盧彥坪，喬宗偉，鄭 佳，彭志云，張建敏，劉 芳，趙佳迪，李俁珠，趙 東

（宜賓五糧液股份有限公司，四川宜賓 644007）

中國傳統(tǒng)固態(tài)白酒的釀造是一個(gè)涉及多菌種混合協(xié)同代謝、多酶促反應(yīng)的過程，其根本是釀酒微生態(tài)系統(tǒng)中各類微生物利用自身酶系參與多種代謝途徑而產(chǎn)生的包括醇類、酸類、酯類等物質(zhì)在內(nèi)的多種呈香呈味的代謝產(chǎn)物。高級(jí)醇是白酒風(fēng)味物質(zhì)中重要的組成成分之一，適當(dāng)含量的高級(jí)醇可賦予酒體特殊香味，如異戊醇是西鳳酒獨(dú)特苦杏仁味的來源。隨著存儲(chǔ)時(shí)間的延長(zhǎng)，酒體中的一些高級(jí)醇也會(huì)與酸發(fā)生酯化反應(yīng)生成酯類，使酒體芳香更濃郁，酒香更舒適。但由于高級(jí)醇在人體內(nèi)的氧化速度比乙醇慢，停留時(shí)間長(zhǎng)，含量過高會(huì)帶來一定的副作用，極大的影響了中國白酒飲后舒適感。因此，為了將白酒中高級(jí)醇含量控制在合理的范圍之內(nèi)，許多學(xué)者開展了相應(yīng)研究。本文將根據(jù)高級(jí)醇的代謝合成機(jī)制，對(duì)傳統(tǒng)固態(tài)白酒釀造過程中調(diào)控高級(jí)醇合成的研究成果進(jìn)行綜述，為確實(shí)有效調(diào)控傳統(tǒng)固態(tài)白酒釀造過程中高級(jí)醇的合成提供一定的借鑒思路。

1 中國白酒中高級(jí)醇概述

1.1 中國白酒中高級(jí)醇的組成

高級(jí)醇一般是指碳原子個(gè)數(shù)大于或等于3個(gè)的一元醇類，包括正丙醇、正丁醇、異丁醇、異戊醇、活性戊醇、正己醇、β-苯乙醇等物質(zhì)。適量的高級(jí)醇對(duì)白酒風(fēng)味的形成做出了一定的貢獻(xiàn)，如異戊醇微帶甜苦和澀味，是西鳳酒中苦杏仁味的重要來源，同時(shí)也是醬香型白酒中最主要的高級(jí)醇成分；β-苯乙醇是重要的芳香類風(fēng)味物質(zhì)，能賦予酒體一定的玫瑰香味和蜜香味；正己醇帶有一定的果香味，是濃香型白酒中重要的風(fēng)味成分。過量的高級(jí)醇會(huì)給人體帶來一定的副作用，如異丁醇過多時(shí)會(huì)加重苦味，對(duì)人體的眼、鼻產(chǎn)生刺激作用；異戊醇含量過高時(shí)，飲酒后會(huì)使神經(jīng)系統(tǒng)充血，產(chǎn)生頭痛、惡心、嘔吐等不適反應(yīng)，是引起白酒飲后“上頭”的主要原因之一。

1.2 中國白酒中高級(jí)醇的代謝形成機(jī)制

研究表明，在傳統(tǒng)固態(tài)白酒發(fā)酵過程中，高級(jí)醇主要是通過如圖1 所示的氨基酸降解途徑（Ehrlich途徑）和糖代謝合成途徑（Harris 途徑）合成的。在Ehrlich 途徑中，氨基酸在轉(zhuǎn)氨酶、脫羧酶以及脫氫酶的作用下，生成相應(yīng)的高級(jí)醇，如蘇氨酸可降解生成正丙醇，纈氨酸可降解生成異丁醇，亮氨酸可降解生成異戊醇，苯丙氨酸可降解生成β-苯乙醇等。在Harris 途徑中，葡萄糖經(jīng)糖酵解生成丙酮酸，在一系列酶的作用下，生成多種高級(jí)醇。有研究指出，白酒中的高級(jí)醇主要是由釀酒酵母合成，且高級(jí)醇中的低碳鏈醇如異丁醇、異戊醇、活性戊醇等，有75%是由Harris 途徑合成的。白酒中高級(jí)醇的最終含量是這兩條途徑在白酒固態(tài)發(fā)酵過程中動(dòng)態(tài)平衡的結(jié)果。當(dāng)糟醅中可同化氮源較多時(shí)（如蛋白質(zhì)含量較高），糖代謝合成途徑受到抑制，通過氨基酸降解代謝途徑生成的高級(jí)醇較多；當(dāng)可同化氮源不足時(shí)，氨基酸降解代謝途徑相關(guān)酶活性被抑制，糖代謝合成途徑代謝流被增強(qiáng)，促進(jìn)更多的糖類轉(zhuǎn)化為高級(jí)醇。

圖1 高級(jí)醇代謝形成機(jī)制

2 高級(jí)醇調(diào)控技術(shù)研究進(jìn)展

2.1 發(fā)酵工藝的優(yōu)化

2.1.1 物料條件優(yōu)化

在傳統(tǒng)固態(tài)白酒釀造過程中，高級(jí)醇主要是由發(fā)酵原料在酵母微生物及相應(yīng)酶的作用下生成的，因此，發(fā)酵因素對(duì)高級(jí)醇的代謝合成有重要的影響。

有研究報(bào)道，量水添加量、大曲添加量、加糠量以及糧糟比等因素對(duì)濃香型白酒高級(jí)醇的合成有著重要的影響。羅惠波等在實(shí)驗(yàn)室水平模擬濃香型白酒的固態(tài)發(fā)酵，研究了拌曲階段不同添加量的酵母、糖化酶、蛋白酶等酶制劑對(duì)濃香型白酒高級(jí)醇產(chǎn)量的影響，結(jié)果表明，干酵母和糖化酶的添加可以降低高級(jí)醇產(chǎn)量，其中，酵母最適添加量（于投糧比）為0.8%，高級(jí)醇產(chǎn)量下降了14.8%；糖化酶最適添加量（于投糧比）為750 U/g，高級(jí)醇產(chǎn)量下降了11.4%；而蛋白酶的添加卻促進(jìn)了高級(jí)醇的合成。分析其原因：濃香型白酒的釀造是一個(gè)邊糖化邊發(fā)酵的過程，添加酵母量可以降低酵母的增殖倍數(shù)，經(jīng)由酵母氨基酸合成途徑合成的高級(jí)醇也相應(yīng)減少；糖化酶的添加可以促進(jìn)淀粉轉(zhuǎn)化為可發(fā)酵糖，酵母菌糖代謝活動(dòng)得到加強(qiáng)，氨基酸降解減弱，高級(jí)醇含量減少；蛋白酶的添加可以將物料中的蛋白質(zhì)分解為氨基酸，提高底物氨基酸的濃度，進(jìn)而生成更多的高級(jí)醇。

王立釗等考察了醬香型白酒固態(tài)發(fā)酵過程中不同添加量的活性干酵母、糖化酶、蛋白酶對(duì)高級(jí)醇生成量的影響，結(jié)果表明，活性干酵母的添加對(duì)高級(jí)醇產(chǎn)量沒有顯著影響，適當(dāng)添加糖化酶可以將高級(jí)醇含量降低35.5%，在此基礎(chǔ)上添加適當(dāng)含量的蛋白酶，可以進(jìn)一步將高級(jí)醇產(chǎn)量降低41.4%。孫金旭等研究了酵母菌和糖化酶對(duì)醬香型白酒中高級(jí)醇合成的影響，結(jié)果顯示，當(dāng)酵母添加量為1%時(shí)，高級(jí)醇總量最低，為0.41 g/L，比對(duì)照組降低了39.64%；當(dāng)糖化酶添加量為2×10U/g時(shí)，高級(jí)醇總量比對(duì)照組降低了48.28 %。有學(xué)者指出，糖化速度是決定發(fā)酵速度的關(guān)鍵因素，因?yàn)獒u香型大曲為高溫曲，糖化能力較弱。因此，在酵母菌充足的情況下，可以通過添加糖化酶來提高發(fā)酵速度，減少高級(jí)醇的合成。

2.1.2 環(huán)境條件優(yōu)化

入窖溫度對(duì)傳統(tǒng)固態(tài)白酒發(fā)酵過程中高級(jí)醇的合成有一定的影響。潘玲玲等利用可實(shí)現(xiàn)夾套控溫的固態(tài)發(fā)酵罐為發(fā)酵容器分別進(jìn)行兩輪“控溫發(fā)酵”實(shí)驗(yàn)，以探究發(fā)酵溫度對(duì)濃香型白酒生產(chǎn)中高級(jí)醇產(chǎn)量的影響，結(jié)果表明，較高糟醅頂溫溫度和較長(zhǎng)中挺時(shí)間更有利于高級(jí)醇的合成，其中，正丙醇、異丁醇、正丁醇、異戊醇、正己醇等高級(jí)醇含量分別增加了118.6 %、21.2 %、29.7 %、21.7 %、77.3 %，相應(yīng)基酒的高級(jí)醇含量也明顯增加。施思等為探索濃香型白酒高級(jí)醇生成規(guī)律，改善和調(diào)控生產(chǎn)工藝，在兩年內(nèi)跟蹤了30 輪次固態(tài)發(fā)酵糟醅中異戊醇、異丁醇、正丙醇和正丁醇的生成規(guī)律，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，正丙醇和正丁醇的生成與酸度和入窖溫度呈正相關(guān)關(guān)系，異戊醇和異丁醇的生成與乙醇發(fā)酵呈正相關(guān)關(guān)系。曲冠頤等對(duì)小曲清香型白酒春秋兩季的高級(jí)醇產(chǎn)量進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，春季的高級(jí)醇產(chǎn)量要顯著低于秋季的高級(jí)醇產(chǎn)量，推測(cè)是較高的環(huán)境溫度更有利于產(chǎn)高級(jí)醇微生物的生長(zhǎng)。

2.1.3 其他條件優(yōu)化

趙揚(yáng)揚(yáng)等發(fā)現(xiàn)采用不銹鋼材料作為發(fā)酵窖池蓋子代替?zhèn)鹘y(tǒng)的窖泥封窖，既能夠減少水分散失又能夠避免雜菌污染保證厭氧環(huán)境，最終降低白酒中高級(jí)醇的含量，提高了窖池出酒率。郭梅君等基于高級(jí)醇的揮發(fā)特性，在米香型白酒的蒸餾中，利用慢速蒸餾結(jié)合精餾酒頭的方法去除高級(jí)醇，結(jié)果表明可以有效去除高級(jí)醇，且保留了米香型白酒的原有風(fēng)格。陳雪鵬等對(duì)濃香型新酒進(jìn)行液態(tài)重蒸餾，并對(duì)蒸餾條件進(jìn)行優(yōu)化，最終成功降低了高級(jí)醇含量。

2.2 選育低產(chǎn)高級(jí)醇菌株

2.2.1 自然育種獲得低產(chǎn)高級(jí)醇菌株

從窖泥、糟醅等白酒釀造自然環(huán)境中篩選獲得低產(chǎn)高級(jí)醇的菌株是最為傳統(tǒng)的育種方法。袁華偉等從濃香型白酒生產(chǎn)大曲和糟醅中成功篩選獲得一株低產(chǎn)高級(jí)醇且產(chǎn)酒能力強(qiáng)的酵母菌株，其高級(jí)醇產(chǎn)量降低了23.53 %，而其他風(fēng)味物質(zhì)產(chǎn)量幾乎沒有影響。勾文君等從濃香型白酒窖泥中篩選獲得一株低產(chǎn)正丁醇的酪丁酸梭菌，添加到模擬白酒窖內(nèi)發(fā)酵體系中，使得正丁醇含量減少了30.05%，且己酸乙酯生成量顯著增加。陳良強(qiáng)等從醬香型白酒的大曲和糟醅中篩選獲得一株低產(chǎn)高級(jí)醇且高產(chǎn)乙醇的粟酒裂殖酵母，其異丁醇、異戊醇濃度只有其他粟酒裂殖酵母的51.0 %和53.4%，且該菌株產(chǎn)高級(jí)醇水平幾乎不受支鏈氨基酸的影響。

梁璋成等通過溫度梯度試驗(yàn)從福建各地收集的釀造紅曲米中篩選獲得一株可在低溫10 ℃下啟動(dòng)發(fā)酵黃酒的低產(chǎn)高級(jí)醇的酵母菌株，其高級(jí)醇產(chǎn)量?jī)H為117.12 mg/L。衛(wèi)云路等從酒曲中篩選獲得一株低產(chǎn)高級(jí)醇高產(chǎn)酒的釀酒酵母，并將該酵母應(yīng)用于新型米曲的制作，在新工藝生產(chǎn)條件下，實(shí)現(xiàn)了高級(jí)醇合成的顯著下降。張翠英等將低產(chǎn)高級(jí)醇釀酒酵母工程菌株添加至小曲酒進(jìn)行半固態(tài)發(fā)酵，結(jié)果顯示，與純小曲發(fā)酵相比，正丙醇、異丁醇和異戊醇分別降低了20.6%、32.3%和50.8%，總高級(jí)醇含量顯著下降至29.35 mg/100 mL，且對(duì)酒度、殘?zhí)?、總酸和總酯產(chǎn)量基本無影響。李秋志等通過利用高產(chǎn)酯低產(chǎn)高級(jí)醇酵母菌替代混合生香酵母菌進(jìn)行芝麻香白酒的釀造生產(chǎn)，成功減少高級(jí)醇的含量。

利用低產(chǎn)高級(jí)醇的菌株理論上可以減少白酒發(fā)酵過程中高級(jí)醇的合成，但中國傳統(tǒng)固態(tài)白酒的發(fā)酵是一個(gè)涉及多種天然來源微生物的混合協(xié)同代謝、多酶促反應(yīng)的過程。對(duì)于純種發(fā)酵的釀造酒來說，低產(chǎn)高級(jí)醇菌株能有效降低高級(jí)醇的含量，但卻并不一定適用于傳統(tǒng)固態(tài)白酒的釀造，可能會(huì)影響到其他功能微生物的生長(zhǎng)和代謝，進(jìn)而影響酒質(zhì)。因此，研究傳統(tǒng)固態(tài)白酒釀造過程中高級(jí)醇與其合成相關(guān)的微生物菌群間的互作關(guān)系更有利于解決高級(jí)醇調(diào)控的問題。

2.2.2 基因工程育種獲得低產(chǎn)高級(jí)醇菌株

利用基因工程技術(shù)對(duì)高級(jí)醇合成代謝途徑中的關(guān)鍵基因以及調(diào)控因子進(jìn)行改造，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)高級(jí)醇合成的調(diào)控。張翠英等以工業(yè)酵母為出發(fā)菌株，構(gòu)建了BAT2 基因缺失二倍體工程菌并應(yīng)用于模擬黃酒發(fā)酵，其高級(jí)醇生成量顯著下降。李維等以釀酒酵母單倍體菌株作為出發(fā)菌株，通過分子育種技術(shù)成功過表達(dá)ATF1 基因和敲除BAT2基因，其重組后雜交體的異戊醇和異丁醇產(chǎn)量顯著減少。李維等研究發(fā)現(xiàn)，將酵母菌株的亮氨酸合成基因LEU1 或LEU2 敲除可以顯著降低異戊醇的生成量，但同時(shí)也造成了異丁醇含量的顯著提高；類似的，將負(fù)責(zé)纈氨酸與異亮氨酸合成的關(guān)鍵基因ILV1 敲除后發(fā)現(xiàn)，正丙醇、活性戊醇和2-苯基乙醇的濃度顯著降低，但異丁醇和異戊醇的產(chǎn)量增長(zhǎng)顯著。江森等為降低黃酒中高級(jí)醇含量，構(gòu)建了釀酒酵母乙醛脫氫酶基因過表達(dá)菌株并進(jìn)行黃酒發(fā)酵，結(jié)果表明其高級(jí)醇含量減少了72.04 %。基因工程改造菌株在中國白酒實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中存在著非常大的局限性和不確定性，傳統(tǒng)固態(tài)白酒釀造過程中的微生物均來源于自然環(huán)境，可能會(huì)改變?cè)瓉淼奈⑸锶郝浣Y(jié)構(gòu)，甚至對(duì)窖池造成不可恢復(fù)的損傷，因此需要非常慎重。

3 結(jié)論與展望

目前研究結(jié)果表明白酒中高級(jí)醇主要來源于合成途徑和降解途徑，但由于各大香型白酒的釀造用料、釀造用曲和釀造工藝都存在著不同，導(dǎo)致其釀造功能微生物存在著差異，使得降低白酒中高級(jí)醇含量的研究面臨著很大的困難，如工藝優(yōu)化存在著普適性的限制且成本高，低產(chǎn)高級(jí)醇菌株實(shí)際應(yīng)用的可行性不大且可能會(huì)干擾到其他功能微生物合成風(fēng)味物質(zhì)。因此，目前尚未形成成熟的工藝技術(shù)來有效調(diào)控白酒中高級(jí)醇的生成，需要針對(duì)具體香型白酒釀造過程中高級(jí)醇的生成及變化機(jī)理開展深入研究，以形成相應(yīng)的高級(jí)醇合成的調(diào)控技術(shù)，助力中國白酒邁向國際化。