基于功能微生物調控的健康白酒研究進展

張永杰，唐圣云，張 薇，潘 明，葛 隱

(1.四川輕化工大學生物工程學院，四川宜賓 644000；2.五糧液集團有限公司，四川宜賓 644000）

健康白酒的釀造在近幾年逐漸成為研究熱門，白酒中的風味物質種類眾多,目前已發現的風味成分多達1874 種，其中有益健康的成分130 多種[1-2]，主要包括種類繁多的醇、酸、酯、醛、酚、芳香族化合物及一些微量元素，它們既是白酒風味質量的關鍵所在，也是有益于人體健康的物質基礎[3-4]。這些功能因子的形成，關鍵取決于發酵過程中微生物的基礎作用和生物調節[5]。目前通過功能微生物調控提高的健康成分主要有一些酸類、酯類、酚類、吡嗪類化合物、萜烯類等[5-6]。根據功能性釀酒微生物的代謝機理,目前主要有人工窖泥、強化制曲兩種和其他的調控方式[7]，本文著重從以上兩種方式和其他的方式來總結近幾年調控功能微生物提高白酒中健康因子的研究，為功能微生物調控這種創新性釀造技術提供依據，為白酒的進一步研制提供思路。

1 強化制曲促進健康因子生成

強化制曲是指采用微生物分離技術，篩選出能夠充分提高酒曲性能的有益菌種，然后進行人工純種培養，再接種到酒曲中強化其各個功能，從而進一步提高出酒質量[8]。在強化制曲過程中各有益菌株發揮各自作用，糖化、發酵、生香得到協調強化。針對性接種功能菌，可提高健康因子的含量，如一些吡嗪類和萜烯類化合物、酸類、酯類、醇類和酚類等[9]。

1.1 吡嗪類、酚類、萜烯類健康因子含量的提高

吡嗪類化合物是一類含2,4-二氮雜苯母環化合物的總稱,部分吡嗪類化合物是具有一定生物活性的，如含吡嗪環的噻唑啉、噻唑烷酮等就具有優秀的抗菌作用。吡嗪類化合物在白酒釀造中主要通過微生物代謝途徑產生[10-12]?；舴f玙等[13]從茅臺鎮醬香大曲中分離得到2 株地衣芽孢桿菌，對醬香麥曲進行強化，發現麥曲中吡嗪類含量高達32.8%，四甲基吡嗪含量為31.11%。葛向陽等[14]使用了強化高產四甲基吡嗪地衣芽孢桿菌的大曲，發現采用60 %比例的功能曲，可以將濃香型原酒中四甲基吡嗪含量提高到3～6 mg/L，較傳統濃香型白酒提高了5 %～20 %。艾金鐘等[15]從高溫大曲和紅星二鍋頭酒醅中分離篩選到4 株蛋白酶活性較高的菌株，制成功能菌麩曲，并加入5%～8%高溫大曲，發現在基酒風格基本不變的基礎上，酒體中四甲基吡嗪含量得到極大的提高，完善了紅星二鍋頭酒產品的風格特點，使之清香純正、馥郁幽雅。目前，吡嗪類健康因子含量的提高主要來源于強化制曲。

酚類是高粱籽中一種重要的次生代謝產物,主要包括酚酸、類黃酮及縮合單寧(原花色素),這些酚類對于酒類品質影響明顯[16]，酚類化合物不僅是白酒中重要的風味物質，更是一類具有生理活性的功能成分。4-甲基愈創木酚、苯酚、4-甲基苯酚、4-乙基苯酚、4-乙基愈創木酚和香蘭素均具有良好的自由基清除能力，被看作是白酒中的健康成分[17]，同時，4-甲基愈創木酚和4-乙基愈創木酚還具有抗氧化、抗腫瘤和增強機體免疫力等功能[18]。劉宇瓊等[19]將細菌F 和細菌DY2 研制成功能麩曲用于米香型白酒的釀造，所產基酒香氣較怡人，且增加了白酒中吡嗪分子的含量。顏林春等[20]從醬香大曲中篩選到10 株功能芽孢桿菌，經純種培養后制成的強化醬香大曲，發現大曲中所含的2,3,5,6-四甲基吡嗪和4-乙基愈創木酚含量明顯高于普通大曲。曾德勇[21]對醬香型白酒生產過程中解淀粉芽孢桿菌與地衣芽孢桿菌、釀酒酵母與畢赤酵母間的相互作用進行研究,優化功能性微生物細菌、酵母菌及霉菌的組合比例,制作強化大曲,并應用于醬香型白酒生產,發現2,3,5-三甲基吡嗪、四甲基吡嗪、4-乙基-1,3-苯二酚、愈創木酚、4-乙基苯酚等物質均得到了提高。周金虎[22]通過分離篩選，得到2 株愈創木酚類物質高產菌Y1、Y2，制作成麩曲。與傳統高溫大曲相比，試驗組白酒中愈創木酚類物質含量比空白組提高45 %，保證了生態洞釀白酒愈創木酚類物質含量及其穩定性。

萜烯類化合物是白酒中的重要香氣物質及健康因子，國內白酒中萜烯類化合物的研究起步較晚[23]。隨著檢測技術的發展，越來越多的萜烯類化合物在白酒中不斷檢測出[24]，在濃香型白酒中檢測到30 種[25]，包括萜烯醚、萜烯醇、萜烯酮、萜烯醛和萜烯酯[26-27]。張建良等[27]將釀酒酵母、耐酸乳桿菌、地衣芽胞桿菌和枯草芽胞桿菌經馴化，純菌種培養后按一定比例混合，通過精準控制微生物來穩定釀造性能。定量分析萜烯類化合物和吡嗪類化合物，發現兩種功能因子的含量都得到了提高。

1.2 酯類、酸類健康因子含量的提高

酯類是白酒中的主要香味物質，對白酒風味有重要貢獻[28]，另外，有些酯類化合物同樣有一定的健康作用。乙酸乙酯[29]對乙醛有制約作用，它可以通過腎功能加速對人體不適應物質的新陳代謝[28]。中國各種香型白酒中，酸與酯均存在一定的平衡關系，白酒中的有機酸類是多菌種混合，經過一系列復雜的化學反應所生成，再和乙醇發生反應生產相應的酯類物質。這些有機酸和相應的酯不但具有呈香呈味的功能，還具有降肺火、穩定心肺、消炎、擴張血管的生理功效[31]。

何宏魁等[32]將從古井桃花曲中分離出的釀酒酵母制備成曲，將此酵母曲與大曲混合組配，用于白酒釀造,發現己酸乙酯、己酸、總酸等物質均提升，而乙酸乙酯、乳酸乙酯含量有所下降。許士池等[33]從大曲醬香酒醅中篩選出GQ-c 和GQ-d 2 株霉菌，再用2 株霉菌與白曲霉分別制備麩曲進行發酵釀酒，以GQ-d 霉菌與白曲霉制作麩曲進行發酵釀酒，增加了丁酸、己酸、乙酸乙酯、乳酸乙酯、丁酸乙酯、己酸乙酯等的含量。羅小葉等[34]利用從青酒大曲中分離篩選到的1 株高產酯化酶的紫色紅曲霉(Monascus purpureus)FBKL3.0018 菌株來生產高酯化大曲，當高酯化大曲與普通大曲用量為8:17時，通過檢測，發現添加酯化大曲的酒樣中主要酯類物質乙酸乙酯、丁酸乙酯、己酸乙酯等的含量均高于對照組。嚴啟梅等[35]從大曲中篩選出1株高糖化能力的根霉菌M1，并應用于中試綿柔型釀酒生產，發現己酸乙酯、乳酸乙酯、乙酸乙酯等風味物質的含量都得到了提高。賦予白酒怡人風味的同時增加了白酒中的健康因子。潘菲等[36]從江西特香型大曲中分離篩選出1 株黑曲霉Aspergillus nigerNCUF413.1，分別用麩曲培養A.nigerNCUF413.1和Saccharomyces cerevisiaeNCUF303.1 作為糖化發酵劑強化特香型白酒酒醅，模擬白酒釀造發酵30 d。檢測發現丁酸乙酯、己酸乙酯、庚酸乙酯、丁二酸乙酯、肉豆蔻酸乙酯等風味健康物質含量均得到提高。馬紅霞等[37]采用“清蒸二次清”工藝進行了大曲加高產乙酸酯釀酒酵母重組菌株MY15 的白酒發酵實驗，經過兩次發酵，得出高產乙酸酯釀酒酵母重組菌株MY15。相對于親本菌株AY15，該菌株具有高產乙酸酯低產高級醇的特點。

2 研制人工窖泥,促進健康因子生成

人工窖泥的應用最早起源于瀘州酒廠試點的“人工培窖、新窖老熟”技術[38]，現階段應用效果較好的人工窖泥，是在窖泥的制作過程中添加各種功能菌，如丁酸菌、己酸菌等窖泥中主要香味物質來源的微生物，以此達到快速提高窖泥中產香物質的積累與有益菌群富集的目的，最后獲得高質量的人工窖泥[39-43]。運用人工窖泥提高酒的品質時，也可以伴隨生成更多的健康因子。

2.1 酯類、酸類健康因子含量的提高

彭文明等[44]將復合己酸菌液用于培養人工老窖泥并用于濃香酒的生產，發現能大大提高新車間窖池產酒中的己酸乙酯含量。張應剛[45]通過添加產甲烷菌系來處理窖泥，用發酵罐來模擬完整的白酒發酵過程，發現能夠明顯提高丁酸和乙酸等成分的含量，促進了健康因子的生成，同時也明顯降低了其中甲醇的含量。夏培禹等[46]以優質窖泥為基礎，生產復合窖泥功能菌液，應用于濃香型白酒生產的糧醅發酵中。結果顯示，己酸乙酯的生成量高于對照組40 %；在“增己降乳”方面，發揮作用顯著。劉淼等[47]從自然老熟的優質老窖泥中分離篩選出1 株窖泥功能菌，再與優質窖泥復合菌配在一起，生產功能性人工窖泥，將功能性人工窖泥用于新建或改建窖池，發現乙酸、丁酸、己酸和乙酸乙酯、丁酸乙酯、己酸乙酯的含量均得到了提高。徐占成等[48]在劍南春老窖泥中分離到1株高產己酸的生孢梭菌。應用于人工窖泥的培養，人工窖泥產己酸能力提高近一倍，酒體中己酸乙酯含量提高了60%。應用于新窖老熟，同樣使得酒體中的己酸乙酯提高了67 %，確保濃香型白酒濃郁幽雅的典型風味特征。

2.2 吡嗪類健康因子含量的提高

韓興林等[49]將不同的細菌和酵母菌株進行混合培養，先后對不同混合菌株進行實驗室酒醅發酵實驗和入窖生產實驗，測定相關指標發現，細菌強化酒醅試驗有助于白酒中四甲基吡嗪含量的提高。酵母強化酒醅試驗在沒有影響出酒率的前提下，多種酯類含量得到了不同程度的提高，同時多種高級醇類含量有所降低。

3 其他方式提高白酒中健康因子的含量

液體擴配技術相對于強化制曲和人工窖泥，顯得方便快捷，通過液體擴配技術得到含量較高的發酵液，運用到釀酒過程中，能明顯改善酒體的綿柔度,減輕酒體的辛辣感。該技術在健康白酒研制中的應用較少。劉宇瓊等[19]通過篩選得到2株高產吡嗪分子的細菌，命名細菌F、細菌DY2。將其發酵液經高溫處理并貯存半年，再添加到米香型白酒中，通過檢測，發現四甲基吡嗪含量得到了增加，同時使酒體的綿柔度得到明顯改善。

有一些研究員通過將篩選出的功能微生物進行擴大培養，制成復合功能菌粉或復合功能液，再添加至酒醅中，進行模擬釀酒發酵，發現能顯著提高白酒中一些健康因子的含量。王西等[50]從高溫大曲中篩選得到產香枯草芽孢桿菌，通過擴大培養和冷凍干燥將枯草芽孢桿菌G2017-12 制成菌粉，按不同接種量分別添加至3 次酒堆積糖化前和入池發酵前的糟醅中。通過檢測發現“堆積組”發酵后的糟醅中四甲基吡嗪相對含量達到6.98 μg/g，是“空白組”的4.56 倍。王曉丹等[51]將地衣芽孢桿菌FBKL1.0199 添加到窖池中層的糟醅中，發現發酵后的酒醅四甲基吡嗪含量達6.81 μg/g,是對照組的3.03 倍。酒樣中四甲基吡嗪相對百分含量達0.028 %。張鑫等[52]采用液體培養技術，將復合功能菌逐級擴大培養后，添加至酒醅中發酵，使酒體中乙縮醛、己酸乙酯和丁酸乙酯含量大幅度提高。

4 展望

從探索白酒微生物代謝的健康因子入手,實現精準控制的多菌種純種微生物發酵,是中國白酒向現代化釀造的必然方向。未來，我們可通過定制微生物去定制酒的風味，最終實現微生物可控、代謝可控、風味可控，這是未來的遠景期望。當前，通過功能微生物調控來提高白酒中的健康因子已取得了一定的成功，但實驗室研究與實際釀造具有很大的差異性，為了將該創新性釀造技術（功能微生物調控技術）更好的應用在實際釀造過程中，可以從以下方面進行探索：

（1）中國白酒釀造是多種微生物相互作用的過程，組合多種類功能微生物形成復合功能菌系進行模擬發酵，更接近傳統白酒釀造過程。

（2）不同香型的白酒，釀造過程中的功能微生物和健康因子的成分具有差異性，未來可以針對不同香型的白酒，通過功能微生物調控來提高白酒中的健康因子，實現精準調控。

（3）將復合功能菌系進行液體擴配發酵，將貯存后富含健康因子的發酵液直接添加到酒體，該方法高效、便捷，更適合運用在實際白酒釀造中。

目前對健康白酒的研究，基本是在發酵過程中通過功能微生物的調控來提高健康因子的含量。所謂“糧是酒之肉”，上好的白酒離不開優質的糧食。糧食中含有很多結合態風味物質和游離態風味物質，大多都是對人體有益的健康因子。因此可通過釀酒原料調控，從種植到儲藏，獲得富含健康風味物質的釀酒原料，進而釀造出風味怡人的健康白酒。