基于功能微生物调控的健康白酒研究进展

张永杰，唐圣云，张 薇，潘 明，葛 隐

(1.四川轻化工大学生物工程学院，四川宜宾 644000；2.五粮液集团有限公司，四川宜宾 644000）

健康白酒的酿造在近几年逐渐成为研究热门，白酒中的风味物质种类众多,目前已发现的风味成分多达1874 种，其中有益健康的成分130 多种[1-2]，主要包括种类繁多的醇、酸、酯、醛、酚、芳香族化合物及一些微量元素，它们既是白酒风味质量的关键所在，也是有益于人体健康的物质基础[3-4]。这些功能因子的形成，关键取决于发酵过程中微生物的基础作用和生物调节[5]。目前通过功能微生物调控提高的健康成分主要有一些酸类、酯类、酚类、吡嗪类化合物、萜烯类等[5-6]。根据功能性酿酒微生物的代谢机理,目前主要有人工窖泥、强化制曲两种和其他的调控方式[7]，本文着重从以上两种方式和其他的方式来总结近几年调控功能微生物提高白酒中健康因子的研究，为功能微生物调控这种创新性酿造技术提供依据，为白酒的进一步研制提供思路。

1 强化制曲促进健康因子生成

强化制曲是指采用微生物分离技术，筛选出能够充分提高酒曲性能的有益菌种，然后进行人工纯种培养，再接种到酒曲中强化其各个功能，从而进一步提高出酒质量[8]。在强化制曲过程中各有益菌株发挥各自作用，糖化、发酵、生香得到协调强化。针对性接种功能菌，可提高健康因子的含量，如一些吡嗪类和萜烯类化合物、酸类、酯类、醇类和酚类等[9]。

1.1 吡嗪类、酚类、萜烯类健康因子含量的提高

吡嗪类化合物是一类含2,4-二氮杂苯母环化合物的总称,部分吡嗪类化合物是具有一定生物活性的，如含吡嗪环的噻唑啉、噻唑烷酮等就具有优秀的抗菌作用。吡嗪类化合物在白酒酿造中主要通过微生物代谢途径产生[10-12]。霍颖玙等[13]从茅台镇酱香大曲中分离得到2 株地衣芽孢杆菌，对酱香麦曲进行强化，发现麦曲中吡嗪类含量高达32.8%，四甲基吡嗪含量为31.11%。葛向阳等[14]使用了强化高产四甲基吡嗪地衣芽孢杆菌的大曲，发现采用60 %比例的功能曲，可以将浓香型原酒中四甲基吡嗪含量提高到3～6 mg/L，较传统浓香型白酒提高了5 %～20 %。艾金钟等[15]从高温大曲和红星二锅头酒醅中分离筛选到4 株蛋白酶活性较高的菌株，制成功能菌麸曲，并加入5%～8%高温大曲，发现在基酒风格基本不变的基础上，酒体中四甲基吡嗪含量得到极大的提高，完善了红星二锅头酒产品的风格特点，使之清香纯正、馥郁幽雅。目前，吡嗪类健康因子含量的提高主要来源于强化制曲。

酚类是高粱籽中一种重要的次生代谢产物,主要包括酚酸、类黄酮及缩合单宁(原花色素),这些酚类对于酒类品质影响明显[16]，酚类化合物不仅是白酒中重要的风味物质，更是一类具有生理活性的功能成分。4-甲基愈创木酚、苯酚、4-甲基苯酚、4-乙基苯酚、4-乙基愈创木酚和香兰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]，同时，4-甲基愈创木酚和4-乙基愈创木酚还具有抗氧化、抗肿瘤和增强机体免疫力等功能[18]。刘宇琼等[19]将细菌F 和细菌DY2 研制成功能麸曲用于米香型白酒的酿造，所产基酒香气较怡人，且增加了白酒中吡嗪分子的含量。颜林春等[20]从酱香大曲中筛选到10 株功能芽孢杆菌，经纯种培养后制成的强化酱香大曲，发现大曲中所含的2,3,5,6-四甲基吡嗪和4-乙基愈创木酚含量明显高于普通大曲。曾德勇[21]对酱香型白酒生产过程中解淀粉芽孢杆菌与地衣芽孢杆菌、酿酒酵母与毕赤酵母间的相互作用进行研究,优化功能性微生物细菌、酵母菌及霉菌的组合比例,制作强化大曲,并应用于酱香型白酒生产,发现2,3,5-三甲基吡嗪、四甲基吡嗪、4-乙基-1,3-苯二酚、愈创木酚、4-乙基苯酚等物质均得到了提高。周金虎[22]通过分离筛选，得到2 株愈创木酚类物质高产菌Y1、Y2，制作成麸曲。与传统高温大曲相比，试验组白酒中愈创木酚类物质含量比空白组提高45 %，保证了生态洞酿白酒愈创木酚类物质含量及其稳定性。

萜烯类化合物是白酒中的重要香气物质及健康因子，国内白酒中萜烯类化合物的研究起步较晚[23]。随着检测技术的发展，越来越多的萜烯类化合物在白酒中不断检测出[24]，在浓香型白酒中检测到30 种[25]，包括萜烯醚、萜烯醇、萜烯酮、萜烯醛和萜烯酯[26-27]。张建良等[27]将酿酒酵母、耐酸乳杆菌、地衣芽胞杆菌和枯草芽胞杆菌经驯化，纯菌种培养后按一定比例混合，通过精准控制微生物来稳定酿造性能。定量分析萜烯类化合物和吡嗪类化合物，发现两种功能因子的含量都得到了提高。

1.2 酯类、酸类健康因子含量的提高

酯类是白酒中的主要香味物质，对白酒风味有重要贡献[28]，另外，有些酯类化合物同样有一定的健康作用。乙酸乙酯[29]对乙醛有制约作用，它可以通过肾功能加速对人体不适应物质的新陈代谢[28]。中国各种香型白酒中，酸与酯均存在一定的平衡关系，白酒中的有机酸类是多菌种混合，经过一系列复杂的化学反应所生成，再和乙醇发生反应生产相应的酯类物质。这些有机酸和相应的酯不但具有呈香呈味的功能，还具有降肺火、稳定心肺、消炎、扩张血管的生理功效[31]。

何宏魁等[32]将从古井桃花曲中分离出的酿酒酵母制备成曲，将此酵母曲与大曲混合组配，用于白酒酿造,发现己酸乙酯、己酸、总酸等物质均提升，而乙酸乙酯、乳酸乙酯含量有所下降。许士池等[33]从大曲酱香酒醅中筛选出GQ-c 和GQ-d 2 株霉菌，再用2 株霉菌与白曲霉分别制备麸曲进行发酵酿酒，以GQ-d 霉菌与白曲霉制作麸曲进行发酵酿酒，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。罗小叶等[34]利用从青酒大曲中分离筛选到的1 株高产酯化酶的紫色红曲霉(Monascus purpureus)FBKL3.0018 菌株来生产高酯化大曲，当高酯化大曲与普通大曲用量为8:17时，通过检测，发现添加酯化大曲的酒样中主要酯类物质乙酸乙酯、丁酸乙酯、己酸乙酯等的含量均高于对照组。严启梅等[35]从大曲中筛选出1株高糖化能力的根霉菌M1，并应用于中试绵柔型酿酒生产，发现己酸乙酯、乳酸乙酯、乙酸乙酯等风味物质的含量都得到了提高。赋予白酒怡人风味的同时增加了白酒中的健康因子。潘菲等[36]从江西特香型大曲中分离筛选出1 株黑曲霉Aspergillus nigerNCUF413.1，分别用麸曲培养A.nigerNCUF413.1和Saccharomyces cerevisiaeNCUF303.1 作为糖化发酵剂强化特香型白酒酒醅，模拟白酒酿造发酵30 d。检测发现丁酸乙酯、己酸乙酯、庚酸乙酯、丁二酸乙酯、肉豆蔻酸乙酯等风味健康物质含量均得到提高。马红霞等[37]采用“清蒸二次清”工艺进行了大曲加高产乙酸酯酿酒酵母重组菌株MY15 的白酒发酵实验，经过两次发酵，得出高产乙酸酯酿酒酵母重组菌株MY15。相对于亲本菌株AY15，该菌株具有高产乙酸酯低产高级醇的特点。

2 研制人工窖泥,促进健康因子生成

人工窖泥的应用最早起源于泸州酒厂试点的“人工培窖、新窖老熟”技术[38]，现阶段应用效果较好的人工窖泥，是在窖泥的制作过程中添加各种功能菌，如丁酸菌、己酸菌等窖泥中主要香味物质来源的微生物，以此达到快速提高窖泥中产香物质的积累与有益菌群富集的目的，最后获得高质量的人工窖泥[39-43]。运用人工窖泥提高酒的品质时，也可以伴随生成更多的健康因子。

2.1 酯类、酸类健康因子含量的提高

彭文明等[44]将复合己酸菌液用于培养人工老窖泥并用于浓香酒的生产，发现能大大提高新车间窖池产酒中的己酸乙酯含量。张应刚[45]通过添加产甲烷菌系来处理窖泥，用发酵罐来模拟完整的白酒发酵过程，发现能够明显提高丁酸和乙酸等成分的含量，促进了健康因子的生成，同时也明显降低了其中甲醇的含量。夏培禹等[46]以优质窖泥为基础，生产复合窖泥功能菌液，应用于浓香型白酒生产的粮醅发酵中。结果显示，己酸乙酯的生成量高于对照组40 %；在“增己降乳”方面，发挥作用显著。刘淼等[47]从自然老熟的优质老窖泥中分离筛选出1 株窖泥功能菌，再与优质窖泥复合菌配在一起，生产功能性人工窖泥，将功能性人工窖泥用于新建或改建窖池，发现乙酸、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]在剑南春老窖泥中分离到1株高产己酸的生孢梭菌。应用于人工窖泥的培养，人工窖泥产己酸能力提高近一倍，酒体中己酸乙酯含量提高了60%。应用于新窖老熟，同样使得酒体中的己酸乙酯提高了67 %，确保浓香型白酒浓郁幽雅的典型风味特征。

2.2 吡嗪类健康因子含量的提高

韩兴林等[49]将不同的细菌和酵母菌株进行混合培养，先后对不同混合菌株进行实验室酒醅发酵实验和入窖生产实验，测定相关指标发现，细菌强化酒醅试验有助于白酒中四甲基吡嗪含量的提高。酵母强化酒醅试验在没有影响出酒率的前提下，多种酯类含量得到了不同程度的提高，同时多种高级醇类含量有所降低。

3 其他方式提高白酒中健康因子的含量

液体扩配技术相对于强化制曲和人工窖泥，显得方便快捷，通过液体扩配技术得到含量较高的发酵液，运用到酿酒过程中，能明显改善酒体的绵柔度,减轻酒体的辛辣感。该技术在健康白酒研制中的应用较少。刘宇琼等[19]通过筛选得到2株高产吡嗪分子的细菌，命名细菌F、细菌DY2。将其发酵液经高温处理并贮存半年，再添加到米香型白酒中，通过检测，发现四甲基吡嗪含量得到了增加，同时使酒体的绵柔度得到明显改善。

有一些研究员通过将筛选出的功能微生物进行扩大培养，制成复合功能菌粉或复合功能液，再添加至酒醅中，进行模拟酿酒发酵，发现能显著提高白酒中一些健康因子的含量。王西等[50]从高温大曲中筛选得到产香枯草芽孢杆菌，通过扩大培养和冷冻干燥将枯草芽孢杆菌G2017-12 制成菌粉，按不同接种量分别添加至3 次酒堆积糖化前和入池发酵前的糟醅中。通过检测发现“堆积组”发酵后的糟醅中四甲基吡嗪相对含量达到6.98 μg/g，是“空白组”的4.56 倍。王晓丹等[51]将地衣芽孢杆菌FBKL1.0199 添加到窖池中层的糟醅中，发现发酵后的酒醅四甲基吡嗪含量达6.81 μg/g,是对照组的3.03 倍。酒样中四甲基吡嗪相对百分含量达0.028 %。张鑫等[52]采用液体培养技术，将复合功能菌逐级扩大培养后，添加至酒醅中发酵，使酒体中乙缩醛、己酸乙酯和丁酸乙酯含量大幅度提高。

4 展望

从探索白酒微生物代谢的健康因子入手,实现精准控制的多菌种纯种微生物发酵,是中国白酒向现代化酿造的必然方向。未来，我们可通过定制微生物去定制酒的风味，最终实现微生物可控、代谢可控、风味可控，这是未来的远景期望。当前，通过功能微生物调控来提高白酒中的健康因子已取得了一定的成功，但实验室研究与实际酿造具有很大的差异性，为了将该创新性酿造技术（功能微生物调控技术）更好的应用在实际酿造过程中，可以从以下方面进行探索：

（1）中国白酒酿造是多种微生物相互作用的过程，组合多种类功能微生物形成复合功能菌系进行模拟发酵，更接近传统白酒酿造过程。

（2）不同香型的白酒，酿造过程中的功能微生物和健康因子的成分具有差异性，未来可以针对不同香型的白酒，通过功能微生物调控来提高白酒中的健康因子，实现精准调控。

（3）将复合功能菌系进行液体扩配发酵，将贮存后富含健康因子的发酵液直接添加到酒体，该方法高效、便捷，更适合运用在实际白酒酿造中。

目前对健康白酒的研究，基本是在发酵过程中通过功能微生物的调控来提高健康因子的含量。所谓“粮是酒之肉”，上好的白酒离不开优质的粮食。粮食中含有很多结合态风味物质和游离态风味物质，大多都是对人体有益的健康因子。因此可通过酿酒原料调控，从种植到储藏，获得富含健康风味物质的酿酒原料，进而酿造出风味怡人的健康白酒。