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  • 纯粮酿造原酒中异味物质及控制措施分析

    发布日期:2022-04-28 12:12 阅读量:405

      白酒是我国独有的酒精饮料,具有2000多年的历史,在经济和文化中占有重要地位,2019年中国的白酒产量达887万千升,销售收入5896亿元,利润达到1526亿元。根据香味物质成分,白酒可分为浓香型、酱香型、清香型、米香型等,其中浓香型白酒占全国总产量的70%,其采用粉碎高粱为酿酒原料,大曲作糖化发酵剂,经过糖化、泥窖固态发酵,蒸馏、贮存、勾调而成。白酒主要成分为乙醇和水,两者占酒体总物质含量的98%以上,其余不到2%的物质均为微量组分。在白酒众多微量组分中,有的为香味物质,使白酒形成独特的风格特征,如乙酸乙酯、己酸乙酯等;有的则会给酒体带来异味,如糠味、臭味、苦味、涩味、酸味、糟糊味、黄水味等,这些异味物质的存在,会给酒体风味带来严重的影响,降低基酒中优质酒比例,从而造成经济损失。因此,对酒体中异味物质的种类、来源、检测方法以及防控措施进行研究,已成为一个迫在眉睫的问题。


      鉴于此,本文对异味物质相关研究进展进行梳理,主要从异味物质的来源、代谢微生物、检测方法以及防控措施进行论述,并对未来研究方向进行了展望,以对白酒异味物质的防控提供理论基础。


    白酒异味物质来源

      白酒的异味主要包括臭味、苦味、涩味、酸味等,其形成主要原因为酸、酯、醇、醛、酮等物质在基础酒中比例失调,超过一定的阈值,从香味物质变成异味物质。异味的存在,会严重影响基酒的质量,给白酒企业造成严重的经济损失。


      1.1 臭味


      酒体中的臭味主要由硫化氢、硫醇、丙烯醇和丙烯醛及其酯类等物质引起。其中硫化氢主要通过微生物代谢将胱氨酸、半胱氨酸和含硫蛋白质分解产生,本身呈臭鸡蛋气味,且阈值极低,若在发酵过程中稍有不慎就会出现硫化氢的味道;丙烯醇和丙烯醛[原载于《中国白酒》杂志202202期]具有强烈的臭味,由乳酸菌与酵母菌甘油发酵产生;硫醇主要由酵母在发酵过程中以半胱氨酸和二氧化硫为底物代谢合成。


      1.2 苦味


      杂醇类、糠醛、酚类化合物含量过高,失去平衡,会造成酒体偏苦,其产生的原因主要为原辅料中感染霉菌、曲药投加量过大以及糟醅倒烧等。在苦味物质中,糠醛带有苦杏仁味,由半纤维素经分解形成戊糖,戊糖脱水环化生成。杂醇类化合物为高沸点物质,主要存在于末段基酒中,生成途径主要有2个:(1)酿酒原料中的蛋白质分解成氨基酸,再由氨基酸脱氨、脱羧形成比氨基酸少一个碳原子的高级醇;(2)淀粉经水解和糖酵解途径形成丙酮酸,再由丙酮酸与氨基酸作用生成α-酮酸,经还原后生成高级醇。酚类物质主要包括4-甲基愈创木酚、苯酚、4-乙基愈创木酚等,主要由高粱中的单宁在糊化过程中分解产生。


      1.3 涩味


      酒体涩味主要是乳酸、乳酸乙酯、单宁含量过高造成,其中乳酸和乳酸乙酯产生途径为:乳酸杆菌在无氧条件下利用糖酵解途径将葡萄糖分解成丙酮酸,再由丙酮酸在乳酸脱氢酶的作用下还原生成乳酸,乳酸进一步在酯化酶的作用下与乙醇结合生成乳酸乙酯。乳酸和乳酸乙酯本身为白酒的香味物质,能赋予白酒独特的水果香气,但如果含量过高,则会给酒体带来涩味,影响口感;而单宁主要源于酿酒原料高粱,微量的单宁可赋予白酒独特的香气,但过量会使蛋白凝固,影响微生物的代谢及酶的作用,并使酒体偏涩味。


      1.4 酸味


      白酒中常见的酸味物质主要包括乙酸、丙酸、丁酸、己酸、乳酸等有机酸,它们不仅为酒体中呈香呈味物质,更是酯类物质生成的前体,在香味物质中占有重要的地位。但如果生产现场气温高、卫生条件差以及酿酒原料中蛋白质含量过高,导致微生物大量繁殖生成过多酸类物质,会使酒体香味物质比例失衡,影响基酒质量。


    白酒异味代谢微生物

      白酒属于开放式生产,生产过程中会引入许多环境微生物,如果管理不善,引入杂菌过多,会破坏发酵体系微生物群落,影响发酵的进行。研究表明,酒体中霉味的来源土臭素(Geosmin)主要由链霉菌产生,张建敏等[20]鉴定出白色链霉菌(Streptomycesalbus)为酱香型白酒生产过程中土臭素的主要产生菌。Du等通过跟踪清香型白酒生产过程中各环节土臭素的含量,发现大曲中链霉菌(Streptomyces)为酒体土臭素含量过高的原因。刘博等通过高通量测序检测出梭状芽孢杆菌(Clostridia)及梭状杆菌(Clostridium)与酒体中泥臭味来源4-甲基苯酚的变化规律相似,并从窖泥中筛选得到3株代谢4-甲基苯酚的菌株。Serjak等的研究表明,臭味物质丙烯醛为阿玛拉斯芽孢杆菌(Bacillusamaracrylus)甘油发酵的最终产物。Maarse等发现,酵母菌(Saccharomyce)在发酵过程中,可将醛类物质还原成高级醇,导致酒体偏苦味。关于发酵过程中的异味物质硫化物,马捷等发现酿酒酵母(Saccharomycescerevisiae)可利用无机硫源和有机硫源代谢H2S。马箭等的研究表明,丁酸梭菌(Clostridiumbutyricum)为浓香型白酒窖泥中的主要菌群,具有代谢二硫化物的能力。


    异味物质的检测方法

      目前,关于白酒微量成分的研究主要集中于香味物质的分析,以及主体香味物质对于酒体风格的影响,如己酸乙酯为浓香型白酒的主体香味物质,乙酸乙酯为清香型白酒的主体香味物质,乳酸乙酯为酱香型白酒的主体香味物质。这些物质赋予了酒体独特的香味特征,形成不同的酒体风格。但是,相较于香味物质的研究,关于白酒生产、贮存过程中的异味物质的研究相对较少。这些异味物质作为白酒挥发性成分之一,检测方法与白酒常规检测方法相似,主要包括色谱法和电子鼻、舌技术。


      3.1 色谱法


      3.1.1 预处理方法


      色谱法检测步骤主要为样品的预处理(分离和提取)、定性以及定量。其中直接进样(Directinjection,DI)、液液微萃取(Liquid-LiquidMicroextraction,LLME)和顶空固相微萃取(Head-SpaceSolid-PhaseMicroextraction,HS-SPME)广泛应用于白酒中香味组分的检测中,直接进样法不需要预处理,样品通过微型注射器直接进入色谱仪中,白酒中的成分被最大限度的保留。但是,白酒中乙醇含量较高,而一些与乙醇具有相同极性的化合物如乙酸乙酯、乙缩醛、甲醇在色谱图中的峰可能被高强度的乙醇峰覆盖,导致检测结果不准确。液液微萃取是利用物质在两种互不相溶的溶剂中溶解度或分配系数的不同,使溶质物质从一种溶剂内转移到另外一种溶剂中的分离方法。该方法操作非常简便,富集倍数大,萃取效率高,便于与后续检测方法实现联用,常用于白酒的定量检测。曹江平等通过将液液微萃取与高效液相色谱(HighPerformanceLiquidChromatography,HPLC)联用检测白酒中邻苯二甲酸二异丁酯。孙啸涛等利用液液微萃取结合气相色谱-质谱(GasChromatographyMassSpectrometry,GC-MS)检测白酒中四甲基吡嗪、4-甲基愈创木酚和4-乙基愈创木酚含量,结果表明,该方法在较低的限度就可实现对3种物质定量检测,具有较高的应用潜力。顶空固相微萃取以熔融石英光导纤维或其他材料为基体支持物,利用相似相溶的特点,在表面涂渍不同性质的高分子固定性薄层,通过顶空方式,对待测物体进行提取和富集。相比于传统预处理方法,顶空固相微萃取具有操作简单、灵活、便携、重现性好、精度高、检测限低等特点,适合与色谱联用检测白酒的挥发成分。张明霞等通过顶空固相微萃取对白酒中的香味成分进行分离浓缩,然后再与气相色谱-质谱联用,共检测出了42种香气成分;杨建刚等利用顶空固相微萃取技术结合气相色谱-质谱分析川法小曲白酒主体挥发性成分组成,共检出64种挥发性成分。


      3.1.2 色谱法检测白酒


      色谱法分为气相色谱(GasChromatography,GC)和液相色谱(LiquidChromatography,LC),其主要是利用不同物质沸点、极性及吸附性质的差异,以流动相(气体或液体)对固定相中的混合物进行洗脱,混合物中不同的物质会以不同的速度沿固定相移动,宏观反应为不同物质在色谱图中保留时间的不同。在色谱检测技术中,气相色谱-质谱联用(GasChromatography,GC-MS)技术以其高度的商业化、强大的分离和定性能力,广泛应用于基酒、成品酒以及缺陷酒的检测。Camara等通过GC-MS建立了一种检测白酒中常见异味物质3-辛醇和1-辛烯-3-醇的方法,可用于白酒中低阈值异味化合物的研究。张灿等通过GC-MS定量白酒中的异味物质,方法具有良好的重复性和准确性,在线性范围内有很好的线性关系(R2>0.99)。王尹叶等利用味道稀释分析和GC-MS联用来研究白酒中呈苦味和涩味物质的组成。结果表明,呈涩味的物质为2-苯乙醇和乳酸乙酯;同时呈苦味和涩味的物质为糠醛、异戊醇、异丁醇、正丁醇和正丙醇。刘博等利用气相色谱检测出酒体中泥臭味的来源为4-甲基苯酚。乔敏莎等利用气相色谱-质谱技术成功地鉴定出了酱香型白酒中两种致臭物质二甲基二硫和二甲基三硫。相比于气相色谱-质谱,全二维气相色谱(comprehensivetwodimensionalgaschromatography,GC×GC)及其与飞行时间-质谱(timeofflightmassspectrometry,TOF-MS)联用具有分辨率高、灵敏度高、分析速度快等优点,具有分离检测白酒中一些难以分离的异味物质的潜力。Niu等使用GC×GC/TOF-MS从清香型白酒中检测出80种微量组分,其中包括10种含硫物质。徐占成等使用GC×GC/TOF-MS技术,从剑南春酒中检测出1870种微量组分。武建芳将GC×GC/TOF-MS用于25年陈酿茅台酒挥发性成分分离与分析,鉴定出400余种微量组分。


      3.2 电子鼻、电子舌技术


      电子鼻和电子舌是近年来发展起来的新型检测技术,其主要利用气体或液体传感器阵列的响应图案来识别气味和味道。与色谱法相比,电子鼻和电子舌主要是对被检测物质进行综合性模糊分析,可实现对不同酒龄和原产地酒类的鉴别区分,因此具有检测差异性更大的缺陷酒的潜力。Liang等通过ZnO-CuO和NiO-CuO组成的8个传感器检测不同酒龄的白酒,层序聚类分析结果显示,同一年份白酒被聚为一类,并且不同酒龄白酒相互隔开,表明所构建的电子鼻对不同酒龄的白酒具有很好的区分能力。Wu等将电子鼻技术与模糊判别主成分分析相结合鉴别6种不同品牌的白酒,分类准确性达到98.378%。Liu等通过电子舌结合模式识别方法区分不同香型的白酒,结果表明,电子舌技术可实现对不同香型白酒的鉴定,分类准确率为100%。随着材料化学和分析化学的发展,基于传感阵列的仿生嗅觉和味觉检测技术也应用到白酒鉴别中,其利用检测物质与被检测物质之间的化学反应作为检测信号,信号灵敏度和特异性都要优于传统电子鼻和电子舌检测技术。Qin等基于不同产地白酒微量组分不同,构建了16种染料组成的比色传感阵列,实现了对10种不同产地白酒的区分。Li等应用金属离子调节纳米银棱刻蚀的比色传感阵列,实现了对16种品牌白酒的快速检测。以上研究表明,电子鼻和电子舌技术可实现对白酒整体微量组分轮廓的检测,并结合模式识别等数据处理方法对不同白酒分类鉴别,因此可通过电子鼻和电子舌检测不同种类的缺陷酒,构建缺陷酒指纹数据库,实现对未知缺陷酒的分类和识别。


    白酒中异味物质的控制措施

      白酒异味物质多由酿酒原料以及生产过程中操作不当,感染杂菌引起。因此降低酒体中异味物质的含量,应从酿酒原辅料、工艺措施等方面进行严格管理,从根源上防止异味物质的产生。此外,对于异味物质含量较高的酒体,可通过一些后处理技术进行除杂,以降低异味物质含量。


      4.1 生产过程中异味物质的去除


      白酒生产工序复杂,主要包括原辅料预处理、出窖、配料、拌糟、上甑、摊晾下曲、入窖等步骤。从生产源头控制异味物质的产生,首先应对酿酒原辅料进行严格的筛选,酿酒高粱中蛋白质含量要适宜,蛋白质是酒体中香味物质生成的前体,可以起到使酒体香气浓郁幽雅、丰满细腻、醇和绵甜的作用。但蛋白质含量过高会造成发酵后期酸生成过多,影响口感。糠壳为酿酒生产的重要辅料,主要起疏松剂和填充剂的作用,但生糠本身带有杂味,且含大量的戊糖,在高温和发酵过程中会生成糠醛,因此在使用之前需对其进行清蒸处理。


      其次在生产过程之中,应保证生产区域的清洁卫生,以防止糟醅感染杂菌。窖池在长期的发酵过程中,已形成特定的产酒微生物群落,如果糟醅入窖过程中引入杂菌,会影响窖池微生物群落的组成,进而影响白酒产量和质量。配料方面,应根据糟醅的理化指标和发酵季节对配料进行调整,保证入窖糟醅淀粉含量、酸度、水分适宜,为微生物创造良好的发酵环境。此外,蒸馏也是白酒除杂的重要手段,蒸馏过程要做到缓火蒸馏,摘酒过程中,要求掐头去尾,量质摘酒,提高基础酒的质量。


      4.2 白酒后处理技术


      白酒后处理技术主要是指蒸馏取酒之后进行的相关后处理工艺,它是保障白酒质量的重要措施,通过后处理技术,可大大降低白酒中异味物质含量。白酒的后处理技术主要为基酒勾兑、二次蒸馏、活性炭吸附、膜过滤、冷冻以及离子交换。对于由微量组分失调引起的酒体缺陷,可采用勾调的方式处理。如基酒中存在轻微的苦味、酸味,可通过不同基酒组合勾兑的方式进行掩盖。但如果基酒中异味物质含量过高,则需其他的后处理方式[原载于《中国白酒》杂志202202期]进行去除。二次蒸馏是指在白酒初次蒸馏后,对其进行复蒸,以达到去除异味物质的目的。吴晨岑等研究表明,二次蒸馏能够有效的去除基酒中的异味物质,降低酸的含量。活性炭具有多孔、比表面积大、吸附能力强的特点,广泛用于酒体中异味物质吸附。余东等利用酒用活性炭吸附酒尾中的异杂味物质,发现活性炭能在吸附酒尾中杂醇油的同时,保留乙醇、乙酸、丁酸、乳酸乙酯等香味物质。乔敏莎等通过将高猛酸钾与活性炭联用去除酒体中二甲基二硫和二甲基三硫,去除率分别为100%和90.71%。张灿等通过比较27种吸附剂对白酒异味物质的吸附效果,结果表明,大孔阴离子交换树脂对异味物质吸附效果最好,优于凹凸棒土、硅藻土、皂土。


    展 望

      异味物质的存在会严重影响白酒的口感,造成不可挽回的经济损失,因此对异味物质的来源、产生微生物、检测技术以及防治方法进行研究至关重要。目前对白酒组分的研究主要集中于香味物质以及其对白酒风格特征的贡献,而对于异味物质的研究相对较少。近年来,随着生物和化学领域的发展,新的研究技术也应用到异味物质的研究中,研究人员通过色谱、基因测序等方法,成功的鉴定了4-甲基苯酚、3-辛醇等异味物质,并分离出了相关异味物质产生菌,为异味物质的防治奠定了基础。但现阶段关于白酒中异味研究还不充分,特别对于其代谢途径的研究还处于真空阶段,未来可对异味物质的代谢途径进行调控,通过微观手段对异味物质进行防控。




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