传统黄酒的风味成分及品质控制研究进展

朱 斌1,骆佳琪2,关 斌1,金淑燕1,陈启和2,史 瑛2*

(1.乌毡帽酒业有限公司,浙江 湖州 313300;2.浙江大学 生物系统工程与食品科学学院,浙江 杭州 310058)

摘 要:黄酒作为中国传统酿造酒,营养丰富,口感香醇。不同的黄酒具有不同的风味特征,通过对黄酒风味物质的分析能够探究不同黄酒的品质特征。醇类、酯类、酚类、酸类以及醛类等挥发性风味物质是决定黄酒香气特征与品质的重要因素。然而,黄酒中过量的高级醇、氨基甲酸乙酯、甲醇和生物胺等成分对黄酒品质存在潜在的不利影响,并且在去除的过程中也会一定程度上影响黄酒的风味物质。该文介绍了黄酒中的各种特征风味物质,阐述了黄酒品质的主要控制方法,同时总结了影响黄酒品质的主要因素控制及其对风味的影响,并对黄酒的现存问题和发展前景进行了阐述和展望。

关键词:黄酒;风味物质;品质控制;氨基甲酸乙酯;高级醇

黄酒主要以稻米、黍米、玉米、小麦、水等为原料,经蒸煮后添加麦曲、米曲、酒药进行发酵和糖化,最终经过压榨、过滤、煎煮、存储、调制等步骤制成酒。黄酒有“液体蛋糕”的美称,富含多糖、维生素、氨基酸、肽类、蛋白质、类黑精、多酚及矿物质等健康活性物质[1-2],起到抗氧化、降低血压、保护心血管、改善肠道菌群微生态等保健功效[3-4]。高级醇以及酯类、酚类、酸类还有醛类等挥发性风味物质是决定黄酒香气特征与品质的重要因素[5-6],然而过量的高级醇、氨基甲酸乙酯(ethyl carbamate,EC)、甲醇、生物胺等物质会对黄酒的风味和饮后舒适度产生负面作用,也对人体健康存在一定影响[7-8],同时也是制约黄酒行业发展的一大阻碍[9]。因此,本文介绍了黄酒中的各种特征风味物质,综述了黄酒品质的主要控制方法,同时总结了影响黄酒品质的主要因素控制及其对风味的影响,为黄酒的风味和品质控制进一步研究提供参考。

1 黄酒中的风味物质

黄酒的风味物质由多种微量成分组合而成,包括醇、酯、醛、酸以及各种杂环类化合物。其中,醇类、酯类、醛类物质是黄酒香气的骨架成分,而酸类是黄酒中的重要呈味物质[10-11]

1.1 醇类

黄酒中的醇类物质含量最高,其既是呈香物质,又是呈味物质,具有丰富黄酒味感和助香的作用。醇还能与酸酯化形成酯类物质使酒体更为丰满,为黄酒提味[5]。黄酒中的主要醇类物质包括甲醇、乙醇、正丁醇、异丁醇、异戊醇、2,3-二丁醇、苯甲醇、苯乙醇等。甲醇具有温和的酒精气味;乙醇有酒精香味;正己醇芳香浓烈,持久且浓厚;2,3-丁二醇使酒甜香,后味绵长。苯乙醇、异丁醇、异戊醇三种高级醇的气味活性值(odor activity value,OAV)均>1,对维持酒类特征香气及口味起着重要的作用[6]。其中苯乙醇作为最重要的黄酒风味物质,具有玫瑰和蜂蜜的芳香。

高级醇的种类和含量也决定了黄酒的特征香味物质,同时也会影响其口感。高级醇又名杂醇油,是指三碳以上一元醇类的高沸点混合物。黄酒中主要的高级醇包括正丙醇、正丁醇、异丁醇、仲丁醇、戊醇、异戊醇、活性戊醇、辛醇、苯乙醇、色醇和酪醇,含量较高时会使酒具有异味与杂味。黄酒中的高级醇是酒精发酵代谢的主要副产物,主要来源于糖类和氨基酸的降解。在厌氧条件下,充足的氨基酸能够通过Ehrlich途径转化为高级醇,如亮氨酸转化为异戊醇、苯丙氨酸生成苯乙醇[1]。同时一些醛类也能够通过还原反应变为高级醇[12-13]。在黄酒中,适量的高级醇能够使酒体柔和丰满浓厚,在呈味方面使味道的持续时间更长。然而,若高级醇含量过高,则会引起头疼等症状,对人体健康造成不良影响[1]。酒中的高级醇经氨基酸降解代谢与糖合成代谢途径,即Ehrlich代谢机制和Harris代谢机制形成,其中75%的高级醇源于糖代谢合成途径,25%来自于氨基酸降解代谢途径。但若发酵液中氨基酸的浓度过高或过低,这个比例将被打破[8]

过量摄入高级醇会导致较强的醉意和引发饮后不适感。高级醇与乙醇、酯类等其他风味物质一同构建了黄酒的独特风味,但其毒性与麻醉性强于乙醇,更难以分解,对肝脏的损害也更高。它还能造成神经充血,损伤脑部的神经细胞,使人感到恍惚与疼痛。适量的高级醇能丰富酒的口感,协调香气,促进酸类和酯类物质相互转化,但含量过高时则会使黄酒尝起来更苦涩与辛辣,还会对健康造成危害。高级醇与酸类和酯类的适宜比例为3∶4∶2,其在黄酒中的含量一般为0.2~0.5 g/L[14]

1.2 酯类

酯类化合物具有较低的气味阈值,决定了黄酒的花香味、果香味及黄酒的整体风味。酯类物质的积累会使得黄酒越陈越香。黄酒中酯类的产生主要通过微生物代谢和醇-羧酯化反应两个途径[12]。乙酯类和脂肪酸酯类物质是酒中最重要的酯类物质,其中乳酸乙酯、乙酸乙酯、己酸乙酯、苯乙酸乙酯等乙酯类物质含量较高,对酒类的风味贡献占比较大[6,15]。YU H Y等[15]对4种典型黄酒中的酯类物质进行定量分析、感知相互作用的感官评定和S-型曲线测定。研究结果表明,黄酒中的酯类物质之间存在协同增香作用,并且对黄酒的香味产生重要影响,为黄酒的风味调控提供研究理论依据。黄清铧等[16]的研究显示,客家发酵黄酒中鉴定出的60种风味物质中有23种酯类,且酯类物质的总含量随着发酵时间的延长不断减少,但其种类不断增加。

1.3 羰基化合物

羰基化合物是黄酒中具有强烈的刺激性气味的醛酮类和酰类物质。其中乙醛、异丁醛和苯甲醛等醛酮类物质能够衬托和协调香气成分。乙醛作为黄酒中的主要醛类物质之一,是酿酒酵母代谢的副产物。黄酒中较高的乙醛含量会导致黄酒的辛辣味,导致饮用时“辣口”的感觉[17]。同时乙醛也具有一定的毒性,饮用乙醛含量较高的黄酒容易引起酒后的“上头”症状,导致头部疼痛、恶心呕吐以及头晕[17]。在黄酒贮存的过程中,乙醛含量逐渐减少,乙缩醛含量增加,使得酒的柔和度上升[6]。另外,甜型黄酒(含糖量>100 g/L)中羰基化合物和氨基化合物不断进行的美拉德反应不仅能够增加黄酒的色泽和风味,还会产生包括5-羟甲基糠醛、糠醛等具有潜在健康隐患的物质[18]

1.4 酸类

酸类物质是黄酒的呈味物质,在黄酒中起着协调酒体风味的作用。黄酒中的酸以有机酸的形式存在(如饱和羧酸、不饱和羧酸、芳香族酸等),酸能有效增强黄酒的浓厚感,降低甜度,并且具有缓冲作用,协助其他香味成分。在贮存中,黄酒中的酸类物质还会与乙醇作用生成芳香酯[6,19],为黄酒增添风味。但当黄酒中酸的含量过高时,会产生刺激性味道。黄酒中的有机酸有两个主要来源途径,包括发酵过程中的酵母代谢和少量来源于原料、酒母或浆水。因此,对发酵条件进行控制能够有效调节黄酒中酸类物质的含量。

2 黄酒品质控制方法

影响黄酒品质的关键因素主要分为两类:发酵工艺与发酵原料。在传统发酵中,人们通常会关注酵母菌株、原料米、麦曲等发酵原料和浸泡时间、发酵温度等发酵工艺对黄酒风味的影响[20]

2.1 发酵工艺

发酵工艺包括先糖化后发酵、双边发酵和开放式发酵等发酵方式与浸米时间、发酵温度等发酵条件。研究表明,与双边发酵相比,先糖化后发酵有利于降低黄酒中高级醇的含量[21]。温度则会影响发酵过程中微生物的生长和发酵。较低的前酵温度有利于酵母发酵,黄酒风味较好,但温度过低时酵母的酒精发酵作用不足;较高的前酵温度高有利于细菌生长,易出现酸败现象[22-23]。盛凤云等[24]对黄酒在20 ℃低温条件下发酵的可行性及风味品质进行了研究,证明了低温酿造的可行性,并观察到了高级醇含量的降低与果香花香等香气特征的增强。黄酒浸米是黄酒生产的前端工艺,在浸泡过程中大米吸水膨胀、主要成分发生分解、大米及浆水酸度上升。各种大米浸米的时间控制在8~12 d时,所得的浸米浆水对黄酒发酵比较合适[25]

2.2 发酵原料

黄酒的发酵原料包括参与发酵的原料米、麦曲、酶制剂和微生物菌株,是决定黄酒品质的重要因素。油卉丹等[26]探究了原料米的品质对黄酒发酵的影响,粳粟米、粳糯米、籼米和籼糯米四个品种的大米酿造的黄酒挥发性风味成分在含量方面存在显著差异,粳糯米发酵的黄酒挥发性化合物总量及醇类化合物的含量显著较高,而籼糯米发酵黄酒的酯类化合物含量明显较高。

麦曲含有酿酒所需的曲霉、根霉等霉菌,乳杆菌、醋杆菌、芽孢杆菌等细菌以及酿酒酵母,促进了酒醪的糖化和发酵,其质量直接影响黄酒的品质,麦曲的添加量与黄酒中的游离氨基酸、有机酸以及挥发性风味物质含量呈正相关[27]。传统麦曲按照制作方式分为生麦曲与熟麦曲,其中采用混合曲与熟麦曲酿造得到的黄酒风味接近,而采用生麦曲酿造得到的黄酒风味与前两者存在明显差异,乙酯类物质和高级醇的代谢差异是引起上述差异的主要因素[28]。与传统麦曲相比,中药块曲(由苍耳、桑叶、辣蓼草制成)能够促进糖化,增添特殊的近似薯类香气[29],米麦曲增加了黄酒风味物质的复杂性,丰富了黄酒的香气和口感,爆麦曲和爆高粱曲具有更好的糖化效果,能降低成品黄酒的高级醇含量,促进酯类物质的合成,提升黄酒品质[30-31]

蛋白酶、糖化酶、α-淀粉酶等酶制剂能够补充麦曲酶量与种类的不足,提高出酒率和增强黄酒风味。彭金龙等[32]在传统黄酒发酵基础上辅助添加了一款混合酶系的糖化剂,使得出酒率和酯类含量提高了8.6%与6.0%,出糟率与高级醇含量下降了6.5%与18%。但酶制剂不能完全替代麦曲,否则会使得酒醪发酵不完全,风味物质含量显著降低[27]

不同的酵母菌株能够影响微生物群落结构与氮代谢途径,菌群结构的变化进一步导致了乳酸、酯类、醇类和醛类等风味成分含量出现显著差异[33],氮代谢途径的改变可以调控黄酒中尿素等含氮代谢产物的含量及组成[34]。有研究表明,乳酸杆菌在发酵过程中参与了乙酸乙酯等几种核心风味物质的生物合成,是黄酒风味物质形成的核心菌种[35]

3 影响黄酒品质的主要因素控制及其对风味的影响

3.1 氨基甲酸乙酯

氨基甲酸乙酯(ethyl carbonate,EC)又称脲烷,具有遗传毒性和致癌性,已被国际癌症研究机构列为2A类致癌物[36]。乙醇与尿素、氨甲酰磷酸、瓜氨酸、焦碳酸二乙酯以及氰化物等前体物质进行自发反应能够形成EC,过量的EC对人类具有潜在的致癌风险[37-39]。其中,尿素、氨甲酰化物以及瓜氨酸等主要来源于原料或微生物代谢,氰化物主要来源于发酵过程中的酶反应[37]。而尿素是最主要的EC的前体物,九成的EC由尿素和乙醇反应生成。发酵原料本身和酿酒酵母精氨酸代谢过程中产生的尿素是尿素在黄酒中的主要来源,并且随代谢产物一同分泌到胞外[40]

为了有效控制黄酒中EC的含量,方法包括工艺优化、物理吸附、代谢工程策略、生物酶等[41]。在不影响产品稳定性和风味的前提下,生产商能够通过不断调节黄酒储存温度对酒中的EC进行有效控制,如采用低温或短时煎酒的方式降低酒中EC的含量[37,42]。另外,黄酒生产商可以改进酿造技术工艺,通过选择相关蛋白表达含量相对低的原料等,减少黄酒中的尿素来源,从而减少黄酒中EC的生成[37,43]。没食子酸,原儿茶酸等外源性酚酸类物质可以影响乳酸菌繁殖和精氨酸脱氨,减少精氨酸降解与瓜氨酸产生,从而抑制EC形成[9]。天然竹叶提取物对多菌种发酵黄酒中的EC有显著的抑制作用,并能改善黄酒的整体品质[44]。王晓雨等[7]研究了在黄酒发酵过程中添加富含酚类物质的不同植物提取物,包括覆盆子提取物、火棘提取物、竹叶提取物以及沙棘提取物,对黄酒有害成分含量的影响。研究结果表明,添加覆盆子提取物的黄酒中EC含量、甲醇含量和尿素含量相较于对照组均显著降低。然而,通过改变传统黄酒的酿造技术工艺和在黄酒发酵过程中添加其他物质对EC进行调控的方式,虽然能够有效降低黄酒中的EC含量,但会对黄酒的产品品质与感官特性产生一定的影响和改变。周万怡[9]的研究结果表明,酿酒酵母短乳杆菌组合发酵方式和添加竹叶提取物在抑制EC形成的基础上,还能一定程度上提高优异氨基酸含量,并且丰富黄酒中的挥发性风味物质。方若思等[45]探究了短乳杆菌中的鸟氨酸氨甲酰基转移酶对黄酒中EC的调控作用,发现其对EC前体物尿素与瓜氨酸均有影响,能在保持黄酒风味品质的同时显著降低EC含量。此外,有研究表明,短乳杆菌与酿酒酵母菌混合发酵对黄酒中EC的抑制作用优于没食子酸,但在发酵体系中同时引入短乳杆菌与没食子酸会减弱两者对氨基甲酸的抑制作用[46]。赵辉等[47]利用紫外和硫酸二乙酯对出发酵母菌株进行复合诱变,三重筛选获得高级醇产量少的菌株。利用诱变和基因工程手段,或借鉴葡萄酒酿造中苹果酸-乳酸发酵阶段酒类酒球菌的选育,获得精氨酸酶缺陷型或表达受阻的酵母突变菌株,均能有效地降低产品中EC的含量[48-49]。除此之外,也有很多吸附材料被应用于EC的吸附和去除,包括活性炭、硅胶、壳聚糖等。但经过活性炭的吸附后黄酒的感官风味和颜色等特性会受到较大的影响。广泛应用的吸附材料大多为合成树脂,具有多孔结构的颗粒内部和外部均具有表面活性,通过与物质的相互作用进行分离和净化等[36]。刘俊等[50]在最大限度保持酒体的正常口感和风味的基础上对黄酒中EC吸附材料进行筛选,优选得特异性功能树脂材料L2、L3,对好几种EC的去除率在60%以上。硅藻土在黄酒的EC吸附中使用较多,酒体风味能够较大程度地保持,且成本较低[51]

3.2 生物胺

生物胺是一类含氮的低分子量有机化合物的总称,主要来源于氨基酸脱羧反应和醛酮氨基化反应。它在动植物和微生物的新陈代谢过程中生成。适量生物胺能够促进人体的正常生命活动,但含有高浓度生物胺的食物会引起过敏反应,如心悸、呼吸紊乱、头痛等[8]。组胺会引起头疼、心悸、呕吐、腹泻等症状,酪胺可能会导致高血压,腐胺和尸胺则会表现不愉快的风味,从而影响黄酒的产品品质和饮后舒适度[52]。黄酒中的生物胺主要来自发酵剂中的乳酸菌对相应前体氨基酸的脱羧作用。研究表明,浸米过程中乳酸菌的氨基酸脱羧反应是黄酒发酵醪中生物胺的主要来源,通过开发乳杆菌酸化循环浸米工艺,可以将黄酒中的生物胺含量降低接近12倍[14]。此外,工业生产中往往通过接种低氨基酸脱羧酶活性的菌株来降低生物胺含量,通过将低脱羧酶活性的植物乳杆菌与含有胺氧化酶的木糖葡萄球菌以1∶2的最佳比例共接种为胺抑制发酵剂,可以显著降低黄酒中的总生物胺(43.7%,44.5 mg/L)以及腐胺(43.0%,20.4 mg/L),酪胺(42.8%,14.3 mg/L)和组胺(42.6%,3.5 mg/L)的含量[53]。由于乳酸菌对黄酒的发酵进程和风味活性物质具有重要贡献,并且其参与氮代谢且是生物胺的主要生产者,因此在利用外源性功能微生物调节生物胺含量时也需要注意微生物组成的挑选和改变对黄酒风味物质的影响。

3.3 甲醛

甲醛是一种无色有毒的气体,少量摄入对人体不会造成急性影响,但过量摄入可能导致全身性酸中毒,从而影响人体健康。甲醛能与蛋白质的氨基结合,使蛋白质变性凝固,扰乱细胞的正常代谢,被世界卫生组织确定为致癌和致畸物质[54]。黄酒中的微量甲醛是黄酒在生产过程(主要是发酵过程)中产生的[8]。劳民玓等[55]对来自于国家黄酒产品质量监督检测中心定期抽样的20种不同产地的黄酒进行甲醛含量的检测,检测的20个样品的均值为0.82 mg/L,处于较安全的范围内。黄酒中的微量甲醛含量一般在2 mg/L以下,理论上不会对人体造成危害[54]。林小荣等[56]对啤酒发酵过程中甲醛代谢影响因素进行了初步研究,最终得出结论,酵母接种量在2.85×107个/mL时甲醛峰值最低,为550 μg/L。

4 现存问题与展望

目前,黄酒研究中存在的问题主要有微生物发酵体系复杂,产物与菌株相互作用影响最终风味,亟需相关外源调控方法,有害产物抑制转化应用存在阻碍等。

黄酒为半开放型发酵,经多菌种混合发酵而成,黄酒发酵体系内的天然与接种微生物群落中,不同的微生物菌株共存并相互作用,导致功能和特定微生物结构的变化。同时,发酵醪液经过微生物代谢形成多种风味分子,代谢产生的化合物也会对菌株生长代谢产生正向或负向反馈,从而影响黄酒的风味口感与发酵进程。菌株的相互作用和相关酶的调节是复杂的动态过程。需要进一步阐明代谢途径,并结合物种鉴定,以深入了解微生物群落在分子水平上的相互作用。此外,还可以通过探索外源调控微生物风味物质代谢途径的相关方法来改善与稳定黄酒的风味品质。

随着经济发展的全球化与餐饮需求的多元化,黄酒市场颇具潜力,但大众对健康、营养及安全观念的日益注重也使得黄酒的质量与安全受到了更多关注。EC在黄酒中的含量约为其他酒类的2倍,不利于饮用者的健康与安全,也严重制约了黄酒行业的国际化发展。目前,国内外控制黄酒等酒类饮品中EC含量的方法主要有引入外源抑制剂、选育发酵菌种和酶法调控等手段。在EC的控制和去除过程中,需要监控其在黄酒酿造过程中对于黄酒品质及风味的影响,从而达到提升安全性的同时优化风味感官的目的。

通过进一步阐明代谢途径,并结合物种鉴定,深入了解微生物群落在分子水平上的相互作用。如进行高通量测序分析,以探索混合菌株发酵期间的微生物情况。在分子水平上探索菌种,揭示相互作用的细节,为选育抑制EC、生物胺、过量高级醇等健康风险物质的发酵菌株奠定基础。

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Research progress on flavor components and quality control of traditional Huangjiu

ZHU Bin1,LUO Jiaqi2,GUAN Bin1,JIN Shuyan1,CHEN Qihe2,SHI Ying2*
(1.Wuzhanmao Wine Co.,Ltd.,Huzhou 313300,China;2.College of Biosystems Engineering and Food Science,Zhejiang University,Hangzhou 310058,China)

Abstract:As a traditional Chinese brewed alcoholic drink,Huangjiu(Chinese rice wine)is rich in nutrients and has an aromatic taste.Different Huangjiu have different flavor characteristics,and the quality characteristics of different Huangjiu can be explored by flavor substances analysis.Volatile flavor substances such as alcohols, esters, phenols, acids, and aldehydes are important factors in determining the aroma characteristics and quality of Huangjiu.However, excessive higher alcohols, ethyl carbamate, methanol, and biogenic amines in Huangjiu have potential adverse effects on the quality of Huangjiu,meanwhile,their removal process can also affect the flavor characteristics of Huangjiu to some extent.The various characteristic flavor substances in Huangjiu were introduced, the main quality control methods of Huangjiu were summarized, and the main factors affecting the Huangjiu quality and their influence on flavor were summarized,and the existing problems and development prospects of Huangjiu were elaborated and prospected.

Key words:Huangjiu;flavor substances;quality control;ethyl carbamate;higher alcohols

中图分类号:TS261

文章编号:0254-5071(2024)09-0009-05

doi: 10.11882/j.issn.0254-5071.2024.09.002

引文格式:朱斌,骆佳琪,关斌,等.传统黄酒的风味成分及品质控制研究进展[J].中国酿造,2024,43(9):9-13.

收稿日期:2023-11-22 修回日期:2024-01-24

基金项目:浙江省自然科学基金重点项目(LZ23C200004);浙江省自然科学基金(LY23C200008);乌毡帽酒业有限公司-浙江大学研发项目(校合-2020-KYY-513111-0011);宁波市重点研发计划项目(2022Z176)

作者简介:朱 斌(1973-),男,高级工程师,大专,研究方向为黄酒酿造。

*通讯作者:史 瑛(1990-),女,副研究员,博士,研究方向为食品生物技术与益生菌。