酱香型白酒堆积发酵微生物与风味物质相关性研究进展

赵 侨1,2,杨 花2,田茂玲1,李瑞杰2,胡永芯1,汪 茜1,杨 阳1,钟小忠3,赵 建2,王松涛1,李 姝1*

(1.泸州品创科技有限公司/国家固态酿造工程技术研究中心,四川泸州 646000;2.四川大学生命科学学院资源微生物学及微生物生物技术四川省重点实验室,四川成都 610064;3.四川农业大学生命科学学院,四川雅安 625014)

摘 要:堆积发酵是酱香型白酒生产过程一项关键且独特的工艺,通过富集环境中的微生物,为窖池发酵提供丰富的微生物、酶系、适宜的生长条件和风味物质及其前体,直接影响着白酒的出酒率和品质。该文对酱香型白酒堆积发酵过程中的微生物和风味物质进行了归纳整理,阐述了微生物群落结构与风味物质变化的相关性,并对未来的研究方向作出了展望,旨在为深入理解酱香型白酒微生物的作用机制及其对风味形成的贡献提供科学依据。

关键词:酱香型白酒;堆积发酵;微生物多样性;风味成分

酱香型白酒是典型的传统固态发酵食品[1],其以优质高粱等作为原料,经传统固态发酵、蒸馏、储存、勾调而成。作为我国传统白酒酒种之一,具有“酱香突出、细腻优雅、酒体醇厚、空杯留香持久”的风格特征[2]。其酿造工艺具有“四高两长,一大一多”的特点,高温堆积发酵[3]是其区别于其他香型白酒的独特酿造方式,堆积发酵温度通常可以达到50~60 ℃,由于在高温制曲的过程中抑制了一部分以酵母菌和丝状真菌等为主的微生物,降低了高温大曲的液化力和糖化力,而在开放环境中进行的堆积发酵能重新网罗环境中微生物,利用微生物的快速繁殖,产生多种酶类和代谢物,从而形成酱香型白酒独特的风味。业内总结为“没有堆积,就没有酱香”,因此堆积发酵又被称为“二次制曲”[4]。酱香型白酒的酿造工艺流程如下:

酱香型白酒独特的风味离不开微生物的贡献,高温堆积发酵在相对开放的环境中进行,通过募集原料、空气、地面及其他环境中的微生物,进一步产生丰富的功能酶[5],能够促进关键风味前体的形成,最终形成复杂多层的风味和口感。目前越来越多的研究将高通量测序技术与质谱联用,发现微生物群落的结构和多样性对白酒发酵的产量和风味起着至关重要的作用。因此本文综述了酱香型白酒堆积发酵过程中的微生物多样性和风味物质,以及微生物群落结构与风味物质变化的相关性,为酱香型白酒生产过程的管控和风味解析提供科学的理论基础。

1 酱香型白酒堆积发酵过程中微生物多样性与风味物质变化

1.1 酱香型白酒堆积发酵过程中微生物多样性与演替规律

酱香型白酒是中国众多白酒类型中独具特色的一种,它的酿造过程十分复杂,与微生物密切相关的环节包括制曲、堆积发酵、窖池发酵。堆积发酵的升温过程不仅有利于糖化发酵[6],还可以进一步富集环境中的微生物,产生多种不同的代谢物,为窖池发酵提供基础。在堆积发酵中,主要由产酶、增香的细菌[7]、提供酶动力学的丝状真菌[8]、生产醇类的酵母菌[9]和产生具有重要价值的次生代谢产物的放线菌[10]四大菌群组成,不同微生物种群按照一定的时间顺序出现和消退。吴成等[11]研究发现,在酱香型白酒造沙轮次堆积发酵的发酵前期和中期,以未分类的高温放线菌科(unclassified Thermoactinomycetaceae)、克罗彭施泰特氏菌属(Kroppenstedtia)、未分类的芽孢杆菌科(unclassified Bacillaceae)和芽孢杆菌属(Bacillus)为主,而在发酵末期随着产酸使得酒醅pH降低,乳杆菌属(Lactobacillus)占据绝对优势,其产生的乳酸可以调和酱香型白酒的风味,进一步转化酒醅中的成分,产生更多更复杂的香味物质。

酱香型白酒堆积发酵不同轮次微生物的多样性存在一定差异。由表1可知[12],细菌的多样性和丰富度显著高于真菌,这可能是因为发酵粮堆中的细菌大多来自耐热性高的大曲,而真菌大多来自耐热性低的环境[13];随着发酵轮次的增加,Lactobacillus的相对丰度逐渐下降,而醋酸菌属(Acetobacter)相对丰度呈上升趋势,KroppenstedtiaBacillus和海洋芽孢杆菌属(Oceanobacillus)的相对丰度均呈现先升高后降低的趋势;优势真菌从毕赤酵母属(Pichia)成为了假丝酵母菌属(Candida),揭示了不同轮次堆积发酵过程中优势微生物群落结构和动态变化。

表1 酱香型白酒堆积发酵微生物群落相对丰度变化规律
Table 1 Variation of relative abundance of microbial community in stacking fermentation of sauce-flavor Baijiu

注:微生物的平均相对丰度;-:0~5%;+:5%~15%;++:15%~25%;+++:25%~35%;++++:35%~45%;+++++:45%~100%。

微生物菌属不同轮次微生物平均相对丰度第1轮次表层第2轮次表层第6轮次表层中心+++++中心中心中心中心中心第3轮次表层第4轮次表层第5轮次表层+++++乳杆菌属克罗彭施泰特氏菌属芽孢杆菌属醋酸菌属不动杆菌属海洋芽孢杆菌属葡萄球菌属短杆菌属假丝酵母属毕赤酵母菌属红曲霉属接合酵母属哈萨克斯坦酵母属嗜热子囊菌属酵母属嗜热真菌属曲霉菌属++-+++++++-+++++++——+++++++++-+--+--+-细菌++++++++++————-+-+++---+——---+——--++--+--+++++++++--+--++--++++++++++-++++++++++++++--+-+————+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++——+-++++++++++++--真菌+——+——---+-+————+++++-++——++--+++-+++——————————————-

尽管不同轮次微生物群落多样性有一定差异,但酱香型白酒堆积发酵不同轮次中也存在着共同的优势菌群[14]。其中,LactobacillusBacillusKroppenstedtiaOceanobacillus为细菌优势菌群,曲霉菌属(Aspergillus)、嗜热真菌属(Thermomyces)和嗜热子囊菌属(Thermoascus)为真菌优势菌群。上述优势菌属在多篇文献报道中得到证实[15-19],说明这些微生物可能是影响酱香型白酒堆积发酵的重要因素。

此外,堆积发酵酒醅的不同位置对微生物的群落结构也有一定的影响。YANG L等[12]研究发现,酱香型白酒的中心酒醅和表层酒醅的微生物群落结构存在差异,中心酒醅的物种多样性大于表层酒醅,中心酒醅大部分为产酶、产酯类和醇类的功能性微生物,包括LactobacillusPichiaAspergillus;表层酒醅则为热稳定、嗜热的微生物,包含KroppenstedtiaBacillusOceanobacillus、丝衣霉属(Byssochlamys)、ThermomycesThermoascus,这种差异可能是由于酒醅的理化性质、温度和微生物相互作用等多种因素共同导致的。王玉荣等[20]研究发现,酱香型白酒堆积发酵酒醅中的优势细菌由6个菌属组成,真菌由8个优势菌属组成;在细菌属中,各个细菌属分布在酒醅的不同位置,一开始由于上层和中上层酒醅的高渗和厌氧环境,厌氧菌产生大量乳酸,使得耐酸的Lactobacillus含量迅速增加,而高温放线菌属(Thermoactinomyces)和Kroppenstedtia则在中层、中下层和下层酒醅中随着发酵环境的改变占据优势;在真菌属中也存在同样的情况,在高温的上层环境中接合酵母属(Zygosaccharomyces)、帚枝霉属(Sarocladium)和Byssochlamys较为稳定生长,而在氧气缺乏和pH降低的下层丝状真菌和酵母含量显著降低。此外,在酱香型白酒的酿造过程中放线菌主要源于土壤,因此放线菌主要存在于窖池发酵中,对堆积发酵过程中的放线菌研究较少。黄蕴利等[21]对堆积发酵糟醅中的微生物进行高通量测序分析,发现堆积酒醅中仅存在1.37%的Thermoactinomyces

1.2 酱香型白酒堆积发酵中风味物质成分

白酒中98%的成分为乙醇和水,剩下2%的微量物质决定了白酒的风味[22]。而酱香型白酒中的风味物质因其独特的生产工艺变得极其丰富和多样。DUAN J等[23]以茅台、郎酒、习酒为实例,共获得了100种关键香气风味化合物,酯类29种、醇类12种、酸类11种、醛类15种、酮类6种、含氮类化合物9种、含硫类化合物8种、酚类5种、其他化合物5种,这些风味物质有些直接来源于原料,有些则是由微生物发生特殊化学反应产生的,共同赋予酱香型白酒特有的口感和风味特征。

CAI X等[24]分析了酱香型白酒不同阶段第4至第6轮次的风味物质,气相色谱法共鉴定了72种挥发性化合物,包括酯类16种、醇类15种、酸类14种、酚类2种、醛类8种、酮类4种和吡嗪类2种。其中,酯类是最重要和最丰富的风味化合物,其次是醇类和酸类。高粱与大曲混合、堆积发酵、窖池发酵、白酒蒸馏4个阶段的挥发性化合物总含量不同,堆积发酵阶段对于微生物的富集至关重要,但是产生的挥发性化合物较少,主要是1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、2,3-丁二醇、甲醇、正戊醇、癸酸乙酯、乳酸乙酯、乙酸乙酯、乙酸、亚油酸、乙缩醛、乙醛和苯甲醛。其中酯类种类多、浓度高,这可能是由于白酒中的乙醇与酸发生反应生成酯类,它在酱香型白酒中的作用极为关键,主要调节白酒的香气和口感[25],具有特殊果香、花香和甜香等[26]。如乙酸乙酯带有水果和花的香味,而己酸乙酯则是一种更为复杂的芳香,这些香气成分在酱香型白酒的整体感官评价中有着较大的贡献。REN T等[27]从酱香型白酒堆积发酵第一轮次的酒醅中一共检测出72种挥发性风味物质,其中酯类种类最多,有23种,其次是醇类13种,酸类11种,酚类8种,烃类6种,醛类4种,其他化合物7种;在堆积发酵过程中,醇类物质相对含量呈先下降后上升趋势,2-甲基-1-丙醇、苯甲醇、1-己醇、2,3-丁二醇和2-乙基己醇等高级醇存在于许多酒精饮料中,是白酒发酵性能的重要指标。然而过多的醇类物质则会使酱香型白酒的口感粗糙、烈性过强,使人产生头晕的感觉;同时醇类物质也会与其他香味成分相互作用,提升整体的香气和口感的协调[28]。而含量最少的醛类物质是酱香型白酒焦香和酱香的气味来源,白酒中的乙醛、乙缩醛及糠醛含量较高,这也是酱香型白酒偏向于焦香的原因。WANG L等[29]在酱香型白酒第4至7轮次堆积发酵中检测出2,3,5-三甲基吡嗪和四甲基吡嗪两种吡嗪类物质,含量非常低,在每个轮次中约仅有0.5 mg/100 mL,但它具有令人愉悦的烤花生、榛子和可可的怡人香气,是各类香型白酒中的微量健康成分,具有特殊香气和独特的健康功效[30]。酱香型白酒的酿造相比于其他香型的酒,会产生的较高的有机酸,其中乙酸、乳酸含量较多,微生物代谢产生的酸既对风味有影响,同时也会对微生物的生长代谢起着重要的调节作用[31]。有机酸能够有效降低水味,适度的酸含量增加会提升酒体柔和感和陈香感。此外芳香族化合物在酒中的呈香作用也很明显,同时酱香型白酒中高沸点芳香化合物能带来柔和、细腻和丰满的口感。

2 酱香型白酒堆积发酵过程中微生物与挥发性风味物质的相关性

随着现代测序技术和质谱技术的不断更迭,酱香型白酒堆积发酵过程中微生物与风味物质的变化规律也被进一步解析。韩兴林等[32]使用气相色谱质谱联用技术对酱香型白酒不同轮次堆积发酵酒醅中的风味物质进行了鉴定,共检测出83种挥发性风味化合物。李欣等[33]通过提取酱香型白酒福矛窖酒生产发酵第2轮窖内发酵末期、第3轮堆积发酵、第3轮窖内发酵中期的酒醅微生物基因组脱氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid,DNA),采用高通量测序技术对三个不同发酵时期的微生物群落结构进行分析,研究表明不同的微生物在酱香型白酒的酿造过程中发挥着不同的作用,酱香型白酒丰富的酱香风味与酿造的微生物息息相关。酱香型白酒堆积发酵过程中微生物与挥发性风味物质的相关性见表2[13,17,33-35]

表2 酱香型白酒堆积发酵过程中微生物与挥发性风味物质的相关性
Table 2 Correlation between microorganisms and volatile flavor substances in stacking fermentation of sauce-flavor Baijiu

微生物挥发性风味物质菌属关联性细菌乳酸乙酯、乙酸乙酯、己酸丁酯乳酸乙酯、丙醇、乙酸、丙酸己酸乙酯己酸乙酯、丙醇油酸乙酯异丁醇1,2-丙二醇、2,3-丁二醇、异丁酸、异戊酸、辛酸、糖醇、异戊醇苯甲酸、四甲基吡嗪3-羟基-2-丁酮、糠醛乙酸乙酯正己酸乙酯乳酸乙酯丁二酸二乙酯苯乙酸乙酯真菌十四酸乙酯棕榈酸乙酯、2-乙酰基吡咯十八烷-9,12-二烯酸十八烷-9,12-二烯酸丙酯、苯酚亚油酸乙酯异胆酸乙酯正戊醇、异戊醇、2-苯乙醇丁酸、己酸、醋酸5-羟甲基-2-糠醛、5-甲基-2-呋喃甲醛芽孢杆菌属、乳杆菌属芽孢杆菌属、不动杆菌属、鞘氨醇单胞菌属裸胞壳属乳杆菌属海洋芽孢杆菌属克罗彭施泰特氏菌属、乳杆菌属不动杆菌属、鞘氨醇单胞菌属芽孢杆菌属不动杆菌属、鞘氨醇单胞菌属海洋芽孢杆菌属海洋芽孢杆菌属、克罗彭施泰特氏菌属、枝芽孢杆菌属、魏斯氏菌属拟青霉属、酵母菌属、伊萨酵母属嗜热子囊菌属、嗜热真菌属、复膜孢酵母属、曲霉菌属、根毛霉属丝衣霉属、威克汉姆酵母属、红曲霉属、拟青霉属嗜热子囊菌属、嗜热真菌属、复膜孢酵母属、威克汉姆酵母属、拟青霉属伊萨酵母属、酵母菌属嗜热真菌属、威克汉姆酵母属、拟青霉属伊萨酵母属酵母菌属、毕赤酵母菌属、伊萨酵母属嗜热子囊菌属、嗜热真菌属、复膜孢酵母属酵母菌属、拟青霉属复膜孢酵母属酵母菌属丝衣霉属拟青霉属酵母菌属、丝衣霉属酵母菌属、毕赤酵母菌属嗜热子囊菌属嗜热子囊菌属、嗜热真菌属、根毛霉属、拟青霉属、复膜孢酵母属、曲霉菌属、红曲霉属、威克汉姆酵母属伊萨酵母属、毕赤酵母菌属根毛霉属、复膜孢酵母属、曲霉菌属、嗜热子囊菌属、嗜热真菌属伊萨酵母属、毕赤酵母菌属、丝衣霉属、酵母菌属、拟青霉属伊萨酵母属、毕赤酵母菌属、酵母菌属正相关负相关正相关正相关负相关正相关正相关正相关负相关正相关正相关正相关负相关正相关正相关负相关正相关负相关正相关负相关正相关负相关正相关负相关正相关负相关正相关正相关负相关正相关负相关正相关负相关

2.1 酱香型白酒堆积发酵过程中细菌与风味物质变化的关系

在酱香型白酒堆积发酵的过程中,起着非常关键作用的细菌,是香味产生的重要推动力[36],其发酵代谢产生的风味物质对酱香型白酒的最终风格起到重要的调控作用。

研究发现,乳酸菌与白酒的酸味呈显著正相关。在堆积发酵过程中,乳酸菌通过糖酵解代谢大量乳酸,这些乳酸不仅使白酒有酸味,而且过量的酸还会通过抑制其他代谢物的产生,不利于酱香风味的形成[37]。堆积发酵酒醅中的乳酸菌及其他微生物和来自环境中的酵母分别产生的有机酸和乙醇[25],两种物质缩合形成酱香型白酒中的主要风味酯类芳香化合物。芽孢杆菌是整个堆积发酵过程中的优势菌株,可以产生各种如四甲基吡嗪、丙酸乙酯、丁酸乙酯等风味物质从而改善白酒的风味。张颖等[38]将液态发酵中筛选的一株具有高产四甲基吡嗪的芽孢杆菌作为发酵剂加入大曲的糟醅中协同堆积培养,在堆积发酵结束后乙偶姻和四甲基吡嗪的含量均有所提升,各种理化性质变化较明显,同时氨基氮和酸含量增加。任婷婷[39]对洞酿酱香酒下沙轮次微生物和风味物质的研究发现,在堆积发酵中与风味物质有着最多相关性的细菌属是Lactobacillus和魏斯氏菌属(Weissella),优势菌属Lactobacillus与油酸乙酯、酸类物质(乙酸、戊酸、己酸和山梨酸)、醇类物质(乙醇、正己醇、2-乙基己醇和苯甲醇)和酚类物质(2-甲氧基-4-甲基苯酚、4-乙基-2-甲氧基酚和2,4-二叔丁基苯酚)都呈显著正相关(P<0.05);而乙酸和乙醇与Weissella呈显著负相关(P<0.05)。张春林等[40]为了对酱香型白酒堆积发酵中微生物和风味化合物之间的相关性有更好地了解,对第二轮次的酒醅进行研究,发现BacillusOceanobacillus和裸胞壳属(Emericella)是堆积发酵的优势微生物,在酱香型白酒风味的形成有重要的作用。Bacillus与乙酸乙酯、异戊醇和糠醇呈显著正相关,与乳酸乙酯、苯乙醇和1-辛烯-3-酮呈负相关,乳酸乙酯的减少也降低了酱香型白酒中的苦涩味;Emericella与乳酸乙酯、己醛和4-乙烯基-2-甲氧基-苯酚等呈正相关,与正己醇、2-壬酮和庚酸呈负相关;Oceanobacillus与四甲基吡嗪、3-甲基-丁酸和苯甲酸正相关,此类物质可以起到呈香、助香、减少刺激和缓冲平衡的作用[41],与己酸乙酯、乙偶姻和4-乙基愈创木酚负相关。陈梦圆等[42]对1株具有产酯香功能的枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)进行研究,在酱香型白酒酒醅中添加了Bacillussubtilis后,各类风味物质发生明显变化,在堆积发酵过程中酯类物质的含量升高,而醇类、酸类和酮醛类物质含量都所有降低。

2.2 酱香型白酒堆积发酵过程中丝状真菌与风味物质变化的关系

真菌和细菌都是酱香型白酒发酵过程中涉及的主要微生物,尽管在发酵过程中真菌的丰度远不及细菌,但是真菌会产生糖化酶、脂肪酶、蛋白酶和纤维素酶等多种重要的水解酶,将原料中的大分子降解成可以直接利用的小分子化合物,为环境中其他的微生物提供适宜的生长环境和底物来源,这也是酱香型白酒风味物质形成的重要前提[43]

在整个堆积发酵过程中,丝状真菌的变化呈下降趋势,其中优势菌株有AspergillusByssochlamys[44]。吴成等[34]分析了酱香型白酒4轮次堆积发酵过程中风味物质和微生物群落间的相关性,结果表明丝状真菌主要与酸类和酯类物质如乙酸、丙酸、异丁酸、乳酸乙酯、油酸乙酯和己酸丁酯等显著正相关,增加的酯类物质可以带来果实气味,而酸味物质会伴有强烈的脂肪臭[43],但随着发酵时间的推移,生成的酯类化合物可以消除酒的苦味、杂味以及燥辣感,出现甜味和回甜味,增加醇和感。张瀚之等[45]对酱香型白酒1~7轮次堆积发酵过程中酒醅的真菌结构进行分析,结果表明各个轮次的真菌结构在不断发生着动态变化,其中优势真菌Thermomyces产生多种重要的酶类,对微生物的生长和繁殖有促进作用,同时增加白酒的出酒率和香气。陈卓等[46]对酱香型白酒第三轮次酒醅发酵过程中优势微生物和主要风味物质之间的相关性,发现Aspergillus与大多数酯类物质呈极显著正相关(P<0.01)。此外,Thermoascus与十八乙二醇单十二烷基醚呈正相关,与棕榈酸乙酯、DL-亮氨酸乙酯、苯甲醇和癸酸乙酯呈负相关。随着Thermoascus的丰度不断降低,酱香型白酒的甜味、玫瑰香气、奶油香味和芳香气味也逐渐出现,不断丰富着酱香型白酒的风味。

2.3 酱香型白酒堆积发酵过程中酵母菌与风味物质变化的关系

酵母菌是酱香型白酒酿造微生物家族中重要的三大菌群之一,由于大部分酵母菌在高温条件下无法生存,因此其在高温大曲中的含量非常低。堆积发酵中的酵母菌主要来自于环境,为窖池发酵阶段提供微生物动力和酶动力,对酱香型白酒的出酒率、酒体的风味及质量有着极其重要的影响,也是产生酒精以及高级酯类物质的重要来源[47]。酵母菌按照其在酿造过程中执行的功能主要可以分为两类[43],一类是产酒酵母,在无氧环境下可以将葡萄糖通过糖酵解途径转化为乙醇,产生大量的酒精;另一类是产香酵母(非产酒酵母),产生的乙醇较少,但可以形成多种多样的挥发性风味物质,赋予酱香白酒独特的风味,对其香味的形成有重要的调节作用。

在20世纪60年代,文献首次报道了东方伊萨酵母菌(Issatchenkia orientalis),这种酵母菌表现出优异的耐受性以及合成酒精和酯类化合物的能力[48]。此外,该研究指出,在液态发酵过程中,该酵母菌可以产生高达8.2%的乙醇和385.5 mg/L的具有水果香味的乙酸乙酯和香蕉气味的乙酸异戊酯[49]。ZHANG H等[50]研究表明,堆积发酵过程中的Pichia主要在开放式环境中网罗而来,该酵母可以产生酸、醇类以及少量特殊呈味物质,还可以产生亚油酸乙酯,这种物质有助于降低胆固醇和血脂。刘涛等[51]将从高温大曲中分离的两株酵母菌按照最优条件加入堆积发酵过程中,虽然发酵结束的出酒率无明显变化,但从感官品质鉴定中可以得出其酒体更加醇和,酯香味更突出,甜味更显著。复膜孢酵母属(Saccharomycopsis)作为酒药香气的主要产生菌[46],随着堆积发酵时间的增加,Saccharomycopsis逐渐成为优势菌株,与某些酯类香气物质(月桂酸乙酯、十四酸乙酯、十五酸乙酯)、2,4-二叔丁基苯酚、十九烷和糠醛呈正相关,使得酱香型白酒有叶子的清香气味,对白酒风味的形成具有重要贡献。

2.4 酱香型白酒堆积发酵过程中放线菌与风味物质变化的关系

放线菌是一类介于真菌和细菌之间的微生物,它们在自然环境中广泛分布,特别是在土壤中,能够产生大量的代谢产物。在传统的酱香型白酒堆积发酵过程中,放线菌主要来源于土壤,因此窖池发酵阶段所含有的放线菌最多,堆积发酵含量较低,对其的研究也较少。

施思等[52]将已获得的放线菌株在实验室条件下充分发酵,结果表明酵母和芽孢杆菌的增殖并不会被加入的放线菌所影响,但会调控相关的代谢途径,比如促进酵母菌的葡萄糖代谢,从而增加己酸乙酯和苯乙醇等风味物质的生成。杨帆等[53]采用液态与静态培养方式添加放线菌,通过顶空固相微萃取技术进行萃取,再利用气相色谱质谱联用仪分析代谢产物,结果发现放线菌产生大量的萜烯类物质,与酱香型白酒酿造过程中出现的土味和霉味有关,但也并未研究放线菌对酿造过程风味物质的影响。杜海[54]同样也发现放线菌与白酒中的土霉味物质息息相关。邹恬杏等[55]对微生物与挥发性代谢物之间的相关性分析结果表明,Thermoactinomyces与乙酸苯乙酯、苯乙醇和2,6-二甲基吡嗪呈正相关,酒醅中的蛋白质随着发酵时间被Thermoactinomyces产生的蛋白酶和纤维素酶降解为氨基酸,而氨基酸进一步与其他物质发生反应从而形成不同的香味物质,对白酒风味有重要影响。

3 总结与展望

堆积发酵是酱香型白酒生产中的关键环节,其复杂工艺对于酒的风味和品质有着至关重要的影响。这一过程不仅能够富集微生物,促进淀粉的糖化,还能产生丰富的香味物质,并推动美拉德反应等一系列生化反应的发生。这些反应与酱香型白酒的品质密切相关,为窖池发酵提供了必要的微生物和风味前体物质,从而保证了酱香型白酒的品质。尽管堆积发酵的重要性已被广泛认可,但与高温大曲和窖池发酵环节相比,关于堆积发酵过程中微生物与风味物质相关性的研究还相对较少。目前的研究多集中在酵母菌、芽孢杆菌和乳酸菌等几种功能微生物上,而对于放线菌的功能及其对酒体风味的影响的研究则相对较少。此外,大多数研究仅停留在揭示微生物与风味物质之间的相关性,而对于微生物具体的代谢途径和微生物之间的互作关系的研究还不够深入,功能微生物与感官评价之间的关联验证也较为缺乏。此外,堆积发酵过程中微生物和风味物质的变化受到多种因素的影响,包括不同地区的环境条件、同一轮次中酒醅的不同位置、发酵周期的不同阶段以及不同的发酵轮次等。这些因素都可能导致微生物群落结构和代谢活动的变化,进而影响风味物质的形成。因此,确定和挖掘具有地区特色的功能微生物,以及如何利用这些功能微生物进行精准调控,实现风味的优化,是未来研究的重要方向。更深层次地,进一步解析堆积发酵如何影响窖池发酵过程以及其对最终形成的酱香型白酒风味的具体贡献,也是提升酱香型白酒品质的关键科学问题。

未来的研究可以利用宏基因组学、宏转录组、宏蛋白组、代谢组学和风味组学等多组学技术,结合微生物的重构和缺失实验,采用多学科交叉的方法,深入探索关键微生物种对酒体香气物质的贡献度,各类微生物之间相互制约和相互影响的关系,以及与风味物质之间的关联性。通过这些研究,可以更全面地理解堆积发酵在酱香型白酒生产中的作用,为提升酒的品质和风味提供新的策略。随着技术的联用与更迭,关于酱香型白酒酿造的秘密终将被全面精准地揭示,更好地为酱香型白酒产业提供理论基础和技术指导。

参考文献:

[1]YANG J G,DOU X,MA Y Y.Diversity and dynamic succession of microorganisms during Daqu preparation for Luzhou-flavour liquor using second-generation sequencing technology[J].J I Brewing,2018,124(4):498-507.

[2]CAI W C,WANG Y R,WANG W P,et al.Insights into the aroma profile of sauce-flavor Baijiu by GC-IMS combined with multivariate statistical analysis[J].J Anal Met Chem,2022:4614330.

[3]杨磊,余辉,罗南海,等.酱香型白酒高温堆积发酵工艺创新研究回顾与展望[J].中国酿造,2024,43(2):15-21.

[4]韩兴林,尚柯,王德良,等.酱香白酒堆积发酵过程中代谢风味生成规律的分析[J].酿酒,2018,45(4):37-44.

[5]ZHOU J, LI X, LI S, et al.Airborne microorganisms and key environmental factors shaping their community patterns in the core production area of the Maotai-flavor Baijiu[J].Sci Total Environ,2024,912:169010.

[6]DU H,WANG X,ZHANG Y,et al.Exploring the impacts of raw materials and environments on the microbiota in Chinese Daqu starter[J].Int J Food Microbiol,2019,297:32-40.

[7]WU Y, DUAN Z, NIU J, et al.Spatial heterogeneity of microbiota and flavor across different rounds of sauce-flavor Baijiu in Northern China[J].Food Chem,2023,20:100970.

[8]LV X C,CAI Q Q,KE X X,et al.Characterization of fungal community and dynamics during the traditional brewing of Wuyi Hong Qu glutinous rice wine by means of multiple culture-independent methods[J].Food Control,2015,54:231-239.

[9]ZHA M, SUN B, WU Y, et al.Improving flavor metabolism of Saccharomyces cerevisiae by mixed culture with Wickerhamomyces anomalus for Chinese Baijiu making[J].J Biosci Bioeng,2018,126(2):189-195.

[10]李豆南,黄魏,王晓丹,等.酱香型大曲中高温放线菌的筛选及风味成分分析[J].食品科学,2018,39(6):171-176.

[11]吴成,杨龙飞,胡峰,等.酱香型白酒造沙轮次堆积发酵微生物及理化指标演替规律[J].食品科技,2023,48(6):9-15.

[12]YANG L,XIAN C,LI P,et al.The spatio-temporal diversity and succession of microbial community and its environment driving factors during stacking fermentation of Maotai-flavor Baijiu[J].Food Res Int, 2023,169:112892.

[13]WANG L,LIU Y,YANG F,et al.Microbiome analysis and random forest algorithm-aided identification of the diacetyl-producing microorganisms in the stacking fermentation stage of Maotai-flavor liquor production[J].Food Biotechnol,2019,33(4):338-352.

[14]WANG H,HUANG Y,HUANG Y.Microbiome diversity and evolution in stacking fermentation during different rounds of Jiang-flavoured Baijiu brewing[J].Agr Food Sci,2021,143:111119.

[15]朱安然,汪地强,胡建锋,等.酱香型白酒一轮次糟醅微生物群落结构及溯源分析[J/OL].食品科学,1-14[2024-10-05].http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.2206.TS.20240918.0938.018.html.

[16]王云胜,辛健康,陈银翠,等.酱香白酒第七轮次堆积发酵过程中细菌群落的动态变化[J].基因组学与应用生物学,2022,41(6):1244-1253.

[17]林彩霞,苏伟,母应春,等.洞酿酱香酒五轮次酿造过程中微生物与挥发性风味物质的相关性[J].食品工业科技,2023,44(21):127-136.

[18]张春林,杨亮,李喆,等.酱香型白酒二轮次堆积酒醅微生物群落与理化指标相关性研究[J].中国酿造,2021,40(11):31-36.

[19]孟镇,张媛媛,田雨,等.武陵酱香型白酒七轮次高温堆积细菌群落多样性分析[J].酿酒科技,2023(5):29-35.

[20]王玉荣,马佳佳,田龙新,等.酱香型白酒第六轮次堆积发酵醅堆微生物类群与感官品质的相关性分析[J].现代食品科技,2024,40(9):107-117.

[21]黄蕴利,黄永光,胡建峰,等.酱香型白酒第二轮次酒发酵过程微生物多样性研究[J].中国酿造,2017,36(9):30-35.

[22]吴天祥,刘春朝.贵州12种代表性白酒特征性香气成分的研究[J].酿酒科技,2005(9):31-35.

[23]DUAN J, YANG S, LI H, et al.Why the key aroma compound of soy sauce aroma type Baijiu has not been revealed yet?[J].Agr Food Sci,2022,154:112735.

[24]CAI X,SHEN Y,CHEN M,et al.Characterisation of volatile compounds in Maotai flavour liquor during fermentation and distillation[J].J I Brewing,2019,125(4):453-463.

[25]KRUIS A J,BOHNENKAMP A C,PATINIOS C,et al.Microbial production of short and medium chain esters: Enzymes,pathways,and applications[J].Biotechnol Adv,2019,37(7):107407.

[26]XU Y,ZHAO J,LIU X,et al.Flavor mystery of Chinese traditional fermented Baijiu:The great contribution of ester compounds[J].Food Chem,2022,369:130920.

[27]REN T,SU W,MU Y,et al.Study on the correlation between microbial communities with physicochemical properties and flavor substances in the Xiasha round of cave-brewed sauce-flavor Baijiu[J].Front Microbiol,2023,14:1124817.

[28]马荣山,张堃,教传勇,等.麸曲酱香型白酒储存过程中醇类物质变化的研究[J].中国酿造,2010,29(6):91-93.

[29]WANG L,ZHONG K,LUO A,et al.Dynamic changes of volatile compounds and bacterial diversity during fourth to seventh rounds of Chinese soy sauce aroma liquor[J].Food Sci Nutr,2021,9(7):3500-3511.

[30]周榆林,吴钱弟,罗爱民.加热强化大曲对酱香型白酒酿造的影响研究[J].中国酿造,2020,39(2):67-72.

[31]云敏,周洪楷.有机酸在酱香型白酒酿造过程的调控作用[J].酿酒科技,2011(7):44-46.

[32]韩兴林,潘学森,尚柯,等.酱香高温堆积酒醅中原核微生物构成的分析[J].酿酒,2017,44(1):22-27.

[33]李欣,王彦华,林静怡,等.高通量测序技术分析酱香型白酒酒醅的微生物多样性[J].福建师范大学学报(自然科学版),2017,33(1):51-59.

[34]吴成,程平言,谢丹,等.酱香型白酒4轮次堆积发酵理化因子、风味物质与微生物群落相关性分析[J].食品科学,2023,44(2):240-247.

[35]DUAN Z,WU Y,ZHANG C,et al.Comparison of fungal communities and flavour substances in surface and inner layers of fermented grains during stacking fermentation of sauce-flavour Baijiu[J].J Biosci Bioeng,2023,136(4):295-303.

[36]LI W, ZHANG H, WANG R, et al.Temporal profile of the microbial community and volatile compounds in the third-round fermentation of sauce-flavor Baijiu in the Beijing region[J].Foods,2024,13(5):670.

[37]YANG X,YAO J,HU Y,et al.Fungal community succession and volatile compound changes during fermentation of Laobaigan Baijiu from Chinese Hengshui region[J].Foods,2024,13(4):569.

[38]张颖,李霄霄,李景辉,等.高产四甲基吡嗪芽孢杆菌的筛选及其对酱香型白酒堆积过程的影响[J].食品工业科技,2022,43(2):142-149.

[39]任婷婷.洞酿酱香酒下沙轮次微生物多样性及风味品质形成研究[D].贵阳:贵州大学,2024.

[40]张春林,杨亮,李喆,等.酱香型白酒酒醅堆积微生物多样性及其与风味物质的关系[J].食品科技,2022,47(4):111-118.

[41]黄慧芹,徐友强,李微微,等.北京地区酱香型白酒第四轮次入窖酒醅中微生物及风味物质的变化[J].食品工业科技,2024,45(1):97-107.

[42]陈梦圆,刘学彬,汪平,等.产酯香功能菌对酱香型酒醅的影响[J].食品科学,2018,39(10):199-205.

[43]邹云曼.酱香型白酒糟醅核心真菌多样性及发酵特性研究[D].贵阳:贵州大学,2024.

[44]袁再顺.“破堆移位”对酱香型白酒冬季堆积发酵的影响研究[D].贵阳:贵州大学,2019.

[45]张瀚之,席德州,王欢,等.酱香型白酒机械化酿造不同轮次堆积发酵酒醅真菌群落结构多样性研究[J].中国酿造,2021,40(12):64-69.

[46]陈卓,苏伟,母应春,等.洞酿酱香型白酒第三轮次酒醅发酵过程中微生物与挥发性风味物质相关性分析[J].中国酿造,2024,43(5):32-40.

[47]WANG D,CHEN L,YANG F,et al.Yeasts and their importance to the flavour of traditional Chinese liquor:a review[J].J I Brewing,2019,125(2):214-221.

[48]KURTZMAN C P,ROBNETT C J,BASEHOAR-POWERS E.Phylogenetic relationships among species of Pichia, Issatchenkia and Williopsis determined from multigene sequence analysis,and the proposal of Barnettozyma gen.nov.,Lindnera gen.nov.and Wickerhamomyces gen.nov[J].FEMS Yeast Res,2008,8(6):939-954.

[49]彭俊,杨团元,刘蒲临,等.白酒酿造酒醅与周边土壤中酵母菌多样性及东方伊萨酵母发酵特性比较[J].中国酿造,2019,38(8):77-84.

[50]ZHANG H,WANG L,TAN Y,et al.Effect of Pichia on shaping the fermentation microbial community of sauce-flavor Baijiu[J].Int J Food Microbiol,2021,336:108898.

[51]刘涛,赖世强,曹文涛,等.酱香型白酒堆积发酵中两株优势酵母菌发酵条件的研究[J].酿酒科技,2014(9):5-8.

[52]施思,张霞,杨康卓,等.放线菌对酿酒微生物调控的初步解析[J].酿酒科技,2021(2):17-20,26.

[53]杨帆,陈良强,林琳,等.一株放线菌的分离鉴定及其代谢产物研究[J].酿酒科技,2014(9):42-44.

[54]杜海.产土味素菌群对白酒酿造的影响机制及监测控制[D].无锡:江南大学,2014.

[55]邹恬杏,苏伟,母应春,等.洞酿酱香酒第四轮次酒醅发酵过程中微生物群落与挥发性代谢物分析[J].中国酿造,2023,42(6):64-71.

Research progress on the correlation between microorganisms and flavor substances in stacking fermentation of sauce-flavor Baijiu

ZHAO Qiao1,2,YANG Hua2,TIAN Maoling1,LI Ruijie2,HU Yongxin1,WANG Qian1,YANG Yang1,ZHONG Xiaozhong3,ZHAO Jian2,WANG Songtao1,LI Shu1*
(1.Luzhou Pinchuang Technology Co.,Ltd.,/National Engineering Research Center of Solid-State Brewing,Luzhou 646000,China;2.Key Laboratory of Resource Microbiology and Microbial Biotechnology of Sichuan Province,College of Life Sciences,Sichuan University,Chengdu 610064,China;3.College of Life Sciences,Sichuan Agricultural University,Ya'an 625014,China)

Abstract:Stacking fermentation is a key and unique process in sauce-flavor(Jiangxiangxing)Baijiu production,and provides abundant microorganisms,enzyme system, suitable growth conditions, flavor substances and precursors for pit fermentation by enriching microorganisms in the environment,which directly affects yield and quality of Baijiu.Microorganisms and flavor substances in stacking fermentation of sauce-flavor Baijiu were summarized, the correlation between microbial community structure and flavor substances change were expounded, and the future research direction was prospected, aming to provide scientific basis for further understanding of microbial action mechanism and its contribution to flavor formation in sauce-flavor Baijiu.

Key words:sauce-flavor Baijiu;stacking fermentation;microbial diversity;flavor ingredients

中图分类号:TS261.1

文章编号:0254-5071(2024)12-0006-07

doi: 10.11882/j.issn.0254-5071.2024.12.002

引文格式:赵侨,杨花,田茂玲,等.酱香型白酒堆积发酵微生物与风味物质相关性研究进展[J].中国酿造,2024,43(12):6-12.

收稿日期:2024-07-18

修回日期:2024-09-21

基金项目:国家自然科学基金青年项目(32201993);四川省自然科学基金面上项目(2024NSFSC0361);国家固态酿造工程技术研究中心横向科技项目(22H1350,PCGS-2022000107)

作者简介:赵 侨(1999-),女,硕士研究生,研究方向为微生物固态发酵。

*通讯作者:李 姝(1991-),女,工程师,博士,研究方向为白酒生产技术、酿造微生物、天然产物与功效评价。