黄酒高级醇含量的研究

黄酒高级醇含量的研究

黄酒是以谷物为主要原料的。酒药、小麦或谷物中的各种微生物的联合使用已经转化为原始发酵饮料。这是中国的特产。它与啤酒和酒精一起被称为世界三大发酵饮料。黄酒中氨基酸含量丰富,人体必需氨基酸的含量全面,营养价值极高,被誉为“液体蛋糕”,而且具有增强记忆能力、增强免疫能力、预防骨质疏松等多种保健功能。高级醇是指含3个以上碳原子醇类的总称,是各种酒类的主要香味和口味物质之一,其能促进酒类具有丰满的香味和口味,并增加酒的协调性。高级醇过量存在也是酒主要异杂味的来源之一。过量戊醇有汗臭味和腐败味,异戊醇和异丁醇混合物如超量是酒杂醇油臭的典型物质,也使酒具有不愉快的苦味。酪醇、色醇均有强烈的不愉快苦味。高级醇其含量超过一定的限度,就会产生异杂味和较强的致醉性—即饮用后头痛,俗称“上头”。黄酒中的高级醇主要有异丙醇、烯丙醇、叔丁醇、正丙醇、异丁醇、正丁醇、异戊醇、活性戊醇、4-甲基-2-戊醇、正戊醇、苯甲醇、β-苯乙醇等。1高纯生产1.1脱羧、脱羧、脱羧三原料的还原1907年由德国化学家伊里希(FELIXEHRLISH)提出的由氨基酸形成高级醇的途径:在发酵时酵母将氨基酸的氨基转移到α-酮戊二酸上,形成谷氨酸和α-酮酸,后者经脱羧、还原,形成比原氨基酸少一个碳的高级醇。特定的氨基酸形成特定的高级醇,如缬氨酸生成异丁醇,亮氨酸生成异戊醇,异亮氨酸生成活性戊醇(2-甲基丁醇),酪氨酸生成酪醇(对羟基苯乙醇),苯丙氨酸生成β-苯乙醇,色氨酸生成色醇等。1.2高级醇的合成1953年,HARRIS提出了高级醇由糖代谢通过丙酮酸的合成途径,1958年THOUKI提出高级醇亦能由葡萄糖直接形成,即合成代谢途径:由糖类提供生物合成氨基酸的骨架,在其合成中间阶段,形成α-酮酸中间体,由此脱羧和还原,就可形成相应的高级醇。GROWALL认为,酒类高级醇中异戊醇、异丁醇和活性戊醇,75%来自糖代谢,25%来自相应的亮氨酸、缬氨酸、异亮氨酸的Ehrlich途径。2高级醇的作用人们对高级醇毒性的研究起源于19世纪60年代,主要表现在对大脑的麻醉和对细胞膜的溶解2方面,且其毒性随着分子量增大而增加。摄入过量的高级醇后常会引起头痛及肝病。如,异戊醇含量高时,饮后使人体神经系统充血,产生头痛、恶心、呕吐等;异丁醇含量高时,对人体的眼、鼻有刺激作用;正丙醇含量高时,对粘膜有刺激作用。GIBEL等从肝病患者血清中检测到了大量的杂醇油,还包括醛、酯和大量的高级醇。PENEDAJ等证明了GIBEL的研究结果,并认为酒精性肝中毒可能会因为醇和醇之间及醇和醛之间相互反应而增强。MCKARNSSC等小鼠体外试验表明,高级醇对肝的毒性是通过溶解细胞膜来实现的,并检测到了肝的完整性和高级醇的疏水性有关。STRUBELTO等用甲醇、乙醇、正丙醇、正丁醇和异戊醇灌入小鼠内,检测到的谷丙转氨酶、乳酸脱氢酶、谷氨酸脱氢酶的量与高级醇碳链的长度有很大的关联。HARPERC报道高级醇能引起局部脑损伤以及认知障碍。3影响黄酒平均醇含量的因素和控制措施3.1-苯乙醇在稻米发酵过程中的分离黄酒生产用原料有籼米、粳米、糯米、玉米、黍米、小麦等,不同品种的原料其蛋白质含量各不相同,同一品种原料的精白度不同其蛋白质含量也不同,蛋白质分解产生的氨基酸由Ehrlich途径所生成的高级醇含量就不同。因此,选用蛋白质含量低的原料,提高米的精白度,以及以较低温度较长时间浸渍,使原料中蛋白质部分分解而去除,可减少黄酒中高级醇的含量。陈双等发现,在无氨基酸培养基中,中国黄酒酵母菌株HJ1、HJ2几乎不产β-苯乙醇,进而推测HJ1、HJ2菌株的β-苯乙醇的合成途径主要是L-phe由Ehrlich途径转化生成,其进一步研究表明,高粱、玉米、小麦发酵液中β-苯乙醇含量要高出稻米发酵液2倍多,这与其研究的高粱、玉米、小麦原料中L-phe的含量明显高于稻米原料中的结果相吻合,见表1。都海渤等使用纯种小曲和红曲为糖化发酵剂酿造清爽型红曲黄酒,发现以糯米为酿造原料并添加部分黍米,可使黄酒醇香柔和,清爽自然,且异丁醇、异戊醇含量比以纯糯米为原料酿制的黄酒低,气相色谱分析结果见表2。3.2不同品种的发酵工艺对黄油中性醇曲面质量的影响传统黄酒酿造多采用生麦曲为糖化剂,生麦曲中含有多种微生物,酶系丰富,但酶活力较低,质量不稳定,而熟麦曲质量稳定,酶活力高,但熟麦曲由于菌种单一,酿制的黄酒口味较淡薄,香气较差,因此机械化生产黄酒中常采用生麦曲与熟麦曲混合使用。原料中的蛋白质由曲中的酸性蛋白酶和酸性羧(基)肽酶水解而成氨基酸,酿酒酵母是不产胞外酸性蛋白酶和酸性羧(基)肽酶的,因此曲中这2种酶的多少对黄酒中高级醇的含量影响很大。为此选择适宜的制曲工艺,选育优良曲霉菌种,控制曲的使用量及曲的产酶数量可有效控制黄酒中高级醇的含量。寿泉洪等研究发现,虽然熟麦曲的糖化力、液化力和蛋白质分解力都比生麦曲要高,但熟麦曲香味清淡,而生麦曲香气浓郁。吴建新等研究了麦曲用量对黄酒风味和稳定性的影响,采用传统生产工艺酿酒,使用17%麦曲的黄酒具有一定的后苦味,稳定性明显较差,麦曲使用量在7.5%~10%之间的酒样其稳定性较好,但黄酒传统风味则保持得不是很好,麦曲使用量在12%~15%为宜。徐翔等以江、浙等地不同黄酒生产企业生产的生麦曲为研究对象,通过测定不同麦曲的α-淀粉酶、总淀粉酶、糖化力、蛋白酶、酯化力等活力及在发酵过程中的主要指标,发现不同麦曲的理化性质存在较大差别,这些差异性没有在发酵过程以及成品酒的理化指标中得以显著表现,但曲中一些未知微生物种群在发酵中对黄酒风格等影响是很显然的。3.3不同菌种对葡萄酒发酵过程中-苯乙酸含量的影响高级醇是酵母合成细胞蛋白质时的副产物,而不同的酵母菌株有着各自不同的生理特性,因此不同菌株的酵母菌在相同条件下生成的高级醇含量也存在差异。在啤酒高级醇的研究中,酵母接种量对高级醇的生成量说法不一,多数研究者认为接种量对高级醇生成量影响不大,一般认为加大酵母接种量,可降低酵母菌的增值倍数,从而使高级醇生成量降低,但只有接种量增大到一定倍数时,高级醇生成量才有较明显降低。毛青钟等研究了5种酵母菌株在TTC培养基中的变色情况、发酵力情况、糖化酶液中的生长情况、耐酒精度试验、形态和产香试验等以及在锥形瓶中的发酵试验,发现其中2种酵母菌株搭配使用,更加适宜于机械化黄酒中的大罐发酵。陈双等用液-液微萃取-气相色谱法测定发酵液中β-苯乙醇含量,发现浙江地区黄酒酵母菌株HJ1的β-苯乙醇合成能力要明显高于上海地区黄酒酵母菌HJ2的。MATEOJJ等研究了不同酿酒菌株、不同接种量对葡萄酒发酵过程中糖和挥发性化合物含量的变化进行了研究,发现酵母菌株是挥发性化合物差异的主要原因,且随着接种量的增加,高级醇的含量也增加。ARAGONP等认为发酵温度和酵母种类对葡萄酒中高级醇生成量影响较大。YOSHIMOTOH等对α-丙酮酸脱羧酶基因PDC1进行了研究,构建了PDC1缺失突变株,结果发现异戊醇浓度下降31%。BENVENISTY等基于Ehrlich代谢理论途径的研究构建了缺少2个编码支链氨基酸的氨基酸转氨酶(BCAT)基因eca△39和eca△40的菌株。该菌株能够切断或减弱氨基酸转变成α-酮酸的能力。发酵试验表明,异丁醇的含量降低,而对酒精产量没有大影响。王鹏银等将低能N+离子注入酵母AY-15,诱变出1株亮氨酸缺陷型菌株A713,该菌株异戊醇含量降低39.85%,高级醇总量降低33.62%。袁静报道,酵母BAP2基因是一种氨基酸透性酶的基因,BAP2基因的表达能促进缬氨酸、异亮氨酸和亮氨酸的同化率,运用酵母BAP2基因的表达对基本氨基酸同化和高级醇产生的影响,将BAP2基因整合到菌株BH-225中形成菌株YK015,结果异戊醇增加,但异丁醇和活性戊醇不变,因此认为,可以通过对氨基酸的不同透性酶基因进行修饰来降低高级醇的产量。3.4发酵温度对葡萄酒高级醇含量的影响温度是酒酿造过程中酵母参与生化反应的重要外界因素,是诸多因素中最重要的条件之一,一般改变发酵温度,会改变酒中高级醇的种类和数量,并影响到各高级醇之间的平衡。若发酵温度过高,就会加速酵母对氨基酸的脱氨基作用,有利于高级醇的生成,同时还会加速酵母的自溶,自溶后产生大量的氨基酸,会引起高级醇的含量增加和酪醇的生成,导致成品酒苦重味长。降低发酵末期的温度,抑制酵母活动能力,不使酵母过多利用氨基酸而生成高级醇,也有利于黄酒醪中冷凝固物析出,提高黄酒的非生物稳定性。杨国军对黄酒中的苦味物质及其来源作了探究,认为合理控制发酵温度是防止酵母自溶的关键,制曲和发酵温度过高,前酵升温速度过快,均会产生大量的高级醇,给酒带来苦味,为此应严格控制酵母增殖倍数和后酵发酵温度,确保在低温(<15℃)条件下发酵。鲁栋梁等研究了发酵温度对啤酒中含量的影响,发现发酵温度提高,高级醇的含量就会增加。韩龙在酵母菌种一定和其他工艺条件相同的情况下,研究了发酵温度对成品啤酒中的高级醇含量,当发酵温度较高时,发酵前期酵母繁殖快,酵母活性强,高级醇生成量增加,而较低的主酵温度能明显抑制高级醇的生成,12℃发酵比10℃发酵的高级醇的生成量约增加15%。甄会英研究了不同的发酵温度对葡萄酒中高级醇含量的影响,发现随着温度的升高,葡萄酒中高级醇的含量随着增加,见附图。KOURKOUTASIY等用嗜冷抗酒精酵母菌株AXAZ-1的细胞固定在苹果果肉上制成的生物催化剂在5℃~15℃之间适合酒精发酵,且出酒率比低温下的重复的分批发酵要高的多,5℃时的酒精产率与22℃~25℃时传统的发酵的酒精产率相等,连续发酵95d酒精产率还没有一点减少,总酸与挥发性酸的含量与干葡萄酒中的相似,且高级醇的浓度较低,在发酵温度>10℃时,其中的戊醇的含量比批次发酵的低,且其实验室初步的感官评价表明苹果酒有果香味、口感细腻,其整体质量比其他的市场上买到的葡萄酒有所提高,见表3。BROWNAK等对啤酒发酵条件进行了模拟研究,较低的发酵温度、较少的充氧量和高压条件下高级醇的产量比常规发酵要少。D譒MOGROVIC姚OV魣等对啤酒发酵温度进行了研究,发现5℃~20℃发酵高级醇的产量较少,而5℃~15℃发酵风味物质酯等的含量较低,所以比较适宜的发酵温度为15℃~20℃之间。KOBAYASHIM等总结了一些提高或降低高级醇和酯类的含量的方法,见表4。4进行全波长扫描高级醇的检测方法目前主要有分光光度法和气相色谱法(GC)。对于分光光度法的检测波长有不同的报道,可对显色后的高级醇标准溶液和黄酒酒样进行可见光区的全波长扫描,以确定其检测波长。GC的重现性和准确度均较高,但测定成本也较高。GC分析可采用外标法或内标法,内标法定量平行性好,精确度高,但测定过程中较繁琐,外标法受进样量准确性和样品中含气泡等因素的影响,数据的平行性不如内标法。也可用气相色谱—质谱联用法(GC-MS)来检测黄酒中的高级醇,但其测定成本较GC更高。GB/T13662—2008《黄酒》中测定黄酒中β-苯乙醇的方法为GC。5