中国白酒酱香型白酒风味物质的研究酱香型白酒风味物质主体成分研究进展

中国白酒酱香型白酒风味物质的研究酱香型白酒风味物质主体成分研究进展

风味酒精是中国酒精的五种香料之一，其典型代表是众所周知的酒和草。我国在1956年国家科委制订的12年长远科技发展规划中便发起了酱香型白酒风味物质的研究,此后关于酱香型白酒酿造微生物和酱香型风味物质的研究多数以茅台酒为代表进行。很多科研人员对酱香型白酒中产酱香风味物质的微生物类别进行了鉴定,对酱香型白酒风味物质的主要成分也有一定的研究,虽然得到了一些可观的成果,但对其风味物质的主要成分目前还是不能下定论。酱香型白酒的生产工艺比较复杂,综合概括其生产工艺特点为“四高两长,一大一多”[l],即采用高温制曲、高温堆积、高温发酵、高温馏酒、生产周期长、贮存时间长、大用曲量和多轮次发酵。酱香型白酒独特的酿造工艺形成了其特殊的微生物区系,这些特殊的微生物区系与美拉德反应相互作用最终形成了独特的酱香风味成分。酱香型风味物质形成机理:(1)高温大曲中的麦粉是产酱香风味物质的原料,本身含有大量的酶及蛋白质,不仅为酿造提供糖化发酵剂,还为发酵提供了前体物质。(2)由于微生物所产生酶系的作用,淀粉分解成糖,蛋白质分解成氨基酸;(3)在高温条件下,氨基酸和糖发生美拉德反应生成挥发性化合物,其中包括酱香型白酒的风味物质。1微生物的组成以茅台酒为例,研究人员对酒曲及酒醅中的微生物进行分离鉴定,分析酱香型酒风味物质产生的源头。贵州轻工所食品发酵研究室胡国焕历时9个月对茅台酒制曲过程中复杂的菌群进行分离鉴定,制曲过程中微生物最多的是细菌,其次是念珠霉,酵母、根霉、毛霉等比较少。初步统计制曲酿酒中微生物共有35种,其中细菌和酵母各有l0种,霉菌l5种。在制曲过程中细菌占有绝对优势,在高温阶段分离到的细菌,多数属于芽孢杆菌属。茅台酒厂技术中心曾对制酒堆积发酵及发酵过程进行了定点跟踪,从酒醅中分离得到微生物85种。其中细菌41种、酵母28种、霉菌16种。发现至少有3种芽孢细菌、2种酵母是制酒发酵产酒和产香的主要功能菌株,其中的优势菌群主要为细菌和霉菌。酱香型酒的独特酿造工艺,导致大曲和酒醅中形成了复杂的微生物区系。其中,高温大曲中的微生物酵母菌、细菌及霉菌,对于酱香风味的形成颇为重要。因此,对高温大曲中微生物体系的研究,有利于揭示酱香的形成机制。1.1酵母菌的选择2008年马荣山等对麸曲酱香型酒醅进行分离纯化得到7株酵母菌,并选择几株具有代表性的菌株作为酱香型酒曲的发酵菌种。由此菌株酿造出来的酱香型酒,绵甜醇厚,清亮透明,酱香突出,具有明显的酱香风格。1.2芽孢杆菌的筛选一些嗜热的地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌等在生产中所产生的某些生物酶,能起到催化美拉德反应的作用。对酱香型酒中细菌的研究多数集中在枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌,并且得到了一些产酱香细菌。例如:1997年,李柏贤从郎酒高温大曲中筛选得到4株产酱香较好的芽孢杆菌,鉴定属枯草芽孢杆菌。2003年,庄名扬从酱香型高温大曲中分离得到一株耐高温产酱香功能菌B3-1,经鉴定属于地衣芽孢杆菌。2009年,张荣从郎酒高温大曲中成功筛选得到三株菌落形态各异的产酱香香气的细菌,经菌株形态、生理生化特征与16SrDNA序列分析,三株菌株鉴定为地衣芽孢杆菌。1.3微生物的影响红曲霉在高温曲功能菌中占有一定比例,在高温曲中的作用有待深入研究,根据长期对其追踪的结果,认为与高温曲及酱香型酒的酱味形成有一定关系。2009年对酱香型郎酒的生产用曲的研究中,云敏等发现红曲霉尤以分离得到的烟色类红曲霉,在培养过程中,先呈现出浓郁的香甜味,中期产生杂味,水分挥发干燥后,呈现出浓郁的酱味、曲香味、焦香味。通过对培养过程中感官特征变化的评价分析,推测高温大曲中的红曲霉,可能为酱香型酒主体香味来源的主要微生物种类。即使不同的微生物在酱香型白酒发酵过程中起到的作用不同,但通过多种微生物共同作用才形成酱香酒独特的酱香味。赵希玉、赵丹等报道应用纯种微生物(产酱香芽孢杆菌)强化制曲过程,结果表明加细菌曲强化的高温曲质量明显好于不加细菌曲强化的高温曲,充分说明了高温曲质量的显著提高与细菌曲的作用是分不开的。研究表明,细菌中的枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌能生成非常重要的酱香型风味物质。虽然现在的研究深入到酱香风味物质与微生物、美拉德反应的联系,但是对于酱香酒风味物质的本质及酱香产生所必须的微生物的种类尚不清楚;从其生理生化角度,对于微生物在酱香物质产生过程中的作用及各种微生物之间怎样协同作用等方面未能研究清楚;同时在微生物作用下产生的各种前体物质是按照何种途径进行美拉德反应仍不明确。由于酱香主体香成分的不确定,使酱香型白酒一些方面的研究受到局限。因此,分析酱香型白酒的主要呈香物质及其形成机制,在产酱香细菌方面的研究是值得进一步深入研究的。2对中国传统饮食物质主要成分的研究国内关于酱香型酒主体香成分的说法主要有4种,致力于酱香型白酒研究的科研人员在这四种说法方面取得了一些成果。2.14酒精中的挥发性酚对酱香白酒香气成分的研究,开始于上世纪60年代,1964~1968年轻工业部组织人在茅台试点,得出4-乙基愈创木酚是茅台酒的主体香成分。1979年,胡国栋用气相色谱法分析茅台酒等的挥发性酚类化合物,共检出苯酚、愈疮木酚、4-乙基愈疮木酚等12种,同时与五粮液进行对比,证明4-乙基愈疮木酚不是茅台酒的“主体香”。因而对酱香型酒主体香的研究渐渐离开了4-乙基愈疮木酚,近几年没有关于4-乙基愈疮木酚的研究。2.2以香为中心的调味香料1982年5月,在贵阳召开了“茅台酒主体香成份解剖及制曲酿酒主要微生物与香味关系的研究”的阶段成果鉴定会上提出:茅台酒的主体芳香组分可能是由高沸点的酸性物质和低沸点的酯类物质组成的复合香。分为前香和后香:所谓前香,即开瓶后首先闻到的那种幽雅细腻的芳香,前香以酯类为主,呈香作用较大;所谓后香,即喝过酒后那种经久不散的“空杯香”,后香以酸性物质为主,对酱香的呈味作用较大。前香中芳香组分的沸点较低,挥发性较大;后香因其沸点较高、挥发较慢,因而香气持久。以茅台为研究对象,发现酒中的含酸量高,而且含有较多的高沸点酸类。酱香是在特殊工艺条件下产生的,其高温制曲和高温堆积最为重要。由于酱香的呈香物质沸点较高,采用高温馏酒是为了把高温堆积和发酵过程中生成的酱香物质最大限度地收集于酒中,使酱香突出,风格典型。酱香型酒生产工艺中长期贮存,使低沸点的成分尽量挥发,保留下来的主要是不易挥发的高沸点酸类物质,即使有酯类物质也是乳酸乙酯等一类不易挥发的酯。因而使酱香更加突出,香气纯正优雅,空杯留香持久。茅台酒的主体芳香成分是由高沸点的酸性物质和低沸点的酯类组成的复合香气这种说法是对的,但过于笼统,不足以明确描述出酱香型酒风味物质的主体成分。2.3酒中吡嗪和吡嗪化合物的变化此说法认为加热香气中的吡嗪类化合物可能与酱香的形成有关,如四甲基吡嗪、三甲基吡嗪、2-甲基吡嗪、2-乙基-3,5-二甲基吡嗪、2,5-二甲基吡嗪、2,6-二乙基吡嗪、吡啶等。但各香型白酒中的香味成分无论在种类上还是在含量上都有很大差异,酱香型酒中吡嗪类化合物明显高于别的香型的酒,这不能不说与高温制曲及其酿酒工艺有关。张荣从郎酒高温大曲中成功筛选得到三株菌落形态各异的产酱香香气的地衣芽孢杆菌,从其发酵液中检测到的乙偶姻、四甲基吡嗪和呋喃扭尔,它们是与酱香香气有关的重要化合物。在菌株发酵过程中,乙偶姻的含量逐渐减少,四甲基吡嗪的含量不断增加,呋喃扭尔的含量逐渐减少。四甲基吡嗪是在发酵后期形成的,由乙偶姻转化生成。通过过对白酒中含氮化合物的测定,茅台酒中的吡嗪化合物高达数10mg/kg,比其他酱香型白酒(郎酒、迎春酒)高出10~17倍,其中其主导作用的是四甲基吡嗪。对几种不同来源茅台酒的分析表明,四甲基吡嗪含量都在20mg/kg以上,然而郎酒、迎春酒仅分别含0.78mg/kg和0.65mg/kg。因此,相当高的四甲基吡嗪含量是茅台酒的显著标志,但它并不是酱香型白酒所共有的特征。吡嗪化合物中,四甲基吡嗪的含量尤为突出,是酱香型白酒中重要的香气成分,但它是否是酱香型风味物质的主要成分有待研究。但是随着研究的深入和检测手段的进一步提高,后来的研究者又提出了吡嗪类、呋喃类、吡喃类、高沸点酸性物质是酱香的主体香的观点。2.4酱香型成品白酒中呋喃类化合物的主体成分该学说认为形成酱香的物质共有呋喃酮、吡喃酮类等23种。早在1983年,周良彦在“关于酱香型自酒中主香成分的研究”中列举了“具有酱香型香味”的7种呋喃酮和8种吡喃酮化合物,文中首列的就是酱油的特征香味组分HEMF(4-羟基-2(5)-乙基-5(2)-甲基-3(2H)-呋喃酮),并认为“酱香型白酒的主体芳香物有很大可能是呋喃类、吡喃类衍生物”,这一观点引起了白酒界对此类化合物的关注。HEMF是酱油香气的代表成分,具有焦糖香味。但是1997年胡国栋等利用日本学者研究酱油的方法研究茅台酒,结果并没有发现HEMF,可以肯定HEMF不是酱香型风味物质的主要成分,所以后来研究的重点就渐渐的离开了呋喃酮类物质。庄名扬从能产酱香的芽孢杆菌发酵液中可取到DDMP(2,3-二氢-3,5-二羟基-6-甲基-4H-吡喃-4-酮),DDMP脱一分子水即成HEMF,两者在食品中往往互为依存),并认为它能产生酱香物质,是酱香型白酒的特征组分。而胡国栋、陈劲松经过可靠地实验,证明了DDMP不具有酱香的特征,而且也不可能是酱香型白酒风味物质的主要成分。另外,糠醛在酱香型酒中含量偏高,可能与酱香的形成有关。经胡国栋、程劲松的分析研究,从贵州茅台酒中共发现了6种呋喃类化台物,它们分别是糠醛、糠醇、5-甲基-2糠醛、2-乙酰基呋喃、2-乙氧基-5-甲基呋喃、2-乙酰基-5-甲基呋喃。这些化合物中尤以糠醛的含量为最,它已成为酱香型白酒的一个标志组分,在贵州茅台酒中的含量多在150~200mg/L,含量最高的一个样品曾达322mg/L,明显高于其它各种香型的白酒。在各个香型的白酒中,酱香型白酒中糠醛含量最高,清香型白酒中糠醛含量最少,因此推测糠醛可能是酱香型风味物质的主体成分。各香型白酒成品酒中,从呋喃类化合物总量上看,含量最高的是酱香型成品白酒,具体总含量多少的的排序与糠醛的含量基本一致。可以得出结论,酱香型成品白酒中呋喃类物质不但种类多,而且含量丰富。通过液液萃取和气质联用分析,从五种香型白酒的成品酒中共鉴定到12个呋喃类化合物。所以研究酱香型成品白酒中呋喃类化合物的来源,变化趋势和变化原因对于白酒中呋喃类化合物的研究具有非常重要的意义。关于白酒中呋喃类物质的专门研究,国内外的研究目前还比较少,胡国栋利用在酱油中研究呋喃酮的方法,对茅台酒进行了研究,其中并没有发现呋喃酮类物质,由此推测呋喃酮不是酱香型白酒的主体成分。研究说明呋喃类物质虽然不是其主体香,却是酱香白酒的重要呈香物质。对现有研究结果的分析表明:因为已经证明4-乙基愈疮木酚不是茅台酒的“主体香”,所以4-乙基愈创木酚说不能说明酱香型风味物质的主体成分。对于高沸点酸和低沸点酯类的复合香说,包含的化合物种类很多,而且针对这一说法的研究不多,研究结果不能确定酱香型酒风味物质的主体成分。吡嗪及加热香气说涉及的化合物中有些成分如乙偶姻、呋喃扭尔和四甲基吡嗪是与酱香合成相关的重要物质,乙偶姻、呋喃扭尔可能是酱香型风味物质的特征组分,但并不是酱香型白酒都含有较高量的四甲基吡嗪,所以还不能确定它们是否是酱香型风味物质的主体成分。呋喃类和吡喃类说研究发现呋喃类物质虽然不是其主体香,却是酱香白酒的重要呈香物质;糠醛可能是酱香型风味物质的主体成分,但还没有足够的研究结果证明这一观点。对酱香型风味物质主体成分的研究主要是以茅台为研究对象,为了确定酱香型风味物质的主体成分,我们还需要做更加广泛深入的研究。3中小酒酒质分析技术适用于白酒的检测方法,理论上也适用于酱香型白酒,一般可以用气相色谱法和液相色谱法对其进行检测,气相色谱比较常用。最近,气相色谱(GC)已经被用来鉴定白酒成分,并建立了识别白酒成分的质量指纹色谱。应用氢火焰离子化检测器气相色谱(GC-FID)一次性检测出白酒中微量成分38种,质谱联用(GC-MS)可以对酱香型白酒中的香气物质进行定量分析。还可以应用二维气相色谱/飞行时间质谱检测中国白酒中的呈香物质,根据飞行时间质谱仪软件自动化数据处理,结合气相色谱和索引数据库,在茅台酒样品中共确认528种成分。此外,红外光谱法对酱香型白酒的检测也是非常重要的,傅立叶变换红外光谱和二维傅里叶变换红外相关光谱技术为酱香型白酒进行质量分析提供了一个快速效的方法,三级红外宏观指纹图谱法对于白酒的鉴别是用1D-IR作为一级鉴别,不同酱香型白酒最主要的区别是在1225cm-1(为C-O的伸缩振动)处峰强和峰位的不同;运用二阶导数谱作为二级鉴别,在1200~1800cm-1范围内,不同酱香型白酒的羧酸酯和羧酸盐的特征吸收峰有明显的不同。总之,酱香型白酒的检测主要采取气相色谱和红外光谱,进而采用在气相色谱和红外光谱的基础下开发的一系列新的技术和方法。4酱香型白酒检测中心目前还未形成检测的组成成分白酒中含量最高的成分是乙醇和水,它们约占白酒总量的98%。而溶于其中的微量成分占总量的2%左右,其中包括有机酸,醇,酯,醛,醇,酚类和其他芳香族化合物,但它们作为白酒的呈香呈味物质决定白酒的香型和质量。在其众多成分中,科研人员