發酵型果酒中甲醇和雜醇油的研究進展

張 香，秦 丹，曾 璐，陳長松

（1.湖南農業大學 食品科學技術學院，湖南 長沙410128；2.湖南農業大學 食品科學與生物技術湖南省重點實驗室，

湖南 長沙410128；3.湖南農業大學 園藝園林學院，湖南 長沙410128；4.天下果業開發有限公司，湖南 湘西自治州416000）

果酒是以水果為原料經發酵及一系列工藝處理得到的低酒精度飲料酒[1]。由于原料或生產環節的影響，果酒釀制過程中不可避免有甲醇、雜醇油產生，它們攝入過量會對人體健康構成威脅[2]。因此世界各國都對此進行了限定，歐盟標準規定，以水果為原料的蒸餾酒的甲醇含量應小于4.00 g/L（以酒精度40%vol計算），美國對此的標準是甲醇含量應小于2.80 g/L[3]。我國對果酒中甲醇含量的限定也非常嚴格，國標GB 15037—2006《葡萄酒》規定紅葡萄酒中甲醇含量≤400 mg/L，白、桃紅葡萄酒中甲醇含量≤250 mg/L，但目前我國對其他水果釀造的發酵酒的甲醇含量尚無明確規定，主要參考葡萄酒標準。適量的雜醇油雖然可以襯托酯香，增強果酒的風味，但過量則不僅導致果酒產生邪雜味，而且對人體神經系統有毒害作用，是導致“上頭”的主要因素之一[4]，因此在釀造過程中對甲醇和雜醇油含量進行調控，對提升果酒的品質和安全性具有重要意義。

1 甲醇及雜醇油對人體的危害

甲醇是果酒釀造過程中極易生成的副產物，有研究表明，人一旦攝入5 g就會出現嚴重中毒，超過12.5 g就可能導致死亡[5]。其毒性體現在對中樞神經系統有麻醉作用，且在體內不易排出而發生蓄積。另外在脫氫酶作用下，甲醇可被轉化為甲醛、甲酸，對氧化酶系統產生抑制，使需氧代謝受阻，使乳酸及其他有機酸發生堆積，引起機體代謝性酸中毒；同時，甲醇對眼組織毒害較大，甲醇及其代謝物甲醛、甲酸在眼房水和眼組織內含量較高時，可引發視網膜代謝障礙，造成視網膜細胞、視神經損害及視神經脫髓鞘[6]。基于上述原因，在發酵酒生產中嚴格控制甲醇含量成為必然。

雜醇油是具有三個及以上碳原子的一元醇類脂肪醇混合物的俗稱，果酒中的雜醇油主要是丙醇、丁醇、異丁醇、戊醇、異戊醇等。雜醇油是原料中的蛋白質水解成氨基酸，再經酵母或糖化菌分泌的脫羧酶和脫氨基酶作用而生成，它還能與有機酸發生酯化反應，生成酯類物質使酒體豐滿，故是果酒中重要的呈味物質和芳香物質。但雜醇油含量過高時，不但起不到呈香、呈味的作用，反而會使酒體苦、澀、沖、辣，有令人有不愉快的異雜味，失去原有風格[7]。同時，雜醇油過量攝入對人體有毒害作用，它能令飲用者神經系統充血，且因在人體內代謝慢，停留時間長，使人感覺頭痛易醉，也就是常說的“上頭”現象[4]。雜醇油類化合物對人體的毒性經研究表明，通常隨分子質量的增大而加劇，果酒中以異丁醇和異戊醇的毒性為較大[8]。控制果酒中雜醇油含量是提升果酒品質的重要措施之一。

2 發酵過程中甲醇及雜醇油的生成機理

2.1 甲醇的生成及影響因素

果酒在釀造過程中易產生甲醇，這與原料果膠含量、果膠酶及酵母菌的作用有較大關聯，目前其生成機理的研究主要集中在果膠分解代謝和甘氨酸代謝兩個途徑[9]。

果膠分解代謝途徑是指，果膠在果膠酯酶的作用下分解成甲醇和果膠酸（式1），原果膠、果膠酶含量都對甲醇的生成量有影響[10]。YURI L等[11]研究發現，植物細胞壁果膠在果膠酯酶參與下形成甲醇。CABAROGLU T等[12]對100多種葡萄酒樣進行了甲醇含量的分析，試驗證明了甲醇含量與破碎時果膠的進入有直接的關系。白鳳岐[13]通過對比添加果膠組、脫除果膠組、對照組酒中甲醇含量的差異，證明果品果膠含量與其釀造酒的甲醇含量成正比。

此外，果膠酶的種類和添加量都對甲醇的生成有顯著影響。劉文等[14]通過比較兩個品種桃蒸餾酒中甲醇含量差異性，發現倉方早生和中華壽桃兩品種的桃蒸餾酒甲醇含量差異大，主要是與果實中的果膠酶含量、果膠含量相關。姚萬欣[15]對不同果膠酶添加量的固態發酵蒸餾梨酒檢測其甲醇生成量，發現甲醇生成量與果膠酶添加量呈顯著正相關。張卉[16]研究蘋果酒甲醇生成的影響因素時發現，果膠酶處理的果泥、果汁和果渣得到的蘋果酒的甲醇含量分別比對照組甲醇含量增加了530.06%、668.21%、229.63%（40%乙醇），經方差分析顯示均具有有顯著差異，說明果膠酶處理對蘋果酒的甲醇含量有顯著影響。

甘氨酸代謝被認為是甲醇生成的另一主要途徑，其作用機理是酵母發酵產酒精的同時，果品中的甘氨酸可在脫氨脫羧酶的作用下直接反應生成甲醇（式2），或是通過甘氨酸裂解酶先分解生成甲胺（式3），再與亞硝酸反應生成甲醇（式4）[15，17]。甘氨酸的濃度與甲醇生成量有密切關系。武曉娜等[17]通過研究釀酒酵母與甘氨酸發酵生成甲醇關系，發現當甘氨酸質量濃度＜0.9 g/L時，與釀酒酵母生成甲醇的量呈線性關系，甘氨酸越多時，產生的甲醇的含量也越多，甘氨酸的轉化率達到了24.2%，同時研究還發現，甲醇的產量不僅與甘氨酸相關，而且還與酵母的菌種、發酵工藝的條件相關。

此外，酵母生長代謝情況也間接影響甲醇的生成。姚萬欣[15]在固態發酵蒸餾梨酒的研究中發現，隨發酵溫度的升高和發酵時間的延長，甲醇含量增加。顏雪輝等[18]實驗結果發現，隨著發酵的溫度升高，酵母菌生長旺盛，甲醇含量也較高。這也預示著可能存在與酵母相關的甲醇生成新途徑，需要深入研究。

2.2 雜醇油的生成及影響因素

雜醇油是原料中蛋白質、氨基酸和糖類分解形成的高級醇類[19]。目前推斷雜醇油的生成途徑有兩種：一是氨基酸降解代謝路徑（Ehrlich代謝機制）[20-21]，即釀酒原料中的氨基酸先通過轉氨酶的促進下形成α-酮酸，α-酮酸與脫羧酶進一步反應形成醛，還原生成較氨基酸少一個碳原子的雜醇油。另一種是糖合成代謝路徑（Harris代謝機制）[22]，酵母以糖為基質，代謝合成自身必需的氨基酸，其中間體α-酮酸在酶的作用下進行脫羧，后通過還原反應生成相應雜醇油。推斷的代謝途徑見圖1。

圖1 雜醇油的代謝途徑Fig. 1 Metabolic pathway of fusel oil

目前，國內外對果酒中雜醇油生成的控制主要從可同化氮素和發酵工藝條件兩個方面進行調控。可同化氮素是指在酒精發酵中酵母優先利用的氮素，包括游離α-氨基酸、小分子多肽以及銨態氮等[24]。可同化氮素與雜醇油的形成有密切關系，在發酵液中添加可同化氮素會影響發酵產物中雜醇油的含量[25]。據文獻報道，添加亮氨酸或異亮氨酸的酵母發酵混合物導致雜醇油的產量增加[26]。TORREA D等[26]通過比較葡萄發酵醪液中添加無機氮和有機氮對葡萄酒的揮發性成分和香氣特性，發現銨態氮和有機氮的添加降低了雜醇油的含量。VIDAL E等[27]研究可同化氮源對甘蔗酒中雜醇油的影響，發現向可同化氮素含量低的甘蔗汁中添加銨態氮后發現雜醇油的含量降低。商玉薈[28]通過探究不同種類和濃度的外加氮源對無核荔枝酒品質的影響，發現外加氮源的種類對無核荔枝酒中雜醇油的產生有不同影響。

此外，由于酵母種類和發酵工藝條件能間接調控酵母的雜醇油代謝，因此酵母種類和發酵工藝條件與雜醇油的形成也有密切關系。STAVER M等[29]研究了釀酒酵母菌種對雜醇油生成的影響，結果表明選擇適宜的酵母菌種可以明顯降低雜醇油的生成量。發酵工藝條件也會影響雜醇油生成。于濤等[30]通過蘋果酒中雜醇油生成控制研究，發現酵母接種量增大、磷酸氫二銨添加都會降低蘋果酒中雜醇油的含量，發酵醪液糖度增大、pH升高、溫度升高都會增大雜醇油的含量。

3 甲醇及雜醇油檢測方法的研究

3.1 甲醇檢測方法的研究

3.1.1 亞硫酸品紅比色法

亞硫酸品紅比色法是國標GB/T 15038—2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》規定為酒精通用試驗方法之一，該方法通過高錳酸鉀磷酸溶液將甲醇氧化為甲醛，過量的高錳酸鉀被草酸還原，所生成的甲醛與亞硫酸品紅反應，生成醌式結構的藍紫色化合物，于波長595 nm處比色測定。牛桂芬[31]通過幾種白酒中甲醇含量的測定，發現經過對顯色劑品紅-亞硫酸試劑的改進，使得標準曲線線性關系得到很大提高，根據標準曲線回歸方程計算甲醇濃度，所得中、高標準溶液濃度相對標準偏差（relative standard deviation，RSD）分別為2.07%和1.34%，均小于5%，表明精密度良好。

亞硫酸品紅比色法具有所需儀器和試劑簡單，操作簡單、成本低等優點，但在測定過程中，常遇到顯色不穩定，操作繁瑣、費時、工作曲線重現性差和回收率試驗不理想等問題。

3.1.2 變色酸比色法

變色酸比色法是國標GB/T 15038—2006規定為酒精通用試驗方法之一，該方法對甲醇進行測定，通過高錳酸鉀將甲醇氧化成甲醛，過量的高錳酸鉀用偏重亞硫酸鈉除去，甲醛與變色酸在濃硫酸存在下，先縮合，隨之氧化，生成對醌結構的藍紫色化合物，在波長570 nm處比色測定。孫煥冬等[32]通過優化變色酸比色法測定葡萄酒中甲醇含量的實驗條件，得出穩定性良好，準確度高的實驗方法，該方法呈較好的線性關系，標準曲線回歸方程為Y=15.586X-0.030 5，相關系數R2=0.995 2。

變色酸比色法其測定具有操作簡單、成本低的優點，但因其測定過程同時受乙醇純度、顯色劑、顯色酸度與時間、溫度等多種因素影響，存在重現性較差的缺點，目前應用較少。

3.1.3 氣相色譜法

氣相色譜法是世界上公認的測定酒中甲醇及雜醇油的方法，其原理是利用不同醇類在氫火焰離子化檢測器把各組分的濃度信號轉變為電信號后由記錄儀或工作站軟件記錄下來，根據色譜峰保留時間可以定性分析，峰面積或峰高可以進行定量分析[33]。羅玥[34]研究酒中甲醇測定方法，分別對氣相色譜直接進樣法和頂空進樣法測定12種酒中的甲醇含量進行研究和比較，檢驗結果表明直接進樣內標法的檢出限為7.5 mg/L，加標回收范圍為95%～105%，分析精密度試驗結果相對標準偏差（relative standard deviation，RSD）＜2%，該方法具有結果準確、重復性好的特點。盧鷺濱等[35]通過低甲醇金桔蒸餾酒工藝的探究，發現利用氣相色譜法測定的金桔蒸餾酒原酒中甲醇含量，結果準確，重復性好。

氣相色譜法可直接分析果酒中甲醇含量，具有精密度高、分離效果好、選擇性高、短時間內能進行多次檢測等優點，但氣相色譜法所需儀器昂貴，檢驗程序復雜、工作量大且測量過程繁瑣費時[41]。

3.1.4 其他測定方法

研究酒中甲醇的測定，除了以上幾種方法外，還有紅外光譜法、高效液相色譜法、核磁共振（nuclear magnetic resonance，NMR）法、折射法[11，36]。劉建學等[37]采用近紅外光譜法快速檢測基酒中的甲醇含量，建立甲醇的定量分析模型，并對模型進行驗證，研究結果表明，所建立的甲醇定量分析模型與常用的氣相色譜法預測效果一致，模型的精密度和穩定性良好，可為基酒中甲醇含量的在線快速檢測提供方法指導。ZHANG Y L等[38]采用傅里葉變換紅外光譜和二維紅外相關光譜對不同紅葡萄酒的主要成分和不同干紅葡萄酒的揮發殘渣進行分析。結果表明，紅外光譜法是一種直接有效的分析不同紅葡萄酒主成分和鑒別不同紅葡萄酒的方法。由于儀器價格昂貴、靈敏度不高、操作繁瑣、成本高等，這些方法實際價值不大。

3.2 雜醇油檢測方法的研究

3.2.1 比色法

雜醇油的測定基于脫水劑濃硫酸存在下生成烯類與芳香醛縮合成有色物質，以比色法測定。張建才等[39]通過研究比色法測定葡萄酒中雜醇油含量的實驗條件，該方法呈較好的線性關系，標準曲線回歸方程Y=15.586X-0.030 5，相關系數R2=0.995 2，穩定性良好、準確度高。

比色法具有操作簡單、成本低等優點，但也存在一些缺陷，如酒中還有很多物質會干擾顯色，顯色不穩定，實驗結果重現性較差，靈敏度低，測定誤差大，線性關系不理想等，且此法只能檢測酒中雜醇油的總量，不能區分出單個的量。

3.2.2 氣相色譜法

原理同甲醇氣相色譜分析。遲超逸等[40]通過毛細管氣相色譜法測定不同陳釀容器貯存紅棗白蘭地中甲醇、雜醇油含量，建立了一種利用毛細管氣相色譜法同時測定紅棗白蘭地中的甲醇、雜醇油的測定方法，該方法快速、準確、操作簡單。結果表明，方法的RSD≤0.34%，樣品的加標回收范圍為97.56%～102.48%，該法具有較高準確度和精密度。孟雄飛等[41]通過氣相色譜法同時測定酒中的甲醇、正丙醇、異丁醇、異戊醇等10種成分，結果顯示酒樣中甲醇、正丙醇、異丁醇、異戊醇等10種物質的檢出限達3 mg/L，相關系數均在0.999 0以上，該方法的精密度試驗結果RSD在2.2%～9.9%之間，加標回收率范圍為82.3%～118.6%，該法具有較高的準確度和精密度，所得結果可靠。

目前氣相色譜法對酒中的雜醇油進行測定相對繁瑣，耗時較長，且蒸餾過程中沸點低的雜醇油容易揮發損失。

3.2.3 光譜分析法

光譜分析法是將近紅外光譜技術與區間偏最小二乘法結合，篩選最優近紅外波長區間，建立雜醇油含量的預測模型。吳同等[42]利用該方法篩選出定量酒中雜醇油含量的最優波長區間，獲得了預測能力優于全譜偏最小二乘的校正模型，并在獨立的測試集上進行了系統驗證。該方法具有快速預測、預測性高、簡便快捷低成本無污染以及不破壞樣品等優點。但因模型構建，樣品需要量大，且對樣品狀態、測試方式、測試條件都有較嚴格要求，獲取不易，同時還存在分析軟件操作復雜等原因，極大的限制了該方法的應用。

4 結論與展望

甲醇和雜醇油是果酒釀造的常見副產物，而飲用甲醇及雜醇油含量過高的果酒可對人體造成毒害，是評價果酒品質的重要考量因素，因此，對其生成量進行調控是果酒研究不可忽略的部分，對果酒規模化、產業化生產有重要意義。本文對果酒中甲醇與雜醇油的生成機理、調控因素及檢測方法進行了綜述。目前果酒中甲醇、雜醇油的形成機理及相互關系在具體的果酒原料、發酵條件下，甲醇、雜醇油變化規律的研究還需進一步深入。且當前果酒的相關研究仍多以葡萄酒為主，因此在進行特定原料的果酒釀造過程中，還需從原料組分、發酵工藝入手選擇適宜的試驗和檢測方法。現在甲醇及雜醇油的檢測多為分別檢測且方法單一、操作繁瑣，因此在不同原料果酒中同步檢測甲醇及雜醇油的方法尚待摸索和確立。