飲料酒中高級醇的危害及其調控研究進展

李健俊,屈春云*,劉功良,白衛東,肖更生,高泓,方芳,鄭宇

1(廣東省嶺南特色食品科學與技術重點實驗室,農業農村部嶺南特色食品綠色加工與智能制造重點實驗室,仲愷農業工程學院 輕工食品學院,廣東 廣州,510225) 2(工業生物技術教育部重點實驗室,江南大學 生物工程學院,江蘇 無錫,214122) 3(工業發酵微生物教育部重點實驗室,天津科技大學 生物工程學院,天津,300457)

高級醇是一類廣泛存在于啤酒[1]、葡萄酒[2]、黃酒[3]和蒸餾酒[4]等飲料酒中的風味物質,主要包括異丙醇、烯丙醇、正丙醇、異丁醇、正丁醇、叔丁醇、異戊醇、正戊醇、苯甲醇和2-苯乙醇等[5]。不同的高級醇具有不同的香氣特征,如異戊醇微甜帶苦,具有獨特的苦杏仁味;正己醇有淡淡的枝葉和果香味;2-苯乙醇有蜜香及玫瑰香。因此適量高級醇可使飲料酒的口感更加豐滿和協調。然而,高級醇作為脂肪醇,具有毒性且毒性隨著醇的分子質量增加而增加。飲料酒中過高的高級醇含量不僅會破壞飲料酒的口味,導致酒體辛辣苦澀,增添油臭味、汗臭味和腐敗味[6],而且還會引起飲酒宿醉,甚至中毒,給人體帶來不可逆的損傷。

目前對于飲料酒中高級醇含量的限定并沒有統一標準。研究表明[7],優質啤酒中高級醇含量應小于50 mg/L,葡萄酒的高級醇最適含量應低于300 mg/L,黃酒中高級醇含量的適宜范圍為80～540 mg/L,液態發酵白酒為600～2 500 mg/L,固態發酵白酒為500～1 800 mg/L,白蘭地為1 000～2 000 mg/L,朗姆酒為650～2 000 mg/L,威士忌為500～1 500 mg/L。高級醇屬于酵母菌的初級代謝產物,主要通過分解代謝途徑(Ehrlich pathway)及合成代謝途徑(Harris pathway)在飲料酒主發酵期產生。為降低飲料酒中高級醇含量,一方面可以在主發酵期,通過發酵工藝控制,降低高級醇的合成或促進高級醇的酯化;另一方面,可以通過后處理工藝,加速酒體陳釀。正丙醇、異丁醇、異戊醇與2-苯乙醇為飲料酒中含量最高的高級醇,其風味閾值分別為0.6、50、30、14 mg/L[8],降低高級醇不應低于其風味閾值,避免破壞酒體風味。

據此,本文綜述酒體中高級醇對人體的危害與作用機理,探討發酵工藝調控及后處理工藝,以降低飲料酒中高級醇的含量,為飲料酒生產中控制高級醇提供借鑒。

1 高級醇的危害

高級醇是碳原子數≥3的脂肪醇,其毒性隨著分子質量的增加而增加。當高級醇進入人體后,在醇脫氫酶的作用下生成相應的醛或酮,接著進一步代謝生成相應的酸,最后氧化成水和CO2,排出體外。由此可見,高級醇對人體的毒害性不僅源于高級醇本身,而且也源于其代謝產生相應的醛或酮。

1.1 高級醇對人體的危害

高級醇具有急性毒性作用和神經毒性作用(圖1),研究表明,過量飲酒會導致一系列的宿醉癥狀,如頭暈、頭痛、惡心、疲勞和肌肉疼痛[9],這些癥狀與飲酒過程中高級醇攝入引起的酒精中毒密切相關[10-11]。酒精引起的肝毒性主要是由醇的溶劑特性引起的膜損傷[12],因此飲料酒中高級醇攝入可能會導致慢性肝病與肝硬化[13]。高級醇和乙醇的協同作用可加劇人體酒精中毒程度[14],且不同高級醇與乙醇的協同效應產生的效果各不相同,其中1-丁醇和2,3-丁二醇對乙醇造成的中毒效應具有拮抗作用,而其他高級醇則會明顯協同乙醇,加劇酒精中毒,其中2-苯乙醇的協同效應最明顯,其次是異戊醇、異丁醇和正丙醇。同時,過量的高級醇攝入還會導致細胞損傷、原發性頭痛、血管擴張、呼吸急促、心跳加快、中樞神經系統受損[15]及人體免疫功能抑制,從而增加酗酒者對傳染病的易感性[16]。目前尚缺乏飲酒愛好者血液中的乙醇及高級醇的含量與高級醇危害濃度相關數據以及通過酒精的協同作用建立的相關動物模型,該模型的建立不僅能指導飲料酒生產者調控酒體中高酒醇的含量,而且能指導飲酒愛好者科學飲酒。

圖1 高級醇的毒性Fig.1 The toxicity of higher alcohols

1.2 高級醇對人體危害的機理

基于高級醇在人體中的代謝可知,它對人體的危害既源于高級醇本身,也來自其代謝產生的醛或酮類物質帶來的二次傷害。這類傷害主要集中于免疫抑制、肝毒性以及神經毒性。醇類物質進入血液后,因醇的溶劑特性引起的膜損傷[12],從而造成一次傷害;接著在醇脫氫酶作用下,轉化成相對應的醛類物質,在長期飲酒的人體內,肝醛脫氫酶的活性顯著降低[17],導致脂肪醛物質在人體大量積累,顯著抑制粒細胞和單細胞吞噬功能,從而帶來二次傷害[18]。同時,與高級醇代謝生成的脂肪醛相比,肝醛脫氫酶對乙醛具有更高的特異性,使得高級醇代謝產生的醛類比乙醛更容易在人體內積累,從而對人體造成持續性傷害[19]。將小鼠肝上皮細胞暴露于11種不同的短鏈醇中,研究發現這些醇能夠與細胞膜相互作用,改變質膜的完整性,膜的破壞程度與短鏈醇的疏水性呈正相關[12]。高級醇相較于乙醇,其疏水性更強,因此,高級醇的肝毒性比乙醇強。多形核白細胞(polymorphonuclear leukocytes,PMNLs)在肝損傷部位的累積是造成肝炎的重要因素之一,研究表明,高級醇的攝入會增加人體內粒細胞的膜流動性和遷移活性,從而增加PMNLs遷移至肝臟進而引發肝炎的風險[20]。不同高級醇對人體的危害機理也存在差異。丁醇能與人腦神經元細胞結合,抑制磷脂酶的信號分子脂質磷脂酸形成,導致磷脂酶功能的改變,引發神經中毒[21];正丁醇與毒蕈堿受體相互作用,抑制卡巴膽堿介導的神經突起生長[22],從而破壞星形膠質細胞的增殖,并導致大腦病變;丁醇也能通過母體進入胎循環,影響胎兒神經發育,引發胎兒酒精譜系障礙[23]。異丙醇能刺激胃腸黏膜,導致胃腸功能紊亂[24]。異丙醇也能抑制腦干從而影響中樞神經系統,引發呼吸動力減弱和低血壓等病癥。而芳香族高級醇能穿過血腦屏障,抑制神經遞質的釋放和酶的活性,從而抑制中樞神經系統[15]。

高級醇對人體的危害不可忽視。但高級醇作為飲料酒中的特征風味成分,又不可或缺。因此,在飲酒時不可避免要攝取高級醇。為保證飲料酒的產品安全及飲酒愛好者的飲用安全,針對飲料酒中高級醇與乙醇的協同作用對人體的危害方面的研究、高級醇調控技術有待加強。

2 發酵調控降高級醇

在酵母菌中,高級醇主要通過Ehrlich途徑及Harris途徑進行合成(圖2)。在Ehrlich途徑中,各氨基酸在氨基轉移酶的催化作用下生成各高級醇對應的前體物α-酮酸,α-酮酸在脫羧酶的作用下生成相應的脂肪醛和CO2;脂肪醛在醇脫氫酶的作用下,通過加氫作用還原生成相應的高級醇[7]。通過Ehrlich途徑,蘇氨酸、纈氨酸、亮氨酸和苯丙氨酸可以轉化成對應的高級醇正丙醇、異丁醇、異戊醇和β-苯乙醇。在Harris途徑中,糖通過糖酵解途徑生成丙酮酸,丙酮酸在ILVs基因編碼的乙酰乳酸合酶、羥酸還原異構酶和二羥酸脫水酶及LEUs基因編碼的2-異丙基蘋果酸合酶、3-異丙基蘋果酸脫水酶和3-異丙基蘋果酸脫氫酶的催化作用下生成α-酮酸,α-酮酸通過脫羧和加氫還原反應生成相應的高級醇。研究表明,葡萄酒中異丁醇、異戊醇和2-甲基-1-丁醇總量的75%來自Harris途徑,25%來自Ehrlich途徑[25]。在發酵的前期,氮源充足,發酵液中游離的氨基氮較多,高級醇的產生主要源于氨基酸分解代謝途徑。而在發酵的中后期,發酵液中的游離氨基態氮被大量消耗,此時,合成代謝途徑為高級醇合成的主要途徑。因此,在發酵過程中通過調控發酵液中的碳源、氮源種類含量以及碳氮比C/N,可有效調控高級醇的合成,提高乙酸酯等風味物質含量,同時提升飲料酒主體風味。

圖2 酵母高級醇合成代謝網絡Fig.2 Biosynthetic pathways for higher alcohols formation in yeast

2.1 可同化氮源外源添加降高級醇

可同化氮(yeast assimilable nitrogen,YAN)是指在發酵過程中酵母優先利用的氮源,包括無機氮(銨鹽等)和有機氮(氨基酸、尿素),其參與酵母的糖運輸和蛋白質合成,對酵母的生長與代謝至關重要。研究表明,YAN通過影響高級醇代謝途徑中相關基因的表達,從而影響高級醇的合成。在含氮量較低的發酵液中,外源添加YAN會激活Ehrlich途徑,促進氨基酸分解,增加高級醇的合成。當發酵液中YAN達到200～300 mg/L時,外源添加YAN可有效下調Harris途徑相關基因的表達,降低高級醇的合成[26]。當發酵液中YAN含量超過500 mg/L時,易誘導產生氨基甲酸乙酯及生物胺等有害物質[27-28]。因此,在發酵過程中,控制發酵液中YAN源的含量,可以有效調控高級醇的合成。

2.1.1 可同化氮源外源添加降高級醇的應用研究

目前,通過YAN的外源添加降高級醇的研究已廣泛報道(表1)。研究表明,在黃酒發酵過程中添加200 mg/L NH4Cl或200 mg/L (NH4)2HPO4,高級醇含量分別降低64%及23.99%～24.72%[28-30];在巴西白酒發酵過程中,添加440 mg/L (NH4)2SO4,高級醇含量降低15.6%[31];在葡萄酒發酵過程中,分別添加250 mg/L (NH4)2HPO4、240 mg/L的混合YAN[m(氨基酸)∶m(銨鹽)=2∶3]及320 mg/L的混合氨基酸,高級醇含量分別降低43.4%、47.2%及51.8%[27,32-33];在白酒發酵過程中添加蘇氨酸,高級醇含量降低41.4%[34]。與有機氮源相比,無機氮的氨基能參與丙酮酸-乙酰乳酸系統,用于合成氨基酸且同時抑制Ehrlich途徑,降低氨基酸的消耗,因此無機YAN的添加更能有效降低飲料酒中高級醇含量[29]。當添加等量YAN時,銨鹽的降醇效果要比氨基酸顯著,其中NH4Cl添加效果最佳,其次為(NH4)2HPO4、NH4HCO3與(NH4)2SO4,高級醇含量分別降低64%、56.5%、43%及39.9%。除苯丙氨酸和亮氨酸的外源添加會激活Ehrlich途徑并顯著提升發酵液中苯乙醇和異戊醇的含量外,氨基酸外源添加都有適量的降醇效果,其中最顯著的是精氨酸的添加,高級醇含量降低36.3%[28]。

表1 外源添加可同化氮源降飲料酒中高級醇Table 1 Total higher alcohols changing after YAN adding during alcoholic beverage brewing

適量的YAN添加不僅能降低發酵過程中高級醇的產生,還能給飲料酒帶來其他益處。LIU等[28]在發酵初期添加YAN,不僅降低黃酒中高級醇含量,還增加黃酒中酯類物質和氨基酸含量,豐富黃酒的風味,提升黃酒的營養價值。YAN的添加還能在降醇的同時提升飲料酒中乙酸酯與乙酯的含量,增添飲料酒的風味,如添加257 mg/L (NH4)2HPO4,飲料酒中乙酸異丁酯、乙酸異戊酯、乙酸乙酯、己酸乙脂及辛酸乙酯從0.1、1.38、32.15、1.78與2.73 mg/L分別提升至0.22、2.69、36.8、1.94、3.25 mg/L[35-36]。與此同時,YAN的添加對飲料酒中乙醇、總酸及生物胺含量并不會產生顯著影響,如添加200 mg/L NH4Cl,飲料酒中生物胺含量從34 mg/L提高到36 mg/L,乙醇含量從17.4%將至17.0%,差異不顯著[28];添加200 mg/L (NH4)2HPO4,飲料酒中有機酸含量從2.935 g/L提升到3.032 g/L,差異不顯著[29]。即在飲料酒發酵過程中適量添加YAN,可有效降低高級醇的合成,同時提高飲料酒中的酯類物質含量[28,31]。

目前YAN源添加的相關研究主要集中在發酵前期一次性添加,因此后續可探究YAN的不同發酵階段添加或分階段多次添加對飲料酒中高級醇合成的影響。有機氮大量存在于天然原料中,易被利用添加到發酵食品中,特別是在飲料酒生產中,選擇相應的含氮量高的天然原料代替銨鹽、氨基酸等進行外源添加不僅降低生產成本,還能起到降高級醇的作用。

2.1.2 可同化氮源外源添加降高級醇的機制解析

目前研究發現[7,28],酵母中高級醇代謝相關基因主要包括氨基酸跨膜運輸途徑上BAP2、高級醇合成通路Ehrlich途徑與Harris途徑上BATs、ILVs、PDCs、THI3、ADHs與SFA1(圖2)、乙酸酯合成途徑ATFs(圖3)以及三羧酸循環(tricarboxylic acid cycle,TCA)通路上相關基因,而YAN的添加能顯著影響上述基因的表達[28]。研究發現,相較于200 mg/L,YAN的外源添加為400 mg/L時,BAP2在穩定期下調顯著,BAP2編碼支鏈氨基酸通透酶,BAP2的下調降低酵母胞內支鏈氨基酸水平,進而削弱Ehrlich高級醇合成途徑。YAN的添加也可顯著影響Ehrlich途徑上BATs與Harris途徑上ILVs基因表達,降低前體物α-酮酸的積累,抑制高級醇的合成。BAT2編碼胞質支鏈氨基酸轉移酶,YAN的添加顯著下調BAT2基因的表達[30],抑制氨基酸的轉氨作用,降低α-酮酸合成;BAT1編碼線粒體支鏈氨基酸轉移酶,催化α-酮酸轉化為支鏈氨基酸,(NH4)2HPO4的添加顯著上調BAT1基因的表達[28]。PDC1、PDC5、PDC6、THI3等基因編碼的脫羧酶催化α-酮酸轉化為醛類物質,ADH3、ADH4、ADH5、ADH6、SFA1編碼醇脫氫酶催化醛類物質在加氫還原作用下生成相應的高級醇,此類基因在添加YAN后均表現出下調,從而降低高級醇的生成[31]。SEGUINOT等[36]通過CO2失重試驗發現,在發酵初期及穩定期添加(NH4)2HPO4與氨基酸混合液均會促進糖酵解,且上調谷氨酸脫氫酶I基因(GDH1) 與谷氨酰胺合成酶1基因 (GLN1) 表達,促進α-酮戊二酸轉化為谷氨酸,從而競爭性抑制Harris途徑,最終降低飲料酒中高級醇含量[29,37]。YAN的外源添加,不僅能降低高級醇的合成,還能增強高級醇轉化為乙酸酯(圖3)。研究發現,YAN的添加,尤其是在穩定期的添加,會上調編碼乙?；D移酶基因ATF1和ATF2的表達,強化高級醇轉化為乙酸酯,從而降低飲料酒中高級醇含量[36]。

圖3 高級醇合成乙酸酯的代謝通路Fig.3 The pathway of acetate esters formation from higher alcohols注:acyl-CoA-?；o酶A;CoA-輔酶A;AATase-醇乙?；D移酶,由基因ATF1、ATF2、Lg-ATF1編碼

2.2 碳源種類、含量及碳氮比對發酵產高級醇的影響

飲料酒生產所用的可發酵碳源主要包括葡萄糖、果糖、蔗糖、麥芽糖、麥芽三糖和糊精等。糖類型及其濃度直接影響酒精發酵效率和酵母代謝。研究表明外源添加不同碳源,飲料酒發酵產高級醇含量不同,其中添加不同碳源發酵所產高級醇含量按大小順序為果糖>麥芽糖>蔗糖>葡萄糖[38]。因此,在酒體釀造過程中通過添加不同類型的碳源,可有效降低高級醇的合成。

除碳源種類外,碳源的濃度也對酵母發酵產高級醇的能力具有顯著影響。研究表明,當發酵底物中蔗糖的含量增加時,高級醇的產量會隨之上升[39]。與14°P的麥汁為底物發酵產高級醇相比,艾爾酵母在18°P的麥汁下高級醇含量提高12.9%,其中正丙醇含量提高最為顯著,提升53.8%[40]。推測高糖濃度可以促進氨基轉移酶相關基因表達[41-42],而正丙醇主要通過Ehrlich途徑產生,因而其產量變化受碳源濃度影響最大。因此,通過調控發酵液中的碳源濃度,也可有效降低飲料酒發酵過程中高級醇的含量。

外源添加適量的可同化碳氮源可以有效降低高級醇,在實際操作過程中,除了考慮YAN的添加量,還應考慮發酵液初始碳氮比(C/N)。研究表明,高級醇的含量隨初始發酵液C/N的降低而增加[43]。在發酵初期,YAN添加會在一定程度降低C/N,因此應該同時考慮同步添加一定碳源,維持合適的C/N,以降低高級醇的生成。當發酵液中氨基酸含量充足時,微生物并不需要通過丙酮酸合成途徑生成氨基酸,Harris途徑被抑制。在發酵中后期,隨著氨基酸的大量消耗,Harris途徑被激活,大量高級醇通過Harris途徑合成產出。因此,為降低高級醇的含量,在發酵中后期維持一定濃度的YAN含量可有效抑制Harris途徑,降低高級醇的合成。若在發酵初期添加過量YAN可能促使正丙醇的大量合成,同時也增加生物胺和氨基甲酸乙酯累積的風險。因此在發酵中后期,通過補料的方式維持合適的YAN含量以及適宜的C/N能有效地降低高級醇合成。

3 其他工藝調控降高級醇

在發酵過程中,除了調控碳源、氮源等直接參與高級醇合成代謝的發酵工藝外,其他工藝如發酵參數、曲種工藝及后處理陳化工藝同樣能夠降低飲料酒中高級醇的含量,如圖4所示。

圖4 降低高級醇的措施Fig.4 The way to reduce higher alcohols

3.1 發酵溫度對高級醇合成的影響

發酵溫度影響著微生物體內各類酶系活性從而影響代謝活動。在飲料酒發酵過程中,溫度作為關鍵調控因素之一,影響著酵母的生長及代謝,高級醇作為重要代謝產物之一受溫度影響較大。研究表明,YAN含量是影響高級醇合成的主要參數之一,其影響程度受溫度的調控[35]。低溫會降低酵母的YAN利用率,從而降低高級醇的合成速率[44]。Ehrlich與Harris途徑中相關基因表達也受溫度調控。研究表明,在低溫條件下,高級醇的產量與發酵溫度呈正相關。當溫度進一步提高時,發酵溫度對高級醇合成影響的顯著性下降。在20 ℃條件下進行啤酒釀造,高級醇的含量遠高于10 ℃,而在25 ℃條件下,高級醇的含量與20 ℃相比差異不顯著。YIN等[34]通過響應面法研究發現,在32 ℃條件下,白酒發酵產生的高級醇含量最低。溫度對于各類高級醇生成的影響也存在差異。研究表明,溫度對2-苯乙醇的影響效果最為顯著,發酵溫度從20 ℃降至10 ℃,2-苯乙醇的含量降低76.4%;其次是異丙醇、異戊醇和異丁醇,分別降低64.8%、43.8%和18%[45],此差異可能與Ehrlich途徑和Harris途徑中相關酶活力對溫度的敏感度不同有關[46]?？傮w而言,對于不同飲料酒發酵產高級醇,溫度的影響效果雖有不同,但低溫發酵有利于降低飲料酒中高級醇的含量。同時,低溫發酵有利于增加飲料酒中乙酯與乙酸酯的含量。研究發現,20 ℃下,榴蓮酒中辛酸乙酯、壬酸乙酯、癸酸乙酯、乙酸乙酯與乙酸異戊酯的含量顯著高于30 ℃,分別提升了43.1%、170.7%、128.0%、35.2%與157.9%[45];13 ℃下,葡萄酒中乙酸異戊酯、己酸乙酯與辛酸乙酯的含量顯著高于25 ℃,分別提升了81.8%、13.9%與4.2%[47]。

3.2 曲種對高級醇合成的影響

高級醇是酵母生長代謝過程中產生的一類副產物,不同的酵母菌株,在相同環境下代謝產生的高級醇含量亦有不同[48]。除酵母菌株差異外,酵母的狀態也對飲料酒發酵產高級醇具有影響。研究發現,與鮮酵母釀酒相比,采用干粉酵母進行釀酒,酒體中高級醇含量較高[49]。采用混菌發酵釀造葡萄酒以及采用曲種發酵釀造黃酒或是傳統白酒,釀造體系皆是多菌株混合發酵。研究表明,相較于釀酒酵母單菌株發酵,釀酒酵母與畢赤酵母混合發酵產生較少高級醇[50],這可能與釀酒酵母與畢赤酵母之間的物理接觸(細胞接觸),調節微生物代謝活性,抑制Ehrlich途徑,從而降低異丁醇、異戊醇及2-苯乙醇的合成有關[51]。畢赤酵母與釀酒酵母的比例對高級醇的合成具有顯著影響,JIANG等[43]通過響應面優化和模型預測,發現當畢赤酵母與釀酒酵母的比例為104.08∶105時,高級醇含量下降65.1%。目前,在部分飲料酒生產過程中,通過外源添加非釀酒酵母協同釀酒酵母作為混合發酵劑進行酒體釀造,除降低高級醇含量外,還有助于增加飲料酒的風味物質[52]。因此,可通過選育一株低產高級醇的非釀酒酵母,將其外源添加協同釀酒酵母進行混合發酵,從而降低釀酒酵母的豐度,增加酵母間物理接觸,以降低高級醇的合成。

制曲工藝對曲種的菌群豐度及菌株類型具有顯著影響。機械化生產工藝是飲料酒發展的必由之路。白酒發酵從傳統工藝轉向新機械工藝必然會帶來微生物群落與風味物質的變化。與傳統工藝相比,新機械工藝白酒發酵前期,釀酒酵母的含量較高,產生更多的高級醇[53]。宏基因組測序結果顯示,在高級醇生產的主要階段,與新工藝相比,傳統工藝基因豐度高,酵母菌數少,因此高級醇含量低,即酵母含量高可能是新工藝中高級醇含量高于傳統工藝的主要原因[53]。

3.3 后處理及陳化工藝降高級醇

飲料酒的陳化工藝,可以增加酒精分子和水分子間締合度,促進酒體中酯類物質的化學合成;可以增加物質的活化能,加強分子間的有效碰撞促進酯化、氧化和縮合等反應,從而提升酒體香氣;還可以加速低沸點物質如硫化氫、乙醛等的揮發,消除酒體的辛辣等異味[54]。傳統陳化工藝所需時間長,效果不穩定,于是誕生出許多催陳工藝技術,這些工藝技術皆有助于降低飲料酒中高級醇含量,但同時亦會影響飲料酒的主體風味。

3.3.1 傳統吸附劑降低飲料酒高級醇

活性炭是一種疏水吸附劑,其表面由大量大小不同、形狀不一的微孔組成,具有較大的比表面積(600～1 600 m2/g)?；钚蕴靠捎行揭恍┐蠓肿?如高級醇。除吸附大分子外,活性炭的表面富含各種金屬離子和微量元素,可加速飲料酒中一系列復雜的陳釀反應,從而有效催陳飲料酒。據報道,在飲料酒中添加0.5‰～1‰的活性炭處理24 h,可有效降低飲料酒中高級醇的含量[55]。但是,活性炭作為一種非特異吸附劑,在吸附高級醇的同時,也會吸附飲料酒中的風味物質,其吸附效果與活性炭添加量成正比,研究發現,當添加量為0.05‰時,活性炭對白酒中酯類風味物質吸附較少,其中乙酸乙酯、乳酸乙酯及丁酸乙酯分別下降了21%、22.8%及5.7%[55]。因此采用活性炭吸附高級醇時需注意添加量,避免吸附過多的風味物質,對飲料酒風味造成破壞。研究表明,粉末狀活性炭的吸附效果要優于顆粒狀活性炭,但粉末狀活性炭的添加會造成酒體后期過濾困難等問題,因此粉狀活性炭的添加量不宜過大,可與顆粒狀活性炭按比例混合添加,以催陳酒體[56]。

大孔吸附樹脂是一類不含交換基團且具有大孔結構的高分子吸附樹脂,可有效吸附飲料酒中高級醇。在實際應用中,采用大孔吸附樹脂對飲料酒進行高級醇吸附,無需額外增加新工藝且不會引入不良雜質。在黃酒發酵過程中,添加5、10、15 g/L的吸附樹脂,在80 r/min、30 ℃下處理2 h,黃酒中的高級醇含量分別降低到1年自然陳黃酒、3年自然陳黃酒和8年自然陳黃酒的水平[57]。

3.3.2 超聲波催陳降低飲料酒中高級醇

相比活性炭和樹脂催陳,超聲波催陳是一種綠色加工技術,不會引入外來物質,造成二次污染。與傳統自然陳釀方法相比,它具有高效、低能耗的優點。超聲波的聲學振動通過物理效應形成微機械沖擊與化學效應形成的自由基改變飲料酒中化學成分,從而改善飲料酒的品質,其陳化原理與傳統自然陳化相似,只是加速該過程[58]。超聲波處理工藝分為超聲波探頭和超聲浴兩種,不同飲料酒適用不同處理工藝。研究表明,在超聲波作用時間為30 min、溫度為30 ℃、功率為150 W的條件下,高級醇的降解率最大,最終含量為306.75 mg/L,降解率為40.44%[59]?；陲嬃暇颇Ｐ涂芍?葡萄酒中的酒石酸和離子等物質會影響葡萄酒中高級醇的降解率,這可能是由于超聲空化及其后續反應產生的自由基所致[58]。同時,超聲波與SO2的聯用處理白葡萄酒,可獲得口感宜人、風味獨特的葡萄酒[60]。

4 結語

高級醇普遍存在于飲料酒中,適量高級醇可使飲料酒的口感更加豐滿和協調,但過高的高級醇含量會破壞酒體風味且在飲用后給人體健康造成危害。因此,綜述高級醇的危害及機理,在飲料酒釀造過程中,通過優化發酵工藝及后處理工藝等方法調控高級醇的合成,既保證飲料酒的風味,又不會對人體造成危害具有重要的意義及價值。

目前,高級醇對人體危害方面的研究僅停留在高級醇本身,對其代謝副產物如醛和酮相關危害的報道較少。飲料酒中高級醇的種類繁多,高級醇之間、高級醇與乙醇之間存在協同或拮抗作用,相關的作用機制尚有待于進一步研究。以飲料酒為高級醇的來源進行細胞、動物和臨床實驗,以探究飲料酒中高級醇對人體造成危害的閾值范圍,并結合現有的高級醇調控策略與技術,包括發酵工藝調控及后處理工藝,以降低飲料酒中高級醇含量,為釀造高品質飲料酒及科學飲酒提供借鑒。