白酒成分分析的研究进展

付欢，陈雪峰,*，赵燕妮，陈梦音，周端，贾玮

1(陕西科技大学 食品与生物工程学院，陕西 西安，710021)2(陕西农产品加工技术研究院，陕西 西安，710021)

白酒是世界六大蒸馏酒之一[1]。由于白酒在酿造原辅料、酿造工艺、酿造微生物等方面存在差异，不同类型白酒具有不同风格。至今已有酱香、浓香、清香、米香、兼香、凤香、老白干香、特香、馥郁香、药香、芝麻香、豉香12种香型[2]。其中，酱香、浓香、清香、米香是4种基本香型，其余香型被认为是由两种或两种以上基本香型衍生而来[3]。酒精和水(占总量98%～99%)是白酒的主要成分，剩余微量成分(占总量1%～2%)是构成白酒典型风味特征的物质基础[4]，决定着白酒的风格和质量，因此也被称为风味物质[5]。白酒中风味物质的含量和比例直接影响着白酒的风味特征，在“中国白酒169计划”的引领下，目前对白酒中各种成分分析的研究逐渐深入。本文主要综述了近年来国内外学者在白酒风味成分、健康成分、风险成分的研究进展，以期为深入剖析白酒提供参考。

1 白酒风味成分分析

白酒是由水、乙醇及多种微量化合物组成的复杂混合物。白酒风味成分主要包括白酒的呈香和呈味物质，前者多为挥发性物质，是白酒香气的主要来源；后者多为非挥发性物质，在白酒滋味上起着重要作用。然而，由于白酒生产工艺的特殊性，酒体中也会存在一些异味成分，这些成分的出现严重影响着白酒的品质。

1.1 白酒中的呈香物质

目前，在白酒中主要检测出酯类、酸类、醇类、羰基类、芳香族类、萜烯类和吡嗪类等挥发性物质[6]。挥发性物质种类虽多，但含量甚微，且因在极性、溶解性、挥发性等性质上存在很大差异，所以很难通过某种单一的方法对白酒中所有风味化合物进行直接分析。因此，根据不同的分析目的，白酒研究者经常结合几种合适的方法进行分析。

WANG等[7]通过不同前处理方法结合二维气相色谱-飞行时间质谱(two-dimensional gas chromatography-time-of-flight mass spectrometry，GC×GC-TOF-MS)对药香型白酒中的挥发性化合物进行了测定。结果表明，固相萃取(solid phase extraction，SPE)适合含氮化合物的分析，固相微萃取(solid phase microextraction，SPME)对醇类、硫化物、萜烯类化合物有良好的萃取效果。ZHAO等[8]采用气相色谱-闻香法(gas chromatography-olfactometry，GC-O)和气相色谱-质谱法(gas chromatography-mass spectrometer，GC-MS)在古井贡酒中鉴定出了60种香气化合物，并结合气味活度值和感官分析将其中35种香气化合物确定为古井贡白酒的重要香气化合物。MA等[9]采用顶空固相微萃取(headspace-SPME，HS-SPME)和同时蒸馏萃取(simultaneous distillation and extraction，SDE)结合GS-MS和GC-O技术在致中和五加皮酒中共检测出了133种挥发性化合物，其中HS-SPME法共检出99种，SDE法共检出67种，两种方法共同检出33种。实验结果进一步证明了相比于单一的前处理方法，两种不同前处理方法的结合能更好地反映五加皮白酒的风味特征。FANG等[10]采用HS-SPME-GC-TOF-MS及衍生化-GC-TOF-MS在24种典型蒸馏酒中检测出了879种挥发性化合物和268种非挥发性化合物，结果表明乙酯类、苯衍生物类和醇类是多数蒸馏酒共有的物质，且这些物质对酒的香味和滋味有重要贡献。WANG等[11]采用HS-SPME-GC-MS结合液液微萃取(liquid-liquid microextraction，LLME)-GC-MS在五粮液白酒中共检测出75种香气成分，并利用多元统计分析方法揭示了不同香气组分与革兰氏阴性菌、厌氧菌、真菌呈正相关关系，与革兰氏阳性菌、需氧菌呈负相关关系，决定五粮液分级的4种关键酯类与厌氧菌、真菌呈正相关关系。

国内外关于白酒中挥发性化合物的研究较多，多种先进的分析方法被成功用于检测白酒中的挥发性化合物。其中，最常见的HS-SPME技术因其不需添加萃取剂，不需长时间在高温下加热萃取，能显著降低白酒中热敏性成分的损失。因此，应用该法在白酒中检测到的香气物质更接近酒样中的真实香气成分。但是，由于HS-SPME方法所选用的萃取头涂层材料有所区别，如大量文献中报道的50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取头对短碳链挥发性成分具有较强的吸附能力，但对挥发性酸和醇类物质的萃取却不如LLME方法有效。因此，将HS-SPME和LLME联用技术应用于白酒中呈香物质的检测可以较为全面的反映出白酒的整体香味成分特征。从国内外研究报道中可以看出，多种检测方法联用技术是目前检测白酒中呈香物质的主要方法，有效避免了单一方法检测白酒呈香物质的局限性。

1.2 白酒中的呈味物质

已有大量文献报道了各种香型白酒中的呈香物质，但对呈味物质的报道还比较少，原因可能是因为该类物质含量极微，酒样前处理困难等。挥发性成分虽然是白酒香气特征的物质基础，但非挥发性成分也对白酒风味形成起着关键作用，不同程度地影响着白酒的滋味。因此，研究白酒中的非挥发性物质，探究这些物质对白酒滋味的影响将有效促进白酒企业发展。白酒中非挥发性物质主要包括中长链脂肪酸、多元醇、高级醇、酯类等物质，而白酒的滋味主要由酸味、甜味、苦味、涩味等协调组成。

1.2.1 白酒中的酸味物质

有机酸是白酒的主要呈酸物质，大多是在酿酒过程中发酵产生的，分为挥发性有机酸和非挥发性有机酸，前者以乙酸为主，后者以乳酸为主。不同类型的白酒有其特征的有机酸种类和量比，从而赋予酒体丰满度和酸爽感，减少酒的烈性。

白丽真等[12]在去除白酒中酒精等挥发性成分后，采用超高效液相色谱(ultra-high performance liquid chromatography，UPLC)检测了白酒中乳酸的含量，在线性范围内，乳酸有较好的线性关系，R2为0.999 7，加标回收率为90%～110%，RSD为0.23%，检出限为1 mg/L。杨会[13]采用液相色谱-质谱法(liquid chromatography mass spectrometry，LC-MS)结合UPLC对8种不同香型白酒中的有机酸进行了定量分析。结果表明，乳酸在8种香型白酒中的含量均是最高的(461.2～1 789 mg/L)。徐军[14]采用离子色谱法研究发现己酸、乳酸、乙酸和丁酸是浓香型枝江白酒的主要酸类物质，占总酸含量的91.60%。

1.2.2 白酒中的甜味物质

白酒的甜味主要来源于醇类物质，尤其是多元醇类，其黏稠体的物理状态可以赋予酒体独特的浓厚感，使得白酒口味绵长。多元醇的甜味与其羟基数目有关，如己六醇的甜味大于蔗糖和丁四醇[2]。

孙洁等[15]用高效离子色谱-积分脉冲安培色谱法研究发现，芝麻香型白酒酒醅中的多元醇主要是霉菌、酵母菌、细菌等微生物利用糖、氨基酸等成分发酵而成，如甘油主要产于发酵后期，是酵母菌在生产酒精的同时产生的，其含量随着酒醅中蛋白质含量、温度及pH值的升高而升高。雷钧等[16]利用高效液相色谱-四级杆飞行时间质谱(HPLC-quadrupole time-of-flight mass spectrometry，HPLC-QTOF-MS)在浓香型白酒成品酒、蒸馏尾水、黄水中均检测到了戊五醇和己六醇的存在，进一步说明了浓香型白酒中的戊五醇和己六醇产生于酿酒自然发酵过程。

1.2.3 白酒中的苦味和涩味物质

白酒酿造工艺复杂，“后味”苦涩(舌根上残留不易消失且持久的苦味及使整个舌头麻木的涩感)往往会给饮酒人带来不愉快的感觉，直接影响着白酒的感官品质。因此，使得白酒后味苦涩的物质被列为白酒中的异味物质。目前专家学者们根据白酒生产工艺及食品中已报道的苦涩味物质推测出白酒中可能存在的呈苦呈涩物质[17]见表1。

随着检测技术的不断改进与发展，白酒中的微量成分相继被检出，但是目前对于白酒风味成分的研究仍然不全面，是因为白酒中也存在非挥发性化合物，这些物质也影响着白酒的整体风味。国内外关于白酒中非挥发性化合物的研究方法主要有HPLC、UPLC、LC-MS、柱前衍生化结合GC-MS或GC-TOF-MS法等。最常见的分析方法是采用柱前衍生化结合GC-MS或GC-TOF-MS法分析白酒中的非挥发性化合物(衍生化会增加分析物的挥发性和热稳定性，能够提供更好的质谱特性和更有利的碎片化模式，有利于结构鉴定[10])，对于白酒中含量较高的酸(如乳酸)则采用UPLC[13]、LC-MS[13]或HPLC[23]进行定量分析。从国内外研究报道可以看出，将多种方法联用技术应用于检测白酒中的非挥发性化合物可以较完整的反映白酒中的风味物质。

表1 白酒中可能存在的呈苦呈涩物质Table 1 Possible bitter and astringent substances in Baijiu

2 白酒健康成分分析

由于各地区饮酒文化存在差异，过量饮酒引起的安全事件和一些白酒掺假事件使大多数消费者对白酒持负面态度，在一定程度上影响着白酒企业发展。然而，自“中国白酒3C计划”“中国白酒169计划”实施以来，有大量关于白酒中健康成分的研究，结果证明适量饮酒对人体健康有益。白酒中含有多种对人体健康有益的成分，笔者在此主要阐述了近年来关于白酒中萜烯类、吡嗪类、芳香族类化合物的研究进展。

2.1 萜烯类化合物

萜烯类化合物是存在于动植物体内的天然化合物。其中，双环倍半萜类β-石竹烯(β-caryophllene alcohol，BCP)及无环萜类香叶基丙酮(geranylacetone，GAT)等有特殊的生理功能。AMES-SIBIN等[24]研究发现，适量浓度的BCP可以有效抑制氧化应激及炎症反应。AGUILAR-VILA等[25]研究表明适量浓度BCP还可以减弱神经性疼痛。SCHEPETKIN等[26]发现植物精油中含有的GAT可以调节人体嗜中性粒细胞反应。张倩等[27]基于BCP和GAT的功能活性，采用HS-SPME-GC-MS分析了二锅头白酒中的萜烯类化合物，并根据两种物质在白酒中的浓度范围构建了以2,2’-偶氮双(2-甲基丙脒)二盐酸盐(AAPH)诱导的HepG2细胞氧化损伤模型，研究发现BCP和GAT在剂量水平下对氧化损伤细胞内的活性氧有明显的清除作用，通过提高抗氧化酶活性、降低丙二醛含量来改善细胞的抗氧化能力。

2.2 吡嗪类化合物

吡嗪又称对二氮杂苯，其衍生物广泛存在于发酵食品中，目前最受关注的吡嗪类化合物是四甲基吡嗪，具有类似于炒坚果、烤肉的气味。

高传强[28]通过总抗氧化能力试剂盒、比色法、对硝基苯酚法等方法对芝麻香型白酒中吡嗪类化合物的总抗氧化活性、清除·OH活性、清除DPPH自由基活性、甘油三酯分解能力及抑制α-葡萄糖苷酶活性进行了测定。结果显示2,3,5,6-四甲基吡嗪，2,3,5-三甲基吡嗪和2-甲基吡嗪的总抗氧化能力较高，分别为0.82、0.39和0.11 U/mg；·OH清除能力依次为71.25%、67.14%、64.45%，DPPH自由基清除能力依次为60.05%、55.24%、54.45%；然而这3种吡嗪类物质对甘油三酯分解能力及对α-葡萄糖苷酶的抑制作用远低于含硫类化合物。罗强等[29]通过酶联免疫吸附试验(enzyme linked immunosorbent assay，ELISA)和免疫印迹法(Western Blotting，WB)等方法研究了酱香型白酒中吡嗪类物质对幽门螺杆菌代谢物(Helicobacterpylorimetabolites,HpM)诱导人胃上皮细胞炎症的抑制作用，发现吡嗪类化合物通过调控NF-κB和MAPK等信号通路降低HpM诱导的炎症因子分泌进而发挥抗炎作用。

2.3 芳香族类化合物

白酒中芳香族化合物多为酚类化合物，是白酒中的一类重要微量成分，主要由细菌、酵母菌等微生物分解酿酒原、辅料中的单宁、阿魏酸、木质素等而成，为白酒提供了独特的烟熏风味、焦酱味等[30]。在白酒中检测到的酚类化合物主要有愈创木酚、苯酚、香兰素等。

ZHAO等[31]以AAPH诱导的HepG2细胞为模型，通过DPPH、ABTS、氧化自由基吸收能力、金属螯合试验评价了白酒中香兰素、4-甲基愈创木酚和4-乙基愈创木酚3种生物活性成分的抗氧化性，结果发现这3种活性成分能有效缓解细胞内活性氧的增加，改善氧化应激生物标记物和抗氧化酶的变化。赵东瑞[32]以脂多糖诱导的THP-1细胞为模型，探究了白酒中4-乙基愈创木酚的作用功效，发现4-乙基愈创木酚通过抑制TLR4-MAPKs-NF-κB/IκBα/AP-1信号通路的表达及促进Nrf2/HO-1和AMPK/SIRT1信号通路的表达，进而抑制细胞内炎症因子和炎性体的表达，具有较强的抗炎活性。

从国内外研究报道可以看出，白酒中的确存在对人体有益的健康成分。根据酒精在人体的代谢特点，专家学者们初步探索得出这些健康成分主要是通过清除体内过量的自由基、降低活性氧的增加、提高抗氧化酶活性等途径发挥作用，这为白酒的健康发展提供了理论依据。

3 白酒风险成分分析

随着人们对白酒品质要求的逐渐提高，关于白酒中风险成分的研究逐渐成为当前的热点问题。根据白酒酿造工艺的特殊性，可将白酒中风险性物质分为内源性风险物质和外源性风险物质。

3.1 内源性风险物质

内源性风险物质主要包括生物胺、氨基甲酸乙酯、氰化物、甲醇和高级醇、甲醛等[33]。生物胺主要通过氨基酸的脱羧或醛和酮的胺化和转氨基作用形成，酒精的存在会降低单胺氧化酶的活性，减弱机体对生物胺的转化能力[34]；氨基甲酸乙酯是一种普遍存在于各种香型白酒中的基因致癌物质，其致癌性会因酒精的存在而增加[35]；氰化物是广泛存在于自然界的带有氰基的化合物，白酒中的氰化物与酿酒原料(高粱)有关，氰苷经过水解产生微量氰化物以氢氰酸形式存在酒体[36]；甲醇是一种能在人体内蓄积的较高毒性有机物，白酒中甲醇超标事件主要来源于酿酒原料[37]及工业酒精勾兑[38]；高级醇主要由酿酒酵母在酿造的主发酵时间段生成，适量高级醇可使酒体口感协调，过量则使酒体带有苦涩味[39]；甲醛是白酒中危害人体健康的一种醛类物质，来源于发酵过程和非酶氧化作用，过量会使酒体有辛辣、臭味[40]。近年来关于白酒中内源性风险物质的分析方法见表2。

表2 白酒中内源性风险物质的分析方法Table 2 Analysis method on endogenous risk substances of Baijiu

3.2 外源性风险物质

外源性风险物质主要包括农药残留、邻苯二甲酸酯、甜味剂、重金属、真菌毒素等。白酒的酿造以粮食为主，大多数粮食在种植过程中都会喷施农药，这大大提高了农药残留在粮食中的概率；邻苯二甲酸酯类化合物简称塑化剂，在乙醇中具有极强的迁移能力，而白酒原浆勾兑常用塑料桶运输存放，白酒与塑料桶、塑料管等工具的接触使邻苯二甲酸酯迁移到白酒中[50]；白酒中游离态糖类物质能掩盖白酒的不愉悦味道，增强白酒的柔和度，但部分不良白酒生产企业利用糖类物质在白酒中的作用，在白酒中违规添加甜味剂，达到以次充好的目的；重金属具有一定的生物毒性，白酒酿造的各个过程均易引入重金属从而对酒体造成污染，影响白酒的风味和质量；白酒中的真菌毒素主要来源于被真菌毒素污染后的酿酒原料[51]。近年来关于白酒中外源性风险物质的分析方法见表3。

表3 白酒中外源性风险物质的分析方法Table 3 Analysis method on exogenous risk substances of Baijiu

白酒酿造工艺复杂，通过对大量白酒的检测发现，风险物质在各个生产环节都有可能混入白酒。虽然这些风险物质在白酒中的含量很低，但部分物质在人体内有累积效应，仍会对人体健康造成威胁。因此，通过明晰白酒中可能存在的风险物质的来源、危害及分析方法，建议白酒企业在原辅料收购、储藏、生产和运输等方面层层把关，严格控制外源性风险物质的输入，根据风险物质的产生途径继续完善酿造工艺，减少内源性风险物质的产生。

4 总结与展望

随着分析检测技术的快速发展，白酒中已有大量微量成分被检测出来，各位专家学者们通过体内、外等实验初步探讨了部分微量成分的健康作用，为进一步深入探究更多微量成分的作用功效指明了方向。尽管如此，目前对白酒组成成分的研究仍不全面，如对白酒中滋味(如：苦、涩味)的研究还相对较少，一些可能对白酒滋味有影响的物质还没有明确解释。因此，继续深入研究白酒风味物质，剖析各物质对香气、滋味的影响及对人体健康的作用是有必要的。

白酒酿造工艺复杂，风味成分种类多样，含量甚微，各成分之间的相互作用等因素共同影响着白酒的整体风味及其健康功效，这对白酒生产者和研究者继续深入剖析白酒也是一个挑战。因此，未来可以加强以下方面的研究以推动白酒健康发展：(1)探索更加简便、高效、绿色的多种检测技术联用的方法，从而有效降低白酒挥发性成分的损失、更加全面地反映出白酒的风味特征；(2)深入挖掘对白酒滋味有贡献的物质，探索如何有效提取、分离、鉴定白酒中的呈苦、涩物质；(3)进一步研究如何从源头上、生产过程中控制风险性成分进入白酒以有效改善白酒的品质；(4)通过构建相关动物、细胞模型，尝试借助基因组学等分析方法进一步明晰白酒中健康性成分发挥作用的具体机制。