白酒成分分析的研究進展

付歡，陳雪峰,*，趙燕妮，陳夢音，周端，賈瑋

1(陜西科技大學 食品與生物工程學院，陜西 西安，710021)2(陜西農產品加工技術研究院，陜西 西安，710021)

白酒是世界六大蒸餾酒之一[1]。由于白酒在釀造原輔料、釀造工藝、釀造微生物等方面存在差異，不同類型白酒具有不同風格。至今已有醬香、濃香、清香、米香、兼香、鳳香、老白干香、特香、馥郁香、藥香、芝麻香、豉香12種香型[2]。其中，醬香、濃香、清香、米香是4種基本香型，其余香型被認為是由兩種或兩種以上基本香型衍生而來[3]。酒精和水(占總量98%～99%)是白酒的主要成分，剩余微量成分(占總量1%～2%)是構成白酒典型風味特征的物質基礎[4]，決定著白酒的風格和質量，因此也被稱為風味物質[5]。白酒中風味物質的含量和比例直接影響著白酒的風味特征，在“中國白酒169計劃”的引領下，目前對白酒中各種成分分析的研究逐漸深入。本文主要綜述了近年來國內外學者在白酒風味成分、健康成分、風險成分的研究進展，以期為深入剖析白酒提供參考。

1 白酒風味成分分析

白酒是由水、乙醇及多種微量化合物組成的復雜混合物。白酒風味成分主要包括白酒的呈香和呈味物質，前者多為揮發性物質，是白酒香氣的主要來源；后者多為非揮發性物質，在白酒滋味上起著重要作用。然而，由于白酒生產工藝的特殊性，酒體中也會存在一些異味成分，這些成分的出現嚴重影響著白酒的品質。

1.1 白酒中的呈香物質

目前，在白酒中主要檢測出酯類、酸類、醇類、羰基類、芳香族類、萜烯類和吡嗪類等揮發性物質[6]。揮發性物質種類雖多，但含量甚微，且因在極性、溶解性、揮發性等性質上存在很大差異，所以很難通過某種單一的方法對白酒中所有風味化合物進行直接分析。因此，根據不同的分析目的，白酒研究者經常結合幾種合適的方法進行分析。

WANG等[7]通過不同前處理方法結合二維氣相色譜-飛行時間質譜(two-dimensional gas chromatography-time-of-flight mass spectrometry，GC×GC-TOF-MS)對藥香型白酒中的揮發性化合物進行了測定。結果表明，固相萃取(solid phase extraction，SPE)適合含氮化合物的分析，固相微萃取(solid phase microextraction，SPME)對醇類、硫化物、萜烯類化合物有良好的萃取效果。ZHAO等[8]采用氣相色譜-聞香法(gas chromatography-olfactometry，GC-O)和氣相色譜-質譜法(gas chromatography-mass spectrometer，GC-MS)在古井貢酒中鑒定出了60種香氣化合物，并結合氣味活度值和感官分析將其中35種香氣化合物確定為古井貢白酒的重要香氣化合物。MA等[9]采用頂空固相微萃取(headspace-SPME，HS-SPME)和同時蒸餾萃取(simultaneous distillation and extraction，SDE)結合GS-MS和GC-O技術在致中和五加皮酒中共檢測出了133種揮發性化合物，其中HS-SPME法共檢出99種，SDE法共檢出67種，兩種方法共同檢出33種。實驗結果進一步證明了相比于單一的前處理方法，兩種不同前處理方法的結合能更好地反映五加皮白酒的風味特征。FANG等[10]采用HS-SPME-GC-TOF-MS及衍生化-GC-TOF-MS在24種典型蒸餾酒中檢測出了879種揮發性化合物和268種非揮發性化合物，結果表明乙酯類、苯衍生物類和醇類是多數蒸餾酒共有的物質，且這些物質對酒的香味和滋味有重要貢獻。WANG等[11]采用HS-SPME-GC-MS結合液液微萃取(liquid-liquid microextraction，LLME)-GC-MS在五糧液白酒中共檢測出75種香氣成分，并利用多元統計分析方法揭示了不同香氣組分與革蘭氏陰性菌、厭氧菌、真菌呈正相關關系，與革蘭氏陽性菌、需氧菌呈負相關關系，決定五糧液分級的4種關鍵酯類與厭氧菌、真菌呈正相關關系。

國內外關于白酒中揮發性化合物的研究較多，多種先進的分析方法被成功用于檢測白酒中的揮發性化合物。其中，最常見的HS-SPME技術因其不需添加萃取劑，不需長時間在高溫下加熱萃取，能顯著降低白酒中熱敏性成分的損失。因此，應用該法在白酒中檢測到的香氣物質更接近酒樣中的真實香氣成分。但是，由于HS-SPME方法所選用的萃取頭涂層材料有所區別，如大量文獻中報道的50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取頭對短碳鏈揮發性成分具有較強的吸附能力，但對揮發性酸和醇類物質的萃取卻不如LLME方法有效。因此，將HS-SPME和LLME聯用技術應用于白酒中呈香物質的檢測可以較為全面的反映出白酒的整體香味成分特征。從國內外研究報道中可以看出，多種檢測方法聯用技術是目前檢測白酒中呈香物質的主要方法，有效避免了單一方法檢測白酒呈香物質的局限性。

1.2 白酒中的呈味物質

已有大量文獻報道了各種香型白酒中的呈香物質，但對呈味物質的報道還比較少，原因可能是因為該類物質含量極微，酒樣前處理困難等。揮發性成分雖然是白酒香氣特征的物質基礎，但非揮發性成分也對白酒風味形成起著關鍵作用，不同程度地影響著白酒的滋味。因此，研究白酒中的非揮發性物質，探究這些物質對白酒滋味的影響將有效促進白酒企業發展。白酒中非揮發性物質主要包括中長鏈脂肪酸、多元醇、高級醇、酯類等物質，而白酒的滋味主要由酸味、甜味、苦味、澀味等協調組成。

1.2.1 白酒中的酸味物質

有機酸是白酒的主要呈酸物質，大多是在釀酒過程中發酵產生的，分為揮發性有機酸和非揮發性有機酸，前者以乙酸為主，后者以乳酸為主。不同類型的白酒有其特征的有機酸種類和量比，從而賦予酒體豐滿度和酸爽感，減少酒的烈性。

白麗真等[12]在去除白酒中酒精等揮發性成分后，采用超高效液相色譜(ultra-high performance liquid chromatography，UPLC)檢測了白酒中乳酸的含量，在線性范圍內，乳酸有較好的線性關系，R2為0.999 7，加標回收率為90%～110%，RSD為0.23%，檢出限為1 mg/L。楊會[13]采用液相色譜-質譜法(liquid chromatography mass spectrometry，LC-MS)結合UPLC對8種不同香型白酒中的有機酸進行了定量分析。結果表明，乳酸在8種香型白酒中的含量均是最高的(461.2～1 789 mg/L)。徐軍[14]采用離子色譜法研究發現己酸、乳酸、乙酸和丁酸是濃香型枝江白酒的主要酸類物質，占總酸含量的91.60%。

1.2.2 白酒中的甜味物質

白酒的甜味主要來源于醇類物質，尤其是多元醇類，其黏稠體的物理狀態可以賦予酒體獨特的濃厚感，使得白酒口味綿長。多元醇的甜味與其羥基數目有關，如己六醇的甜味大于蔗糖和丁四醇[2]。

孫潔等[15]用高效離子色譜-積分脈沖安培色譜法研究發現，芝麻香型白酒酒醅中的多元醇主要是霉菌、酵母菌、細菌等微生物利用糖、氨基酸等成分發酵而成，如甘油主要產于發酵后期，是酵母菌在生產酒精的同時產生的，其含量隨著酒醅中蛋白質含量、溫度及pH值的升高而升高。雷鈞等[16]利用高效液相色譜-四級桿飛行時間質譜(HPLC-quadrupole time-of-flight mass spectrometry，HPLC-QTOF-MS)在濃香型白酒成品酒、蒸餾尾水、黃水中均檢測到了戊五醇和己六醇的存在，進一步說明了濃香型白酒中的戊五醇和己六醇產生于釀酒自然發酵過程。

1.2.3 白酒中的苦味和澀味物質

白酒釀造工藝復雜，“后味”苦澀(舌根上殘留不易消失且持久的苦味及使整個舌頭麻木的澀感)往往會給飲酒人帶來不愉快的感覺，直接影響著白酒的感官品質。因此，使得白酒后味苦澀的物質被列為白酒中的異味物質。目前專家學者們根據白酒生產工藝及食品中已報道的苦澀味物質推測出白酒中可能存在的呈苦呈澀物質[17]見表1。

隨著檢測技術的不斷改進與發展，白酒中的微量成分相繼被檢出，但是目前對于白酒風味成分的研究仍然不全面，是因為白酒中也存在非揮發性化合物，這些物質也影響著白酒的整體風味。國內外關于白酒中非揮發性化合物的研究方法主要有HPLC、UPLC、LC-MS、柱前衍生化結合GC-MS或GC-TOF-MS法等。最常見的分析方法是采用柱前衍生化結合GC-MS或GC-TOF-MS法分析白酒中的非揮發性化合物(衍生化會增加分析物的揮發性和熱穩定性，能夠提供更好的質譜特性和更有利的碎片化模式，有利于結構鑒定[10])，對于白酒中含量較高的酸(如乳酸)則采用UPLC[13]、LC-MS[13]或HPLC[23]進行定量分析。從國內外研究報道可以看出，將多種方法聯用技術應用于檢測白酒中的非揮發性化合物可以較完整的反映白酒中的風味物質。

表1 白酒中可能存在的呈苦呈澀物質Table 1 Possible bitter and astringent substances in Baijiu

2 白酒健康成分分析

由于各地區飲酒文化存在差異，過量飲酒引起的安全事件和一些白酒摻假事件使大多數消費者對白酒持負面態度，在一定程度上影響著白酒企業發展。然而，自“中國白酒3C計劃”“中國白酒169計劃”實施以來，有大量關于白酒中健康成分的研究，結果證明適量飲酒對人體健康有益。白酒中含有多種對人體健康有益的成分，筆者在此主要闡述了近年來關于白酒中萜烯類、吡嗪類、芳香族類化合物的研究進展。

2.1 萜烯類化合物

萜烯類化合物是存在于動植物體內的天然化合物。其中，雙環倍半萜類β-石竹烯(β-caryophllene alcohol，BCP)及無環萜類香葉基丙酮(geranylacetone，GAT)等有特殊的生理功能。AMES-SIBIN等[24]研究發現，適量濃度的BCP可以有效抑制氧化應激及炎癥反應。AGUILAR-VILA等[25]研究表明適量濃度BCP還可以減弱神經性疼痛。SCHEPETKIN等[26]發現植物精油中含有的GAT可以調節人體嗜中性粒細胞反應。張倩等[27]基于BCP和GAT的功能活性，采用HS-SPME-GC-MS分析了二鍋頭白酒中的萜烯類化合物，并根據兩種物質在白酒中的濃度范圍構建了以2,2’-偶氮雙(2-甲基丙脒)二鹽酸鹽(AAPH)誘導的HepG2細胞氧化損傷模型，研究發現BCP和GAT在劑量水平下對氧化損傷細胞內的活性氧有明顯的清除作用，通過提高抗氧化酶活性、降低丙二醛含量來改善細胞的抗氧化能力。

2.2 吡嗪類化合物

吡嗪又稱對二氮雜苯，其衍生物廣泛存在于發酵食品中，目前最受關注的吡嗪類化合物是四甲基吡嗪，具有類似于炒堅果、烤肉的氣味。

高傳強[28]通過總抗氧化能力試劑盒、比色法、對硝基苯酚法等方法對芝麻香型白酒中吡嗪類化合物的總抗氧化活性、清除·OH活性、清除DPPH自由基活性、甘油三酯分解能力及抑制α-葡萄糖苷酶活性進行了測定。結果顯示2,3,5,6-四甲基吡嗪，2,3,5-三甲基吡嗪和2-甲基吡嗪的總抗氧化能力較高，分別為0.82、0.39和0.11 U/mg；·OH清除能力依次為71.25%、67.14%、64.45%，DPPH自由基清除能力依次為60.05%、55.24%、54.45%；然而這3種吡嗪類物質對甘油三酯分解能力及對α-葡萄糖苷酶的抑制作用遠低于含硫類化合物。羅強等[29]通過酶聯免疫吸附試驗(enzyme linked immunosorbent assay，ELISA)和免疫印跡法(Western Blotting，WB)等方法研究了醬香型白酒中吡嗪類物質對幽門螺桿菌代謝物(Helicobacterpylorimetabolites,HpM)誘導人胃上皮細胞炎癥的抑制作用，發現吡嗪類化合物通過調控NF-κB和MAPK等信號通路降低HpM誘導的炎癥因子分泌進而發揮抗炎作用。

2.3 芳香族類化合物

白酒中芳香族化合物多為酚類化合物，是白酒中的一類重要微量成分，主要由細菌、酵母菌等微生物分解釀酒原、輔料中的單寧、阿魏酸、木質素等而成，為白酒提供了獨特的煙熏風味、焦醬味等[30]。在白酒中檢測到的酚類化合物主要有愈創木酚、苯酚、香蘭素等。

ZHAO等[31]以AAPH誘導的HepG2細胞為模型，通過DPPH、ABTS、氧化自由基吸收能力、金屬螯合試驗評價了白酒中香蘭素、4-甲基愈創木酚和4-乙基愈創木酚3種生物活性成分的抗氧化性，結果發現這3種活性成分能有效緩解細胞內活性氧的增加，改善氧化應激生物標記物和抗氧化酶的變化。趙東瑞[32]以脂多糖誘導的THP-1細胞為模型，探究了白酒中4-乙基愈創木酚的作用功效，發現4-乙基愈創木酚通過抑制TLR4-MAPKs-NF-κB/IκBα/AP-1信號通路的表達及促進Nrf2/HO-1和AMPK/SIRT1信號通路的表達，進而抑制細胞內炎癥因子和炎性體的表達，具有較強的抗炎活性。

從國內外研究報道可以看出，白酒中的確存在對人體有益的健康成分。根據酒精在人體的代謝特點，專家學者們初步探索得出這些健康成分主要是通過清除體內過量的自由基、降低活性氧的增加、提高抗氧化酶活性等途徑發揮作用，這為白酒的健康發展提供了理論依據。

3 白酒風險成分分析

隨著人們對白酒品質要求的逐漸提高，關于白酒中風險成分的研究逐漸成為當前的熱點問題。根據白酒釀造工藝的特殊性，可將白酒中風險性物質分為內源性風險物質和外源性風險物質。

3.1 內源性風險物質

內源性風險物質主要包括生物胺、氨基甲酸乙酯、氰化物、甲醇和高級醇、甲醛等[33]。生物胺主要通過氨基酸的脫羧或醛和酮的胺化和轉氨基作用形成，酒精的存在會降低單胺氧化酶的活性，減弱機體對生物胺的轉化能力[34]；氨基甲酸乙酯是一種普遍存在于各種香型白酒中的基因致癌物質，其致癌性會因酒精的存在而增加[35]；氰化物是廣泛存在于自然界的帶有氰基的化合物，白酒中的氰化物與釀酒原料(高粱)有關，氰苷經過水解產生微量氰化物以氫氰酸形式存在酒體[36]；甲醇是一種能在人體內蓄積的較高毒性有機物，白酒中甲醇超標事件主要來源于釀酒原料[37]及工業酒精勾兌[38]；高級醇主要由釀酒酵母在釀造的主發酵時間段生成，適量高級醇可使酒體口感協調，過量則使酒體帶有苦澀味[39]；甲醛是白酒中危害人體健康的一種醛類物質，來源于發酵過程和非酶氧化作用，過量會使酒體有辛辣、臭味[40]。近年來關于白酒中內源性風險物質的分析方法見表2。

表2 白酒中內源性風險物質的分析方法Table 2 Analysis method on endogenous risk substances of Baijiu

3.2 外源性風險物質

外源性風險物質主要包括農藥殘留、鄰苯二甲酸酯、甜味劑、重金屬、真菌毒素等。白酒的釀造以糧食為主，大多數糧食在種植過程中都會噴施農藥，這大大提高了農藥殘留在糧食中的概率；鄰苯二甲酸酯類化合物簡稱塑化劑，在乙醇中具有極強的遷移能力，而白酒原漿勾兌常用塑料桶運輸存放，白酒與塑料桶、塑料管等工具的接觸使鄰苯二甲酸酯遷移到白酒中[50]；白酒中游離態糖類物質能掩蓋白酒的不愉悅味道，增強白酒的柔和度，但部分不良白酒生產企業利用糖類物質在白酒中的作用，在白酒中違規添加甜味劑，達到以次充好的目的；重金屬具有一定的生物毒性，白酒釀造的各個過程均易引入重金屬從而對酒體造成污染，影響白酒的風味和質量；白酒中的真菌毒素主要來源于被真菌毒素污染后的釀酒原料[51]。近年來關于白酒中外源性風險物質的分析方法見表3。

表3 白酒中外源性風險物質的分析方法Table 3 Analysis method on exogenous risk substances of Baijiu

白酒釀造工藝復雜，通過對大量白酒的檢測發現，風險物質在各個生產環節都有可能混入白酒。雖然這些風險物質在白酒中的含量很低，但部分物質在人體內有累積效應，仍會對人體健康造成威脅。因此，通過明晰白酒中可能存在的風險物質的來源、危害及分析方法，建議白酒企業在原輔料收購、儲藏、生產和運輸等方面層層把關，嚴格控制外源性風險物質的輸入，根據風險物質的產生途徑繼續完善釀造工藝，減少內源性風險物質的產生。

4 總結與展望

隨著分析檢測技術的快速發展，白酒中已有大量微量成分被檢測出來，各位專家學者們通過體內、外等實驗初步探討了部分微量成分的健康作用，為進一步深入探究更多微量成分的作用功效指明了方向。盡管如此，目前對白酒組成成分的研究仍不全面，如對白酒中滋味(如：苦、澀味)的研究還相對較少，一些可能對白酒滋味有影響的物質還沒有明確解釋。因此，繼續深入研究白酒風味物質，剖析各物質對香氣、滋味的影響及對人體健康的作用是有必要的。

白酒釀造工藝復雜，風味成分種類多樣，含量甚微，各成分之間的相互作用等因素共同影響著白酒的整體風味及其健康功效，這對白酒生產者和研究者繼續深入剖析白酒也是一個挑戰。因此，未來可以加強以下方面的研究以推動白酒健康發展：(1)探索更加簡便、高效、綠色的多種檢測技術聯用的方法，從而有效降低白酒揮發性成分的損失、更加全面地反映出白酒的風味特征；(2)深入挖掘對白酒滋味有貢獻的物質，探索如何有效提取、分離、鑒定白酒中的呈苦、澀物質；(3)進一步研究如何從源頭上、生產過程中控制風險性成分進入白酒以有效改善白酒的品質；(4)通過構建相關動物、細胞模型，嘗試借助基因組學等分析方法進一步明晰白酒中健康性成分發揮作用的具體機制。