基酒中異味物質及其控制措施研究

楊 平，蔡小波，黃孟陽，林 楊，宋 攀，秦 輝

(1.重慶大學生物工程學院，生物流變科學與技術教育部重點實驗室，重慶 400044；2.瀘州老窖股份有限公司，四川瀘州 646000；3.國家固態釀造國家工程技術研究中心，四川瀘州 646000）

白酒是我國獨有的酒精飲料，具有2000多年的歷史，在經濟和文化中占有重要地位，2019年中國的白酒產量達887萬千升，銷售收入5896億元，利潤達到1526億元。根據香味物質成分，白酒可分為濃香型、醬香型、清香型、米香型等[1]，其中濃香型白酒占全國總產量的70 %，其采用粉碎高粱為釀酒原料，大曲作糖化發酵劑，經過糖化、泥窖固態發酵，蒸餾、貯存、勾調而成[2]。白酒主要成分為乙醇和水，兩者占酒體總物質含量的98%以上，其余不到2%的物質均為微量組分[3]。在白酒眾多微量組分中，有的為香味物質，使白酒形成獨特的風格特征，如乙酸乙酯、己酸乙酯等[4]；有的則會給酒體帶來異味，如糠味、臭味、苦味、澀味、酸味、糟糊味、黃水味等[5]，這些異味物質的存在，會給酒體風味帶來嚴重的影響，降低基酒中優質酒比例，從而造成經濟損失。因此，對酒體中異味物質的種類、來源、檢測方法以及防控措施進行研究，已成為一個迫在眉睫的問題。

鑒于此，本文對異味物質相關研究進展進行梳理，主要從異味物質的來源、代謝微生物、檢測方法以及防控措施進行論述，并對未來研究方向進行了展望，以對白酒異味物質的防控提供理論基礎。

1 白酒異味物質來源

白酒的異味主要包括臭味、苦味、澀味、酸味等，其形成主要原因為酸、酯、醇、醛、酮等物質在基礎酒中比例失調，超過一定的閾值，從香味物質變成異味物質[6]。異味的存在，會嚴重影響基酒的質量，給白酒企業造成嚴重的經濟損失[7]。

1.1 臭味

酒體中的臭味主要由硫化氫、硫醇、丙烯醇和丙烯醛及其酯類等物質引起。其中硫化氫主要通過微生物代謝將胱氨酸、半胱氨酸和含硫蛋白質分解產生[8]，本身呈臭雞蛋氣味，且閾值極低，若在發酵過程中稍有不慎就會出現硫化氫的味道[6]；丙烯醇和丙烯醛具有強烈的臭味，由乳酸菌與酵母菌甘油發酵產生[9]；硫醇主要由酵母在發酵過程中以半胱氨酸和二氧化硫為底物代謝合成[10]。

1.2 苦味

雜醇類、糠醛、酚類化合物含量過高，失去平衡，會造成酒體偏苦，其產生的原因主要為原輔料中感染霉菌、曲藥投加量過大以及糟醅倒燒等[11]。在苦味物質中，糠醛帶有苦杏仁味，由半纖維素經分解形成戊糖，戊糖脫水環化生成[12]。雜醇類化合物為高沸點物質，主要存在于末段基酒中，生成途徑主要有2個：(1)釀酒原料中的蛋白質分解成氨基酸，再由氨基酸脫氨、脫羧形成比氨基酸少一個碳原子的高級醇；(2)淀粉經水解和糖酵解途徑形成丙酮酸，再由丙酮酸與氨基酸作用生成α-酮酸，經還原后生成高級醇。酚類物質主要包括4-甲基愈創木酚、苯酚、4-乙基愈創木酚等[13]，主要由高粱中的單寧在糊化過程中分解產生。

1.3 澀味

酒體澀味主要是乳酸、乳酸乙酯、單寧含量過高造成，其中乳酸和乳酸乙酯產生途徑為：乳酸桿菌在無氧條件下利用糖酵解途徑將葡萄糖分解成丙酮酸，再由丙酮酸在乳酸脫氫酶的作用下還原生成乳酸[14-15]，乳酸進一步在酯化酶的作用下與乙醇結合生成乳酸乙酯。乳酸和乳酸乙酯本身為白酒的香味物質，能賦予白酒獨特的水果香氣[16]，但如果含量過高，則會給酒體帶來澀味，影響口感；而單寧主要源于釀酒原料高粱，微量的單寧可賦予白酒獨特的香氣，但過量會使蛋白凝固，影響微生物的代謝及酶的作用，并使酒體偏澀味。

1.4 酸味

白酒中常見的酸味物質主要包括乙酸、丙酸、丁酸、己酸、乳酸等有機酸[16]，它們不僅為酒體中呈香呈味物質，更是酯類物質生成的前體，在香味物質中占有重要的地位[17]。但如果生產現場氣溫高、衛生條件差以及釀酒原料中蛋白質含量過高，導致微生物大量繁殖生成過多酸類物質，會使酒體香味物質比例失衡，影響基酒質量。

2 白酒異味代謝微生物

白酒屬于開放式生產，生產過程中會引入許多環境微生物[18]，如果管理不善，引入雜菌過多，會破壞發酵體系微生物群落，影響發酵的進行[19]。研究表明，酒體中霉味的來源土臭素（Geosmin）主要由鏈霉菌產生，張建敏等[20]鑒定出白色鏈霉菌（Streptomyces albus）為醬香型白酒生產過程中土臭素的主要產生菌。Du等[21]通過跟蹤清香型白酒生產過程中各環節土臭素的含量，發現大曲中鏈霉菌（Streptomyces）為酒體土臭素含量過高的原因。劉博等[22]通過高通量測序檢測出梭狀芽孢桿菌（Clostridia）及梭狀桿菌（Clostridium）與酒體中泥臭味來源4-甲基苯酚的變化規律相似，并從窖泥中篩選得到3株代謝4-甲基苯酚的菌株。Serjak等[23]的研究表明，臭味物質丙烯醛為阿瑪拉斯芽孢桿菌（Bacillus amaracrylus）甘油發酵的最終產物。Maarse等[24]發現,酵母菌（Saccharomyce）在發酵過程中，可將醛類物質還原成高級醇，導致酒體偏苦味。關于發酵過程中的異味物質硫化物，馬捷等[25]發現釀酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)可利用無機硫源和有機硫源代謝H2S。馬箭等[26]的研究表明，丁酸梭菌(Clostridium butyricum)為濃香型白酒窖泥中的主要菌群，具有代謝二硫化物的能力。

3 異味物質的檢測方法

目前，關于白酒微量成分的研究主要集中于香味物質的分析，以及主體香味物質對于酒體風格的影響，如己酸乙酯為濃香型白酒的主體香味物質[27]，乙酸乙酯為清香型白酒的主體香味物質[28]，乳酸乙酯為醬香型白酒的主體香味物質[29]。這些物質賦予了酒體獨特的香味特征，形成不同的酒體風格。但是，相較于香味物質的研究，關于白酒生產、貯存過程中的異味物質的研究相對較少。這些異味物質作為白酒揮發性成分之一，檢測方法與白酒常規檢測方法相似，主要包括色譜法和電子鼻、舌技術[30]。

3.1 色譜法

3.1.1 預處理方法

色譜法檢測步驟主要為樣品的預處理（分離和提取）、定性以及定量。其中直接進樣（Direct injection，DI）、液液微萃?。↙iquid-Liquid Microextraction，LLME）和頂空固相微萃?。℉ead-Space Solid-Phase Microextraction,HS-SPME）廣泛應用于白酒中香味組分的檢測中[30]，直接進樣法不需要預處理，樣品通過微型注射器直接進入色譜儀中，白酒中的成分被最大限度的保留。但是，白酒中乙醇含量較高，而一些與乙醇具有相同極性的化合物如乙酸乙酯、乙縮醛、甲醇在色譜圖中的峰可能被高強度的乙醇峰覆蓋，導致檢測結果不準確[31]。液液微萃取是利用物質在兩種互不相溶的溶劑中溶解度或分配系數的不同，使溶質物質從一種溶劑內轉移到另外一種溶劑中的分離方法。該方法操作非常簡便，富集倍數大，萃取效率高，便于與后續檢測方法實現聯用，常用于白酒的定量檢測[32]。曹江平等[33]通過將液液微萃取與高效液相色譜（High Performance Liquid Chromatography，HPLC）聯用檢測白酒中鄰苯二甲酸二異丁酯。孫嘯濤等[34]利用液液微萃取結合氣相色譜-質譜（Gas Chromatography Mass Spectrometry，GC-MS）檢測白酒中四甲基吡嗪、4-甲基愈創木酚和4-乙基愈創木酚含量，結果表明，該方法在較低的限度就可實現對3種物質定量檢測，具有較高的應用潛力。頂空固相微萃取以熔融石英光導纖維或其他材料為基體支持物，利用相似相溶的特點，在表面涂漬不同性質的高分子固定性薄層，通過頂空方式，對待測物體進行提取和富集。相比于傳統預處理方法，頂空固相微萃取具有操作簡單、靈活、便攜、重現性好、精度高、檢測限低等特點[35]，適合與色譜聯用檢測白酒的揮發成分。張明霞等[36]通過頂空固相微萃取對白酒中的香味成分進行分離濃縮，然后再與氣相色譜-質譜聯用，共檢測出了42種香氣成分；楊建剛等[37]利用頂空固相微萃取技術結合氣相色譜-質譜分析川法小曲白酒主體揮發性成分組成，共檢出64種揮發性成分。

3.1.2 色譜法檢測白酒

色譜法分為氣相色譜(Gas Chromatography,GC)和液相色譜(Liquid Chromatography，LC)，其主要是利用不同物質沸點、極性及吸附性質的差異，以流動相(氣體或液體) 對固定相中的混合物進行洗脫，混合物中不同的物質會以不同的速度沿固定相移動，宏觀反應為不同物質在色譜圖中保留時間的不同。在色譜檢測技術中，氣相色譜-質譜聯用(Gas Chromatography,GC-MS)技術以其高度的商業化、強大的分離和定性能力，廣泛應用于基酒、成品酒以及缺陷酒的檢測。Camara等[35]通過GC-MS建立了一種檢測白酒中常見異味物質3-辛醇和1-辛烯-3-醇的方法，可用于白酒中低閾值異味化合物的研究。張燦等[38]通過GC-MS定量白酒中的異味物質，方法具有良好的重復性和準確性，在線性范圍內有很好的線性關系(R2＞0.99)。王尹葉等[39]利用味道稀釋分析和GC-MS聯用來研究白酒中呈苦味和澀味物質的組成。結果表明，呈澀味的物質為2-苯乙醇和乳酸乙酯；同時呈苦味和澀味的物質為糠醛、異戊醇、異丁醇、正丁醇和正丙醇。劉博等[40]利用氣相色譜檢測出酒體中泥臭味的來源為4-甲基苯酚。喬敏莎等[41]利用氣相色譜-質譜技術成功地鑒定出了醬香型白酒中兩種致臭物質二甲基二硫和二甲基三硫。相比于氣相色譜-質譜，全二維氣相色譜（comprehensive two dimensional gas chromatography，GC×GC）及其與飛行時間-質譜（time of flight mass spectrometry，TOF-MS）聯用具有分辨率高、靈敏度高、分析速度快等優點，具有分離檢測白酒中一些難以分離的異味物質的潛力。Niu等[42]使用GC×GC/TOF-MS從清香型白酒中檢測出80種微量組分，其中包括10種含硫物質。徐占成等[43]使用GC×GC/TOF-MS技術，從劍南春酒中檢測出1870種微量組分。武建芳[44]將GC×GC/TOF-MS用于25年陳釀茅臺酒揮發性成分分離與分析，鑒定出400余種微量組分。

3.2 電子鼻、電子舌技術

電子鼻和電子舌是近年來發展起來的新型檢測技術，其主要利用氣體或液體傳感器陣列的響應圖案來識別氣味和味道。與色譜法相比，電子鼻和電子舌主要是對被檢測物質進行綜合性模糊分析，可實現對不同酒齡和原產地酒類的鑒別區分，因此具有檢測差異性更大的缺陷酒的潛力。Liang等[45]通過ZnO-CuO和NiO-CuO組成的8個傳感器檢測不同酒齡的白酒，層序聚類分析結果顯示，同一年份白酒被聚為一類，并且不同酒齡白酒相互隔開，表明所構建的電子鼻對不同酒齡的白酒具有很好的區分能力。Wu等[46]將電子鼻技術與模糊判別主成分分析相結合鑒別6種不同品牌的白酒，分類準確性達到98.378%。Liu等[47]通過電子舌結合模式識別方法區分不同香型的白酒，結果表明，電子舌技術可實現對不同香型白酒的鑒定，分類準確率為100%。隨著材料化學和分析化學的發展，基于傳感陣列的仿生嗅覺和味覺檢測技術也應用到白酒鑒別中，其利用檢測物質與被檢測物質之間的化學反應作為檢測信號，信號靈敏度和特異性都要優于傳統電子鼻和電子舌檢測技術。Qin等[48]基于不同產地白酒微量組分不同，構建了16種染料組成的比色傳感陣列，實現了對10種不同產地白酒的區分。Li等[49]應用金屬離子調節納米銀棱刻蝕的比色傳感陣列，實現了對16種品牌白酒的快速檢測。以上研究表明，電子鼻和電子舌技術可實現對白酒整體微量組分輪廓的檢測，并結合模式識別等數據處理方法對不同白酒分類鑒別，因此可通過電子鼻和電子舌檢測不同種類的缺陷酒，構建缺陷酒指紋數據庫，實現對未知缺陷酒的分類和識別。

4 白酒中異味物質的控制措施

白酒異味物質多由釀酒原料以及生產過程中操作不當，感染雜菌引起。因此降低酒體中異味物質的含量，應從釀酒原輔料、工藝措施等方面進行嚴格管理，從根源上防止異味物質的產生。此外，對于異味物質含量較高的酒體，可通過一些后處理技術進行除雜，以降低異味物質含量。

4.1 生產過程中異味物質的去除

白酒生產工序復雜，主要包括原輔料預處理、出窖、配料、拌糟、上甑、攤晾下曲、入窖等步驟[2]。從生產源頭控制異味物質的產生，首先應對釀酒原輔料進行嚴格的篩選，釀酒高粱中蛋白質含量要適宜，蛋白質是酒體中香味物質生成的前體，可以起到使酒體香氣濃郁幽雅、豐滿細膩、醇和綿甜的作用[50]。但蛋白質含量過高會造成發酵后期酸生成過多，影響口感[6]?？窔獒劸粕a的重要輔料，主要起疏松劑和填充劑的作用[51]，但生糠本身帶有雜味，且含大量的戊糖，在高溫和發酵過程中會生成糠醛[52]，因此在使用之前需對其進行清蒸處理。

其次在生產過程之中，應保證生產區域的清潔衛生，以防止糟醅感染雜菌。窖池在長期的發酵過程中，已形成特定的產酒微生物群落，如果糟醅入窖過程中引入雜菌，會影響窖池微生物群落的組成，進而影響白酒產量和質量[53]。配料方面，應根據糟醅的理化指標和發酵季節對配料進行調整，保證入窖糟醅淀粉含量、酸度、水分適宜，為微生物創造良好的發酵環境。此外，蒸餾也是白酒除雜的重要手段，蒸餾過程要做到緩火蒸餾，摘酒過程中，要求掐頭去尾，量質摘酒，提高基礎酒的質量[54]。

4.2 白酒后處理技術

白酒后處理技術主要是指蒸餾取酒之后進行的相關后處理工藝，它是保障白酒質量的重要措施，通過后處理技術，可大大降低白酒中異味物質含量。白酒的后處理技術主要為基酒勾兌、二次蒸餾、活性炭吸附、膜過濾、冷凍以及離子交換[55-57]。對于由微量組分失調引起的酒體缺陷，可采用勾調的方式處理。如基酒中存在輕微的苦味、酸味，可通過不同基酒組合勾兌的方式進行掩蓋。但如果基酒中異味物質含量過高，則需其他的后處理方式進行去除。二次蒸餾是指在白酒初次蒸餾后，對其進行復蒸，以達到去除異味物質的目的。吳晨岑等[58]研究表明，二次蒸餾能夠有效的去除基酒中的異味物質，降低酸的含量。活性炭具有多孔、比表面積大、吸附能力強的特點，廣泛用于酒體中異味物質吸附。余東等[59]利用酒用活性炭吸附酒尾中的異雜味物質，發現活性炭能在吸附酒尾中雜醇油的同時，保留乙醇、乙酸、丁酸、乳酸乙酯等香味物質。喬敏莎等[7]通過將高猛酸鉀與活性炭聯用去除酒體中二甲基二硫和二甲基三硫，去除率分別為100%和90.71%。張燦等[60]通過比較27種吸附劑對白酒異味物質的吸附效果，結果表明，大孔陰離子交換樹脂對異味物質吸附效果最好，優于凹凸棒土、硅藻土、皂土。

5 展望

異味物質的存在會嚴重影響白酒的口感，造成不可挽回的經濟損失，因此對異味物質的來源、產生微生物、檢測技術以及防治方法進行研究至關重要。目前對白酒組分的研究主要集中于香味物質以及其對白酒風格特征的貢獻，而對于異味物質的研究相對較少。近年來，隨著生物和化學領域的發展，新的研究技術也應用到異味物質的研究中，研究人員通過色譜、基因測序等方法，成功的鑒定了4-甲基苯酚、3-辛醇等異味物質，并分離出了相關異味物質產生菌，為異味物質的防治奠定了基礎。但現階段關于白酒中異味研究還不充分，特別對于其代謝途徑的研究還處于真空階段，未來可對異味物質的代謝途徑進行調控，通過微觀手段對異味物質進行防控。