黄水又称黄浆水，是浓香型白酒在窖池内发酵产生的液体副产物。在白酒酿造过程中，微生物分解入窖的糟醅（含水量52%～55%）并产生大量的游离水，与窖池中的糟醅淋浆水逐渐沉降混合，同时酒醅中残留的淀粉、单糖、蛋白质、酵母自溶物及经微生物代谢产生的有机酸、芳香物质等溶于其中，逐渐沉积到窖池底部形成的棕褐色的黏稠液体[1]，黄水的形成过程如下[2]：
黄水中存在大量功能性微生物，以细菌为主，其中的乳酸菌和芽孢杆菌被证明是优势菌[3]。研究显示，每生产1 t白酒会转化0.3～0.4 t黄水[4]，据统计，2021年我国规模以上企业白酒产量已达到6.4×106 t[2]，黄水生成量高达1.9×106～2.6×106 t。由于黄水中含有大量糖类、蛋白质、芳香物质、单宁及色素等，造成黄水中总酸、化学需氧量（chemical oxygen demand，COD）及生化需氧量（biochemical oxygen demand，BOD）较高，均超过国家允许的废水排放限量标准，若不加任何处理及利用，肆意排放，不仅会造成严重的环境污染，还会造成有机质资源的浪费。因此本文对酿酒副产物黄水中的化学组分及其应用进行了系统总结，旨在推动黄水的回收应用并成为一种具备增值潜力的生物质衍生资源。
1 黄水中的化学成分
白酒酿造所用原料一般为高粱、糯米、玉米、大麦、小麦等粮食，其主要成分为淀粉、蛋白质、脂肪、维生素、木质素、纤维素和半纤维素等，在酒曲的作用下，粮食在窖池中经历极其复杂的发酵过程，微生物的分解作用使淀粉、蛋白质等大分子物质转化成还原糖、氨基酸等小分子营养成分，以及香味前体物、乙醇、CO2和多种芳香物质[5]。大量研究显示，黄水中除含有大量醇、醛、酸、酯等风味成分之外，还存在糖类、氨基酸、腐殖质、酵母自溶物等营养物质及一定数量活的功能性微生物。由于白酒酿造中使用的原料及其配比、窖池质量、窖龄长短和人为操作因素的影响，各个窖池或酒厂产出的黄水中的化学成分差异较大[6]，其化学组成及含量如表1所示。
表1 黄水的化学组成及含量[2，4，7]
Table 1 Chemical composition and content of Huangshui
项目 含量范围 项目 含量范围 项目 含量范围pH COD/（mg·mL-1）BOD/（mg·mL-1）含水量/%酒精度/%vol总糖/%淀粉/%还原糖/%总固形物/（g·100 mL-1）总酸/（g·L-1）总酯/（g·L-1）醇类/%醛类/%单宁及色素/%蛋白质/%总氮/%氨基酸/%丙氨酸/（mg·100 mL-1）甘氨酸/（mg·100 mL-1）氨基丁酸/（mg·100 mL-1）缬氨酸/（mg·100 mL-1）苏氨酸/（mg·100 mL-1）3.79～3.85 25 000～45 000 10 000～20 000 84.68～88.77 3.2～5.3 4.61～5.96 3.07～3.15 2.65～2.87 1.36～17.5 23～38 1.3～2.7 0.15～1.50 1.5～3.6 0.12～0.23 0.08～0.27 0.27～0.35 0.15～0.18 33.58～59.84 12.71～25.04 18.39～32.41 1.26～2.07 10.74～15.66丝氨酸/（mg·100 mL-1）亮氨酸/（mg·100 mL-1）异亮氨酸/（mg·100 mL-1）半胱氨酸/（mg·100 mL-1）脯氨酸/（mg·100 mL-1）羟脯氨酸/（mg·100 mL-1）蛋氨酸/（mg·100 mL-1）天门冬氨酸/（mg·100 mL-1）苯丙氨酸/（mg·100 mL-1）谷氨酸/（mg·100 mL-1）赖氨酸/（mg·100 mL-1）精氨酸/（mg·100 mL-1）酪氨酸/（mg·100 mL-1）乳酸/（mg·100 mL-1）乙酸/（mg·100 mL-1）己酸/（mg·100 mL-1）丁酸/（mg·100 mL-1）异丁酸/（mg·100 mL-1）丙酸/（mg·100 mL-1）异戊酸/（mg·100 mL-1）戊酸/（mg·100 mL-1）庚酸/（mg·100 mL-1）17.72～28.85 25.40～41.54 13.02～25.40 3.06～5.95 14.38～25.93 0.59～2.45 8.58～16.38 21.03～37.92 5.40～12.33 31.05～54.50 10.43～24.20 2.36～50.33 1.83～14.55 4 066～7 889 288.88～520.53 13.91～242.88 65.08～169.57 0～2.88 0.20～23.46 2.316～15.793 2.28～26.04 0～0.978辛酸/（mg·100 mL-1）乙醛/（mg·100 mL-1）乙缩醛/（mg·100 mL-1）异戊醛/（mg·100 mL-1）糠醛/（mg·100 mL-1）甲醇/（mg·100 mL-1）正丙醇/（mg·100 mL-1）正丁醇/（mg·100 mL-1）异丁醇/（mg·100 mL-1）异戊醇/（mg·100 mL-1）β-苯乙醇/（mg·100 mL-1）2,3-丁二醇/（mg·100 mL-1）乙酸乙酯/（mg·100 mL-1）乳酸乙酯/（mg·100 mL-1）丁酸乙酯/（mg·100 mL-1）戊酸乙酯/（mg·100 mL-1）己酸乙酯/（mg·100 mL-1）辛酸乙酯/（mg·100 mL-1）癸酸乙酯/（mg·100 mL-1）月桂酸乙酯/（mg·100 mL-1）1.204～13.018 1.291～4.056 2.60～2.74 1.45～1.58 1.54～1.55 5.70～10.14 2.36～88.43 1.52～16.23 0.25～4.33 2.34～55.43 3.92～33.00 2.39～52.00 4.77～64.52 21.14～293.20 0.93～15.16 0～0.607 2.62～52.02 0.89～10.20 10.30～35.00 6.35～41.00
这些高含量的营养成分和有机酸使得黄水成为一种多元组分的液体，同时赋予其高酸（pH3.79～3.85）、高COD（25 000～45 000 mg/mL）和高BOD（10 000～20 000 mg/mL）的特性。
黄水中的有机酸主要分为挥发酸和不挥发酸，前者包括乙酸（288.88～520.53 mg/100 mL）、丁酸（65.08～169.57 mg/100 mL）、己酸（13.91～242.88 mg/100 mL）等，后者以乳酸（4 066～7 889 mg/100 mL）为主，且黄水中有机酸的含量可达白酒酿造中其他副产物（如酒尾、锅底水、尾水等）的100多倍[2]。黄水中的醇类物质是糖类、氨基酸等在酵母菌、细菌等微生物发酵作用下形成的，其含量为3.2%～5.3%。除甲醇、乙醇之外，正丙醇、异戊醇等高级醇是酵母菌在非正常代谢情况下，由氨基酸脱氨基，再经过脱羧酶脱羧生成，受酵母菌种类、原料成分及发酵条件影响较大[8]。黄水中的酯类物质一般通过化学反应和微生物发酵两种途径产生，后者是黄水中主要的产酯途径。酒醅中的假丝酵母、汉逊氏酵母等微生物都有较强的产酯能力，将黄水中的醛、酮等有机物质通过酮酸脱羧、氨基酸脱氨脱羧、醇氧化等反应转化成酯类物质[9]。黄水中的总酯含量为1.3～2.7 g/L，分别是白酒生产副产物酒尾（0.75～1.35 g/L）、底锅水（0.247 g/L）的2倍、10倍。
2 黄水中的主要微生物资源
黄水与窖池底部的窖泥和发酵的谷物长期接触，富集了微生物生长必需的营养物质，构成了一个极其复杂的微生态系统[10]。黄水中的微生物总量保持在105～106个/mL，绝大对数以细菌为主，归为厚壁菌门（Firmicutes）、变形菌门（Actinobacteria）、黏胶球形菌门（Lentisphaerae）、拟杆菌门（Bacteroidetes）、柔膜菌门（Tenericutes）和放线菌门（Actinobacteria）等6个门，以厚壁菌门（66.8%）和拟杆菌门（16.0%）为优势类群[11]，其中梭菌属（Clostridium）（25.8%）、乳酸菌属（Lactobacilus）（15.9%）和沙雷氏菌属（Serratia）（14.6%）在大量研究中被认定为黄水中的优势微生物[12-13]，除细菌之外，少量酵母菌（103～104个/mL）在黄水中也有报道[14]。研究表明，黄水中存在着许多经过长期驯化而进化出来的功能微生物，如乳酸菌、芽孢杆菌和酵母菌，它们已经被筛选鉴定出来，且被证明在营养物质代谢、各种酸类、醇类等成分的合成方面有着重要作用[15]。
2.1 乳酸菌
酸度是白酒发酵质量的一个重要指标，在发酵过程中乳酸菌产生有机酸，降低了黄水的pH值，而黄水的pH值一般为3.15～3.77[16]。研究表明，乳酸菌是黄水样品中的优势菌，KANG J M等[16]采用高通量测序技术和脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid，DNA）生物信息学分析对黄水中微生物群落进行评价，结果显示黄水样品中的所有细菌群落以厚壁菌门的细菌为主导，有18个扩增序列变体（amplicon sequence variants，ASVs）跨越乳酸菌，其中耐醋乳杆菌（Lactobacillus acetotolerans）在3个黄水样品中相对丰度最高。ZHAO Q S等[17]以乳酸为碳源，利用窖泥、发酵谷物、中温大曲液和黄中的细菌，分离纯化了16株乳酸菌，其中黄水中有三株乳酸菌能够将乳酸转化为乙醇，而大曲液中的大多数细菌将乳酸转化为风味成分，如异丁酸、己酸或异戊酸等。GAO Z Z等[10]研究发现，随着发酵时间的延长，黄水与窖泥之间的主要风味成分显著增加，常见微生物数量也在逐渐增加，而在常见微生物中，乳酸菌占比最大，约为56.96%。
2.2 芽孢杆菌
芽孢杆菌在营养物质代谢中起着关键作用，可产生酯类、酸类、酮类、醛类等风味成分，XIE J Y等[18]从宜宾浓香型白酒副产物黄水样品中分离到一种革兰氏染色阳性、严格好氧杆状细菌（Bacillus aquiflavi sp.nov.），其主要特征是形成内生孢子，能够抵抗外界不利条件。研究发现，黄水中的产纤维素酶细菌，如梭状芽孢杆菌属（Clostridium spp.）和芽孢杆菌属（Bacillus spp.）具有降解混合原料中纤维素的能力[19-20]，破坏细胞壁的骨架结构，释放其中的淀粉，有利于糖化酶的作用，进一步提高原料利用率，提高发酵速率，缩短发酵时间[21]。曾林等[22]从黄水中分离得到6株产纤维素酶芽孢杆菌，分别为蜡样芽孢杆菌（Bacillus cereus）、环状芽孢杆菌（Bacillus circulans）、巨大芽孢杆菌（Bacillus megaterium）、内生芽孢杆菌（Bacillus endophyticus）、简单芽孢杆菌（Bacillus simplex）、巴达维亚芽孢杆菌（Bacillus bataviensis），其中Bacillus endophyticus产酶活性最高，并表现出较高的纤维素水解能力。因此，黄水中芽孢杆菌的分离筛选并应用于降解粗原料中的纤维，有效拓宽了产纤维素酶的种质资源，推动纤维素酶的生产逐渐满足工业化需要。
2.3 酵母菌
在白酒发酵过程中，酵母菌具有酒化和酯化两种功能，其既能参与代谢产生乙醇，又能通过酯化反应产生大量酯类物质，以增添酒体香气。李雷等[23]从黄水中通过多级筛选，选出一株耐酸酵母菌，能够在初始pH为3.5～5.0的发酵液中正常生长繁殖。LAI Y T等[24]从黄水中分离得到3株酵母菌，经鉴定分别为假丝酵母（Candida humilis）、酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）和甜菜酵母（Kazachstania exigua），其中酿酒酵母为优势菌株，占总分离株的70.59%，这表明发酵环境适合酿酒酵母生长，甚至可能具有抑制病原菌生长的能力。此外该酿酒酵母还能产生芳香化合物，使酒体具有浓郁的菠萝、杨桃香味。因此，通过从黄水中筛选出具有耐酸或增香能力的酵母菌，为其在酿酒工业的应用提供了新的思路。
3 黄水的综合利用
3.1 勾调白酒
黄水作为白酒酿造的主要副产物，其中含有丰富的芳香物质和营养成分，将这些物质继续酯化并勾调白酒，不仅可以增加原本酒体的香味，而且能赋予酒体柔和协调的口感。近年来，大量研究都集中于如何优化工艺条件，促进黄水中丰富的醇类物质和有机酸发生酯化反应，制备酯类物质含量丰富的优质调酒液。
3.1.1 制备酯化液
黄水中促进白酒香气形成的酯类物质含量相对较低，使得黄水的邪杂味较重，香气不协调，一般需要经过酯化反应提高其中的酯类物质含量[25]。早期利用“串蒸”的方式可以使黄水中部分芳香物质进入酒体，但传统“串蒸”工艺的效率低下，很难实现大规模的生产，蒋学剑等[26]先利用酯化酶的催化作用制备酯化液，再将酶法酯化后的黄水导入“串蒸”系统中，最终获得的酯化液中总酯含量为652 mg/100 mL，一级品率和优级品率都提高了35%。张丹等[27]将开发出的复合酶制剂应用于浓香型白酒黄水酯化反应中，经过5 d的酯化过程，酯化液中丁酸乙酯和己酸乙酯含量分别是原来的42.8倍和5.4倍。除了酶法催化酯化反应之外，在黄水基质中添加红曲酶和产酯酵母也是广泛使用的酯化方式，XIA Q等[28]筛选出一株紫红曲霉（Monascus purpureus）SICC 3.19并添加至黄水中作为酯化剂，在最佳的工艺条件下持续反应16 d后，酯化液中的总酯含量提高了1.5倍，其中所有酯类气味活性值均得以提升。陈帅等[29]比较了红曲霉AS 3.972和产酯酵母对黄水酯化反应的催化效果，红曲酶酯化能力较强，高出产酯酵母酯化能力56.81%～80.85%，己酸乙酯、辛酸乙酯等13种酯类物质在酯化液中检出，而其香气特征与浓香型白酒接近。
3.1.2 提取芳香物质
黄水中含有丰富的芳香物质，能够应用于制备生物功能性调酒液或其他香精，用以改善酒品风味，提升酒品品质。李安军等[7]采用超临界CO2流体萃取法（supercritical CO2 fluid extraction，SFE-CO2）从黄水中提取芳香物质，在最优工艺条件下，芳香物质的最高提取率达到7.4%。SFE-CO2能够有效促进酯化反应形成丁酸乙酯和己酸乙酯等芳香物质，其提取物中的香气成分含量是酱香型白酒的10倍以上，而组成比例与酱香型白酒接近[30]。如杨泉等[31]利用SFE-CO2从浓香型白酒的副产物黄水、酒尾、双轮底糟等混合酯化产物中提取芳香成分，并按3‰左右的比例添加至白酒中，促进酒体更协调、柔和，使二级酒提升至优级酒水平。除了利用SFE-CO2作为黄水中芳香物质的提取方法，李亚男等[32]利用乙醇与无机盐形成双水相体系对黄水中酯类物质进行提取分离，在K2HPO4（萃取用盐）质量分数为80%、pH值为4.5、乙醇体积分数为20%的工艺条件下己酸乙酯、戊酸乙酯、丁酸乙酯、辛酸乙酯和乙酸乙酯等5 种风味酯类的提取率高达90%～99%，对提取液进一步脱水得到调味液，其总酯含量是黄水的49.5倍，且具有浓郁的菠萝、水蜜桃等水果香气。
3.2 二次酿造
黄水中含有丰富的糖类、蛋白质、有机酸和各种醇酯类芳香成分，若将其直接排放会造成严重的环境污染[33]。如何将黄水中高含量组分通过微生物转化并应用至相关食品中，是提高黄水综合利用价值，实现酿酒副产物零排放的研究热点。王永伟等[34]以黄水为主要原料，利用生物转化和多菌种协同发酵等技术酿造出一种黄水醋饮，该产品不仅具备一般醋的口感与风味，还兼具白酒特有的醇香，由于非挥发性酸含量提高，表现出较为柔和的酸味。黄水也是乳酸菌、丁酸菌和酵母菌等微生物的良好来源，周新虎等[35]充分利用黄水中的乳酸菌将其中的糖类、蛋白质等有机物转化为风味物质，再与大米糖化醪混合发酵后制备得到黄水醋饮。郭璟[36]以SFE-CO2提取后残留的黄水为原料，经过浓缩、除酸和配兑等一系列工艺得到黄水酱油产品，该产品呈深红褐色，酱味浓郁，鲜咸味适口，其中的氨基酸含量远超特级酱油标准。因此通过二次酿造不仅能够解决黄水排放产生的污染问题，还能获得具有良好风味并兼具高营养价值的发酵产品，有效节约了粮食资源，对经济、生态和社会都产生了良好的效益。
3.3 提取活性多糖
实现酿酒副产物黄水的充分开发和利用，可以为黄水的高附加值提供重要依据，黄水中残留可溶性淀粉的含量在2.0～4.5 g/100 mL[37]，因此对黄水中的多糖展开了大量研究[38-40]。XU H等[41]从黄水中分离提取了三种水溶性多糖HSP-1、HSP-2、HSP-3，其主要结构单元如下：
HSP-1是一种α-D-葡聚糖，其主链由α-1,4糖苷键连接，在O-6处有一个延伸分支，HSP-2和HSP-3属于杂多糖，由甘露糖、葡萄糖等组成，结构相对复杂。黄水多糖具有抗氧化[40]、免疫调节[39]、抗菌[42]等潜在的生物活性，HUO J等[40]研究表明，黄水多糖能够显著诱导一氧化氮（nitric oxide，NO）和活性氧簇（reactive oxygen species，ROS）的产生以及细胞因子白细胞介素-1β（interleukin-1β，IL-1β）、干扰素-γ（interferon-γ，IFN-γ）、肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor-α，TNF-α）和白细胞介素-6（interleukin-6，IL-6）的释放，显著增强巨噬细胞的胞饮和吞噬活性，清除外来的巨噬细胞，从而发挥作为免疫刺激剂的潜在应用价值。
4 总结与展望
作为浓香型白酒酿造过程中产生的主要液体副产物，黄水中含有丰富的有机质及功能性微生物，是不可多得且具增值潜力的生物质资源。由于酒厂每年产生的黄水量十分巨大，对黄水若不加以回收或利用，会造成严重的环境污染和资源浪费，酒厂或相关企业在黄水的回收、开发和利用等方面仍有很大拓展空间。深度处理回收和资源化利用必将成为未来黄水的主要发展方向，白酒企业要加强酿酒废弃物资源处理，加强黄水等有机质的循环利用，采用先进资源化处理技术提高黄水的附加值。由于微生物具有适应能力强、分解代谢旺盛等优势，白酒生产企业未来要充分利用微生物处理黄水，利用黄水中丰富的有机质，合成经济价值更高的产品，实现白酒产业经济循环发展。
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