吴云霞,耿敬章,2, ,王志男,芦润青,李冬琴,周 芳,田洪磊
(1.陕西理工大学生物科学与工程学院,中国谢村北派黄酒研究院,陕西汉中 723000;2.西安交通大学生命科学与技术学院,陕西西安 710049)
根据2018《黄酒》国标定义,黄酒是以稻米、黍米、玉米、小麦、水等为主要原料,经加曲和/或部分酶制剂、酵母等糖化发酵剂酿制而成的发酵酒。黄酒独特的酿造工艺及微生态体系不仅使其含有丰富的功能性成分,如功能性低聚糖、-氨基丁酸等,而且在长期地实践中被发现其具有一定的保健功能,如调节肠道菌群、降血压等,除了日常饮用之外,也可作为中药中重要的辅料和药引使用。
为了更好地研究黄酒及把握国内黄酒的研究热点、研究动态,为后续黄酒的研究发展提供思路,本文采用文献计量学方法,利用Excel、Endnote、Vosviewer等工具,以 CNKI数据库为基础,对1980~2021年(截止到2021年12月)的中、英文文献进行定性、定量分析,从文献的年代分布、国内黄酒文献的研究作者、地区、研究机构及专利等方面,将41年来国内外对黄酒的研究量及专利发明量进行对比,揭示国内黄酒学术领域的研究动态、研究方向、研究进展,分析国内对黄酒研究的核心期刊、主要作者及发文机构等发文情况。其中,以“黄酒”为篇名共检索出2909篇中文期刊,以“huangjiu”为篇名共检索出44篇英文期刊,以“黄酒”为篇名共检索出国内外专利2643项。总体而言,关于黄酒的研究热点和相关研究论文数量整体呈增长趋势,然而,目前对该方面的研究态势进行较为全面和系统的定量分析还未见相关报道。通过文献检索和计量分析,对1980~2021年间黄酒的研究态势进行了系统概括和讨论,便于准确掌握不同时期的内容热点、研究现状和前沿动态,旨在为国内外该领域的科研工作者和管理者提供参考。
数据检索途径如表1所示。基于CNKI数据库,并结合人工逐一检查,删除重复文献和无关数据,检索到以“黄酒”、“huangjiu”等为篇名的研究性论文和综述论文共计2953篇,以“黄酒”为篇名的国内外专利申请量为2643项。这些文献、专利反映了41年来对中国黄酒研究的主要方向和成就,其中年平均文献量为72.02篇,年平均专利申请量为64.46项。
表1 数据检索途径Table 1 Data retrieval approach
1980~2021年间黄酒相关研究文献的年代分布趋势如图1所示,其中,黄酒相关中文文献量明显高于英文文献量。总体而言,各年份文献总量呈螺旋式上升,较上世纪而言,近几年对黄酒研究的文献量已有质的提升;局部而言,首先在1980~1995年黄酒研究文献量的波动较为平缓,可能是由于一些客观因素,如狄宏研究山西黄酒,其发酵采用半固半液法,酒精度低,补加底酒成本高,产量低,且在80年代由于黄酒生产纳税的不合理,对山西黄酒产业的发展更为不利;任伯群在1993年谈到宁波黄酒产业的发展存在低水平盲目发展、管理混乱等问题,并分析了生产者的思想传统、技术装备简易及宏观调控软弱无力等原因。此阶段虽对黄酒存在相关研究,但生产者对黄酒的生产工艺和流程的把握仍处于初始探索阶段,黄酒尚未引起相关研究者的高度重视,因此各种资源投入明显不足,由此也导致了研究文献较为缺乏,相关研究主要集中在对黄酒酿造工艺方法的探索上。
图1 黄酒研究文献量的年代分布Fig.1 The chronological distribution of research literature on huangjiu
1996~2006年间,黄酒研究文献量总体较1995年以前呈现明显的增加趋势,尤其是2002年起进步速度较快。中国黄酒的进步与黄酒技术的提升有很大关系。胡普信分析黄酒产业酿造设备实现机械化、产品包装多元化等原因使黄酒增产,品质也获得不断提升,科研力度也明显提高,培育出了一系列相关产业,表明黄酒已在相关研究中引起了一定的重视。
2007年后,对黄酒研究的文献量总体呈稳定上升趋势,年文献量均达到100篇以上,说明在该领域的研究获得了长足发展。由于消费者食物的选择和饮酒习惯的变化,即由高酒精度向低度营养等方面发展,黄酒消费日渐受到青睐,出现了浸泡酒、发酵酒等类型,产业化发展的趋势日益明朗。资料显示,福建红曲黄酒2010年工业总产值达6.95亿元,到2016年已达到41.88亿元,闽派黄酒产业仅次于浙江黄酒,市场潜力得到巨大提升。此外,对黄酒中功能因子的研究也进一步深入发展。研究发现当黄酒中多糖质量浓度为1 g/L时,对DPPH自由基清除率达95%,说明黄酒多糖具有较强的抗氧化能力。-氨基丁酸(-Aminobutyric acid,GABA)是一种广泛存在于黄酒中的功能性氨基酸,Gong等研究建立了高效液相色谱法测定22种黄酒中GABA含量的方法。黄酒中功能成分的发现与测定为后续结合黄酒功能活性,分析其作用机制奠定了基础。
从黄酒研究文献量的总水平看,黄酒研究工作者对黄酒的研究不断加强,研究的深度和广度都在不断提升。由此可以看出,各种期刊对黄酒研究成果报道传播的重视度也在不断提高。因此,从黄酒文献递升趋势及发展前景来分析,今后几年人们对黄酒的研究热情仍会有所提高,文献量预计还会呈上升趋势。
对期刊来源的分析,一方面可以帮助相关科研工作者针对性的进行文章投稿;另一方面可侧面反映出黄酒研究所涉及的领域。在对我国黄酒研究相关文献统计分析的基础上,根据CNKI数据库总结出国内核心期刊载文量表格,见表2。分析发现,我国黄酒研究文献的期刊主要集中在酿造、发酵及质量安全检测等领域,这些领域的10种期刊总刊载相关论文数量为665篇,占所统计相关论文总量的22.84%。其中,《中国酿造》和《食品与发酵工业》载文数量分别为296篇和109篇,是该领域高质量文章的核心聚集地,在一定程度上代表了我国黄酒领域的研究重点和前沿问题,相关学者应给予重点关注。
表2 国内黄酒研究领域文献发表量top10核心期刊Table 2 Top10 core journals of literature publication in domestic huangjiu research field
2.3.1 主要作者分析 产文量是作者对期刊或单位贡献的重要指标,也是测定核心作者的重要依据。以CNKI数据库为基础,对2909篇黄酒文献进行可视化分析,得到关于作者产文量的表格,截取前15位高产作者列表分析,得到结果如表3所示。表3清楚反映了作者在黄酒研究领域的发文情况,识别出具有较高科研能力的作者,从而鉴别黄酒研究领域中较为活跃和具有影响力的学者。经过检索得知,产文量最多的分别是浙江树人大学的谢广发教授、浙江省会稽山绍兴酒股份有限公司的毛青钟教授及苏州同里红酿酒股份有限公司的汪建国工程师,三人的发文量分别为107、75和74篇。发文量排名前15的作者中,有8位来自高等院校,7位来自科研单位,说明我国高等院校对黄酒研究领域比较重视,科研单位在这一领域也开始广泛涉及。
表3 国内黄酒研究领域文献发表量top15产出作者Table 3 Literature published in domestic huangjiu research field top15 output author
总体来看,发文作者较多,表明黄酒研究已经引起了各领域研究人员的关注,我国黄酒研究领域正在形成一批持续稳定并具有一定影响力的科研人员,如谢广发、毛青钟等,不断推动着我国黄酒研究领域的研究和发展。
2.3.2 作者单位的主要地域分布 对研究者的地域进行统计,得到黄酒研究领域文献发表量前8的地区,结果见表4。由表可知,黄酒的研究呈现明显的地区分布特点,南方省市是黄酒的主要研究地域。文献发表量前8的地区中有3/4属于南方,以浙江最多,占比32.33%,其次是江苏,北方地区对黄酒的研究以北京和河南为主,占比4.7%。黄酒研究量在地域方面不均衡,原因主要是南方地区历来是黄酒的主要生产和消费区域,黄酒生产、宣传、销售区域主要集中在江浙沪,其产业发展明显优于其他地区。
表4 国内黄酒研究领域文献发表量top 8地区Table 4 The amount of literature published in domestic huangjiu research field top 8 area
2.3.3 黄酒研究文献发文机构分析 发文机构是指对某一学科或领域进行统计分析的综合性研究组织,为研究者提供清晰的脉络,帮助其明确把握研究重点,而产文量是研究机构科研能力的一个侧面表现。对CNKI数据库中关于黄酒的2909篇文献进行可视化分析,得到前15位高产发文机构列表分析,如表5所示。其中,1980~2021年产文量排名前15的机构中,有5个高等院校,10个科研单位。高等院校中以江南大学为首,其产文量达195篇,占文献总数的6.70%;科研单位中以中国绍兴黄酒集团公司为首,产文量为148篇,占文献总数的5.08%。
表5 国内黄酒研究领域文献发表量top15发文机构Table 5 The amount of literature published in domestic huangjiu research field top15 publishing organization
整体而言,科研单位是文献贡献率最高的研究单位类型,其文献贡献率占比18.61%;高校次之,其文献贡献率为12.4%。具体而言,机构中江南大学发文量占比6.70%属最高。一方面,机构中产文量高者多处于中国东南部地区,明显高于其他地区,可见我国黄酒研究力量不均衡;另一方面,黄酒企业面临产业一线问题,更多关注于黄酒产业现代化等问题,如推动产业向特色产区发展、明确技术创新导向及提升品牌、文化价值等。而高校方面,江南大学产文量明显高于其他大学,说明我国高校间黄酒研究重视程度不均衡,其他黄酒主产区高校及科研机构还需进一步提高对黄酒研究的重视。
基于CNKI数据库,对黄酒国内外专利文献量进行检索,整理得1980~2021年关于黄酒相关专利申请的年代分布如图2所示,其中,中文专利申请量共2629篇,英文专利申请量共16篇。总体而言,中文专利申请量明显高于英文专利申请量,而英文专利申请量直到2020年才稍有起色。具体就中文专利申请量而言,可大致分为两个阶段:第一阶段为1980~2000年的发展阶段,这可能与当时国内该领域发展水平、科研水平有限以及专利制度仍处于一个相对较低的水平有关;第二阶段为2000年以后的快速上升期,该阶段由于技术创新、酿造原料多样性等,消费市场对黄酒的风味口感、保健功效的要求越来越高,从而加速黄酒的酿制工艺逐步向高营养、高品质转变。
图2 黄酒专利申请量年代分布Fig.2 Distribution of patent applications of huangjiu
此外,专利申请量快速增长的同时,关于其所涉及的领域随着年代的变化也更加多元化,包括原料创新、酿造工艺、发酵优化、风味改善及质量控制等方面。首先,Geng等在黄酒酿造原料方面颇有研究,如桑叶蚕蛹黄酒、壶瓶碎米荠富硒黄酒及富含草石蚕和洋葱有效成分的黄酒等;Yang等在黄酒酿造中添加活化的中药发酵块和红曲,依次经过蒸煮、微生物培养、糖化发酵等工艺,酿制出一批可滋养胃、脾、肝及肾的黄酒;代晋等发明公开了一种浓醪黄酒发酵工艺,相比传统黄酒,酒精度由原来的13%提升到18%以上,且-苯乙醇、氨基酸态氮等风味物质含量明显增多;何松在发酵过程中加入黑巧克力、公丁香等,创新出一种巧克力风味冰镇黄酒,且具有清热解毒、除热燥湿等功效;生物胺是黄酒生产过程中产生的对人体有害的物质,夏冰等筛选出一株不产生物胺且具有降解生物胺功能植物乳杆菌(),并将其应用于黄酒酿造的浸米过程中,极大地降低了整个酿造过程中生物胺的含量,缩短了浸米时间,且在保持传统黄酒风味的基础上,饮后感得到了大幅提升。黄酒专利量的提升及方向多元化在一定程度上带动了我国黄酒产业的发展,也为今后黄酒的发展提供新的思考。
以“黄酒”为篇名,搜索CNKI数据库1980~2021年的中文期刊,并以Endnote的格式导入Vosviewer,对关键词进行聚类分析,得到关于“黄酒”相关文献中关键词视图,见图3。其中,关键词字号越大代表聚类越大,出现的频次越高。由图可知,黄酒相关文献中出现频次高的关键词有绍兴黄酒、古越龙山、酿造酒等。另外,1980~2021年其余黄酒相关文献中关键词聚类多样,可知黄酒研究正趋于多元化,例如:研究黄酒原料的选择及酒曲微生物种类、功能性成分、黄酒风味等。
图3 黄酒相关文献关键词密度可视化聚类图谱Fig.3 Clustering atlas of key words in related literatures of huangjiu
3.2.1 原料的选择 黄酒酿造是以谷物为原料,利用酒曲中多种微生物的作用将谷物中的糖类分解为可被酵母利用的单糖,然后由酵母发酵生成酒精的过程。黄酒酿造原料的选择是极其丰富的,不同酿造原料使所酿酒体感官指标、风味物质的组成和含量均有所不同,从而影响酒体的整体质量。近年来,从黄酒产业发展趋势来看,黄酒酿造原料的选择逐渐趋于多元化、功能性和地域性。
原料是影响黄酒品质的关键性指标之一。汪建国等比较糯米、粳米和籼米的理化性质,探究这三种米对黄酒酿造工艺环节相关参数以及酒体品质的影响,结果表明黄酒酿造最适用米为糯米,且应选择白心率高、淀粉含量高、蛋白质及脂肪含量低,容易被酶分解的米。黄酒作为一种通过特定微生物发酵酿制而成的低度原汁酒,其酒体具有广泛的适应性。原料的多元化为开发功能性黄酒提供了极佳的载体。黄酒中的多酚主要来源于原料,Cai等发现黑米多酚含量和抗氧化活性最佳,为黑米黄酒的酿制提供借鉴。Li等比较红小米、圆糯米等5种粗粮,结果发现红小米的蛋白质和脂肪含量最为突出。在泡米过程中,其浸泡水的总酸和氨基酸态氮含量最高,最适合酿制黄酒。此外,创新原料的同时,也增加了对黄酒品质的探索,如荞麦黄酒、玉米黄酒中微生物群落结构更加多样,使其相比葡萄酒风味物质更加丰富。近十年实验表明,华南地区黄酒富含多种营养物质,然而对华北黄酒的研究却很少,其中南方黄酒主要以糯米为原料,而北方黄酒原料的选择比较多元化,如黍米、粟米、小麦等。虽然南北方黄酒酿制原料有一定的差异,但总体来说,这些谷物与黄酒结合,在一定程度上都增加了黄酒的功能活性。
3.2.2 功能性成分 黄酒是在酒药或麦曲中多种微生物和酶的作用下进行双边发酵酿制而成的,其中间代谢产物比直接利用单糖发酵的葡萄酒、啤酒等更为丰富,且在此过程中生成了许多有益的功能性成分。相关检测发现古越龙山黄酒中功能性低聚糖主要是潘糖、异麦芽糖和异麦芽三糖,其含量分别为2.86、2.7和1.25 g/L。-氨基丁酸是一种非蛋白质氨基酸,具有调节心率、降血压、预防糖尿病等生理功能。李杰等测得红小米黄酒中GABA含量为0.1398 g/L。黄酒中的多酚具有减缓心血管疾病的作用。罗铝铿等测定不同客家黄酒中的多酚含量,其中珍珠红娘酒、梅州娘酒及月子酒中含量分别为11.98、10.3和12.13 mg/L。深入研究黄酒中的功能性成分一定程度上促进了保健黄酒的发展,但其成分的纯化、鉴定及含量分析等方面还有待进一步研究提高。
近年来,随着技术的创新,对黄酒的功能成分及其活性的研究进一步深入。沈赤研究绍兴黄酒多糖,发现其能提高免疫缺陷小鼠的免疫功能,抗肿瘤及调节小鼠肠道菌群。另外,黄酒多糖还具有一定抗炎活性。谢广发等测定了古越龙山加饭酒中GABA含量为167~348 mg/L并推测黄酒能提高大鼠学习记忆能力可能与GABA有关。Zhai等研究发现黄酒中多酚类化合物具有预防动脉粥样硬化及冠心病功效。此外,黄酒中功能活性肽对脂代谢和肠道菌群有一定调节作用。黄酒中的多酚在脂多糖刺激的RAW264.7细胞中具有抗炎活性。黄酒因酿造工艺或引入的功能因子不同,其功能成分及功能活性也有所不同。因此,还需对黄酒功能成分与功能活性之间的构效关系深入研究,明确其中的关系和规律,促进保健黄酒可持续发展。
3.2.3 微生物菌群变化 作为中国传统发酵食品的代表,黄酒以其独特的风味著称。因黄酒酿造属于开放式发酵,微生物存在于酿制过程的始终,包括米浆水、酒曲及醪液。其中,主要微生物有细菌、酵母菌及霉菌等。并且,微生物群落组成在黄酒功能活性、风味的形成及质量方面起着至关重要的作用。
不同酿制条件下,各种微生物发生相互作用,不同的营养成分和功能活性也因此产生。GABA是一种抑制性神经递质,参与人体多种代谢活动,具有重要的生理功能。杜丹筛选出一株高产GABA的菌株N5,制备强化酒曲用于酿酒,从而进一步提升了黄酒的品质。黄酒复杂的风味成分与传统酿造过程中各种微生物的代谢密切相关。近年来,许多学者利用高通量测序等方法,对黄酒酿造过程中的微生物种类和风味物质进行了大量的研究。例如,与伊撒酵母属相关的酯类是最重要的风味化合物之一,在很大程度上与黄酒的果香、糖果和香水香味有关。在没有酶和微生物的情况下,醇和酸可以形成酯。然而,这种酯的形成方式太慢,无法解释在酒精饮料中发现的大量酯。因此,通过微生物代谢酶生成酯是黄酒酯积累的主要途径。在质量分析方面,有效利用功能微生物可在一定程度上提升黄酒的品质。Yu等从黄酒发酵液中分离得到一株短乳杆菌()2-34,能够显著降低瓜氨酸的含量,间接减少黄酒中氨基甲酸乙酯一类致癌物的残留。此外,有研究表明,通过酵母与真菌混合培养,能将黄酒废弃物转化为微生物蛋白,从而提升黄酒的利用价值。然而,对那些代谢能产生氨基甲酸乙酯等致癌物质的风险微生物的研究工作还不够深入,有关功能微生物的相互关系,功能微生物与黄酒品质的作用还需进一步探究。
3.2.4 风味物质研究 黄酒与白酒、葡萄酒共称为世界“三大古酒”,其作为一种营养保健酒,因其独特的酿造工艺成就的气香、味甘的风味特征而深受消费者喜爱。近几年,黄酒风味研究已受到普遍关注与重视,吕旭聪等探究福建红曲黄酒传统酿造用曲的特征挥发性风味成分,并利用顶空固相微萃取技术测得醇类17种、醛酮类9种、酚类4种等,并发现不同酒曲酿酒香气组成差异显著。然而,我国对黄酒风味物质的研究正处于初级阶段,研究水平和国际酒类风味研究相比仍有一定的差距。
黄酒的风味是评价其品质的重要指标之一,酒体中的挥发性风味物质对黄酒整体风味有着重要贡献,而不同原料、酒曲及贮存方式等酿制的黄酒风味成分也有所不同。石黎琳等发现不同品种原料小米酿造的黄酒中风味物质的种类和含量差异较大,各个品种均含有其独有的风味成分,可见原料对黄酒风味有明显的影响。黄酒独特的味道来自酒中的糖、有机酸、氨基酸等。黄酒浓郁的香气来自原料、及微生物的相互作用。其中,发酵过程中产生的香气主要来自酒曲和酿酒环境中的各种微生物。Yu等研究了不同黄酒麦曲中的挥发性风味物质,结果发现麦曲不仅起到糖化剂的作用,还增加了酵母菌的活性,形成香气物质。在黄酒贮存方面,骆思铭等比较不锈钢大罐与陶坛两种贮存方式对黄酒挥发性风味物质的影响,发现前者比后者总酯含量高33%,且能够更好地保持黄酒品质。目前,已有众多关于挥发性风味物质的研究,但其与微生物种间的相互联系及合成途径研究尚浅,为迎广大消费者需求,还需结合非挥发性物质探索不同区域黄酒之间的异同,总结不同因素对黄酒风味物质的影响,为黄酒产业的发展提供思路。
3.2.5 质量控制 近年来,我国黄酒质量安全风险及其控制的研究主要集中在酿酒原料中农药残留的控制,制曲中有害微生物带来的安全风险的防范,发酵过程中生物胺及氨基甲酸乙酯含量的控制、陈酿和产品中沉淀与浑浊的控制、功能因子的稳定性等方面。
大量生物胺的摄入会导致头晕、血压变化等不良反应,Niu等筛选出一株植物乳杆菌CAU3823能够在黄酒发酵后期降解40%的生物胺含量。竹叶提取物(bamboo leaves extract,BLE)含有多种有效成分,包括酚类化合物,Zhou等研究发现BLE通过抑制尿素/瓜氨酸与乙醇的反应,对多菌发酵黄酒的氨基甲酸乙酯有明显的抑制作用。黄酒浑浊沉淀的类型主要包括生物性与非生物性的浑浊沉淀,其中非生物性沉淀又包括蛋白质沉淀、铁沉淀及氧化沉淀等。刘慧杰等研究在植酸澄清助剂浓度为0.02%,冷冻温度为-5 ℃,加热温度为87 ℃条件下处理黄酒沉淀,酒样的非生物稳定性明显提高。李琴等探究了黄酒中多糖稳定性,并发现其耐热性、耐光性较差,对低酒精度、乳酸、柠檬酸等稳定性较弱,对低温和酒精的耐受性较好。总体上看,黄酒的质量安全问题虽已有众多研究,但仍存一些问题亟待解决。在2018版《黄酒》国标中,没有明确农药残留及生物胺等风险物质的限量;在开放酿酒过程中如何避免风险微生物的污染、如何有效利用功能微生物提升黄酒品质等问题需进一步探究;引入功能因子在不影响酒质的前提下,是否能提升黄酒风味或缓解黄酒质量风险的问题还需补充。
通过对CNKI收录的1980~2021年篇名为“黄酒”的研究文献进行检索发现,中英文文献量及专利申请量总体上呈现快速增长的态势,并且黄酒研究领域的中文文献量明显多于外文文献量,国内专利申请量也明显多于海外专利量,说明我国在黄酒研发领域具有很明显的优势,且外文文献量的逐渐增加也体现了黄酒正作为中国传统文化产物走向世界的大趋势。《中国酿造》关于黄酒的产文量明显高于其他核心期刊,其他具有影响力的核心期刊也有着不同程度的产文量。文献产出区域多集中于中国东南部,其中浙江省的产文总量居全国首位,并产生了一批有代表性的高关注度文献,来自浙江树人大学的谢广发教授产文量居于榜首,发文机构中属江南大学产文量最多。
然而,对黄酒研究趋势的分析发现,黄酒研究特点虽呈现多元化,包括原料选择、功能性成分等分析,但研究程度尚浅。一方面,原料的选择与功能因子的引入具有一定的局限性,在黄酒酿制过程中的构效比及作用机制并未深入研究。微生物在整个酿制过程中的种类及作用及其与风味物质的对应关系还需深入探索。另外,黄酒作为一种酒精性饮品,关于发酵过程中产生风险物质、有害微生物的污染等问题,及怎样尽量减少酒精对人体的损害,也是未来黄酒研发的热点方向;另一方面,我国黄酒主要分为南北两大派别,北方以山东即墨老酒为代表,而南方则以浙江绍兴黄酒为代表。酿造生产主要分布于东部沿海地区及少数北方地区,而对其他地区特色黄酒研究相对较少,从而造成中国黄酒发展不均衡,且关于黄酒发展道路“走出中国”,增强市场占比与国际竞争力,其产业未来发展问题也不容忽视。