白酒重要功能成分研究進展

朱安然，程平言，尤小龍，張二康，文 永，黎露露

（貴州習酒股份有限公司，貴州習水 564622）

中國白酒是世界上最古老的蒸餾酒之一，主要以小麥、高粱等為原料采用固態發酵制成，距今已有2000 多年的發展歷史[1]。其釀造過程因釀酒原料、糖化發酵劑、釀酒設備、生產工藝及環境微生物等的多樣性，不同地區、不同工藝生產的白酒各具特色，形成了我國白酒產品百花齊放的態勢。

白酒生產過程具有多菌種發酵和工藝復雜的特性，因此其微量成分十分豐富，約占白酒的2%，是白酒風味和功能活性的物質基礎。近年來，隨著“健康中國2030 綱要”的實施，白酒中具有健康功效的微量成分逐漸成為廣大研究者關注熱點[2]，通過現代風味提取分離技術、現代風味檢測分析技術、分子感官組學等技術手段的應用[3]，白酒中微量成分的研究飛速發展。據統計，白酒微量成分已多達1874 種，其中有超過138 種化合物被證實對人體健康有益，包含萜類、酚類、吡嗪類、氨基酸、多肽等有效成分，具有抗氧化、抗炎、降低心腦血管疾病、抗癌等多種功效[4]。為了實現白酒與健康雙導向，本文綜述了近年來白酒重要功能成分研究進展，以期為白酒健康研究思路提供參考。

1 白酒重要功能成分

1.1 萜類化合物

萜類化合物是異戊二烯聚合物及其衍生物的總稱[5]，主要以萜烯、含氧衍生物的形式存在，將其按碳原子進行分類，可分為單萜、倍半萜、二萜、三萜和四萜或胡蘿卜素。白酒中含有豐富的萜類化合物[6]，常見的主要有β-石竹烯、茴香腦、欖香烯和β-桉葉油醇等。萜類化合物一般有兩個來源，一是來自釀酒微生物，例如釀酒酵母能夠在谷物發酵過程中產生13 種不同的萜類化合物[7]；二是來自釀酒原料，在Wu 等[8]的研究中通過分析不同原料發酵后萜類化合物的變化，得出了釀酒原料和萜類化合物分布具有緊密聯系的結論，證明了高粱、小麥等谷物含有大量萜類化合物及合成前體物質。

萜類化合物具有獨特的香味，更具有多種功能活性，已經有研究表明，萜烯類化合物具有調節人體嗜中性粒細胞反應、抗癌、抗氧化、抗糖尿病等功能作用，在最新的研究中，萜類物質還能作為一種優化免疫力的功能成分用于抗擊新冠病毒等[9]。因為其生物效應和對健康的益處，萜烯類等化合物等成分在功能飲料開發領域越來越受歡迎。

1.2 酚類化合物

酚類也叫芳香族化合物，是指含有至少一個帶羥基的苯環類物質，主要由釀酒原料中蛋白質、氨基酸等物質分解產生。酚類化合物是白酒中重要的微量成分，對白酒的香氣、口感和穩定性具有重要作用，不僅如此，許多酚類物質因具有廣泛的生物學活性在食品和臨床領域受到了許多關注,如抗菌、抗氧化、抗動脈粥樣硬化、抗腫瘤等功效。白酒中檢測到的酚類物質主要是一些含有單個苯環的酚類物質，目前有愈創木酚、4-甲基愈創木酚、苯酚、4-乙基愈創木酚、4-甲基苯酚、4-乙基苯酚、2,4-二叔丁基苯酚、香草醛等[10]。愈創木酚類香氣活性值較高，具有抗衰老、緩解肝損傷等作用[11]。4-甲基愈創木酚、4-乙基愈創木酚低濃度呈丁香、甜香和辛香，高濃度呈現出煙熏和不愉快的苯酚臭，具有清除活性氧自由基、抗腫瘤、抗菌等作用[12]。由于酚類物質主要是通過微生物發酵轉化獲得，現在已經有許多針對地衣芽孢桿菌、釀酒酵母與畢赤酵母等功能性微生物與酚類物質的含量關聯性研究。顏林春等[13]將篩獲的功能芽孢桿菌用于制作強化大曲，提高了2,3,5,6-四甲基吡嗪和4-乙基愈創木酚含量；Zhu 等[14]通過解析大曲中核心菌群的環境驅動因素，得出了細菌較真菌對微量成分具有更大貢獻的結論。現在，實現精準控制的多菌種純種微生物發酵,是酚類物質研究的熱點，更是中國白酒現代化釀造的必然方向。

1.3 吡嗪類化合物

吡嗪類化合物是六元雜環化合物，又稱為含氮化合物，其含量高低直接影響白酒的質量。在白酒中，吡嗪的種類低于酯類和醇類，但因其具有堅果、焙烤香氣且風味閾值較低，是白酒中的重要香氣物質之一[15]。中國白酒中已檢測出吡嗪類化合物29種[16]，包括四甲基吡嗪、三甲基吡嗪、2-甲基吡嗪、2,3-二甲基吡嗪等，四甲基吡嗪是中國白酒特有的功能成分，在濃香型、醬香型、清香型等香型白酒中均有檢出，不僅對白酒的風味有重要貢獻，而且賦予白酒重要的保健功能。四甲基吡嗪是一種活性藥物成分，最初從中藥植物川芎中分離。它可以擴張血管、抑制血小板聚集、改善微循環、增加冠狀動脈和腦血流量，是臨床上常用的抗血小板藥[17]；還可以預防各種疾病，如心腦血管疾病、缺血性中風、癌癥和糖尿病等[18]。目前，在制曲、堆積發酵、蒸餾三個過程中都產生了不同程度的四甲基吡嗪，主要為微生物代謝和美拉德反應產生[19]。釀造過程中，地衣芽孢桿菌、甲基營養型芽孢桿菌、蛋白水解芽孢桿菌等都可以代謝和產生四甲基吡嗪，吳建鋒等[20]通過研究發現，枯草芽孢桿菌S12 在一系列酶的作用下產生3-羥基丁酮和氨，再進一步縮合生成四甲基吡嗪。Cui 等[21]的研究中利用基因工程技術顯著提高了菌株α5-D1Β2 的四甲基吡嗪前體——乙酰丙酮的產量，進而提高四甲基吡嗪的濃度。在美拉德反應中，中間體丁二酮與蛋白質水解產生的氨基酸進行縮合也能得到四甲基吡嗪，譚光迅[22]證實了這一點，研究中增加蒸餾過程中葡萄糖和甘氨酸的含量，美拉德反應產物的含量也顯著增加，四甲基吡嗪增加了48.96%。

1.4 酸類化合物

酸類化合物中的有機酸是白酒中的健康成分，酯類合成的前體物質，能有效降低白酒的苦味，增加白酒的甜度。目前，白酒中的微量成分包含大量的有機酸，有機酸類化合物在白酒組分中除水和乙醇外，占其他組分總量的14%～16%[23]，包括乳酸、乙酸、丙酸、丁酸、己酸、沒食子酸和阿魏酸等，按鏈長可分為短鏈酸類化合物和長鏈酸類化合物等，其中短鏈酸類物質的主要功能是減少酒精中毒和緩解急性肝損傷，長鏈酸類物質的主要功能是降低心血管疾病的風險，其他酸類化合物的主要功能是保護生物系統免受羥基和過氧自由基的影響[24]。阿魏酸具有抗氧化、抗炎癥、降血壓、增強血管功能等多種功效，還是一種有效的苦味抑制劑[25]；亞油酸和乙酸有抗炎、抗肥胖的作用[26]；乳酸能夠促進雙歧桿菌的生長，調節胃腸道、增強免疫力[27]。因此篩獲高產有機酸菌株、優化菌株產酸條件、探索有機酸合成途徑、提高有機酸轉化效率變得尤為重要，這也是目前該板塊的研究熱點。

1.5 肽類化合物

釀造原料中含有較豐富的蛋白質，通過釀造微生物的作用，會使蛋白質分解產生肽類化合物。肽是α-氨基酸以肽鍵連接形成的，通常是由三個或三個以上的氨基酸分子脫水縮合而成[28]。根據其組成中的氨基酸數量，肽可以分為多肽(＞10 個氨基酸)和寡肽(2～9 個氨基酸)[29]。研究表明，在白酒、酒醅和酒糟中均存在具有不同生理活性的肽，主要有抗氧化活性肽，具有使人體組織和器官免受自由基危害的特定作用[30]；血管緊張素轉化酶抑制肽又稱抗高血壓肽，能夠阻礙血管緊張素Ang Ⅰ轉換為血管緊張素Ang ⅠⅠ；免疫調節肽，能夠增強人體的免疫功能[31]。除了以上介紹的功能作用以外，白酒中還存在具有抗菌、抗癌、抗疲勞等多種生理活性的肽類。目前，白酒中肽類化合物研究主要集中在多肽方面，對小肽研究還較少，小肽是具有2～4 個氨基酸的寡肽，它能在消化系統直接被腸上皮細胞吸收，吸收效率比游離氨基酸更強[32]。小肽被吸收后可以表現出抗腫瘤、抗病毒、抗炎鎮痛、血脂調節等益處，這些功能突出了小肽的巨大藥用潛力[33]。在未來的研究中，可以通過檢測白酒中肽的類型及其合成途徑，在分子水平上探究關鍵酶催化合成肽的機理，探索肽在白酒中的健康功能，闡明肽的生理功能調控機制，從而提高白酒的質量。

2 白酒重要功能成分微生物代謝合成途徑

開放式發酵賦予了白酒生產過程豐富的微生物系統，主要為細菌、酵母菌、霉菌三大類。白酒中重要的功能成分主要來源于微生物生長代謝，例如酚類化合物形成，主要通過微生物利用脫羧酶去掉阿魏酸、肉桂酸、p-香豆酸等的羧基生成，產酯酵母、畢赤酵母也能運用還原酶將酒中4-乙烯基愈創木酚還原為4-乙基愈創木酚[34]；萜類化合物代謝途徑研究中，WU[35]的研究表明，谷物中含有不同的萜類化合物合成前體，釀酒酵母能通過從頭合成和生物轉化途徑產生13 種不同的萜類化合物；吡嗪類化合物可以通過釀造中提高前體乙偶姻的產生以及氨的供應促進四甲基吡嗪的合成，徐巖團隊[36]對大曲中篩獲的高產乙偶姻及四甲基吡嗪的芽孢桿菌開展研究，得到了相同的結論；有機酸大多來源于細菌，目前已經證實乙酸有3 種產生途徑：酵母菌乙醇發酵得到，醋酸菌氧化乙醇得到，發酵生成的乙醛歧化作用得到[37]。目前，關于肽類化合物的代謝合成途徑研究集中于環狀脂肽化合物，白酒中的脂肽類物質包括枯草素、地衣素和伊枯草菌素等，主要由芽孢桿菌通過非核糖體合成途徑由長鏈脂肪酸和寡肽經內酯鍵/內酰胺鍵連接合成[38]。微生物的生長和代謝對白酒的發酵進程和各種功能成分的合成有著重要影響，隨著白酒中功能成分合成途徑的明晰，已經有研究通過調節微生物群落結構來提高某種成分的含量[39]。在未來，通過人工搭建白酒釀造微生物系統、調控微生物代謝產物含量，將成為生產優質白酒的發展方向。

3 白酒重要功能成分檢測方法

3.1 前處理方法

由于白酒中各物質的含量、極性、沸點、溶解度、揮發性差異較大，因此分析不同化合物沒有固定的預處理方法。目前，樣品提取的主要方法有直接進樣法、液液萃取法、固相萃取法、液液微萃取法和固相微萃取法等[40]。直接進樣法能減少目標化合物的損失，具有較高的定量精度，但乙醇濃度過高，白酒中具有類似極性的化合物，如乙酸乙酯、丙酸乙酯等容易被高強度的乙醇峰覆蓋，導致測定不準確；液液萃取法是傳統的樣品預處理法，常用醚、二氯甲烷等作為有機溶劑萃取分離不同溶解度的物質，但由于物質組成成分復雜，需應用不同萃取劑對酒樣進行多次萃取才能提高萃取效率[41]；固相萃取采用高效、高選擇性的固定相進行分離，與傳統提取方法相比，該方法操作簡便、定量測定重復性好，能有效去除白酒樣品中高濃度酒精的基質效應，適用于提取揮發性成分[42]；液液微萃取法是在萃取時通過分散劑將萃取劑分化成微小液滴，加快了液體動態平衡，顯著提高了萃取效率[43]，目前該技術的主要研究方向是探索低毒萃取劑，將該技術與其他樣品預處理技術和低用量有機溶劑相結合，提高樣品的凈化富集效率；固相微萃取是一種集取樣、萃取、濃縮、注射于一體的新型無溶劑樣品微萃取技術，克服了傳統分析方法中分析物損失的缺點，但成本較高。在胡麗莎等[44]的研究中，比較直接進樣與固相微萃取兩種方法檢測風味化合物，發現固相微萃取技術處理的樣品檢測到風味物質較多。除了以上方法以外，還有基于固相微萃取演化的攪拌棒吸附萃取法、超臨界二氧化碳萃取法等。

3.2 分析方法

白酒樣品前處理后，通常使用氣相色譜（gas chromatography,GC)、液相色譜（gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS）、近紅外光譜（near infrared spectrometry,NIR)、核磁共振（nuclear magnetic resonance,NMR)等[45]進行分析。GC 和HPLC主要為流動相不同，前者以氣體為流動相，主要檢測醇、醛、酸、酯等揮發性有機物質，后者以液體為流動相，主要用于檢測難揮發性物質[46]；NMR 技術有著檢測量大、操作簡單快速、測量精確、保持樣品完整性等特點，傳統的分析方法存在無法檢測未知物、無法滿足高效、多維的白酒快檢需求，吉鑫等[47]運用NMR 技術可實現白酒中6 種有機酸和3 種醛類快速、準確定量分析；近紅外光譜同樣是一種快速方便、無損、無污染以及多組分同時檢測的分析技術,已在食品工業領域得到了廣泛應用，在釀酒原料、酒醅、白酒質量檢驗、白酒風味物質檢驗等方面均有運用[48]。

質譜能準確、靈敏、快速的定性有機分子的化學結構、精確分子量和含量等信息，但是不適用于有機混合物的定性定量[49]，因此誕生了氣相色譜-質譜聯用（gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS）、液相色譜-質譜聯用（liquid chromatography mass spectrometry,LC-MS）等聯用技術。GCMS 法能夠檢測白酒的揮發性化合物，楊亮等[50]通過GC-MS 在缺陷酒中共檢測出76 種化合物，包括醇、醛酮、酸、酯、酚等；LC-MS 作為GC-MS 檢測技術的補充，可用于分析非揮發性化合物例如氨基酸、有機酸、核苷酸及一些酯類[51]。

由于白酒中功能物質多為風味成分，新興的風味評價手段——氣相色譜嗅聞技術（gas chromatograph-olfactometry,GC-O）成為了感官評定與儀器分析結合的新型檢測方法[52]，將其與質譜分析技術相結合，可以準確測定出多種功能活性組分。在QIN 等[53]的研究中利用該技術在三個等級的芝麻香型白酒中共檢測到54 種風味成分，其中丁酸、苯乙醛、己酸乙酯、2,6-二甲基吡嗪等有顯著差異。

4 結語

隨著“健康中國2030”規劃綱要的實施，白酒行業將繼續實現產品健康化目標發展，根據現階段研究結果，白酒中主要的功能成分對人體健康大有裨益，但是否還存在其他健康功能成分，功能成分的合成機制、作用機制等還尚不明晰。利用現代科學技術挖掘白酒中主要功能成分、優化成分提取工藝、確定成分作用與功能效應量效關系，將為進一步強化白酒中的健康功能成分，開發富含功能成分的健康白酒提供數據支撐，為白酒健康化發展注入新動力。