生物強化在傳統白酒釀造中的應用

任 杰

（山西杏花村汾酒廠股份有限公司，山西汾陽 032205）

中國傳統白酒歷史悠久，源遠流長。在不斷演變進化的過程當中，逐漸誕生了清香型、濃香型、醬香型、芝麻香型等多種多樣、各具特色的白酒香型及風格。白酒中98 %～99 %的成分是水和酒精，其他1%～2%均是含量極低的微量成分。這些微量成分雖然含量極低，卻是把控白酒風味的重要物質性基礎和條件，它們的存在，在某種程度上直接決定了白酒的香氣、口感、風格及質量等級等。白酒風味物質產生的過程本質上其實是源自于微生物的代謝活動。在傳統的釀酒工藝過程中，不同的微生物行使著不同的功能，它們細化分工，精密協作并且相互組合，產生了風格迥異的各種類型的白酒。本文將著重介紹白酒中風味物質的諸多種類及酒醅中的不同功能菌，探討將功能菌作為一種生物強化劑，將其應用于白酒傳統發酵過程中的可能性，為白酒現代化工藝的提升改進提供一定意義理論層面上的科學借鑒。

1 白酒中的風味物質

白酒中的風味物質大致可分為三類：呈香物質、呈味物質和異味物質。呈香物質主要是揮發性物質，是白酒香氣的主要來源；呈味物質主要是非揮發性物質，在白酒口感上起著非常重要的作用，以上二者對白酒是有益的，在效果上是積極的。異味物質則極大地影響白酒的品質與口感，使白酒優美協調、幽雅細膩的感官評價大打折扣。

目前的檢測技術，在白酒中可以檢測到1800多種揮發性物質和48 種非揮發性物質，包括酯類、酸類、醇類、羰基類、芳香族類、萜烯類和吡嗪類等呈香物質，以及中長鏈脂肪酸、多元醇、高級醇、酯類等呈味物質；一些雜醇類、醛類、酚類或氨基酸類物質，有可能會導致苦澀味；微生物代謝產生的生物胺、甲醇、甲醛等化合物，可能會對人體造成健康風險。在不同風格的酒體中，這些風味物質的種類、含量和比例相差甚遠。清香型白酒中的風味物質組成最為簡單，其關鍵風味物質是乙酸乙酯、乳酸乙酯和乙酸，氣味活度值（OAV）最大的是辛酸乙酯；在濃香型白酒中的關鍵風味成分是以己酸乙酯、丁酸乙酯、戊酸乙酯和辛酸乙酯為代表的酯類，占到了風味物質總量的60%；醬香型白酒中的香味物質主要是己酸乙酯。

白酒中的風味物質可以賦予白酒特殊的香味或口感。乙酸乙酯具有菠蘿香、蘋果香和水果香，乳酸乙酯具有甜香、水果香、青草香，己酸乙酯具有甜香、水果香、窖香和青瓜香；有機酸，如乳酸和乙酸，可以賦予酒體豐滿度和酸爽感，減少酒的烈性，掩蓋白酒雜味和苦味，是白酒中主要的協調成分及呈味物質；戊酸具有窖泥臭、汗臭和酸臭的感覺；多元醇可以賦予酒體獨特的甜味和濃厚感，使得白酒口味綿長；一些含硫化合物，如2-糠硫醇、二甲基三硫、乙硫醇等，也會賦予白酒特殊的香氣；3-甲基吲哚為濃香型基酒中“泥臭味”的關鍵性化合物。正是由于這些特殊風味物質的加持，才使得白酒有著各自不同的獨有風格。

2 白酒釀造過程中的微生物

微生物的代謝過程是產生白酒風味物質的根本性、也是關鍵性原因。微生物種類多樣，環境條件和釀酒工藝方法不同都會顯著影響微生物代謝活性，進而影響白酒風味物質的組成。傳統的培養法可以獲得釀酒過程中優勢微生物的信息，近年來新興的組學技術，可以讓我們更加全面的認識到酒醅微生物的多樣性。

一般來說，霉菌的主要功能是產生多種降解酶，如淀粉酶、纖維素酶、半乳糖苷酶、蛋白酶等，所產生的這些酶可以將原料中的大分子物質有效轉化為小分子物質，供給其他微生物利用。霉菌在發酵初期相對豐度最高，隨后相對豐度逐漸降低。酵母屬是乙醇的主要貢獻者，豐度隨著發酵的進行逐漸升高。醋桿菌屬是主要的乙酸產生菌，而乳桿菌主要產生乳酸，進而形成乙酸乙酯、乳酸乙酯等風味物質。乳酸菌產生的細菌素可抑制酒醅中其他微生物的生長。梭菌屬可以代謝產生乙酸、丁酸和己酸。戊糖片球菌可以產生乳酸及26種揮發性物質，在清香型白酒的發酵中發揮重要作用。從酒醅中分離得到的纖維微菌屬（）放線菌可以產生蛋白酶，其代謝產物中含有乙醇和乙酸。酒醅中某些微生物可以產生纖維素酶，為其他微生物的生長提供還原糖。畢赤酵母是主要的產酯酵母，可以產生大量的乙酸乙酯。宏基因組結果顯示，醬香白酒第四輪發酵過程中，乳球菌不僅參與了淀粉降解，而且參與了谷氨酸、2,3-丁二醇、乙酸和乳酸的代謝。芽孢桿菌參與了谷氨酸、瓜氨酸等氨基酸代謝，以及乙酸、乳酸等有機酸代謝。白酒中風味物質的形成，實際上就是這些微生物在不斷地相互合作、相互協同、相互制約作用下的最終結果產物。

氨基甲酸乙酯是存在于傳統白酒中的一類有害化合物，由尿素和瓜氨酸轉化而成。研究發現，酒醅中的乳球菌、芽孢桿菌、片球菌等細菌可以通過精氨酸脫亞氨基酶途徑，將精氨酸轉化為瓜氨酸，進而產生氨基甲酸乙酯。但是，某些芽孢桿菌產生的脲酶能將酒中氨基甲酸乙酯降解。因此，釀酒微生物在某些特定條件或者環境下也可能會產生一些有害物質，不利于優質白酒的產出。

3 生物強化在白酒釀造中的應用

在了解釀酒微生物的功能后，為了獲得某種特定的風味物質，可以嘗試將相應的菌種作為生物強化劑應用于白酒發酵中，起到相應的積極作用，使白酒品質更加人為可控。在實踐中，這種方法已經獲得了部分成功。

研究發現，在生產實踐中運用強化大曲，可以提高頂火溫度，增加酒精產量、己酸乙酯產量和淀粉消耗率。在發酵過程中添加酵母菌、根霉和復合酶制劑組成的復合功能菌群后，白酒中總酸含量下降，酯類物質增加，高級醇含量減少。將產酯細菌制成麩曲的形式添加到酒醅中，可以增強酒醅的蛋白酶活性，并提高發酵產品中醇類（如正丙醇、多元醇）、酸類（如乙酸、癸酸、油酸）和酯類（乙酸乙酯、乳酸乙酯等）的含量。將混合功能菌群添加到大曲中制作醬香型白酒，其酒體的醬香、空杯留香、細膩度典型性等指標都得到了明顯的改善，大大提高了白酒的品質。將白地霉作為生物強化劑應用于釀酒過程中，結果顯示，可以顯著增加酒精產量和總酯產量。發酵液中加入纖維素酶，可以有效分解纖維素，為釀酒酵母的生長提供還原糖，從而提高原糧利用率和酒精產率。將異常威克漢姆酵母（）和釀酒酵母作為生物強化劑添加到酒醅中，可以顯著提高酒精、高級醇、酯類等風味物質的含量。將某些特殊功能的優良發酵菌種作為生物強化劑應用于生產，可以定向提高目標風味物質的產量。

在酒醅中添加芽孢桿菌后，酒體中的四甲基吡嗪含量提高了24倍，但是酒精產量顯著減少。在大曲中添加高酯曲，可以提高清香型白酒大米查酒總酸、總酯、乙酸乙酯、乳酸乙酯的含量，卻使其產酒量顯著降低。與之類似，將釀酒酵母、伯頓絲孢畢赤酵母（）和葡萄牙棒孢酵母（）混合后添加到酒醅中，己酸乙酯的產量顯著上升，但是酒精含量顯著降低。因此，將生物強化菌株應用到釀酒過程，雖然會有一些正面影響，但也可能帶來一些不良后果。

除了提高風味物質的產量,生物強化也可以用于降低某些有害成分的含量。例如，在白酒中，過量的乳酸乙酯會導致口感不爽、放香不足、后味澀雜等問題，嚴重影響到白酒的品質,利用丙酸菌可以將乳酸轉化為丙酸及乙酸，防止乳酸乙酯的形成。利用產脲酶的菌株作為生物強化劑，可以分解酒醅中的氨基甲酸乙酯，從而控制酒醅中氨基甲酸乙酯含量，從源頭上起到保證食品安全的作用。

4 展望

基于對白酒中風味物質認識的不斷加深，利用傳統的微生物培養法，篩選產生特殊風味物質的功能微生物作為生物強化劑，并將其應用于白酒發酵，在目前來看具有很好的發展潛力，并且在生產實踐中已有成功的經驗。在某些研究結果中顯示，雖然目標風味物質的含量增加，但是酒精或其他風味物質的含量顯著減少，這可能是由于外源添加的菌種會利用還原糖作為碳源生長，與酒醅土著微生物產生競爭關系所導致的。除了目標風味物質，外源菌種也可能產生其他化合物，從而促進或抑制土著微生物的生長，打破酒醅微生物的生態平衡，改變酒體風格。因此，在實際生產實踐應用中要慎重篩選應用于生物強化的菌株，有選擇性地配套合適的生產工藝，才能使生物強化能夠更好地與生產結合，服務于生產。