醬香型白酒的研究現狀

郭世鑫，姚孟琦，馬文瑞，李 紅，皇甫潔，韓興林，賈士儒*

（1.天津科技大學 生物工程學院，天津 300222；2.中國食品發酵工業研究院有限公司，北京 100015）

中國白酒在世界蒸餾酒中最具特色，它的獨特工藝是千百年來中國勞動人民生產經驗的總結和智慧的結晶，有清香、濃香、醬香、米香四大基礎香型，是世界上消費最大的酒精飲料，每年的消費量超過40億t[1-2]。其中，醬香型白酒釀造工藝具有高溫制曲、高溫堆積、高溫發酵、高溫餾酒、生產周期長的特點，這樣的工藝造就了醬香型白酒的獨特風味。醬香酒的典型代表是茅臺酒、郎酒、習酒。隨著經濟社會的發展，貴州茅臺酒作為醬香酒的代表，2020年總營收約977億元、凈利潤約455億元，利潤率達到46.38%[3]，以其高端酒優勢及具有相對較好的飲后舒適度和抗氧化的特點越來越受到消費者的喜愛[4]。

醬香型白酒具有醬香突出，香氣優雅細膩，口味醇厚，回味悠長，空杯留香持久的獨特風格，這是醬香酒區別于其他類型白酒的顯著特征[5]。醬香酒的特征在一定程度上是由其獨特的生產工藝、氣候和微生物多樣性決定的。特色風味分析一直是醬香酒研究的熱點之一，目前對醬香型白酒的主題香氣成分尚無定論[3]。本文從醬香型白酒生產工藝、微生物、風味特征及其釀造環境研究現狀進行概述，以期為今后醬香型白酒研究以及風格的穩定性提供參考。

1 生產工藝研究

1.1 原料

1.1.1 高粱

高梁作為生產醬香型白酒的直接原料，其品質對酒的質量有著重要的影響[6]。生產醬香型白酒需要獨特的釀造工藝，這要求用具有粒小皮厚、顆粒飽滿和玻璃質含量較高等特性的糯高粱，以保證能夠經受住兩次投料九次蒸煮的釀造過程。為確保醬香型白酒獨特的風味，釀造所用糯高粱支鏈淀粉含量要高、單寧和蛋白質含量適中、較少的脂肪含量[7]。HAN X L等[8]在白酒釀造中比較了高粱，小麥，玉米，大米和大麥，發現由高粱制成的酒精中的乙酸乙酯濃度高于使用其他谷物釀造的白酒，而醛和高級醇的濃度較低。郭敏等[9]通過模擬發酵實驗，從糖化菌株米曲霉（Aspergillus oryzae）和釀酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）發酵過程的生物量、產糖、產乙醇結果來看，貴州仁懷產紅纓子糯高粱在發酵過程更有利于雙邊發酵的協同性。XU X M等[10]的研究使用了五個澳大利亞谷物高粱品種和一個中國品種進行白酒固態發酵，研究得出的結論是，產生高乙醇含量的谷物高粱品種含有較高的總淀粉、支鏈淀粉，并且碳氮比（C/N）比較大，但粗蛋白含量較低。不論高粱品種如何，固態發酵都主要消耗支鏈淀粉而不是直鏈淀粉，消耗非抗性淀粉而不是抗性淀粉。研究表明，不同的澳大利亞和中國商品高粱品種的主要籽粒組成和發酵性能存在很大差異。

1.1.2 小麥

醬香酒采用獨特的高溫大曲作為糖化發酵劑，麥曲的香氣被認為是醬香的主要來源之一。麥曲既作糖化發酵劑，又作釀酒原料，其所用的小麥品種一般為白皮軟質小麥，品質優劣直接影響高溫制曲的質量。董永梅等[11]通過比較不同小麥為原料的制曲結果，傳統工藝制成的高溫大曲，硬質麥和硬質麥潤料后的成品曲整體感官指標，理化指標均低于軟質小麥曲，造成制優質酒率低。馮雨[12]對不同小麥制曲特點進行分析，軟麥有利于大曲生香，保證高溫大曲的質量，利于產優質酒。醬香型白酒大曲制作工藝如下：

1.2 釀造工藝

隨著市場越來越傾向于醬香酒，醬香酒的品牌也越來越多，但釀造工藝的差別、地域不同會影響醬香酒的風格[13-14]。醬香酒的傳統釀造工藝以優質的糯高粱為原料（不破碎或破碎20%），用小麥制成的高溫大曲為糖化發酵劑，前兩次投料并高溫堆積，采用條石筑的窖池進行發酵，經過一年的9次蒸煮、8次發酵、7次取酒，長時間貯存后勾兌而成[15]。潘學森等[16]在釀造過程中用碎沙進行續料，酒醅變得疏松和起溫層增加，有利于耐高溫微生物的生長繁殖；第6輪發酵產酒后開始采用碎沙工藝，酒的口感變得更加柔順、協調，酒的糟味減少。張健等[17]在探索機械化堆積試驗，雖然未達到傳統工藝標準，但能滿足生產要求。尚柯等[18]認為堆積過程中產生的香氣成分為醬香酒的獨特風味產生一定的作用，堆積時間的延長，揮發性物質的種類也會呈現一個緩慢上升的趨勢。北方與南方的氣候差異較大，北方醬香型白酒的生產和茅臺鎮傳統醬香型白酒的生產工藝不可能完全一致，必須根據當地的氣候條件做出適當的調整。青州云門酒業根據當地氣候環境條件對醬香型白酒生產工藝進行了適當的調整，采用碎沙工藝、碎沙續料，提高了淀粉含量、酒醅變得疏松[19]。并在投料過程中，加入河內白曲和細菌曲等。新疆伊犁河谷醬香型酒根據當地氣候環境條件，在制曲過程中，加入一定量的母曲。通過碎沙續料，使酒醅疏松，并采用復式堆積。該工藝能夠適宜伊犁河谷醬香型酒的釀造生產[20]。

1.3 貯存與勾兌

新生產的白酒需要貯存比較長的時間，尤其是醬香型白酒，才會使口感變得柔和，香氣風格也更加協調。備受關注的白酒人工催陳技術將會改變白酒陳釀周期長、占地面積大和投資成本高等問題。目前白酒人工催陳技術中的物理催陳和生物催陳應用潛力較大[21]。ZHEN C等[22]通過在聚間苯二甲酰間苯二胺（poly（m-phthaloyl-m-phenylene diamine），PMIA）膜表面引入固定化生物酶，制備了在類病毒二氧化硅/聚間苯二甲酰間苯二胺上的南極假絲酵母脂肪酶B）（Candida antarticalipase B@virus-like silica/PMIA，CALB@VLS/PMIA）膜，該膜具有良好的分離和生物催化性能，其中CALB@VLS與PMIA的互聯可以提高一步精制白酒和催化合成芳香酯的能力。XU M等[23]對白酒進行高壓處理后，氣相色譜（gas chromatography，GC）分析的結果表明，高壓處理后，醇、醛和乙酸乙酯的含量呈下降趨勢，這與自然老化過程中的趨勢一致；但在酸中未發現明顯變化。貯存容器、溫度、年份，以及流通過程中不同材質的玻璃都會對醬香型白酒品質產生影響[24-27]。

勾兌是成品醬香型酒最后一道工序，也是形成醬香酒不同風格的關鍵步驟。醬香酒“勾兌”是把不同輪次、不同等級、不同特點的醬香酒按不同的比例搭配摻和在一起，使醬香白酒的“色、香、味、格”等達到某種程度上的協調與平衡。醬香型酒香味成分的復雜程度是各類香型白酒之首，對其香味組分的研究尚有很多未知數，醬香酒的勾兌也比其他香型的酒更為復雜[28]。

2 醬香酒釀造微生物研究

茅臺鎮具有豐富的微生物類群，這些微生物對醬香酒的生產影響最為顯著。茅臺鎮經過多年的釀酒活動，有益于釀酒的微生物在釀酒活動和自然活動的雙重影響下得到了長期穩定的生長和繁衍。高溫制曲和堆積發酵是茅臺酒生產的兩個重要階段，這其中的微生物群落也很復雜。高溫堆積過程相當于二次制曲，這種開放式的生產可以網羅大量微生物，微生物區系變得復雜化，酶系也比較復雜[29-31]。

2.1 高溫大曲中的微生物

“曲為酒之魂”，酒曲優劣與白酒酒體質量和產酒率密切相關。發酵是一個復雜的動態過程，孫利林等[32]解析了兩個不同醬香酒廠的大曲里的微生物結構，兩酒廠大曲主要優勢細菌菌群為芽孢桿菌科的未定義菌屬（Bacillaceae unclassified）、海洋芽胞桿菌屬（Oceano bacillus）和芽孢桿菌目的其他菌群等；主要真菌優勢菌群為曲霉屬（Aspergillus）、嗜熱子囊菌屬（Thermoascus）和嗜熱真菌屬（Thermomyces）等；并發現兩酒廠大曲中微生物菌群的組成相似但豐度存在明顯差異。WANG X D等[33]等高通量測序方法從5個茅臺大曲樣品中分離并鑒定了霉菌屬。同時，曲霉菌（Aspergillussp.）和根霉菌（Rhizopussp.）是五個茅臺大曲樣品中常見的優勢霉菌屬。五個茅臺酒中大曲樣品的霉菌菌株具有較高的糖化淀粉酶生產能力。WANG Q等[34]從12個環境樣品中提取總脫氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid，DNA），估計每個樣品中的微生物豐度。大曲是茅臺酒發酵細菌的主要來源。茅臺酒發酵的真菌主要來自大曲和高粱，細菌濃度在酒糟中最高。ZUO Q等[35]通過研究對比人工制曲和機械制曲的細菌群落差異，發現手工制曲的細菌群落和機械制曲的細菌群落是相似的，可以把機械制曲應用于醬香酒工業，加速醬香酒生產的工業化。

2.2 堆積發酵及生產中的微生物

堆積發酵主要網羅空氣中的微生物，FENG Q等[36]對赤水河兩個不同采樣點的四季細菌和古菌的多樣性分析發現，所有細菌的優勢群落為變形桿菌（Proteobacteria），其中丙型桿菌（gamma-Protebacteria）所占比例最大。物種豐富度四季都在下游較高。WANG L等[37]利用Illumina測序平臺對茅臺酒生產過程中三個關鍵環節的細菌群落進行了分析。在制曲階段，明珠藻科（Leuconostocaceae）和腸球菌科（Enterococcaceae）占主導地位，成熟大曲主要是芽孢桿菌科（Bacillaceae）。在堆積發酵初期和窖池發酵階段分別以芽孢桿菌科（Bacillaceae）和乳桿菌科（Lactobacillales）為主。

2.3 產香微生物研究

在微生物對醬香型白酒風味的貢獻中，細菌微生物醋酸菌、乳酸菌產生醋酸和乳酸。霉菌分泌產生各種酶。米根酶等根霉屬微生物有較好的淀粉糖化力、蔗糖轉化力，分泌產生大量的α-淀粉酶、β-淀粉酶、糖化酶等；曲霉分泌產生液化淀粉酶、蛋白酶等。酵母類微生物產酒產香。對醬香酒產香微生物的研究，主要集中在產醬香、糠醛類、吡嗪類微生物的研究。醬香型大曲醬香來源最初認為是高溫制曲的美拉德反應，徐巖等[38]首次證實了中國白酒中四甲基吡嗪主要來源于微生物代謝合成。趙興秀等[39]從郎酒集團提供的醬香型大曲中篩選出產醬香的菌株，對其產生的醬香成分進行分析。篩選三株菌都為枯草芽孢桿菌（Bacillussubtilis），具有產醬香特性，生理生化分析初步判定，三株菌的醬香成分中吡嗪類、酮類種類和含量都較多，吡嗪和酮類對醬香風味的貢獻較大。鐘姝霞等[40]研究了醬香型酒醅中的產香芽孢桿菌及其優勢代謝產物，對發酵產物進行分析，結果表明：菌株的優勢產物主要為3-羥基-2-丁酮。蠟樣芽孢桿菌（Bacillus ereus）、泛酸枝芽孢桿菌（Virgibacillus pantothenticus）、巨大芽孢桿菌（Bacillus megateri-um）、枯草芽孢桿菌和地衣芽孢桿菌（Bacillus licheniformis）這五類菌株是醬香型白酒主要的產香功能菌。王小平等[41]對醬香大曲中的產醬香風味菌株進行初步篩選，模擬固、液態發酵，最終得到3株產醬香風味濃郁的地衣芽孢桿菌。以麩皮浸出汁為發酵培養基，得出了最佳產醬香條件。張小龍等[42]分析遵義5個醬香型白酒廠釀酒用大曲揮發性成分，以及從大曲中分離產香酵母和細菌固態發酵后的揮發性成分，其中棕櫚酸甲酯、棕櫚酸乙酯、亞油酸甲酯等6種高沸點酯是大曲中主要揮發性成分，這些成分由酵母代謝提供，而芽孢桿菌代謝產生大量具有醬味的吡嗪類物質和酸味的物質，芽孢桿菌在發酵過程中也提供果香味成分，酵母為白酒除提供果香味成分外，還提供重要風味成分愈創木酚類化合物。

3 醬香型白酒風味研究

白酒中含有98%的乙醇和水，其余的微量組分決定了白酒質量、酒體風格，正是這些占比小的微量成分決定了白酒的香型風格。醬香型白酒的風味研究始于20世紀60年代[43]，1960年中國輕工部發酵研究所與大連化物所合作，在“茅臺試點”采用色譜，質譜，光譜等分析技術對茅臺酒中的風味成分進行解析，首次確立了醬香型白酒的三個典型體，即“醬香”、“醇甜”、“窖底香”。

3.1 醬香型白酒風味研究方法

20世紀60～90年代，研究人員圍繞醬香型白酒的主體香氣展開了研究。進入21世紀后，隨著分析檢測方法的進步，人們對醬香酒風味的分析方法越來越完善。徐巖[44]提出的以風味導向技術為學術思想指導下建立的中國白酒風味物質研究的技術方法體系（見圖1）是目前白酒風味化學的主要研究方法，主要利用氣相色譜的高效分離特性與質譜定性能力，結合嗅聞技術、核磁共振、香氣活力值（odour activity value，OAV）分析及香氣缺失與重構實驗等，系統地介紹了包含風味化合物的提取分離、定性定量以及重要風味化合物的判定和關鍵風味物質的確認，為醬香型白酒風味化學的研究提供了基本的理論思路。

圖1 白酒風味化學研究技術路線Fig.1 Technical route for Baijiu flavor chemistry research

3.2 醬香型白酒風味物質研究

醬香白酒風味構成龐雜，是目前檢測到風味化合物最豐富的白酒。FAN W等[45]推測，茅臺風味酒的主要風味或主要香氣成分是沸點相對較高，極性更強，醇和脂質溶解度和濃度很低的那些，這些成分也可能是酸性或中性的。相反，先前嘗試和推測來解釋茅臺風味酒的特征尚無定論。茅臺風味酒的成分非常繁復，為了確定其中的酸，酯，醇和其他化合物的類型和比例以及其理化性質，需要進行大量研究[46]。使用綜合二維氣相色譜和質譜法對茅臺酒風味物質進行解析，ZHU S等[47]在茅臺酒中確定了528種化合物，包括有機酸、醇、酯、酮、乙縮醛、內酯以及含氮和硫的化合物。其中，酯占香氣化合物的大部分。具體而言，己酸乙酯和丁酸乙酯最豐富。己酸乙酯具有果香，花香和甜美的香氣，丁酸乙酯和乙酸乙酯具有菠蘿味，己酸和丁酸是檢測到的最豐富的脂肪酸。乙酸有刺鼻的氣味。此外，4-甲基戊酸還帶有草莓味。在確定的112種醇類物質中，有52種含量特別豐富，其中，具有腐臭味的3-甲基丁醇是僅次于乙醇的第二高濃度。根據最新研究[48]，白酒中共發現1 874種揮發性香氣化合物，但茅臺酒的主要香氣成分仍不清楚。2019年，美國學者CADWALLADER K R首次采用香氣萃取稀釋分析（aroma extract dilution analysis，AEDA）的研究手段對醬香型白酒中的風味組分進行詳細的解析，總共鑒定出60種揮發性化合物[49]。研究發現，2-甲基丁酸乙酯、乙縮醛、2-甲基丙酸乙酯、2-甲基丁醛、3-甲基丁酸乙酯以及3-甲基丁醛具有較大稀釋因子（dilution factor，DF）值，并首次在醬香型白酒中鑒定出3種閾值極低的化合物：2-甲基-3-呋喃硫醇，甲基2-甲基-3-呋喃基二硫以及雙（2-甲基-3-呋喃基）二硫。

4 釀造自然環境研究

茅臺鎮優質的水源，造就了優質的茅臺酒。3種白酒廠生產用水中礦物質含量如表1所示，3種名優酒廠都是用小麥制曲后與高粱共同發酵，最后蒸餾產酒，但是各名優酒廠生產用水的微量礦物質元素含量差異較大，生產出來白酒的香味也大有不同[29]。茅臺鎮赤水河的水與富含多種微量元素的地下水，共同組成了茅臺鎮的優質水源體系，提供了茅臺酒釀造的優質水源[50]。最近茅臺鎮的水源受到了破壞。滕智超等[51]選取赤水河上游5個監測斷面進行污染源分析。各監測斷面出水質指標除茅臺站均達標，茅臺站污染最嚴重，其氨氮和糞大腸菌群水質指標均超出水環境功能區要求。在對污染源分析中，其主要污染源為農田徑流面源污染，其次是煤礦源和白酒工業源污染。蔡宏[52]由已建立的水質響應模型，結合各生態環境因子的變化量，計算得到25年來各水質指標的變化量。茅臺斷面所在子流域，綜合水質由1988年的I類水，變為2013年的III類水。

表1 3種白酒廠生產用水中礦物質含量[29]Table 1 Mineral contents of production water from 3 Baijiu factories μg/L

5 展望

隨著我國經濟的發展和開放程度的提高，發展綠色、健康、現代化、國際化的產業發展已成為未來發展的主要趨勢，當然對于醬香酒品質的要求也會提高。通過研究醬香酒的釀造工藝、氣候條件、微生物活動和風味化學，了解影響因素，從而提升醬香酒品質（風格、香氣、口感），為我國醬香酒風格特色的穩定發展提供一定的理論基礎。

白酒生產存在著許多缺點，缺乏現代化控制和標準化規范。醬香酒生產強烈依賴于個人操作技能和經驗，為降低成本和保持穩定的酒質，白酒現代工業化的發展勢在必行。如今，隨著現代社會的發展，中國白酒行業面臨著挑戰和機遇：工業現代化，環境友好型生產，更好的流程控制，標準化的操作以及一致的產品質量和安全性。半自動化已經用于某些新型酒，這都表明了從原始操作向工業現代化的轉變。但是，中國醬香型白酒的創新是一個復雜而長期的過程，需要研究基本原理來優化這一過程。現代食品生物技術促進了食品發酵從經驗過程向先進技術發展[2]。

目前為止，醬香型白酒中主體香氣組分仍未確定，但學者們通過大量研究數據的分析總結，達成的共識是醬香的主體香氣是由多種物質組成的復合型香味而非某一種或幾種風味組分所構成的[53]。在分析醬酒中的呈醬化合物，可從利用更多的風味化合物進行風味重組、添加、缺失實驗。

保護茅臺鎮自然環境和水質，生產環境中豐富的微生物類群才會得以保護，保證茅臺鎮醬香酒的品質。茅臺鎮內的赤水河流域應發展高效生態農業，培育高產糯高梁品種，重視白酒生產排出的污水對環境和水質的影響，提高整個地區污水處理能力。合理規劃建設用地，堅守耕地紅線；加大退耕還林、還草力度；加強石漠化綜合治理，降低裸巖率；降低人口密度，推進生態移民。