能代謝產(chǎn)生有益于白酒風(fēng)味的化合物,也會代謝產(chǎn)生異嗅物質(zhì),影響白酒質(zhì)量。普遍存在于多種香型白酒(含醬香)中的土霉味缺陷酒的本質(zhì)是由萜烯類化合物土味素引起的,Du等[33]發(fā)現(xiàn)褶皺裸胞殼(Emericellarugulosa)和深綠色木霉(Trichodermaatroviride)具有產(chǎn)土味素的能力,并檢測了清香型白酒發(fā)酵各環(huán)節(jié)中土味素的產(chǎn)生規(guī)律,在清香型大曲中鑒定出鏈霉菌(Streptomycesspp.)為土味素的關(guān)鍵代謝菌[34],在此基礎(chǔ)上采用分子生物學(xué)手段釣取了土味素合成酶的編碼基因(geoA),依據(jù)此保守序列建立了實時熒光定量PCR方法,實現(xiàn)了與土霉異味直接相關(guān)的微生物的定量分析[13]。隨后，房海珍等[35]在傳統(tǒng)鳳型大曲中也分離培養(yǎng)出三株產(chǎn)土味素的白色鏈霉菌(Streptomycesalbus)。

在對白酒發(fā)酵過程中具有洋蔥和煮熟蔬菜異嗅的硫化物3-(甲硫基)-1-丙醇(3-(Methylthio)-1-propanol,CAS:505-10-2)和二甲基二硫的研究過程中,Liu等[36]發(fā)現(xiàn)酵母菌(Saccharomycesspp.)和乳酸菌(Lactobacillusspp.)為其代謝核心微生物群,二類微生物的基因編碼了31種參與硫化物代謝的酶,并發(fā)現(xiàn)其轉(zhuǎn)錄豐度在白酒發(fā)酵過程中具有協(xié)同效應(yīng)。

對白酒中異嗅物質(zhì)的代謝微生物研究非常少,針對醬香型白酒的研究更是鳳毛麟角。鑒于醬香型白酒的發(fā)展現(xiàn)狀及良好的發(fā)展趨勢,針對醬香型白酒異嗅物質(zhì)代謝菌的系統(tǒng)及深入研究亟待開展。

5 缺陷酒的生物防控

為降低缺陷酒產(chǎn)量,可從工藝層面及微生物層面著手。工藝層面的防治措施,對不同的缺陷型采用不同的方式,如控制原輔料蛋白含量降低白酒臭味物質(zhì)產(chǎn)生、加強滴窖降低白酒酸味、控制原輔料比例以降低白酒糠味、控制上甑蒸餾氣壓以控制白酒苦味物質(zhì)產(chǎn)生等[37-39]。

5.1 提高有益土著微生物含量

從微生物層面控制缺陷酒產(chǎn)量的相關(guān)研究較為前沿。在篩查出4-甲基苯酚的產(chǎn)生菌是梭狀芽孢桿菌(Clostridiumspp.)基礎(chǔ)上,通過提高酒醅中乳酸菌的含量以抑制梭狀芽孢桿菌生長,從而降低產(chǎn)生動物氣味的4-甲基苯酚的產(chǎn)量[40];在從醬香型白酒大曲及其他香型白酒大曲中篩選出土著芽孢桿菌(Bacillusspp.),發(fā)現(xiàn)其可抑制具有土霉味的土味素的鏈霉菌的生長代謝,因此通過增加芽孢桿菌生物量的方法,降低白酒中異嗅物質(zhì)土味素含量,從而減少缺陷酒產(chǎn)量[41];地衣芽孢桿菌(Bacilluslicheniformis)在固態(tài)發(fā)酵中代謝的地衣素可顯著降低具有異嗅的酚類物質(zhì)的揮發(fā)性,如分別表現(xiàn)出馬廄味和藥味的4-甲基苯酚和4-乙基愈創(chuàng)木酚(4-Ethyl-2-methoxyphenol,CAS:2785-89-9),故采用增加地衣芽胞桿菌含量或促進其代謝地衣素的方法以降低異嗅物質(zhì)的揮發(fā)性,改善白酒風(fēng)味[42]。

5.2 內(nèi)源微生物改造及外源微生物添加

除了內(nèi)源生物防控降低缺陷酒產(chǎn)量外,還可通過添加外源微生物或通過分子手段改造土著代謝菌的方法提高或降低某類物質(zhì)含量,優(yōu)化酒體,提高酒質(zhì)。如添加地衣芽孢桿菌(Bacilluslicheniformis)以促進釀酒酵母(Saccharomycescerevisiae)在醬香型白酒發(fā)酵過程中的風(fēng)味代謝物產(chǎn)量[43];在發(fā)酵原料中添加葡萄汁酵母(Saccharomycesuvarum),使得大多數(shù)揮發(fā)性物質(zhì)含量均有所增加,改善酒體品質(zhì)[44];通過過表達釀酒酵母(Saccharomycescerevisiae)的ATF1基因、敲除IAH1和BAT2基因,以降低釀酒酵母代謝乙酸酯類和高級醇類物質(zhì)[45];枯草芽孢桿菌(Bacillussubtilis)與白酒中棕櫚酸(Hexadecanoic acid,CAS:57-10-3)、2-花生酰基甘油(2-hydroxy-1-(hydroxymethyl)ethyl ester,CAS:53847-30-6)、乙偶姻(3-Hydroxy-2-butanone,CAS:513-86-0)等風(fēng)味物質(zhì)潛在或直接相關(guān)[46],通過過表達枯草芽孢桿菌乙偶姻還原酶基因bdhA和葡萄糖攝取蛋白基因glcU,增加枯草芽孢桿菌代謝乙偶姻及其衍生物川芎嗪(C8H12N2,CAS:1124-11-4)的代謝量[47],以改善白酒風(fēng)味和提高白酒質(zhì)量。

5.3 毒性物質(zhì)防控

白酒生物防控并不只停留在異嗅研究層面,如采用微生物方法控制白酒中2A級致癌物氨基甲酸乙酯(Ethyl carbamate,EC)前體物尿素的生物合成,已成為控制EC生成的常見方法[48],研究者在醬香型白酒發(fā)酵過程中識別出可代謝EC的前體物質(zhì)的代謝菌,并發(fā)現(xiàn)乳酸菌(Lactobacillusspp.)和非常規(guī)酵母可控制EC前體物的含量[49],并從大曲中篩選出可代謝脲酶的腐生葡萄球菌(Staphylococcussaprophyticus),通過增加其生物量的方法以降解致癌物氨基甲酸乙酯的生成[50]。

6 酒體風(fēng)味優(yōu)化

6.1 去除異嗅物質(zhì)

對于具有輕微異雜味的白酒,可用作調(diào)味酒來勾調(diào)白酒,然而具有嚴(yán)重異嗅味的基酒不能用于勾兌,否則會嚴(yán)重影響優(yōu)質(zhì)白酒質(zhì)量,需采用后修飾技術(shù)將異嗅去除，方可用于成品酒勾兌。異嗅物質(zhì)的去除方法主要有吸附法、氧化法、二次蒸餾法等三大類方法。吸附法所有介質(zhì)種類較多,有樹脂、硅藻土、活性炭、凹凸棒等,其中樹脂在吸附效果及對白酒主體風(fēng)味影響程度上優(yōu)于其他幾種吸附劑[51-53];氧化法去異嗅效果較好,如高錳酸鉀氧化法,但處理后的酒體協(xié)調(diào)性將變差,若將高錳酸鉀與活性炭等吸附劑聯(lián)合使用,不僅可以有效去除異嗅物質(zhì),而且對酒體主體風(fēng)味影響較少[54];二次蒸餾法有壺式蒸餾、常壓蒸餾和減壓蒸餾,基酒經(jīng)二次蒸餾不僅可以保持酒體的主體風(fēng)格,還可以有效去除基酒中4-甲基苯酚等異嗅物質(zhì)[55],有利于酒體風(fēng)味表現(xiàn)。

6.2 改善香氣結(jié)構(gòu)

白酒的風(fēng)味不僅取決于酒體中的揮發(fā)性物質(zhì),非揮發(fā)性物質(zhì)同樣對白酒風(fēng)味有重要作用。在風(fēng)味層面,非揮發(fā)性物質(zhì)主要通過與揮發(fā)性物質(zhì)相互作用,影響揮發(fā)性物質(zhì)的揮發(fā)性能,調(diào)節(jié)其香氣持久性和放香強度,從而協(xié)調(diào)和改變白酒的風(fēng)味結(jié)構(gòu)。

醬香型白酒相對于其他香型白酒含有較多的非揮發(fā)性有機酸,如乳酸、十六酸、2-羥基-4-甲基戊酸等[56],此外,由地衣芽孢桿菌(Bacilluslicheniformis)代謝產(chǎn)生的地衣素(Lichenysin),隨著其含量的增加,可選擇性的影響酒中揮發(fā)性物質(zhì),如通過氫鍵作用顯著降低醬香型白酒中苯酚(酚味)、對甲基苯酚(動物臭、皮毛臭)4-乙基愈創(chuàng)木酚(藥味)等異嗅酚類物質(zhì),可改善白酒香氣品質(zhì)[57]。

7 展望

醬香型白酒生產(chǎn)企業(yè)已將本香型8種典型的缺陷型做了描述性劃分,并廣泛應(yīng)用于醬香型白酒生產(chǎn)過程中,指導(dǎo)成品酒的勾調(diào)與質(zhì)量控制。但現(xiàn)階段對醬香型缺陷酒的相關(guān)研究缺乏針對性和系統(tǒng)性,一方面是由于酒企對缺陷酒的典型性描述極具地域性,無相關(guān)背景的科研人員對其香氣風(fēng)格難以把握,從而對后續(xù)研究造成障礙;另一方面,在醬香型白酒生產(chǎn)過程中,缺陷酒的形成具有偶然性和隨機性,這就在客觀層面給異嗅物質(zhì)的微生物溯源及代謝組學(xué)相關(guān)研究帶來了困難。

雖然酒企會通過工藝改進降低缺陷酒產(chǎn)量,或采用技術(shù)手段改善成品酒香氣,但現(xiàn)階段還沒有有效方法從根源控制多種異嗅物質(zhì)的代謝。科研領(lǐng)域?qū)Π拙骑L(fēng)味物質(zhì)篩查、釀造微生物的基因組及轉(zhuǎn)錄組等技術(shù)已較為成熟,將這些技術(shù)嫁接到醬香型缺陷酒的相關(guān)研究中、建立科研院所與酒企的有效合作機制等,或是推動醬香型缺陷酒研究的著力點。