中国白酒的主要成分是乙醇和水, 而溶于其中的酸、酯、醇、醛等微量有机物作为重要的呈香呈味物质, 决定着白酒的风格 (又称典型性) 与质量。国际上, 酒类风味物质分析技术的不断进步, 鉴定出的风味成分已达1000余种。由于白酒酿造过程中的生产环境、原料选取、糖化发酵剂种类、发酵设备及酿造工艺等的不同, 其香型、风格也有所差别。白酒风味物质的形成, 不仅是微生物代谢及次生代谢的产物, 同时是原料中基本组分及非基本组分, 在各类生物酶的直接或间接催化下的生物合成, 非酶促化学反应和热降解反应的结果。作为我国白酒市场产量最高的浓香型白酒具有“窖香浓郁, 绵软甘洌, 香味协调, 尾净余长”的风味特征[1,2]。本文从浓香型白酒的主要流派及其典型风味特征, 风味物质的组成、来源及其研究技术的发展等方面, 综述了浓香型白酒中呈香呈味物质的研究现状及其趋势。
1 浓香型白酒主要流派及其典型风格特征
浓香型白酒其酒体香气主要以酯类为主, 主体香味为己酸乙酯;其在酒体香味中的含量高、阈值低, 决定了浓香类白酒的主要风味特征。浓香型白酒根据原料差异, 可分为单粮型和多粮型;就其南北方生产地域而言, 北方以徐州为中心的江淮派和南方以泸州为中心的川派。
川派以“川派浓香”的泸州老窖特曲、五粮液、剑南春为代表, “浓中带陈味、味陈、香气浓郁、醇厚、丰满、圆润” (或称“浓中带酱”) 。其风味以窖香浓郁, 香味丰满著称, 口味突出绵甜, 气味带有“陈香”或所谓的“老窖香”, 似乎又带有微弱的“酱香气味”。川酒陈香味道浓厚, 5种典型浓香型川酒风味各不相同。五粮液酒味全面, 喷香、丰满、谐调;泸州老窖特曲风味醇香浓郁、清洌甘爽, 饮后尤香;剑南春风味陈香、爽洌、醇厚;全兴大曲其味浓而不酽、雅而不淡、醇甜尾净;沱牌曲酒味甜净, 醇厚、尾净余长。
江淮派以“老五甑浓香”的洋河大曲、古井贡酒、双沟大曲为代表, 浓香纯正的“纯浓型” (或称“淡雅浓香型”) 的江淮派, 以“香气幽雅、口味细腻、绵甜净爽”为独特风格。其风味以醇甜爽净著称, 口味纯正, 主要突出己酸乙酯的香气[3,4,5]。苏、鲁、豫、皖的浓香型白酒, 油陈 (脂肪酸的陈香或是豌豆分解发酵后的香气) 较突出, 但窖香、曲香、粮香较川酒低。作为苏酒的典型代表, 洋河大曲风味甜、绵、软、净、香, 尤以甜绵著称, 味带氨基酸鲜味, 绵甜醇净;古井贡酒在风味方面, 前香好, 香浓, 味长;双沟大曲其风味有窖陈香气, 味长, 香稍大;宋河粮液其风味清雅, 有窖陈香[6]。
2 浓香型白酒主要风味物质的组成
白酒的呈香物质由许多单体成分组成, 因单体成分在白酒中的含量及各自的香味阈值不同, 形成不同香味强度。其中含量高、阈值小的单体成分, 呈现出的香味强度大, 对白酒的质量及风格有重要影响。构成白酒主体成分的乙醇和水占98%～99%, 其他微量成分占1%～2%, 主要由有机酸、酯、杂醇油、醛、酮、含硫化合物、含氮化合物以及极其微量的无机化合物 (固形物) 等组成, 它们共同决定了白酒的风味、风格, 是酒体的重要组成物质[7]。
2.1 酯类物质
酯类作为浓香型白酒中最主要香味成分, 占风味成分总量的60%左右, 在酒体中数量最多且影响最大。酯类是构成酒香的主要物质, 是具有芳香性气味的挥发性化合物, 对形成各种酒的典型风格起关键作用。己酸乙酯作为浓香型白酒中主要香味成分, 与乳酸乙酯、乙酸乙酯、丁酸乙酯构成酒体中四大酯类, 占其总酯含量的90%～95%, 对浓香型白酒风味起着重要作用, 含量高时呈辣味和臭味, 含量低时赋予白酒特殊窖香。通常, 在白酒的勾调过程中, 四大酯类的量比关系非常重要[8,9]。
研究发现, 浓香型白酒中除四大酯类外, 还含有辛酸乙酯, 虽在浓香型白酒中含量很少, 但其香气强度值 (OAV) 显著高于乙酸乙酯、乳酸乙酯等酯类风味物质, 仅次于己酸乙酯。研究表明, 辛酸乙酯香气分值达到了2.5分, 对酒体风味有重要贡献, 是浓香型白酒中的重要物质。低浓度的辛酸乙酯对酒体香味复合作用相当好, 随着浓度进一步增加, 对其他风味成分有较强抑制作用, 浓度范围可控制在30mg/L～40mg/L之间。2006年, 范文来等发现剑南春和五粮液的香气化合物有己酸乙酯、丁酸乙酯、戊酸乙酯、己酸丁酯、辛酸乙酯、3-甲基丁酸乙酯、己酸等, 酯类尤其是乙酯为其最重要的芳香物质[10];此研究对川派和江淮派浓香型代表酒的微量成分的含量及风味强度获得更清晰的认识。
2.2 酸类物质
白酒风味物质中的酸类绝大部分为有机酸, 占风味成分总量的14%～16%, 为白酒主要呈味物质。酸作为白酒风味中主要协调成分, 功能丰富, 影响面广, 作用强, 也易控制。含量压香, 含量少味寡淡, 浓度适宜的酸可增加酒的味道, 去除燥辣味, 使酒爽口, 回味甘甜。同时适量的酸可减少和掩盖酒的苦味和邪杂味。
浓香型白酒中四大酸分别为己酸、乳酸、乙酸、丁酸, 占酒体总酸含量90%以上。在其蒸馏过程及贮存过程中, 总酸的增加显著, 呈平稳增长。己酸作为产生窖香主要成分之一, 在浓香型白酒中, 有呈味助香作用。乙酸为浓香型白酒主要的挥发性酸, 有清爽米醋香味, 它主要起呈味作用, 也可抑香, 适量可使酒爽口。分别占总酸34%, 总香味成分的5%。乳酸是浓香型白酒中主要不挥发酸, 起呈味作用, 对浓香型白酒有助香作用。丁酸作为浓香型白酒中主要不挥发酸, 起呈味助香作用。浓度适量时, 有愉快的水果香、大曲香、糟香, 浓度高时, 有令人不愉快的汗臭味。
2.3 醇、醛、酮类物质
醇类作为白酒中主要助香成分, 是酸与味的过渡桥梁, 有衬托酯香的作用。浓香型白酒中, 醇类占香味成分总量12%左右。异戊醇含量过低, 会失去白酒固有风格, 本身具有粘稠感的丙三醇、2, 3-丁二醇等多元醇, 能调节酒的绵甜, 促进酒体柔和, 产生挂杯现象。异丁醇含量高时, 会使酒发苦;适量仲丁醇、正丙醇可使白酒产生陈味;高级醇对人的健康弊多利少, 含量过多, 使酒产生苦、涩、辣味。
目前, 浓香型酒中醇类含量及量比关系, 有待进一步研究。浓香型白酒中醛、酮类物质作为香气的主要协调成分, 占香味成分总量的5%～8%, 主要是乙醛、乙缩醛、双乙酰等化合物, 具有较强刺激性, 可使酒劲增大, 烘托香气, 增加喷香, 协调口感, 促进爽口。双乙酰能提高白酒香气质量, 具有蜂蜜样的香气[11,12,13]。
3 浓香型白酒风味物质的主要来源
3.1 原辅料、酶促与非酶促反应
粮谷原料中的淀粉、蛋白质、脂肪、单宁、果胶质及辅料中的木质素等成分经微生物发酵后的代谢产物基本上都是白酒的香味成分。乳酸、乙酸和高级醇类等来自粮谷中淀粉的降解和转化, 高级脂肪酸乙酯来源于粮谷中脂肪酸的酯化, 甲醇由果胶质酶解而得等。一部分香味成分在曲饼制作过程中产生, 另一部分香味成分则在酿酒过程中形成。酿酒所采用的原料、辅料 (包括曲饼和酿酒时投料) 影响着各类酒的风格, 一方面是因为这些原料和辅料提供微生物代谢发酵的基质, 另一方面则是因为它们本身就含有一些挥发性成分。高粱、小麦和米饭中检出了甲醇、乙醇、丙醛、丁酮和庚醛等几十种成分。谷类果实作为酿酒原料, 其风味可分为生谷粒香气和经过热成处理的熟谷粒香气。如大米、糠壳、大麦、豌豆等原料包含醇、醛、酮、酸、酯、酚、内酯类、乙缩醛类、呋喃类、吡嗪类、噻吩、噻唑类等250多种挥发性物质, 为浓香型白酒香味组分形成提供了丰富的前体物质。酶促反应主要是以直链、支链、芳香族、含硫氨基酸及亚麻酸、亚油酸、色素等为前体的生物合成。非酶反应包括:蒸馏过程的热影响, 发生氧化、分解、降解等产生香味物质;基本组分及非基本组分的相互作用或者热降解产生香味物质。
总之, 浓香型白酒中风味物质的形成, 不仅是微生物将淀粉、蛋白质等原料物质转化生成醇、醛、酸、酮、酯等化合物, 同时与酿制过程中, 原料的选择、制曲工艺、酿酒操作过程密切相关。并且经过酶促生物合成、非酶化学反应及热降解作用, 才可酿造出优雅丰满、醇和、圆润、净爽的酒体。经发酵、蒸馏而得的新酒, 须经过一段贮存老熟期才能装瓶出售。白酒在贮存老熟程中, 不仅存在挥发作用和氢键缔合等物理作用, 还进行醇类氧化、醛类氧化、醇酸酯化和醇醛缩合等缓慢的化学反应, 从而生成新的香味成分。
3.2 微生物代谢及其次生代谢产物
浓香型白酒在酿造中, 有细菌、放线菌、酵母菌、霉菌等微生物参与。它的风味成分来源于产香功能菌。发酵过程中, 它们互相影响, 代谢出各种酶类, 将原料在多酶催化作用下, 转化为醇、醛、酸、酮、酯等物质, 进而形成各种风味物质。其主体香是由己酸菌产生己酸, 再经过酯化, 形成己酸乙酯。如梭状芽孢杆菌是浓香型白酒窖泥中最重要的微生物类群。己酸、丁酸、氢, 是它主要的代谢产物, 可与乙醇酯化形成主体香己酸乙酯。同时, 异养菌、各类发酵菌、多种产甲烷菌等代谢产物也是香味物质或前体物质。
沈怡方等采用传统分离技术对窖泥中的己酸菌进行分离、培养及应用实验, 对细菌产香进行了最早的研究[8]。研究发现参与产香细菌类, 包括厌氧异养菌、甲烷菌、己酸菌、乳酸菌、硫酸盐还原菌、硝酸盐还原菌等, 并认为这些微生物在特殊的环境中进行生长繁殖及代谢, 各种代谢物在酶的作用下发生酯化反应而产生白酒的香气物质[14]。张丽莺对泸州老窖糟醅中的细菌区系进行研究, 鉴定并发现主要以芽孢杆菌和芽孢乳杆菌产香[15]。熊昌绪发现新疆“八一”特曲糟醅中多为G-杆菌产香[16]罗志腾研究了西安大曲糟醅, 发现其主要为芽孢菌、节杆菌和醋酸杆菌产香[17]浓香型白酒窖池中的产香细菌大多数为芽孢菌。有研究表明, 梭状芽孢杆菌对浓香型白酒香气贡献最大, 其主要代谢产物是己酸、丁酸和氢, 研究还发现, 己酸菌和甲烷菌共生时能促进己酸生成[18,19]。王葳[20]等人从黑龙江省某浓香型酒厂老窖中分离出3株乳酸菌, 姚惟琦[21]等人从浓香型糟醅中分离得到21株产乳酸菌株, Limeng Liu[22]等人从窖池壁样中分离得到乳酸菌新种, 并提出其代谢物可能与白酒风味密切相关。
上述研究可知, 我国南方、北方及西部产地环境不同, 故糟醅中的产香细菌的种类组成也存在一定差异。浓香型白酒发酵糟醅及窖泥中, 产酯功能菌区系主要有己酸菌、乳酸菌、酵母菌和霉菌等[23]。对酯化酶生香功能菌认识最早的是酯化酵母, 主要种群为汉逊酵母属、产朊酵母属、假丝酵母属、球拟酵母属和酒香酵母属等[24]。在浓香型白酒酿造过程中, 红曲霉属在白酒发酵过程中代谢的酶类起重要作用, 除酯化酶外, 还代谢糖化酶、液化酶、果胶酶、蛋白酶、纤维素分解酶、酒化酶等[25]。浓香型白酒中浓郁的香气主要来自于发酵中后期的酯化增香过程;发酵中后期, 芽孢杆菌会大量增殖, 成为酒醅中的优势菌体, 是重要的酯化产香菌之一, 但发酵糟醅中细菌产酯酶的研究并不多。
3.3 浓香型原酒储存过程中的风味变化
浓香型白酒的储存过程是一个复杂的过程, 不仅存在挥发作用和氢键缔合等物理作用, 还进行醇类氧化、醛类氧化、醇酸酯化和醇醛缩合等缓慢的化学反应, 从而生成新的香味成分。原酒在贮存过程中, 随着时间的延长, 陈化时间增长, 新酒中的杂味消除, 醇、醛类氧化生成酸, 酸再与酒体中的醇发生酯化反应, 生成具有芳香气味的乙酸乙酯, 从而使酒质更加醇香, 以下对浓香型白酒中主要风味物质做一下简单介绍。
作为浓香型白酒的主要香味物质, 其四大酯 (乙酸乙酯、丁酸乙酯、己酸乙酯、乳酸乙酯) 是原酒储存过程中研究的主要方面。仝建波[26]等人在对浓香型白酒储存过程香味成分变化规律的研究中分别对0、5、10、15、20、25、30年贮存期的原酒四大酯进行研究, 结果显示四大酯均呈现明显的下降趋势。酯类物质在储存期间的变化并不是一直在减少, 尤其在贮存前期的6个月, 四大酯变化各不相同, 王民[27]在浓香型白酒长期贮存变化规律研究一文中表明乳酸乙酯呈下降趋势, 而己酸乙酯和丁酸乙酯则呈上升趋势, 乙酸乙酯既有可能下降也有可能上升。
浓香型白酒中酸类物质的来源主要有一下三个途径: (1) 酯类化合物通过水解作用生成有机酸与醇; (2) 醛类物质通过氧化作用生成酸类物质; (3) 酒中挥发性物质散发, 起到了浓缩作用, 酸类物质浓度增高。所以浓香型白酒在储存期间酸类物质呈现上升趋势。醇类物质含量随贮存时间延长而减少, 其中甲醇含量变化最大, 可能是由于贮存过程中甲醇的汽化热低、沸点低、易挥发损失。醛类物质以乙醛、乙缩醛为主, 贮存前6个月呈增加趋势之后随贮存期延长而逐渐降低, 前期由醇氧化生成导致2种醛含量增加, 后期2种醛又进一步氧化生成酸导致含量降低。
4 浓香型白酒风味物质检测技术的发展
目前, 白酒风味成分分析方法主要有常规检测技术、色谱技术、光谱技术及其他检测技术。通常采用常规的化学分析方法测定白酒中的总酸、总酯、总醛、甲醇和杂醇油等成分。1964年, 原中国轻工业部组织的茅台、汾酒试点研究组采用纸层析色谱法定性及半定量检出白酒中的酸和酯及芳香族化合物等成分;同时, 在茅台试点应用薄层色谱法和柱层色谱法探讨茅台酒中的有机酸成分。白酒的分析检测技术经过40多年的发展, 白酒风味物质检测技术获得了令人瞩目的成果。随着科技进步, 在酿酒微生物选育、酿造工艺优化、酒体储存勾调和香味成分剖析等各方面取得了较大进步, 特别在对白酒风味物质研究上, 应用现代色谱分析技术, 已经定性检出的成分达到上千种, 定量检出成分约700多种。
范文来通过顶空-固相微萃取HS-SPME技术, 在浓香型白酒中分析出己酸乙酯、己酸、辛酸乙酯、丁酸、乙酸乙酯、乳酸乙酯和丁酸乙酯等重要挥发性化合物[28]。2010年, 他又通过HS-SPME、GC-MS技术, 对浓香型白酒检测, 共分析出184种微量挥发性成分, 其中酯类78种, 醇类18种, 酸类11种, 羰基化合物13种, 酚类化合物7种, 芳香族化合物26种, 内酯类化合物5种, 硫化物6种, 呋喃类化合物7种, 吡嗪类化合物3种, 吲哚类化合物2种, 其他化合物8种[29]。徐占成通过GC×GC-TOFMS技术, 分析出剑南春中含有近百种萜烯类化合物, 其中金合欢烯、古芸烯、香橙烯、香柠檬烯、雪松烯、蛇床烯、罗汉柏烯、榄香烯、杜松烯等倍半萜居多, 这类化合物有较强香气和特殊功效的生理活性, 普遍存在于植物体中[30]。
白酒某些中挥发性极低的物质, 气相色谱无法检测, 需利用高效液相色谱进行分离和检测。气相色谱分析在白酒香味成分的定性和定量分析研究上贡献巨大;但在微量成分分析、尤其在定量分析上, 采用气相色谱分析, 或者说现有的气相色谱仪器, 尚存在一定的误差。这一问题的解决, 需要借助其他学科的研究进展。
5 结语与展望
中国白酒在世界蒸馏酒中源远流长, 酿造技艺更是博大精深, 香型各具特点。目前, 对于白酒风味物质的形成与微生物关系的研究一般都是对白酒酿造水平上的研究, 多数只是在工艺上的改进或者用纯种的微生物强化发酵;对白酒酿造微生物的研究也主要集中在影响白酒生产的模式菌株的分离、筛选和鉴定上, 而对各种风味微生物之间的相互作用了解甚少, 影响白酒生产的风味微生物之间关系还有待于进一步研究。对白酒风味物质种类及其作用的定性和定量研究, 有利于白酒风味质量的稳定与提高;风味物质中功能因子研究、风味功能微生物研究等, 将是今后浓香型白酒风味化学分析的重要方向与趋势。白酒中风味物质形成机理的研究有利于人们通过对酿酒的发酵过程和贮存老熟过程中各种因素的调控, 以实现调节白酒中相关风味成分的生成, 达到稳定和提高白酒风味质量的目的。
